運用光譜成像技術(shù)區(qū)分同色棉纖維

運用光譜成像技術(shù)區(qū)分同色棉纖維
摘要： 目的研究同色棉纖維的檢驗方法。方法運用成像光譜法對紅、藍、黑3個顏色組的棉纖維進行區(qū) 分。結(jié)果紅色棉纖維的鑒別率為62．2 9／6，藍色棉纖維的鑒別率為77．8 ，黑色棉纖維的鑒別率為69．6 。 結(jié)論 實驗結(jié)果表明，光譜成像技術(shù)可以區(qū)分大部分同色棉纖維。拓寬了纖維檢驗的方法，解決了同色棉纖維 的區(qū)分問題，該方法能夠用于對微量同色棉纖維的快速鑒別。 關(guān)鍵詞：光譜成像；纖維 紡織纖維是最常見的物證之一。在交通肇事、盜 竊、強奸、縱火、爆炸等各類刑事案件現(xiàn)場上，經(jīng)�？� 以提取到紡織纖維。通過對這些紡織纖維及其制品 的檢驗，可以為破案提供線索，從而縮小偵查范圍，為 證實犯罪提供科學的依據(jù)。 在各類案件中所能發(fā)現(xiàn)的纖維物證，按顏色分， 黑色比例最大，占到了5O 左右，藍色次之，占到了 3O ；按種類分，數(shù)量最大的是棉纖維，達到纖維總數(shù) 的7O ；比例最大的纖維的顏色和種類組合是黑色 棉纖維，達到了纖維總數(shù)的3O ，其次是藍色棉纖 維，達到了纖維總數(shù)的2O l1]。 目前，檢驗纖維的燃燒法、溶解、熔點、染色等方 法及一些大型儀器檢驗方法并不理想。一般生物顯 微鏡只能觀察天然纖維的表面形態(tài)，對化學纖維用途 不大。偏振光顯微鏡是一種常用的方法但要求操作 人員非常熟悉各種纖維的彩色偏光干涉圖像，對于相 同分子結(jié)構(gòu)相同顏色的纖維也很難區(qū)分。紅外分光 光度法同樣不能區(qū)分分子結(jié)構(gòu)相同的同色纖維。 基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃項目(20O6BAKO7BO4) 作者簡介：張鵬(198O一)，男，吉林省九臺市人，碩士研究生， 主要從事刑事影像技術(shù)研究。E-mail：aiju626@126．com 光譜成像(Spectral Imaging)是通過成像光譜儀 記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的 多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分 布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集。光譜 成像技術(shù)也被稱為多光譜成像或超光譜成像(Hyper— spectral Imaging)以及化學成像(Chemical Ima ging)l2]。2003年9月澳大利亞聯(lián)邦警察在J Foren— sic Sciences發(fā)表了第一篇光譜成像檢驗指印的文 章，目前英美等國家也正在積極研究這項技術(shù)。在國 內(nèi)，公安部物證鑒定中心王桂強研究員于2004年在 刑事技術(shù)》第1期上發(fā)表了《光譜成像檢驗技術(shù)》一 文，從專業(yè)理論角度論證了光譜成像技術(shù)應(yīng)用于物證 檢驗的可行性、先進性、技術(shù)性；在實驗研究方面，中 國人民公安大學碩士研究生黃威在運用光譜成像技 術(shù)進行文件檢驗和指印顯現(xiàn)加強方面做了初步研究 工作l3]。在纖維物證檢驗方面，Katherine Flynn等 人在雙組分纖維的檢驗上作了初步研究l4]，并于2006 年發(fā)表了一篇運用光譜成像技術(shù)檢驗雙組分纖維的 文章，在國內(nèi)，還沒有公開發(fā)表過這方面的文章。

1 實驗 1．1 實驗器材 成像光譜儀型號：美國Cambridge Research& Instrumentation，Inc．(CRi)公司Nuance Multispec— real Imaging System；液晶可調(diào)波長濾光鏡波段范 圍：420nm~720nm，所提供的單色波段波長帶寬為 1Onto，最小間隔波長為1nm，最大間隔波長300nm； Nikon 50mm標準光學鏡頭；戴爾電腦及自帶的專用 計算機分析軟件；徠佧顯微鏡(1 EICA)型號： DM6000B／M；載玻片；雙面膠。

1．2 實驗方法 1．2．1 纖維樣本的制作 (1)將棉纖維樣品按顏色 分成黑色、藍色和紅色3組，黑色纖維10種，藍色纖 維10種，紅色纖維10種；(2)將雙面膠貼在載玻片 上，載玻片的另一面 上灰色紙板作為襯底；(3)在立 體顯微鏡下制作同色纖維比對樣本。 1．2．2 實驗條件 (1)采用徠佧顯微鏡自帶光源 (100瓦鹵素燈)，照明方式涮整為反射光，放大倍數(shù) 調(diào)整為200倍；(2)采用55Onto可見光下自動曝光調(diào) 節(jié)樣本在徠佧顯微鏡自動照明條件下的曝光時間； (3)在計算機影像攝取窗口(Acquire)上設(shè)定8bit的 數(shù)位輸出，選擇采集影像集光譜范圍為420 nli1～ 720nm可見光之間，設(shè)定每間隔5nm采集一幅影像， 每個影像集包含61張單色影像。

2 結(jié)果與討論 2．1 實驗結(jié)果 將實驗得到的結(jié)果影像分成0、1、2、3、4五個等 級，0代表結(jié)果影像沒有任何區(qū)分效果，1代表有效果 但不能達到區(qū)分標準，2代表有效果并能達到區(qū)分標 型童整 生箜 塑 2一aRGB影像：2一b光譜成像區(qū)分結(jié)果影像：2一c光譜成像光譜曲線 圖2 黑色纖維比對結(jié)果 區(qū)分效果顯著的組合有2對，區(qū)分效果明顯的組合有 17對，僅能達到區(qū)分標準的組合是16對，有效果但 不能達到區(qū)分標準的組合是8對，完全沒有區(qū)分效果 的組合是2對。對于區(qū)分效果顯著的同色纖維組合， 在區(qū)分結(jié)果影像中兩根纖維的偽彩色沒有混雜而整 根纖維色彩均勻，如圖3所示。 灌 3-aRGB影像： 3-b光譜威像區(qū)分結(jié)果影像；3-c光譜成像光譜曲線 圖3 藍色纖維比對結(jié)果

2．1．3 紅色纖維比對結(jié)果紅色纖維10種45對組 合，能夠區(qū)分的組合共28對，占紅色組合的62．2 。 其中，沒有區(qū)分效果顯著的組合，區(qū)分效果明顯的組 合有10對，僅能達到區(qū)分標準的組合是18對，有效 果但不能達到區(qū)分標準的組合是14對，完全沒有區(qū) 分效果的組合是3對。對于區(qū)分效果明顯的同色纖 維組合，在區(qū)分結(jié)果影像中兩根纖維的偽彩色邊緣有 混雜而整根纖維色彩均勻，如圖4所示。 在成像光譜儀對3 個顏色組的135對同 色纖維組合的分析比 對實驗中，可以區(qū)分出 94對組合，總的區(qū)分 率為69．6 。不同顏 色組合區(qū)分等級比率 不同，如圖1所示。 圖1 區(qū)分等級比率示意圖

2．1．1 黑色纖維比對結(jié)果黑色纖維l0種45對組 合，能夠區(qū)分的組合共30對，占黑色組合的66．7 。 其中，沒有區(qū)分效果顯著的組合，區(qū)分效果明顯的組 合有l(wèi)2對，僅能達到區(qū)分標準的組合是l8對，有效 果但不能達到區(qū)分標準的組合是l1對，完全沒有區(qū) 分效果的組合是4對。對于區(qū)分效果明顯的同色纖 維組合，在區(qū)分結(jié)果影像中兩根纖維的偽彩色邊緣稍 有混雜而整根纖維色彩均勻，如圖2所示。

2．1．2 藍色纖維比對結(jié)果藍色纖維l0種45對組 合，能夠區(qū)分的組合共35對，占藍色組合的77．8 。 棉花的實際生長條件、生長過程也各有差異，這就使 棉纖維的內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)中原子或原子團相 互間在空間的排列狀態(tài)都有所不同；棉纖維的組成在 生長過程中是不斷變化的，成熟棉纖維的主體部分是 纖維素，此外還含有一定量的共生物，纖維素和共生 物的種類和數(shù)量都不相同；在加工工藝上，各個地區(qū) 各個廠家的加工方法會因生產(chǎn)條件、產(chǎn)品種類等原因 而有所差異。以上的種種不同，都為光譜成像技術(shù)檢 驗棉纖維提供了可能性。

光譜成像技術(shù)對相同顏色棉纖維的區(qū)分率比較 高，效果明顯，具有很多優(yōu)勢，可以與其它方法互補成 為檢驗棉纖維的方法之一。對于案件中的棉纖維物 證，首先可以考慮運用光譜成像技術(shù)對其進行初步排 除工作，為進一步檢驗打下良好的基礎(chǔ)。光譜成像技 術(shù)拓寬了對棉纖維檢驗的方法，初步解決了同色棉纖 維的區(qū)分問題。

由于一些客觀條件的限制，實驗中采集的纖維樣 本有限。本文旨在分析用光譜成像檢驗纖維物證的 方法，并研究此種方法的可能性。光譜成像技術(shù)在其 它纖維檢驗中的應(yīng)用，還有待于進一步探討。