利用近紅外光譜成像技術發現纖維物證的初探

摘要纖維物證分布廣泛，幾乎在所有的犯罪案件中如殺人、放火、盜劫、詐騙、交通案件等都能提取到有證據價值的微量纖維物證。因此，對纖維物證的發現顯得格外重要，它是纖維物證檢驗的基礎。利用近紅外光譜成像技術搜尋纖維物證，是利用新的方法對發現纖維物證的探索。

關鍵詞近紅外 光譜成像技術 纖維物證

中圖分類號:D631文獻標識碼:A

1 纖維物證的概述

1.1 纖維物證

現場的纖維物證，一部分是從犯罪嫌疑人以及受害人衣物上脫落下來，通常遺留在犯罪嫌疑人經過的某個地方或者是作案工具上，另一部分是與案件有關的客體與其他物質接觸時，轉移到其他物質表面上。其特點是:

(1)量少纖細。現場的纖維物證多數是從整體上分離下來的，有的可能從犯罪嫌疑人或者受害人衣物上刮擦下的單根纖維，而且常常附著在作案工具，兇器或者出入口的障礙物等載體上，一般數量少且短小纖細。

(2)穩定性好。從整體上分離下來的纖維物證仍然保持著原整體纖維的理化特性和各種基本性能，其化學成分和形態特征不發生變化。

(3)分布廣泛。纖維和人、畜的關系非常密切，紡織纖維是紡織工業生產的必需材料，所以是人類生活中不可缺少的物質。

(4)有附著物。從客體上脫落的纖維物證，由于接觸不同的物質，上面可能存有各種附著物。

(5)與罪犯的行蹤關系密切。如在交通肇事案中，騎車人被車撞了，這一過程是發生在極短時間內的高速碰撞使被害人的衣服、鞋帽等上的纖維附著在汽車上形成纖維物證。同時，被害者衣服的某一部分會擦取下肇事汽車表面的噴漆涂料、橡膠輪胎的痕跡、金屬粉末等。

(6)具有遷移性。纖維物證本身很容易遷移。如在強奸、毆打、兇殺案中，凡涉及到有兩個人接觸的案例，必須考慮到纖維遷移的可能性。國外刑事技術專家們經過計算后認定，纖維通常在遺留后4小時之內，絕大部分就丟失了。所以收集纖維物證絕不能超過4小時，如果超過，就失去檢驗的意義和證據的價值了。

1.2 纖維物證的發現

由于纖維物證量少纖細，在犯罪現場上難以發現，為以后的檢驗鑒定造成了很大的障礙，發現的方法雖然簡便，但是發現率較低，操作費時費力。通常用強光照射并改變光照角度或者借助放大鏡的方法來尋找，或者用膠帶紙，吸集器，拍打客體的方法收集大量的纖維，再借助其他設備尋找發現與案件有關的纖維物證等。發現的重點部位是犯罪嫌疑人進出現場的出入日及活動路線、搏斗廝打處;受害人身上及乎中、受害人所在的床上、地毯上、地面上，現場破壞的中心部位，都是重點勘查的地方。鞋和衣服上也可能有地毯、汽車或地板覆蓋物的纖維。從被盜物品(如從罪犯盜竊的服裝、地毯、毛皮等物)上可能散落下一些微量纖維物證。另外，罪犯使用的包裝捆綁物也可能留下一些微量纖維物證。而這些纖維物證往往可以提供嫌疑人的衣物、家庭或車輛的一些線索。罪犯偽裝用的遮面布和爆炸、放火、私造導火索等活動的殘留物。從嫌疑人處提取的作案工具、兇器，尤其是刀類，可能粘有被害人衣物的纖維。在肇事逃逸的車輛上，往往也能發現纖維或衣服碎片等。

2 光譜成像的概念及原理

2.1 光譜成像(Spectral Imaging)

光譜成像是通過成像光譜儀記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內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成的光譜影像集。光譜成像記錄的光譜影像集包含了檢材物體在多幅等間隔波長位置的窄波段單色光亮度分布影像，因此這種成像技術也被稱為多光譜成像或超光譜成像(Hyper-spectral Imaging)。此外，光譜影像上任意一個像點在各個單色影像中的亮度變化，就是這個像點位置物質的光譜亮度曲線。由于這些光譜亮度曲線能夠在一定程度上反映被檢驗物體上物質的化學成分，光譜成像又被稱為“化學成像”(Chemical Imaging)。光譜成像強調了這種技術方法的性質和影像集信息的光譜屬性，而化學成像更側重強調這種技術方法鑒別物質化學成分的應用。光譜成像技術是指利用多個光譜通道進行圖像采集、顯示、處理和分析解釋的技術。探測器件隨著波長的掃描而采集相應圖像，則可以得到光譜圖像序列。利用光譜圖像序列進行分析處理，不但可以得到光譜信息，還可以得到圖像信息，因此光譜成像技術是光譜分析與圖像分析的有機結合。

2.2 近紅外光譜成像

近紅外NIR(Near Infrared)光譜區位于780nm-2526nm之間，劃分為近紅外短波(780-1 100nm)和長波(1100-2526nm)兩個區域。近紅外光譜儀器主要有濾光片型、發光二極管(LED)型、光柵單色器型、傅里葉變換干涉儀型、聲光可調濾光片型(AO TF)、多通道檢測型(一極管陣列PDA、電荷藕合器件CCD)，液晶可調波長濾光鏡型(LCTF)等。

近紅外光譜成像的特點有:(1)速度快、效率高;(2)樣品一般無需進行預處理，光譜測量方便;(3)分析成本低;(4)測試重現性好。由于光譜測量的穩定性，測試結果很少受人為因素的影響;(5)非破壞分析。可實現無損檢測。

3 實驗目的

在犯罪過程中，如果犯罪嫌疑人到過犯罪現場或者與受害人發生肢體接觸，犯罪嫌疑人自身所攜帶的纖維會遺留在犯罪現場或者作案工具上，或者犯罪嫌疑人身上的纖維會遺留在受害人身上，同時在犯罪嫌疑人身上也可能留有受害人身上的纖維。因此，提取犯罪嫌疑人和受害者與案件有關的纖維物證作為目標纖維，利用光譜成像技術尋找在案件現場和作案工具上與犯罪嫌疑人有關的纖維物證，在犯罪嫌疑人身上尋找與受害者有關的纖維物證，在受害者身上搜尋與犯罪嫌疑人有關的纖維物證，借以為案件提供偵查線索和方向，縮小偵查范圍，為揭露和證實犯罪服務。

4 實驗儀器及工具

成像光譜儀型號:美國CRI公司Nuance Multispecreal Imaging System;液晶可調波長濾光鏡，波段范圍:650-1050nm，配備科學級致冷CCD數字照相機，Nuance version 2.8分析軟件;鎢絲燈、剪刀、鑷子、載玻片、雙面膠、灰色相紙。

5 纖維樣本的制作

(1)將不同廠家生產的棉纖維分別按相同顏色或者相似顏色的歸為一類，兩種纖維為一組。

(2)每一組纖維選擇一種纖維做為目標參照。

(3)用雙面膠把兩種顏色相同或相似廠家不同的棉纖維(其中一種纖維與目標纖維相同)并排固定在載玻片上，同時將目標纖維也用相同方法并排固定標注。

(4)利用漫反射法是把纖維樣品剪碎壓片，或把織物樣品不破壞直接放在漫反射載物臺上，入射的紅外光不透過樣品而是在其表面發生漫反射，通過接受漫反射的信號形成光譜影像集。

6 實驗方法

(1)將制作的實驗樣本放到近紅外光譜成像儀的載物臺上，以灰色相紙作為襯底。

(2)打開載物臺兩側的鎢絲燈，調整光照角度，均勻照明。

(3)將實驗樣本固定在成像儀鏡頭的正下方，啟動成像光譜儀分析系統軟件Nuance version 2.8，使在Nuance系統軟件的預覽活動窗口中觀察實驗樣本，調整物距，使整個實驗樣本充滿視野，并微調相機的焦距，使視野內的實驗樣本成像清晰。

(4)在計算機影像攝取窗口(Acquire)上設定8bit的數位輸出，選擇采集影像集光譜范圍為650nm-1050nm可見光之間，設定每間隔10nm采集一次影像，獲取纖維樣本的影像集。

(5)分別對每組纖維采集影像，獲得RGB影像和各個波長的單幅影像。進入Nuance version 2.8軟件中的分析窗口，用區分功能(Classify)對單幅影像合成的影像集進行分析處理，通過人為定義目標纖維的顏色，計算機根據分析后的結果分別按照定義的顏色賦值給纖維偽彩色獲得區分結果影像，以及纖維的反射光亮度—入射光波長的曲線圖。根據得出的纖維偽彩色區分結果影像和反射光亮度—入射光波長曲線圖確定哪根纖維與目標纖維相同。

7 實驗結果

棉纖維的種類較多，纖維上染色的染料種類也比較多，相同或相似顏色的同種纖維可能是用不同的染料染成的，也可能是用不同配比的相同染料染成的。運用近紅外光譜成像技術能夠較好區分相同分子結構的同色纖維。

8 總結

利用近紅外光譜成像技術搜尋纖維物證，儀器操作簡便易行，減少了人為因素對纖維物證發現的影響，無破壞分析，保持了纖維物證的原始形態，并且在初步的實驗中得到了較為滿意的效果，為進一步的實驗研究奠定了基礎。

國家公益性科研院所基本科研業務費專項資金(2008JB002)支持

參考文獻

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