光譜成像技術去除指紋干擾背景的方法分析

李可貴+張華松

摘要：本文將研究光譜成像技術去除指紋干擾背景的方法，通過利用可見光光譜成像技術來將各種背景下的指紋進行顯現，在實際中，指紋所在的物體上會有復雜的背景或指紋的保留情況比較不樂觀，針對不同的情況需要用不同的方法去除干擾背景。可見光光譜成像，是通過在可見光光譜的范圍內對光譜進行調諧，從而獲取更高的光譜和空間分辨率，這種技術具有靈活、快速、零損傷等優勢。本文將對可見光光譜成像的工作原理進行介紹，然后對光譜成像的數據進行分析，最后探討光譜成像技術去除指紋干擾背景的方法以及應用。

關鍵詞：可見光譜成像；調諧；分辨率；指紋干擾背景

中圖分類號：D918.91文獻標識碼：A文章編號：2095-4379-（2018）02-0139-02

作者簡介：李可貴（1985-），男，漢族，廣東深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，痕跡檢驗助理工程師，研究方向：刑事科學技術；張華松（1984-），男，漢族，廣東深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，助理工程師，研究方向：刑事科學技術。

指紋分析技術一直受用于執法機關，該技術是采集犯罪證據的重要途徑，是執法機關和法醫學家破案的重要手段。指紋分析技術隨著科技的發展，慢慢的演變成了一種設計物力、化學、生物等多種學科的復合型技術。在刑事偵查過程中，指紋在其中的地位很高，指紋的清晰程度和完整性都會影響整個刑事偵查的速度和方向。傳統的去除指紋干擾背景技術經過長時間的實踐證明，其中有許多問題，尤其是在處理特殊表面上的指紋時，比較難以清楚顯現。

光譜成像是融合了光譜分析和數字成像的快速檢測技術，一方面是從光譜的方面對樣品進行分析和識別，另一方面是從空間方面進行分析和識別，其優點是靈活、快速、無損傷，能夠只管的展現不用物質的分布狀況，其在物證的收集方面應用范圍比較廣泛。

一、可見光譜的應用價值和前景

指紋在刑事偵查中有重要作用，它影響著刑事偵查的方向和破案速度，然而在實際中，指紋很少是在能夠清晰呈現的物體背景上，所以指紋的提取總不是那么的順利，往往是混合著復雜的背景，讓指紋無法清晰的呈現出來。

可見光譜成像技術能夠有效的解決以上問題，利用該技術能夠處理各種干擾背景下的指紋。可見光譜成像技術是一種新的指紋檢驗技術，這種技術通過對物體表面的各種物質的光譜數學分析對比，能夠鑒別不同的物質成分，還能將其中想要顯現的模糊物質進行影像重構，該技術能夠對樣品快速處理，對所成像零損耗，還能靈活的針對各種情況各種背景進行處理，該技術已經成為了指紋提取領域重點研究課題。隨著科技的不斷發展，課題的不斷深入研究，光譜成像技術所需要的軟、硬件的成本費用慢慢在下降，對光譜圖像數據處理算法的不斷改進，這種技術的應用前景是十分廣泛的。

二、基本原理

可見光譜成像系統，是通過液晶可調濾光片的具有的折射效應，將可見光在光譜的范圍內多次進行光譜調諧，實現畫幅式光譜成像，從而獲取更高的光譜分辨率和空間分辨率的圖像。光譜成像的方式分為兩種，一種是直接成像，另一種是間接成像。直接成像方法是通過記錄檢驗物體在可見光譜范圍內的多個窄波段單色光的反射光亮強度，形成由單色光組成的光譜影像集。而間接成像方法是掃描CCD圖像傳感器的每個像元，得到許多的光譜圖像數據，然后利用圖像構建技術得到三維的光譜，也就是光譜立方體，在其中選擇一個平面，就可以得到檢驗物體在這個波長下的圖像。不同波長的光譜所形成圖像的分辨率不同，一般的分為三種光譜圖像：多光譜圖像、高光譜圖像和超光譜圖像。三者的分辨率也由底到高，分別對應：100nm、10nm和小于1nm。

三、光譜圖像數據的處理和分析

光譜圖像數據處理就是要將光譜圖像中的干擾背景的影響進行處理，這是其主要任務。光譜圖像數據處理是通過對有效像素點識別出的光譜特征的圖像區域，然后將分類和識別后的結果轉化成圖像呈現，從而能夠對圖像的準確性、穩定性有所提高。用光譜成像的目的是為了獲得沒有干擾背景的物證形態特征的結果影像。有以下一些方法：

像素點定位法：分別選取能夠明確的區分指紋和干擾背景區域的單色影像，從兩影像上選取有效的像素點，并將它們的亮度曲線疊加，兩者之間差異最大波段的單色影像就是所要選取的，所選取的影響指紋和干擾背景的亮度差異大，容易顯現指紋。這種方法更適合成分不同，但是背景顏色和指紋顏色相近的樣品，比如接觸了墨汁的手在黑色物體上留下的指紋。

濾波法：噪音在光譜立方體中的亮度不收太大影響，通過對每幅單色影像的對比，然后找出能夠有效的顯示有用部分的影像。這種方法的好處是操作簡單，原理易懂。但是缺點就是耗費的時間過長，且費神費眼。

分類法：先測量光譜影像，然后利用軟件程序對某個位置的光譜亮度曲線進行分類，將相近光譜亮度曲線的物質歸為一類，將這一類設定為一種特定顏色，然后將光譜亮度曲線差異較大的物質歸為另一類，也設定特定顏色，要求兩種顏色的亮度反差要大。這種方法能夠將雖然色調不同但光譜性質相同的指紋，在圖像是形成統一顏色的指紋，并且能夠與背景的顏色相差較大，突出指紋，還消除背景干擾。

去混合法：將沒有指紋的背景的光譜圖像作為結果的背景光譜并記錄，然后利用軟將將整個樣品中的所有光譜進行數據分析，然后將剛剛記錄的背景光譜數據從整個樣品的數據中去除，然后留下單一的指紋光譜。就目前的技術，光譜分析軟件可以處理最多三種背景顏色的指紋去混合。在使用去混合方法的過程中，要有技巧的選取像素點，背景需要選擇反差最大的地方，而指紋要選擇中等亮度。

去混合-分類結合法：這種方法是將去混合法和分類法相結合，先對樣品進行去混合，然后將去混合后的紋線光譜設定為一種顏色，最后再將去混合后不同顏色的背景光譜設定為另一種相差較大的顏色。該種方法可以增強指紋的顯現程度，能夠提高指紋微弱處的可見性，適用于那些微弱且有復雜背景干擾的指紋提取。

四、可見光譜成像系統在指紋顯現中的優勢

光譜成像是通過對每個像點的光譜所包含的信息靈活的進行分類處理，使指紋的痕跡增強，光譜成像技術對影像增強的效果要比傳統的影響處理好的多。所以可見光譜技術在需要快速的對復雜背景或微弱指紋或消除背景干擾，且不破壞被檢驗樣品的時候，相比于傳統影像處理，有不可替代的作用。以下是有關實驗證明：

公安部的王桂強、黃威研究小組使用CRI公司的Nuancemacro光譜成像儀，進行了在紅色玻璃和紙張上的血手印，以及紙張上微弱的油漬手印進行相關實驗。

因為血手印和紅色背景的化學成分有較大差異，采用了分類-去混合結合的方法使指紋顯現出來，這個實驗體現出了光譜成像的靈敏、方便、快捷等優點。對于紙上的微弱油漬手印，通過利用去混合方法形成了背景和痕跡顏色反差較大的圖像，相比于傳統的處理，這種方法更加有效。五、結論

可見光譜成像技術相比于傳統的方法，其優勢體現在通過對光譜成像技術的運用能夠對汗漬指紋進行無損拍攝，指紋與背景色差不大時的檢驗拍攝，通過運用化學藥品能顯現出的微弱指紋進行增強顯現，去除或降低復雜背景對指紋的干擾。在使用可見光譜成像技術的一個重要環節，就是要根據被檢驗的材質采取不同的方法進行分析和處理，至于什么時候用什么方法，怎么用就需要通過不斷的實驗來進行總結。可見光譜成像技術中去除指紋干擾背景的方法，能夠幫助有關機構提取物證，提高了指紋的價值，為刑事偵查提供線索和方向，這是可見光譜成像技術未來的研究重點和方向。

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