基于高光譜成像技術(shù)下的物證鑒定領(lǐng)域的研究綜述

在物證鑒定的研究中，高光譜成像技術(shù)作為一種新型的物證鑒別技術(shù)，相較于紫外-可見(jiàn)熒光光譜、拉曼光譜等鑒別方法，具有高效、快速、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)。高光譜成像是通過(guò)高光譜儀器設(shè)備對(duì)被檢測(cè)物體在連續(xù)多個(gè)離散波段下掃描獲得一個(gè)綜合圖像，同時(shí)記錄物證的光譜信息和圖像信息的技術(shù)。在物證鑒定中，通常借助其圖像數(shù)據(jù)的完整性結(jié)合各類(lèi)數(shù)據(jù)算法，對(duì)物證檢材進(jìn)行分析鑒別。

1技術(shù)背景

光譜成像技術(shù)歷史悠遠(yuǎn)，但直到20世紀(jì)80年代，高光成像技術(shù)才將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。由于其成像原理與其他成像原理不同（如圖1），其光譜分辨率更高，更能反映出測(cè)試樣本的屬性和特性。

在傳統(tǒng)的高光譜圖像技術(shù)應(yīng)用中，最多的是應(yīng)用于遙感領(lǐng)域。高光譜圖像技術(shù)可以通過(guò)如支持向量機(jī)、隨機(jī)森林，主成分分析，獨(dú)立分量分析等方法進(jìn)行檢驗(yàn)，能快速、準(zhǔn)確地對(duì)被檢測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行分析。公安部門(mén)在辦理案件中，因?yàn)楹芏辔镒C在物理特性上存在較大的相似點(diǎn)，因此傳統(tǒng)技術(shù)較難予以區(qū)分。但高光譜成像技術(shù)，作為一種新興的鑒別技術(shù)，其快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的特點(diǎn)使其在公安物證鑒別研究中具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。

2研究現(xiàn)狀

2.1文件檢驗(yàn)

在現(xiàn)有的研究中，大多以字跡鑒定、印泥印油鑒別、墨粉鑒別為主。在公安處理的各類(lèi)案件中，目前多以薄層色譜法、紅外光譜法、熒光光譜法、紫外-可見(jiàn)光譜法、拉曼光譜法以及HPLC法進(jìn)行鑒別。

劉猛、申思、王楠利用可見(jiàn)-近紅外高光譜圖像技術(shù)對(duì)激光打印墨粉進(jìn)行鑒別，在利用高光譜成像技術(shù)采集一定波段內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)后，采用多種高光譜圖像數(shù)據(jù)處理方法對(duì)激光打印墨粉進(jìn)行鑒別分析，如隨機(jī)森林、K最近鄰、支持向量機(jī)、偏最小二乘判別分析和簇類(lèi)獨(dú)立軟模式，實(shí)現(xiàn)激光打印墨粉的種類(lèi)鑒別（如表1）。

2.2痕跡檢驗(yàn)

痕跡物證在公安工作案件中往往占有非常重要的地位，在高光譜成像技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合各類(lèi)數(shù)值算法，可以對(duì)相關(guān)痕跡物證進(jìn)行研究。夏曦使用高光譜成像技術(shù)，結(jié)合主成分分析法對(duì)原始圖像進(jìn)行篩選得到特征圖像，再利用光纖光譜儀和MATLAB對(duì)不同波長(zhǎng)圖像在某一像素點(diǎn)的光吸收強(qiáng)度值進(jìn)行提取，并得到指紋在像素點(diǎn)的光譜曲線。

2.3人臉識(shí)別

在公安工作中，通過(guò)視頻監(jiān)控為案件提供偵查方向已經(jīng)成為重中之重。因此，利用高光譜技術(shù)快速完成人臉識(shí)別在公安實(shí)際運(yùn)用中非常之重要。

由于基于高光譜成像技術(shù)形成的人臉光譜數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)據(jù)立方體，馬娜通過(guò)提取人臉高光譜圖像的特征波段，再利用Gabor濾波，得到特征矢量，并利用加權(quán)的方法得到一個(gè)加權(quán)矩陣，最后用K最近鄰分類(lèi)器、投票法進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)快速、高效的完成人臉識(shí)別。

2.4生物物證檢驗(yàn)

在相關(guān)案件中，唾液、血液、皮屑等都是重要的生物物證檢材。在公安實(shí)際工作中，往往難以提取全部的生物檢材進(jìn)行檢驗(yàn)，如糞便、血液等往往都是少量提取，而高光譜技術(shù)在檢驗(yàn)研究時(shí)，所需要的檢材數(shù)量較少，且具有無(wú)損的特性，因此采用高光譜成像技術(shù)對(duì)實(shí)際公安業(yè)務(wù)中的生物檢材檢驗(yàn)具有較高的實(shí)用性?？梢詫⒏吖庾V成像技術(shù)分析的糞便、血液、唾液等生物檢材更準(zhǔn)確地進(jìn)行鑒別研究。

現(xiàn)有研究中，有對(duì)血跡形態(tài)的提取檢驗(yàn)，是通過(guò)高光譜記錄的在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個(gè)窄波段單色光的反射亮度分布形成的光譜影像集，同時(shí)根據(jù)背景物質(zhì)與血痕跡物質(zhì)成分的不同，將血跡顯現(xiàn)出來(lái)。方法應(yīng)用于血跡形態(tài)特征檢測(cè)中，從而更真實(shí)地反映血跡的形態(tài)特征，從而提高了血跡識(shí)別的精準(zhǔn)度。

2.5其他物證檢驗(yàn)

應(yīng)用于藥物的鑒別：利用近紅外高光譜成像技術(shù)獲取高光譜數(shù)據(jù)后，在對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理之后，選定波長(zhǎng)范圍并建立模型，之后不斷調(diào)整提高模型的預(yù)測(cè)精度，進(jìn)而達(dá)到鑒定鑒別不同藥物的分析目的。

生菜葉中的農(nóng)藥殘留鑒別：利用高光譜數(shù)據(jù)的光譜分辨率高、相鄰波段相關(guān)性強(qiáng)、信息冗余度大的特點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)典算法提取生菜葉片的數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪、特征提取后，使用SVM算法模型進(jìn)行分類(lèi)試驗(yàn)與比較。相較于其他農(nóng)藥品檢驗(yàn)鑒別方法，高光譜成像術(shù)的快速、無(wú)損的特性，顯得更為方便快捷。

3發(fā)展前景

隨著高光譜成像技術(shù)的發(fā)展，在公安物證鑒定工作中日漸顯示出其重要性。高光譜成像技術(shù)結(jié)合支持向量機(jī)（SVM）、隨機(jī)森林（RF）、主成分分析等各類(lèi)算法進(jìn)行物證鑒別的應(yīng)用研究逐漸增多。尤其是在文件檢驗(yàn)、血跡形態(tài)、微量物證上有較多的研究，但是使用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行多種類(lèi)物證鑒別研究的仍是少數(shù)，并且缺乏統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，值得相關(guān)研究者進(jìn)一步討論。同時(shí)隨著高光譜成像技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)必將越來(lái)越多地應(yīng)用到公安物證鑒定工作中。

審核編輯：湯梓紅