運用光譜成像技術(shù)區分同色棉纖維
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(gè)顏色組的棉纖維進(jìn)行區 分。結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 。 結論 實(shí)驗結果表明，光譜成像技術(shù)可以區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 的區分問(wèn)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(jiàn)的物證之一。在交通肇事、盜 竊、強奸、縱火、爆炸等各類(lèi)刑事案件現場(chǎng)上，經(jīng)�？� 以提取到紡織纖維。通過(guò)對這些紡織纖維及其制品 的檢驗，可以為破案提供線(xiàn)索，從而縮小偵查范圍，為 證實(shí)犯罪提供科學(xué)的依據。 在各類(lèi)案件中所能發(fā)現的纖維物證，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(lèi)分，數量最大的是棉纖維，達到纖維總數 的7O ；比例最大的纖維的顏色和種類(lèi)組合是黑色 棉纖維，達到了纖維總數的3O ，其次是藍色棉纖 維，達到了纖維總數的2O l1]。 目前，檢驗纖維的燃燒法、溶解、熔點(diǎn)、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(guān)察天然纖維的表面形態(tài)，對化學(xué)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 同分子結構相同顏色的纖維也很難區分。紅外分光 光度法同樣不能區分分子結構相同的同色纖維。 基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃項目(20O6BAKO7BO4) 作者簡(jiǎn)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(guò)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(gè)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 成像技術(shù)也被稱(chēng)為多光譜成像或超光譜成像(Hyper— spectral Imaging)以及化學(xué)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，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(zhuān)業(yè)理論角度論證了光譜成像技術(shù)應用于物證 檢驗的可行性、先進(jìn)性、技術(shù)性；在實(shí)驗研究方面，中 國人民公安大學(xué)碩士研究生黃威在運用光譜成像技 術(shù)進(jìn)行文件檢驗和指印顯現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，還沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表過(guò)這方面的文章。

1 實(shí)驗 1．1 實(shí)驗器材 成像光譜儀型號：美國Cambridge Research& Instrumentation，Inc．(CRi)公司Nuance Multispec— real Imaging System；液晶可調波長(cháng)濾光鏡波段范 圍：420nm~720nm，所提供的單色波段波長(cháng)帶寬為 1Onto，最小間隔波長(cháng)為1nm，最大間隔波長(cháng)300nm； Nikon 50mm標準光學(xué)鏡頭；戴爾電腦及自帶的專(zhuān)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(shí)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(shí)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 調整為200倍；(2)采用55Onto可見(jiàn)光下自動(dòng)曝光調 節樣本在徠佧顯微鏡自動(dòng)照明條件下的曝光時(shí)間； (3)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420 nli1～ 720nm可見(jiàn)光之間，設定每間隔5nm采集一幅影像， 每個(gè)影像集包含61張單色影像。

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

2．1．3 紅色纖維比對結果紅色纖維10種45對組 合，能夠區分的組合共28對，占紅色組合的62．2 。 其中，沒(méi)有區分效果顯著(zhù)的組合，區分效果明顯的組 合有10對，僅能達到區分標準的組合是18對，有效 果但不能達到區分標準的組合是14對，完全沒(méi)有區 分效果的組合是3對。對于區分效果明顯的同色纖 維組合，在區分結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(gè)顏色組的135對同 色纖維組合的分析比 對實(shí)驗中，可以區分出 94對組合，總的區分 率為69．6 。不同顏 色組合區分等級比率 不同，如圖1所示。 圖1 區分等級比率示意圖

2．1．1 黑色纖維比對結果黑色纖維l0種45對組 合，能夠區分的組合共30對，占黑色組合的66．7 。 其中，沒(méi)有區分效果顯著(zhù)的組合，區分效果明顯的組 合有l2對，僅能達到區分標準的組合是l8對，有效 果但不能達到區分標準的組合是l1對，完全沒(méi)有區 分效果的組合是4對。對于區分效果明顯的同色纖 維組合，在區分結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 藍色纖維比對結果藍色纖維l0種45對組 合，能夠區分的組合共35對，占藍色組合的77．8 。 棉花的實(shí)際生長(cháng)條件、生長(cháng)過(guò)程也各有差異，這就使 棉纖維的內部形態(tài)結構、分子結構中原子或原子團相 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(cháng)過(guò)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(lèi)和數量都不相同；在加工工藝上，各個(gè)地區 各個(gè)廠(chǎng)家的加工方法會(huì )因生產(chǎn)條件、產(chǎn)品種類(lèi)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(jìn)行初步排 除工作，為進(jìn)一步檢驗打下良好的基礎。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 維的區分問(wèn)題。

由于一些客觀(guān)條件的限制，實(shí)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 它纖維檢驗中的應用，還有待于進(jìn)一步探討。