应用于血迹检测的高光谱成像技术研究

血迹作为暴力案件现场出现率较高的生物检材，其检验鉴定工作可为案件的快速侦破提供大量信息。高光谱成像技术可对案发现场的血迹检材进行无损、快速成像，相比于检测血迹的化学试剂法和传统的光谱分析方法，高光谱成像技术具有图谱合一的显著优势。

计算机技术的发展和跨学科研究的不断深化，使得光谱成像技术的应用日趋成熟。案发现场血迹检材的检测分析中多使用紫外可见反射光谱、可见-近红外多光谱、拉曼光谱等进行光谱数据分析。但是，常规的光谱分析技术因其无法记录检材物体的图像信息，应用上不断受到限制。同时，随着案件现场痕迹物证愈发复杂，法医人员的检验鉴定要求也不断提高，所以充分了解现场检材的化学组成和检材上的空间信息是十分重要的。

01高光谱成像技术特点

高光谱成像技术是交叉学科发展的产物,是指在紫外到红外范围内利用数百上千个较短的电磁波波段(一般小于10nm)从感兴趣的目标物体中获取有价值的数据信息的技术,其多波段的特点使得图像维的每一个像素元均可在光谱维得到近乎连续的光谱曲线。

图1 高光谱数据立方体示意图

02高光谱图像数据分析

血迹高光谱图像数据的预处理常包含去噪、校正、拼接等操作,以消除干扰信息的影响。如图3所示,数据降维、光谱特征参量化、数据的混合像元分解以及高光谱数据分类是数据分析阶段的主要内容。

图2 基于高光谱成像的血迹检测流程及应用

特征选择即从原始波段中按照既定的搜索准则或策略选择一定数量包含被测物体主要信息的波段组合,这些波段应满足信息量大、相关性小以及光谱曲线差异大的要求,并能够很好地将被测物质与其他物质区分开。

图4 波段选择过程

图5 特征提取过程

03高光谱成像技术在血迹检验中的应用

血迹作为暴力案件现场较常见的生物物证，对血迹的检测分析可为侦查人员侦破案件提供嫌疑人和被害人的线索信息,并为审判提供证据。

目前潜在血迹的显现主要依靠化学、物理学、光学等方法。其中化学试剂法是当前较传统的显现方法，在显现过程中，通过向检材中加入化学试剂,使潜在血迹产生肉眼可见的化学发光反应，从而实现潜在血迹的显现。相对于试剂法，光谱法可对潜在血迹检材进行非接触性的无损检测。如图6所示，高光谱成像技术依据各波段下血迹形态特征清晰度的差异，在不同波段下对血迹检材进行连续成像,后经光谱特征提取、图像融合处理可获得各波段下血迹的清晰图像。

图6 高光谱成像技术检测某杀人现场血迹示意图

04总结

高光谱成像技术能同时分析物体的图像信息和光谱数据，其无损、非接触的特点弥补了传统的光谱分析技术的不足，现已在军事侦察与识别伪装、精准农业、海洋遥感、植被研究、生态环保、自然灾害监测等领域发挥着重要作用。在血迹的检测中，高光谱成像技术主要应用于无损显现案发现场遗留的潜在血迹、分析血迹组分动态变化、分类识别血迹种属以及精确预测血迹陈旧度等方面。

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审核编辑 黄宇