光谱成像的检验技术.doc

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1、光谱成像的检验1.光谱成像概念光谱成像是通过成像光谱仪记录被检验物体在一定光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的反射光亮度分布或荧光亮度分布，形成由许多单色光影像构成的光谱影像集。光谱成像组合了光谱技术和数字成像技术，其装置由液晶可调波长滤光镜（LCTF）、数字CCD照相机、照明光源和计算机及专用软件组成，其中由计算机控制的液晶可调波长滤光镜与CCD照相机连接构成了成像光谱仪。光谱成像首先要根据检材状况和检验目的，按照光学检验原理，选择照明光源和照明条件，在检材上形成适当的反射光亮度分布或荧光亮度分布。在成像记录时，计算机控制液晶可调波长滤光镜在一定范

2、围内依次透过预先设定的多个等间距波长位置上的窄波段单色光，使检材在各个波段的反射光或荧光透过滤光镜依次到达CCD感应器。计算机控制CCD感应器记录操作与滤光镜透过单色光操作同步进行，使CCD感应器能够记录检材在相应波段的亮度分布，并将众多单色光亮度影像储存在计算机中形成光谱成像的光谱影像集。光谱成像记录的光谱影像集包含了检材物体在多幅等间隔波长位置的窄波段单色光亮度分布影像，因此这种成像技术也被称为多光谱成像或超光谱成像。此外，光谱影像上任意一个像点在各个单色影像中的亮度变化，就是这个像点位置物质的光谱亮度曲线。由于这些光谱亮度曲线能够在一定程度上反映被检

3、验物体上物质的化学成分，光谱成像又被称为“化学成像”。这两种名称反映的侧重点不同，光谱成像或超光谱成像强调了这种技术方法的性质和影像集信息的光谱属性，而化学成像更着重强调的是这种技术方法鉴别物质化学成分的应用。光谱影像集的每幅单色影像记录了物体在相应波长的光亮度分布信息，单色影像的组合记录了物体在所有选定单色波段的光亮度分布信息。这些表达物体表面光谱亮度分布性质的信息可以由两个空间坐标（X,Y）和一个波长坐标（λ）构成的三维坐标描述，光谱影像集也因此被称为“光谱影像立方体”。此外，光谱成像记录的影像也可以被想象成为一幅特殊的，其每个像点上不仅有这个像点对应

4、物质的亮度值信息，还含有物质光谱信息的“光谱平面影像”。通过专用的计算机软件程序可以将光谱影像集包含的光谱亮度分布信息转化为反映物体亮度分布性质的结果影像或反映物质光谱性质的曲线和数据用于物证形态特征检验或物质化学成分鉴别两种用途。刑事光谱成像检验光谱范围一般为400～760nm可见光谱区和760～1100nm的近红外光谱区。根据成像接收记录信息的属性，光谱成像检验分为反射光光谱成像和荧光光谱成像两大类型，前者记录物体在各个选定波长的反射光亮度分布，而后者记录物体在各个选定波长的荧光亮度分布。类似于常规成像检验技术，这两种类型的光谱成像方法各自显示物体表面

5、不同的光谱亮度信息内容，适合不同的物证检材检验目的和用途。2.光谱成像技术器材和方法2.1光谱成像技术步骤光谱成像从被检验物体开始,到最后形成检验结果，经过了光学检验、影像摄取、影像显示、影像处理和影像分析等步骤。光谱影像摄取步骤将光学检验形成的物体光谱亮度分布以数字形式记录并储存在计算机存储器内，得到光谱影像集。显示步骤将光谱影像集的信息以多种方式转化成中间影像并显示在计算机屏幕上，再经过影像处理和影像分析步骤获得结果影像、分析数据或检验意见。2.2光源和照明方法类似于常规成像检验技术，光谱成像检验的第一步是光学检验，即用适当光源照射被检验物体，形成能够

6、最有效反映物体证据和侦查价值信息的光亮度分布。光谱成像检验的光学检验方法和原理与常规成像检验中的光学检验基本一致。由于光谱成像能够记录被检验物体在所有波段的亮度信息，其光学检验主要考虑照射光的光谱参数和空间参数（方向和角度）的选择，接收光线参数一般只需选择一个适当的波长范围和适当的波长增量，这比常规成像的光学检验似乎相对简单一些。可见和近红外反射光光谱成像的光学检验比较简单，一般用卤钨灯照明。这类光源在可见和近红外区有较强的连续输出，可以很好地满足这两个光谱区的光谱照明需要。对于物证形态特征检验应用，要根据检材情况和检验目的选择适当的照明配光方法。这样可以

7、利用检材物质反射光亮度空间分布的性质与物质的光谱亮度性质组合，获得能够最有效反映有用形态特征细节的光谱影像集。对于物质成分鉴别应用，一般选择均匀照明方法，以减少物质反射光空间分布差异对光谱特征的影响。在荧光光谱成像检验中，一般选择多波段光源的单色光激发照明，它们具有强度大和色纯度高的优点，可以有效提高荧光成像检验的灵敏度。与常规荧光成像检验一样，荧光光谱成像检验一般采用均匀照明。同样，正确选择激发照明波段是荧光光谱成像最重要的技术关键之一。只有选择适当波长的激发波段，才能使光谱影像集各像点的光谱亮度信息最有效地反映检材物体的形态细节或化学成分特性。2.3液

8、晶可调波长滤光镜和分光谱技术液晶可调波长滤光镜（LCTF）是光谱成