光谱成像技术去除指纹干扰背景的方法分析

李可贵+张华松

摘要：本文将研究光谱成像技术去除指纹干扰背景的方法，通过利用可见光光谱成像技术来将各种背景下的指纹进行显现，在实际中，指纹所在的物体上会有复杂的背景或指纹的保留情况比较不乐观，针对不同的情况需要用不同的方法去除干扰背景。可见光光谱成像，是通过在可见光光谱的范围内对光谱进行调谐，从而获取更高的光谱和空间分辨率，这种技术具有灵活、快速、零损伤等优势。本文将对可见光光谱成像的工作原理进行介绍，然后对光谱成像的数据进行分析，最后探讨光谱成像技术去除指纹干扰背景的方法以及应用。

关键词：可见光谱成像；调谐；分辨率；指纹干扰背景

中图分类号：D918.91文献标识码：A文章编号：2095-4379-（2018）02-0139-02

作者简介：李可贵（1985-），男，汉族，广东深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，痕迹检验助理工程师，研究方向：刑事科学技术；张华松（1984-），男，汉族，广东深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，助理工程师，研究方向：刑事科学技术。

指纹分析技术一直受用于执法机关，该技术是采集犯罪证据的重要途径，是执法机关和法医学家破案的重要手段。指纹分析技术随着科技的发展，慢慢的演变成了一种设计物力、化学、生物等多种学科的复合型技术。在刑事侦查过程中，指纹在其中的地位很高，指纹的清晰程度和完整性都会影响整个刑事侦查的速度和方向。传统的去除指纹干扰背景技术经过长时间的实践证明，其中有许多问题，尤其是在处理特殊表面上的指纹时，比较难以清楚显现。

光谱成像是融合了光谱分析和数字成像的快速检测技术，一方面是从光谱的方面对样品进行分析和识别，另一方面是从空间方面进行分析和识别，其优点是灵活、快速、无损伤，能够只管的展现不用物质的分布状况，其在物证的收集方面应用范围比较广泛。

一、可见光谱的应用价值和前景

指纹在刑事侦查中有重要作用，它影响着刑事侦查的方向和破案速度，然而在实际中，指纹很少是在能够清晰呈现的物体背景上，所以指纹的提取总不是那么的顺利，往往是混合着复杂的背景，让指纹无法清晰的呈现出来。

可见光谱成像技术能够有效的解决以上问题，利用该技术能够处理各种干扰背景下的指纹。可见光谱成像技术是一种新的指纹检验技术，这种技术通过对物体表面的各种物质的光谱数学分析对比，能够鉴别不同的物质成分，还能将其中想要显现的模糊物质进行影像重构，该技术能够对样品快速处理，对所成像零损耗，还能灵活的针对各种情况各种背景进行处理，该技术已经成为了指纹提取领域重点研究课题。随着科技的不断发展，课题的不断深入研究，光谱成像技术所需要的软、硬件的成本费用慢慢在下降，对光谱图像数据处理算法的不断改进，这种技术的应用前景是十分广泛的。

二、基本原理

可见光谱成像系统，是通过液晶可调滤光片的具有的折射效应，将可见光在光谱的范围内多次进行光谱调谐，实现画幅式光谱成像，从而获取更高的光谱分辨率和空间分辨率的图像。光谱成像的方式分为两种，一种是直接成像，另一种是间接成像。直接成像方法是通过记录检验物体在可见光谱范围内的多个窄波段单色光的反射光亮强度，形成由单色光组成的光谱影像集。而间接成像方法是扫描CCD图像传感器的每个像元，得到许多的光谱图像数据，然后利用图像构建技术得到三维的光谱，也就是光谱立方体，在其中选择一个平面，就可以得到检验物体在这个波长下的图像。不同波长的光谱所形成图像的分辨率不同，一般的分为三种光谱图像：多光谱图像、高光谱图像和超光谱图像。三者的分辨率也由底到高，分别对应：100nm、10nm和小于1nm。

三、光谱图像数据的处理和分析

光谱图像数据处理就是要将光谱图像中的干扰背景的影响进行处理，这是其主要任务。光谱图像数据处理是通过对有效像素點识别出的光谱特征的图像区域，然后将分类和识别后的结果转化成图像呈现，从而能够对图像的准确性、稳定性有所提高。用光谱成像的目的是为了获得没有干扰背景的物证形态特征的结果影像。有以下一些方法：

像素点定位法：分别选取能够明确的区分指纹和干扰背景区域的单色影像，从两影像上选取有效的像素点，并将它们的亮度曲线叠加，两者之间差异最大波段的单色影像就是所要选取的，所选取的影响指纹和干扰背景的亮度差异大，容易显现指纹。这种方法更适合成分不同，但是背景颜色和指纹颜色相近的样品，比如接触了墨汁的手在黑色物体上留下的指纹。

滤波法：噪音在光谱立方体中的亮度不收太大影响，通过对每幅单色影像的对比，然后找出能够有效的显示有用部分的影像。这种方法的好处是操作简单，原理易懂。但是缺点就是耗费的时间过长，且费神费眼。

分类法：先测量光谱影像，然后利用软件程序对某个位置的光谱亮度曲线进行分类，将相近光谱亮度曲线的物质归为一类，将这一类设定为一种特定颜色，然后将光谱亮度曲线差异较大的物质归为另一类，也设定特定颜色，要求两种颜色的亮度反差要大。这种方法能够将虽然色调不同但光谱性质相同的指纹，在图像是形成统一颜色的指纹，并且能够与背景的颜色相差较大，突出指纹，还消除背景干扰。

去混合法：将没有指纹的背景的光谱图像作为结果的背景光谱并记录，然后利用软将将整个样品中的所有光谱进行数据分析，然后将刚刚记录的背景光谱数据从整个样品的数据中去除，然后留下单一的指纹光谱。就目前的技术，光谱分析软件可以处理最多三种背景颜色的指纹去混合。在使用去混合方法的过程中，要有技巧的选取像素点，背景需要选择反差最大的地方，而指纹要选择中等亮度。

去混合-分类结合法：这种方法是将去混合法和分类法相结合，先对样品进行去混合，然后将去混合后的纹线光谱设定为一种颜色，最后再将去混合后不同颜色的背景光谱设定为另一种相差较大的颜色。该种方法可以增强指纹的显现程度，能够提高指纹微弱处的可见性，适用于那些微弱且有复杂背景干扰的指纹提取。

四、可见光谱成像系统在指纹显现中的优势

光谱成像是通过对每个像点的光谱所包含的信息灵活的进行分类处理，使指纹的痕迹增强，光谱成像技术对影像增强的效果要比传统的影响处理好的多。所以可见光谱技术在需要快速的对复杂背景或微弱指纹或消除背景干扰，且不破坏被检验样品的时候，相比于传统影像处理，有不可替代的作用。以下是有关实验证明：

公安部的王桂强、黄威研究小组使用CRI公司的Nuancemacro光谱成像仪，进行了在红色玻璃和纸张上的血手印，以及纸张上微弱的油渍手印进行相关实验。

因为血手印和红色背景的化学成分有较大差异，采用了分类-去混合结合的方法使指纹显现出来，这个实验体现出了光谱成像的灵敏、方便、快捷等优点。对于纸上的微弱油渍手印，通过利用去混合方法形成了背景和痕迹颜色反差较大的图像，相比于传统的处理，这种方法更加有效。五、结论

可见光谱成像技术相比于传统的方法，其优势体现在通过对光谱成像技术的运用能够对汗渍指纹进行无损拍摄，指纹与背景色差不大时的检验拍摄，通过运用化学药品能显现出的微弱指纹进行增强显现，去除或降低复杂背景对指纹的干扰。在使用可见光谱成像技术的一个重要环节，就是要根据被检验的材质采取不同的方法进行分析和处理，至于什么时候用什么方法，怎么用就需要通过不断的实验来进行总结。可见光谱成像技术中去除指纹干扰背景的方法，能够帮助有关机构提取物证，提高了指纹的价值，为刑事侦查提供线索和方向，这是可见光谱成像技术未来的研究重点和方向。

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