淺談高光譜成像技術在顯現消褪字跡中的應用

余港豪 徐諍 胡開遠 楊志超

摘 要 高光譜成像技術是一種新興的顯現消褪字跡的方法。其通過使用高光譜成像光譜儀進行掃描的方法來獲取消褪樣本的高光譜數據，并通過使用獲取特定波長下的高光譜圖像，對獲取的高光譜數據進行算法的處理等方法，來獲得較為清晰的顯現圖像，從而達到高效、無損地顯現消褪字跡的目的。

關鍵詞 高光譜成像技術 消褪字跡 顯現

基金項目： 浙江省新苗人才計劃資助項目：《高光譜成像光譜儀用于顯現消褪筆字跡的方法研究》（項目編號：2017R432007）。

作者簡介：余港豪，浙江警察學院本科生；徐諍、胡開遠，浙江警察學院；楊志超，浙江警察學院，講師，研究方向：光譜分析。

中圖分類號：D918.9 文獻標識碼：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2019.01.050

近年來，高光譜成像技術在各種領域得到了大量的關注，在國際上，高光譜成像技術在刑事技術領域中已經有了較為深入的研究 ，在我國利用光譜信息來進行物證分析的工作也逐漸開展起來，并且通過實驗高光譜成像技術表出了可以單獨對刑事物證進行快速、無損并且準確的分析的優點 。

本文在利用可擦筆進行違法犯罪活動逐漸增多的背景下，使用高光譜成像技術探究其在顯現消褪字跡方面的應用，旨在為顯現此類消褪文件的顯現提供一種更為快捷、有效的方法。

一、高光譜圖像技術

（一）高光譜成像技術概述

高光譜成像技術隨著近30年來的不停發展，已經在地球物理環境監測中占據了不可取代的地位。高光譜成像光譜儀能夠以非接觸的方式，在上百個連續的光譜波段上對被測客體進行成像，并將圖像與光譜數據譜合二為一，填補了科學領域成像兼顧光譜的空白。

（二）高光譜成像技術特點

1.圖譜合一、多維表達。高光譜數據不僅擁有普通二維圖像，還有光譜信息，可以認為得到的是三維數據結構的光譜數據立方體。空間圖像可以清楚得向我們表示出地表的平面空間特征，而光譜維還可以在每一個像素點上表達光譜曲線特征。

2.數據量大、隱含特征豐富。高光譜數據往往量大而豐富，通過使用深度處理圖像和光譜數據分析技術，從高光譜圖像、光譜這兩個不同的方面對高光譜數據進行分析，可以獲得大量的未表露特征。因此，發展有效而實用的特征提取算法、建立對典型物體有效的光譜識別特征是高光譜成像技術在信息處理的重要方面。

3.精細光譜特征表達。高光譜成像技術有著光譜維提供了被測物體單元的精細的光譜特征的優點。在以納米為單位的區間內，往往存在著傳統多光譜技術無法獲取的光譜特征，而高光譜成像技術卻可以實現。因此，通過提取精細的光譜特征，并對目標物的局部特征上加以區別，再通過反演參數等手段，可以有效地提高高光譜成像技術的定量化質量。

二、文件的消褪

（一）文件消褪的意義

通過各種手段消褪文件中的某些關鍵部分從而達到篡改的目的是一些詐騙案件中常用的手段，而消褪筆在此類活動上便具有很強的便利性與隱蔽性。例如在2017年1月4日，山東省青島市即墨區移風店鎮坊莊村就發生了利用可擦筆更改賬目的方式進行收糧詐騙的案件 。

（二） 消褪的方法

1.可擦簽字筆。可擦簽字筆的擦除原理可分為兩類：

一是可擦簽字筆在墨水中運用了微球膠囊技術，使用特殊材料包裹特種油墨，特殊材料的粒度大于紙張纖維的縫隙，因此書寫時油墨不會滲入紙張的縫隙內而在紙張的表面形成字跡，使用筆尾的橡膠或普通橡皮易被擦除。

二是可擦簽字筆在墨水中運用了Metamocolor技術，墨水會在膠粒擦拭時因為達到65℃或以上，從而發生物理變化，變得透明，達消褪的效果 。

2.自動消褪的練字筆。自動褪色墨水是由NaClO溶液與正常墨水約按一定比例混合而成，墨水中的顯色劑成分極易被氧化。當墨水在空氣中長時間暴露，NaClO便會在空氣中與H2O、 CO2產生化學反應，反應生成的HClO具有強氧化性，從而達到消褪的結果。

三、文件的顯現

（一）傳統顯現法

1.熒光照相。由于將消褪文件放置于紫外線或單色光下進行照射，可以使被消褪的文字發出與其背景不同顏色或強度的熒光，從而使被消褪的文字顯現。但在實際情況下，因為被消褪的染料、消褪試劑、消褪程度及消褪時間的差異，熒光照相往往需要不同強度的激發光源反復照射才能達到較好的顯現效果。

2.光學儀器分析。利用電子顯微鏡將被消褪的文件放大幾十萬倍甚至幾百萬倍以上，在微觀角度分析消褪劑成份與被消褪文字筆畫的成份及其分布情況，從而判斷被消褪的文字。但在實際操作中此方法需要大量的時間與一定的經驗，無法快速且大量的對被消褪文件進行分析。

3.化學試劑顯現。對于用藍墨水書寫的被消褪文件，因為通常含有Fe2+、fe3+離子，所以可采用某些化學試劑使其顯出一定顏色，從而將消褪的文字顯現出來。但在現實情況中由于試用范圍窄，應用性不強。

（二）高光譜成像技術顯現法

1.高光譜數據的獲取。高光譜成像技術顯現法只需要將待顯現的文件放置于高光譜成像光譜儀下進行掃描，就可以在對文件零破壞的情況下獲取高光譜數據。通過對高光譜數據的特征提取和選擇，并進行分類處理，便可以在檢驗物質的區分、識別和提取上提供一種更加高效的方法和有力的依據。具體操作如下：

（1）開啟高光譜成像光譜儀，進行白校準與暗校準。

（2）將樣本放置于掃描臺上進行預先掃描，通過掃描結果調整馬達轉速等參數。

（3）根據設定好的參數進行正式掃描，保存獲得的高光譜數據。

（4）使用ENVI軟件對獲得的高光譜數據進行觀測，保存較為清晰的影像圖片。

2.高光譜數據的分析。在現實中對于以可擦簽字筆為代表的消褪樣本，其獲取的高光譜數據在特定波長下的高光譜圖像顯現效果較為良好，字跡的筆畫較為明顯，能顯現出大部分原書寫字跡，基本達到了顯現的目的。然而對于以自動消褪筆為代表的消褪樣本，其獲取的高光譜數據在特定波長下的高光譜圖像顯現效果不佳，字跡的筆畫較為破碎，基本不能顯現出原書寫字跡，沒有達到顯現的目的。因此，根據高光譜數據蘊含信息量龐大的特點，在現實中常常采用獨立成分分析（Independent Component Analysis，ICA）等算法對高光譜數據進行進一步的處理，從而達到更加優良的顯現效果。

3.消褪字跡的顯現。通過對高光譜數據的獨立成分分析，以可擦簽字筆為代表的消褪樣本在顯現效果上得到了進一步的提高，字跡的筆畫更加突出，顯現效果更加優秀，完全達到了顯現的目的。而以自動消褪筆為代表的消褪樣本在顯現效果上更是得到了大幅度的提高，原先較為破碎的筆畫明顯減少，完整顯現的筆畫明顯增加，顯現效果較為良好，基本達到了顯現的目的。

四、結語

傳統顯現法在對消褪字跡進行顯現時，存在著或是效率低下，或是對原文件有損害等缺點。再加之國內在物證處理方面，特別是消褪字跡顯現多停留在紫外光譜成像技術領域，其存在著獲取光譜信息少，泛用性不高的特點 。

相比之下高光譜成像技術在保持了較強的泛用性的基礎上，有著獲取大量的光譜信息，快速、無損的得出結果的優勢。并且基于高光譜成像技術，在面對較為復雜的客體時，還可以通過使用各種算法對獲取的高光譜數據進行加工，達到篩選出需要的信息，進一步提升物證檢驗效果的目的。

注釋：

G.J. Edelman， E. Gaston b， T.G. van Leeuwen， P.J. Cullen， M.C.G. Aalders. Hyperspectral imaging for non-contact analysis of forensic traces. Forensic Science International，2012，223.28-39.

Gerda Edelman，Ton G. van Leeuwen，Maurice C.G. Aalders. Hyperspectral imaging for the age estimation of blood stains at the crime scene. Forensic Science International，2012，223.72-77.

馮清枝、莊華.運用多光譜圖像融合技術增強指紋圖像.中國人民公安大學學報（自然科學版）.2004（4）.27-30.

劉輝、王江濤、代雪晶.采用光致紅外熒光攝影顯現可擦筆消褪字跡.四川警察學院學報.2018，30（1）.49-53.

崔連義.文檢儀在消褪文件檢驗中的應用.貴州警官職業學院學報.2014（5）.53-57.

王丹琳、楊玉柱.運用紫外光譜成像技術檢驗可擦中性筆形成的消褪字跡.中國人民公安大學學報（自然科學版）.2013，19（1）.4-9.