光譜成像技術在纖維物證檢驗中的應用＊

張旭東，王云峰

光譜成像技術在纖維物證檢驗中的應用＊

張旭東，王云峰

（甘肅政法大學 公安技術學院，甘肅 蘭州 730070）

介紹了光譜成像技術的概念以及國內外利用光譜成像技術對纖維物證進行檢驗鑒定的方法與相關研究進展，針對纖維物證的檢驗鑒定，將傳統方法與光譜成像技術進行了比較分析。介紹了相關的研究成果，對這項技術未來的研究方向與研究重點作了總結與展望。

光譜成像；纖維物證；檢驗鑒定；光學檢驗

作為常見物證之一，紡織纖維殘留物常常在交通肇事、偷盜、強奸以及爆炸等各種刑事案件的現場當中被發現和提取。利用對案件現場殘留的紡織纖維及其制品的甄別與檢驗結果，能夠給案件的偵破提供線索或指引方向。

目前在檢驗鑒定工作當中，對與纖維物證的檢驗大多采用燃燒法、溶解法、染色法以及顯微觀察法等技術方法，這些方法多為有損檢驗，對檢材具有一定的損耗，并且檢驗結果缺乏精確度與穩定性，尤其在當今各類新型化學纖維層出不窮的情況下，給上述傳統的檢驗方法帶來了更大的考驗。而光譜成像技術的應用與普及給纖維物證的檢驗鑒定帶來了新的方法與研究方向。

1 光譜成像技術的概述

1.1 光譜成像的概念

光譜成像通常指通過光譜成像的相關儀器，比如通過成像光譜儀記錄目標物體在一定光譜范圍內密集均勻分布，即多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，最后形成許多單色光影像構成的光譜影像集[1]。

1.2 光譜成像的原理與特點

物體間成分和表面結構的差異會造成其對波長的光線反射率的不同，通過儀器記錄其在不同波長反射光線下的差異，能夠對各類物質進行區分。光譜成像技術可每間隔一定的波段數對被檢測物體進行掃描，得到系列圖片集合，在這個系列的圖片集合上，任意一個點包含隨著波段變化的對應光強弱的數據集合。隨著光譜范圍的擴大和掃描間隔波數的縮小，光譜成像技術精細度越高。其優點在于可以同時獲取被檢測物的兩維空間信息與一維光譜信息，得到樣本直觀圖像的同時，還可以得到物質的化學組分信息，同時這項技術還具備無損檢測的優勢[2]。

2 光譜成像技術在纖維物證檢驗中的應用及發展

2.1 國外研究動態

國外相關研究人員開始利用各類成像技術對微量物證進行分析與鑒別的研究可以追溯到20世紀90年代，PAYNE等人利用化學成像法對棉織品、羊毛、丙烯酸纖維和聚醋纖維進行顏色測定和熒光顯微分析（400～720 nm），實驗證明，該技術針對不同纖維具有較為理想的鑒別能力。FLYNN等人借助FTIR光譜成像技術進行了合成纖維斷面形態的特征檢驗與辨別實驗，實驗結果表明，樣本中6類平行排列合成纖維被辨別出5類[3]。

國外相關研究具有如下特點：①研究水平較高，研究成果具有較高的學術價值，開創了光譜成像技術應用于纖維物證檢驗中的先河，促使這項新技術廣泛應用于現場偵查與物證鑒定領域，尤其是在光學檢驗技術領域的開發與應用，為相關研究人員今后的研究指引了方向；②研究成果處于領先地位，國外物證鑒定研究人員在經濟及學術資源方面占有一定優勢，在研究時使用的研究設備相較于國內更為先進，基本實現了光譜成像技術在纖維物證檢驗鑒定方面的研究與光譜成像技術本身的同步發展[4]。

2.2 國內研究動態

隨著近年來光譜成像技術在其他物證檢驗中的應用研究逐漸廣泛，這項技術在纖維物證檢驗中的應用研究在中國國內也日漸深入。張鵬等人利用光譜成像技術對同色棉纖維進行鑒別，實驗結果表明這項技術具有快速簡便、效率高等特點。金肖克等人利用高光譜成像系統結合化學計量學方法對于紡織品成分進行鑒別，最終實驗結果證實了將高光譜成像技術應用于紡織品成分定性鑒別具有可行性與實用性[5]。李群逸等人使用近紅外光譜成像技術進行了對具有同等分子結構且顏色相同的纖維區分實驗，實驗樣本間染料成分的差異使得區分結果較為理想[6]。孫振文等人在一場交通肇事案件中，利用光譜成像技術對嫌疑車輛上提取的纖維與死者的衣物纖維進行比對，最終成功區分了4種纖維[7]。齊敏珺等人使用光譜成像儀對案件現場纖維物證進行了搜尋，實驗結果表明在近紅外波段下，深色及花色背景中的毛發纖維容易被光譜成像儀檢測發現，表明此技術可以應用于現場勘查與檢驗。

國內相關研究具有如下特點：①國內相關研究人員對于這項技術的研究相較于國外略顯滯后；②國內研究環境及研究設備的先進程度略低于國外，尤其是發達國家，但國內專家以及研究者緊跟國外的相關研究動態，并在此基礎上進行了具有一定創新性的研究；③國內學者對于光譜成像技術在纖維物證檢驗中的應用研究緊貼檢驗鑒定工作的實際，將研究成果應用于實際案件與工作當中，使得其研究具有較強的實用性。

3 相關研究成果

3.1 物證鑒定光譜影像專用分析系統

因為微量物證的多樣性與復雜性，此前并無專門針對纖維物證提取及檢測的光譜成像儀器，公安部聯同武漢大學進行合作，根據實際需要，研發了一套光譜影像分析系統應用于物證鑒定，針對性地給光譜成像技術在物證鑒定領域的使用提供了算法與技術手段作為支撐。

3.2 潛在目標探測紫外傅里葉變換成像光譜儀

北京理工大學的劉洋提出了一種像平面式干涉儀與Offner系統相結合的大孔徑紫外傅里葉變換成像光譜儀（Large Aperture Ultraviolet Fourier Transform Imaging Spectrometer）方案，設計并初步制成了原理樣機展開了實驗驗證。實驗結果表明，此儀器針對部分量小體微的纖維物證的發現和提取效果理想[8]。

3.3 應用光譜成像技術檢驗疑難痕跡物證的方法

在國內，一些專家與學者總結出了一套成熟的方法。對于各類疑難痕跡物證的檢驗鑒定，應當使用光譜響應范圍在可見波段（400～720 nm）和近紅外波段（650～1 100 nm）的Nuance-macro光譜成像儀。利用這種方法，對于同色纖維的鑒別率可以達到69.9%。

4 研究展望

隨著光譜成像在纖維物證檢驗中的應用研究不斷深入，能夠開發出新型針對物證鑒定的光學檢驗技術手段與應用設備，能夠為微量物證以及疑難物證的搜尋、提取、檢驗鑒定提供科學的、切實可靠的技術支撐。利用光譜成像技術能夠比較精確定性檢材化學成分這一優勢，能夠給纖維物證的鑒定提供各類纖維在結構、空間分布狀態等方面的信息，是這一技術在未來發展的重要方向。

5 總結

與傳統的檢驗手段相比，光譜成像技術具有巨大的應用優勢，相信隨著研究的進一步深入，此項技術能夠在纖維物證的檢驗中得到推廣和普及，不過此項技術依舊存在一定的不足之處待以完善，其鑒別率有待于進一步的提高，需要相關領域專家學者進行進一步的研究與攻關。

［1］張鵬，王桂強，黃威，等.運用光譜成像技術區分同色棉纖維［J］.刑事技術，2008（2）：3-5.

［2］齊敏珺，陳奕樺，王新全，等.近紅外光譜成像技術在現場物證搜索中的應用研究［J］.刑事技術，2017（1）：15-20.

［3］FLYNN K，O'LEARY R，ROUX C，et al. Forensic analysis of bicomponent fibers using infrared chemical imaging［J］. Journal of Forensic Sciences，2006，51（3）：586-596.

［4］許小京，黃威.光譜成像技術在物證鑒定領域的應用［J］.紅外與激光工程，2012，41（12）：3280-3284.

［5］金肖克，田偉，朱煒婧，等.基于高光譜成像系統的紡織品成分定性鑒別［J］.紡織學報，2018，39（10）：50-57.

［6］李群逸，張旭毅，張思堯，等.利用近紅外光譜成像技術發現纖維物證的初探［J］.科教導刊，2010（2）：191-192.

［7］孫振文，權養科，陶克明.交通肇事案件中纖維物證的光譜成像檢驗［J］.刑事技術，2011（6）：54-55.

［8］劉洋.潛在目標探測紫外傅立葉變換成像光譜儀研究［D］.北京：北京理工大學，2014.

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.068

2095－6835（2019）18－0158－02

2018年甘肅省科技計劃（重點研發計劃-社會發展類）項目資助（編號：18YF1FA083）；甘肅政法學院2018年度研究生科研創新項目（編號：2018027）；2017年甘肅省高校大學生創新創業專項項目（甘財教〔2017〕62號）

張旭東（1994—），男，甘肅武威人，碩士研究生，研究方向為物證技術學。王云峰（1968—），男，甘肅秦安人，工學博士，教授，副院長，主要研究領域為公安技術、模式識別、智能控制、信息安全等。

〔編輯：王霞〕