红外透射光谱成像检验添加文字的研究

侯进令，张 剑

（湖北警官学院 法庭科学湖北省重点实验室，湖北 武汉430034）

一、前言

红外透射光谱成像，是通过光谱成像仪（图1）,即由计算机控制的液晶可调波长滤光镜与 CCD照相机构成，记录被检验样本在650nm~1100nm波段范围内，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，形成许多单色光影像，并自动记录形成影像集，然后，对其进一步分析、处理得到图像信息。红外透射光谱成像检验，具有形态检验和成分分析双重作用；光谱影像集中的单色光影像，其信息相互关联，因此，它在信息数量和质量上占有明显优势；红外透射光谱成像检验的灵敏度，明显高于常规红外成像检验。无损的影像检验，是物证检验领域最有吸引力和最有效的检验技术，在各种类型物证检验鉴定中占有重要地位。

二、实验原理

透射光是入射光经过折射穿过物体后射出的光，被透射的物体为透明体或半透明体，对被添加、篡改的文件而言，部分透射光被纸张和油墨吸收，少数光被反射，部分光均透过物体，故透射照明方法可加强染料物质与半透明状纸张的透射亮度反差。同一纸张上添加字，由不同成分的油墨打印而成，即载体成分相同，其承受的部分字迹成分不同。对其用红外透射光谱检验：一方面可增强不同物质对红外光的反射、吸收和透射能力的差异性；另一方面加强染料物质与半透明状纸张的透射亮度反差，达到降低荧光背景干扰而鉴定出添加字的目的。

图1光谱成像仪示意图

三、实验材料

1.美国CRI公司Nuance MultispecrealIm-aging System nuance，规格：nuance。

2.美国CRI公司红外光谱成像系统，规格：varispec。

3.红外液晶可调滤光器，波段范围：650nm~1100nm，配置 CCD数字感光元件，Nuanceversion2.4.0分析软件。

4.卤素碘钨灯。

5.50种不同型号的黑色中性笔。

四、实验步骤

（一）制作实验样本

1.依次从已编号的50支不同型号黑色签字笔中抽取18支，见表一。

表1不同型号黑色中性签字笔

2.用抽到的黑色签字笔，在同种材质的纸张上写两组书写笔画，形成添加字迹笔迹组合。

（二）实验操作步骤

1.把样本置于载物台上，与nuance多光谱影像分析系统垂直，卤素碘钨灯光线与检材的入射角为45°，调节亮度使其均匀照在检材上。

2.偶合红外液晶滤光器和CCD感光元件，并连接计算机，打开nuance多光谱影像分析系统、红外光谱成像系统。

3.在nuance系统的预览活动窗口中观察检材影像，调整物距，使整个样本图像充满视野，调节焦距至从图像处理软件窗口能清晰观察到实验样本图像。

4.在图像获取窗口Acquire上设定8bit的数位输出，设置红外光谱成像系统获取图像波段范围为650nm~1100nm，设定每20nm采集一次影像，并将该系统扫描的时间设定为5000ms；多光谱影像分析系统波段范围定为 600nm~720nm,扫描时间设定为3000ms。

5.分别对每组实验样本采集影像，获得RGB影像和特定范围波长的单幅影像。进入 Nuanceversion2.4.0软件中的分析窗口，用区分功能（Classify）对单幅影像合成的影像集进行分析和调整处理，区分功能（Classify）包括：分类分析处理和去混合分析处理。去混合分析处理，是根据各个像点平均亮度值分离重合的图像，从而获取不同物质相对单一的影像。分类分析处理，是由实验操作人员，对集合成后的伪彩色图像上光谱曲线相近的像点赋值以归为同类，同时定义反差较大的几种颜色，以达到区分不同物质的目的。通过人为定义实验样本采集影像完毕后得到伪彩图，根据不同单位物质反映出相异的红外光谱曲线图的部分进行染色分离，得到最后的实验结果。

（三）对比实验

做比较实验用的样本纸是普通书写纸，随机从已选取是签字笔中抽取21号笔和36号笔，依次在普通书写纸上书写笔画形成笔迹组合样本。采用红外反射光谱分析法、多光谱透射光分析法、多光谱反射光分析法及红外透射光谱成像技术，并使多光谱成像仪扫描获取实验样本信息的波段范围为420nm~720nm，红外液晶可调滤光器波段范围为650nm~1100nm，透射光实验选用720nm~1100nm波段中某一特定波长，获取实验样本。然后分别对实验样本进行检验，发现红外透射光谱检验的效果，比多光谱透射光检验效果明显，反差强（图2）。

图2 4种光谱实验结果图

多光谱反射光分析、多光谱透射、红外反射光谱分析与红外透射光谱分析实验结果对比，21号笔与36号笔的书写笔迹，在前2种实验方法检验下无法区分添加字。但是，在红外透射光谱法检验后，可以明显区分21号笔与36号笔的字迹。因21号签字笔墨汁碳素成分较少，36号签字笔墨汁含量较多，特定波段的红外光透过21号笔笔迹的透过率，大于透过36号签字笔笔迹的透过率，故21号笔迹亮度明显大于36号笔笔迹亮度。根据签字笔迹的亮度不同，则可鉴定污损文件中的添加字迹。

（二）实验结果分析

实验结果，见表二。

表2 4种光谱分析检结果对照表

五、分析讨论

1.实验结果证明，红外透射光谱成像技术能明显区分添加字迹，能用于透明或半透明污损文件的检验鉴定，比其他3种实验方法的检验效果更佳。

2.在黑色签字笔中主要吸收红外线的是碳素，因此，添加字迹与原文字含碳素量的相近度，在一定程度上影响实验区分效果的明显度。目前市场上，某些不同型号的黑色签字笔其含碳素量可能近似，如表二中34号签字笔与37号签字笔的笔迹组合，对于该类型的添加字，由于仪器分辨率的原因，暂时还不能达到明显的区分效果。

3.红外透射光谱成像技术，对光源亮度及检材透光度有一定要求。当光源亮度足够穿过检材且透光度好，能进行透射光谱分析。获取伪彩色图影像后，在对其进行分类分析处理时，应选择物质浓度低的区域作为光谱基准点，因它优于选择物质浓度高的区域作为基准点的处理效果。广泛选取不同浓度区域的同种物质作为基准点，光谱成像识别该种物质的处理效果较好。

4.光谱成像仪接收检验部位透射光，形成透射光谱影像集，从中正确获取伪彩色图。在对其进行分类分析处理时，应在伪彩色上选取多个可能为原文字的基准点和添加文字的基准点。基准点的定义色之间反差大，有利于增加图像的反差，根据处理后影像的反差判断是否为添加字。

实验结果表明，红外透射光谱成像技术，在某些特定的添加字鉴定中，优于多光谱反射光分析技术、多光谱透射光分析技术和红外反射光分析技术，更具有灵敏性。通过可见光源激发实验样本，利用红外透射光谱成像技术，有助于降低荧光背景的干扰，填补了现有光学、化学检验污损文件的不足，进一步丰富了刑事影像检验技术。

[1]王桂强.光谱成像检验技术[J].刑事技术,2004(1).

[2]李毅群等.利用近红外光谱成像技术发现纤维物证初探[J].科教导刊,2010(4).