基于红外光谱成像的纺织品上射击残留物检验技术研究

张苗苗 张剑

摘  要：对红外光谱成像技术在法庭科学领域的研究工作尚处于萌芽状态，在探讨红外光谱成像检验物证的过程中我们发现该项技术是检验肉眼不可见物证的新方法。该研究利用改制的红外成像光谱仪采集被检纺织品的光谱影像集，并对光谱影像集进行分析和处理。研究表明，利用红外光谱成像检验技术能够检验纺织品上的射击残留物，红外光谱成像技术可用于纺织品上射击残留物的定性分析检验。

关键词：红外光谱成像  射击残留物  纺织品  残留物检验

中图分类号：D918   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（c）-0087-06

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方法，在各种类型物证检验鉴定中占有重要地位[1]。红外无损检测技术是新发展起来的一项无损检测技术，具有非接触、检测面积大、速度快、在线检测等优点[2]。对红外光谱成像技术在射击残留物检验方面的研究是红外光谱成像技术一个新的内容，为此，我们对该技术方法进行了实验研究，在探讨红外光谱成像检验射击残留物的过程中发现该项技术是检验纺织品上射击残留物的新方法。

1  实验原理

当物体受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的变化，产生分子振动或转动能级从基态到激发态的跃迁，使得相应于这些吸收区域的透射光强度减弱[3-5]。记录红外光的透射百分比与波数、波长的关系曲线，可以得到红外光谱。因而不同的物质会有不同的红外光谱，采用红外光谱成像能够对物品进行定性分析。

射击残留物在可见光区域的吸收能力与纺织品相同，而在红外光谱区域则存在很大的差异，这种差异是构成红外光谱成像技术检验的基础。

2  实验条件

2.1 实验设备

实验利用设备及规格包括：（1）美国CRI公司的Nuance多光谱影像分析系统。（2）液晶红外滤光器。规格：Varispec400。（3）三星笔记本电脑及Nuance专用CRI处理软件、星博处理软件。（4）mini400多波段光源。（5）碘钨灯。（6）警光I型多功能光源。

2.2 红外光谱成像仪的改制

将液晶红外滤光器置于光谱成像仪物镜前端，使用时将通道置于白光状态，光谱图的读数产生改变，相对应的读数为00～680nm、450～700nm、500～750nm、550～800nm、600～850nm、650～900nm、700～950nm。使用時将通道置于单色仪状态如图1所示。

3  实验样本制作

3.1 实验材料

射击痕迹承痕体分别为涤纶、纯棉、羊毛等6种面料质地、不同花色的纺织品各4块，尺寸为20cm×15cm。

“六四”式7.62mm手枪1支，标准电动测距卷尺，靶板，耳罩，护目镜等。

3.2 实验样品制作

取同种面料的4块纺织品，用“六四”式实验用手枪，按5cm、30cm﹑60cm﹑150cm的距离分别对其进行瞄准射击，获取4个样本，为一组。同理，在不同面料的纺织品上按上述操作制作样品，共获取6组，合计24个样本。

3.3 实验操作步骤

3.3.1 影像的采集

在室温环境下，将实验样本置于翻拍台上，选择适配光源进行配光（该次实验是在功率为200W的卤素碘钨灯白光且光照角度为45°左右下进行），对准实验样品相应的部位，调整样本位置﹑放大倍率和镜头焦距，至计算机显示屏上出现待检部位的清晰影像。

3.3.2 影像的扫描

进入CRI软件光谱扫描的界面，设置扫描范围﹑分辨率等一系列参数，紧接着打开Vs软件，设置相应的扫描范围﹑扫描时间等系列参数。该次实验将Vs处理软件的扫描范围设置为650～1100nm，间隔为20nm，扫描时间为5000ms;将CRI处理软件的扫描范围设置为420～720nm，使两个系统同步进行。在扫描的界面，对待检部位的影像进行依次扫描，曝光时间由成像光谱仪图像记录专用软件测定。

3.3.3 影像的分析

由Cambridge Research & Inst rumentation，Inc.（CRI）公司开发的自带软件对已输入影像所包含的信息进行去混合法的分析和调整处理。样品被光谱扫描后得到光谱影像，它是光谱仪自动合成的伪彩色图像，每种波长间隔选择可以形成多个三原色组合，相应产生多个伪彩色图像，依次显示在屏幕上以供分析。

4  实验结果

4.1 射击残留物检出率

针对不同质地纺织品在不同设定距离上的射击痕迹，分别进行图像采集、影像扫描导入软件数据库、计算机伪彩色图像合成分析，得出相应的射击残留物检出情况，并与体视显微镜的观察结果加以对照，具体见表1。

从上表中的实验统计数据可以看出，体视显微镜与光谱成像检检测出的射击残留物都与射击距离有关。但是不同质地、颜色的纺织品在体视显微镜下观察结果，纺织品的颜色对射击残留物的检出干扰极大，个别深色纺织品上甚至在射击距离为5cm的距离都辨别不出射击残留物的存在。而利用红外光谱成像的伪色彩图，可以较为清晰地予以分辨。下面列举出具有典型意义的检测对比图。

4.2 几种客体上射击残留物发现比较

4.2.1 羊毛织物上射击残留物检验效果

在射击距离为30cm的距离上，羊毛织物因为织物纤维干扰，射击残留物已不十分明显，如图2所示，而通过红外光谱成像碘钨灯照射经图像处理分析，可以发现明显的射击残留物形成的颗粒状分布痕迹如图3所示。红外光谱成像系统获取的羊毛织物上射击残留物多光谱图像如图4所示。

4.2.2 尼龙织物上射击残留物检验效果

在射击距离为60cm的距离上，尼龙织物的射击残留物，通过碘钨灯照射，红外光谱成像获取，残留物异常清晰如图5所示，尼龙织物上射击残留物红外光谱成像系统获取的多光谱图像如图6所示。

4.2.3 蛋青色涤纶织物上射击残留物发现比较

在射击距离为30cm的距离上，涤纶织物因为织物颜色干扰，加上检材经抖動揉搓，射击残留物已不十分明显如图7所示，而经红外光谱成像575nm波段图像处理分析，可以发现明显的射击残留物形成的烟团痕迹如图8所示。涤纶织物上射击残留物光谱成像分析图如图9所示。

4.2.4 纯棉印染布上射击残留物发现比较

在射击距离为30cm的距离上，纯棉印染布上的射击残留物因为距离的增大，加上印花底纹的干扰，普通光线下肉眼及体视显微镜已经观察不到射击残留物的存在如图10所示。而将检材置于红外光谱成像仪下，在575nm波段经处理，可以清晰地看见射击残留物，尤其是未燃烧完火药颗粒的存在如图11所示。纯棉印染光谱成像分析图如图12所示。

4.3 实验过程中应当注意的问题

（1）获取实验样品后，应将样品分别放入文件袋中隔离保存，以免相互污染。

（2）在运用CRI软件和Vs软件，设置扫描范围﹑扫描时间时，应确保两个系统同步进行。

（3）在CRI公司开发的自带软件对输入影像进行去混合分析时，应在伪彩图上选取多个射击残留物的基准点和一个背景基准点。

5  结语

（1）利用红外光谱技术中的光谱成像技术进行物证检验的研究鲜有报道，红外光谱成像技术在法庭科学中射击残留物等微量物证的检测的研究更是亟待开展。该文提出的红外光谱成像技术应用于检测纺织物中的射击残留物在我国实属首例，尤其是结合特制的红外全波段液晶可调波长滤光镜的应用，为射击残留物的检测技术和红外光谱成像技术开创了新的研究方向。

（2）该文提出用红外光谱成像技术检测射击残留物，既提供了一种新的方便快速检测射击残留物的方法，通过近红外图像不但能够得到射击残留物化学成分的清晰轮廓和分布图像，而且可以通过化学计量学方法实现对特定目标成分的定性，实现了红外光谱成像技术对射击残留物的定性分析。

（3）一般而言，在一定的距离以内只要射击存在，射击残留物也必然存在。但由于射击距离﹑提取手段等多种因素的影响，能为我们所发现提取的射击残留物并不是很多，观察起来也不是很明显。因此，为了方便准确地鉴定和检验射击情况的发生和射击残留物状态，为射击距离、枪支种类、枪支威力、枪口装置的分析提供依据，红外光谱成像检测方法为我们提供了快捷直观的技术支持。

（4）目前，常用的射击残留物检测方法有石蜡检验技术﹑中子活化分析技术﹑原子吸收作用技术﹑扫描电镜/X射线能谱仪（SEM-EDX）等[6-8]。这些方法各自有优点，但操作的复杂性也是显而易见的。红外光谱成像技术对样本要求较低，采样方式多样，检测简便快捷，与其他方法相比具有信息更加全面，能和传统方法的检测相互佐证，具有更大的优势。

（5）外光谱成像具有速度快、效率高、样品无需进行预处理、测试重现性好等特性，测试结果很少受人为因素的影响，可实现无损检测。

参考文献

[1] 侯进令，张剑.红外透射光谱成像检验添加文字的研究[J].湖北警官学院学报，2014，27（4）：162-164.

[2] 祁东婷.红外无损检测系统研究及建模[D].哈尔滨工业大学，2010.

[3] 伍林，欧阳兆辉，曹淑超，等.拉曼光谱技术的应用及研究进展[J].光散射学报，2005，17（2）：180-186.

[4] Rebuffo-Scheer C A，Dietrich J，Wenning M，et al.Identification of fiveListeriaspecies based on infrared spectra （FTIR） using macrosamples is superior to a microsample approach[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2008，390（6）：1629-1635.

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