摘要：光譜成像組合了光譜技術和成像技術。通過運用成像光譜儀，光譜成像方法可以記錄被檢驗物體在一個較寬光譜范圍內均勻密集分布的窄波段反射光或熒光亮度分布影像，形成含有物體亮度信息和光譜信息的光譜影像集。這種技術方法可以用于物證的形態特征檢驗和物質成分檢驗。相對傳統光譜檢驗或成像檢驗技術，光譜成像檢驗的能力和效果都具有明顯優勢。 ?

1光譜成像概念

光譜成像(SpectralImaging)是通過成像光譜儀記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內密集均勻分布的多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構成的光譜影像集。

光譜成像組合了光譜技術和數字成像技術，其裝置由液晶可調波長濾光鏡(LCTF)、數字CCD照相機、照明光源和計算機及專用軟件組成(圖1)，其中由計算機控制的液晶可調波長濾光鏡與CCD照相機連接構成了成像光譜儀。光譜成像首先要根據檢材狀況和檢驗目的，按照光學檢驗原理，選擇照明光源和照明條件，在檢材上形成適當的反射光亮度分布或熒光亮度分布。在成像記錄時，計算機控制液晶可調波長濾光鏡在一定范圍內依次透過預先設定的多個等間距波長位置上的窄波段單色光，使檢材在各個波段的反射光或熒光透過濾光鏡依次到達CCD感應器。計算機控制CCD感應器記錄操作與濾光鏡透過單色光操作同步進行，使CCD感應器能夠記錄檢材在相應波段的亮度分布，并將眾多單色光亮度影像儲存在計算機中形成光譜成像的光譜影像集。

圖1.光譜成像裝置示意圖 光譜成像記錄的光譜影像集包含了檢材物體在多幅等間隔波長位置的窄波段單色光亮度分布影像，因此這種成像技術也被稱為多光譜成像或超光譜成像(HyperspectralImaging)。此外，光譜影像上任意一個像點在各個單色影像中的亮度變化，就是這個像點位置物質的光譜亮度曲線。由于這些光譜亮度曲線能夠在一定程度上反映被檢驗物體上物質的化學成分，光譜成像又被稱為“化學成像”(ChemicalImaging)。這兩種名稱反映的側重點不同，光譜成像或超光譜成像強調了這種技術方法的性質和影像集信息的光譜屬性，而化學成像更著重強調的是這種技術方法鑒別物質化學成分的應用。 光譜影像集的每幅單色影像記錄了物體在相應波長的光亮度分布信息，單色影像的組合記錄了物體在所有選定單色波段的光亮度分布信息。這些表達物體表面光譜亮度分布性質的信息可以由兩個空間坐標(X，Y)和一個波長坐標(λ)構成的三維坐標描述(圖2)，光譜影像集也因此被稱為“光譜影像立方體”(SpectralImageCube)。此外，光譜成像記錄的影像也可以被想象成為一幅特殊的，其每個像點上不僅有這個像點對應物質的亮度值信息，還含有物質光譜信息的“光譜平面影像”。

圖2.光譜影像集屬性示意圖。

左側為影像上任意像點的光譜亮度曲線, 右側為在空間(X, Y)坐標和波長(λ)坐標中的“ 光譜影像立方體” 。 通過專用的計算機軟件程序可以將光譜影像集包含的光譜亮度分布信息轉化為反映物體亮度分布性質的結果影像或反映物質光譜性質的曲線和數據，用于物證形態特征檢驗或物質化學成分鑒別兩種用途。

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3.5 光譜成像技術的局限性

在物證技術領域，現階段光譜成像技術還存在一些局限性。由于目前多數成像光譜儀不是專門為物證檢驗應用配套的，它們的成像檢驗范圍偏小，只能用于較小尺寸的痕跡(10～20cm)。另外一個限制因素是目前研究工作大多處于探索階段，還需開展更多研究才能使其成為物證檢驗的常規手段。此外，光譜成像裝置需要使用科學級的CCD數字照相機和液晶可調波長濾光鏡，成本相對較高。

4 光譜成像檢驗技術的發展和前景

光譜成像技術的理論和技術實踐已有數十年歷史，但近年來液晶可調波長濾光鏡的出現和數字成像技術的成熟，使這項技術的作用能力達到了一個嶄新的水平。它在飛機和衛星遙感測量及工業檢測等領域取得了很好的應用效果，并被嘗試用于包括物證檢驗技術在內的更多的應用領域。 近年來，光譜成像技術開始試用于指印顯現和加強、墨水種類鑒別、油漆和纖維等微量物證檢驗。初步的研究工作表明光譜成像技術在許多物證檢驗專業中具有獨特的優勢，顯示出非常好的應用前景，但它還是一個有待進一步開發研究的領域。例如，光譜成像技術顯現潛在指印的靈敏度在實驗研究中顯示出明顯高于常規成像檢驗方法。無損的影像檢驗是物證檢驗領域最有吸引力和最有效的檢驗技術方法，在各種類型物證檢驗鑒定中占有重要地位。刑事影像檢驗方面的任何技術改善和進步，都將在物證檢驗實踐中顯示出重要的積極作用。因此，通過引入光譜成像技術提高刑事影像檢驗能力具有非常重要的實際意義。光譜成像技術將為刑事物證檢驗技術帶來新的發展機遇，并很有可能在今后幾年成為刑事影像技術發展的熱點而倍受關注。相信經過更廣泛和深入的技術和應用研究，光譜成像將被證明是物證檢驗領域有價值的工具。 ?

編輯：黃飛

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