光谱成像技术在纤维物证检验中的应用＊
张旭东，王云峰
（甘肃政法大学 公安技术学院，甘肃 兰州 730070）
摘 要：介绍了光谱成像技术的概念以及国内外利用光谱成像技术对纤维物证进行检验鉴定的方法与相关研究进展，针对纤维物证的检验鉴定，将传统方法与光谱成像技术进行了比较分析。介绍了相关的研究成果，对这项技术未来的研究方向与研究重点作了总结与展望。
关键词：光谱成像；纤维物证；检验鉴定；光学检验
作为常见物证之一，纺织纤维残留物常常在交通肇事、偷盗、强奸以及爆炸等各种刑事案件的现场当中被发现和提取。利用对案件现场残留的纺织纤维及其制品的甄别与检验结果，能够给案件的侦破提供线索或指引方向。
目前在检验鉴定工作当中，对与纤维物证的检验大多采用燃烧法、溶解法、染色法以及显微观察法等技术方法，这些方法多为有损检验，对检材具有一定的损耗，并且检验结果缺乏精确度与稳定性，尤其在当今各类新型化学纤维层出不穷的情况下，给上述传统的检验方法带来了更大的考验。而光谱成像技术的应用与普及给纤维物证的检验鉴定带来了新的方法与研究方向。
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1 光谱成像技术的概述
1.1 光谱成像的概念
光谱成像通常指通过光谱成像的相关仪器，比如通过成像光谱仪记录目标物体在一定光谱范围内密集均匀分布，即多个窄波段单色光的反射光亮度分布或荧光亮度分布，最后形成许多单色光影像构成的光谱影像集[1]。
1.2 光谱成像的原理与特点
物体间成分和表面结构的差异会造成其对波长的光线反射率的不同，通过仪器记录其在不同波长反射光线下的差异，能够对各类物质进行区分。光谱成像技术可每间隔一定的波段数对被检测物体进行扫描，得到系列图片集合，在这个系列的图片集合上，任意一个点包含随着波段变化的对应光强弱的数据集合。随着光谱范围的扩大和扫描间隔波数的缩小，光谱成像技术精细度越高。其优点在于可以同时获取被检测物的两维空间信息与一维光谱信息，得到样本直观图像的同时，还可以得到物质的化学组分信息，同时这项技术还具备无损检测的优势[2]。
2 光谱成像技术在纤维物证检验中的应用及发展
2.1 国外研究动态
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国外相关研究人员开始利用各类成像技术对微量物证进行分析与鉴别的研究可以追溯到20世纪90年代，PAYNE等人利用化学成像法对棉织品、羊毛、丙烯酸纤维和聚醋纤维进行颜色测定和荧光显微分析（400～720 nm），实验证明，该技术针对不同纤维具有较为理想的鉴别能力。FLYNN等人借助FTIR光谱成像技术进行了合成纤维断面形态的特征检验与辨别实验，实验结果表明，样本中6类平行排列合成纤维被辨别出5类[3]。
因为微量物证的多样性与复杂性，此前并无专门针对纤维物证提取及检测的光谱成像仪器，公安部联同武汉大学进行合作，根据实际需要，研发了一套光谱影像分析系统应用于物证鉴定，针对性地给光谱成像技术在物证鉴定领域的使用提供了算法与技术手段作为支撑。
2.2 国内研究动态
随着近年来光谱成像技术在其他物证检验中的应用研究逐渐广泛，这项技术在纤维物证检验中的应用研究在中国国内也日渐深入。张鹏等人利用光谱成像技术对同色棉纤维进行鉴别，实验结果表明这项技术具有快速简便、效率高等特点。金肖克等人利用高光谱成像系统结合化学计量学方法对于纺织品成分进行鉴别，最终实验结果证实了将高光谱成像技术应用于纺织品成分定性鉴别具有可行性与实用性[5]。李群逸等人使用近红外光谱成像技术进行了对具有同等分子结构且颜色相同的纤维区分实验，实验样本间染料成分的差异使得区分结果较为理想[6]。孙振文等人在一场交通肇事案件中，利用光谱成像技术对嫌疑车辆上提取的纤维与死者的衣物纤维进行比对，最终成功区分了4种纤维[7]。齐敏珺等人使用光谱成像仪对案件现场纤维物证进行了搜寻，实验结果表明在近红外波段下，深色及花色背景中的毛发纤维容易被光谱成像仪检测发现，表明此技术可以应用于现场勘查与检验。
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国内相关研究具有如下特点：①国内相关研究人员对于这项技术的研究相较于国外略显滞后；②国内研究环境及研究设备的先进程度略低于国外，尤其是发达国家，但国内专家以及研究者紧跟国外的相关研究动态，并在此基础上进行了具有一定创新性的研究；③国内学者对于光谱成像技术在纤维物证检验中的应用研究紧贴检验鉴定工作的实际，将研究成果应用于实际案件与工作当中，使得其研究具有较强的实用性。
3 相关研究成果
3.1 物证鉴定光谱影像专用分析系统
国外相关研究具有如下特点：①研究水平较高，研究成果具有较高的学术价值，开创了光谱成像技术应用于纤维物证检验中的先河，促使这项新技术广泛应用于现场侦查与物证鉴定领域，尤其是在光学检验技术领域的开发与应用，为相关研究人员今后的研究指引了方向；②研究成果处于领先地位，国外物证鉴定研究人员在经济及学术资源方面占有一定优势，在研究时使用的研究设备相较于国内更为先进，基本实现了光谱成像技术在纤维物证检验鉴定方面的研究与光谱成像技术本身的同步发展[4]。
3.2 潜在目标探测紫外傅里叶变换成像光谱仪
北京理工大学的刘洋提出了一种像平面式干涉仪与Offner系统相结合的大孔径紫外傅里叶变换成像光谱仪（Large Aperture Ultraviolet Fourier Transform Imaging Spectrometer）方案，设计并初步制成了原理样机展开了实验验证。实验结果表明，此仪器针对部分量小体微的纤维物证的发现和提取效果理想[8]。
3.3 应用光谱成像技术检验疑难痕迹物证的方法
在国内，一些专家与学者总结出了一套成熟的方法。对于各类疑难痕迹物证的检验鉴定，应当使用光谱响应范围在可见波段（400～720 nm）和近红外波段（650～1 100 nm）的Nuance-macro光谱成像仪。利用这种方法，对于同色纤维的鉴别率可以达到69.9%。
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4 研究展望
随着光谱成像在纤维物证检验中的应用研究不断深入，能够开发出新型针对物证鉴定的光学检验技术手段与应用设备，能够为微量物证以及疑难物证的搜寻、提取、检验鉴定提供科学的、切实可靠的技术支撑。利用光谱成像技术能够比较精确定性检材化学成分这一优势，能够给纤维物证的鉴定提供各类纤维在结构、空间分布状态等方面的信息，是这一技术在未来发展的重要方向。
5 总结
与传统的检验手段相比，光谱成像技术具有巨大的应用优势，相信随着研究的进一步深入，此项技术能够在纤维物证的检验中得到推广和普及，不过此项技术依旧存在一定的不足之处待以完善，其鉴别率有待于进一步的提高，需要相关领域专家学者进行进一步的研究与攻关。
参考文献：
［1］张鹏，王桂强，黄威，等.运用光谱成像技术区分同色棉纤维［J］.刑事技术，2008（2）：3-5.
［2］齐敏珺，陈奕桦，王新全，等.近红外光谱成像技术在现场物证搜索中的应用研究［J］.刑事技术，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］许小京，黄威.光谱成像技术在物证鉴定领域的应用［J］.红外与激光工程，2012，41（12）：3280-3284.
［5］金肖克，田伟，朱炜婧，等.基于高光谱成像系统的纺织品成分定性鉴别［J］.纺织学报，2018，39（10）：50-57.
［6］李群逸，张旭毅，张思尧，等.利用近红外光谱成像技术发现纤维物证的初探［J］.科教导刊，2010（2）：191-192.
［7］孙振文，权养科，陶克明.交通肇事案件中纤维物证的光谱成像检验［J］.刑事技术，2011（6）：54-55.
［8］刘洋.潜在目标探测紫外傅立叶变换成像光谱仪研究［D］.北京：北京理工大学，2014.
中图分类号：TP391.41
文献标识码：A
DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.068
文章编号：2095－6835（2019）18－0158－02
＊［基金项目］2018年甘肃省科技计划（重点研发计划-社会发展类）项目资助（编号：18YF1FA083）；甘肃政法学院2018年度研究生科研创新项目（编号：2018027）；2017年甘肃省高校大学生创新创业专项项目（甘财教〔2017〕62号）
作者简介：张旭东（1994—），男，甘肃武威人，硕士研究生，研究方向为物证技术学。王云峰（1968—），男，甘肃秦安人，工学博士，教授，副院长，主要研究领域为公安技术、模式识别、智能控制、信息安全等。
〔编辑：王霞〕
标签：光谱成像论文; 纤维物证论文; 检验鉴定论文; 光学检验论文; 甘肃政法大学公安技术学院论文;