用普通紅外數(shù)碼照相獲取優(yōu)質(zhì)檢材的研究

尹國祥

（湖北警官學(xué)院，湖北 武漢430034）

用普通紅外數(shù)碼照相獲取優(yōu)質(zhì)檢材的研究

尹國祥

（湖北警官學(xué)院，湖北 武漢430034）

紅外照相在獲取痕檢文檢優(yōu)質(zhì)檢材中有著十分重要的作用。用普通數(shù)碼相機(jī)在近紅外區(qū)，可以顯現(xiàn)出微弱、潛在的痕跡物證，它有利于紅外照相技術(shù)在公安基層實(shí)戰(zhàn)單位的應(yīng)用與推廣，有利于痕檢、文檢工作。

數(shù)碼相機(jī)；紅外線濾光鏡；紅外照相；痕跡檢驗；文件檢驗

利用傳統(tǒng)膠片相機(jī)進(jìn)行紅外照相的實(shí)踐證明，紅外照相技術(shù)在獲取痕檢文檢優(yōu)質(zhì)檢材中有著十分重要的作用，因此，探討普通紅外數(shù)碼照相獲取痕檢文檢優(yōu)質(zhì)檢材，無疑具有十分重要的意義。

一、紅外線及其特點(diǎn)

（一）紅外線

電磁波是由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線和伽瑪射線構(gòu)成，紅外線是電磁波中可見光區(qū)紅光外端的熱輻射，是一種看不見的電磁輻射，簡稱“IR”。紅外光譜很寬，從可見光區(qū)紅光外端開始到無線電波超短波區(qū)截止，稱為紅外輻射區(qū)，波長范圍為770nm～106nm。在紅外輻射區(qū)，根據(jù)波長的長短，將紅外線分為三類：近紅外線(Near Infra-red NIR)、中紅外線(Middle Infra-red NIR)和遠(yuǎn)紅外線(Far Infra-red NIR)，其波長范圍詳見下表。

紅外線波長范圍表

（二）紅外線的特點(diǎn)

1.高于絕對零度的物質(zhì)都能輻射紅外線

高于絕對零度（－273℃）的物質(zhì)都能輻射紅外線，溫度越低，輻射波長越長；溫度越高，輻射波長越短。紅外線的這一特點(diǎn)為紅外照相提供了廣泛的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.遵循光學(xué)的一般規(guī)律

紅外線與可見光的波長不同，與可見光相比，它在反射、吸收、折射、散射、穿透等過程中表現(xiàn)出不同的特性，從而顯現(xiàn)出在可見光下難以顯現(xiàn)的影像效果。

3.紅外線具有較強(qiáng)的穿透能力

紅外線波長較長，介質(zhì)折射率小，容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，可穿透紙張、油墨，在有云霧或煙塵的天氣條件下，利用紅外線這一特點(diǎn)，可拍攝出更加清晰的影像。

二、普通紅外數(shù)碼照相原理

普通紅外數(shù)碼照相的原理是：被拍照物質(zhì)反射的紅外線經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)到達(dá)影像傳感器CCD或CMOS，影像傳感器將紅外線亮度分布轉(zhuǎn)換成電信號（模擬信號），經(jīng)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，生成計算機(jī)能識別的數(shù)字信號。數(shù)碼相機(jī)中的微處理器（MPU）對數(shù)字信號作進(jìn)一步處理，并保存在存儲器中，從而完成一次紅外數(shù)碼照相過程。從普通紅外數(shù)碼照相原理可知，普通紅外數(shù)碼照相必須同時具備紅外線光源、紅外線濾光鏡和普通數(shù)碼相機(jī)這三個條件。

（一）紅外線光源

用于紅外照相的光源必須能輸出紅外輻射。科學(xué)實(shí)驗證明，太陽的輻射能量中，紅外線占52%，其中能進(jìn)行紅外照相的成份約占1/3，是很重要的紅外線光源。人造光源中的鎢絲燈，輻射波長峰值在800nm～1200nm之間，與近紅外照相的波長范圍相匹配，是很好的紅外線光源。激光紅外光源能提供很純的紅外線，多波段光源能提供較多波段的選擇，而且波帶較窄，是理想的紅外線光源。此外，碳弧燈、汞燈、閃光燈中也含有大量的紅外線，也是進(jìn)行紅外照相的理想光源。

（二）紅外線濾光鏡

在紅外照相中，紅外線濾光鏡的作用，是讓特定波長范圍內(nèi)的紅外線通過，并阻止可見光和紫外線通過，確保普通數(shù)碼相機(jī)只記錄特定波長范圍內(nèi)的紅外影像。實(shí)踐中可根據(jù)需要具體選擇，如Kodak公司生產(chǎn)的紅外線濾光鏡，截止波長有：760nm、810nm、860nm、940nm；Agfa公司生產(chǎn)的紅外線濾光鏡，截止波長有：750nm、830nm、940nm；公安部二所生產(chǎn)的紅外線濾光鏡，截止波長有：680n、750nm等。

（三）普通數(shù)碼相機(jī)

普通數(shù)碼相機(jī)是由光學(xué)成像系統(tǒng)、光圈、快門、影像傳感器、取景器、調(diào)焦器、存儲器、輸出接口和總體控制電路等主要部件構(gòu)成。普通數(shù)碼相機(jī)能否進(jìn)行紅外照相，決定因素在其光學(xué)成像系統(tǒng)（圖1），具體來講就是取決于鏡頭和影像傳感器CCD或CMOS的功能。

圖1 數(shù)碼相機(jī)光學(xué)成像系統(tǒng)

普通數(shù)碼相機(jī)的鏡頭是凸凹透鏡組成的復(fù)式透鏡組，由于光學(xué)玻璃能通過350～2800nm 光譜范圍內(nèi)的光線，且透過率達(dá)90%，因此，普通數(shù)碼相機(jī)的鏡頭可以對紅外線折射成像。目前普通數(shù)碼相機(jī)影像傳感器的感光范圍為380～1200n m，對近紅外區(qū)的紅外線均有較好的接受能力，可以進(jìn)行紅外照相。但是，由于絕大部分普通數(shù)碼相機(jī)是按可見光條件下拍照設(shè)計的，為防止紅外線對正常彩色成像的干擾造成偏色，在影像傳感器前加裝了紅外截止濾光器ICF（圖1），以濾去紅外線。有的普通數(shù)碼相機(jī)，為方便夜間拍攝，在夜景模式下能自動打開ICF，直接進(jìn)行紅外照相，如索尼DSC-F717數(shù)碼相機(jī)。沒有此功能的普通數(shù)碼相機(jī)，由于ICF或多或少都會透過部分紅外線，因此，可通過選擇一款紅外線透過率較高的普通數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行紅外照相。如技術(shù)條件允許，還可以選擇拆除普通數(shù)碼相機(jī)的ICF，改裝成專用的普通紅外數(shù)碼相機(jī)。由于在紅外輻射區(qū)，紅外線的波長越長，其相對能量越低，因此，綜合考慮能量因素（圖2），普通數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行紅外照相應(yīng)選擇在近紅外區(qū)，具體波長范圍為770～1000nm。

圖2 波長與能量大小對應(yīng)關(guān)系

三、普通紅外數(shù)碼照相在獲取痕檢文檢優(yōu)質(zhì)檢材中的作用

（一）實(shí)驗器材與樣本

1.實(shí)驗器材

CanonEOS600D普通數(shù)碼相機(jī)（市場價值4200元左右，已拆除ICF）；鏡頭（配備100mm微距鏡頭、近攝鏡）；紅外線濾光鏡（配備780nm、850nm、950nm各一塊）；紅外線光源（2盞100W鎢絲燈）；NikonD90數(shù)碼相機(jī)；計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)。

2.實(shí)驗樣本

黑色紡織品上的碳素墨水字跡；涂改變造的文書；被印章掩蓋的字跡；深色皮革上的灰塵足跡；真假人民幣。

（二）實(shí)驗方法

將 CanonEOS600D普通數(shù)碼相機(jī)的鏡頭更換為100mm的微距鏡頭，在鏡頭前安裝近攝鏡，并將相機(jī)固定在物證翻拍架上。以太陽光或100W 鎢絲燈作為紅外光源，根據(jù)不同的實(shí)驗樣本，選擇780nm、850nm、950nm紅外線濾光鏡分別對上述樣本進(jìn)行拍照。拍照時，采用光圈優(yōu)先模式(A模式)，LED取景，拍照不同樣本的紅外圖像（加紅外線濾光鏡），并用NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照不同樣本的可見光圖像（不加紅外線濾光鏡），以作分析對比。

將拍照完成的紅外圖像和可見光圖像下載到計算機(jī)中，并利用PhotoshopCS5圖像處理軟件進(jìn)行優(yōu)化處理，將處理后的圖像文件保存為“bmp”格式。

（三）實(shí)驗結(jié)果與分析

以下圖像，左圖為NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照的可見光圖像，右圖為CanonEOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照的紅外圖像。

1.黑色紡織品上的碳素墨水字跡

（1）實(shí)驗參數(shù)。NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F5.6、A模式、ISO100；Canon-EOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)2盞100W鎢絲燈450對稱配光、F5.6、A模式、ISO200、950nm紅外濾光鏡。

圖3 黑布上碳素墨水字跡的顯現(xiàn)效果

（2）結(jié)果分析。書寫在黑布上的碳素墨水字跡經(jīng)洗滌、磨損，肉眼難以分辨。由于碳素墨水會滲透在布料內(nèi)，黑布對紅外線具有較強(qiáng)的反射能力，碳素墨水因含碳強(qiáng)烈吸收紅外線，因此，應(yīng)用紅外照相，可以產(chǎn)生較大反差（圖3）。

2.涂改變造的文書

（1）實(shí)驗參數(shù)。NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F5.6、A模式、ISO100；Canon-EOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F5.6、A模式、ISO200、780nm紅外濾光鏡、850nm紅外濾光鏡。

圖4 添加筆劃的顯現(xiàn)效果

（2）結(jié)果分析。不同書寫工具使用的墨水往往不同，不同墨水對紅外線穿透、反射、吸收的能力也存在一定的差異，利用這一特性，應(yīng)用紅外照相，可以將文書中添加的筆劃（圖4）、涂抹的文字顯現(xiàn)出來（圖5）。

3.被印章掩蓋的字跡

（1）實(shí)驗參數(shù)。NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F4、A模式、ISO100；Canon-EOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F5.6、A模式、ISO200、780nm 紅外濾光鏡。

圖6 被印章掩蓋字跡的顯現(xiàn)效果

（2）結(jié)果分析。大多數(shù)印章油墨能被紅外線穿透，而書寫工具、打印機(jī)墨粉往往吸收紅外線，利用這一特性，應(yīng)用紅外照相，可以濾除印章印跡對文字的干擾，利于對印章下文字的檢驗鑒定（圖6）。

4.深色皮革上的灰塵足跡

（1）實(shí)驗參數(shù)。NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F8、A模式、ISO100；Canon-EOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)2盞100W鎢絲燈450對稱配光、F5.6、A模式、ISO200、850nm紅外濾光鏡。

圖7 深色皮革上灰塵穿鞋足跡的顯現(xiàn)效果

（2）結(jié)果分析?；覊m穿鞋足跡對紅外具有強(qiáng)烈的反射作用，而皮革往往對紅外線吸收強(qiáng)烈，利用這一特性，應(yīng)用紅外照相，可以將灰塵穿鞋足跡清晰地顯現(xiàn)出來（圖7）。

5.真假人民幣

（1）實(shí)驗參數(shù)。NikonD90數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F4、A模式、ISO100；Canon-EOS600D普通數(shù)碼相機(jī)拍照參數(shù)：室內(nèi)自然光環(huán)境（室外為晴天）、F5.6、A 模式、ISO200、850nm 紅外濾光鏡。

圖8 假人民幣的顯現(xiàn)效果

圖9 真人民幣的顯現(xiàn)效果

（2）結(jié)果分析。真假人民幣在制作紙張、印刷染料上均存在差異，尤其是真人民幣的防偽標(biāo)志是假人民幣上所不具備的，不同紙張、染料及防偽標(biāo)志對紅外線的反射、吸收能力必然表現(xiàn)不同，利用這一特性，可以應(yīng)用紅外照相檢驗人民幣的真?zhèn)危▓D8、圖9）。

四、結(jié)論

上述實(shí)驗雖然只是痕檢、文檢中的部分樣本，但實(shí)驗表明，只要痕跡與其承載體對紅外線的反射、吸收存在差異，穿透程度有所不同，就可以利用普通數(shù)碼相機(jī)記錄其紅外線的亮度分布，顯現(xiàn)出微弱、潛在的痕跡物證。它有利于紅外照相技術(shù)在公安基層實(shí)戰(zhàn)單位的應(yīng)用與推廣，有利于為痕檢、文檢獲取優(yōu)質(zhì)的檢材。

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D631

A

1673―2391(2012)08―0145―03

2012—05—25

尹國祥，男，湖北黃岡人，湖北警官學(xué)院實(shí)驗中心偵查技術(shù)實(shí)驗室。

2007年湖北省教育廳科學(xué)研究計劃項目（B類重點(diǎn)：B200732002）。

【責(zé)任編校：李 烽】