環(huán)形LED多波段光源成像系統(tǒng)的研制及應用

1、 1引言在刑事案件的案發(fā)現(xiàn)場 , 利用各種光源搜索和發(fā) 現(xiàn)潛在物證是法庭科學的重要研究內(nèi)容之一 。 隨著刑 事技術(shù)的發(fā)展 , 用于現(xiàn)場搜索和發(fā)現(xiàn)潛在物證的光源 發(fā)展很快 , 目前常用的光源有紫外燈 1、 激光 2-3和多波段光源 4-5等 。 多波段光源最初是作為激光的替代 光源出現(xiàn)的 , 由于其具有亮度高 、 波段豐富 、 便于攜帶 等特點 , 在法庭科學領域得到了普遍的應用 。 但是 , 在 實踐中這些光源往往是相對獨立的 , 沒有和成像系統(tǒng) 有機地結(jié)合起來 , 現(xiàn)場潛在物證的發(fā)現(xiàn)和提取過程 銜接不夠緊密 , 有時雖然發(fā)現(xiàn)了物證 , 卻不能有效地 環(huán)形 LED 多波段光源成像 系統(tǒng)的研制及

2、應用 蔡能斌 1, 黃曉春 1, 徐寶楨 2(1. 上海市公安局物證鑒定中心 , 上海 200083;2. 上海恒光警用器材有限公司 , 上海 200083摘要 :目的 :研究顯現(xiàn) 、 提取現(xiàn)場潛在物證的新設備及其應用 。 方法 :研制環(huán)形 LED 多波段光源 ; 以該光源為基 礎 , 集成紅紫外相機 、 載物臺等設備組成相關(guān)的成像系統(tǒng) ; 研究該系統(tǒng)在顯現(xiàn) 、 提取現(xiàn)場潛在物證方面的應用 。 結(jié)果 :成功研制出環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng) ; 該系統(tǒng)在實際案件中得到了成功應用 。 結(jié)論 :環(huán)形 LED 多波段光源成像系 統(tǒng)為顯現(xiàn) 、 提取現(xiàn)場潛在物證提供了一種新設備 , 該設備集成了多波

3、段光源和成像系統(tǒng) , 提高了對現(xiàn)場潛在物證的 提取能力 。關(guān)鍵詞 :多波段光源 ; 成像系統(tǒng) ; 潛在物證Study and Applications of the Imaging System Based on Annular LED Multi-Band Light SourceCAI Neng-bin 1, HUANG Xiao-chun 1, XU Bao-zhen 2(1、 Shanghai Key Laboratory of Criminal Scene Evidence , Institute of Forensic Science ,Shanghai Public Securi

4、ty Bureau , Shanghai 200083, China ;2、 Shanghai Hengguang Police Equipment Co., Ltd. , Shanghai 200083, ChinaAbstract :Objective:Study on the technology and experimental device of revealing latent Evidences. Methods:Develop the annular LED Multi-Band light source,Integration of an imaging system by

5、the light source 、 UV-IR camera and other equipments. Results:The imaging system base on annular LED Multi-Band light source has been successfully used in criminal cases. Conclusion:This experimental device can improve the efficiency of detection for latent evidence.Key Words :Multi-Band Light Sourc

6、e; Imaging System; Latent Evidences收稿日期 :2012-01-12基金項目 :公安部應用創(chuàng)新計劃項目 (2011YYCXSHSJ037。作者簡介 :蔡能斌 (1967-, 男 , 上海青浦人 , 高級工程師 , 主要研究方向 :現(xiàn)場物證光學探測技術(shù)及特種照相 。微縮成像與特種成像 37影 像 技 術(shù) 2012年 第 2期提取 ; 就多波段光源而言 , 各波段由鍍膜的帶通濾光 鏡分光而來 , 受鍍膜工藝的限制 , 隨著時間的推移 , 鍍膜可能逐漸消褪 , 從而使各波段的光譜有所偏移 。 此外 , 由于激光和多波段光源功率較大 , 通常需要使 用交流電源 , 因

7、此在現(xiàn)場應用有一定的限制 。 為此 , 本文研制了環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng) , LED 是一 種固態(tài)的半導體組件 , 不同種類的 LED 能夠發(fā)出從200-1550nm 波長范圍的不同波長的光線 6; LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面 , 燈體內(nèi)也沒有松動的 部分 , 因此可承受高強度機械沖擊和震動 , 不易損 壞 , LED 光源體積小 、 重量輕 , 單色性好 , 無需濾光 , 可 直接發(fā)出相關(guān)波段的光 , 且亮度衰減周期長 , 使用壽 命長 。 本文研制的環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)集成了多波段光源和紅紫外相機 、 載物臺等設備 , 使現(xiàn)場 潛在物證的發(fā)現(xiàn)和提取過程融為一

8、體 , 由于 LED 發(fā)光 的單色性好 , 光譜窄 , 無需濾光 , 因此各波段的光譜 穩(wěn)定 , 檢測靈敏度較高 , 且操作簡便 , 交直流兩用 , 不 僅適合實驗室使用 , 同樣也適合現(xiàn)場應用 。2環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)的總體的 設計如圖 1、 圖 2所示為環(huán)形 LED 多波段光源成像系 統(tǒng)的總體設計圖 , 由主體柜 1、 升降裝置 2、 XY 移動平 臺 3、 主體平臺 4、 萬向云臺 5、 立柱架 6、 光源固定架 7、 環(huán)形 LED 多波段光源 8、 相機固定架 9和紅紫外相機10組成 。 其結(jié)構(gòu)如下 : 主體柜 1, 其柜面 11設有中心孔 111, 柜內(nèi)設置升 降裝置 2

9、, 本實施例的升降裝置 2采用電動馬達驅(qū)動 。 在主體柜 1的底部安裝 4個萬向滾輪 12, 萬向滾輪 12為低噪音萬向移動滾輪 , 使用萬向滾輪 12使主體柜 1可以在水平方向任意移位 , 同時萬向滾輪 12具有鎖死功能 , 進行照相工作時可使主體柜 1固定在所需位 置 。XY 移動平臺 3, 這是現(xiàn)有產(chǎn)品 , 其有兩個使移動 平臺臺面在水平方向分別能作 X 與 Y 向移動的電機 , 其置于主體柜 1內(nèi) , XY 移動平臺 3的臺面底面固定于圖 1系統(tǒng)總體設計圖 (正視圖 微縮成像與特種成像38升降裝置 2的升降桿 21頂部 , 使該 XY 移動平臺 3的臺 面既能進行升降移動 , 又能在水

10、平方向進行 X 與 Y 向 的移動 , 該移動平臺臺面上面固定一安裝桿 31, 安裝 桿 31伸出柜面的中心孔 111。主體平臺 4, 固定于所述安裝桿 31的頂部 , 使其 可以跟隨 XY 移動平臺 3既能進行升降移動 , 又能在 水平方向進行 X 與 Y 向的移動 。萬向云臺 5, 是現(xiàn)有產(chǎn)品 , 采用能進行 360°轉(zhuǎn)動及 0-45°傾斜的萬向云臺 , 其擱置于所述主體平臺 4上的 中心位置 , 其既可以跟隨主體平臺 4進行 X 、 Y 方向移 動及升降移動 , 本身又能進行 360°轉(zhuǎn)動及 0-45°傾斜 。 如果只需平面取證的被檢物證 , 不需

11、進行多角度照 相取證 , 將萬向云臺 5取走 , 直接將該被檢物證置放 于主體平臺 4上進行照相取證 ; 如果是需要多角度取 證的被檢物證 , 就需要多角度進行照相取證 , 則將該 萬向云臺 5擱置于所述主體平臺 4上 , 將該被檢物證 置放于萬向云臺 5的臺面上 , 進行多角度照相取證 。 立柱架 6, 為中空管 (內(nèi)置電路線 , 固定于所述 主體柜的柜面 11上 。環(huán)形 LED 多波段光源 8, 參見圖 3-圖 4, 其是由安 裝座 81、 安裝在該安裝座 81上的 LED 光源集成組 82以及與光源集成組 82連接的直流電源 83組成 , 在安 裝座 81的中心設置中心孔 84。相機 1

12、0, 采用紅紫外數(shù)碼相機 , 其安裝在一個相 機固定架 9上 , 相機固定架 9固定安裝在立柱架 6頂 端 , 并使相機 10的鏡頭中心正對萬向云臺 5的臺面中 心 , 與相機 10連接的鏡頭探入環(huán)形 LED 多波段光源 8的中心孔 84內(nèi)進行拍照 。 紅紫外數(shù)碼相機可通過 USB 線與計算機連接 , 可通過計算機對相機進行操 控 (計算機內(nèi)裝有圖像處理軟件 , 可對紅紫外相機 所拍攝的現(xiàn)場物證圖像進行優(yōu)化 。3環(huán)形 LED 多波段光源的設計如圖 3所示為環(huán)形 LED 多波段光源的結(jié)構(gòu)設計 圖 , 由安裝座 81、 安裝在該安裝座 81上的 LED 光源集 成組 82以及與光源集成組 82連接

13、的直流電源 83組 成 , 在安裝座 81的中心設置中心孔 84。 如圖 4所示為 環(huán)形 LED 多波段光源的電路設計圖 , 所述直流電源 83為 +12V鋰電池 , 置放在安裝座 81內(nèi) 。安裝座 81的一側(cè)固定一個光源固定架 7, 參見圖 2, 光源固定架 7固定在萬向云臺 5上方的立柱架 6上 并使環(huán)形 LED 多波段光源 8的中心正對萬向云臺 5的 臺面中心 , 使環(huán)形 LED 多波段光源 8的光源均勻照在 置于萬向云臺 5上的物證或置于主體平臺 4上的物 證 。LED 光 源 集 成 組 82由 九 個 不 同 波 長 (365nm , 400nm , 420nm , 450nm ,

14、 520nm , 580nm , 620nm , 945nm 及白光 的光源組并聯(lián)組成 , 每個波長的光源組由數(shù) 個四波長的 LED 串聯(lián)組成 。 圖 4所示的電路中 , 直流 電源 83與分色光源集成組 82之間連接一個總開關(guān) K , 在總開關(guān) K 與每個波長的光源組之間分別連接一 個分開關(guān) K1-K9, 這樣 , 可以根據(jù)每個現(xiàn)場潛在物證 的具體情況 , 來選擇不同波長的 LED 光源組進行照 明 , 以滿足分色照相 、 紫外照相 、 紅外照相及光致發(fā) 光照相等技術(shù)要求 。為使照明的光源均勻 , 參見圖 3, LED 光源集成 組 82的所有 LED 均勻分布于安裝座 81中心點 (B 點

15、 周圍 , 即所有 LED 均勻分布于與中心孔 84同心的兩 個同心圓上 , 并每個波長的光源組中數(shù)個 LED 同樣 均勻分布于安裝座 81中心點 (B 點 周圍 , 即每個波 長的光源組中 4個 LED 在均勻分布在一個圓上相隔 90°的位置上 。為防止環(huán)境光線的干擾 , 在環(huán)形 LED 多波段光源 8的外面套有一個遮光罩 20。 遮光罩 20是由扇形折疊 式遮光材料圍成的圓錐形罩 , 其高度為環(huán)形 LED 多波 段光源 8與主體柜的柜面 11的距離 。 遮光罩 20套在環(huán) 形 LED 多波段光源 8的外面后擱置在柜面 11上 , 圓錐 形罩頂部一點與安裝座 81可拆卸連接 , 左

16、右兩個扇 邊設有互扣的搭扣 。 使用時將扇形面從該點開始左 右展開并沿著安裝座 81周邊圍成一個圓錐形罩 , 并 將重疊的扇邊用搭扣互扣 ; 不用時 , 解開搭扣成折疊 狀 , 這樣 , 便于被檢物證以及萬向云臺 5的取放 。圖 3環(huán)形 LED 多波段光源的結(jié)構(gòu)設計圖微縮成像與特種成像 39 影 像 技 術(shù) 2012年 第 2期 4研制結(jié)果如圖 5所示為環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)研制結(jié)果的實物照片 。 環(huán)形 LED 多波段光源包含九個 不 同 波 段 (365nm , 400nm , 420nm , 450nm , 520nm ,580nm , 620nm , 945nm 及白光 的光譜

17、 , 在這些波段可 以用來進行分色照相 , 其中的 365nm 是紫外熒光照相 和紫外反射照相的常用波段 , 400nm 、 420nm 、 450nm 和 520nm 是可見熒光照相和紅外發(fā)光照相的常用波 段 , 580nm 可用來激發(fā)潛在字跡的紅外發(fā)光 7, 620nm 和 945nm 是紅外反射照相的常用波段 。 綜上所述 , 應 用該設備可以進行分色照相 、 紫外照相 、 紅外照相及 光致發(fā)光照相等實驗 , 且具有光照均勻 、 單色性好 、 無需濾光 、 光譜穩(wěn)定 、 使用壽命長等特點 , 因此具有 較大的推廣應用價值 。 此外 , 為了進一步提高該設備 的實用性 , 在研制過程中還設

18、計了許多附件 , 如 :直 流面光源 、 直流環(huán)形光源 、 多頭點光源等 , 以滿足可 見光物證檢驗照相的配光技術(shù)要求 。 5案例應用環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)已經(jīng)在多起案件中得到了成功的應用 , 例如 :2011年 10月 , 上海市嘉定區(qū)發(fā)生一起殺人焚尸案 , 技術(shù)人員在現(xiàn)場提取到 一個殘缺的塑料瓶 , 要求以光學方法在該物證表面 提取指印 。 由于該物證經(jīng)高溫后表面變形嚴重 , 普通 照相光斑較小 , 指印紋線表現(xiàn)不完整 , 如圖 6所示 。 利 用環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)進行紫外照相 , 拍 攝結(jié)果光照均勻指印紋線表現(xiàn)較完整 、 反差良好 , 為 案件偵破提供了技術(shù)支撐 , 如圖 7所示 。參考文獻 :1孫成元 , 吳萬哲 , 李強 . 便攜環(huán)形紫外燈的研制與應用 M . 第四次全國刑事照相學術(shù)交流會論文選 , 1998:323-324. 2蔡能斌 , 黃曉春 , 溫思博 . 紫外激光技術(shù)顯現(xiàn)潛在指印的研 究 J . 中國司法鑒定 , 2010(4:20-22.3蔡 能 斌 , 顧 麗 華 , 黃 曉 春 等 . 紫 外 激 光 探 測 對 常 見 現(xiàn) 場 生 物物證 DNA 檢驗的影響 J . 影像技術(shù) , 2011(6:29-32. 4楊任偉 .