淺談高光譜成像技術(shù)在顯現(xiàn)消褪字跡中的應用

余港豪 徐諍 胡開遠 楊志超

摘 要 高光譜成像技術(shù)是一種新興的顯現(xiàn)消褪字跡的方法。其通過使用高光譜成像光譜儀進行掃描的方法來獲取消褪樣本的高光譜數(shù)據(jù)，并通過使用獲取特定波長下的高光譜圖像，對獲取的高光譜數(shù)據(jù)進行算法的處理等方法，來獲得較為清晰的顯現(xiàn)圖像，從而達到高效、無損地顯現(xiàn)消褪字跡的目的。

關(guān)鍵詞 高光譜成像技術(shù) 消褪字跡 顯現(xiàn)

基金項目： 浙江省新苗人才計劃資助項目：《高光譜成像光譜儀用于顯現(xiàn)消褪筆字跡的方法研究》（項目編號：2017R432007）。

作者簡介：余港豪，浙江警察學院本科生；徐諍、胡開遠，浙江警察學院；楊志超，浙江警察學院，講師，研究方向：光譜分析。

中圖分類號：D918.9 文獻標識碼：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2019.01.050

近年來，高光譜成像技術(shù)在各種領(lǐng)域得到了大量的關(guān)注，在國際上，高光譜成像技術(shù)在刑事技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)有了較為深入的研究 ，在我國利用光譜信息來進行物證分析的工作也逐漸開展起來，并且通過實驗高光譜成像技術(shù)表出了可以單獨對刑事物證進行快速、無損并且準確的分析的優(yōu)點 。

本文在利用可擦筆進行違法犯罪活動逐漸增多的背景下，使用高光譜成像技術(shù)探究其在顯現(xiàn)消褪字跡方面的應用，旨在為顯現(xiàn)此類消褪文件的顯現(xiàn)提供一種更為快捷、有效的方法。

一、高光譜圖像技術(shù)

（一）高光譜成像技術(shù)概述

高光譜成像技術(shù)隨著近30年來的不停發(fā)展，已經(jīng)在地球物理環(huán)境監(jiān)測中占據(jù)了不可取代的地位。高光譜成像光譜儀能夠以非接觸的方式，在上百個連續(xù)的光譜波段上對被測客體進行成像，并將圖像與光譜數(shù)據(jù)譜合二為一，填補了科學領(lǐng)域成像兼顧光譜的空白。

（二）高光譜成像技術(shù)特點

1.圖譜合一、多維表達。高光譜數(shù)據(jù)不僅擁有普通二維圖像，還有光譜信息，可以認為得到的是三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的光譜數(shù)據(jù)立方體?？臻g圖像可以清楚得向我們表示出地表的平面空間特征，而光譜維還可以在每一個像素點上表達光譜曲線特征。

2.數(shù)據(jù)量大、隱含特征豐富。高光譜數(shù)據(jù)往往量大而豐富，通過使用深度處理圖像和光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從高光譜圖像、光譜這兩個不同的方面對高光譜數(shù)據(jù)進行分析，可以獲得大量的未表露特征。因此，發(fā)展有效而實用的特征提取算法、建立對典型物體有效的光譜識別特征是高光譜成像技術(shù)在信息處理的重要方面。

3.精細光譜特征表達。高光譜成像技術(shù)有著光譜維提供了被測物體單元的精細的光譜特征的優(yōu)點。在以納米為單位的區(qū)間內(nèi)，往往存在著傳統(tǒng)多光譜技術(shù)無法獲取的光譜特征，而高光譜成像技術(shù)卻可以實現(xiàn)。因此，通過提取精細的光譜特征，并對目標物的局部特征上加以區(qū)別，再通過反演參數(shù)等手段，可以有效地提高高光譜成像技術(shù)的定量化質(zhì)量。

二、文件的消褪

（一）文件消褪的意義

通過各種手段消褪文件中的某些關(guān)鍵部分從而達到篡改的目的是一些詐騙案件中常用的手段，而消褪筆在此類活動上便具有很強的便利性與隱蔽性。例如在2017年1月4日，山東省青島市即墨區(qū)移風店鎮(zhèn)坊莊村就發(fā)生了利用可擦筆更改賬目的方式進行收糧詐騙的案件 。

（二） 消褪的方法

1.可擦簽字筆。可擦簽字筆的擦除原理可分為兩類：

一是可擦簽字筆在墨水中運用了微球膠囊技術(shù)，使用特殊材料包裹特種油墨，特殊材料的粒度大于紙張纖維的縫隙，因此書寫時油墨不會滲入紙張的縫隙內(nèi)而在紙張的表面形成字跡，使用筆尾的橡膠或普通橡皮易被擦除。

二是可擦簽字筆在墨水中運用了Metamocolor技術(shù)，墨水會在膠粒擦拭時因為達到65℃或以上，從而發(fā)生物理變化，變得透明，達消褪的效果 。

2.自動消褪的練字筆。自動褪色墨水是由NaClO溶液與正常墨水約按一定比例混合而成，墨水中的顯色劑成分極易被氧化。當墨水在空氣中長時間暴露，NaClO便會在空氣中與H2O、 CO2產(chǎn)生化學反應，反應生成的HClO具有強氧化性，從而達到消褪的結(jié)果。

三、文件的顯現(xiàn)

（一）傳統(tǒng)顯現(xiàn)法

1.熒光照相。由于將消褪文件放置于紫外線或單色光下進行照射，可以使被消褪的文字發(fā)出與其背景不同顏色或強度的熒光，從而使被消褪的文字顯現(xiàn)。但在實際情況下，因為被消褪的染料、消褪試劑、消褪程度及消褪時間的差異，熒光照相往往需要不同強度的激發(fā)光源反復照射才能達到較好的顯現(xiàn)效果。

2.光學儀器分析。利用電子顯微鏡將被消褪的文件放大幾十萬倍甚至幾百萬倍以上，在微觀角度分析消褪劑成份與被消褪文字筆畫的成份及其分布情況，從而判斷被消褪的文字。但在實際操作中此方法需要大量的時間與一定的經(jīng)驗，無法快速且大量的對被消褪文件進行分析。

3.化學試劑顯現(xiàn)。對于用藍墨水書寫的被消褪文件，因為通常含有Fe2+、fe3+離子，所以可采用某些化學試劑使其顯出一定顏色，從而將消褪的文字顯現(xiàn)出來。但在現(xiàn)實情況中由于試用范圍窄，應用性不強。

（二）高光譜成像技術(shù)顯現(xiàn)法

1.高光譜數(shù)據(jù)的獲取。高光譜成像技術(shù)顯現(xiàn)法只需要將待顯現(xiàn)的文件放置于高光譜成像光譜儀下進行掃描，就可以在對文件零破壞的情況下獲取高光譜數(shù)據(jù)。通過對高光譜數(shù)據(jù)的特征提取和選擇，并進行分類處理，便可以在檢驗物質(zhì)的區(qū)分、識別和提取上提供一種更加高效的方法和有力的依據(jù)。具體操作如下：

（1）開啟高光譜成像光譜儀，進行白校準與暗校準。

（2）將樣本放置于掃描臺上進行預先掃描，通過掃描結(jié)果調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

（3）根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)進行正式掃描，保存獲得的高光譜數(shù)據(jù)。

（4）使用ENVI軟件對獲得的高光譜數(shù)據(jù)進行觀測，保存較為清晰的影像圖片。

2.高光譜數(shù)據(jù)的分析。在現(xiàn)實中對于以可擦簽字筆為代表的消褪樣本，其獲取的高光譜數(shù)據(jù)在特定波長下的高光譜圖像顯現(xiàn)效果較為良好，字跡的筆畫較為明顯，能顯現(xiàn)出大部分原書寫字跡，基本達到了顯現(xiàn)的目的。然而對于以自動消褪筆為代表的消褪樣本，其獲取的高光譜數(shù)據(jù)在特定波長下的高光譜圖像顯現(xiàn)效果不佳，字跡的筆畫較為破碎，基本不能顯現(xiàn)出原書寫字跡，沒有達到顯現(xiàn)的目的。因此，根據(jù)高光譜數(shù)據(jù)蘊含信息量龐大的特點，在現(xiàn)實中常常采用獨立成分分析（Independent Component Analysis，ICA）等算法對高光譜數(shù)據(jù)進行進一步的處理，從而達到更加優(yōu)良的顯現(xiàn)效果。

3.消褪字跡的顯現(xiàn)。通過對高光譜數(shù)據(jù)的獨立成分分析，以可擦簽字筆為代表的消褪樣本在顯現(xiàn)效果上得到了進一步的提高，字跡的筆畫更加突出，顯現(xiàn)效果更加優(yōu)秀，完全達到了顯現(xiàn)的目的。而以自動消褪筆為代表的消褪樣本在顯現(xiàn)效果上更是得到了大幅度的提高，原先較為破碎的筆畫明顯減少，完整顯現(xiàn)的筆畫明顯增加，顯現(xiàn)效果較為良好，基本達到了顯現(xiàn)的目的。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)顯現(xiàn)法在對消褪字跡進行顯現(xiàn)時，存在著或是效率低下，或是對原文件有損害等缺點。再加之國內(nèi)在物證處理方面，特別是消褪字跡顯現(xiàn)多停留在紫外光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，其存在著獲取光譜信息少，泛用性不高的特點 。

相比之下高光譜成像技術(shù)在保持了較強的泛用性的基礎(chǔ)上，有著獲取大量的光譜信息，快速、無損的得出結(jié)果的優(yōu)勢。并且基于高光譜成像技術(shù)，在面對較為復雜的客體時，還可以通過使用各種算法對獲取的高光譜數(shù)據(jù)進行加工，達到篩選出需要的信息，進一步提升物證檢驗效果的目的。

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