環(huán)形LED多波段光源成像系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

1、 1引言在刑事案件的案發(fā)現(xiàn)場(chǎng) , 利用各種光源搜索和發(fā) 現(xiàn)潛在物證是法庭科學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一 。 隨著刑 事技術(shù)的發(fā)展 , 用于現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn) , 在法庭科學(xué)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用 。 但是 , 在 實(shí)踐中這些光源往往是相對(duì)獨(dú)立的 , 沒(méi)有和成像系統(tǒng) 有機(jī)地結(jié)合起來(lái) , 現(xiàn)場(chǎng)潛在物證的發(fā)現(xiàn)和提取過(guò)程 銜接不夠緊密 , 有時(shí)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(yīng)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(chǎng)潛在物證的新設(shè)備及其應(yīng)用 。 方法 :研制環(huán)形 LED 多波段光源 ; 以該光源為基 礎(chǔ) , 集成紅紫外相機(jī) 、 載物臺(tái)等設(shè)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(chǎng)潛在物證方面的應(yīng)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(shí)際案件中得到了成功應(yīng)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(chǎng)潛在物證提供了一種新設(shè)備 , 該設(shè)備集成了多波

3、段光源和成像系統(tǒng) , 提高了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)目 :公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目 (2011YYCXSHSJ037。作者簡(jiǎn)介 :蔡能斌 (1967-, 男 , 上海青浦人 , 高級(jí)工程師 , 主要研究方向 :現(xiàn)場(chǎng)物證光學(xué)探測(cè)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(lái) , 受鍍膜工藝的限制 , 隨著時(shí)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(chǎng)應(yīng)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(dǎo)體組件 , 不同種類的 LED 能夠發(fā)出從200-1550nm 波長(zhǎng)范圍的不同波長(zhǎng)的光線 6; LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面 , 燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的 部分 , 因此可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng) , 不易損 壞 , LED 光源體積小 、 重量輕 , 單色性好 , 無(wú)需濾光 , 可 直接發(fā)出相關(guān)波段的光 , 且亮度衰減周期長(zhǎng) , 使用壽 命長(zhǎng) 。 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(jī) 、 載物臺(tái)等設(shè)備 , 使現(xiàn)場(chǎng) 潛在物證的發(fā)現(xiàn)和提取過(guò)程融為一

8、體 , 由于 LED 發(fā)光 的單色性好 , 光譜窄 , 無(wú)需濾光 , 因此各波段的光譜 穩(wěn)定 , 檢測(cè)靈敏度較高 , 且操作簡(jiǎn)便 , 交直流兩用 , 不 僅適合實(shí)驗(yàn)室使用 , 同樣也適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 。2環(huán)形 LED 多波段光源成像系統(tǒng)的總體的 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)圖 , 由主體柜 1、 升降裝置 2、 XY 移動(dòng)平 臺(tái) 3、 主體平臺(tái) 4、 萬(wàn)向云臺(tái) 5、 立柱架 6、 光源固定架 7、 環(huán)形 LED 多波段光源 8、 相機(jī)固定架 9和紅紫外相機(jī)10組成 。 其結(jié)構(gòu)如下 : 主體柜 1, 其柜面 11設(shè)有中心孔 111, 柜內(nèi)設(shè)置升 降裝置 2

9、, 本實(shí)施例的升降裝置 2采用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng) 。 在主體柜 1的底部安裝 4個(gè)萬(wàn)向滾輪 12, 萬(wàn)向滾輪 12為低噪音萬(wàn)向移動(dòng)滾輪 , 使用萬(wàn)向滾輪 12使主體柜 1可以在水平方向任意移位 , 同時(shí)萬(wàn)向滾輪 12具有鎖死功能 , 進(jìn)行照相工作時(shí)可使主體柜 1固定在所需位 置 。XY 移動(dòng)平臺(tái) 3, 這是現(xiàn)有產(chǎn)品 , 其有兩個(gè)使移動(dòng) 平臺(tái)臺(tái)面在水平方向分別能作 X 與 Y 向移動(dòng)的電機(jī) , 其置于主體柜 1內(nèi) , XY 移動(dòng)平臺(tái) 3的臺(tái)面底面固定于圖 1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(dòng)平臺(tái) 3的臺(tái) 面既能進(jìn)行升降移動(dòng) , 又能在水

10、平方向進(jìn)行 X 與 Y 向 的移動(dòng) , 該移動(dòng)平臺(tái)臺(tái)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(tái) 4, 固定于所述安裝桿 31的頂部 , 使其 可以跟隨 XY 移動(dòng)平臺(tái) 3既能進(jìn)行升降移動(dòng) , 又能在 水平方向進(jìn)行 X 與 Y 向的移動(dòng) 。萬(wàn)向云臺(tái) 5, 是現(xiàn)有產(chǎn)品 , 采用能進(jìn)行 360°轉(zhuǎn)動(dòng)及 0-45°傾斜的萬(wàn)向云臺(tái) , 其擱置于所述主體平臺(tái) 4上的 中心位置 , 其既可以跟隨主體平臺(tái) 4進(jìn)行 X 、 Y 方向移 動(dòng)及升降移動(dòng) , 本身又能進(jìn)行 360°轉(zhuǎn)動(dòng)及 0-45°傾斜 。 如果只需平面取證的被檢物證 , 不需

11、進(jìn)行多角度照 相取證 , 將萬(wàn)向云臺(tái) 5取走 , 直接將該被檢物證置放 于主體平臺(tái) 4上進(jìn)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(jìn)行照相取證 , 則將該 萬(wàn)向云臺(tái) 5擱置于所述主體平臺(tái) 4上 , 將該被檢物證 置放于萬(wàn)向云臺(tái) 5的臺(tái)面上 , 進(jìn)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(jiàn)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(shè)置中心孔 84。相機(jī) 1

12、0, 采用紅紫外數(shù)碼相機(jī) , 其安裝在一個(gè)相 機(jī)固定架 9上 , 相機(jī)固定架 9固定安裝在立柱架 6頂 端 , 并使相機(jī) 10的鏡頭中心正對(duì)萬(wàn)向云臺(tái) 5的臺(tái)面中 心 , 與相機(jī) 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(jìn)行拍照 。 紅紫外數(shù)碼相機(jī)可通過(guò) USB 線與計(jì)算機(jī)連接 , 可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)相機(jī)進(jìn)行操 控 (計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有圖像處理軟件 , 可對(duì)紅紫外相機(jī) 所拍攝的現(xiàn)場(chǎng)物證圖像進(jìn)行優(yōu)化 。3環(huán)形 LED 多波段光源的設(shè)計(jì)如圖 3所示為環(huán)形 LED 多波段光源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(shè)置中心孔 84。 如圖 4所示為 環(huán)形 LED 多波段光源的電路設(shè)計(jì)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(gè)光源固定架 7, 參見(jiàn)圖 2, 光源固定架 7固定在萬(wàn)向云臺(tái) 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(duì)萬(wàn)向云臺(tái) 5的 臺(tái)面中心 , 使環(huán)形 LED 多波段光源 8的光源均勻照在 置于萬(wàn)向云臺(tái) 5上的物證或置于主體平臺(tái) 4上的物 證 。LED 光 源 集 成 組 82由 九 個(gè) 不 同 波 長(zhǎng) (365nm , 400nm , 420nm , 450nm ,

14、 520nm , 580nm , 620nm , 945nm 及白光 的光源組并聯(lián)組成 , 每個(gè)波長(zhǎng)的光源組由數(shù) 個(gè)四波長(zhǎng)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(gè)總開(kāi)關(guān) K , 在總開(kāi)關(guān) K 與每個(gè)波長(zhǎng)的光源組之間分別連接一 個(gè)分開(kāi)關(guān) K1-K9, 這樣 , 可以根據(jù)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)潛在物證 的具體情況 , 來(lái)選擇不同波長(zhǎng)的 LED 光源組進(jìn)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(jiàn)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(diǎn) (B 點(diǎn)

15、 周圍 , 即所有 LED 均勻分布于與中心孔 84同心的兩 個(gè)同心圓上 , 并每個(gè)波長(zhǎng)的光源組中數(shù)個(gè) LED 同樣 均勻分布于安裝座 81中心點(diǎn) (B 點(diǎn) 周圍 , 即每個(gè)波 長(zhǎng)的光源組中 4個(gè) LED 在均勻分布在一個(gè)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(gè)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(diǎn)與安裝座 81可拆卸連接 , 左

16、右兩個(gè)扇 邊設(shè)有互扣的搭扣 。 使用時(shí)將扇形面從該點(diǎn)開(kāi)始左 右展開(kāi)并沿著安裝座 81周邊圍成一個(gè)圓錐形罩 , 并 將重疊的扇邊用搭扣互扣 ; 不用時(shí) , 解開(kāi)搭扣成折疊 狀 , 這樣 , 便于被檢物證以及萬(wàn)向云臺(tái) 5的取放 。圖 3環(huán)形 LED 多波段光源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)物照片 。 環(huán)形 LED 多波段光源包含九個(gè) 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(lái)進(jìn)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(jiàn)熒光照相和紅外發(fā)光照相的常用波 段 , 580nm 可用來(lái)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(yīng) 用該設(shè)備可以進(jìn)行分色照相 、 紫外照相 、 紅外照相及 光致發(fā)光照相等實(shí)驗(yàn) , 且具有光照均勻 、 單色性好 、 無(wú)需濾光 、 光譜穩(wěn)定 、 使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) , 因此具有 較大的推廣應(yīng)用價(jià)值 。 此外 , 為了進(jìn)一步提高該設(shè)備 的實(shí)用性 , 在研制過(guò)程中還設(shè)

18、計(jì)了許多附件 , 如 :直 流面光源 、 直流環(huán)形光源 、 多頭點(diǎn)光源等 , 以滿足可 見(jiàn)光物證檢驗(yàn)照相的配光技術(shù)要求 。 5案例應(yīng)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(yīng)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(chǎng)提取到 一個(gè)殘缺的塑料瓶 , 要求以光學(xué)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(yán)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(jìn)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(xiàn) :1孫成元 , 吳萬(wàn)哲 , 李強(qiáng) . 便攜環(huán)形紫外燈的研制與應(yīng)用 M . 第四次全國(guó)刑事照相學(xué)術(shù)交流會(huì)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(guó)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(cè) 對(duì) 常 見(jiàn) 現(xiàn) 場(chǎng) 生 物物證 DNA 檢驗(yàn)的影響 J . 影像技術(shù) , 2011(6:29-32. 4楊任偉 .