用普通红外数码照相获取优质检材的研究

2012-11-02尹国祥

湖北警官学院学报 2012年8期

关键词：检材数码相机红外线

尹国祥

（湖北警官学院，湖北武汉430034）

用普通红外数码照相获取优质检材的研究

尹国祥

（湖北警官学院，湖北武汉430034）

红外照相在获取痕检文检优质检材中有着十分重要的作用。用普通数码相机在近红外区，可以显现出微弱、潜在的痕迹物证，它有利于红外照相技术在公安基层实战单位的应用与推广，有利于痕检、文检工作。

数码相机；红外线滤光镜；红外照相；痕迹检验；文件检验

利用传统胶片相机进行红外照相的实践证明，红外照相技术在获取痕检文检优质检材中有着十分重要的作用，因此，探讨普通红外数码照相获取痕检文检优质检材，无疑具有十分重要的意义。

一、红外线及其特点

（一）红外线

电磁波是由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线和伽玛射线构成，红外线是电磁波中可见光区红光外端的热辐射，是一种看不见的电磁辐射，简称“IR”。红外光谱很宽，从可见光区红光外端开始到无线电波超短波区截止，称为红外辐射区，波长范围为770nm～106nm。在红外辐射区，根据波长的长短，将红外线分为三类：近红外线(Near Infra-red NIR)、中红外线(Middle Infra-red NIR)和远红外线(Far Infra-red NIR)，其波长范围详见下表。

红外线波长范围表

（二）红外线的特点

1.高于绝对零度的物质都能辐射红外线

高于绝对零度（－273℃）的物质都能辐射红外线，温度越低，辐射波长越长；温度越高，辐射波长越短。红外线的这一特点为红外照相提供了广泛的物质基础。

2.遵循光学的一般规律

红外线与可见光的波长不同，与可见光相比，它在反射、吸收、折射、散射、穿透等过程中表现出不同的特性，从而显现出在可见光下难以显现的影像效果。

3.红外线具有较强的穿透能力

红外线波长较长，介质折射率小，容易发生衍射现象，可穿透纸张、油墨，在有云雾或烟尘的天气条件下，利用红外线这一特点，可拍摄出更加清晰的影像。

二、普通红外数码照相原理

普通红外数码照相的原理是：被拍照物质反射的红外线经光学成像系统到达影像传感器CCD或CMOS，影像传感器将红外线亮度分布转换成电信号（模拟信号），经模/数（A/D）转换，生成计算机能识别的数字信号。数码相机中的微处理器（MPU）对数字信号作进一步处理，并保存在存储器中，从而完成一次红外数码照相过程。从普通红外数码照相原理可知，普通红外数码照相必须同时具备红外线光源、红外线滤光镜和普通数码相机这三个条件。

（一）红外线光源

用于红外照相的光源必须能输出红外辐射。科学实验证明，太阳的辐射能量中，红外线占52%，其中能进行红外照相的成份约占1/3，是很重要的红外线光源。人造光源中的钨丝灯，辐射波长峰值在800nm～1200nm之间，与近红外照相的波长范围相匹配，是很好的红外线光源。激光红外光源能提供很纯的红外线，多波段光源能提供较多波段的选择，而且波带较窄，是理想的红外线光源。此外，碳弧灯、汞灯、闪光灯中也含有大量的红外线，也是进行红外照相的理想光源。

（二）红外线滤光镜

在红外照相中，红外线滤光镜的作用，是让特定波长范围内的红外线通过，并阻止可见光和紫外线通过，确保普通数码相机只记录特定波长范围内的红外影像。实践中可根据需要具体选择，如Kodak公司生产的红外线滤光镜，截止波长有：760nm、810nm、860nm、940nm；Agfa公司生产的红外线滤光镜，截止波长有：750nm、830nm、940nm；公安部二所生产的红外线滤光镜，截止波长有：680n、750nm等。

（三）普通数码相机

普通数码相机是由光学成像系统、光圈、快门、影像传感器、取景器、调焦器、存储器、输出接口和总体控制电路等主要部件构成。普通数码相机能否进行红外照相，决定因素在其光学成像系统（图1），具体来讲就是取决于镜头和影像传感器CCD或CMOS的功能。

图1 数码相机光学成像系统

普通数码相机的镜头是凸凹透镜组成的复式透镜组，由于光学玻璃能通过350～2800nm 光谱范围内的光线，且透过率达90%，因此，普通数码相机的镜头可以对红外线折射成像。目前普通数码相机影像传感器的感光范围为380～1200n m，对近红外区的红外线均有较好的接受能力，可以进行红外照相。但是，由于绝大部分普通数码相机是按可见光条件下拍照设计的，为防止红外线对正常彩色成像的干扰造成偏色，在影像传感器前加装了红外截止滤光器ICF（图1），以滤去红外线。有的普通数码相机，为方便夜间拍摄，在夜景模式下能自动打开ICF，直接进行红外照相，如索尼DSC-F717数码相机。没有此功能的普通数码相机，由于ICF或多或少都会透过部分红外线，因此，可通过选择一款红外线透过率较高的普通数码相机进行红外照相。如技术条件允许，还可以选择拆除普通数码相机的ICF，改装成专用的普通红外数码相机。由于在红外辐射区，红外线的波长越长，其相对能量越低，因此，综合考虑能量因素（图2），普通数码相机进行红外照相应选择在近红外区，具体波长范围为770～1000nm。

图2 波长与能量大小对应关系

三、普通红外数码照相在获取痕检文检优质检材中的作用

（一）实验器材与样本

1.实验器材

CanonEOS600D普通数码相机（市场价值4200元左右，已拆除ICF）；镜头（配备100mm微距镜头、近摄镜）；红外线滤光镜（配备780nm、850nm、950nm各一块）；红外线光源（2盏100W钨丝灯）；NikonD90数码相机；计算机图像处理系统。

2.实验样本

黑色纺织品上的碳素墨水字迹；涂改变造的文书；被印章掩盖的字迹；深色皮革上的灰尘足迹；真假人民币。

（二）实验方法

将 CanonEOS600D普通数码相机的镜头更换为100mm的微距镜头，在镜头前安装近摄镜，并将相机固定在物证翻拍架上。以太阳光或100W 钨丝灯作为红外光源，根据不同的实验样本，选择780nm、850nm、950nm红外线滤光镜分别对上述样本进行拍照。拍照时，采用光圈优先模式(A模式)，LED取景，拍照不同样本的红外图像（加红外线滤光镜），并用NikonD90数码相机拍照不同样本的可见光图像（不加红外线滤光镜），以作分析对比。

将拍照完成的红外图像和可见光图像下载到计算机中，并利用PhotoshopCS5图像处理软件进行优化处理，将处理后的图像文件保存为“bmp”格式。