浅谈高光谱成像技术在显现消褪字迹中的应用

余港豪 徐诤 胡开远 杨志超

摘 要 高光谱成像技术是一种新兴的显现消褪字迹的方法。其通过使用高光谱成像光谱仪进行扫描的方法来获取消褪样本的高光谱数据，并通过使用获取特定波长下的高光谱图像，对获取的高光谱数据进行算法的处理等方法，来获得较为清晰的显现图像，从而达到高效、无损地显现消褪字迹的目的。

关键词 高光谱成像技术 消褪字迹 显现

基金项目： 浙江省新苗人才计划资助项目：《高光谱成像光谱仪用于显现消褪笔字迹的方法研究》（项目编号：2017R432007）。

作者简介：余港豪，浙江警察学院本科生；徐诤、胡开远，浙江警察学院；杨志超，浙江警察学院，讲师，研究方向：光谱分析。

中图分类号：D918.9 文献标识码：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2019.01.050

近年来，高光谱成像技术在各种领域得到了大量的关注，在国际上，高光谱成像技术在刑事技术领域中已经有了较为深入的研究 ，在我国利用光谱信息来进行物证分析的工作也逐渐开展起来，并且通过实验高光谱成像技术表出了可以单独对刑事物证进行快速、无损并且准确的分析的优点 。

本文在利用可擦笔进行违法犯罪活动逐渐增多的背景下，使用高光谱成像技术探究其在显现消褪字迹方面的应用，旨在为显现此类消褪文件的显现提供一种更为快捷、有效的方法。

一、高光谱图像技术

（一）高光谱成像技术概述

高光谱成像技术随着近30年来的不停发展，已经在地球物理环境监测中占据了不可取代的地位。高光谱成像光谱仪能够以非接触的方式，在上百个连续的光谱波段上对被测客体进行成像，并将图像与光谱数据谱合二为一，填补了科学领域成像兼顾光谱的空白。

（二）高光谱成像技术特点

1.图谱合一、多维表达。高光谱数据不仅拥有普通二维图像，还有光谱信息，可以认为得到的是三维数据结构的光谱数据立方体。空间图像可以清楚得向我们表示出地表的平面空间特征，而光谱维还可以在每一个像素点上表达光谱曲线特征。

2.数据量大、隐含特征丰富。高光谱数据往往量大而丰富，通过使用深度处理图像和光谱数据分析技术，从高光谱图像、光谱这两个不同的方面对高光谱数据进行分析，可以获得大量的未表露特征。因此，发展有效而实用的特征提取算法、建立对典型物体有效的光谱识别特征是高光谱成像技术在信息处理的重要方面。

3.精细光谱特征表达。高光谱成像技术有着光谱维提供了被测物体单元的精细的光谱特征的优点。在以纳米为单位的区间内，往往存在着传统多光谱技术无法获取的光谱特征，而高光谱成像技术却可以实现。因此，通过提取精细的光谱特征，并对目标物的局部特征上加以区别，再通过反演参数等手段，可以有效地提高高光谱成像技术的定量化质量。

二、文件的消褪

（一）文件消褪的意义

通过各种手段消褪文件中的某些关键部分从而达到篡改的目的是一些诈骗案件中常用的手段，而消褪笔在此类活动上便具有很强的便利性与隐蔽性。例如在2017年1月4日，山东省青岛市即墨区移风店镇坊庄村就发生了利用可擦笔更改账目的方式进行收粮诈骗的案件 。

（二） 消褪的方法

1.可擦签字笔。可擦签字笔的擦除原理可分为两类：

一是可擦签字笔在墨水中运用了微球胶囊技术，使用特殊材料包裹特种油墨，特殊材料的粒度大于纸张纤维的缝隙，因此书写时油墨不会渗入纸张的缝隙内而在纸张的表面形成字迹，使用笔尾的橡胶或普通橡皮易被擦除。

二是可擦签字笔在墨水中运用了Metamocolor技术，墨水会在胶粒擦拭时因为达到65℃或以上，从而发生物理变化，变得透明，达消褪的效果 。

2.自动消褪的练字笔。自动褪色墨水是由NaClO溶液与正常墨水约按一定比例混合而成，墨水中的显色剂成分极易被氧化。当墨水在空气中长时间暴露，NaClO便会在空气中与H2O、 CO2产生化学反应，反应生成的HClO具有强氧化性，从而达到消褪的结果。

三、文件的显现

（一）传统显现法

1.荧光照相。由于将消褪文件放置于紫外线或单色光下进行照射，可以使被消褪的文字发出与其背景不同颜色或强度的荧光，从而使被消褪的文字显现。但在实际情况下，因为被消褪的染料、消褪试剂、消褪程度及消褪时间的差异，荧光照相往往需要不同强度的激发光源反复照射才能达到较好的显现效果。

2.光学仪器分析。利用电子显微镜将被消褪的文件放大几十万倍甚至几百万倍以上，在微观角度分析消褪剂成份与被消褪文字笔画的成份及其分布情况，从而判断被消褪的文字。但在实际操作中此方法需要大量的时间与一定的经验，无法快速且大量的對被消褪文件进行分析。

3.化学试剂显现。对于用蓝墨水书写的被消褪文件，因为通常含有Fe2+、fe3+离子，所以可采用某些化学试剂使其显出一定颜色，从而将消褪的文字显现出来。但在现实情况中由于试用范围窄，应用性不强。

（二）高光谱成像技术显现法

1.高光谱数据的获取。高光谱成像技术显现法只需要将待显现的文件放置于高光谱成像光谱仪下进行扫描，就可以在对文件零破坏的情况下获取高光谱数据。通过对高光谱数据的特征提取和选择，并进行分类处理，便可以在检验物质的区分、识别和提取上提供一种更加高效的方法和有力的依据。具体操作如下：

（1）开启高光谱成像光谱仪，进行白校准与暗校准。

（2）将样本放置于扫描台上进行预先扫描，通过扫描结果调整马达转速等参数。

（3）根据设定好的参数进行正式扫描，保存获得的高光谱数据。

（4）使用ENVI软件对获得的高光谱数据进行观测，保存较为清晰的影像图片。

2.高光谱数据的分析。在现实中对于以可擦签字笔为代表的消褪样本，其获取的高光谱数据在特定波长下的高光谱图像显现效果较为良好，字迹的笔画较为明显，能显现出大部分原书写字迹，基本达到了显现的目的。然而对于以自动消褪笔为代表的消褪样本，其获取的高光谱数据在特定波长下的高光谱图像显现效果不佳，字迹的笔画较为破碎，基本不能显现出原书写字迹，没有达到显现的目的。因此，根据高光谱数据蕴含信息量庞大的特点，在现实中常常采用独立成分分析（Independent Component Analysis，ICA）等算法对高光谱数据进行进一步的处理，从而达到更加优良的显现效果。

3.消褪字迹的显现。通过对高光谱数据的独立成分分析，以可擦签字笔为代表的消褪样本在显现效果上得到了进一步的提高，字迹的笔画更加突出，显现效果更加优秀，完全达到了显现的目的。而以自动消褪笔为代表的消褪样本在显现效果上更是得到了大幅度的提高，原先较为破碎的笔画明显减少，完整显现的笔画明显增加，显现效果较为良好，基本达到了显现的目的。

四、结语

传统显现法在对消褪字迹进行显现时，存在着或是效率低下，或是对原文件有损害等缺点。再加之国内在物证处理方面，特别是消褪字迹显现多停留在紫外光谱成像技术领域，其存在着获取光谱信息少，泛用性不高的特点 。

相比之下高光谱成像技术在保持了较强的泛用性的基础上，有着获取大量的光谱信息，快速、无损的得出结果的优势。并且基于高光谱成像技术，在面对较为复杂的客体时，还可以通过使用各种算法对获取的高光谱数据进行加工，达到筛选出需要的信息，进一步提升物证检验效果的目的。

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