CN109100337A - 多波段多角度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种多波段、多角度检测装置及检测方法，包括多波段、多角度检测装置主要包括光源模块、探测模块、整体框架、三维样品平台、控制模块。对于不同领域、不同现场的痕迹，该装置及检测方法可对其高效的进行多波段、多角度的勘察与拍摄，准确、方便的得到检材上痕迹和客体背景高对比度的图像，获得清晰的痕迹细微结构特征。可为各个研究领域提供有力的技术支持。

Description

多波段多角度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及检测装置，特别是一种多波段多角度检测装置及检测方法。

背景技术

快速、准确、高质量的获取痕迹信息一直是刑侦、考古、检测等研究领域追求的目标。获取痕迹的现场情况复杂，在不同的现场中，痕迹的尺寸、种类均不同。由于痕迹尺寸、深浅、朝向等不同，在获取特征信息过程中，通常需要从多个角度去拍摄承载痕迹的检材，以获得微小痕迹特征。因此，各个研究领域常常需要多角度拍摄装置对承载痕迹的检材进行拍摄，获得所需结构特征。同时，由于不同种类的痕迹对不同波段入射光的吸收率和反射率不同，因此，需要多波段光源对检材上的痕迹和客体背景进行照射，以获得高对比度图像，从而获取清晰的痕迹细微特征结构。

在先技术“一种多角度一次成像的拍摄装置”(CN310555014)中，公开了一种可实现多角度一次成像的拍摄装置，该装置实现了多角度采光，并聚焦到同一感光模块上同时感光，实现多角度一次成像。但该装置过于庞大、复杂，成本高且使用不灵活。该装置只能被动的接收检材发射或反射的光，不能改变对检材进行照明的光源特性，难以得到微弱痕迹和客体背景的高对比图像，进而难以获取痕迹的细微特征结构。在先技术“单次多角度拍摄机构”(CN510143740)中，公开了一种通过反射镜和棱镜组合改变光的传播方向，实现物体的多角度拍摄机构。该发明虽然实现了增加检材的拍摄角度，但光路复杂，拍摄角度有限，对于检材微小细节的重现具有一定的局限性。以上两种装置虽可对不同现场中检材表面进行多角度重建，但光源波段单一，不能根据不同的检材上特定的痕迹和客体背景进行特征化提取，不易获得高对比度的图像，对痕迹的特征信息提取有一定的局限性。在先技术“便携式多波段组合光源文痕检验仪”(CN280149)中，公开了一种便携式多波段组合光源文痕检验仪，该技术实现了器材小型化和移动办案，多波段组合光源照度均匀，根据检测对象选择成像设备。但该技术仅是对文件痕迹进行检验，不适用于对其他检材(如古作画等)上的微小痕迹进行检验；只能检测有限尺寸的文档；未考虑照明的均匀性，影响对文件上微小痕迹的检验；多波段光学组合是分散排布的，集成性欠佳；对检材不同角度的微小痕迹检验需要进行多次成像与对比分析。因此，该技术对于不同尺寸的检材难以高效的一次性获取痕迹的细微特征。

上述现有技术的单一装置都不能对对于不同领域、不同现场、不同尺寸的检材进行高效、多波段、多角度的勘察与拍摄，不能准确、方便的得到检材上痕迹和客体背景高对比度的图像，难以获得清晰的痕迹细微结构特征。

发明内容

本发明旨在克服上述在先技术的不足，提出了一种多波段多角度检测装置及检测方法。

本发明的技术解决方案如下：

本发明的多波段多角度检测装置，特征在于：包括光源模块、探测模块、整体框架、三维样品平台、控制模块。

所述的光源模块包括多个光学模组，每个所述的光学模组包括多波段光源、匀光片、光源座和驱动电路。所述的多波段光源集成多个不同波段光源，可分别发出白光、紫外线、红外线等波段光源用以照射检材。所述的匀光片靠近所述的多波段光源放置，用于均匀化所述的多波段光源出射的光强分布，使所述的探测模块的成像效果更佳，检材上的痕迹特征细节更加突出。所述的光源座固定所述的多波段光源，将多个波段的光源进行集成与固定。所述的驱动电路连接所述的多波段光源与所述的控制模块，通过所述的控制模块控制所述的多波段光源的点亮时间与次序。

所述的探测模块包括成像组件和光谱测量组件。所述的成像组件包括相机、镜头、滤光片。所述的成像组件可收集检材在所述的光源模块照射下的图像信息。所述的光谱测量组件包括光谱仪。所述的光谱测量组件用于收集检材在所述的光源模块照射下的光谱信息。所述的探测模块的工作时间要与所述的多波段光源的点亮时间同步，保证每次所述的多波段光源的点亮时间大于所述的探测模块的图像采集时间或光谱信息收集时间。

所述的整体框架用于承载所述的光源模块和所述的探测模块。所述的整体框架中的所述的光源模块可以有不同的排列方式。所述的探测模块位于所述的整体框架的顶部。根据需要，所述的成像组件和所述的光谱测量组件可分别固定于所述的整体框架的顶部。

所述的三维样品平台位于所述的整体框架的正下方，可在三个正交方向调整检材的位置，使检材中的待检区域处于所述的探测模块的中心视场。

所述的控制模块包括电源组件、同步控制板卡组件、计算机组件。所述的电源组件可为所述的光源模块、所述的探测模块、所述的三维样品平台提供电源。所述的电源组件还可以调节所述的光源模块的电流，以使得检材上获得不同的照度，进而得到检材上痕迹的不同特征效果。所述的同步控制板卡组件可控制所述的光源模块中光源模块的点亮顺序、点亮时间以及控制所述的探测模块的成像组件拍摄图像或光谱测量组件探测检材表面激发出的荧光光谱。所述的计算机组件可对所述的成像组件的图像结果进行处理，如通过反射变换成像技术对图像进行三维渲染、边沿提取等，也可对所述的光谱测量组件捕获的检材表面光谱信息进行光谱分析。

本发明还提供一种检测方法，具体如下：

若选用所述的探测模块中的成像组件，检测步骤如下：

1.将检材放置在所述的三维样品平台上，所述的成像组件放置在所述的整体框架上，调整所述的成像组件位置，使其光轴垂直于检材表面；在三个正交方向调整检材的位置，使检材中的待检区域处于所述的探测模块的中心视场；校准所述的成像组件中的相机参数,以使得所述的成像组件能对检材清晰成像；

2.所述的同步控制板卡组件控制某个位置处的所述的光学模组中某一波段光源点亮，光源点亮的同时所述的成像组件对检材进行拍摄；拍摄结束后关闭该光学模组的光源；

3.依次选取下一个不同位置处的光学模组，选取同一波段的光源，重复上述步骤2；

4.可根据不同种类检材上复杂的痕迹选取多种波段的光源依次进行照射；重复上述步骤2、步骤3、步骤4，进一步得到不同波段下光源照射下检材上微弱的痕迹信息；

5.所述的计算机组件可将收集到的检材在不同光照位置处的图像进行处理，得到检材上痕迹的细微信息；

6.如需要，也可以同时点亮所述的光学模组中所有的同一波段光源，此时，所述的成像组件对检材进行拍摄，所述的计算机组件对所得到的图像进行处理,得到检材上痕迹的微弱信息。

若选用所述的探测模块中的光谱测量组件，检测步骤如下：

1.将检材放置在所述的三维样品平台上，将所述的光谱测量组件中的所述的光谱仪的探测头放置在所述的整体框架上，调整所述的光谱仪的探测头，使其光轴垂直于检材表面；在三个正交方向调整检材的位置，使检材中的待检区域处于所述的探测模块的中心视场；

2.所述的同步控制板卡组件控制某个位置处的所述的光学模组中的紫外光源点亮，点亮的同时所述的光谱测量组件对检材进行光谱采集，图像采集成功后，关闭该位置处的光源；依次选取不同空间位置处的光学模组，重复该步骤；

3.也可将多个或所有位置处的所述的光学模组中的紫外光源同时点亮,所述的光谱测量组件对检材进行光谱采集；

4.为了进一步得到检材在不同照明强度下的光谱信息，可通过调节所述的电源组件对所述的光源模块的控制电流，改变控制电流后，可重复步骤2和步骤3，继而获得高信噪比的光谱；

5.所述的计算机组件将所述的探测模块获取的检材表面光谱信息进行光谱分析，以得到检材表面的痕迹信息。

与在先技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)多波段成像，应用范围更广。该装置集成多个波段的光源可对不同种类检材上的不同痕迹进行细节特征提取。根据检材痕迹的多样性，多种波段的光源可应对不同种类的痕迹和客体背景产生不同的效果。例如，可应用分时出射的白光对检材进行照射，对成像结果应用反射变换成像技术，通过二维重建图像观察到痕迹的三维信息，通过对成像结果的渲染，观察到不同光照模型下痕迹表面的细节纹理特征。可应用具有显著的热效应和穿透力的红外线等其他特定波段的光源照射承载痕迹和客体背景的检材，由于痕迹和客体背景对入射光的吸收率和反射率有较大差别，所以痕迹与客体背景之间的反差会显著加强。可应用紫外线激发检材的特定荧光物质发出荧光的特性，对检材表面的痕迹激发出的荧光光谱进行采集，进一步进行光谱分析，从另一个方面对检材上的痕迹进行特征提取。该装置集成的多波段光源，可有效的应对不同领域的复杂情况和种类多样的痕迹。

2)自动实现多角度照明。该装置中，多个光学模组均匀分布在装置中，能够自动、高效的获得不同照明角度下的一系列检材图像。不同照明角度下的检材图像可揭示不同的痕迹信息，斜光拍摄使得痕迹的成像效果更加显著。一系列图像可通过反射变换成像技术进行三维可视化渲染。又可通过调节光源的控制电流，使得光源亮度改变，得到不同照明强度下的痕迹图像或光谱信息，对痕迹的成像效果进行提高，使得痕迹的细节特征更加明显。

3)不会破坏、污染检材，使用更灵活。检材放置在三维样品平台上，可通过三维样品平台在三个正交方向上调整检材的位置以使其待检区域处于中心视场，获得最佳的检测效果。该过程区别以往的接触式检验，检测过程不会影响检材的痕迹表面，真正做到零污染。

附图说明

图1为本发明多波段、多角度检测装置的整体构造示意图；

图2为多波段光源模块的第一实施例结构示意图；

图3为多波段光源模块的第二实施例结构示意图；

图4为本发明中探测模块的构造示意图；

图5为本发明中整体框架的构造示意图；

图6为本发明中控制模块的构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明一种多波段多角度检测装置的整体构造示意图。由图可见，本发明的多波段多角度检测装置，包括光源模块1、探测模块2、整体框架3、三维样品平台4和控制模块5。

所述的光源模块1包括多个光学模组，每个光学模组包括多波段光源101、匀光片102、光源座103和驱动电路104。所述的多波段光源101集成多个不同波段光源，可分别发出白光、紫外线、红外线等波段光源用以照射检材。所述的匀光片102靠近所述的多波段光源101放置，用于均匀化所述的多波段光源101出射的光强分布，使所述的探测模块5的成像效果更佳，检材上的痕迹特征细节更加突出。所述的光源座103固定所述的多波段光源101，将多个波段的光源进行集成与固定。所述的驱动电路104连接所述的多波段光源101与所述的控制模块5，通过所述的控制模块5控制所述的多波段光源101的点亮时间与次序。

所述的光源模块1的多波段光源101可有多种不同的排布方式。所述的光源模块1的光学模组的构造示意图如图2、图3所示。

所述的探测模块2包括成像组件201和光谱测量组件202。所述的成像组件201包括相机、镜头、滤光片。所述的成像组件201可收集检材在所述的光源模块1照射下的图像信息。所述的光谱测量组件201包括光谱仪。所述的光谱测量组件202用于收集检材在所述的光源模块1照射下的光谱信息。所述的探测模块2的工作时间要与所述的多波段光源101的点亮时间同步，保证所述的多波段光源101每次的点亮时间大于所述的探测模块2的图像采集时间或光谱信息收集时间。

所述的整体框架3用于承载所述的光源模块1和所述的探测模块2。所述的整体框架3中的所述的光源模块1可以有不同的排列方式。所述的探测模块2位于所述的整体框架1的顶部。根据需要，所述的成像组件201和所述的光谱测量组件202可分别固定于所述的整体框架3的顶部。

所述的三维样品平台4位于所述的整体框架3的正下方，可在三个正交方向调整检材的位置，使检材中的待检区域处于所述的探测模块2的中心视场。

所述的控制模块5包括电源组件501、同步控制板卡组件502、计算机组件503。所述的电源组件501可为所述的光源模块1、所述的探测模块2、所述的三维样品平台4提供电源。而且，所述的电源组件501还可以调节所述的光源模块1的电流，以使得检材上获得不同的照度，进而得到检材上痕迹的不同特征效果。所述的同步控制板卡组件502可控制所述的光源模块1的点亮顺序、点亮时间以及控制所述的探测模块2的成像组件201拍摄图像或光谱测量组202件探测检材表面激发出的荧光光谱。所述的计算机组件503可对所述的成像组件201的图像结果进行处理，如通过反射变换成像技术对图像进行三维渲染、边沿提取等，也可对所述的光谱测量组件202捕获的检材表面光谱信息进行光谱分析。

当复杂的研究现场有痕迹或证物需要观察或提取细小特征时，即可使用该装置及检测方法。可对同一检材应用不同波段的光源与探测模块的组合，对检材进行多波段、多角度成像与分析，使得细微特征结构可视化，进而对痕迹特征信息进行提取与处理。

实施例1

如图1所示，所述的光源模块1含有60个光学模组，所述的60个光学模组均匀地分布在所述的整体框架3中。所述的多波段光源101集成三个不同波段的光源，可分别发出白光、紫外线、红外线波段光源用以照射检材。可先将所述的探测模块2中的所述的成像组件201固定在所述的整体框3中，将检材放置在所述的三维样品平台4上，可在三个正交方向上调整检材的位置，使检材中的待检区域处于所述的探测模块2的中心视场。接通所述的控制模块5中的所述的电源组件501为所述的同步控制板卡组件502供电。所述的同步控制板卡组件502控制所述的光源模块1中的每个光学模组依次点亮及每次点亮的时间，例如，可先控制某个位置处的所述的光学模组中的白光光源点亮，在白光光源点亮的同时，所述的成像组件201对检材进行拍摄，该光照位置图像拍摄完毕后，所述的同步控制板卡组件502控制所述的光学模组光源熄灭，点亮下一个位置处的所述的光学模组，重复上述步骤，依次点亮60个位置处的白光光源，即可得到60张检材在60个光照位置处的图像。所述的计算机组件503对所述的探测模块2获取的一系列图像进行分析与处理。可应用反射变换成像技术将不同光照位置处的检材图像进行三维图像重建，重建后的图像中可得到每个像素点的法向量信息，将二维图像进行三维可视化渲染，在不同的漫反射、镜面反射、增加斜光照射位置等渲染模式下获得检材表面的纹理特征及细节信息。尤其可应用于灰尘、指纹、脚印、立体足迹、工痕、枪弹痕等进行常规照相、录相提取和处理。

红外线具有显著的热效应和穿透力，进一步对上述检材进行红外拍摄，可提取隐匿的细微痕迹。在所述的成像组件201的镜头上加装红外滤镜，该滤镜可阻止可见光、允许红外光进入。利用所述的成像组件201中相机的感光元件感测红外线，对检材进行红外摄影。重复上述步骤，依次点亮不同光照位置处的所述的光学模组中的红外线(波长850nm)光源，即可得到检材在不同位置处的红外线光源照射下的特征信息。

不同物质对于可见光、红外线的吸收性能是不同的，尤其可显现检材被苯胺染料、有机染料及红色污斑掩盖或浸染的墨汁、石墨铅笔、炭黑复写纸和油墨字迹；鉴别纺织物品的结构、污渍斑痕；显现模糊不清的邮戳标记；显现褪色或变色的字迹或图案；呈现被挖掉或刮掉的文件字迹等。利用红外线具有穿透图画表层深入颜料内部的特性，还可以鉴别名画的真伪。

紫外线也可鉴别物质的异同，可进一步扩大上述检材表面痕迹的利用范围。将所述的光谱测量组件202固定在装置中。重复上述步骤，依次点亮不同光照位置处的所述的光学模组中的紫外线(波长365nm)光源，可在每次点亮紫外线光源时，收集检材表面荧光物质被激发出的荧光。利用所述的控制模块5中的计算机组件503将检材在不同光照位置下表面的荧光信息进行光谱分析，进而得到痕迹的特征信息。

利用油墨和染料在紫外线激发下所产生不同的荧光反应，根据特定不同的荧光光谱，可以进一步鉴别货币、证券和票证的真伪，辨别文件纸张、墨水、糨糊、胶水等物质。利用消字灵在紫外线照射下特有的荧光现象，特殊的光谱曲线，可以发现消退痕迹，并恢复销蚀文件内容。利用紫外线还可以发现和查明密写内容，确定密写物质的种类属性，区别同色不同染料的棉、毛织品。

检材先后经过白光光源的多角度拍摄、反射变换成像技术的三维可视化渲染，到红外线光源多角度照射下的红外摄影，提取隐匿的细节特征，再到最后的紫外线光源的多角度激发检材表面荧光，进而对产生的荧光光谱进行光谱分析。

三种检测方法相结合，对于检材上痕迹的细微特征信息的提取可达到事半功倍的效果。刑侦、考古、检测等研究领域情况复杂，痕迹种类多，检材经过多波段、多角度的拍摄、信息提取、特征分析，可将微小痕迹等特征可视化。本发明可为各个研究领域提供有力的技术支持。

Claims (7)

1.一种多波段多角度检测装置，其特征在于：包括光源模块(1)、探测模块(2)、整体框架(3)、三维样品平台(4)、控制模块(5)，所述的整体框架(3)成球冠壳形，所述的探测模块(2)位于所述的整体框架(3)的顶部，所述的光源模块(1)包括数十个光学模组，该数十个光学模组均匀地分布在所述的整体框架(3)中，每个光学模组包括多波段光源(101)、匀光片(102)、光源座(103)和驱动电路(104)，所述的多波段光源(101)包括白光、紫外线、红外线光源，所述的匀光片(102)靠近所述的多波段光源(101)放置，所述的光源座(103)固定所述的多波段光源(101)，所述的三维样品平台(4)位于所述的整体框架(3)的正下方，所述的控制模块(5)的输出端与所述的光源模块(1)、所述的探测模块(2)、所述的三维样品平台(4)的控制端相连，所述的驱动电路(104)的两端分别与所述的多波段光源(101)、所述的控制模块(5)相连；

所述的探测模块(2)包括成像组件(201)和光谱测量组件(202)，所述的成像组件包括相机、镜头、滤光片；

所述的控制模块(5)包括电源组件(501)、同步控制板卡组件(502)和计算机组件(503)，所述的电源组件(501)分别与所述的光源模块(1)、所述的探测模块(2)、所述的三维样品平台(4)相连并提供电源，所述的电源组件(501)还可以调节所述的光源模块(1)的电流，所述的计算机组件(503)通过所述的同步控制板卡组件(502)控制所述的多波段光源(101)的点亮顺序、点亮时间以及控制并接收所述的探测模块(2)的成像组件(201)拍摄图像或光谱测量组件(202)探测检材表面激发出的荧光光谱，对所述的成像组件(201)的图像结果进行数据处理。

2.如权利要求1所述的多波段多角度检测装置，其特征在于：所述的多波段光源(101)的白光、紫外线、红外线光源呈正三角形或线型排列。

3.利用权利要求1所述的多波段多角度检测装置对检材的检测方法，其特征在于,包括下列步骤：

1)将检材放置在所述的三维样品平台(4)上，所述的探测模块(2)放置在所述的整体框架(3)的顶点位置，调整所述的探测模块(2)，使所述的探测模块(2)的光轴垂直于所述的检材的表面，调整所述的三维样品平台(4)，使所述的检材的待检区域处于所述的探测模块(2)的中心视场；

2)所述的计算机组件(503)通过所述的同步控制板卡组件(502)控制所述的某个位置处的所述的光学模组中某一波段光源点亮，光源点亮的同时所述的成像组件对检材进行拍摄；拍摄结束后关闭该光学模组的光源，将图像送所述的计算机组件(503)；

3)依次选取下一个光学模组，选取同一波段的光源，重复上述步骤2，当所有的光学模组同一波段的光源照射下对检材拍摄完成后，进入下一步；

4)所述的计算机组件(503)将收集到的检材在不同光照位置处的图像进行处理。

4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：分别选用所述的成像组件(201)或所述的光谱测量组件(202)进行测量。

5.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：根据不同种类检材上复杂的痕迹选取多种波段的光源依次进行照射检测，进一步得到不同波段下光源照射下检材上微弱的痕迹信息。

6.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：调节所述的电源组件(501)对所述的光源模块(1)的控制电流，改变控制电流后进行检测，以获得高信噪比的光谱。

7.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：同时点亮所述的光学模组中所有的同一波段光源进行检测。