CN111754591B - 一种基于高光谱的刑侦现场血迹的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统及方法，属于刑侦血迹检测技术领域。本发明的目的是解决目前血迹检测方法的不足，本发明检测系统在刑侦现场检测时，通过光谱图像采集模块对刑侦现场中疑似出现血迹的区域进行光谱图像采集，并传输到光谱图像预处理模块中进行预处理，通过图像校正、去噪操作对图像进行处理，采用PCA方法进行降维处理，得到主成分，通过光谱对比分析模块将主成分中包含的光谱信息与数据库中的血迹光谱信息对比，将对比分析结果通过信息显示模块显示出来，在整体上对刑侦现场的血迹进行较为准确有效的检测，从而为刑侦人员提供有力线索。
Description
技术领域
本发明涉及血迹检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于高光谱的刑侦现场血迹的检测方法。
背景技术
在刑侦命案现场，血迹是最直观最重要的物证之一，相比于刑侦现场的指纹、鞋印等物证，通过对刑侦现场血迹的颜色、形状等检测可以获取更多对破案有利的线索，通过血迹在承痕物上所呈现的形状可以推断出案发时的大致情形，快速准确的血迹识别对案件侦破具有重要意义，血迹中含有的DNA可提取出来做进一步鉴定，同时血迹检测结果在法庭上也可以作为间接证据，具有非常重要的地位。
现有的血迹检测方法可分为直接观察法、试剂法、光源法、光谱法等。直接观察法主要是依靠刑侦人员对刑侦现场的相对明显的血迹的颜色、形状等观察，此方法过于依赖刑侦人员的经验，检测速度慢，并且对刑侦人员的素质有较高要求；试剂法主要是对案发现场中存在时间过长而发生变质的血迹进行检测，常用的血迹检测试剂多为鲁米诺试剂，虽然此方法不会破坏血迹中的DNA，但是此方法还是会对现场造成一定的破坏，属于有损检测；光源法是通过多波段光源对血迹照射，通过荧光物质与背景的强烈反差进行血迹检测，但是此方法只有有限几个波段，无法做到全波段检测；光谱法检测是根据血液中的不同物质都有特定的光谱吸收曲线来进行检测，但是此方法需要将承痕物带到检测中心进行检验，无法在刑侦现场对血迹进行检测。
发明内容
为了解决上述现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种基于高光谱的刑侦现场血迹的检测系统及方法。
本发明中一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，包括：光谱图像采集模块1、光谱图像预处理模块2、光谱对比分析模块3和数据库4；
所述光谱图像预处理模块2的输出端连接光谱对比分析模块3，所述光谱对比分析模块3的输入端还连接数据库4；所述数据库4包含有光谱数据库单元41和数据提取单元42；
光谱图像采集模块1用于通过高光谱相机对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，并将所获取的图像信息发送给光谱图像预处理模块2；
光谱图像预处理模块2用于对图像的预处理获得可正确反映待检测物体的光谱特性和更加清晰的图像，然后将经过预处理后的图像传输至光谱对比分析模块3；
光谱对比分析模块3用于执行以下步骤：
1)对预处理后的高光谱图像通过主成分分析(PCA)法进行降维处理；
2)选取主成分中前两位的两幅图像提取出光谱波段信息；
3)将所获得的光谱波段信息与数据库4中含有血迹图像的光谱波段信息进行对比，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹。
光谱数据库单元41用于保存含有血迹图像的光谱波段信息，数据提取单元42用于将含有血迹图像的光谱波段信息从光谱数据库单元41中提取出来。
该系统还包括：信息显示模块5中包含显示单元51，所述的显示单元51与光谱对比分析模块3输出端连接，用于将提取出的光谱波段信息、含有血迹的光谱波段信息以及对比分析的结果信息显示出来的显示单元51。
信息显示模块5中还包括报警单元52，所述的报警单元52与光谱对比分析模块3输出端连接，在疑似血迹确定为血迹时发出报警。
光谱图像预处理模块2具体由图像校正单元21和图像去噪单元22两个处理单元组成，其中，图像校正单元21用于进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；图像去噪单元22用于对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像。
本发明中一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测的方法，包括以下步骤：
步骤一：光谱图像采集
通过光谱图像采集模块1对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，去除遮挡住的可视障碍物，得到原始高光谱图像；并将采集到的原始高光谱图像发送到光谱图像预处理模块2中，对采集到的高光谱图像进行预处理；
步骤二：光谱图像预处理
对步骤一中所采集到的原始高光谱图像进行预处理，包括：对图像进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像；
步骤二中优选地，图像校正采用黑白校正方法，获得高光谱反射率的图像。图像去噪的方法采用最小噪声分离法进行降噪预处理，得到更加清晰的图像。
步骤三：光谱预处理
在光谱对比分析模块3对预处理后的高光谱图像进行降维操作，通过PCA主成分分析法对高光谱图像进行降维处理，去除冗余信息，得到包含绝大部分信息的主成分图像；
步骤四：光谱对比分析
选取步骤三中经过降维处理后得到的不包含冗余信息的主成分图像，提取出主成分图像中的光谱信息，并与数据库4中提取的血迹光谱信息进行对比分析，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹。
该方法还包括步骤五：信息显示并警报
将步骤四中对比分析的结果信息通过数据信息显示模块5显示出来，以供刑侦人员查看。在疑似血迹确定为血迹时通过警报单元4发出警报。
本发明的有益效果：
1、本发明通过对整体的设计，通过血迹高光谱图像采集模块对刑侦现场疑似出现血迹的范围进行高光谱图像采集，由光谱图像处理模块对采集到的高光谱图像进行图像校正、图像去噪操作，得到清晰完好的高光谱图像。并对其进行数据降维，得到不包含冗余信息的主成分，并从主成分中提取光谱信息与数据库中的血迹光谱信息进行对比分析。将分析的结果由信息显示模块显示出来，以供刑侦人员查看。若主成分中提取的光谱信息存在与数据库中相吻合的光谱波段，则发出警报，为案件的进一步侦破提供线索。
2、本发明利用数据提取单元提取光谱数据库中的血迹光谱信息，直接利用光谱对比分析模块将提取的光谱信息与数据库中的信息进行对比，检测速度快。并且基于高光谱的血迹检测误差小，准确率高，可在刑侦现场直接进行检测，简单高效。刑侦人员通过显示结果全面了解刑侦现场的血迹情况，为案件的下一步侦破提供可靠证据。
附图说明
图1为刑侦现场血迹检测方法的整体模块示意图。
图2为刑侦现场血迹检测方法的模块单元示意图。
图3为经最小噪声分离法进行图像去噪后的血迹光谱曲线。
图4为主成分分析法降维得到的前两个主成分图像：a)第一主成分，b)第二主成分
附图标记为：1-光谱图像采集模块、2-光谱图像预处理模块、21-图像校正单元、22-图像去噪单元、3-光谱对比分析模块、4-数据库模块、41-光谱数据库单元、42-数据提取单元、5-信息显示模块、51-显示单元、52-警报单元。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明中一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，包括：光谱图像采集模块1、光谱图像预处理模块2、光谱对比分析模块3和数据库4；
所述光谱图像预处理模块2的输出端连接光谱对比分析模块3，所述光谱对比分析模块3的输入端还连接数据库4；所述数据库4包含有光谱数据库单元41和数据提取单元42；
光谱图像采集模块1用于通过高光谱相机对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，并将所获取的图像信息发送给光谱图像预处理模块2；
光谱图像预处理模块2用于对图像的预处理获得可正确反映待检测物体的光谱特性和更加清晰的图像，然后将经过预处理后的图像传输至光谱对比分析模块3；
光谱对比分析模块3用于执行以下步骤：
1)对预处理后的高光谱图像通过主成分分析(PCA)法进行降维处理；
2)选取主成分中前两位的两幅图像提取出光谱波段信息；
3)将所获得的光谱波段信息与数据库4中含有血迹图像的光谱波段信息进行对比，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹。
光谱数据库单元41用于保存含有血迹图像的光谱波段信息，数据提取单元42用于将含有血迹图像的光谱波段信息从光谱数据库单元41中提取出来。
该系统还包括：信息显示模块5中包含显示单元51，所述的显示单元51与光谱对比分析模块3输出端连接，用于将提取出的光谱波段信息、含有血迹的光谱波段信息以及对比分析的结果信息显示出来的显示单元51。
信息显示模块5中还包括报警单元52，所述的报警单元52与光谱对比分析模块3输出端连接，在疑似血迹确定为血迹时发出报警。
光谱图像预处理模块2具体由图像校正单元21和图像去噪单元22两个处理单元组成，其中，图像校正单元21用于进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；图像去噪单元22用于对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像。
本发明中一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测的方法，包括以下步骤：
步骤一：光谱图像采集
通过光谱图像采集模块1对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，去除遮挡住的可视障碍物，得到原始高光谱图像；并将采集到的原始高光谱图像发送到光谱图像预处理模块2中，对采集到的高光谱图像进行预处理；
步骤二：光谱图像预处理
对步骤一中所采集到的原始高光谱图像进行预处理，包括：对图像进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像；
步骤二中优选地，图像校正采用黑白校正方法，获得高光谱反射率的图像。图像去噪的方法采用最小噪声分离法进行降噪预处理，得到更加清晰的图像。
步骤三：光谱预处理
在光谱对比分析模块3对预处理后的高光谱图像进行降维操作，通过PCA主成分分析法对高光谱图像进行降维处理，去除冗余信息，得到包含绝大部分信息的主成分图像；
步骤四：光谱对比分析
选取步骤三中经过降维处理后得到的不包含冗余信息的主成分图像，提取出主成分图像中的光谱信息，并与数据库4中提取的血迹光谱信息进行对比分析，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹。
该方法还包括步骤五：信息显示并警报
将步骤四中对比分析的结果信息通过数据信息显示模块5显示出来，以供刑侦人员查看。在疑似血迹确定为血迹时通过警报单元4发出警报。
所述步骤一具体为：由光谱图像采集模块1中的高光谱相机进行光谱图像采集，并且将采集到的高光谱图像传输到光谱图像预处理模块中2中，对图像进行去噪、校正操作。
所述步骤二具体为：通过光谱图像预处理模块2中的图像校正单元21对图像进行校正，通过图像去噪单元22对图像进行去噪，改善图像质量。
其中图像校正采用黑白校正方法，得到高光谱反射率的图像。
根据进行校正，其中R表示最终获得的高光谱反射率图像，S表示直接采集得到的原始高光谱样本图像，D表示系统暗电流存在情况下的参考图像，W表示标准白板的参考图像。
其中图像去噪方法采用最小噪声分离法进行降噪预处理，检测图像数据的内在维数，分离出数据中的噪声，减少后续处理所需的计算量，增强光谱分类信息的表达。
所述步骤三具体为：对经过校正和降噪预处理的高光谱图像进行降维操作，采用主成分分析法进行降维。
PCA处理的基本流程如下：
a)计算原有特征的协方差矩阵S；
b)求出原有特征的协方差矩阵S的的全部特征值和对应的特征向量。并将各特征值按从大到小的顺序排列，特征向量也按照对应特征值的顺序排列。
c)定义第i个主成分的“方差贡献率”为第i个特征值与全部特征值之和的比值。前m个主成分的“累计方差贡献率”为前m个特征值之和与所有特征值之和的比值。
当前m个主成分累计方差贡献率足够大时，舍掉其后的n-m个新特征。
本发明实施例选取前两个主成分进行分析，即取m＝2。
所述步骤四具体为：将步骤三中经过主成分分析方法降维处理后得到的主成分传输到光谱对比分析模块3中，提取主成分中的光谱信息，并通过数据提取单元42从光谱数据库41中提取血迹光谱信息，通过将二者进行对比分析，判断是否有血迹存在，将对比分析的结果传输到信息显示模块5中。
所述步骤五具体为：将对比分析的结果通过信息显示单元显示51出来，以供操作人员查看，若主成分中存在与数据库中血迹光谱信息相吻合的光谱信息，则由警报单元52发出警报，若不存在与数据库中血迹光谱信息相吻合的光谱信息，则不发出警报，显示单元51仅显示主成分，无血迹范围。
本发明工作原理：
参照血迹检测说明书附图1和附图2，通过对刑侦现场血迹检测方法整体的设计，由光谱图像采集模块1中的高光谱相机采集对刑侦现场疑似出现血迹的区域进行图像采集，将采集到的高光谱图像传输到光谱图像预处理模块2中，通过图像校正单元21去对图像进行校正，得到高光谱反射率图像。通过图像去噪单元22对图像进行噪声预处理，分离出数据中的噪声，减少后续计算量，形成较为清晰完好的图像。利用光谱预处理单元23对高光谱图像通过主成分分析法进行降维操作，去除冗余信息，得到包含绝大部分信息的主成分，将主成分传输到光谱对比分析模块3中进行对比分析。通过数据提取单元42从光谱数据库41中提取血迹光谱信息，通过光谱对比分析模块进行对比分析，将对比分析的结果传输到信息显示模块中5中，通过显示单元51显示出来，若存在血迹信息，则由警报单元52发出警报。整体使得本发明方法对刑侦现场血迹形成较为准确有效的检测，从而得到更加全面的刑侦现场血迹检测信息，为案件的侦破提供有力线索。
最后应说明的几点是：
首先，在本发明方法的描述中，需要说明的是，在没有特殊说明或者特殊规定的情况下，术语“连接”、“相连”应做广义理解，可以是机械连接或者电连接，也可以是两个原件内部的连通，“前”、“后”、“上”、“下”等仅用于表示位置关系，当所描述的对象位置所处的绝对位置发生变化时，相应的位置关系可能也会随之发生改变；
其次，本发明公开实施例附图中，只涉及到与本发明公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突的情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合。
Claims (9)
1.一种基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，其特征在于，该系统包括：光谱图像采集模块(1)、光谱图像预处理模块(2)、光谱对比分析模块(3)和数据库(4)；
所述光谱图像预处理模块(2)的输出端连接光谱对比分析模块(3)，所述光谱对比分析模块(3)的输入端还连接数据库(4)；所述数据库(4)包含有光谱数据库单元(41)和数据提取单元(42)；
光谱图像采集模块(1)用于通过高光谱相机对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，并将所获取的图像信息发送给光谱图像预处理模块(2)；
光谱图像预处理模块(2)用于对图像的预处理获得可正确反映待检测物体的光谱特性和更加清晰的图像，然后将经过预处理后的图像传输至光谱对比分析模块(3)；
光谱对比分析模块(3)用于执行以下步骤：
1)对预处理后的高光谱图像通过主成分分析法进行降维处理；
2)选取主成分中前两位的两幅图像提取出光谱波段信息；
3)将所获得的光谱波段信息与数据库(4)中含有血迹图像的光谱波段信息进行对比，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹；
光谱数据库单元(41)用于保存含有血迹图像的光谱波段信息，数据提取单元(42)用于将含有血迹图像的光谱波段信息从光谱数据库单元(41)中提取出来。
2.根据权利要求1所述的基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，其特征在于，该系统还包括：信息显示模块(5)中包含显示单元(51)，所述的显示单元(51)与光谱对比分析模块(3)输出端连接，用于将提取出的光谱波段信息、含有血迹的光谱波段信息以及对比分析的结果信息显示出来的显示单元(51)。
3.根据权利要求2所述的基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，其特征在于，信息显示模块(5)中还包括报警单元(52)，所述的报警单元(52)与光谱对比分析模块(3)输出端连接，在疑似血迹确定为血迹时发出警报。
4.根据权利要求1所述的基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统，其特征在于，光谱图像预处理模块(2)具体由图像校正单元(21)和图像去噪单元(22)两个处理单元组成，其中，图像校正单元(21)用于进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；图像去噪单元(22)用于对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像。
5.一种如权利要求1所述基于高光谱的刑侦现场血迹检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：光谱图像采集
通过光谱图像采集模块(1)对刑侦现场疑似血迹的区域进行拍摄，去除遮挡住的可视障碍物，得到原始高光谱图像；并将采集到的原始高光谱图像发送到光谱图像预处理模块(2)中，对采集到的高光谱图像进行预处理；
步骤二：光谱图像预处理
对步骤一中所采集到的原始高光谱图像进行预处理，包括：对图像进行图像校正处理，使得校正后的光谱图像可正确反映待检测物体的光谱特性；对图像进行去噪处理，得到更加完好清晰的光谱图像；
步骤三：光谱预处理
在光谱对比分析模块(3)对预处理后的高光谱图像进行降维操作，通过PCA主成分分析法对高光谱图像进行降维处理，去除冗余信息，得到包含绝大部分信息的主成分图像；
步骤四：光谱对比分析
选取步骤三中经过降维处理后得到的不包含冗余信息的主成分图像，提取出主成分图像中的光谱信息，并与数据库(4)中提取的血迹光谱信息进行对比分析，若二者光谱波段信息相吻合，则将疑似血迹确定为血迹。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤五：信息显示并警报
将步骤四中对比分析的结果信息通过数据信息显示模块(5)显示出来，在疑似血迹确定为血迹时通过警报单元(4)发出警报。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，若不存在与数据库中血迹光谱信息相吻合的光谱信息，则不发出警报，显示单元(51)仅显示主成分图像。
8.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤二中，图像校正采用黑白校正方法。
9.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，图像去噪的方法采用最小噪声分离法进行降噪预处理。
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| 高光谱技术在血迹分类识别中的应用;李成成 等;太赫兹科学与电子信息学报;第17卷(第3期);第489-494 * |
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