CN114424048A - 取证探测器及其系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于远程感测物体(10)表面(120)上的含卟啉物质的取证探测器。取证探测器包括用于产生激发光束(110)的激发光源、多个光学元件、用于测量第一和第二辐射功率的一个或多个传感器(280，281，282)、以及计算机处理器(230)。激发光束(110)的激发波长能够激发卟啉在以665‑675nm之间波长为中心的目标波长下发光。第一和第二辐射功率处于物源光束(110)的非重叠波长区域中。计算机处理器(230)被配置以根据所述第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算SNR，并根据所述SNR确定所述表面(120)上是否存在含卟啉物质。背景噪声功率水平是从一个或多个第二辐射功率获得的。

Description

取证探测器及其系统
缩略语清单
COVID-19冠状病毒-2019
DNA脱氧核糖核酸
LED发光二极管
MCU微控制器
NIR近红外
PL光致发光
SNR信噪比
UV紫外线
技术领域
本发明涉及一种用于通过光谱法检测面部残留物的装置和系统，特别涉及一种通过从反射取证光(forensic light)中提取PL信号来远程感测物体表面的含卟啉物质的装置和系统。
背景技术
体液和污渍的检测是当今取证调查的一个主要部分。这是破案和收集犯罪相关证据的一个科学过程。在某些情况下，取证调查还可用于进行公司调查和不忠行为调查。证据不仅限于人的体液，还可能包括其他化学物质。
通过取证检测来收集信息对于大多数个人而言不是一种可获得的廉价技术。通常，取证检测可能需要使用DNA测序仪、荧光、显微镜、液相色谱和质谱仪等设备进行大量的实验室工作。因此，分析工作是昂贵且费时的，可能涉及大量的化学物质。
还可以选择其他便携式设备用于初步分析，例如使用激光、LED探测器、取证工具箱、视频光谱比较仪和其他成像系统。现场侦查人员使用这些便携式设备中的一些对体液进行点检。但是，元素信息可能无法立即识别，通常需要在实验室中进行进一步分析。
取证检测的使用不限于犯罪现场调查。自全球爆发COVID-19疫情以来，有报道称，有不负责任的和非法的卖家重新包装和出售二手口罩。泰国报道了一例，该国一家商店出售了多达20万个使用过的口罩，在印度、中国和中国香港地区也发现了类似的非法卖家。重复使用他人的口罩，即使经过酒精或高温处理，也会给佩戴者带来严重的感染风险。为了确定口罩是否使用过，可以用取证调查设备来检测是否有体液或唾液的存在，这提供了证据来证明口罩是否是新的。
除了口罩之外，取证检测还可以在其他应用中用于卫生检查。有报道称，一些酒店没有在客人之间更换床上用品，如床单和枕头套。在任何情况下，特别是在COVID-19大流行的情况下，都应更换床上用品，以确保卫生达到基本标准，并防止任何传染病在同一酒店房间的客人之间传播。如果没有合适的设备，就很难确定床上用品的清洁度，因此需要一种能让旅行者方便、准确地进行卫生检查的装置。
法医界常用的体液鉴定技术包括对血液和精液进行确证的色斑测试、对体液进行确证分析的拉曼光谱和近红外拉曼光谱、以及生物材料和微生物的荧光分析。
然而，现有技术具有若干缺点。颜色测试对样本具有破坏性，而且还可能给出假阳性结果。此外，大多数确证试验无法支持现场调查，深入分析必须在实验室中进行。
US 7545969B2公开了一种使用紫外线荧光成像来检测和分析取证证据的系统。该系统会发出一道紫外光脉冲，并立即通过数码相机拍摄数字图像，以检测取证感兴趣的材料，如唾液、精液和汗液，在大约300nm处发出荧光。但是，没有描述使用UV荧光成像检测面部油脂的方法，而且该系统有氙气灯、数码相机和计算机，过于复杂，只能由专业调查人员使用。这不是一款适合不同级别用户使用的的取证探测器。
US 8467053B2公开了一种通过拉曼光谱法鉴定样本中体液类型的方法。目标元素包括血液、唾液和汗液。将样本暴露于785nm激光下进行激发，从而产生拉曼光谱特征，以识别体液的类型。结果在518至1654cm-1范围之间，且没有描述用于检测面部油脂的用途。此方法要求光谱仪具有针对不同特定类型体液的参考拉曼光谱特征库，该检测不太可能是负担得起的便携式分析。
此外，紫外线荧光成像和拉曼光谱会受到荧光的干扰。如果样本包含有荧光的分子，则观察到的宽而强烈的荧光峰可能会扭曲拍摄的图像，并覆盖样本的尖锐拉曼峰。此外，在分析信号时，背景信号和/或散射的激发信号的干扰可能会留下假阳性结果的结论。
US2009/0092281A1、US 6868285B2、US 2019/0269363A1和US 7186990B2中公开的其他方法和系统也未能提供一种能够实时准确检测面部残留物和其他体液的非破坏性方法。使用这些传统方法进行取证调查，无法让非专业人士方便快捷地进行快速原位分析，且假阳性结果的可能性很小。
因此，在本领域需要一种装置和系统，旨在通过以实时的、非破坏性的、准确的和便携的方式对面部残留物和其他体液进行非侵入性取证检测来解决至少一些上述问题。此外，从随后的详细描述和所附权利要求书中，结合附图和本公开的背景，其他期望的特征和特性将变得明显。
发明内容
本文提供了一种通过光谱法检测面部残留的装置和系统。本公开的目的是提供一种快速且可靠的方法，使用紧凑的装置以快速且便携的方式远程感测物体表面上的含卟啉物质。
根据本公开的某些实施例，提供了一种用于远程感测物体表面上的含卟啉物质的取证探测器。取证探测器包括激发光源、多个光学元件、一个或多个传感器以及计算机处理器。激发光源产生激发光束，其中激发光束的激发波长能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光。多个光学元件被配置和布置成将激发光束引导到表面上，并捕获来自表面的物源光束。一个或多个传感器被配置以测量物源光束的第一波长区域中的第一辐射功率，并测量其第二波长区域中一个或多个第二辐射功率，其中第一波长区域包括目标波长，并且其中第一和第二波长区域是不重叠的。计算机处理器被配置以根据所述第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算SNR，并且还被配置以根据所述SNR来确定所述表面上是否存在含卟啉物质，其中所述背景噪声功率水平从一个或多个第二辐射功率获得。
根据本公开的另一方面，计算处理器被配置以控制激发光源和一个或多个传感器，使得在产生激发光束并将激发光束引导到表面时，一个或多个传感器测量第一和第二辐射功率。
优选地，一个或多个传感器被控制以同时测量第一和第二辐射功率。
根据本公开的另一方面，激发波长在350-450nm的范围内，使得激发光束包含长波紫外线或蓝光。
根据本公开的另一方面，光学元件包括双色镜，该双色镜位于从激发光源发射的激发光束的前向路径和来自物体的物源光束的的返回路径的相交处。
优选地，光学元件还包括位于双色镜和物体之间的准直透镜，用于将激发光束引导到表面上，并将物源光束准直到双色镜上。
根据本公开的另一方面，一个或多个传感器被配置以获得一个时间序列的第一辐射功率值，每个都是在一个时间瞬间获得的第一辐射功率的测量。计算机处理器被配置以对该时间序列的第一辐射功率值进行滤波以降低噪声。
根据本公开的另一方面，将SNR计算为第一辐射功率除以除第一波长区域以外区域的背景噪声功率水平的标准偏差。
根据本公开的另一方面，计算机处理器被配置以将SNR与阈值进行比较，阈值是由从具有和不具有含卟啉物质的参考物体上获得的多个参考SNR定义的。
根据本公开的另一方面，光学元件被布置以同时提取物源光束的第一和第二光分量，第一和第二光分量分别具有第一波长区域和第二波长区域上的波长内容(wavelengthcontents)。光学元件被布置以同时测量第一和第二辐射功率。
优选地，当激发光束被激发时，含卟啉物质表现出光致发光(PL)。
根据本公开的某些实施例，公开了一种用于远程感测物体表面上的含卟啉物质并确定该含卟啉物质的浓度的系统。该系统包括智能手机和可安装在智能手机上并与其通信的取证探测器。优选地，智能手机被配置以在激发光束照射表面之后捕获表面的图像。从该图像生成的具有红色色素区域的卟啉分布图，用于指示表面上含有的含卟啉物质的各区域。计算处理器被配置以使用SNR来确定含卟啉物质的浓度。
本发明内容以简化形式介绍了一些概念，这些概念将在下面的详细说明中进一步描述。本概述既不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。以下实施例公开了本发明的其他方面和优点。
附图说明
附图进一步说明和阐明本公开的上述和其他方面、优点和特征。将会理解的是，这些附图仅描述了本公开的某些实施例，而无意于限制其范围。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以额外的特征和细节来描述和解释本公开，其中：
图1显示根据本公开某些实施例的通过从反射的取证光中提取PL信号来远程感测含卟啉物质的方法流程图；
图2A显示根据本公开某些实施例的取证探测器的第一配置的系统框图；
图2B显示根据本公开某些实施例的取证探测器的第二配置的系统框图；
图2C显示根据本公开某些实施例的取证探测器的第三配置的系统框图；
图3显示根据本公开某些实施例的取证探测器作为智能手机的可拆卸附件的系统；
图4显示图3的取证探测器的内部结构；
图5显示当以下物体被365nm长波UV光照射时数据处理之前的反射的取证光的光谱信息：(1)新口罩；(2)第一使用过的口罩；(3)第二使用过的口罩；(4)带有面油的纸巾；
图6显示图5的光谱信息的后期数据处理情况；
图7A显示图5的新口罩的光谱信息的后期数据处理情况；
图7B显示图5的带有面油的纸巾的光谱信息的后期数据处理情况；
图7C显示图5的第一使用过的口罩的光谱信息的后期数据处理情况；
图7D显示图5的第二使用过的口罩的光谱信息的后期数据处理情况；
图8显示当以下物体被405nm蓝光照射时反射的取证光的光谱信息的后期数据处理：(1)新口罩；(2)第一使用过的口罩；(3)第二使用过的口罩；(4)带有面油的纸巾；
图9A显示图8的新口罩的光谱信息；
图9B显示图8的带有面油纸巾的光谱信息；
图9C显示图8的第一使用过的口罩的光谱信息；
图9D显示图8的第二使用过的口罩的光谱信息；
图10显示不同品质的口罩的光谱信息。
技术人员将理解，图中的元件是为了简单和清楚而示出的，不一定按比例描绘。
具体实施方式
本公开总体上涉及一种用于通过光谱法远程感测面部残留物的装置和系统。更具体地但非限制性地，本公开涉及一种通过从反射的取证光中提取PL信号来远程感测含卟啉物质的装置和系统。本公开的目的是提供一种取证检测器，用于以快速和便携的方式对面部残留物和其他体液进行非侵入式取证检测。
以下详细描述仅仅是示例性的，并不打算限制本公开或其应用和/或用途。应当理解，存在大量的变化。详细的描述将使本领域普通技术人员能够在不进行过度实验的情况下实施本公开的示例性实施例，并且应当理解，在不脱离所附权利要求书中所述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的功能和结构进行各种改变或修改。
益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何要素，均不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必要或必要的特征或要素。本发明仅由所附权利要求书来定义，包括在本申请待决期间所作的任何修改，以及所发布的这些权利要求书的所有等同形式。
本文所用的术语“面部残留物”广义上包括当与皮肤接触时可能粘附在物体上的各种材料，如面部油脂、化妆粉、清洁油、其他含卟啉的蛋白质等，或其任何组合。
本文所用的术语“体液”是指由身体排泄或分泌的液体，以及通常不由身体排泄或分泌的液体，包括但不限于血液、精液、唾液、汗液、耳垢、皮屑、眼泪、尿液等，或其任何组合。
本文使用的术语“计算机处理器”通常是指所有类型的数字处理设备，包括但不限于微控制器单元、定制集成电路、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路、中央处理单元、图形处理单元、计算机设备、可编程I/O设备、其他半导体设备或其任意组合。
此外，本文使用的术语“约”或“近似地”，当与数值或数值范围结合使用时，优选是指与该术语相关联的数值的5％以内，或更优选地在数值的1％以内。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“如”)的目的仅仅是为了更好地说明本发明，不对本发明的范围构成限制。
期望有一种取证检测器，以实时、无损、准确、便携的方式对物体表面上的面部残留物和其他体液进行非侵入性且低成本的取证检测。优选地，该取证检测器适合于不同水平的用户，并能通过光谱学检测产品的质量。
图1描述了系统流程图，包括通过从反射的取证光的光谱中提取PL信号来远程感测物体10表面上的含卟啉物质的方法。含卟啉物质可以是面部残留物或体液，肉眼可能无法分辨。该系统包括探头20(其具有激发光源和一个或多个传感器)和计算机处理器230(其被配置以执行一种确定表面上是否存在含卟啉物质的方法)。激发光源被配置以产生激发光束110，并将激发光束引导到表面120上。一个或多个传感器捕获来自物体10表面的物源光束(object-originated light beam，源自物体的光束)120，以进行光谱分析。计算机处理器被配置以执行光谱分析140并提取PL信号150，以确定表面上是否存在含卟啉物质。
在某些实施例中，探头20使用激发光束照射物体10的表面。物体10是用于进行取证检测的测试样本，可以是固体或液体，其可以是口罩、枕套、床单、纸巾、衣服或其他用于卫生检查的织物或产品。潜在地，物体10包含一种或多种类型的含卟啉物质，有待进行光谱检测，其中含卟啉物质可以包括面部残留物和体液。激发光束具有能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光的激发波长。
根据本公开，激发光束的波长范围为350-450nm，使得激发光束包含长波紫外线或蓝光。在将激发光束引导到物体10的表面120上时，源自物体10的物源光束将被反射到探头20或其他探测器130并被其捕获。含卟啉物质，当暴露于激发光束时，将发生电子跃迁。从物源光束的光谱信息中，观察到在以665-675nm之间波长为中心的第一波长区域中至少有一个峰值辐射功率。与激发光束相比，这种荧光通常具有更长的波长，有利的是，本公开确定激发光束具有能够激发卟啉以目标波长发光的激发波长，该目标波长包括在第一波长区域中。因此，为了确定含卟啉物质的存在，安排一个或多个传感器来捕获物源光束120，以便处理器230进行光谱分析。光谱分析的目的是检测第一辐射功率处于第一波长区域中，其中第一波长区域具有一个在665-675nm之间的中心波长。
在某些实施例中，对物源光束进行光谱分析以检测包括两个或更多个辐射功率的多辐射或发射信号140，其包括第一辐射功率和一个或更多个第二辐射功率，其中，每个第二辐射功率也由一个或多个传感器测量，但是在物源光束的第二波长区域中。第二辐射功率被认为是背景信号，并且第一波长区域和第二波长区域是不重叠的。多辐射或发射信号之间的比较可以用来确定含卟啉物质的存在。在一个示例性实施例中，第二波长区域大约为620nm。
在某些实施例中，通过一个或多个传感器获得一个时间序列的第一辐射功率值，每个都是在一个时间瞬间获得的第一辐射功率的测量值。计算机处理器用于对该时间序列的第一辐射功率值进行滤波降噪。
进行定量评估，根据第一辐射功率和背景噪声功率水平使用SNR来提取PL信号150，以确定表面上是否存在含卟啉物质。特别地，通过将第一辐射功率除以除第一波长区域以外的区域的背景噪声功率水平的标准偏差来计算SNR，其中背景噪声功率水平可以从一个或多个第二辐射功率获得。第二辐射功率是在不与第一波长区域重叠的情况下在第二波长区域获得的，因此在没有PL信号的情况下可以获得背景噪声水平。然后，将SNR与阈值进行比较，该阈值是由从具有和不具有含卟啉物质的参考对象获得的多个参考SNR来定义的。当SNR低于阈值时，在物体10的表面上不存在含卟啉物质，因此物体10被认为是“新的”151。另一方面，当SNR高于阈值时，在物体10的表面上存在大量的含卟啉物质，所以认为物体10是“用过的”152。对于口罩，未使用的样本(不含卟啉物质)和时间控制的样本(含含卟啉物质)用作确定阈值的参考。也可以利用大数据分析或数据库收集进行校准研究，以更准确地确定是否存在含卟啉物质。
还可以使用硬件组合来实现该取证检测方法，而无需进行光谱分析。图2A-2C中公开并示出了取证检测器的三种配置。显然，在不偏离本公开范围和精神的情况下，所示实施例中描述的可选元件可以是其他方式。
取证探测器包括激发光源210、多个光学元件240、一个或多个传感器280和计算机处理器230。激发光源210被配置以产生激发光束，其中激发光束的波长范围为350-450nm。优选地，激发光源210是UV LED、蓝色LED、激光二极管、激光发射模块等。
在图2A所示的第一配置中，多个光学元件240包括双色镜242、准直透镜241和分束器243。激发光束沿着入射到双色镜242或分色棱镜的前向路径以入射角45°入射。双色镜242被布置成透射入射的激发光束并将前向路径弯曲90度朝向准直透镜241或等效物。准直透镜241位于双色镜242与物体10之间，用于将激发光束引导到物体10的表面上以进行远程感测。物体10可以包含一种或多种类型的含卟啉物质，有待进行光谱分析。激发光束具有能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光的激发波长，因为含卟啉物质在被激发光束激发时显示出PL。
在用激发光束照射物体10的表面之后，来自表面的物源光束被传到取证探测器，并被光学元件240捕获。准直透镜241将物源光束准直到双色镜242上，物源光束通过双色镜242传输到分束器243。因此，双色镜242位于从激发光源210发射的激发光束的前向路径和来自物体10的物源光束的返回路径的交点上。由于一个或多个传感器280包括第一传感器281和第二传感器282，所以分束器243被配置以将物源光束分割成用于第一传感器281和第二传感器282的两个光束。第一传感器281被配置以测量物源光束的第一波长区域中的第一辐射功率，其中第一波长区域包括目标波长。第二传感器282被配置以测量物源光束的第二波长区域中的一个或多个第二辐射功率，其中第二波长区域和第一波长区域是不重叠的。在一个示例性实施例中，第二波长区域是大约620nm。
计算机处理器230被配置以控制激发光源210和一个或多个传感器280，使得当激发光束产生并导向表面时，第一传感器281测量第一辐射功率，第二传感器282测量一个或多个第二辐射功率。在某些实施例中，计算机处理器230被配置以控制一个或多个传感器280同时测量第一辐射功率和第二辐射功率。计算机处理器230还被配置以根据第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算SNR。特别地，将SNR计算为第一辐射功率除以第一波长区域以外区域的背景噪声功率水平的标准偏差，其中背景噪声功率水平可以从一个或多个第二辐射功率获得。为了确定表面上是否存在含卟啉物质，计算机处理器230还被配置以将SNR与阈值进行比较，阈值是由从具有和不具有含卟啉物质的参考物体获得的多个参考SNR确定的。当SNR低于阈值时，在物体10的表面上不存在含卟啉物质。另一方面，当SNR高于阈值时，则在物体表面上10上存在大量的含卟啉物质。
在图2B所示的第二种配置中，多个光学元件240包括双色镜242和准直透镜241。第一传感器281和第二传感器282彼此相邻放置，因此不需要分束器243。第一传感器281和第二传感器282被配置以同时进行物源光束的第一和第二辐射功率的测量。第二配置的取证探测器的操作和机制与第一配置类似。
在图2C所示的第三种配置中，多个光学元件240包括双色镜242和准直透镜241，并且一个或多个传感器280包括多通道检测器283，例如2通道检测器或3通道检测器。多通道检测器283被配置以同时执行物源光束的第一和第二辐射功率的测量。第三配置的取证探测器的操作和机制与第一配置类似。
图3和图4示出了取证探测器作为智能手机310的可拆卸附件320的系统，用于远程感测物体表面上的含卟啉物质并确定含卟啉物质的浓度。该取证检测器可安装在智能手机320上并与之通信。在图4所示的示意性实施例中，可拆卸附件320由两个块形成，其中第一块321包括激发光源210和多个光学元件240，第二块322包括多通道检测器280和计算机处理器230。
更详细地，激发光源210是365nm的LED，其沿着到第二准直透镜211或等效物的路径产生激发光束，并以45°的入射角将来自LED的激发光束准直到双色镜242。在某些实施例中，可以在第二准直透镜211和双色镜242之间设置第一滤波器212，例如波长小于约450nm的短通滤波器，用于过滤激发光束。双色镜242被布置以透射入射的激发光束，并将朝向准直透镜241或等效物的前向路径弯曲90度。准直透镜241位于双色镜242与物体10之间，用于将激发光束引导到物体10的表面上，以进行远程感测。如果物体10包含一种或多种类型的含卟啉物质，如面部美容护肤材料，则含卟啉物质在被激发光束激发时表现出PL，在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光，其处于可见红光的波长范围内。含卟啉物质可发光约10秒。
智能手机310被配置以在激发光束照射表面之后捕获表面的图像。在图像中，当含卟啉物质发光时，可以捕获红色色素区域。由该图像生成具有红色色素区域的卟啉分布图，用于表示表面上包含含卟啉物质的各个区域。
在用激发光束照射物体10的表面之后，来自该表面的物源光束也被传到取证探测器，并被光学元件240捕获。准直透镜241将物源光束准直到双色镜242上，物源光束通过双色镜242和第二滤镜244传输到第三准直透镜245。第二滤镜244可以是带通滤波器或长通滤波器，并且被配置以滤除所需范围之外的波长的光。第三准直透镜245将物源光束引导至多通道检测器283，用于测量第一辐射功率和第二辐射功率。可以相应地确定SNR，并且计算处理器230还被配置以使用SNR来确定含卟啉物质的浓度。有利地，本公开的取证探测器是可拆卸附件320，其可与智能手机310集成，而无需光谱仪。该系统结构紧凑，并且允许非专业操作者以实时、无损、准确和便携式的方式对面部残留物和可能的其他体液进行非侵入式取证检测。
本公开的一个特征涉及通过激发波长在350-450nm范围内的激发光束对含卟啉物质的检测。图5显示了物体被365nm长波UV光照射时反射的取证光的光谱信息，其中物体是(1)新口罩(2)第一使用过的口罩；(3)第二使用过的口罩；(4)带有面油的纸巾。在进行数据处理之前，670nm处的PL峰不明显，很难识别。较短的波长范围(通常小于620nm)包括由于材料基质的信号，不会携带用于检测含卟啉物质的信息。可以通过测量第二波长区域中的一个或多个第二辐射功率来确定用于计算SNR的背景噪声，并将其用于计算标准偏差。在某些实施例中，第二波长区域大约在620nm或在725nm至750nm之间的范围内，其中在光谱中未观察到信号峰。
为了进行分析，通过由计算机处理器230执行的算法来提取PL信号。第一步是选择用于检测的波长范围。通常在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下观察PL特性，因此选择此波长范围。三阶或更高阶多项式曲线拟合，用于对波长轴上的选定区域进行滤波。对选定波长范围内的辐射功率进行噪声最小化和背景减法处理。
在某些实施例中，一个或多个传感器280被配置以获得一个时间序列的第一辐射功率值，每个都是在一个时间瞬间获得的第一辐射功率的测量值。当测量是在一个时间序列上进行时，计算机处理器还被配置以对该时间序列的第一辐射功率值进行滤波以降低噪声。
计算机处理器230还被配置以根据第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算SNR。特别地，SNR被计算为第一辐射功率除以除第一波长区域以外区域的背景噪声功率水平的标准偏差，其中背景噪声功率水平可以从一个或多个第二辐射功率获得。由于第二辐射功率在第一波长区域之外的范围内，并且携带背景信息，因此获得的SNR的特征在于可以减去背景曲线。通过与不同样本进行比较以确定阈值，SNR还可以用于进行定量评估，阈值是基于从具有和不具有含卟啉物质的参考物体中获得的多个参考SNR的。
在数据处理之后，比较(1)新口罩、(2)第一使用过的口罩、(3)第二使用过的口罩和(4)带有面油的纸巾的光谱信息，如图6和图7A-7D所示。在使用过的口罩或带有面油的纸巾的情况下，观察到在665-675nm之间的中心处有PL峰，而在新口罩中未发现这样的PL峰。该结果表明，使用过的口罩与带有面油的纸巾相似，而口罩中有更高的辐射功率，可能是由于使用数小时后口罩上残留的的其他含卟啉物质造成的。
图8和图9A-9D描述了当以下物体被405nm蓝光照射时反射的取证光的光谱信息：(1)新口罩，(2)第一使用过的口罩，(3)第二使用过的口罩，(4)有面油的纸巾。结果与图6和图7A-7D中的结果一致，说明激发光源可以在长UV光区域中或在蓝光区域中。
图10显示不同品质的口罩的光谱信息。将使用3个小时、6个小时和10个小时的口罩与新口罩进行比较。趋势表明，当口罩使用时间越长时，口罩上会残留越多含卟啉物质，测得的辐射功率越高。
这描述了根据本公开的远程感测物体表面上的含卟啉物质的基本装置和系统。将会很明显的是，以上公开的以及其他特征和功能的变型，或其替代，可以组合成许多其他不同的系统或装置。因此，本实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求书而不是由先前的描述来表明，因此，所有落入权利要求书的含义和等效范围内的变化，都包含在其中。

Claims (20)

1.一种用于远程感测物体表面上的含卟啉物质的取证探测器，包括：
激发光源，其用于产生激发光束，其中所述激发光束的激发波长能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光；
多个光学元件，其被配置和布置以将所述激发光束引导到所述表面上，并捕获来自所述表面的物源光束；
一个或多个传感器，其被配置以测量所述物源光束的第一波长区域的第一辐射功率，并测量其第二波长区域的一个或多个第二辐射功率，其中所述第一波长区域包括所述目标波长，并且其中所述第一和第二波长区域是不重叠的；以及
计算机处理器，其被配置以根据所述第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算信噪比(SNR)，并根据所述SNR来确定表面上是否存在所述含卟啉物质，其中所述背景噪声功率水平是从所述一个或多个第二辐射功率获得的。
2.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述计算处理器还被配置以控制所述激发光源和所述一个或多个传感器，使得在产生所述激发光束并将所述激发光束引导到所述表面时，所述一个或多个传感器测量所述第一和第二辐射功率。
3.根据权利要求2所述的取证探测器，其中所述计算处理器还被配置以控制所述一个或多个传感器以同时测量所述第一和第二辐射功率。
4.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述激发波长在350-450nm的范围内，使得所述激发光束包含长波紫外线或蓝光。
5.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述光学元件包括双色镜，其位于从所述激发光源发射的所述激发光束的前向路径和来自所述物体的所述物源光束的返回路径的相交处。
6.根据权利要求5所述的取证探测器，其中所述光学元件还包括准直透镜，其位于所述双色镜和所述物体之间，用于将所述激发光束引导到所述表面上，并将所述物源光束准直到所述双色镜上。
7.根据权利要求1所述的取证探测器，其中：
所述一个或多个传感器还被配置以获得一个时间序列的第一辐射功率值，每个都是在一个时间瞬间获得的第一辐射功率的测量值；以及
所述计算机处理器还被配置以对所述时间序列的第一辐射功率值进行滤波以降低噪声。
8.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述SNR被计算为所述第一辐射功率除以所述第一波长区域以外区域的背景噪声功率水平的标准偏差。
9.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述计算机处理器还被配置以将所述SNR与阈值进行比较，所述阈值是由从具有和不具有含卟啉物质的参考物体获得的多个参考SNR来定义的。
10.根据权利要求1所述的取证探测器，其中：
所述光学元件还被布置以同时提取所述物源光束的第一和第二光分量，所述第一和第二光分量分别具有所述第一波长区域和所述第二波长区域上的波长内容；
所述光学元件还被布置以同时测量所述第一和第二辐射功率。
11.根据权利要求1所述的取证探测器，其中所述含卟啉物质在被所述激发光束激发时，显示出光致发光(PL)。
12.一种用于远程感测物体表面上的含卟啉物质并确定所述含卟啉物质的浓度的系统，包括：
智能手机；
可安装在所述智能手机上并与之通信的取证探测器，其中所述取证探测器包括：
激发光源，其用于产生激发光束，其中所述激发光束的激发波长能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光；
多个光学元件，其被配置和布置以将所述激发光束引导到所述表面上，并捕获来自所述表面的物源光束；
一个或多个传感器，其被配置以测量所述物源光束的第一波长区域的第一辐射功率，并测量其第二波长区域的一个或多个第二辐射功率，其中所述第一波长区域包括所述目标波长，其中所述第一和第二波长区域是不重叠的；以及
计算机处理器，其被配置以根据所述第一辐射功率和背景噪声功率水平来计算信噪比(SNR)，其中所述背景噪声功率水平是从所述一个或多个第二辐射功率获得的，
其中：
所述智能手机被配置以在所述激发光束照射所述表面后捕获所述表面的图像；
从所述图像生成的具有红色色素区域的卟啉分布图，用于指示所述表面上包含的含卟啉物质的各区域；以及
所述计算处理器还被配置以使用所述SNR来确定所述含卟啉物质的浓度。
13.根据权利要求12所述的取证探测器，其中所述计算处理器还被配置以控制所述激发光源和所述一个或多个传感器，使得在产生所述激发光束并将所述激发光束引导到所述表面时，所述一个或多个传感器测量所述第一和第二辐射功率。
14.根据权利要求12所述的取证探测器，其中所述光学元件包括双色镜，其位于从所述激发光源发射的所述激发光束的前向路径和来自所述物体的物源光束的返回路径的相交处。
15.根据权利要求14所述的取证探测器，其中所述光学元件还包括准直透镜，其位于所述双色镜和所述物体之间，用于将所述激发光束引导到所述表面上，并将所述物源光束准直到所述双色镜上。
16.一种用于远程感测物体表面上的含卟啉物质的系统，包括：
探头，其具有激发光源和一个或多个传感器；其中：
所述激发光源被配置以产生激发光束，其中所述激发光束的激发波长能够激发卟啉在以665-675nm之间波长为中心的目标波长下发光；
所述激发光束被引导到所述表面上，且所述一个或多个传感器捕获来自所述表面的物源光束；
计算机处理器，其被配置以执行确定所述表面上是否存在含卟啉物质的方法，其中所述方法包括以下步骤：
对所述物源光束进行光谱分析，以检测所述物源光束的第一波长区域中的第一辐射功率，所述第一波长区域包括所述目标波长；
对所述物源光束进行光谱分析，以检测所述物源光束的第二波长区域中的一个或多个第二辐射功率，所述第一和第二波长区域不重叠；
根据所述第一辐射功率和背景噪声功率水平计算信噪比(SNR)，并根据所述SNR确定所述表面是否存在含卟啉物质，其中所述背景噪声功率水平是从所述一个或多个第二辐射功率获得的。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述激发波长在350-450nm的范围内，使得所述激发光束包含长波紫外线或蓝光。
18.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述一个或多个传感器被配置以获得一个时间序列的第一辐射功率值，每个都是在一个时间瞬间获得的第一辐射功率的测量值；
所述计算机处理器被配置以对所述时间序列的第一辐射功率值进行滤波以降低噪声。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述SNR被计算为所述第一辐射功率除以所述第一波长区域以外区域的背景噪声功率水平的标准偏差。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，确定是否存在含卟啉物质的步骤还包括：将所述SNR与阈值进行比较，所述阈值是由从具有和不具有含卟啉物质的参考物体获得的多个参考SNR而定义的。
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