环形LED多波段光源成像系统的研制及应用

蔡能斌，黄晓春，徐宝桢

（1.上海市公安局物证鉴定中心，上海 200083；2.上海恒光警用器材有限公司，上海 200083）

1 引言

在刑事案件的案发现场，利用各种光源搜索和发现潜在物证是法庭科学的重要研究内容之一。随着刑事技术的发展，用于现场搜索和发现潜在物证的光源发展很快，目前常用的光源有紫外灯［1］、激光［2-3］和多波段光源［4-5］等。多波段光源最初是作为激光的替代光源出现的，由于其具有亮度高、波段丰富、便于携带等特点，在法庭科学领域得到了普遍的应用。但是，在实践中这些光源往往是相对独立的，没有和成像系统有机地结合起来，现场潜在物证的发现和提取过程衔接不够紧密，有时虽然发现了物证，却不能有效地提取；就多波段光源而言，各波段由镀膜的带通滤光镜分光而来，受镀膜工艺的限制，随着时间的推移，镀膜可能逐渐消褪，从而使各波段的光谱有所偏移。此外，由于激光和多波段光源功率较大，通常需要使用交流电源，因此在现场应用有一定的限制。为此，本文研制了环形LED多波段光源成像系统，LED是一种固态的半导体组件，不同种类的LED能够发出从200-1550nm波长范围的不同波长的光线［6］；LED是被完全的封装在环氧树脂里面，灯体内也没有松动的部分，因此可承受高强度机械冲击和震动，不易损坏，LED光源体积小、重量轻，单色性好，无需滤光，可直接发出相关波段的光，且亮度衰减周期长，使用寿命长。本文研制的环形LED多波段光源成像系统集成了多波段光源和红紫外相机、载物台等设备，使现场潜在物证的发现和提取过程融为一体，由于LED发光的单色性好，光谱窄，无需滤光，因此各波段的光谱稳定，检测灵敏度较高，且操作简便，交直流两用，不仅适合实验室使用，同样也适合现场应用。

2 环形LED多波段光源成像系统的总体的设计

如图1、图2所示为环形LED多波段光源成像系统的总体设计图，由主体柜1、升降装置2、XY移动平台3、主体平台4、万向云台5、立柱架6、光源固定架7、环形LED多波段光源8、相机固定架9和红紫外相机10组成。其结构如下：

图1 系统总体设计图（正视图）

主体柜1，其柜面11设有中心孔111，柜内设置升降装置2，本实施例的升降装置2采用电动马达驱动。在主体柜1的底部安装4个万向滚轮12，万向滚轮12为低噪音万向移动滚轮，使用万向滚轮12使主体柜1可以在水平方向任意移位，同时万向滚轮12具有锁死功能，进行照相工作时可使主体柜1固定在所需位置。

图2 系统总体设计图（右视图）

XY移动平台3，这是现有产品，其有两个使移动平台台面在水平方向分别能作X与Y向移动的电机，其置于主体柜1内，XY移动平台3的台面底面固定于升降装置2的升降杆21顶部，使该XY移动平台3的台面既能进行升降移动，又能在水平方向进行X与Y向的移动，该移动平台台面上面固定一安装杆31，安装杆31伸出柜面的中心孔111。

主体平台4，固定于所述安装杆31的顶部，使其可以跟随XY移动平台3既能进行升降移动，又能在水平方向进行X与Y向的移动。

万向云台5，是现有产品，采用能进行360°转动及0-45°倾斜的万向云台，其搁置于所述主体平台4上的中心位置，其既可以跟随主体平台4进行X、Y方向移动及升降移动，本身又能进行360°转动及0-45°倾斜。如果只需平面取证的被检物证，不需进行多角度照相取证，将万向云台5取走，直接将该被检物证置放于主体平台4上进行照相取证；如果是需要多角度取证的被检物证，就需要多角度进行照相取证，则将该万向云台5搁置于所述主体平台4上，将该被检物证置放于万向云台5的台面上，进行多角度照相取证。

立柱架6，为中空管（内置电路线），固定于所述主体柜的柜面11上。

环形LED多波段光源8，参见图3-图4，其是由安装座81、安装在该安装座81上的LED光源集成组82以及与光源集成组82连接的直流电源83组成，在安装座81的中心设置中心孔84。

相机10，采用红紫外数码相机，其安装在一个相机固定架9上，相机固定架9固定安装在立柱架6顶端，并使相机10的镜头中心正对万向云台5的台面中心，与相机10连接的镜头探入环形LED多波段光源8的中心孔84内进行拍照。红紫外数码相机可通过USB线与计算机连接，可通过计算机对相机进行操控（计算机内装有图像处理软件），可对红紫外相机所拍摄的现场物证图像进行优化。

3 环形LED多波段光源的设计

如图3所示为环形LED多波段光源的结构设计图，由安装座81、安装在该安装座81上的LED光源集成组82以及与光源集成组82连接的直流电源83组成，在安装座81的中心设置中心孔84。如图4所示为环形LED多波段光源的电路设计图，所述直流电源83为+12V锂电池，置放在安装座81内。

安装座81的一侧固定一个光源固定架7，参见图2，光源固定架7固定在万向云台5上方的立柱架6上并使环形LED多波段光源8的中心正对万向云台5的台面中心，使环形LED多波段光源8的光源均匀照在置于万向云台5上的物证或置于主体平台4上的物证。

LED光源集成组82由九个不同波长（365nm，400nm，420nm，450nm，520nm，580nm，620nm，945nm及白光）的光源组并联组成，每个波长的光源组由数个四波长的LED串联组成。图4所示的电路中，直流电源83与分色光源集成组82之间连接一个总开关K，在总开关K与每个波长的光源组之间分别连接一个分开关K1-K9，这样，可以根据每个现场潜在物证的具体情况，来选择不同波长的LED光源组进行照明，以满足分色照相、紫外照相、红外照相及光致发光照相等技术要求。

为使照明的光源均匀，参见图3，LED光源集成组82的所有LED均匀分布于安装座81中心点 （B点）周围，即所有LED均匀分布于与中心孔84同心的两个同心圆上，并每个波长的光源组中数个LED同样均匀分布于安装座81中心点（B点）周围，即每个波长的光源组中4个LED在均匀分布在一个圆上相隔90°的位置上。

为防止环境光线的干扰，在环形LED多波段光源8的外面套有一个遮光罩20。遮光罩20是由扇形折叠式遮光材料围成的圆锥形罩，其高度为环形LED多波段光源8与主体柜的柜面11的距离。遮光罩20套在环形LED多波段光源8的外面后搁置在柜面11上，圆锥形罩顶部一点与安装座81可拆卸连接，左右两个扇边设有互扣的搭扣。使用时将扇形面从该点开始左右展开并沿着安装座81周边围成一个圆锥形罩，并将重叠的扇边用搭扣互扣；不用时，解开搭扣成折叠状，这样，便于被检物证以及万向云台5的取放。

图3 环形LED多波段光源的结构设计图

图4 环形LED多波段光源的电路设计图

4 研制结果

如图5所示为环形LED多波段光源成像系统研制结果的实物照片。环形LED多波段光源包含九个不同波段（365nm，400nm，420nm，450nm，520nm，580nm，620nm，945nm及白光）的光谱，在这些波段可以用来进行分色照相，其中的365nm是紫外荧光照相和紫外反射照相的常用波段，400nm、420nm、450nm和520nm是可见荧光照相和红外发光照相的常用波段，580nm可用来激发潜在字迹的红外发光［7］，620nm和945nm是红外反射照相的常用波段。综上所述，应用该设备可以进行分色照相、紫外照相、红外照相及光致发光照相等实验，且具有光照均匀、单色性好、无需滤光、光谱稳定、使用寿命长等特点，因此具有较大的推广应用价值。此外，为了进一步提高该设备的实用性，在研制过程中还设计了许多附件，如：直流面光源、直流环形光源、多头点光源等，以满足可见光物证检验照相的配光技术要求。

图5 环形LED多波段光源成像系统实物照片

5 案例应用

环形LED多波段光源成像系统已经在多起案件中得到了成功的应用，例如：2011年10月，上海市嘉定区发生一起杀人焚尸案，技术人员在现场提取到一个残缺的塑料瓶，要求以光学方法在该物证表面提取指印。由于该物证经高温后表面变形严重，普通照相光斑较小，指印纹线表现不完整，如图6所示。利用环形LED多波段光源成像系统进行紫外照相，拍摄结果光照均匀指印纹线表现较完整、反差良好，为案件侦破提供了技术支撑，如图7所示。

图6 普通照相拍摄的指印

图7 环形LED多波段光源成像系统拍摄的指印

［1］孙成元，吴万哲，李强.便携环形紫外灯的研制与应用［M］.第四次全国刑事照相学术交流会论文选，1998：323-324.

［2］蔡能斌，黄晓春，温思博.紫外激光技术显现潜在指印的研究［J］.中国司法鉴定，2010（4）：20-22.

［3］蔡能斌，顾丽华，黄晓春等.紫外激光探测对常见现场生物物证DNA检验的影响［J］.影像技术，2011（6）：29-32.

［4］杨任伟.多波段光源在现场勘验中的应用［J］.刑事技术，2002（4）：47-48.

［5］王宁，贾怀昌.多波段光源在刑事技术领域的应用综述［J］.广东公安科技，2004（3）：P34-36.

［6］蔡元灯.LED制造技术与应用［M］.北京：电子工业出版社，2007：4-6.

［7］蔡能斌，俞风，黄晓春.利用红外发光成像技术显现ATM机打印凭条上的潜在字迹［J］.红外，2011，32（11）：29-32.