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      2021 IAS展
      機器視覺

      助力法醫調查——FLIR紅外熱像儀讓“血手印”更加清晰

        2021年05月06日  

        當我們看一些刑偵類的電視劇時,檢測者需要找到血跡證據時,一般會向相關區域噴灑魯米諾并關燈。這為影視劇增添了一定的喜劇效果,但對需要在不太理想情形下找到具體血跡證據的現實檢測者來說并不是最佳方案?,F實中,研究人員一直在尋找檢測織物上極低濃度血液的替代方法,最近他們在熱成像技術中找到了答案。

        血液在其自身的紅外光譜中不可見,但在沾有血跡的樣品上噴灑水蒸氣可以創建熱信號,這種熱成像方法可以在法醫檢測中替代魯米諾的方法,成為新的檢測方案。今天,就來說說化學研究員Michael Myrick博士和Stephen Morgan博士及其南卡羅來納大學的團隊研究在法醫應用領域將紅外熱像儀用作檢測和記錄生物液體(如犯罪現場的血跡)證據的替代方案。

      傳統魯米諾存在的問題

        魯米諾本身是一種粉末,在混合了雙氧水后用于織物表面進行測試。如果存在血,血紅蛋白中的鐵會催化魯米諾和雙氧水之間的反應,將電子釋放為對藍光可見的光子。但是,魯米諾還能與鐵之外的其它物質反應,很可能導致判斷錯誤。

        Myrick博士解釋到,魯米諾會與芳香胺、銅鹽、漂白劑等多種物質發生反應。此外,它還有一個問題,它還可能會對DNA檢測產生潛在影響:雖然它不會直接破壞DNA,但是它可能會影響某些遺傳標記。

        血的吸水/解吸水特性類似于棉花的吸水/解吸水特性,因此即使全血印跡在棉花上也模糊不清。

        當向血跡上噴灑魯米諾時可能會模糊或沖掉血跡?!叭绻嬖诩y路圖案,如指紋,然后您用一種液體浸泡它,那么您可能會完全失去它,”Myrick博士說道。這樣就會失去識別織物上指紋的所有機會。過度稀釋血跡還會導致隨后樣本的DNA檢測成為泡影。

      紅外成像應用的研究過程

        Myrick博士和他的團隊一直在尋找更好的方式:為醫學檢測可視化血跡和其它生物液體。Myrick對能進行觀察超過數秒、可重復且不會破壞樣品的檢測方法尤其感興趣。他和他的團隊開始研究利用紅外線反射來可視化血跡。雖然紅外線反射的確奏效,但是血跡在熱圖像中總是模糊不清。

        “單純依靠熱成像并不是最好的可視化化學對照物的方式,”Myrick博士坦承道。他和他的團隊正尋找提高對血液靈敏度的方式,并將蒸汽作為在紅外光譜窗口中創建強吸收譜帶的方法。然而,在試圖改進方法的過程中,該團隊偶然發現一種更好的方法。

        研究生Wayne O’Brien的任務是用旅行噴汽熨斗噴出的氧化氘浸透一塊棉布,并測量反射率。O’Brien恰好記錄了蒸汽噴到棉布上的紅外視頻,并有了驚人的發現。

        “在打開蒸汽那一刻,他向我展示的紅外視頻中,100倍稀釋的血跡就像一只被點亮的燈泡。這驚人的現象在之前是非常難見的,剎那之間在圖像中點亮,”Myrick說道。

        此外,與魯米諾會立即褪色不同,他們發現水蒸氣在沾有血跡的織物上的作用是持續的。Myrick稱:“如果您取一塊布料,并讓其進入溫度升高的濕潤環境中,您可以無限期地看到血跡,它不會時而出現時而消失,只要您將其置于濕潤環境中,就可以永遠看到它?!?/P>

      熱像儀+水蒸氣,血印無所遁形

        Myrick的團隊將他們的發現用于研究三種類型布料上的血指紋?!爸讣y”來自一塊定制的橡皮章,這些“指紋”被弄濕且印到三塊不同類型的染色織物。每塊織物印上兩個指紋血印,其中一個指紋印稀釋10倍,另一個指紋印未稀釋。然后,讓血印風干24小時。

        當需要對血印成像時,研究人員讓樣本暴露在蒸汽掛燙機的去離子水蒸氣中。在很長一段時間里,他們每隔三秒蒸一次布塊,在每次噴蒸汽間隔中暫停記錄。

        向樣本噴水蒸氣會直接產生熱量,Myrick博士將這一過程比作是走出干燥的空調房來到濕熱的戶外。您穿的每一件衣服會立即吸收水蒸汽,溫度略微上升,這種升溫在紅外圖像中顯而易見。

        正像增加水分產生熱量一樣,撤去蒸汽源會導致冷卻。但是,像腈綸或滌綸這樣的疏水性織物只能保持極少量水分并很快達到平衡。因此,血跡區域將比布料其它區域冷卻得更慢,這樣就產生溫差,在紅外圖像中很容易識別。

        腈綸織物上的完整血印,左側:蒸汽暴露于濕氣期間的熱圖像,右側:暴露后蒸發冷卻,對比度足以辨別指紋紋脊圖案。

        滌綸織物上的完整血印,左側:蒸汽暴露于濕氣期間的熱圖像,右側:暴露后蒸發冷卻。

        在第一組記錄中,他們為FLIR A6751sc SLS熱像儀安裝了一個50mm鏡頭,以便對整個血印進行成像。FLIRA6751sc提供快幀頻和480ns積分速度,使研究人員能夠記錄快速熱暫態。第二組記錄使用13mm鏡頭,使Myrick的團隊能夠觀測單張放大的“指紋”脊紋圖案。在兩種情況下,該團隊通過FLIR的ReasearchIR軟件操作熱像儀。

        滌綸上的10倍稀釋血印顯示指紋紋脊圖案和由血液凝固物芯吸作用引起的暈圈。

        Myrick的團隊發現對棉布上的血印進行成像有些困難。這是因為水分占總重量的比率高達20%,棉布吸收的水分與血跡本身吸收的水分相當。相比之下,腈綸和滌綸等合成纖維吸水性較弱。

        “棉布是一種復雜的織物,充滿松散的纖維,”Myrick補充道?!安⑶揖€吸水的速度不一樣,單根纖維的反應極快?!?/P>

        全血印內的單根線與棉布其余位置形成鮮明對比

        因此,該團隊非常成功地對棉布上的放大紋脊進行了成像。他們注意到,棉布浮絲上的全血和其它區域的全血之間存在明顯對比。該對比僅在浮絲能夠吸收蒸汽的30 ms期間可見。

        “FLIR A6751sc使我們能夠進行高速測量,事實上,纖維僅會在熱視頻中的其中一幀發亮,”Myrick解釋道。之后,大部分布料已吸收足夠的水蒸氣,因而消除了全血和棉布之間的熱力差異。

        全血印僅在噴蒸汽期間模糊可見,像腈綸樣本一樣,有一個織紋阻止織物與血印完全接觸。但是,與緯紗(水平方向)相比,經紗(垂直方向紗線)凸起,所以經紗上的血液凝固物更明顯。

        紋脊斷裂出現在腈綸布組織防止血印與織物完全接觸的位置

        根據Myrick的研究結果,當確定織物上是否沾有血跡時,熱成像技術是魯米諾法的可行替代方案。甚至可以說,熱成像是更可取的,因為輔助成像的水蒸氣不會進一步稀釋血跡,也不存在毀掉證據的可能性。雖然使用水蒸氣會對棉布上血跡成像帶來一些挑戰,但是高速、高分辨率的紅外熱像儀可提供一種變通方案。FLIR A6751sc等科研熱像儀具有記錄松散棉纖維快速升溫或冷卻所需的幀頻和積分速度,這可通過放大鏡頭得到加強。Myrick和他的團隊將繼續研究棉線上高速成像的應用,以期改善這一過程。

      FLIR A6750系列

        FLIR A6750中波紅外熱像儀具有短曝光時間和高速窗口幀頻,使其成為記錄快速熱事件和快速移動目標的理想之選。這款制冷型銻化銦熱像儀能定格移動對象運動并準確測量其溫度,以及執行各種各樣的無損測試。具有327,680(640×512)像素的紅外分辨率和高靈敏度,能生成清晰的圖像,非常適合用于精密儀器的檢查。

        FLIR A6750系列熱像儀能同FLIR ResearchIR Max軟件無縫連接,對熱像儀獲取的熱數據進行瀏覽,記錄和處理。另有軟件開發包(SDK)可供選擇。

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