一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法技术

一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法，它涉及光谱信息检测领域，解决了当前方法丢失信息严重，受环境影响大及判断精准度差的问题。本发明专利技术的步骤为：一、采集原始样本偏振高光谱图像；二、进行斯托克斯参数计算，得出相应的偏振参数图像；三、将得到的偏振度和偏振角图像进行融合，得到偏振特征图像以及对应的偏振特征向量；四、对偏振强度图像进行图像分块处理，可得特征区域及对应光强特征向量；五、将特征区域对应到偏振特征图像上，对其特征向量进行相关性分析从而确定盖章签字先后顺序。本发明专利技术利用样本偏振光谱信息的全面性，结合特征向量相关性分析来进行顺序的判定，适用于与墨水印泥类似材料的顺序鉴定应用。

An identification method of seal signature sequence based on polarization spectral imaging

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法
本专利技术涉及光谱成像与偏振成像
,具体涉及一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法。
技术介绍
笔迹作为手写文字符号的主要表现形式，是书写动作的反映。而书写工具是完成书写活动必不可少的外界条件之一，签字笔作为目前世界上最普及的书写工具,具有书写流利、携带便利、价格便宜等优点，尤其在各种刑事和民事案件中大多数的文件物证均涉及到签字笔迹的鉴定。随着经济犯罪和民事纠纷案件的日益增多，对签字笔迹识别的要求越来越多，尤其是对于笔迹与盖章印泥先后顺序的鉴别的需求也逐渐增加。无论是笔迹还是印泥在纸上的厚度都很薄，但是由于他们都可以渗透到纸张内，所以扩展了其实际的有效厚度，并且使用笔尖的粗细会之间影响笔迹中墨颗粒的大小，也会影响到笔迹的厚度，这对相关笔迹鉴定案件带来了极大的困难。偏振高光谱成像技术鉴别签字笔色料种类是偏振成像技术在文件检验领域的应用。光谱成像技术融合了光谱技术和成像两种方法，成像提供了图像的每一个像素的强度，光谱图像提供了每一个像素的光谱，从而产生一个连续、窄波段的3D数据集，探测被摄物体的二维几何空间和一维光谱信息。而偏振高光谱是将光谱和偏振特性进行有机结合，在传统光谱技术的基础上，能够以某一像元为对象获取它的光谱、强度和偏振特性。现有偏振技术用的是全波段的偏振，并没有考虑不同单波段对偏振的影响，偏振特性会受到波长的影响，从而可以形成偏振波谱，物体的相关信息也包含在这些偏振特性中。采用偏振高光谱探测，可以获得比传统的强度图像和光谱图像更加丰富的关于目标和场景的信息，实现伪装目标的识别、微小目标的异常检测，增加目标的可识别能力。因此，本专利技术专利提出基于偏振光谱成像技术对签字笔笔迹与盖章印泥先后顺序鉴定的算法，可以快速、准确的检测笔迹与盖章印泥在纵向空间上的分布，挖掘到它们深层次的结构信息，与传统的检测方法相比，快速简便，且灵敏度更高，且对样本无损，这在法庭科学方面带来了巨大的科学潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定的方法，从而解决现有办法存在的丢失信息严重，受环境影响大及判断精准度差的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：首先，在偏振高光谱采样系统中控制偏振片进行两次角度旋转进行三个角度的拍摄，在每个角度下用高光谱偏振相机采集红光范围内的高光谱图像，重复此过程直到三个角度的高光谱偏振图像采集完毕；对单波段采集的三个不同角度偏振图像进行处理，可得对应的偏振斯托克斯参数及偏振参数图像；采用偏振能量融合的方法将带有偏振特征的偏振角图像、偏振度图像融合可得偏振特征图像及各像素点偏振特征向量；然后用基于局部区域分割的动态阈值方法对偏振强度图像进行图像分块，通过子块的灰度变化程度对目标区域进行选择，以去除信息波动过大及物质分布过于不均匀的区域，可得灰度变化平缓的特征区域及对应的各像素点光强特征向量；最后将筛选出的特征区域对应到偏振特征图像中进行特征向量融合及相关性分析，由各区域之间的相关性强度大小来确定墨水印泥的先后顺序。本专利技术的流程图如图1所示，具体步骤如下：步骤一：对原始样本进行图像采集：在偏振高光谱采样系统中控制偏振片进行两次角度旋转，进行0°、60°、120°三个角度的拍摄(0°即不旋转拍摄)，在每个角度下用CMOS(或CCD)相机采集红光波段图像(λ表示波段，θ用0、60、120分别表示旋转角度0°、60°、120°)，重复此过程直到目标偏振高光谱图像采集完毕。在拍照过程中，首先，用光源在一定角度对原始样本进行照射，原始样本反射的光透过偏振片进入光谱滤波装置中对进行波长的筛选，然后在CMOS(或CCD)相机中成像，在计算机内读取图像。光源、样本与偏振片成一定角度可增强偏振成像效果并且选择白色激光光源可根据激光产生的漂白效应减少实验过程中印泥和签字笔墨水所自带的荧光对实验结果的影响；由于在本专利技术中用到的是红色印泥与黑色墨水，选择红色光谱波段进行成像；其次，在实验过程中，旋转偏振片会使镜片产生位移，可能会在图像采集过程中产生误差，本专利技术测量三个角度的图像仅需旋转两次偏振片，对减少因镜片位移引起的误差具有积极的作用。步骤二：对每个波段所采集到的三个不同角度偏振高光谱图像进行处理，可得相对应的偏振斯托克斯参数及偏振参数图像。在偏振探测技术应用领域中，常使用斯托克斯矢量S分析平面波的各种偏振状态。斯托克斯矢量S＝[I,Q,U,V]T，其中I表示光的总辐射亮度，Q表示竖直方向与水平方向线偏振量的差异，U为±45°方向上线偏振量的差异，V则表示椭圆偏振，V是一个非常小的值，可用探测器检测得到，且本专利技术采用线偏振光，故在本专利技术中将此变量忽略。通过对偏振高光谱系统采样所得到的图像进行相应参数计算，可以得到图像对应的斯托克斯矢量。在偏振高光谱图像的采集中，相机所采集到的光强Iλ,a与偏振片旋转角度θ之间的关系为：其中Iλ,j、Qλ,j、Uλ,j为斯托克斯矢量[I,Q,U,V]T前三个参数，λ表示波长，j表示像素点位置(j1，j2)，在单波段下偏振图像某一像素点的偏振数据立方体可表示为[Iλ,i,Qλ,i,Uλ,i,DoLPλ,Orientλ]T，当θ＝0°、60°、120°时基于以上所求得的斯托克斯矢量可由以下算法得到偏振角(Angleofpolarization)以及偏振度(Degreeofpolarization)参数，分别用Aλ,j和Dλ,j表示：在所求得的偏振参数中，Iλ,j代表了偏振高光谱图像的光谱信息(也称为偏振强度)，而偏振度Dλ,j和偏振角Aλ,j则主要反映了图像的偏振特性——偏振度图像反映了物体丰富的纹理、边缘等信息，偏振角图像则描述了目标物体、目标所处背景的状态特征等信息。但是由于偏振及高光谱图像的采集易受周围环境变化等不确定因素的影响，往往会导致所采集到的偏振高光谱图像成像效果不佳、质量不高，从而对目标细节特征分辨造成困难，尤其是在笔迹鉴别方面，对于墨水印泥交叉区域的鉴别更是如此。为提高所采集的图像质量，考虑到上述各偏振参数图像的特性，本专利技术将偏振度图像和偏振度图像融合处理以达到减弱周围环境对成像的影响，突出目标偏振特性的目的。步骤三：将偏振参数图像中的偏振角图像、偏振度图像进行图像融合处理，可得各个波段上样本的偏振特征图像以及各像素点的偏振特征向量Gj。由于在偏振度图像中，粗糙区域像素灰度值小于平滑区域像素的灰度值，两种区域所对应的偏振能量同样也有很大的差异，基于偏振度图像的能量特征，本专利技术在单波段采用如下所示的偏振能量加权融合算法：其中，Fλ,DoLP(n)，Fλ,Orient(n)均表示波段λ上单像素n的灰度值，M×N表示在偏振度和偏振角图像中所选定的相同位置的区域范围。为了更加明显的表达偏振度图像中粗糙和平滑区域偏振度差异性，本专利技术对Dλ,j进行归一化融合处理，其算法如下所示：...

【技术保护点】
1.一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法，其特征在于它包括以下步骤：/n步骤一：利用实验室自组的偏振高光谱成像系统拍摄原始样本，控制偏振片进行两次角度旋转，进行三个角度的拍摄，在每个角度下用高光谱偏振相机采集红光范围内的高光谱图像，重复此过程直到三个角度的高光谱偏振图像采集完毕；/n步骤二：将经过采集到的样本偏振光谱图像在单波段上分别计算斯托克斯参数，根据三个角度的图像参数计算得到光强I

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤一：利用实验室自组的偏振高光谱成像系统拍摄原始样本，控制偏振片进行两次角度旋转，进行三个角度的拍摄，在每个角度下用高光谱偏振相机采集红光范围内的高光谱图像，重复此过程直到三个角度的高光谱偏振图像采集完毕；
步骤二：将经过采集到的样本偏振光谱图像在单波段上分别计算斯托克斯参数，根据三个角度的图像参数计算得到光强Iλ,j、水平与垂直方向上线偏振量的差异参数Qλ,j、正负45°角方向上线偏振量差异参数Uλ,j、偏振度参数Dλ,j以及偏振角参数Aλ,j5个特征参数，并得到五幅对应的偏振参数图像；
步骤三：将偏振度图像的参数进行进一步处理，以平衡该图像中平滑区域与粗糙区域偏振度参数差异过大的问题，将得到的偏振度和偏振角图像进行偏振能量加权融合，得到各个波段上的偏振特征图像以及像素点的偏振特征向量；
步骤四：对偏振强度图像进行图像分块，并对目标区域进行选择，以去除信息波动过大及物质分布过于不均匀的区域，可得符合要求的特征区域及对应的各像素点光强特征向量；
步骤五：将筛选出的区域对应到偏振特征图像中进行特征向量融合及相关性分析，由各区域之间的相关性强度大小来确定墨水印泥的先后顺序。


2.根据权利要求1所述的基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法，其特征在于所述的步骤一具体包括：
利用由LED光源、偏振片、LCTF、智能相机和计算机组成的偏振高光谱成像系统拍摄目标样本，包含印泥和墨水的不同信息的图像；基于液晶可调谐滤光片的光谱成像系统成像快、光强分布均匀、杂散光少，且集成预处理功能，更适于目标探测采集用，方便医学图像方面的光谱数据采集；智能相机采用CMOS(或CCD)图像传感器，而且相机自身为嵌入式系统，可执行图片预处理及分析功能，所以该显微高光谱成像系统成像速度很快，智能相机在采集图像时，可运行在自由运行状态或固定帧率的模式下，拍摄得到的图像包含了原始在红光波段不同波长下的偏振信息。


3.根据权利要求1所述的基于偏振光谱成像的盖章签字先后顺序鉴定方法，其特征在于所述的步骤二具体包括：
运用斯托克斯参量表示图像的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淼，牛思聪，冯迦炆，沈毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23