一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法技术

一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法，采集检材痕迹的红外光谱数据，制作样本痕迹，分类样本，采集样本数据集，使用神经网络建立样本痕迹的红外光谱数据与遗留时间的对应关系模型并验证精度，将检材痕迹的红外光谱数据录入符合精度要求的模型，模拟检材痕迹的遗留时间，评估模拟结果，必要时扩充样本数据集；该方法重现性好，制样简便，结果稳定可靠，检测精度高，满足刑侦领域中进行快速无损鉴定的需要。

A measurement method of trace remaining time based on attenuated total reflection infrared spectroscopy

【技术实现步骤摘要】
一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法
本专利技术属于刑事科学
，具体涉及一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法。
技术介绍
在勘验检查案件现场时，除对常规的指纹、足迹、DNA等痕迹提取检验以及对血痕的基本形态、色泽、厚度、分布形态等记录检验外，对现场痕迹（包括血痕、笔迹、汗液指纹等）遗留时间的正确鉴别判断有助于客观反映案发时刻现场人员的活动状况，也会成为证实案发时间的有力依据。受现场条件的限制以及基层科研水平的制约，在勘验检查案件现场时，对观测判断现场痕迹的遗留时间并无深入的研究进展，对尸体组织的变化规律研究集中于法医学检验，鲜见针对案件现场离体血痕的规律性探索；而针对血液的研究方向多为医用，由变化规律进行现场血痕遗留时间判定的方法比较少，对现场血痕的规律进行研究的方法多需要复杂的实验流程和昂贵的器材，且多数判断方法存在较大误差。对痕迹的有损检验方法包括电泳技术、高效液相色谱技术、气相色谱法、氧电极技术、基因分析技术等，由于痕迹的量微小，无损耗检验痕迹遗留时间的研究方法更有利于痕迹的保存，也能够重复进行制样采样。对痕迹遗留时间的无损检验方法包括立体显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、近红外反射光谱技术、光纤光谱技术、高光谱照相法、电子顺磁共振技术等，然而，现有的无损检验多集中于实验研究。邓晓军等（血痕红外热成像变化与血痕经过时间关系研究[J]．法医检验，2015，(8)：72~74）采用红外热像技术结合计算机图像分析技术，对玻璃、纺织物、A4纸、瓷砖、木块等五类载体上的血痕温度进行观测、运算，记录和统计了15分钟内五类客体上血痕自制样时起每分钟的温度情况，通过回归分析，给出了较好的回归方程，但其考察时间过短，进一步研究应用的空间较小。研究表明，衰减全反射红外光谱法（ATR）能够揭示实验样本的微小变化所造成的红外谱图的变化，可以满足无损快速检验痕迹的需要。黄平等人（应用FT红外光谱光谱技术推断死亡时间[J]．中国法医学杂志，2011，(2)：104~109）运用KBr压片法和ATR法分别对人体和大鼠的左心室肌、肺脏、肝脏、脾脏、肾脏皮质、骨骼肌、大脑皮质进行傅里叶红外光谱检测，并选择光谱数据中的主要吸收峰为研究指标，指出了人尸体离体组织用衰减全反射红外光谱的变化规律，但在死亡时间和器官离体时间方面的判断较模糊，有一定的局限性。神经网络是“人工神经网络”的简称，神经网络是一种信息处理工具，是模仿大脑神经突触联接结构进行信息处理的数学模型，通过两个节点间的信号会被赋予加权值，建立起的神经网络经过对大量信号输入的学习训练后，调整加权实现对信息的分类，向该学习训练过的神经网络输入新的信号后，神经网络按照已确定的权重值对信息实现自动归类，是大量信息并行处理和大规模并行计算的基础。神经网络与光谱学的结合在当前的各个领域应用广泛，车牌的自动识别、白酒年份鉴别、大数据分析等领域都有应用。张宝菊等人（基于BP神经网络的人体血液中红细胞浓度无创检测[J]．光谱学与光谱分析，2012，(9)：2508~2511）对基于BP神经网络对人体血液中红细胞浓度的无创检测方法进行了研究，其以新鲜血液的光谱数据作为建模数据，对新鲜血液的红细胞浓度进行预测。中国专利申请CN110196233A、硕士论文《基于高光谱成像技术的血迹检测研究》中公开了一种基于高光谱成像的血迹时间预测方法，其以高光谱血迹三维图像立方体为数据支撑，提取血迹样本的光谱曲线，再经过预处理矩阵化，运用非线性迭代结合非线性拟合的方法，构建了血迹时间预测相关的时间-光谱域模型，然而，其模型构建过程复杂，并且，其样本为在25℃恒温条件下保存的实验室采集的血迹（干性样本），且只采集1h、24h、30天的样本数据，以此建立模型，其可靠程度存疑，以医院血库采集的血液样本（液体样本，且低温保存、含有抗凝剂）进行测试检验，采样时间不合理及样本与检材保存环境的差异会显著影响实验结论的准确性。传统的刑事科学技术的勘验、鉴定过程在反映人与人、人与物、物与物的空间关系问题上较为成熟，却只能粗略实现时间关系上的推断，对现场痕迹的遗留时间进行分析鉴定一直是刑事科学技术工作的难点，目前，将衰减全反射红外光谱法与神经网络结合用于判断痕迹遗留时间的研究未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）的痕迹遗留时间的测量方法，结合传统刑事科学技术研究、光谱学和计算机科学，通过用痕迹样本的红外光谱数据对神经网络进行训练，进而对痕迹的遗留时间进行判断，痕迹样本的红外吸收特征谱带明显，重现性好，制样简便，结果稳定可靠，检测精度高，测量天数值与真实天数值间的判定系数R2>0.8，满足刑侦领域中进行快速无损鉴定的需要。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法，包括以下步骤：1)采集检材痕迹的红外光谱数据检材痕迹来自于案发现场，检材痕迹包括但不限于血痕、笔迹、汗液指纹等，设置固定的波数范围和分辨率，使用衰减全反射红外光谱法采集检材痕迹的红外光谱数据，2)模拟检材痕迹制作样本痕迹，分类样本使用与检材痕迹载体相同的材料为载体制作样本痕迹，将样本痕迹按照7：3比例，随机划分为训练用样本痕迹和验证用样本痕迹，3)采集样本数据集模拟检材痕迹的遗留环境，使用衰减全反射红外光谱法，要求波数范围和分辨率与前述相同，以均匀的时间间隔，采集不同遗留时间的样本痕迹的红外光谱数据，与对应的遗留时间归纳为样本数据集，记录样本痕迹的遗留时间最大值，保留样本数据集中红外光谱数据与遗留时间的对应关系，将样本数据集按照训练用和验证用，划分为训练集和验证集，4)使用神经网络建立样本痕迹的红外光谱数据与遗留时间的对应关系模型并验证精度，以训练集中的红外光谱数据和遗留时间为变量，训练神经网络，建立样本痕迹的红外光谱数据与遗留时间的对应关系模型，使用验证集验证模型精度，如判定系数R2大于0.8，则该神经网络可用，否则重复“训练神经网络”至“使用验证集验证模型精度”的流程，直至判定系数R2大于0.8，5)将检材痕迹的红外光谱数据录入符合精度要求的模型，模拟检材痕迹的遗留时间，向可用模型输入检材痕迹的红外光谱数据，得到模拟的检材痕迹的遗留时间，6)评估检材痕迹遗留时间比较模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，如比值小于等于0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成，如比值大于0.9，则扩充样本数据集，延长样本痕迹的遗留时间，重复步骤3）至步骤5），比较扩充样本数据集后模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，直至比值小于等于0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成。优选地，步骤3）中，所述不同遗留时间痕迹样本的采样时间间隔24小时，红外光谱的采集波数范围为：4000cm-1-600cm-1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)使用衰减全反射红外光谱法采集检材痕迹的红外光谱数据，/n2)模拟检材痕迹制作样本痕迹，分类样本，/n3)采集样本数据集，所述数据集包括不同遗留时间样本痕迹的红外光谱数据与对应的遗留时间，/n4)使用神经网络建立样本痕迹的红外光谱数据与遗留时间的对应关系模型并验证精度，/n5)将检材痕迹的红外光谱数据录入符合精度要求的模型，得到模拟检材痕迹的遗留时间，/n6)评估检材痕迹遗留时间，比较模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，如比值≤0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成，如比值>0.9，则扩充样本数据集，延长样本痕迹的遗留时间，重复步骤3）至步骤5），比较扩充样本数据集后模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，直至比值≤0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用衰减全反射红外光谱法采集检材痕迹的红外光谱数据，
2)模拟检材痕迹制作样本痕迹，分类样本，
3)采集样本数据集，所述数据集包括不同遗留时间样本痕迹的红外光谱数据与对应的遗留时间，
4)使用神经网络建立样本痕迹的红外光谱数据与遗留时间的对应关系模型并验证精度，
5)将检材痕迹的红外光谱数据录入符合精度要求的模型，得到模拟检材痕迹的遗留时间，
6)评估检材痕迹遗留时间，比较模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，如比值≤0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成，如比值>0.9，则扩充样本数据集，延长样本痕迹的遗留时间，重复步骤3）至步骤5），比较扩充样本数据集后模拟的检材痕迹的遗留时间和样本痕迹的遗留时间最大值，直至比值≤0.9，则评估模拟的检材痕迹的遗留时间即为测量的检材痕迹遗留时间，测量完成。


2.根据权利要求1所述基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方法，其特征在于，步骤1）中，检材痕迹来自于案发现场，检材痕迹为血痕、笔迹、汗斑或指印。


3.根据权利要求1所述基于衰减全反射红外光谱的痕迹遗留时间的测量方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昇，叶珈菁，丁丁，林龚伟，张剑峰，朱宇翀，邢锦宏，王志体，朱金龙，刘畅，许如春，胡友辰，
申请(专利权)人：苏州市公安局姑苏分局，
类型：发明
国别省市：江苏;32