王威琪
王威琪_参加评选项目_中国工程院院士馆
参加评选项目
序号1:
基于翻拍架的潜在物证光学探测系统
成果上报年份: 2014.05.01 成果类型: 应用技术
评价日期: 2013.12.20 成果第一完成单位: 上海市公安局物证鉴定中心
成果简介:
1、课题来源与背景: 本课题系公安部应用创新项目。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、激光和多波段光源等,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,本课题研制了环形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 ~ 1550 nm波长范围的不同波长的光线;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、技术原理及性能指标: 本课题在传统物证翻拍架的基础上,引入医用手术无影灯的设计理念,结合LED及多波段光源技术,研制出九波段36孔无阴影照明光源,并设计了红紫外成像系统及图像处理功能,为显现潜在物证提供了新的方法和设备。本课题的翻拍架设计采用电控升降装置,载物台可作前后、左右、旋转及倾斜等多向调整,并具备脱影功能;光源系统引入了医用手术无影灯的设计理念,结合LED及多波段光源技术,研制出了九波段三十六孔无阴影照明光源,九个波段分别为365nm,400nm,420nm,450nm,520nm,580nm,620nm,945nm及白光,每个波段由4个LED光源组成,呈十字交叉排列,以形成无阴影照明模式。 3、技术的创造性与先进性: 经上海科学技术情报研究所检索分析:该项目研制的九波段36孔无阴影照明光源,引入医用手术无影灯的设计理念,除该委托单位发表的论文和公开的专利外,未见国内外相同文献报道,具有新颖性。经文献比对,该项目采用LED多波段光源系统,并将多波段光源和成像系统有机地结合起来,在功耗和便捷性方面优于美国领先厂商的同类产品,总体达到国际先进水平。 4、技术的成熟程度: 本课题的研究成果已经在实际检案中得到成功应用,技术较为成熟。 5、应用情况及存在问题: 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,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12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。存在问题:光源波长优化,产品小型化便携设计等方面有待进一步改进。 6、历年获奖情况:无
序号2:
曲面客体上指印检测的配光技术研究
成果上报年份: 2014.05.01 成果类型: 应用技术
评价日期: 2013.12.20 成果第一完成单位: 上海市公安局物证鉴定中心
成果简介:
1、课题来源与背景: 本课题系公安部应用创新项目。如何将犯罪嫌疑人遗留在作案现场的潜在指印提取下来,一直是现场勘查的重点。曲面客体上的指印在实战中经常会遇到。许多盗窃现场、凶杀现场经常在金属护栏、门把手、酒瓶等曲面客体上发现指印。将这些曲面客体上的指印检测出来对案件的侦破具有重要的作用。本课题 “曲面客体上指印检测的配光技术研究”是研究出一种适合曲面客体上指印检测的配光方法。内容包括研究曲面客体上指印的配光技术,设计专门的散射面光源、环形偏振光源等;研究曲面客体上指印的偏振光成像技术、光谱成像技术、紫外成像技术、光致发光成像技术、图像处理技术以及多技术融合的综合应用技术。曲面客体上指印的检测有一个难点:曲面客体在通常的配光条件下有强烈的反光效果,干扰指印纹线特征的表现,影响检验鉴定。国内外的刑事技术人员都在研究如何解决这个问题,一般的方法是用粉末刷显来检测,这种方法很容易破坏检材,随着刑事技术的发展,利用激光技术、光谱成像技术和图像处理技术等多技术融合的检测方法成为趋势。 本项目提出了使用专门针对曲面客体的散射面光源、环形偏振光源的光源设备,使用偏振光成像技术,光谱成像技术、紫外成像技术、光致发光成像技术、图像处理技术以及多技术融合的综合应用技术; 可以抑制或消除金属曲面客体在通常的配光条件下产生的强烈反光效果,同时符合目前检测物证痕迹不破坏检材的要求,达到无损检验的效果。 2、技术原理及性能指标: 本项目提出了使用专门针对曲面客体的散射面光源、环形偏振光源等光源设备,使用偏振光成像技术,光谱成像技术、紫外成像技术、光致发光成像技术、图像处理技术以及多技术融合的综合应用技术; 可以抑制或消除金属曲面客体在通常的配光条件下产生的强烈反光效果,同时符合目前检测物证痕迹不破坏检材的要求,达到无损检验的效果。 3、技术的创造性与先进性: 经上海科学技术情报研究所检索分析:该项目提出的针对不同曲面客体采用面光源、环形光源和多头点光源的配光检验方法,及研发了相应的专用光源设备,未见国内外相同文献报道,具有新颖性。经文献比对,该项目基于配光检验方法研发了专用光源设备,在实际应用中成功提取了3枚指印,与国内外同类研究的效果相当,总体达到国际先进水平。 4、技术的成熟程度: 本课题的研究成果已经在实际检案中得到成功应用,技术较为成熟。 5、应用情况及存在问题:2011年11月上海市松江区岳阳街道菜花泾25弄11号601室发生一起凶杀案,现场勘查时技术人员提取了一个小塑料盆,内侧发现指纹一枚。由于客体表面呈曲面,常规检验有困难。运用公安部应用创新计划项目“曲面客体上指印检测的配光技术研究”的研究成果,成功提取一枚指印,指印纹线清晰,反差良好,为认定犯罪嫌疑人提供了技术支撑。存在问题:光源亮度、发光面积及人性化设计方面有待改善。 6、历年获奖情况:无
序号3:
显微光学切片断层成像系统
成果上报年份: 2013.05.01 成果类型: 应用技术
评价日期: 2013.08.08 成果第一完成单位: 华中科技大学
成果简介:
本项目属生物医学工程领域。 脑网络是脑功能的物质基础,脑网络的异常会导致众多神经精神疾病,因此一直是国际学术前沿和研究热点。脑网络的精细解剖信息(细胞类型、网络连接等)是全面理解脑高级功能(认知、语言、情感等)以及神经、精神性疾病之神经生物学基础的前提。但本项目开展前,科技界一直未能获得大尺度的精细脑网络结构图谱,阻碍了脑网络的研究。其主要原因是存在以下技术瓶颈:脑网络成像需兼具单细胞的细节(<1μm)和宏观的尺度(>1cm)特点,现有技术难以在三维空间内对厘米尺度脑组织进行单细胞分辨的成像。如磁共振等脑成像技术成像范围大,但不能分辨单个细胞;电镜成像虽然分辨率高,但难以实现大样本成像(据美国科学院院士LUO在《Neuron》(2008年57卷634页)综述,电镜观测1立方毫米脑组织需1万人年的工作量)。 针对上述问题,在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金科学仪器基础研究专款等支持下,围绕单细胞分辨的脑网络结构图谱成像,经过十年系统工作,从大范围高精度成像原理与技术到生物样品制备取得了系列突破,研制出可在厘米尺度进行单细胞分辨脑网络结构成像的显微光学切片断层成像技术(Micro-Optical Sectioning Tomography,MOST)。其主要发明点如下: (1)突破了对透明组织薄片进行透射成像的传统思路,利用组织切片与金刚石刀片的折射率差异,开创性实现在切片的同时对前刀面上的组织薄片进行反射成像这一新原理和新技术。这一发明使切片与成像实现物理过程分离,避免了繁杂的精密耦合与调谐,极大降低了大范围精细成像的难度。 (2)发明了独特的金刚石刀具,采用多级前刀面巧妙解决了切片流动性和刀具强度不可兼得的矛盾,使组织薄片的光学与机械性能和刀具寿命同时得到保障,实现对厘米样本的微米厚度切片,具备了反射成像的条件。 (3)与传统样本制备方法“先切薄、再染色”的思路不同,发明了大组织块均匀染色和塑性包埋的配方与工艺,使生物组织同时具备光学对比度和机械加工硬度,使自动化的切片成像及图像的配准成为可能。 (4)结合上述三点核心技术的突破,发明了显微光学切片断层成像装置,解决了长期存在的组织切片震颤、图像间无法配准难题,实现了在大范围(cm级)进行高分辨(1μm)生物组织三维成像,填补了该领域的空白。 以上核心技术授权中国发明专利3项,软件著作权5项,发表SCI论文11篇。建立的MOST技术为解析脑网络精细提供了全新的研究手段与工具。 应用MOST技术获取了小鼠全脑完整的突起分辨三维解剖结构图谱。1cm3的鼠脑被自动切片成像为约1万5千余张断层图像,体素分辨达到0.3μmx0.3μmx1μm,数据量高达8TB。MOST技术与应用成果2010年发表于《Science》(6009期1404页),《Science》配发专题评论(6005期747页)评价为“至今为止最精细的小鼠全脑神经元三维连接图谱”、“没有一家单位能达到类似的精细程度”、“所提供的数据和全新的自动化脑图谱获取仪器将会为未来的研究提供重要基础”。被美国麻省理工学院、斯坦福大学、德国马普实验室等的著名研究小组在《Science》、《Nature》等期刊多次正面引用,《Nature Methods》综述评价为“首次展示了鼠脑内单根轴突的长距离追踪”。获评“2011年度中国科学十大进展”、“2010光学重要成果”等。该技术已被北京生命科学研究所、中科院上海神经所等国际知名学术机构用于神经疾病机理研究。获“国家重大科学仪器设备开发专项”资助推广应用,在神经疾病、药物研究、材料分析等领域有广泛的应用前景。鉴定专家组认为“具有我国自主知识产权的MOST技术原创性强,填补了现有研究方法的空白,达到国际领先水平”。
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