高 毅

（中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110854）

利用足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡進(jìn)行圖像處理

高 毅

（中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110854）

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡的特點(diǎn)，在足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，分析研究影響足跡圖象質(zhì)量的各種因素，并就這些不同原因，給出有效的足跡圖象處理方法。結(jié)果表明，利用足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡進(jìn)行處理，可以得到較高質(zhì)量的足跡圖象。同時(shí)，相比較其他圖象處理方法，該方法簡(jiǎn)單、方便，具有較好實(shí)用性和可操作性，從而提高了現(xiàn)場(chǎng)足跡的利用率。

足跡；自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；圖象處理

一、引言

足跡是作案人遺留在犯罪現(xiàn)場(chǎng)的主要痕跡之一，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡的分析、檢驗(yàn)是偵察破案極其重要的一個(gè)技術(shù)手段。足跡具有易留性、多發(fā)性、特定性、相對(duì)穩(wěn)定性、反映性和連續(xù)性等特點(diǎn)。但由于每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)足跡的形成因素受到具體案犯、具體現(xiàn)場(chǎng)條件某些特定變化的影響，形成了千差萬別的足跡。并且，由于人行走體位及腳用力不同，很難留下完整、清晰的足跡圖象，現(xiàn)場(chǎng)足跡的模糊性、殘缺性以及光照不均給快速、準(zhǔn)確的足跡檢驗(yàn)帶來了障礙?；谧阚E的這些特點(diǎn)，足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖象模式識(shí)別技術(shù)及其相關(guān)理論應(yīng)用在足跡的自動(dòng)檢驗(yàn)與處理上，其強(qiáng)大的圖象處理功能，就可以將現(xiàn)場(chǎng)留下的不完整、不清晰的足跡圖象處理融合成高質(zhì)量的足跡圖象，并且圖象處理效果高于其他圖象處理方法。

二、足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介

鞋底花紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是供公安刑偵部門刑事偵查使用的應(yīng)用軟件，在沈陽(yáng)市局支隊(duì)到分局大隊(duì)和派出所的三級(jí)模式中對(duì)足跡進(jìn)行管理和應(yīng)用。該系統(tǒng)充分利用公安內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)揮足跡在刑事偵查和串并案件中的突出作用，運(yùn)用計(jì)算機(jī)快速、高效的特點(diǎn)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)足跡信息的計(jì)算機(jī)管理和共享，具有鞋底花紋圖象采集、圖像處理、特征識(shí)別、查詢比對(duì)、資料存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)管理等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、功能完備、界面友好、操作簡(jiǎn)便。

三、足跡圖象處理功能設(shè)置內(nèi)容

系統(tǒng)圖像處理功能主要提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡圖片的圖像變換和質(zhì)量改善，考慮到現(xiàn)場(chǎng)足跡形成條件、提取方法等原因造成足跡圖片的質(zhì)量問題，可先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的目的是通過一種相對(duì)簡(jiǎn)便的方式，使操作人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)足跡等圖片進(jìn)行圖像處理和編輯操作，主要包括現(xiàn)場(chǎng)足跡圖片質(zhì)量的改善、足跡圖片在旋轉(zhuǎn)方向上與所占畫幅比例范圍上的調(diào)整、足跡圖片比例尺的設(shè)置及在調(diào)整過程中可用于特征圖象信息保存。預(yù)先處理時(shí)，要力求對(duì)花紋表述清晰、明確，去除背景干擾、噪聲、雜點(diǎn)、商標(biāo)等偽花紋，保證花紋無誤連、斷連情況，并盡量保持各部分花紋的獨(dú)立性和完整性，如圖1所示。

圖1 足跡圖片預(yù)處理

圖像處理功能包括：亮度對(duì)比度、灰度曲線調(diào)整、反色、整體均勻、圖像的平滑等。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)采集到的足跡圖像存在視覺上的缺陷可以通過系統(tǒng)中的圖像處理功能加以圖像質(zhì)量改善，若是足跡存在幾何變形還可以通過幾何校正功能加以恢復(fù)。通過圖像處理功能可以將原有現(xiàn)場(chǎng)足跡的利用率大幅度提高，同時(shí)提供足跡的傾斜校正功能，使某些灰塵足跡能用傾斜拍照方法清晰再現(xiàn)，提高了現(xiàn)場(chǎng)足跡的提取率和利用率，現(xiàn)就部分現(xiàn)場(chǎng)足跡處理結(jié)果介紹如下。

四、現(xiàn)場(chǎng)足跡圖像處理結(jié)果

（一）灰度曲線調(diào)整

對(duì)于灰度分布不均勻的足跡圖片，可以通過調(diào)整灰度曲線的形狀改變圖片灰度的分布。比如曲線是一條45度的直線，則調(diào)整后的圖片的灰度分布不變，如果是一條大于45度的直線，則調(diào)整后圖片的對(duì)比度變大。對(duì)于彩色圖片，圖像處理功能將圖片分解為對(duì)應(yīng)的三幅灰度圖進(jìn)行灰度調(diào)整并自動(dòng)合成新的色彩圖，以達(dá)到增強(qiáng)色彩圖像視覺效果的目的，如圖2所示。

圖2 灰度曲線調(diào)整功能

圖像處理所提供的灰度曲線調(diào)整功能是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查中經(jīng)常遇到的問題來設(shè)計(jì)的，主要為解決拍照現(xiàn)場(chǎng)足跡所經(jīng)常遇到的打光不足、不勻的問題，尤其采用數(shù)碼設(shè)備以來，操作不熟練所導(dǎo)致的此類問題增多，通過灰度曲線調(diào)整，在實(shí)踐中應(yīng)用效果還是不錯(cuò)的，如圖3所示。

圖3 灰度曲線調(diào)整功能處理前后對(duì)比照片

（二）整體均勻功能

為了減輕刑事技術(shù)的工作量，在現(xiàn)場(chǎng)勘查中大量采用數(shù)碼相機(jī)，不同的現(xiàn)場(chǎng)條件所采集的足跡照片質(zhì)量也不盡相同，由于實(shí)際工作的需要，為了減輕現(xiàn)場(chǎng)勘查后的工作量，足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)了整體均勻這一功能，并且經(jīng)常在預(yù)處理時(shí)使用，操作簡(jiǎn)單，一步到位，使不同條件的足跡照片能夠通過一步操作得到改善，如圖4所示。

圖4 整體均勻功能

整體均勻功能能從整體上描述一幅圖像，如原圖像曝光不足或曝光過度，整體均勻功能將圖像變換成一幅灰度級(jí)均勻分布的圖像，從而提高圖像的對(duì)比度，圖像給人以清晰明快的感覺，可以達(dá)到改善圖像的目的。這就是整體均勻，如圖5所示。

圖5 經(jīng)過整體均勻功能處理前后對(duì)比照片

（三）圖像的平滑

圖像平滑的目的是消除各種干擾噪聲，他們可能來自足跡圖像采集、量化等過程，也可能產(chǎn)生于圖像傳送過程。這些噪聲具有離散型和隨機(jī)性等特點(diǎn)，如圖6所示。

圖6 圖像平滑功能

由于一幅圖像的大部分像素的灰度與臨近像素的灰度差別不大，存在很大的灰度相關(guān)性，這就導(dǎo)致了圖像的能量主要集中于低頻區(qū)域，只有圖像的細(xì)節(jié)部分的能量處于高頻區(qū)域中，而圖像噪聲和假輪廓往往出現(xiàn)在高頻區(qū)域中。去掉噪聲，即衰減高頻分量，增強(qiáng)低頻分量。圖像平滑功能就是在兼顧去掉噪聲和假輪廓的同時(shí)而保持圖像細(xì)節(jié)不受影響，圖像清晰，如圖7所示。

圖7 經(jīng)過圖像平滑功能處理前后對(duì)比照片

五、結(jié)論

（一）灰度曲線調(diào)整功能

主要解決拍照現(xiàn)場(chǎng)足跡所經(jīng)常遇到的打光不足或不勻的問題。通過灰度曲線調(diào)整，可以將圖像變換成對(duì)比度明顯、反差強(qiáng)烈的圖像。從而提高圖像的對(duì)比度，圖像給人以清晰明快的感覺，可以達(dá)到改善圖像的目的。

（二）整體均勻功能

主要解決拍照現(xiàn)場(chǎng)足跡所經(jīng)常遇到的曝光不足或曝光過度的問題。整體均勻功能將圖像變換成一幅灰度級(jí)均勻分布的圖像，操作簡(jiǎn)單，一步到位，使不同條件的足跡照片能夠通過一步操作得到改善，減輕刑事技術(shù)的工作量。

（三）圖像平滑功能

主要解決拍照現(xiàn)場(chǎng)足跡所經(jīng)常遇到的模糊不清的問題。就是在兼顧去掉噪聲和假輪廓的同時(shí)而保持圖像細(xì)節(jié)不受影響，圖像清晰。

在實(shí)際辦案中，利用足跡自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將這些不清晰的現(xiàn)場(chǎng)足跡圖象處理融合成高質(zhì)量的足跡圖象，為后續(xù)的足跡檢驗(yàn)鑒定奠定較好的基礎(chǔ)。通過該系統(tǒng)的圖象處理結(jié)果比對(duì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)足跡圖象質(zhì)量明顯得到加強(qiáng)和改善，并且該方法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的圖象處理方法，有效地提高了足跡的利用率。

[1]史力民，姚力.足跡學(xué) [M].北京：中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2007.

[2]趙冬.計(jì)算機(jī)技術(shù)在足跡檢驗(yàn)方面的應(yīng)用 [J].刑事技術(shù)，2007，(6).

[3]史力民，畢勝.足跡信息的計(jì)算機(jī)管理與查詢 [J].刑事技術(shù)，2004，(5).

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Manipulation of Spot Footmark Images with Automated Footmark Identification System

Gao Yi
(China Criminal Police University，Shenyang，Liaoning，110854)

Aimed at the characteristics of spot footmarks，this paper analyzes various factors that influence the quality of footmark images based on the automated identification system，and explains different reasons and the effective footmark manipulation methods.The result shows that automated identification system can help people get high quality footmark images.Meanwhile，compared with other image manipulation methods，this method is simple，convenient，practical and operable，which increase the utilization rate of spot footmarks.

footmark;automated identification system;image manipulation

D918

A

1672-6405（2010）04-0033-03

高毅（1978- ），男，碩士，中國(guó)刑事警察學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系講師，主要從事足跡方面的教學(xué)、科研和辦案工作。

2010-10-17

王鳳玲]