于彬

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

點(diǎn)痕特征量化分析的研究與實(shí)現(xiàn)

于彬

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

首先對(duì)點(diǎn)痕特征量化分析的方法進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，介紹了量化分析軟件的總體設(shè)計(jì)思想，著重說(shuō)明了量化分析軟件的研制方法、開發(fā)過(guò)程和量化特征的選取與分析，最后給出結(jié)論。

筆痕 量化 點(diǎn)痕

筆痕檢驗(yàn)技術(shù)是我國(guó)文件檢驗(yàn)工作者的一項(xiàng)創(chuàng)造，在解決少量字、摹仿字等筆跡檢驗(yàn)技術(shù)難題中發(fā)揮了重要作用。目前，對(duì)筆痕個(gè)體特征的認(rèn)識(shí)主要靠筆跡專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行鑒別和判斷，但鑒定結(jié)論沒(méi)有可靠的數(shù)據(jù)作為支撐，有時(shí)略顯單薄。因此，借助計(jì)算機(jī)對(duì)筆痕個(gè)體特征進(jìn)行量化檢測(cè)，是筆跡鑒定的發(fā)展趨勢(shì)，也是筆痕檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用的必由之路。

筆痕特征產(chǎn)生在筆畫的起筆、運(yùn)筆和收筆過(guò)程中，表現(xiàn)為墨跡的各種不同形態(tài)，其具體表現(xiàn)為點(diǎn)痕、條（劃）痕和油墨（水）流痕。這幾種類型的筆痕特征在進(jìn)行量化分析時(shí)，由于形態(tài)差異較大，因此所使用的量化方法也各不相同。本文主要研究點(diǎn)痕的量化分析方法及其實(shí)現(xiàn)，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)研制量化分析軟件，為定量化檢驗(yàn)點(diǎn)痕特征提供一種新的手段。

1 量化分析軟件的總體設(shè)計(jì)思想

點(diǎn)痕特征的量化分析主要依靠計(jì)算機(jī)軟件完成，為此開發(fā)的量化程序軟件主要包括圖像的導(dǎo)入模塊、圖像處理模塊、量化特征統(tǒng)計(jì)分析模塊和測(cè)量比對(duì)模塊，通過(guò)一系列的圖像處理過(guò)程來(lái)進(jìn)行點(diǎn)痕的量化分析，最終得到量化數(shù)據(jù)。

2 量化分析軟件的研制

2.1 圖像導(dǎo)入模塊

在圖像的導(dǎo)入模塊中，圖像的載入是使用TOpenPictureDialog控件和TBitmap類中的LoadFrom File函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，具體代碼如下：

Ifself.OpenDialog.Exe cute then begin bmptemp1. LoadFromFile(opendialog.FileName)；form1.Image1.Picture. LoadFromFile(opendialog.FileName).

在圖像被調(diào)入系統(tǒng)后，對(duì)圖像像素的訪問(wèn)是使用Delphi中的 TBitmap類中的 Scanline函數(shù)完成。Scanline函數(shù)是Delphi提供的高效讀取像素的方法，比一般的像素讀取函數(shù)Pixels速度要快的多，對(duì)于量化分析系統(tǒng)所要求的圖像的平移和旋轉(zhuǎn)等功能，使用Pixels函數(shù)來(lái)完成耗時(shí)太長(zhǎng)，因此本系統(tǒng)采用Scanline函數(shù)進(jìn)行像素的操作。

2.2 圖像處理模塊

圖像處理主要包括圖像的二值化、提取輪廓、反向取色、調(diào)整圖像的亮度和對(duì)比度等步驟。進(jìn)行圖像處理的第一步就是將圖像二值化，其目的是在對(duì)圖像進(jìn)行進(jìn)一步處理時(shí)，圖像的幾何性質(zhì)只與0和1的位置有關(guān)，使得圖像處理變得簡(jiǎn)單。

2.2.1 圖像的二值化

圖像二值化的方法很多，本系統(tǒng)采用的方法是用戶給定具體閥值，并可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以實(shí)時(shí)觀察圖像二值化的效果，這樣可以保證處理的效果。

圖1 二值化前的圖像

圖2 二值化后的圖像

閥值T在量化分析系統(tǒng)中可以根據(jù)檢材圖像的質(zhì)量和清晰度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使圖像的二值化效果達(dá)到最好。

2.2.2 圖像輪廓的提取

所謂輪廓就是掏空?qǐng)D形聯(lián)通區(qū)域的內(nèi)部點(diǎn)。如果連通區(qū)域用白色表示，區(qū)域內(nèi)的一點(diǎn)為白色，且它的8個(gè)相鄰點(diǎn)都是白色，則該點(diǎn)就被刪除點(diǎn)，即設(shè)置該點(diǎn)為黑色。對(duì)整個(gè)圖形都按這個(gè)原則進(jìn)行處理就可獲得圖像中連通域的輪廓邊界，處理效果如圖3所示。

圖3 圖像輪廓的提取圖

圖4 反向取色

2.2.3 反向取色

圖像反色操作是指對(duì)于一副24位的真彩色位圖來(lái)說(shuō)，它的每一個(gè)字節(jié)由R、G、B三個(gè)分量構(gòu)成，圖像的反色操作就是對(duì)R、G、B三個(gè)分量進(jìn)行取反操作，即對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)的三個(gè)分量進(jìn)行NOT操作，處理效果如圖4所示。

2.2.4 調(diào)整圖像的亮度和對(duì)比度

圖像的對(duì)比度是指圖像上兩點(diǎn)間信號(hào)的差異。在灰階圖像上，信號(hào)的差異是通過(guò)灰度（或亮度）的明暗來(lái)體現(xiàn)，高對(duì)比度表示圖像上的兩個(gè)不同的觀察點(diǎn)一個(gè)非常暗，另一個(gè)非常亮；而低對(duì)比度表示兩點(diǎn)的相對(duì)亮度差別較小，當(dāng)提高對(duì)比度時(shí)，圖像中的暗色調(diào)變得更暗，亮色區(qū)域變得更亮。圖像亮度的調(diào)整是指對(duì)人眼亮度感覺(jué)的調(diào)整。通過(guò)對(duì)檢材圖像的亮度和對(duì)比度的調(diào)節(jié)，可以使檢材圖像更加銳利，去除某些不必要的噪聲點(diǎn)，為量化特征的統(tǒng)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2.3 特征量化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

圖5 特征統(tǒng)計(jì)量化數(shù)據(jù)圖

圖6 測(cè)量點(diǎn)痕的數(shù)據(jù)

特征統(tǒng)計(jì)必須將檢材圖像進(jìn)行一些的處理后才能進(jìn)行，檢材圖像在經(jīng)過(guò)了二值化、輪廓化、反色渲染等一系列圖像預(yù)處理后，可以進(jìn)行量化特征的統(tǒng)計(jì)。對(duì)于點(diǎn)痕特征來(lái)說(shuō)量化特征主要包括面積、周長(zhǎng)、長(zhǎng)度、寬度和裂度，對(duì)于面積和周長(zhǎng)這兩個(gè)量化特征，量化系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算，無(wú)需用戶操作，如圖5所示；對(duì)于點(diǎn)痕的長(zhǎng)度、寬度和角度，需要用戶自己選擇測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，如圖6所示。

2.4 重疊比對(duì)

檢材和樣本可以進(jìn)行輪廓重疊比對(duì)。經(jīng)過(guò)一系列圖像處理，提取檢材和樣本的輪廓，通過(guò)對(duì)檢材和樣本圖像的旋轉(zhuǎn)和平移，將兩者進(jìn)行重疊比對(duì)。在重疊比對(duì)模塊里，可以實(shí)現(xiàn)多種圖像操作，如任意角度的逆時(shí)針和順時(shí)針的圖像旋轉(zhuǎn)、快速水平移動(dòng)或垂直移動(dòng)、精確的微調(diào)圖像等，在圖像重合后，可以將重合部分變色，并計(jì)算重合度，如圖7所示。

圖7 檢材與樣本重疊比對(duì)效果

3 結(jié)論

點(diǎn)痕特征量化分析軟件可以為鑒定結(jié)論提供數(shù)據(jù)支持，提供點(diǎn)痕特征的周長(zhǎng)、面積、長(zhǎng)度、寬度、角度、重合度的定量化數(shù)據(jù)，但在實(shí)際使用中，應(yīng)該注意檢材和樣本點(diǎn)痕特征的選取，盡量選取在相同字相同比劃上出現(xiàn)的點(diǎn)痕作為檢驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)，作為一種定量化檢測(cè)手段在使用量化數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷時(shí)，應(yīng)避免機(jī)械比對(duì)，不能將數(shù)據(jù)上的細(xì)小差異就作為本質(zhì)差異加以利用。

1.岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005

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