高文昕王 凇

?

淺析視頻圖像穩(wěn)定重建

高文昕1王 凇2

1. 晉江市公安局刑偵大隊(duì) 2. 連云港市公安局刑事科學(xué)技術(shù)研究所

在影像檢驗(yàn)鑒定中，對(duì)視頻圖像的技術(shù)處理直接影響著檢驗(yàn)鑒定的結(jié)果。該文針對(duì)在視頻圖像技術(shù)處理過(guò)程中，如何進(jìn)行圖像的穩(wěn)定重建，結(jié)合實(shí)際案例，從關(guān)鍵幀的選取、直方圖增強(qiáng)、超分辨率重建三個(gè)角度論述了進(jìn)行圖像穩(wěn)定重建的技術(shù)方法。

關(guān)鍵幀 直方圖增強(qiáng) 穩(wěn)定重建 超分辨率重建

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，監(jiān)控視頻被廣泛使用，但是，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及視頻采集系統(tǒng)等方面的原因，很多案件中作為訴訟證據(jù)的視頻資料難以達(dá)到偵查、訴訟的要求，這使得視頻資料的后期檢驗(yàn)處理工作變得十分重要，而視頻資料的檢驗(yàn)、處理通常情況下是對(duì)視頻中運(yùn)動(dòng)的車輛、人像等目標(biāo)物的處理，對(duì)這些運(yùn)動(dòng)中目標(biāo)物的處理關(guān)鍵，就是如何對(duì)視頻圖像進(jìn)行穩(wěn)定重建。本文結(jié)合筆者實(shí)際工作中遇到的一些案例，對(duì)視頻圖像穩(wěn)定重建的技術(shù)方法進(jìn)行分析。

1 關(guān)鍵幀選取

筆者在受理的很多案件中發(fā)現(xiàn)，許多視頻的原始條件相對(duì)較好，圖像信息豐富，在圖像像素矩陣中觀察，色彩反差易于觀察。但放大圖片，目標(biāo)物就會(huì)變得難以辨讀，對(duì)于這種視頻的圖像穩(wěn)定處理，視頻內(nèi)關(guān)鍵幀的選取至關(guān)重要，因?yàn)?，從圖像本質(zhì)來(lái)看，圖像內(nèi)的像素信息量是足夠的，這從圖像像素矩陣圖中可以基本判斷出來(lái)，那么無(wú)論是運(yùn)動(dòng)模糊、散焦模糊，還是噪聲等，我們選取的各幀之間，應(yīng)該有一幀或者幾幀與最終目標(biāo)辨讀的需要是最為接近的，所以，最終處理過(guò)程中的基準(zhǔn)應(yīng)該是選取的這一幀或幾幀，另外，在圖像穩(wěn)定過(guò)程中，準(zhǔn)確選取關(guān)鍵幀對(duì)于圖像穩(wěn)定后的結(jié)果起著決定性的作用，因?yàn)閳D像穩(wěn)定本身就是圖像矢量的運(yùn)算，關(guān)鍵幀就是運(yùn)算的定量。由于圖像算法本質(zhì)是函數(shù)運(yùn)算，所以盡可能多、準(zhǔn)確的確定定量是最后取得滿意結(jié)果的“鑰匙”。選取關(guān)鍵幀首先要找到檢材中目標(biāo)信息最豐富（色彩、灰度等方面）、或者噪聲相對(duì)較低的幀，有時(shí)也要注意目標(biāo)物在視頻畫面中的位置，目標(biāo)物在畫面中組成像素?cái)?shù)量較多時(shí)也是選取關(guān)鍵幀的重要參考。

2015年，某市發(fā)生一起交通肇事逃逸案，事發(fā)時(shí)，嫌疑車輛經(jīng)過(guò)一路口，留下視頻證據(jù)（見(jiàn)圖1），但是對(duì)于車輛車牌無(wú)法辨讀（見(jiàn)圖2）。從檢材來(lái)看，這種視頻資料就是筆者前文論述的圖像信息豐富的視頻資料（像素矩陣見(jiàn)圖3），很多影像技術(shù)人員面對(duì)這種條件的檢材都很興奮，拿過(guò)來(lái)就處理，但因?yàn)閷?duì)關(guān)鍵幀的選擇不慎重，致使處理了半天效果也不理想。在處理這起檢材中，筆者只選擇10幀，但在這10幀中選擇關(guān)鍵幀，筆者用了整個(gè)檢驗(yàn)3/4的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。確定關(guān)鍵幀后，經(jīng)過(guò)圖像矢量運(yùn)算、穩(wěn)定處理后，得到“?GDX055”的檢驗(yàn)結(jié)果（如圖4），再根據(jù)車輛本身特點(diǎn)，結(jié)合檢材處理結(jié)果，該案很快告破。

圖1 ??

圖2 ??

圖3 ??

圖4 ??

2 直方圖增強(qiáng)

在工作中，我們經(jīng)常碰到一些視頻資料檢材由于本身速度快，而且像素低導(dǎo)致難以進(jìn)行圖像穩(wěn)定的情況。這主要是使用的視頻檢驗(yàn)軟件無(wú)法檢測(cè)識(shí)別到圖像內(nèi)目標(biāo)物的邊緣信息，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是分辨率過(guò)低、目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快。圖像分辨率的改善方面，我們一般使用三次方、最小方差等進(jìn)行計(jì)算，另外，在視頻處理過(guò)程中，一般也使用連續(xù)幀進(jìn)行圖像運(yùn)算的方法進(jìn)行改善，但在實(shí)戰(zhàn)中，上述方法對(duì)于以上兩種原因造成的無(wú)法對(duì)圖像目標(biāo)物邊緣檢測(cè)的改善十分有限，因此，我們需要另辟蹊徑。筆者認(rèn)為，對(duì)于圖像檢驗(yàn)軟件不好識(shí)別的目標(biāo)物，應(yīng)采用直方圖計(jì)算來(lái)增加目標(biāo)物邊緣的反差，以輔助圖像檢驗(yàn)軟件的識(shí)別。在檢驗(yàn)過(guò)程中，這種方法簡(jiǎn)便易操作，不需進(jìn)行大量的運(yùn)算，但是，對(duì)于直方圖的調(diào)整更依賴于日常工作的經(jīng)驗(yàn)，所以，技術(shù)人員在日常工作中要注意收集這方面的檢材，不斷總結(jié)直方圖運(yùn)算的方法，以求達(dá)到最佳檢驗(yàn)結(jié)果。

近期，筆者收檢一起案件，目標(biāo)物為一輛快速駛過(guò)監(jiān)控探頭的摩托車，由于速度較快，加之圖像本身信息較少（如圖 5），在對(duì)圖像進(jìn)行矢量運(yùn)算時(shí)，始終無(wú)法把圖像穩(wěn)定下來(lái)。為此，筆者采用更改直方圖的辦法把圖像的反差加強(qiáng)，在進(jìn)行直方圖改動(dòng)時(shí)，力求多次、微調(diào)的原則（如圖 6、圖7），以使對(duì)原始圖像的改動(dòng)最?。▓D8為原始圖像、圖9為直方圖運(yùn)算后圖像），最終將圖像（圖10）穩(wěn)定下來(lái)。

圖5 ??

圖6 ??

圖7 ??

圖8 ??

圖9 ??

圖10 ??

3 超分辨率重建

超分辨率重建技術(shù)是通過(guò)一系列低分辨率圖像來(lái)獲取高分辨率圖像的技術(shù)，其核心思路是用時(shí)間帶寬換取空間分辨率，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換。目前超分辨率技術(shù)研究方向有兩類，分別是“基于重建的超分辨率技術(shù)”和“基于學(xué)習(xí)的超分辨率技術(shù)”，前者通過(guò)“時(shí)間換空間”來(lái)獲得高分辨率圖像，后者通過(guò)事先預(yù)制圖像模型增加圖像分辨率。

2015年，某市發(fā)生一起刑事案件，嫌疑車輛經(jīng)過(guò)一座加油站，留下了視頻證據(jù)（如圖 11），根據(jù)該檢材的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為可以進(jìn)行正常矢量運(yùn)算、圖像穩(wěn)定重建的操作，也可以采用超分辨率重建的方法。在此主要介紹“識(shí)慧”軟件環(huán)境下的超分辨率重建。在“識(shí)慧”軟件環(huán)境下的超分辨率重建是運(yùn)用其平整圖像功能，新建兩個(gè)數(shù)據(jù)完全相同的電影文件，在新建出來(lái)的電影文件中進(jìn)行矢量運(yùn)算，要注意的是分步進(jìn)行，比如“平移”“縮放”等并留下處理圖層，然后在原始電影文件中疊加圖層進(jìn)行分步的圖像穩(wěn)定重建。實(shí)戰(zhàn)中筆者運(yùn)用上述方法得出檢驗(yàn)結(jié)果“？F07301”（如圖 12）。

圖11 ??

圖12 ??

4 討論和總結(jié)

在整個(gè)實(shí)戰(zhàn)過(guò)程中，技術(shù)人員對(duì)視頻圖像的處理關(guān)鍵問(wèn)題就是如何進(jìn)行多幀圖像的穩(wěn)定重建，一定要做到事先分析，做到心中有數(shù)，到底是分辨率的問(wèn)題，還是目標(biāo)物的運(yùn)動(dòng)速度問(wèn)題，或者是軟件邊緣檢測(cè)的問(wèn)題，亦或是綜合性的原因，而不是來(lái)一段視頻就按部就班地進(jìn)行處理，往往在實(shí)操階段無(wú)法穩(wěn)定重建多幀圖像，造成處理結(jié)果不理想。另外，在圖像處理過(guò)程中，技術(shù)人員一定要細(xì)心，這種細(xì)心一方面體現(xiàn)在處理工作中的各種參數(shù)組合，在邏輯關(guān)系正確的情況下盡量窮盡，另一方面體現(xiàn)在技術(shù)處理中對(duì)每一個(gè)步驟的準(zhǔn)確把握，對(duì)可有可無(wú)的操作，要針對(duì)視頻的實(shí)際情況進(jìn)行取舍。

[1] 公安部五局. 視頻偵查學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2012.