信息融合拍攝技術(shù)研究

郝新華

(廣東警官學院刑事技術(shù)系，廣東廣州 510440)

信息融合拍攝技術(shù)研究

郝新華

(廣東警官學院刑事技術(shù)系，廣東廣州 510440)

信息融合拍攝技術(shù)是利用同一被拍對象的數(shù)幅照片中影像信息在時空上的相關(guān)性和信息上的互補性，將其中有用的影像信息進行融合并形成一幅新照片的一種技術(shù)方法。該技術(shù)方法可以獲得對被拍對象進行更加全面、詳細描述的影像。在對信息融合拍攝技術(shù)的概念和理論依據(jù)進行闡述的同時，著重討論其技術(shù)方法和應(yīng)用領(lǐng)域，并對其局限性和發(fā)展前景進行探討。

信息采集;信息融合;圖像處理;物證屬性

數(shù)碼拍攝技術(shù)的普及以及各種圖像處理軟件的開發(fā)，為信息融合拍攝技術(shù)提供了必要的硬件和軟件支持。近年來，刑事攝影領(lǐng)域已經(jīng)在不知不覺中運用信息融合拍攝技術(shù)來解決現(xiàn)場拍攝和物證拍攝中的一些疑難問題，但對信息融合拍攝技術(shù)相關(guān)問題尚缺乏系統(tǒng)研究。筆者從2008年開始對這一領(lǐng)域進行嘗試研究，分別在相關(guān)刊物發(fā)表了《信息融合法在拍攝強反光客體指印研究》等研究論文，并提出信息融合拍攝技術(shù)這一概念，拋磚引玉，希望借此推動同行對這一領(lǐng)域的研究。

一、信息融合拍攝技術(shù)的概念

信息融合(informationfusion)起初被稱為數(shù)據(jù)融合(datafusion)，起源于1973年美國國防部資助開發(fā)的聲吶信號處理系統(tǒng)，其概念在20世紀70年代就出現(xiàn)在一些文獻中。在20世紀90年代，隨著信息技術(shù)的廣泛發(fā)展，具有更廣義化概念的“信息融合”被提了出來［1］。筆者將“信息融合拍攝技術(shù)”這一概念引入刑事攝影領(lǐng)域，目的在于探討在刑事現(xiàn)場拍攝和物證拍攝中，如何有效利用各種有效信息并進行融合，來解決刑事攝影實際工作中遇到的困難，為更好地發(fā)現(xiàn)、提取、固定、記錄現(xiàn)場或痕跡物證提供科學的方法。信息融合拍攝技術(shù)是利用同一被拍對象的數(shù)幅照片中影像信息在時空上的相關(guān)性和信息上的互補性，將其中有用的影像信息進行融合，形成能對被拍對象進行更加全面、詳細描述的一幅新照片的一種技術(shù)方法。

二、信息融合拍攝技術(shù)的理論依據(jù)

運用信息融合拍攝技術(shù)，可以克服拍攝過程中因拍攝設(shè)備性能的局限性、拍攝條件的限制等不利因素對實際拍攝效果的影響，獲得良好的影像效果?？赡軙腥速|(zhì)疑此方法在信息融合過程中是否會產(chǎn)生新的信息，改變拍攝對象的真實性，從而降低影像的證據(jù)價值。筆者認為這取決于信息采集和信息融合過程中是否嚴格按照相關(guān)技術(shù)方法進行操作。信息采集的過程應(yīng)保證拍攝的原始照片中相關(guān)影像信息具有時空上的相關(guān)性和信息上的互補性;信息融合過程應(yīng)確保僅對原始照片中存在的相關(guān)影像信息進行融合。信息采集是前提，它決定了采集的信息能否進行融合及融合效果如何;信息融合是升華，它決定了新照片能否克服原始照片中的信息缺失，獲得充足和完美的影像信息。

只有嚴格按照相關(guān)拍攝要求進行信息采集和信息融合，才能保證影像的證據(jù)價值。也就是說，信息融合拍攝技術(shù)本身并不會產(chǎn)生新的信息，利用信息融合拍攝技術(shù)克服數(shù)幅照片拍攝過程中因拍攝設(shè)備性能的局限性、拍攝條件的限制等因素對影像產(chǎn)生的不利影響，只是把數(shù)幅照片中對反映被拍對象有用的信息進行融合，取長補短。因此，信息融合拍攝技術(shù)并沒有改變拍攝對象的真實性，不存在人為改變其證據(jù)屬性的問題。

三、信息融合拍攝技術(shù)的技術(shù)方法

信息融合拍攝技術(shù)研究的范圍很廣，可以涉及刑事攝影領(lǐng)域的很多方面，在刑事攝影領(lǐng)域早已經(jīng)在實際應(yīng)用，譬如現(xiàn)場攝影中的回轉(zhuǎn)連續(xù)拍攝法和光譜成像檢驗攝影系統(tǒng)等技術(shù)方法實際上就是利用信息融合拍攝技術(shù)的經(jīng)典案例。筆者認為，目前信息融合拍攝技術(shù)研究的范圍至少可以涵蓋曝光量信息融合、拍攝區(qū)域信息融合、光照效果信息融合和圖像超分辨率等幾個方面。

(一)曝光量信息融合

根據(jù)實際融合形式的不同，曝光量信息融合又可以分為曝光量疊加型和曝光量互補型兩種。

1．曝光量疊加型。曝光量疊加型是利用多次曝光，疊加、累積被拍物體的曝光量，以解決被拍物體由于反射或發(fā)出的光線比較微弱而無法獲得足夠曝光量的問題。全波段CCD物證照相系統(tǒng)的技術(shù)原理就是采用積分曝光模式來進行圖像疊加完成長時間曝光的［2］。當然，此裝置還采用了內(nèi)制冷裝置來解決影像噪點問題，進一步提高影像質(zhì)量。

2．曝光量互補型。曝光量互補型是在其他拍攝條件完全一致的基礎(chǔ)上，使用相關(guān)軟件將多張不同曝光量的源文件進行影像融合，最終得到一幅同時兼顧高光和暗部細節(jié)層次的照片，即HDR技術(shù)［3］。該方法可以有效解決拍攝范圍內(nèi)景物亮度范圍超出照相機感光體能夠記錄的動態(tài)范圍問題，獲得被拍景物從最亮區(qū)域到最暗區(qū)域更多的細節(jié)。筆者對HDR技術(shù)在現(xiàn)場攝影中應(yīng)用的拍攝技術(shù)要求、影像融合技術(shù)方法和實際運用等方面進行了初步研究，認為其能夠使現(xiàn)場照片和部分物證獲得比通常的數(shù)字成像技術(shù)或攝影方法更大的動態(tài)范圍，從而更好地再現(xiàn)高光或陰影部分的細節(jié)，獲得更多的影像信息［4］。

(二)拍攝區(qū)域信息融合

拍攝區(qū)域融合是指利用多張照片的信息融合成一幅反映更大拍攝范圍的照片。該方法主要解決因拍攝地點的局限或鏡頭視場的限制而無法獲得拍攝現(xiàn)場的全景照片的問題［5］。拍攝區(qū)域融合實際上就是全景攝影或回轉(zhuǎn)連續(xù)拍攝法。目前，可以制作數(shù)碼影像全景照片的相關(guān)軟件有很多，譬如PhotoshopCS、UleadCool360、PixMaker、autostitch、Photo-Stitch、PanoramaMaker、MGIPhotovista 和 PTGui等。上述軟件各有所長，在實際融合時各有利弊。在刑事現(xiàn)場攝影中，進行現(xiàn)場方位和現(xiàn)場概貌攝影常常需要運用該方法來進行區(qū)域融合，以獲得較大拍攝范圍的全景照片。

(三)光照效果信息融合

根據(jù)實際融合形式的不同，光照效果融合又可以分為不同光源波長信息融合型和不同光源位置信息融合型兩種。

1．不同光源波長信息融合型。不同光源波長信息融合型是利用被拍物體多個波長的反射光或熒光影像進行融合。譬如光譜成像檢驗攝影系統(tǒng)就是通過成像光譜儀，記錄被拍物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影集，再通過專用的計算機軟件程序?qū)⒐庾V影像集包含的光譜亮度分布信息轉(zhuǎn)化成反映物質(zhì)亮度分布的影像或反映物質(zhì)光譜性質(zhì)的曲線和數(shù)據(jù)，用于物證形態(tài)特征檢驗或物質(zhì)化學成分鑒別［6］。

2．不同光源位置信息融合型。不同光源位置信息融合型是指改變光源的光照位置，利用同一被拍物體在數(shù)幅照片中的影像特征在時空上的相關(guān)性和信息上的互補性，將數(shù)幅照片中影像特征有用的信息進行融合，獲得一幅全面反映被拍痕跡物證細節(jié)特征的照片，以對被拍痕跡物證進行更加全面、詳細的描述［7］。運用該方法拍攝強反光客體表面的痕跡時，它可以有效解決強反光客體表面的反射光斑對物證細節(jié)特征的影響。

(四)圖像超分辨率

圖像超分辨率是指利用多幅低分辨率圖像，運用相應(yīng)的算法來獲得一幅清晰的高分辨率圖像［8］。通過一系列低分辨率的圖像來得到一幅高分辨率的圖像過程就是超分辨率重建。超分辨率重建的核心思想就是用時間帶寬(獲取同一場景的多幀圖像序列)換取空間分辨率，實現(xiàn)時間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換。目前視頻圖像處理中該技術(shù)方法的運用比較普遍，可以有效解決視頻圖像處理中因運動模糊、低照度、低像素等原因影響影像細節(jié)特征表現(xiàn)的問題。

四、信息融合拍攝技術(shù)的局限性和前景展望

信息融合拍攝技術(shù)在公安工作的運用主要受相關(guān)軟件和儀器設(shè)備的限制。目前進行融合的主要方法多利用常用軟件的某些功能，很少有專門為解決某些具體問題而研究開發(fā)的專用軟件，即使有部分軟件和儀器設(shè)備是專門開發(fā)的，其價格亦非常昂貴，影響其技術(shù)推廣，也勢必會制約該技術(shù)方法的進一步研究與實際應(yīng)用。另外，信息融合拍攝技術(shù)相關(guān)研究工作還處于探索階段，還需更多人在更多的領(lǐng)域開展更多研究才能使其成為刑事技術(shù)的常規(guī)手段。

信息融合拍攝技術(shù)既適用于對靜態(tài)圖片影像信息進行融合，也同樣適用于對動態(tài)視頻影像信息進行融合。特別是“天網(wǎng)工程”日臻完善的今天，對監(jiān)控視頻中的動態(tài)視頻影像信息進行融合應(yīng)用具有更加廣闊的前景，也具有更大的挑戰(zhàn)性。信息融合拍攝技術(shù)在動態(tài)視頻影像信息融合應(yīng)用方面的研究將會成為新的研究熱點。

［1］王潤生．信息融合［M］:北京:科學出版社，2007．

［2］郝新華．紫外線照相數(shù)碼化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．警察技術(shù)，2005，(6)．

［3］FerrellMcCollough．HDRI數(shù)字影像技術(shù)［M］:馬天穎，譯．北京:人民郵電出版社，2009．

［4］郝新華．HDR技術(shù)在現(xiàn)場攝影中的運用［J］．政法學刊，2011，(6)．

［5］郝新華．PTGui軟件在刑事現(xiàn)場攝影中的應(yīng)用研究［J］．廣東公安科技，2008，(4)．

［6］王桂強．光譜成像檢驗技術(shù)［J］．刑事技術(shù)，2004，(1)．

［7］郝新華．信息融合法拍攝強反光客體表面潛在指印［J］．警察技術(shù)，2009，(6)．

［8］浦劍等．超分辨率算法研究綜述［J］．山東大學學報(工學版)，2009，(1)．

責任編輯:賈永生

D918．2

A

1009－3192(2012)03－0065－02

2012－02－27

郝新華，男，廣東警官學院刑事技術(shù)系副主任，教授，法學碩士，從事刑事影像學教學與研究。