關(guān)于圖偵工作中如何避免人為多次損失圖像畫質(zhì)的思考

■高家明 駱宏 陳緒 王楷華

編者按：近年來，伴隨公安部“金盾工程”的組織實施，公安信息化建設(shè)在全國范圍火熱開展，圖偵技術(shù)廣泛應(yīng)用于偵查實踐，其在打擊犯罪領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用得到普遍認可和關(guān)注。本文作者長期從事圖偵工作，從技術(shù)應(yīng)用角度介紹了影響視頻圖像質(zhì)量的因素，并結(jié)合工作介紹了減少畫質(zhì)損失的方法。

在圖像偵查的實際工作中，我們下載/提取的視頻圖像畫質(zhì)有的不高，經(jīng)常出現(xiàn)無法清晰辨認圖像中的人、車牌或無法看清視頻錄下的事件過程。其實，畫面質(zhì)量不佳的原因很多，作為圖偵工作者來說，不管視頻系統(tǒng)的工程和設(shè)備質(zhì)量如何，在圖像獲取、轉(zhuǎn)換和處理的圖像增強環(huán)節(jié)上，自己不能再次人為造成視頻圖像質(zhì)量的下降和畫質(zhì)損失。圖1給出了圖偵工作中圖像增強環(huán)節(jié)工作流程。

圖1：圖像增強環(huán)節(jié)的工作流程圖

筆者經(jīng)過一段時間的摸索和研究，總結(jié)出在圖偵工作中需要把握和解決以下幾個問題：

一、增強處理圖像之前要認清視頻圖像模糊產(chǎn)生的緣由

影響監(jiān)控圖像畫質(zhì)的技術(shù)因素有很多，本文主要從圖偵應(yīng)用的角度加以分析和研究。

1、質(zhì)量標準不一：由于經(jīng)濟發(fā)展不平衡，各單位、部門所安裝的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能、技術(shù)標準不統(tǒng)一，國家的相關(guān)規(guī)定也不是很健全，導(dǎo)致上述單位、部門所應(yīng)用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也存在著較大的質(zhì)量差異。

2、視頻用途不一：建設(shè)單位及主管人員對監(jiān)控視頻的需求和使用目的不一致，導(dǎo)致了畫面質(zhì)量因側(cè)重點不同而參差不齊。因此，在使用監(jiān)控視頻圖像作為證據(jù)或線索時也就出現(xiàn)了一系列的問題。

3、視頻圖像壓縮/傳輸/存儲/解壓縮的質(zhì)量不一：雖然目前的監(jiān)控技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備在我國已得到普及應(yīng)用，但是，由于各生產(chǎn)廠商為了壓縮存儲空間、降低成本而不斷提高壓縮比例。模擬的視頻圖像信號輸入到轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)壓縮、傳輸、存儲、再經(jīng)解壓縮的幾個環(huán)節(jié)上，圖像質(zhì)量已經(jīng)或多或少受到影響，圖像的清晰度、灰度、色彩還原、實時性能都會不同程度地衰減。

4、視頻采集受到外界環(huán)境和設(shè)備內(nèi)在噪聲的影響：影響圖像清晰程度的因素很多，例如室外光照度不夠均勻就會造成視頻圖像灰度過于集中；由CCD（攝像頭）獲得的圖像經(jīng)過A/D（數(shù)/模轉(zhuǎn)換，該功能在圖像系統(tǒng)中由數(shù)字采集卡來實現(xiàn)）轉(zhuǎn)換、線路傳送都會產(chǎn)生噪聲污染等等。因此圖像質(zhì)量不可避免的降低了，輕者表現(xiàn)為圖像不干凈，難于看清細節(jié)；重者表現(xiàn)為圖像模糊不清，連概貌也看不出來。

4、人為造成視頻圖像質(zhì)量的二次損失：很多廠商為了商業(yè)目的而人為造成各自的視頻圖像需要使用獨家的瀏覽器才可以播放，而圖偵工作中使用的所有圖像處理軟件尚沒有條件完全兼容市場上所有的視頻格式，這就造成下載/提取的視頻在后期處理上需要轉(zhuǎn)換格式或者直接采取錄屏下載模式，而轉(zhuǎn)換格式或者錄屏下載本身就是一個損失的過程。

二、選擇正確的下載方法和視頻轉(zhuǎn)換格式

圖像格式是影響畫質(zhì)的根本原因。因受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲成本的影響，所有設(shè)備廠商生產(chǎn)的視頻監(jiān)控設(shè)備都會采取視頻壓縮編碼技術(shù)，雖然可以保證大多數(shù)用戶的應(yīng)用需求，但是對于偵查辦案者來說，絕大多數(shù)的視頻畫面質(zhì)量遠遠不能滿足要求。因此，圖偵工作的第一關(guān)就是要最大限度地避免監(jiān)控圖像資源質(zhì)量受到二次損失，也就是在拷貝、下載或者提取等環(huán)節(jié)盡量減少損失。在實際工作中，圖偵人員要掌握以下幾個方面的常識和技術(shù)以減少此環(huán)節(jié)的畫質(zhì)損失：

1、熟悉圖像資源的種類

視頻圖像資源大致分為三類：一是本市技防網(wǎng)系統(tǒng)圖像資源，二是各單位基于DVR存儲的視頻系統(tǒng)圖像資源，三是各類較為落后的基于計算機+板卡的監(jiān)控系統(tǒng)硬盤存儲的圖像資源。

2、掌握最實用的下載方法

第一類屬于城域網(wǎng)型系統(tǒng)，可以很方便的采取網(wǎng)內(nèi)客戶端按照IP地址進行下載的方法獲取視頻資料；第二類系統(tǒng)經(jīng)過測試，采用IE瀏覽器下載方式更為快捷和可靠（品牌不同，其網(wǎng)關(guān)IP地址等相關(guān)參數(shù)不盡相同，見表1）；第三類由于沒有RJ45接口，只能采用硬盤對拷或者錄屏的方法解決。

表1：部分國內(nèi)常見DVR設(shè)備下載參數(shù)一覽表

3、轉(zhuǎn)換視頻圖像格式是圖像增強的重要環(huán)節(jié)

經(jīng)過我們實際工作中摸索的經(jīng)驗，表1內(nèi)的設(shè)備存儲的格式基本都被各種軟件所兼容。如果遇見與各種軟件系統(tǒng)不兼容的視頻格式，一般使用fomatfactory、貍窩或者萬能格式轉(zhuǎn)換器基本也可進行轉(zhuǎn)換。不管是用什么軟件進行轉(zhuǎn)換，都必須采用基于H.264的AVI格式封裝的視頻文件。至于上述軟件均不兼容的格式，要么向設(shè)備商索要轉(zhuǎn)換工具，要么只好使用錄屏的方式，錄制時盡量使用專業(yè)的采集設(shè)備，即使這樣，錄制的視頻畫質(zhì)也不好。

三、了解圖像增強技術(shù)的幾個關(guān)鍵參數(shù)及其內(nèi)在聯(lián)系

圖偵工作中，視頻圖像截取后的圖像處理是一項很重要的工作，圖像處理中的增強環(huán)節(jié)更是圖偵工作人員必須掌握的基本功。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字攝像機等設(shè)備經(jīng)過采樣和數(shù)字化得到的一個大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值為一整數(shù)，稱為灰度值。圖像處理主要內(nèi)容包括圖像壓縮、增強和復(fù)原以及匹配、描述和識別三個部分。

1、圖像增強的內(nèi)容

圖像增強的內(nèi)容則包括亮度、色度、飽和度的調(diào)節(jié)和使用直方圖或者曲線調(diào)整色階以及圖像的銳化、降噪、無損放大等處理。

2、圖像增鮮要處理的參數(shù)

盡管人眼的鑒別力很高，可以識別上千種顏色，但很多情況下，圖像對于人眼來說是模糊的甚至是不可見的，通過圖象增強技術(shù)，可以使模糊甚至不可見的圖像變得清晰明亮。對圖像質(zhì)量進行改善也成圖像增強。圖像增強不考慮圖像質(zhì)量下降的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇地進行強化，而弱化不需要的特征，此項工作的目的就是提高圖像的可懂度及提高觀者的有益信息量。在實際應(yīng)用中，我們主要利用各種圖像處理軟件進行圖像參數(shù)的調(diào)整，最大限度地獲得他有用信息。圖像增強要處理的參數(shù)主要包括：色階、曲線、色彩、亮度、對比度、飽和度等。這些參數(shù)我們可以使用市場上多見的光影魔術(shù)手、photoshop等軟件就可以輕松處理。

3、靈活運用軟件處理圖像色階參數(shù)，避免像素損失

雖然市場上有很多的軟件可以對圖像的參數(shù)進行調(diào)整，但是處理后的結(jié)果因人而異。究其原因，還是沒有找準圖像參數(shù)缺失的原因。一旦正確找到原因后就可以輕松利用軟件工具進行增強處理，還原圖像的本來面目。經(jīng)過一段時間的摸索，用色階來調(diào)節(jié)明度，圖像的對比度、飽和度損失較小，很直觀地減少像素的損失而盡量保留原始色彩細節(jié)，而直接調(diào)節(jié)亮度和對比度對圖像質(zhì)量較為嚴重，像素丟失嚴重。調(diào)整色階的方法我們總結(jié)為“圖像增強色階調(diào)整工作法”。

四、案件實例說明調(diào)整色階的實際效果

1、色階的內(nèi)涵及表現(xiàn)形式

色階從左至右依次有灰度、平衡和高光三個滑塊，可以很直觀地利用色階直方圖就可以對圖像局部的陰影、中間調(diào)和高光進行調(diào)節(jié)，從而挽救一些過曝或者欠曝的圖像細節(jié)。

2、最簡單的軟件可以輕松獲得增強的效果

下面是針對兩起案件采用最普通的光影魔術(shù)手軟件做的的圖像增強調(diào)整案例。（如圖2所示）

圖2：視頻截圖 對應(yīng)的色階直方圖

圖中看到，直方圖右側(cè)的高光部分基本沒有。如果單純調(diào)整亮度的效果如圖3所示，圖像整體像素缺失嚴重，細節(jié)丟失。

圖3：單純提高亮度的效果 對應(yīng)的色階直方圖

那么采用“圖像增強色階調(diào)整工作法”，即將色階滑塊的高光滑塊向黑色方向滑動（效果如圖4所示）。

圖4：色階調(diào)整最終效果 操作示例

“圖像增強色階調(diào)整工作法”適用于曝光不足而像素不多的場景。像素不多造成的是亮度、飽和度和色調(diào)都有損失，至于像素充裕（即飽和度很好）的曝光不足情況，單一采用亮度增大也是可行的辦法。

利用上述方法處理過的一起卡口抓拍無牌圖像，原圖和直方圖見圖5所示：

圖5：視頻截圖 色階直方圖

3、一個基本“無望”的案件信息的獲取實例

根據(jù)卡口抓拍數(shù)據(jù)庫的調(diào)取信息發(fā)現(xiàn)，圖像中車輛信息基本無法辨識，且為無號牌的卡口抓拍信息。在研究系圖像的像素等參數(shù)后，采取色階調(diào)整的方法上，使用光影魔術(shù)手的色階調(diào)整命令和銳化后得到了圖6所示的局部效果。

圖6：色階調(diào)整 車標局部 陜汽車標

經(jīng)過比對，可以基本確定是陜汽公司生產(chǎn)的貨車，為案件偵破提供了一個信息。

圖偵工作的圖像增強環(huán)節(jié)中還有很多的圖像參數(shù)調(diào)整技巧，如果是用專業(yè)的如photoshop軟件，處理效果會更佳，因篇幅有限，在這里就不一一贅述?？傊J清圖像質(zhì)量損失的原因而有的放矢地選擇工作方法是避免人為畫質(zhì)損失的基礎(chǔ)和提高圖偵技術(shù)效能的關(guān)鍵所在。