運(yùn)用數(shù)碼圖像處理技術(shù)提高影像檢驗(yàn)質(zhì)量

方 剛，張 春

（成都鐵路公安處 刑事技術(shù)支隊(duì)，四川 成都610081）

一、數(shù)碼圖像的種類

數(shù)碼圖像分類較多，我們通常按日常工作標(biāo)準(zhǔn)，將其分為數(shù)碼視頻影像和數(shù)碼照片。

（一）數(shù)碼視頻影像

數(shù)碼視頻影像格式很多，按編碼方式不同可分為MPG－1、MPG－2、MPG－4等多種格式。MPG－1、MPG－2格式出現(xiàn)較早，因編碼方式落后，占用碼率高，效率低下，圖像質(zhì)量較差，目前已逐步被淘汰。MPG－4格式視頻編碼占用碼率較低，雖然視頻文件壓縮率高，但視頻編碼優(yōu)化好，技術(shù)先進(jìn)，同等碼率下具有較優(yōu)圖像質(zhì)量，非常適合存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)傳輸，目前為主流數(shù)碼視頻格式。

（二）數(shù)碼照片

數(shù)碼照片實(shí)際上是一種電子文件，其格式也非常多，包括無(wú)壓縮的RAW格式和壓縮的TIFF格式、JPEG格式、BMP格式等。JPEG格式壓縮適中，文件較小，畫(huà)質(zhì)較好，兼容性強(qiáng)，非常適合電腦存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸，是當(dāng)前比較常用的數(shù)碼照片記錄格式。數(shù)碼照片中的每一個(gè)像素由RGB三原色混合而成，圖形信號(hào)（灰度）和彩色信號(hào)全數(shù)字化記錄，并且可以分別調(diào)整。因此，在后期可以對(duì)照片的色階（灰度）等參數(shù)再次量化修正，可以改變某一色域的亮度分布，從而達(dá)到增強(qiáng)圖像顯示的作用。

二、模糊數(shù)碼圖像的形成原因

模糊數(shù)碼圖像包括模糊數(shù)碼照片和模糊數(shù)碼視頻影像。

（一）模糊數(shù)碼照片的形成原因

1.曝光不準(zhǔn)確。拍照時(shí)，曝光量不準(zhǔn)確造成照片細(xì)節(jié)不夠，缺乏層次，從高光到暗部的圖像細(xì)節(jié)沒(méi)有正確記錄還原，特別是局部關(guān)鍵細(xì)節(jié)被掩蓋，影響照片質(zhì)量。

2.調(diào)焦不實(shí)。拍攝時(shí)，焦點(diǎn)沒(méi)有落到主體上，或者景深設(shè)置過(guò)淺，主體沒(méi)有處在清晰范圍內(nèi)，造成照片模糊。另外，主體與背景顏色相似，數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方式找不到焦點(diǎn)也會(huì)使圖像模糊。

7例患者均先行CT定位囊內(nèi)引流：健側(cè)臥位，CT掃描后確定穿刺部位及插管深度，利多卡因局部浸潤(rùn)麻醉生效，穿刺針經(jīng)皮膚逐步進(jìn)入膿腔，回抽出膿液后放置引導(dǎo)鋼絲，退針，擴(kuò)皮，置入豬尾導(dǎo)管引流，再次CT掃描確認(rèn)導(dǎo)管位置后固定。插管引流后選擇敏感抗生素治療及加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)支持治療。引流1～3月后行胸腔鏡肺楔形切除術(shù)，7例均在雙腔氣管插管全麻下完成。

3.運(yùn)動(dòng)模糊。拍攝運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，快門速度設(shè)置過(guò)低，當(dāng)?shù)陀谶\(yùn)動(dòng)速度時(shí)，難以捕捉瞬間影像，出現(xiàn)虛影。

4.手持拍攝時(shí)顫抖。當(dāng)環(huán)境光線較暗時(shí)，快門曝光時(shí)間將延長(zhǎng)，以增加曝光量。通常，當(dāng)快門速度低于1／30秒時(shí)，手發(fā)生抖動(dòng)會(huì)造成拍攝影像與最初位置發(fā)生變化，形成模糊圖像。

5.拍攝距離。每一只鏡頭由于焦距等參數(shù)不同，都有一個(gè)最近拍攝距離，若小于該距離，不能合焦成像。

6.數(shù)碼照片放大后影像模糊。很多廣角拍攝的數(shù)碼照片（包括視頻截圖生成的數(shù)碼照片），由于景別太大，主體（檢驗(yàn)對(duì)象）太小，其占有的像素相應(yīng)很少，一旦放大，由于影像原始像素不會(huì)增加，照片的分辨率dpi就會(huì)急劇下降，圖像模糊不清。

（二）模糊數(shù)碼視頻影像的形成原因

1.高壓縮。視頻影像正常播放幀數(shù)應(yīng)該在50幀左右，國(guó)際廣播電視標(biāo)準(zhǔn)PAL制式為50幀，NTSC制式為60幀。但是現(xiàn)在很多數(shù)碼視頻監(jiān)控錄像，為了節(jié)約帶寬和存儲(chǔ)空間，采用高壓縮編碼，使影像播放幀數(shù)只有10余幀甚至更低，加上低像素視頻拍攝，結(jié)果影像模糊不清，有時(shí)出現(xiàn)影像拖拉不連續(xù)的情況。由于視頻播放的原理是奇偶場(chǎng)交替連續(xù)播放才能構(gòu)成一幅完整的畫(huà)面，截圖后一幀畫(huà)面實(shí)際像素只有影像畫(huà)面的一半，因此截圖生成的照片畫(huà)質(zhì)更低。

2.廣角拍攝。視頻監(jiān)控錄像為了全面再現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，提高鏡頭的覆蓋范圍，往往采用加大鏡頭視場(chǎng)角的方式拍攝。這樣一來(lái)，形成廣角畫(huà)面，背景空間被放大，人物或其他主體卻很小，而人物主體往往正是監(jiān)控的重點(diǎn)，需要觀看細(xì)節(jié)。由于矩陣畫(huà)面原始總像素是恒定不變的，當(dāng)占有很少像素的人物主體稍作放大觀察時(shí)，畫(huà)面就非常容易劣化，形成模糊視頻圖像。另外，目前視頻監(jiān)控設(shè)備普遍存在檔次不高、機(jī)頭質(zhì)量較差的特點(diǎn)，拍攝質(zhì)量往往不盡如人意，若在夜晚弱光拍攝，畫(huà)質(zhì)更差。

3.機(jī)頭固定的位置不當(dāng)。由于多種原因，機(jī)頭定位不是只考慮治安因素，還要兼顧其他情況，加上現(xiàn)場(chǎng)情況特殊復(fù)雜，拍攝質(zhì)量往往不盡如人意。比如街邊的銀行柜員機(jī)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，面對(duì)明亮空曠的天空，拍攝取款人時(shí)容易出現(xiàn)逆光拍攝，造成人像曝光不足，面目不清，難以辨認(rèn)。另外，機(jī)頭位置太偏造成拍攝的重要人物主體在畫(huà)面中太偏、太小，甚至只拍攝到其側(cè)面、背面，沒(méi)有捕捉到重要人物主體的主要細(xì)節(jié)特征。

三、模糊數(shù)碼圖像處理技術(shù)

模糊數(shù)碼圖像處理技術(shù)包括兩種：重建視場(chǎng)處理技術(shù)和圖像增強(qiáng)顯示技術(shù)。

（一）重建視場(chǎng)技術(shù)

數(shù)碼視頻影像幀數(shù)太低，畫(huà)面不連續(xù)，畫(huà)質(zhì)低下，可以采用增加視場(chǎng)的方法，增加視頻影像幀數(shù)。具體方法是在相鄰兩幀畫(huà)面插入新的畫(huà)面，該畫(huà)面的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)前后兩幀畫(huà)面數(shù)據(jù)比較計(jì)算出來(lái)的。這就相當(dāng)于增加了縱向時(shí)間軸，幀數(shù)提高了，畫(huà)面播放流暢清晰。

（二）圖像增強(qiáng)顯示技術(shù)

圖像增強(qiáng)顯示技術(shù)是通過(guò)光電顯示技術(shù)及微電子技術(shù)，對(duì)光學(xué)影像進(jìn)行數(shù)字調(diào)整。它是通過(guò)改變色域、調(diào)整彩色分量、增加像素及動(dòng)態(tài)對(duì)比達(dá)到提高低質(zhì)量圖像細(xì)節(jié)表現(xiàn)力的較好方法。北京多維視同科技公司開(kāi)發(fā)的警視通影像分析系統(tǒng)也采用了上述方法處理模糊視頻影像和數(shù)碼照片。

四、工作實(shí)例

2013年9月6日，旅客葉某在某市火車站進(jìn)站時(shí)財(cái)物被竊。當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)受理該案后，迅速提取了現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控錄像資料，通過(guò)偵查獲取了犯罪嫌疑人李某的照片，并將現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控錄像資料及犯罪嫌疑人李某的數(shù)碼照片送檢，要求在視頻中查找犯罪嫌疑人的人像并與李某本人照片進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)李某當(dāng)時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)。接受該案后，筆者迅速開(kāi)展影像檢驗(yàn)工作。該視頻監(jiān)控錄像由于是在白天室外拍攝，加上碼率較高，因此圖像較為清晰，直接選中圖像截圖，生成一張名為capture00的JPEG格式數(shù)碼照片。

（一）在photoshop cs軟件上處理該照片

第一，放大照片，同時(shí)將照片文件的像素由72dpi增至400dpi，增加像素點(diǎn)，使圖像局部放大后不易模糊。

第二，調(diào)整色階，選取犯罪嫌疑人面部像素為色階控制點(diǎn)，通過(guò)拉曲線，提高面部色域的細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，使嫌疑人面部細(xì)節(jié)更加豐富，圖像層次清楚。

第三，調(diào)整對(duì)比度，提高圖像的動(dòng)態(tài)范圍，更好地反映出暗部層次和高光細(xì)節(jié)。

第四，采用Bicubil（雙立方）方式插補(bǔ)中間色像素，增加圖像邊緣像素點(diǎn)，同時(shí)提高色彩平滑度及銳度［1］。

第五，截圖照片處理后經(jīng)裁切命名為處理后人像檢材。

（二）將處理后人像檢材照片與犯罪嫌疑人李某的人像照片IMG＿5006進(jìn)行比對(duì)

第一，檢材人像的頭發(fā)從左向右梳理，發(fā)型呈三七開(kāi)，與IMG＿5006嫌疑人樣本人像相似。

第二，檢材人像顴骨較突出，顴骨以下面部?jī)?nèi)凹明顯，與IMG＿5006嫌疑人樣本人相似。

第三，檢材人像眼睛內(nèi)凹，面部瘦削，與IMG—5006嫌疑人樣本人像相似。

（三）檢驗(yàn)結(jié)論

送檢視頻經(jīng)截圖處理生成了較為清晰的檢材照片，處理后檢材人像與IMG＿5006樣本人像相貌相似。該案相貌相似的結(jié)論系種屬認(rèn)定，為偵查部門提供了偵查方向。偵查部門后來(lái)又獲取了大量證據(jù)，查清、證實(shí)了李某的犯罪事實(shí)。因此，該檢驗(yàn)結(jié)論為破獲該案提供了證據(jù)，發(fā)揮了重要作用。

在視頻檢驗(yàn)中，如果出現(xiàn)檢材與樣本圖像有明顯差異則可以作為否定的依據(jù)。

五、討論

（一）圖像增強(qiáng)顯示技術(shù)主要用于圖像質(zhì)量較差的數(shù)碼照片處理。低質(zhì)量照片由于掩蓋歪曲了許多真實(shí)信息，最終形成模糊圖像，我們可以根據(jù)其形成原因進(jìn)行針對(duì)性處理。

1.照片放大時(shí)，用Bicubil（雙立方）方式插補(bǔ)中間色像素，增加像素點(diǎn)，使圖像平滑自然，不發(fā)虛，但是照片的原始細(xì)節(jié)是沒(méi)有增加的，只是使所有圖像細(xì)節(jié)更加完整全面地顯示出來(lái)。

2.局部顏色太深或太淺，中間過(guò)渡色被扭曲，可以調(diào)整色階，使該色域的圖像細(xì)節(jié)顯示出來(lái)，屬于修正信息。

3.圖像對(duì)比度太低，較灰暗，黑白兩端細(xì)節(jié)表現(xiàn)差，可以提高對(duì)比度，加大動(dòng)態(tài)范圍，提升高光和暗部細(xì)節(jié)，顯示隱藏的信息。

4.運(yùn)動(dòng)模糊、調(diào)焦不實(shí)、手抖等造成的模糊圖像，采用圖像增強(qiáng)顯示技術(shù)不能很好顯示，必須運(yùn)用其他專業(yè)軟件處理［2］。（二）重建視場(chǎng)處理技術(shù)是針對(duì)低質(zhì)量視頻圖像的處理，它雖可以提高畫(huà)面的密度，改善圖像播放質(zhì)量，但在圖像處理上仍有一定的限度，只能相對(duì)優(yōu)化圖像，不能無(wú)限提高畫(huà)質(zhì)，一切處理都是建立在原始圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的。如果檢材圖像前期拍攝較模糊，后期高壓縮低碼率存儲(chǔ)，細(xì)節(jié)損失較多，則采用重建視場(chǎng)處理技術(shù)后，圖像畫(huà)質(zhì)提升不明顯，但它是客觀真實(shí)的，調(diào)整處理過(guò)程中沒(méi)有改變檢材圖像的原始客觀性，處理后圖像符合法律對(duì)證據(jù)的相關(guān)規(guī)定。

［1］應(yīng)勤.Photoshop入門與提高［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000：59.

［2］張東海.彩色增強(qiáng)技術(shù)在物證檢驗(yàn)攝影中的應(yīng)用［J］.刑事技術(shù)，2011.（4）.