淺談工具痕跡的數(shù)字化研究

摘要：在刑事犯罪的現(xiàn)場(chǎng)上，工具痕跡是出現(xiàn)頻率相當(dāng)高的痕跡之一。但是隨著指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的涌現(xiàn)及在實(shí)踐中嫻熟的應(yīng)用，促使工具痕跡的提取和檢驗(yàn)鑒定顯得不足為重。工具痕跡檢驗(yàn)隨之漸漸地被辦案人員忽視，導(dǎo)致工具痕跡出現(xiàn)率高但利用率低的現(xiàn)象普遍存在。本文著重介紹了數(shù)字化研究對(duì)工具痕跡的有利的分析和在實(shí)踐中應(yīng)用，以及在工具痕跡數(shù)字化研究中存在和注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：工具痕跡；數(shù)字化；檢驗(yàn)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：D918.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-4379-（2016）23-0071-02

作者簡(jiǎn)介：于丹（1988-），女，遼寧丹東人，中國(guó)刑警學(xué)院，2014級(jí)公安技術(shù)刑事科學(xué)技術(shù)研究生。

近些年，隨著數(shù)字化、信息化社會(huì)的高度發(fā)展，指紋、足跡、槍彈痕跡數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，促使了刑事科學(xué)技術(shù)人員對(duì)工具痕跡數(shù)字化研究的熱情。技術(shù)人員在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)和研究新的創(chuàng)新方法提取利用工具痕跡就顯得很重了。因此對(duì)于了解工具痕跡目前利用概況以及不足之處和數(shù)字化對(duì)工具痕跡的有利分便刻不容緩。

一、工具痕跡目前利用概況及不足

（一）工具痕跡概況

工具痕跡是指犯罪嫌疑人持工具破壞或是侵害客體時(shí)，在接觸部位因受力引起的變形，簡(jiǎn)稱(chēng)工痕。從定義的字面意思上看，工具痕跡形成則需要三個(gè)條件，一是工具，二是被破壞客體，三是作用力。在刑事犯罪案件中要想把工具痕跡作為有力證據(jù)，就必須對(duì)這三個(gè)方面進(jìn)行初步的數(shù)字化分析。在基層，公安機(jī)關(guān)單位急需掌握打破傳統(tǒng)方法提取分析利用工具痕跡的新的探究方法和理論實(shí)踐。但是工具痕跡在目前的犯罪案件偵破中的應(yīng)用不容樂(lè)觀(guān)，主要是在辦案過(guò)程中利用率較低的原因造成的。其次，在新方法的研究中缺乏人力與物力的投入，一些新的的理論在實(shí)踐中得不到真正的實(shí)施與應(yīng)用，歸根結(jié)底，還是因?yàn)樵诠ぞ吆圹E提取分析并沒(méi)有得到大家的認(rèn)可，新的技術(shù)缺乏實(shí)踐，不通俗，操作不夠簡(jiǎn)單靈敏，在這需要我們技術(shù)人員加強(qiáng)這方面的實(shí)驗(yàn)分析。

（二）工具痕跡利用率偏低的原因

在犯罪現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際勘查中，絕大數(shù)案件中工具痕跡的出現(xiàn)率相對(duì)較高，但是在案件中直接把它作為證據(jù)來(lái)認(rèn)定犯罪嫌疑人卻相當(dāng)?shù)睦щy。主要的原因很多，大致可分為主觀(guān)原因和客觀(guān)原因。在主觀(guān)上，辦案人員在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)證提取中往往更加傾向于手印、足跡痕跡的搜集和提取，而相反的忽略甚至無(wú)視工具痕跡的搜集與提取，從而導(dǎo)致了工具痕跡的利用率的降低。此外，工具痕跡的特征鑒定人員的缺乏也是重要原因之一。在客觀(guān)上，第一，隨著人們生活水平的提高，制造業(yè)的不斷發(fā)展，人們生活中所使用的工具不再單一化，各行各業(yè)各種類(lèi)型的工具如雨后春筍般大量地涌入市場(chǎng)，從而導(dǎo)致了工具痕跡及特征的多樣化，著實(shí)為鑒定增加了難度。第二，犯罪嫌疑人在作案時(shí)用的工具有的時(shí)候是就地取材或是途中購(gòu)買(mǎi)。不定因素更加的增加了分析提取堅(jiān)定地難度。故此，對(duì)于工具痕跡提取，鑒定分析的意義就變得微不足道了。第三，隨著公安機(jī)關(guān)不斷的推行警務(wù)機(jī)制創(chuàng)新改革，合理優(yōu)化警力資源的配置，大量的案件急需依靠基層來(lái)偵查和破獲，這樣一來(lái)，很多基層的公安機(jī)關(guān)人才和儀器設(shè)備就顯得比較匱乏，從而導(dǎo)致了工具痕跡利用率的降低。

二、工具痕跡特征數(shù)字化提取檢驗(yàn)技術(shù)是其數(shù)字化研究的重心

工具痕跡數(shù)字化研究的目的是在刑事辦案中提高其利用率，在實(shí)踐辦案中不被大家所忽視，并與手印、足跡、DNA等相比，其滯后性的問(wèn)題亟待解決。能夠有效的利用工具痕跡，加強(qiáng)辦案人員的技術(shù)能力，提高偵破效率，才是真正響應(yīng)了和滿(mǎn)足新的《刑事訴訟法》中，司法制度對(duì)證據(jù)提出的較高要求，以及司法機(jī)關(guān)對(duì)證據(jù)的數(shù)量、質(zhì)量的要求。就其工具痕跡特征的穩(wěn)定性、不易破壞性，通常情況下都有較好的鑒定條件，故對(duì)于其數(shù)字化研究就顯得尤為重要。對(duì)此，本文分別簡(jiǎn)單介紹一下線(xiàn)條型和凹陷型工具痕跡的數(shù)字化研究的方法。

（一）對(duì)于凹陷型工具痕跡特征的數(shù)字化檢驗(yàn)方法

針對(duì)工具痕跡的穩(wěn)定性、立體性的特性，技術(shù)人員在辦案中采取的都是相對(duì)傳統(tǒng)的方法，譬如原物提取法、制模提取法，隨著創(chuàng)新科技的進(jìn)步，應(yīng)運(yùn)而生的數(shù)碼相機(jī)拍攝法應(yīng)用的相對(duì)便捷靈敏，以快速、無(wú)損、減少攜帶勘察器材的優(yōu)點(diǎn)深受偵查辦案人員的青睞。數(shù)碼照片還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上傳輸、圖片共享、異地查詢(xún)、串并案等。大部分情況下工具痕跡可以用Photoshop圖像處理軟件進(jìn)行比對(duì)檢驗(yàn)。

凹陷狀工具痕跡一般多用于圖像并列特征對(duì)照法檢驗(yàn)、圖像重疊比對(duì)法檢驗(yàn)。比較檢驗(yàn)凹陷狀痕跡首先將不同光源的數(shù)碼圖像通過(guò)比例尺換算，像素大小的改變將比例大小調(diào)整成一致。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)一一比對(duì)，從痕跡形狀到觀(guān)察痕跡各個(gè)部位，在觀(guān)察特征，逐一比對(duì)特征的具體形狀、大小、間隔、方位、分布，如手印、足跡的自動(dòng)化檢驗(yàn)比對(duì)原理一樣。那么，采用圖像特征重疊比對(duì)檢驗(yàn)的方法，可以利用計(jì)算機(jī)軟件將樣本痕跡和檢材痕跡融合到一幅圖像中，通過(guò)移動(dòng)工具和編輯—變換調(diào)整—轉(zhuǎn)換命令可將圖像重疊比對(duì)檢驗(yàn)。這樣利用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)于工具痕跡的提取分析為基層辦案人員提供了更加便捷的處理方法，提高了工具痕跡的利用效率，也節(jié)省了人力。時(shí)代在發(fā)展，新的技術(shù)的產(chǎn)生必定會(huì)人類(lèi)提供快捷，高效的服務(wù)，這也將大大增加了辦案人員偵破案件的效率。

（二）對(duì)于線(xiàn)條型工具痕跡特征數(shù)字化檢驗(yàn)方法

計(jì)算機(jī)對(duì)于線(xiàn)條型工具痕進(jìn)行自動(dòng)化比對(duì)的重心是特征提取，其研究的方法有很多，但是其中較為前沿的研究就是利用霍夫變換的方法提取線(xiàn)條型工具痕跡特征。其技術(shù)方法包括圖像的預(yù)處理、邊緣的檢測(cè)、霍夫變換理論、直線(xiàn)模型匹配與類(lèi)聚、主方向與成痕過(guò)程模擬等幾個(gè)步驟。在此筆者就其算法簡(jiǎn)單的按著自己的理解介紹一下。

1.線(xiàn)條型工具痕跡數(shù)字化比對(duì)方法

首先，提取工具痕跡的特征點(diǎn)是采用線(xiàn)性圖像邊緣檢測(cè)算法和圖像匹配技術(shù)相結(jié)合的方式，其次，利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的邊緣紋理特征對(duì)其進(jìn)行比較分析，并將統(tǒng)計(jì)這些做對(duì)比的數(shù)據(jù)，對(duì)工具痕跡之間的相似度做出簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。工具痕跡特征的提取與量化描述不僅是該技術(shù)的關(guān)鍵而且是工具特征痕跡特征相似性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建這一關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)。這種技術(shù)基礎(chǔ)在之后的數(shù)字化分析中起到絕對(duì)的作用。

2.霍夫變換

霍夫變換（Hough Transform）是圖像變換中的最經(jīng)典的手段之一，主要用來(lái)從圖像中分離出具有某種相同特征的幾何形狀（如，直線(xiàn)，圓等）?；舴蜃儞Q尋找直線(xiàn)與圓的方法相比與其它方法可以更好的減少噪聲干擾，從而減少誤差，提高效率。經(jīng)典的霍夫變換通常用來(lái)檢測(cè)直線(xiàn)，圓，橢圓等。

一條直線(xiàn)在圖像中是一系列離散點(diǎn)的集合，通過(guò)一個(gè)直線(xiàn)的離散極坐標(biāo)公式，可以表達(dá)出直線(xiàn)的離散點(diǎn)幾何等式如下：

其中角度theta指r與X軸之間的夾角，r為到直線(xiàn)幾何垂直距離。任何在直線(xiàn)上點(diǎn)，x，y都可以表達(dá)，其中r，theta是常量。該公式圖形表示如下：

然而在實(shí)現(xiàn)的圖像處理領(lǐng)域中，圖像的像素坐標(biāo)P（x，y）是已知的，而r，theta則是我們要尋找的變量。如果我們能繪制每個(gè)（r，theta）值根據(jù)像素點(diǎn)坐標(biāo)P（x，y）值的話(huà)，那么就從圖像笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)霍夫空間系統(tǒng)，這種從點(diǎn)到曲線(xiàn)的變換稱(chēng)為直線(xiàn)的霍夫變換。

3.霍夫變換的特征提取法對(duì)的一般方式

基于霍夫變換的特征提取法一般包含圖像預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、基于霍夫變換的直線(xiàn)提取、直線(xiàn)聚類(lèi)與干擾剔除、成痕過(guò)程仿真這五步。其中圖像預(yù)處理是以灰度化處理和灰度歸一化方式將從灰度上盡量消除由于成像系統(tǒng)不統(tǒng)一帶來(lái)的成痕灰度差異。邊緣檢測(cè)一般以人工標(biāo)畫(huà)成痕區(qū)域?yàn)橹鳎云谙渌y理線(xiàn)條的影響。進(jìn)而進(jìn)行差分運(yùn)算，得到邊緣差分值，通過(guò)自動(dòng)閥值二值化得到邊緣，運(yùn)用Sobel算子進(jìn)行一階差分，從而達(dá)到邊緣檢測(cè)的目的。再基于霍夫變換的直線(xiàn)提取則是將邊緣坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行霍夫變換來(lái)得到直線(xiàn)方程，并同時(shí)含有直線(xiàn)方向信息。直線(xiàn)聚類(lèi)與干擾剔除是為達(dá)到分類(lèi)的目的，對(duì)樣本劃分區(qū)域進(jìn)行痕跡特征的統(tǒng)計(jì)。對(duì)于直線(xiàn)而言，對(duì)其斜率進(jìn)行二維聚類(lèi)分析，便可以將同方向的直線(xiàn)歸并到同一類(lèi)別，從而得到主痕方向以及各直線(xiàn)之間的夾角。成痕過(guò)程仿真是利用以上步驟得到的主要類(lèi)別的信息和特征，將上一步中分類(lèi)完畢的同類(lèi)直線(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)擬合，得到整體痕跡線(xiàn)，就可以將直線(xiàn)內(nèi)容從圖像上表現(xiàn)出來(lái)，易于觀(guān)察方便快捷。從霍夫變換中，我們不難看出，針對(duì)圖像處理技術(shù)對(duì)工具痕跡提取痕跡進(jìn)行數(shù)值化的分析，運(yùn)算，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到對(duì)比，從而可以更加高效的利用工具痕跡提取特征，為刑事辦案提高偵破效率。

在對(duì)工具痕跡數(shù)字化方法的研究中，會(huì)存在一些誤差，比如一，操作人員提取特征時(shí)不完全，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)字化的比對(duì)出現(xiàn)偏差。二，在圖像處理中選取特征點(diǎn)的誤差也是不可控制。總之，在新的理論投入實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)階段需要對(duì)存在的誤差做出合理的解釋?zhuān)岣邔?duì)理論與實(shí)踐的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。任何的研究都離不開(kāi)人為的操作，提高本身的職業(yè)技術(shù)能力，同樣的也是會(huì)推進(jìn)工具痕跡的發(fā)展。

三、結(jié)語(yǔ)

在犯罪的偵破過(guò)程中，工具痕跡的數(shù)字化研究成果對(duì)提高偵破效率是不可忽略的。新的技術(shù)和方法需要我們辦案人員去不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，在淺談數(shù)字化工具痕跡研究中，更加缺乏的就是在實(shí)踐中應(yīng)用的能力，怎么樣更加廣泛的應(yīng)用在基層，需要我們不斷的創(chuàng)新理論方法，在以理論為基礎(chǔ)下，不斷的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中檢驗(yàn)真理，才是新技術(shù)廣泛使用的前提。在刑事科學(xué)技術(shù)逐漸完善科學(xué)化的今天，我們不光要與傳統(tǒng)的提取檢驗(yàn)方法大膽挑戰(zhàn)創(chuàng)新還要對(duì)平時(shí)不易被利用的工具痕跡檢驗(yàn)做推陳致新的理論試驗(yàn)進(jìn)步，只有這樣，在實(shí)踐中創(chuàng)新，以理論為指導(dǎo)，才能更加高效的提高工具痕跡的利用率，解決實(shí)問(wèn)題。在實(shí)踐中辦案中做到更加的自動(dòng)化與客觀(guān)化，從而使的偵破工作得到順利的開(kāi)展。為刑事科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出一點(diǎn)的貢獻(xiàn)。

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