以三維影像技術(shù)進(jìn)行人面影像鑒定初探

代理 張鵬 冉軒

摘要：本文將就人面影像鑒定的發(fā)展以及存在的不足進(jìn)行簡要分析，在此基礎(chǔ)上闡述一種基于三維相位探測相機(jī)系統(tǒng)的人面影像鑒定方法，從人面影像的特征點(diǎn)、特征線入手，以試驗(yàn)的方法對(duì)以此為參考進(jìn)行人面影像大小和角度調(diào)整的方法進(jìn)行分析和驗(yàn)證，有效的解決了不同人面部大小不同而無法統(tǒng)一鑒定標(biāo)準(zhǔn)的難題。

關(guān)鍵詞：人面影像；特征點(diǎn)；重疊對(duì)比

前言：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國人面影像鑒定識(shí)別技術(shù)水平也在持續(xù)提升，目前，比較常用的人面影像鑒定方法主要包括三種，分別是運(yùn)用面部形態(tài)學(xué)特征、運(yùn)用面部生理學(xué)特征以及重疊對(duì)比，具體是通過對(duì)人面對(duì)各類形態(tài)學(xué)特征的詳細(xì)分類描述進(jìn)行差異性分析，以此展現(xiàn)出不同人面部的區(qū)別[1]。但其存在一定的不足之處，即無法進(jìn)行精確量化，因此容易出現(xiàn)誤差。因此探究三維影像技術(shù)在人面影像分析對(duì)比中的應(yīng)用具有重要意義。

1.人面影像鑒定的原理分析

1.1人面部影像大小和偏轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系

根據(jù)攝影光學(xué)的透視的關(guān)系進(jìn)行人面部拍照時(shí)，人面部的傾斜角度會(huì)對(duì)面部特征點(diǎn)在成像上的距離有著較大的影響[2]。換而言之，對(duì)于同一人而言，若其面部影響中各特征點(diǎn)的比值相同，則可以斷定其面部傾斜角度一致。據(jù)可靠統(tǒng)計(jì)，我國漢族成年男子雙外眼點(diǎn)之間的距離處于100mm左右，即在人面部不存在偏轉(zhuǎn)的情況下，將其照片復(fù)原到原大小之后其兩外眼點(diǎn)之間的距離和這一數(shù)值接近。若是存在偏轉(zhuǎn)，則隨著角度的不斷增加，這一距離則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的減小。

1.2三維相位探測相機(jī)系統(tǒng)簡介

在三維相位探測相機(jī)系統(tǒng)中，共使用到了兩類鏡頭，兩者的功能存在差異，其中一個(gè)是通過投射光柵的方式對(duì)物體進(jìn)行光柵的探測掃描，兩一種則負(fù)責(zé)記錄反射回來的三維光柵信息，并將其輸入到計(jì)算機(jī)中。采用特定的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)記錄結(jié)果進(jìn)行調(diào)整就能夠獲得角度不同的照片。需要注意的是，在人面影像鑒定工作中，大部分影像中人面的大小都無法實(shí)現(xiàn)精確復(fù)原，因此本次參考我國漢族男性兩外眼點(diǎn)之間距離的平均值，即100mm。

1.3人面部特征點(diǎn)、特征線以及的位置及標(biāo)畫

人面部特征點(diǎn)的內(nèi)容主要包括內(nèi)眼點(diǎn)、外眼點(diǎn)、眉間點(diǎn)、口角點(diǎn)、鼻下點(diǎn)、鼻中點(diǎn)、鼻翼點(diǎn)等[3]。除此之外還包括了一些輔助特征點(diǎn)，如口角線和面際線的交點(diǎn)、輪廓線彎角點(diǎn)等以及一些固定的生理特征點(diǎn)，如刺青、傷痕、痦子等。人面部的主要特征線包括眉間點(diǎn)連線、口角點(diǎn)連線、鼻下線、外眼點(diǎn)連線。其中鼻下線是指過鼻下點(diǎn)和面部中垂線成垂直關(guān)系的線。

人面部特征點(diǎn)的相對(duì)位置所受的影響人面部特征短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化，除非在一些特殊的情況下。如人的面部表情出現(xiàn)劇烈變化時(shí)，面部特征點(diǎn)的相對(duì)位置就會(huì)發(fā)生變化。因此不同情緒和表情下，人面部特征點(diǎn)的相對(duì)位置往往會(huì)呈現(xiàn)出一定的差異性。而在人面攝影的過程中，受到鏡頭焦距、攝影距離等因素的影響，人面影像特征點(diǎn)的位置可能會(huì)發(fā)出現(xiàn)一定的變動(dòng)。這就要求攝影人員在實(shí)際工作中對(duì)拍攝鏡頭以及攝影距離等進(jìn)行有效的把握。

2.以三維影像技術(shù)進(jìn)行人面影像鑒定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在本次實(shí)驗(yàn)中，是采用普通的數(shù)碼相機(jī)和PS軟件對(duì)三維相位探測相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行模擬。具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

首先，使用數(shù)碼相機(jī)對(duì)50名我國漢族男子進(jìn)行拍照，共獲得500張平面影像。之后使用三維模擬方法對(duì)所有男生的正面三維面部影像進(jìn)行拍攝，獲得50張模擬三維影像。在拍攝的過程中，要保障50名男子的面部表情保持一致，且和檢材中的面部表情相同，此外，拍攝距離和鏡頭焦距方面也要做好把控。

其次，將所有50張三維面部影像全部調(diào)整為無偏轉(zhuǎn)角度，并按照外眼點(diǎn)間距100mm的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)影像的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

再次，在三維影像和平面影像上標(biāo)畫出人面部的特征點(diǎn)以及特征線。

再次，在保持面部大小不變的情況下，將所有三維人面影像和平面影像的角度調(diào)整到一致，同時(shí)將調(diào)整完成后的三維影像轉(zhuǎn)化為平面影像。在完成以上一系列調(diào)整之后，對(duì)各平面影像中人面部兩外眼點(diǎn)和中垂線之間的距離進(jìn)行測定，通過計(jì)算獲得具體比值。對(duì)外眼點(diǎn)連線、口角點(diǎn)連線以及中垂線交點(diǎn)到鼻下線之間的距離進(jìn)行測定，計(jì)算獲得比值。此外，操作計(jì)算機(jī)對(duì)人面部三維影像的偏轉(zhuǎn)角度和俯仰角度進(jìn)行調(diào)整，使二者和上述兩組比值相互對(duì)應(yīng)。這樣做的目的是保障調(diào)整后的面部影像和檢材影像的角度保持一致。

最后，以鼻下線和面部中垂線為參考將樣本和檢材影像進(jìn)行重疊，使其外眼點(diǎn)垂線和樣本對(duì)應(yīng)重合，此時(shí)樣本和檢材標(biāo)準(zhǔn)大小達(dá)到相同。之后，將待檢照片和嫌疑人影像進(jìn)行重疊，適當(dāng)調(diào)整透明度，使二者的特征點(diǎn)和特征線清晰可見。

2.2同一人相應(yīng)特征點(diǎn)間距的測量

對(duì)重疊照片上相應(yīng)特征點(diǎn)之間的距離進(jìn)行測量，對(duì)所有相應(yīng)特征點(diǎn)間距的平均值進(jìn)行計(jì)算。之后對(duì)50個(gè)男子相同角度下的平面影像進(jìn)行測量，獲得同一人面部特征點(diǎn)間距的平均值，之后以0.3mm為數(shù)值段，對(duì)測量獲的數(shù)值進(jìn)行細(xì)分，計(jì)算每一數(shù)值范圍內(nèi)影像組數(shù)在全部測試影像中所占的比例。

在對(duì)同一人就進(jìn)行對(duì)比時(shí)，相應(yīng)點(diǎn)間距平均值處于1.8～2.1mm范圍內(nèi)所占的比例最高，約為33%。同時(shí)可以知道，同一人面部相應(yīng)特征點(diǎn)間距平均值的上限為3.6mm，由此可以判斷，若該值超過3.6mm，則基本上可以斷定非同一人。此外，考慮到角度調(diào)整、特征點(diǎn)標(biāo)畫等操作中可能出現(xiàn)的誤差，即使為同一人，在進(jìn)行特征點(diǎn)平均距離比對(duì)是也不可能為零，這是可以忽視的誤差。

2.3對(duì)不同人相應(yīng)特征點(diǎn)間的距離進(jìn)行測量

在進(jìn)行不同人相同角度面部影像相應(yīng)特征點(diǎn)間距測量的過程中，可以在50名測試者中選出1至4名作為嫌疑人，模擬制作三維效果影像，之后將該影像和其它36人一定數(shù)量的面部影像進(jìn)行重合對(duì)比。將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得不同人面部同角度影像重疊對(duì)比時(shí)相應(yīng)點(diǎn)間距在實(shí)驗(yàn)人群中的比率曲線。

通過計(jì)算，相應(yīng)特征點(diǎn)間距的平均值為4.6mm，四個(gè)嫌疑人三維影像和其他實(shí)驗(yàn)人的面部影像進(jìn)行測量，所獲得的不同人面部特征點(diǎn)間距的平均值處于2.4mm～6.6mm的范圍內(nèi)。將所有數(shù)值根據(jù)0.3mm數(shù)值段進(jìn)行細(xì)分，計(jì)算獲得各數(shù)值范圍內(nèi)影像組數(shù)在全部測試組影像中所占的比例，這樣就可以依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，將該比率看作其在漢族男子人群中的比率。

需要注意的是，在對(duì)不同人面部影像進(jìn)行比對(duì)時(shí)，角度的調(diào)整應(yīng)該按照兩外眼點(diǎn)到中垂線的距離比值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。由于不是同一個(gè)人，當(dāng)該比值相同的情況下，也不能完全保障角度的一致性[4]。

2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，利用三維影像技術(shù)進(jìn)行人面影像鑒定的實(shí)際效果比較良好。在具體工作中，可以根據(jù)測量面部特征點(diǎn)和同角度三維影像相應(yīng)點(diǎn)間距平均值的大小，對(duì)是否為同一人進(jìn)行判斷。通常情況下，當(dāng)該值低于2.4mm時(shí)，可以判斷為同一人，當(dāng)其高于3.6mm時(shí)，則判斷非同一人，當(dāng)數(shù)值處于這兩者之間時(shí)，則無法作出判斷。

結(jié)語：

綜上所述，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來看，以三維影像技術(shù)進(jìn)行人面影像鑒定是可行，具有較為顯著的可靠性，值得進(jìn)行深入研究和推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[4]周亞軍，陳斌.以三維影像技術(shù)進(jìn)行人面影像鑒定初探[J].甘肅警察職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（03）：48-53.