手機(jī)相機(jī)在現(xiàn)場照相中的應(yīng)用研究

孟 利， 劉康康， 許小京

(1.中國人民公安大學(xué)， 北京 100038； 2.公安部物證鑒定中心， 北京 100038)

0 引言

在公安信息化背景下，提升現(xiàn)場勘查工作效率，為現(xiàn)場快速、智能化勘查提供參考方法，本文對Android手機(jī)相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)拍攝的現(xiàn)場照片進(jìn)行比較分析，探索手機(jī)相機(jī)在現(xiàn)場照相中的應(yīng)用。

1 手機(jī)相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)和成像原理

手機(jī)相機(jī)是當(dāng)前最流行的圖像采集設(shè)備，它與數(shù)碼相機(jī)的成像原理相似，能將所拍攝的場景通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號并進(jìn)行自定義存儲[1]。它們主要由光學(xué)鏡頭、顏色濾波矩陣、傳感器、數(shù)字信號處理單元、存儲設(shè)備、顯示設(shè)備6部分組成[2]。

電荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide semiconductor，CMOS)傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的兩種成像傳感器，他們在結(jié)構(gòu)、原理和功能都存在諸多差異[3]。CMOS傳感器在成本、功耗以及集成度等方面的優(yōu)勢使它在手機(jī)相機(jī)的應(yīng)用中獨(dú)占一方市場[4]。數(shù)字信號處理是將傳感器的輸出單色圖像通過一系列的處理過程變成一張可以存儲的彩色圖像，主要包括4個(gè)過程：顏色濾波陣列(Color Filter Array，CFA)插值、白平衡及圖像增強(qiáng)、伽馬糾正和圖像壓縮[5]。

2 現(xiàn)場照相對照相機(jī)及照片制作的要求

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29349—2012的要求[6]，現(xiàn)場照相所使用的數(shù)字照相機(jī)應(yīng)具備成像元件系CCD或CMOS的單鏡頭反光式機(jī)身，并具配備標(biāo)準(zhǔn)定焦鏡頭、焦距在廣角至中焦范圍的變焦鏡頭、微距鏡頭的條件；現(xiàn)場照相所取得的數(shù)字圖像文件采用RAW、TIFF、JPEG等格式；影像的文件格式及其文件大小，必須確保數(shù)字影像質(zhì)量，數(shù)字照相機(jī)拍攝的圖像文件不得小于1 MB。從現(xiàn)場照相對相機(jī)的要求來看，手機(jī)相機(jī)是符合要求的。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

3.1.1 手機(jī)相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)

手機(jī)：某Android手機(jī)；傳感器類型：CMOS；手機(jī)相機(jī)像素：1 300萬像素；圖像分辨率選用：高、標(biāo)準(zhǔn)、低。

數(shù)碼相機(jī)：佳能760D；傳感器類型：CMOS；傳感器尺寸：APS畫幅(22.3×14.9 mm)；圖像分辨率選用：L(大)：約2 400萬像素(6 000×4 000)；M(中)：約1 060萬像素(3 984×2 656)；S1(小1)：約590萬像素(2 976×1 984)；S2(小2)：約250萬像素(1 920×1 280)。

3.1.2 PC機(jī)硬件配置

Core(酷睿)i5-3230M處理器，4 GB內(nèi)存，500 G硬盤，將顯示器分辨率設(shè)在1 366×768 dpi。

3.1.3 PC機(jī)軟件配置

Windows 10教育版操作系統(tǒng)軟件；

PhotoshopCS6圖像處理軟件，本實(shí)驗(yàn)選用PhotoshopCS6中對照片品質(zhì)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即JPEG壓縮中圖像品質(zhì)的最佳、高、中、低；

Microsoft照片看圖軟件。

3.2 數(shù)字照片的采集

用佳能760D相機(jī)對圖像進(jìn)行采集，分別使用L、M、S1、S2自動模式檔拍照。然后再用某Android手機(jī)相機(jī)的高、標(biāo)準(zhǔn)、低檔拍照。手機(jī)相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)均使用4:3的照片長寬比。獲得數(shù)碼相機(jī)4張和手機(jī)相機(jī)3張JPEG壓縮格式的數(shù)字照片。本實(shí)驗(yàn)采集3套圖片，即“大門”、“煙頭”、“場景”。

4 實(shí)驗(yàn)研究

4.1 實(shí)驗(yàn)樣本

本實(shí)驗(yàn)共分4組：①高檔和L檔拍攝的照片；②標(biāo)準(zhǔn)檔和M檔拍攝的照片；③低擋和S1檔拍攝的照片；④低檔和S2檔拍攝的照片，進(jìn)行分析比較。分別記錄每個(gè)品質(zhì)下圖像文件的大小。

4.2 實(shí)驗(yàn)步驟

以現(xiàn)場方位(場景)為例。

第1組：高檔和L檔拍攝場景圖像大小分別為3 082.24 KB和5 283.84 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式壓縮后，圖像的大小如表1所示。

表1 L檔和高檔拍攝場景圖像大小比較分析表

圖1 L檔和高檔拍攝場景圖像大小比較分析圖

第2組：標(biāo)準(zhǔn)檔和M檔拍攝場景圖像大小分別為1 351.68 KB和2 539.52 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式壓縮后，圖像的大小如表2所示。

表2 M檔和標(biāo)準(zhǔn)檔拍攝場景圖像大小比較分析表

圖2 M檔和標(biāo)準(zhǔn)檔拍攝場景圖像大小比較分析圖

第3組：低檔和S1檔拍攝場景圖像大小分別為577 KB和1 495.04 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式壓縮后，圖像的大小如表3所示。

表3 S1檔和低檔拍攝場景圖像大小比較分析表

圖3 S1檔和低檔拍攝場景圖像大小比較分析圖

第4組：低檔和S2檔拍攝場景圖像大小分別為577 KB和65 4KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式壓縮后，圖像的大小如表4所示。

表4 S2檔和低檔拍攝場景圖像大小比較分析表

圖4 S3檔和低檔拍攝場景圖像大小比較分析圖

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29349—2012的要求，拍攝的圖像文件不得小于1 024 KB，從場景試驗(yàn)圖像大小的表格和比較分析圖中看出：手機(jī)相機(jī)的高、標(biāo)準(zhǔn)均可以滿足這一要求，但其低檔不能滿足現(xiàn)場照相的要求。

由于圖像的復(fù)雜程度不同，即圖像包含細(xì)節(jié)信息的不同，數(shù)字圖像的文件大小明顯不同。從表2、表3和圖2、圖3中得出，標(biāo)準(zhǔn)檔和S1檔直接壓縮的第8檔第11檔，裁剪后壓縮的第12檔，即最佳品質(zhì)圖像，即可得到圖像品質(zhì)最佳又可使圖像文件在最佳品質(zhì)中最小，這時(shí)一般圖像文件大小是1 024 KB左右，如圖5所示。

圖5 S1檔和標(biāo)準(zhǔn)檔直接壓縮的第11檔、8檔和裁剪后壓縮的第12檔

圖6 S1檔直接壓縮的第10檔和裁剪后壓縮的第11檔

圖7 S2檔和低檔直接壓縮的第10檔、2檔和裁剪后壓縮的第10檔、8檔

從數(shù)碼相機(jī)的S1(小1)：約590萬像素(2 976×1 984)檔得出來，裝有1 300萬像素的手機(jī)相機(jī)是可以滿足現(xiàn)場照相的規(guī)則，且手機(jī)相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)檔的像素應(yīng)在590萬像素左右，但不建議使用手機(jī)相機(jī)的低檔去拍攝現(xiàn)場方位。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

用同樣的方法得到“大門”和“煙頭”的照片數(shù)據(jù)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29349—2012的要求，得出：手機(jī)相機(jī)的高、標(biāo)準(zhǔn)、低均可以滿足這一要求。

對“大門”手機(jī)相機(jī)的低檔和數(shù)碼相機(jī)S1檔直接壓縮的第6檔和第10檔，裁剪后壓縮的第11檔，即最佳品質(zhì)圖像，如圖6所示。

從數(shù)碼相機(jī)的S1(小1)：約590萬像素(2 976×1 984)檔得到，手機(jī)相機(jī)低檔的像素應(yīng)在590萬像素左右。

對“煙頭”手機(jī)相機(jī)的低檔和數(shù)碼相機(jī)S2檔直接壓縮的第2檔和第10檔，裁剪后壓縮的第10檔和第8檔，即最佳品質(zhì)圖像，如圖7所示。

從數(shù)碼相機(jī)的S2(小2)：約250萬像素(1 920×1 280)檔得到，手機(jī)相機(jī)低檔的像素應(yīng)在250萬像素左右。

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)，手機(jī)相機(jī)生成的數(shù)字照片能夠符合現(xiàn)場照相的要求。手機(jī)相機(jī)以1 300萬像素為

例，拍攝現(xiàn)場概貌時(shí)使用手機(jī)相機(jī)的低檔，且像素在590萬左右；拍攝現(xiàn)場方位時(shí)不可使用手機(jī)相機(jī)的低檔；拍攝現(xiàn)場細(xì)目照片時(shí)使用手機(jī)相機(jī)低檔，且像素在250萬左右。建議不使用手機(jī)相機(jī)的低檔進(jìn)行現(xiàn)場照相。