鞋印內(nèi)部紋理的檢驗(yàn)

黃 潔 郭曉波

上海市公安局浦東分局刑偵支隊(duì)刑事科學(xué)技術(shù)研究所，上海 200125

在鞋印識(shí)別及處理中，鞋印內(nèi)部的紋理能夠提供很重要的信息。在刑事案件的偵破中，通過獲取到的鞋印進(jìn)行紋理的處理，可以識(shí)別犯罪嫌疑人所穿鞋的種類及品牌等信息。按照紋理的類型，可以將紋理分為有規(guī)則紋理和準(zhǔn)規(guī)則紋理。通過對(duì)這些紋理的處理，在特定場(chǎng)景下，對(duì)識(shí)別犯罪嫌疑人能夠提供很重要的、很有價(jià)值的信息。

一、紋理分析方法

紋理分析指通過一定的圖像處理技術(shù)提取出紋理特征參數(shù)，從而獲得紋理的定量或定性描述的處理過程。目前，紋理分析的方法，隨著研究的深入，也越來越多，比如有影像紋理的直方圖分析法、自相關(guān)函數(shù)分析法、邊界頻率分析法、小波分析法、灰度共生矩陣分析法、基于分形維數(shù)的分析法。對(duì)于這些方法，按照處理算法的不同，又可以劃分為兩大類，即：結(jié)構(gòu)分析法和統(tǒng)計(jì)分析法。

在這些方法中，局部二值模式可以有效地對(duì)紋理特征進(jìn)行描述。原始的LBP算子的最大缺陷在于它只覆蓋了一個(gè)固定半徑范圍內(nèi)的小區(qū)域，這顯然不能滿足不同尺寸和頻率紋理的需要。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也誕生了很多基于LBP的改進(jìn)和優(yōu)化算法，比如：在采樣點(diǎn)覆蓋范圍上，新的算法允許在半徑為R的圓形鄰域內(nèi)有任意多個(gè)像素點(diǎn)；基于降維思想的均勻模式LBP；提出了具有旋轉(zhuǎn)不變性的LBP算子等。

二、鞋印上LBP特征的提取

獲得腳印圖像數(shù)據(jù)后，就可以對(duì)腳印紋理上的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行編碼，即通過LBP算子產(chǎn)生LBP值，具體運(yùn)算公式如下所示。

在該公式中，gi代表不同半徑下圓周上的像素點(diǎn)，gc代表鄰域的圓心，R為半徑，P代表像素個(gè)數(shù)。這些LBP值是對(duì)原始圖像的重新編碼，其結(jié)果仍然是一副圖像，但是紋理的特征數(shù)據(jù)更加明顯。通過LBP值就可以繪制統(tǒng)計(jì)直方圖，在鞋印識(shí)別中可用做特征向量。

三、鞋印上LBP特征的匹配

為了體現(xiàn)上述不同LBP算子(旋轉(zhuǎn)不變模型、Uniform LBP 模型、旋轉(zhuǎn)不變的 Uniform LBP)在相似度和時(shí)間上的差異，本文在MatLab環(huán)境下，對(duì)上述三種算子進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，單獨(dú)提取一只鞋印，與另一只鞋印進(jìn)行匹配，同時(shí)記錄匹配所用的時(shí)間和相似度，表1給出了具體的測(cè)試結(jié)果。

可以看到，在相似度上，三種算子的差別不是特別明顯，在時(shí)間上，最后一種明顯要比前兩種要少。因此，可以說，旋轉(zhuǎn)不變的 Uniform LBP綜合了旋轉(zhuǎn)不變和均勻模式的優(yōu)勢(shì)，在相似度和時(shí)間方面均體現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，即：運(yùn)算速度最快、效果也最好。

在上述測(cè)試過程中，需要判斷某一個(gè)位串模式bits是否是uniform模式，其返回值為是或者不是，具體如下：

%獲取位串長(zhǎng)度

n=length(bits)；

%位跳變數(shù)(0->1 or 1->0)

njmp=0；

for ii=1：(n-1)

if(bits(ii)～=bits(ii+1))

njmp=njmp+1；

end

end

if bits(n)～=bits(1)

njmp=njmp+1；

end

if njmp>2

buni=false；

else

buni=true；

end

為了實(shí)現(xiàn)鞋印紋理信息的最大匹配，本文隨機(jī)挑選出一張鞋印紋理圖片，并與剩下的其他鞋印圖片進(jìn)行匹配，選擇旋轉(zhuǎn)不變的Uniform LBP算子處理后，最后匹配的結(jié)果圖片如圖1所示。

在圖1中，左邊的代表被測(cè)試鞋印，右邊代表匹配到的鞋印，其最大相似度為0.91639。從上述過程中可以看出，在執(zhí)行鞋印紋理匹配時(shí)，其前提是需要提取出紋理的特征信息，然后根據(jù)相似度進(jìn)行度量，從而發(fā)現(xiàn)刑事現(xiàn)場(chǎng)犯罪嫌疑人的鞋印的移動(dòng)軌跡，為案件的快速偵破提供強(qiáng)有力的價(jià)值信息。

四、結(jié)束語

在刑事案件的偵破中，鞋印紋理信息在特定場(chǎng)景下能提供非常有價(jià)值的信息。因此，本文采用改進(jìn)后的LBP算子——旋轉(zhuǎn)不變的Uniform LBP進(jìn)行鞋印紋理特征信息的處理，與其他LBP算子相比，該算子特征提取明顯，在降維的基礎(chǔ)上具有運(yùn)行速度快的優(yōu)勢(shì)，使海量鞋印紋理信息的處理變得更加高效和快捷，也為實(shí)現(xiàn)紋理處理的實(shí)時(shí)性提供可能。