數(shù)字圖像處理技術(shù)在物證檢驗(yàn)中的應(yīng)用

武海燕 李衛(wèi)平

摘 要： 數(shù)字圖像處理技術(shù)以其快捷、方便等優(yōu)勢(shì)在公安工作中有著廣泛應(yīng)用。本文利用Photoshop圖像處理軟件對(duì)案件現(xiàn)場(chǎng)的圖像進(jìn)行模糊圖像處理、圖像矯正、復(fù)雜背景分離、物證重合比對(duì)檢驗(yàn)和分離體的拼接等物證痕跡檢驗(yàn)方面進(jìn)行了探討，通過(guò)實(shí)例分析及應(yīng)用，希望為公安工作實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字圖像處理 Photoshop 物證檢驗(yàn)

數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）是通過(guò)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、圖像重建、圖像變換、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)以再現(xiàn)性好、處理精度高、適用面廣、靈活性高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)。數(shù)字圖像處理技術(shù)同樣為公安工作注入新的活力，簡(jiǎn)化許多繁雜的工作，使工作簡(jiǎn)捷、直觀、可視化。公安工作中的數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)工具大致分為軟件和編程兩類。軟件類主要包括針對(duì)公安圖像處理開(kāi)發(fā)的專用數(shù)字圖像處理軟件（例如名捕系列軟件）、通用的數(shù)字圖像處理軟件（例如Photoshop）；擅長(zhǎng)圖像處理的編程類工具主要有MATLAB和VC++。但是編程類工具需要具有程序員功底，非計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的刑事技術(shù)人員和刑事圖像處理人員掌握起來(lái)有一定的難度，很難實(shí)踐應(yīng)用；通用的圖像處理軟件功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易學(xué)，可操作性強(qiáng)，同樣適用于部分物證檢驗(yàn)中需要處理的刑事圖像。本文以國(guó)際上最流行的數(shù)字圖像處理軟件Adobe公司的Photoshop為工具，對(duì)物證檢驗(yàn)中的常用的模糊圖像處理、噪聲濾波、圖像矯正、圖像變換、加強(qiáng)反差消除背景干擾、背景分離、重合比對(duì)、物證拼接等方面進(jìn)行探討和實(shí)踐應(yīng)用。

在物證檢驗(yàn)中應(yīng)用Photoshop進(jìn)行圖像處理時(shí)要遵循實(shí)事求是的原則，客觀反映事物的本質(zhì)。不能人為地減少或增加物證固有的特征，不能隨意改變、增減圖像中反映的客觀物質(zhì)形態(tài)。圖像處理的目的是改善原圖像在拍攝過(guò)程中由于光照、環(huán)境、技術(shù)等造成的不足，對(duì)圖像中隱藏的信息，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚硎箞D像更清晰、直觀，某些隱含信息得到呈現(xiàn)，某些物證的細(xì)節(jié)特征更突出，更好地使它發(fā)揮證據(jù)的作用。

1.模糊圖像的處理

在案件現(xiàn)場(chǎng)拍照的過(guò)程中，特別是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器拍攝的視頻截屏畫(huà)面中，由于環(huán)境、光照、距離等因素的影響，拍攝的圖片極易曝光不足、色彩失衡、甚至模糊，可以利用Photoshop對(duì)圖像進(jìn)行處理。具體操作如下：

1.1在Photoshop中打開(kāi)需要處理的圖片，通過(guò)主菜單中的“圖像”→“調(diào)整”菜單，對(duì)圖片進(jìn)行“色階”、“曲線”、“亮度/對(duì)比度”、“反相”、“色相/飽和度”等多方面的調(diào)整，提高背景顏色和圖片顏色的對(duì)比度。

1.2通過(guò)圖像的調(diào)整操作后，在圖片上會(huì)出現(xiàn)許多噪聲點(diǎn)，需要對(duì)圖像進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。通過(guò)主菜單中的“濾鏡”→“雜色”→“減少雜色”，對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)節(jié)處理。在減少雜色的對(duì)話框中，通過(guò)調(diào)整強(qiáng)度、保留細(xì)節(jié)、減少雜色、銳化細(xì)節(jié)這四個(gè)參數(shù)的值，達(dá)到清晰、明亮的圖片效果。

1.3如果圖像清晰度仍然不夠，就通過(guò)主菜單中的“濾鏡”→“銳化”→“USM銳化”，在USM銳化對(duì)話框中，逐步對(duì)銳化數(shù)量、半徑、閾值三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，有效提高圖像的清晰程度。

2.圖像的矯正

在物證檢驗(yàn)鑒定中，工作人員常接觸到受拍攝條件（如痕跡物證所處的位置無(wú)法進(jìn)行垂直拍攝）或人為因素影響的痕跡圖片，需要進(jìn)行傾斜圖像矯正、變形圖像矯正。

2.1傾斜圖像的校正

在物證檢驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常需要對(duì)一些傳統(tǒng)圖像、物證等通過(guò)掃描儀等終端掃描設(shè)備輸入圖像，如果掃描時(shí)沒(méi)有擺正位置或其他原因，就極易造成圖像傾斜，影響圖像的比對(duì)和特征的提取，可以先進(jìn)行傾斜圖像的矯正。

2.1.1在Photoshop中打開(kāi)傾斜圖像，選擇工具箱中的“標(biāo)尺工具”，沿圖片上本應(yīng)該水平或垂直的方向（例如墻角）畫(huà)一條直線，Photoshop會(huì)自動(dòng)測(cè)量?jī)A斜的角度數(shù)，在標(biāo)尺工具選項(xiàng)欄中坐標(biāo)起始點(diǎn)為X、Y，W、H為測(cè)量的長(zhǎng)寬，A為修正的角度；

2.1.2在主菜單中打開(kāi)“圖像”→“圖像旋轉(zhuǎn)”→“任意角度”，旋轉(zhuǎn)的角度會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在“旋轉(zhuǎn)畫(huà)布”對(duì)話框中，單擊“確定”；

2.1.3選擇工具箱中的剪裁工具，裁剪掉圖像多余的部分即可。

2.2變形圖像的校正

在現(xiàn)場(chǎng)拍攝過(guò)程中，由于痕跡物證所處的位置無(wú)法垂直拍攝或者工作人員操作不當(dāng)?shù)仍颍瑢?dǎo)致圖片變形，影響對(duì)嫌疑人的判斷。通過(guò)圖像處理可以對(duì)變形圖片進(jìn)行校正，以變形足跡為例，如圖1所示，進(jìn)行變形圖像的校正。

2.2.1在Photoshop中打開(kāi)變形的痕跡物證圖片，選擇“裁剪”工具，勾選選項(xiàng)工具欄中的“透視”復(fù)選框。

2.2.2在圖像上拉出裁剪框，依次移動(dòng)裁剪框的四個(gè)控制點(diǎn)和圖片的四個(gè)控制點(diǎn)重合如圖2所示，單擊回車，即完成足跡矯正，如圖3所示。對(duì)變形圖像的矯正可通過(guò)“圖像”→“變形”→“斜切”完成。

3.背景分離

在實(shí)際工作中很難遇到完整清晰的檢材，往往都是指紋和筆跡、印文和文字、手印和復(fù)雜背景等重疊在一起，增加了檢驗(yàn)難度。根據(jù)檢材的特征可以進(jìn)行分離處理，以印章和印文分離為例，一般為黑色文字，紅色引文，利用Photoshop的色彩模式對(duì)他們進(jìn)行有效的分離，通過(guò)“色階”增強(qiáng)反差，突出檢材特征。

3.1去印章留文字

3.1.1在Photoshop中打開(kāi)原始檢材，如圖4所示，默認(rèn)為“RGB”圖像色彩模式，打開(kāi)“通道”面板，分別選擇R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）單個(gè)通道，觀察圖像顯示情況，只顯示R通道時(shí)字跡突出而印章較淡。

3.1.2保留R通道，依次刪除G通道和B通道，圖像效果如圖5所示。

3.1.3在主菜單上打開(kāi)“圖像”→“調(diào)整”→“色階”，將色階對(duì)話框中的黑、白、灰三個(gè)滑塊分別向中間拖動(dòng)到合適的位置，預(yù)覽字跡比較清晰，效果如圖6所示，去除印章后的文字。

3.2去文字留印章

3.2.1在Photoshop中打開(kāi)檢材，如圖4所示，在主菜單上打開(kāi)“圖像”→“模式”→“Lab”模式。

3.2.2打開(kāi)“通道”面板，分別選擇明度、a、b中的單個(gè)通道，觀察圖像顯示情況，當(dāng)只顯示a通道時(shí)印章突出而字跡較淡。

3.2.3分別刪除明度通道和b通道信息，只保留a通道，圖像效果如圖7所示。

3.2.4在主菜單上打開(kāi)“圖像”→“調(diào)整”→“色階”，將色階對(duì)話框中的黑、白、灰三個(gè)滑塊向中間拖動(dòng)到合適的位置，預(yù)覽印文比較清晰顯現(xiàn)出來(lái)，效果如圖8所示，得到檢材印文。

4.重合比對(duì)檢驗(yàn)

把樣本印文也經(jīng)過(guò)3.2中的處理過(guò)程，鑒別印文真?zhèn)螘r(shí)把檢材和樣本進(jìn)行重合比對(duì)。

4.1新建一個(gè)空白圖像文件，大小能夠擺放樣本和檢材圖片即可，背景填充“白色”或“透明”。

4.2把處理好的樣本圖片復(fù)制到圖像文件，命名該圖層命名為“樣本”圖層，復(fù)制檢材圖片，粘貼到圖像文件，命名為“檢材”圖層，樣本圖層位于背景層，如圖9所示；

4.3選擇檢材圖層，在圖層樣式下拉列表框中選擇“正片疊底”，不透明度設(shè)置為75%，移動(dòng)檢材圖層與樣本圖層重疊，可以先移到外圈重疊。

4.4檢驗(yàn)時(shí)檢材和樣本傾斜方向一般不會(huì)相同，需要調(diào)整檢材圖片和樣本圖片方向一致才能進(jìn)行重合比對(duì)，用縮放工具適當(dāng)放大圖像觀察，增加比對(duì)的準(zhǔn)確性。單擊主菜單中“編輯”→“自由變換”，在檢材圖片四周出現(xiàn)變形框，只在變形框外進(jìn)行拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，不能觸及變形框造成印文變形，基本一致時(shí)可以通過(guò)鍵盤方向鍵進(jìn)行微調(diào)，觀察各部分是否重合，確定檢材印文和樣本是否為同一印章形成，如圖10所示。

5.對(duì)分離體拼接

在進(jìn)行物證檢驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到易損壞、破碎的分離體，對(duì)分離痕跡進(jìn)行鑒定。例如紙張燃燒后的碳化碎片，如果用手工進(jìn)行拼接，就極易造成原分離體的進(jìn)一步損壞，不利用檢驗(yàn)鑒定，可以利用圖像處理軟件解決這類問(wèn)題。用數(shù)碼相機(jī)或掃描儀對(duì)分離體進(jìn)行拍照或掃描輸入圖片，在Photoshop軟件中打開(kāi)分離體圖片，位于不同的圖層，各圖層的操作都是獨(dú)立進(jìn)行、互不影響的，通過(guò)單個(gè)圖層的位置移動(dòng)，傾斜角度調(diào)整、大小調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)等，達(dá)到良好的拼接效果。用Photoshop軟件可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)方位照片的拼接處理。

6.結(jié)語(yǔ)

圖像處理技術(shù)以可靠的軟件代替了人工的繁瑣工作，改善了工作環(huán)境，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，科技強(qiáng)警，是一種很好的物證檢驗(yàn)方法。但是并不是所有檢驗(yàn)都可以用圖像處理，需要注意以下事項(xiàng)：（1）原始圖像的分辨率最好不要低于300dpi；（2）處理時(shí)要忠于原圖，保存好原始圖片，對(duì)圖片處理時(shí)會(huì)丟失一些細(xì)節(jié)特征；（3）每一種方法都有適用范圍和極限，不可能無(wú)限止的調(diào)整圖像；（4）切忌死搬硬套，針對(duì)不同的圖片選擇多種處理方法，根據(jù)需要反復(fù)操作，達(dá)到更佳的效果。

除了上述應(yīng)用外，還可以利用圖像處理軟件進(jìn)行手印比對(duì)、足跡的分離檢驗(yàn)、痕跡的長(zhǎng)度測(cè)量、特征的測(cè)量、模擬畫(huà)像、證件照的制作、通緝照片的制作、車輛牌照的識(shí)別和對(duì)視頻監(jiān)控中的圖像進(jìn)行處理，等等。綜上所述，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展和日益普及，它在痕跡物證檢驗(yàn)中的應(yīng)用會(huì)更廣泛，對(duì)刑事技術(shù)工作乃至公安工作帶來(lái)很大的幫助和促進(jìn)，在犯罪信息的收集、應(yīng)用、物證檢驗(yàn)技術(shù)等方面有更大的發(fā)展前景。數(shù)字圖像處理技術(shù)作為一個(gè)利器更好地揭示了犯罪痕跡、提供客觀、準(zhǔn)確的證據(jù)，適合在基層公安機(jī)關(guān)推廣應(yīng)用，更好地為公安工作服務(wù)。

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基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（15A520092），鐵道警察學(xué)院教改項(xiàng)目JY2014016、JY2013043。