視頻人像的測量與應(yīng)用

楊英倉

（貴州警察學(xué)院 刑事技術(shù)系，貴州 貴陽 550005）

隨著犯罪分子反偵查意識和能力的提高，案件現(xiàn)場很難提取到有價值的痕跡物證。 而廣泛安裝的視頻監(jiān)控，客觀、真實、完整和全面地記錄了監(jiān)控范圍內(nèi)的場景，記錄了時空軌跡信息，視頻偵查技術(shù)成為案件偵破的殺手锏，強有力地打擊和震懾了各類違法犯罪行為。 與此同時，為逃避打擊，犯罪分子的作案手法也在不斷升級。 犯罪嫌疑人作案時進行偽裝，或者選擇夜間、雨霧天氣等光線條件較差的環(huán)境實施作案，辦案人員很難提取到犯罪嫌疑人清晰的面部特征，致使人臉識別技術(shù)的應(yīng)用受到限制。此類案件可以根據(jù)視頻人像的外在輪廓特征進行身高的測量，還可以利用視頻連續(xù)動態(tài)性測量視頻人像的步態(tài)等相關(guān)特征，全面刻畫犯罪嫌疑人的信息，可有效縮小偵查范圍，為案件偵辦指明方向。然而，受限于視頻監(jiān)控的質(zhì)量、視場角度、光線、距離等因素的影響，案件視頻人像的測量仍面臨諸多難題。

本文以一起發(fā)案到發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場間隔一個月、現(xiàn)場未提取到有價值的痕跡物證、調(diào)查走訪沒有線索、犯罪嫌疑人不攜帶通訊設(shè)備、視頻人像模糊不清條件下遇到的疑難案件為例，對視頻人像測量技術(shù)進行深入研究。 通過開展多項偵查實驗，探索利用桌面標(biāo)繪結(jié)合現(xiàn)場重建的方法，全面開展視頻人像的測量。 測量前期用成像比例一致性的校正方法確保了實時監(jiān)控畫面與回放的案件視頻畫面場景相同，為現(xiàn)場重建提供條件；中期用現(xiàn)場重建的再現(xiàn)方法還原了視頻人像在現(xiàn)場的行為和動作，為測量提供保障；后期準(zhǔn)確選點、測量視頻人像相關(guān)數(shù)據(jù)，有效刻畫視頻人像的身高等靜態(tài)特征和步長等動態(tài)特征，為案件提供排查方向和偵查線索。

1 材料與方法

1.1 器材和軟件系統(tǒng)

貴州警察學(xué)院視頻監(jiān)控系統(tǒng)，貴州警察學(xué)院110 實訓(xùn)指揮系統(tǒng)，Adobe Photoshop cc2020，視偵通 2.0.7，帶刻度的鋼管，皮尺（30 m），卷尺（2 m），自動測量儀等。

1.2 制作實驗視頻

隨機選擇15 名男性受試者，均為貴州警察學(xué)院大二、大三學(xué)生；實驗人員的身高在172 cm~179 cm 之間。 實驗人員在20 m 的監(jiān)控場地內(nèi)沿規(guī)定路線自然行走，往返3 次。 記錄實驗人員進入視頻監(jiān)控和離開視頻監(jiān)控的時間，調(diào)閱視頻監(jiān)控資料。 對于行走的視頻人像，統(tǒng)一選擇單腿直立接近自然身高的視頻人像進行截圖保存。

1.3 數(shù)據(jù)測量

時間因素早中晚和人體負重與否，對身高都有一定的影響。 為減小誤差，每天早上9 點測量15 名實驗人員的穿鞋身高和步長，連續(xù)3 d，實驗人員實驗期間的著裝和鞋子不變，記錄實際數(shù)據(jù)。 調(diào)閱實驗視頻資料，分3 次測量15 名實驗人員的視頻人像身高和步長，記錄實驗數(shù)據(jù)。

1.4 基于成像比例一致性的校正方法

將實驗現(xiàn)場畫面和實驗后現(xiàn)場畫面調(diào)整到相同比例和大小。 同時打開視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控畫面和視偵通的桌面標(biāo)繪功能，用紅色矩形在屏幕上繪制視頻畫面的四個邊框。 打開視偵通播放器，回放實驗視頻，調(diào)整畫面的四個邊框，使之與實時監(jiān)控畫面的四個邊框完全重疊。兩個畫面不同之處在于：一個是實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 播放的是實驗后的現(xiàn)場情況（即實時畫面），此畫面無法查看目標(biāo)人像；一個是實驗視頻，播放的是實驗進行時的現(xiàn)場場景，可以看到視頻人像的輪廓特征、衣著、走路的姿勢、步幅的大小、擺臂的頻率和程度、有沒有聳肩等相關(guān)性動作、有沒有隨身物品及其特征等（圖1）。

圖1 在屏幕上繪制參考線示意圖

選擇兩個畫面共有的場景，在實驗視頻畫面上選擇有線條交叉的點位，利用視偵通的桌面標(biāo)繪功能在屏幕上進行點、線標(biāo)記。 為準(zhǔn)確校正監(jiān)控，點和線型的標(biāo)記越小越好。 切換到實時監(jiān)控畫面，如果這些點位和線條能夠完全重合，說明期間監(jiān)控沒有發(fā)生變動。 如果不能重合，說明期間監(jiān)控發(fā)生變動，應(yīng)一邊調(diào)整監(jiān)控了邊觀察點位的變化，調(diào)整監(jiān)控直至屏幕上標(biāo)記的點位和線條在兩個畫面中均完全重合，說明監(jiān)控恢復(fù)到了實驗時的視場角度。 兩個畫面內(nèi)容除監(jiān)控時間、視頻人像外，其他場景均一一對應(yīng)，可用于后期的現(xiàn)場重建（圖2）。

圖2 實時監(jiān)控畫面和回放視頻畫面的一致性校正

1.5 基于現(xiàn)場重建的事件再現(xiàn)方法

回放實驗視頻資料，利用視偵通的桌面標(biāo)繪在屏幕上用點位標(biāo)記視頻人像在現(xiàn)場的活動情況。打開實時監(jiān)控畫面，實驗人員利用對講機或手機，在現(xiàn)場實地找到與屏幕標(biāo)記相對應(yīng)的點位。 通過現(xiàn)場重建，在現(xiàn)場實地找到與視頻人像對應(yīng)的各特征點，對視頻人像在現(xiàn)場遺留的痕跡大小、位置、形狀等進行分析，從而還原現(xiàn)場發(fā)生的事件和行為的全過程（圖3）。

圖3 現(xiàn)場重建再現(xiàn)事件的全過程

1.6 視頻目標(biāo)人像的測量方法

打開視偵通播放器，回放實驗視頻資料。 找到15 名實驗人員的視頻人像，用視偵通的桌面標(biāo)繪功能在顯示器上標(biāo)記出實驗人員視頻人像的關(guān)鍵點位。 打開實時監(jiān)控畫面，利用現(xiàn)場重建技術(shù)找到屏幕標(biāo)記的關(guān)鍵點位所在現(xiàn)場的位置。 根據(jù)測量目的的不同，關(guān)鍵點位有所變化。 測量人物身高時，關(guān)鍵點位是指人像的頭頂點和腳底點，主要是測量頭頂點和腳底點之間的長度。 測量步幅特征時，關(guān)鍵點位是指人像的鞋跟后緣點、鞋尖前緣點、腿部關(guān)節(jié)特征點，主要是測量步長、步寬、步角、左右腳的步長步寬差異、人像行進方向與左右腳落地方向的差異以及腿部其他特征等。 測量擺臂特征時，關(guān)鍵點位是指人像的手指最前端點、肘關(guān)節(jié)特征點等，主要是測量擺臂幅度、擺臂頻率、人像行進方向與左右擺臂方向的差異以及肩部其他特征等。 測量衣著特征時，關(guān)鍵點位是指人物衣著的衣領(lǐng)、袖口、拉鏈、紐扣、圖案邊緣點，主要是測量衣長、袖長、肩寬、拉鏈長度、褲長、圖案形狀和大小等。

本次實驗主要測量15 名實驗人員的真實身高和步長，以及實驗視頻人像的身高和步長。 觀看視頻監(jiān)控的人員利用通訊工具與現(xiàn)場開展偵查實驗人員實時互動，確保在現(xiàn)場準(zhǔn)確找到對應(yīng)的關(guān)鍵點位。 測量視頻人像的身高和步長（圖4）。

圖4 視頻人像的身高和步長測量過程

2 結(jié)果

每天早上9 點，連續(xù)3 d 用測量儀測量15 名實驗人員的實際身高。 15 名實驗人員在視頻監(jiān)控下正常走路20 m，反復(fù)行走3 次。 調(diào)閱視頻，截取案件視頻中相對清晰的目標(biāo)人像，標(biāo)記嫌疑人的頭頂點和腳底點，分3 次測量視頻人像的身高。 視頻監(jiān)控一般從上而下俯拍，人物頭頂點不一定是視頻人像中頭的最高點而是頭頂所在的位置。 盡量選擇人物相對直立的關(guān)鍵幀進行身高測量，有姿態(tài)的人物身高明顯矮于正常身高。 現(xiàn)場實驗人員與查看視頻監(jiān)控的人員利用通訊設(shè)備實時互動，將有刻度的標(biāo)桿放置在案件現(xiàn)場對應(yīng)的底點上，模擬視頻目標(biāo)人像出現(xiàn)的姿態(tài)，頂點所在標(biāo)桿的刻度就是視頻目標(biāo)人像的身高。 測量身高和實際身高的差異在2 cm 以內(nèi)，測量身高與實際身高相同的有5 人，占比33%，測量身高與實際身高差異≤1cm 的有13 人，占比87%，實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果見表1。

表1 實際身高和測量身高的對比結(jié)果 （cm）

15 名實驗人員在視頻監(jiān)控下正常行走20 m，反復(fù)行走3 次。 測量實驗人員現(xiàn)場行走20 m 的平均左步長和右步長，測量3 次，并計算差異；分3 次測量實驗視頻人像行走20 m 的平均左步長和右步長結(jié)果見表2。

表2 實際步長和測量步長的對比（cm）

續(xù)表2（cm）

數(shù)據(jù)表明：實驗人員左步長實際均值減去左步長的視頻測量均值，得出實驗人員左步長實際值與測量值的差異。15 名實驗人員左步長的實際值與測量值差異均≤1 cm，平均差異為0.09 cm。 實驗人員右步長實際均值減去右步長的視頻測量均值，得出實驗人員右步長實際值與測量值的差異。 右步長的實際值與測量值差異均≤2 cm，平均差異為0.39 cm。實驗人員左步長實際均值減去右步長實際均值，得出實驗人員左右步長的實際差異，且左右步長的實際差異均≤2.5 cm，視頻人像左右步長的測量差異均≤3 cm。 實驗人員實際左右步長差異減去視頻測量左右步長差異，得出實際左右步長差異和視頻測量左右步長差異的差值。 實際左右步長差異和視頻測量左右步長差異的差值均≤3 cm，平均差異為0.30 cm。實際步長和測量步長的差異均≤2.5 cm，實際步長和視頻測量步長的平均差異為0.49 cm。3 名實驗人員左步長實際值與測量值相同，占比20%；1名實驗人員右步長實際值與測量值相同，占比7%；5 名實驗人員實際步長和測量步長相同，占比33%。具體見表3。

表3 左右步長的差異和測量數(shù)據(jù)的對比 （cm）

3 討論與分析

3.1 實驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠

通過實驗對比了15 名實驗人員視頻測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：5 人視頻測量身高與實際身高相同，占比33%；13 人測量身高與實際身高差異≤1 cm，占比87%。 左步長的實際值與視頻測量值差異均≤1 cm，平均差異為0.09cm，3 人實際值與測量值相同，占比20%；7 人實際值與測量值≤0.5 cm，占比47%。 右步長的實際值與測量值差異均≤2 cm，平均差異為0.39 cm，1 人實際值與測量值相同，占比7%；6 人實際值與測量值≤0.5cm，占比40%；13 人實際值與測量值≤1 cm，占比87%。步長實際值和視頻測量差異均≤2.5 cm，平均差異為0.49 cm；5 人實際值與測量值相同，占比33%；10 人實際值與測量值≤0.5 cm，占比67%；12 人實際值與測量值≤1 cm，占比80%，14 人實際值與測量值≤1.5 cm，占比93%。 實驗結(jié)果表明，視頻測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)較為接近，案件應(yīng)用中能有效指明偵查方向、縮小偵查范圍。

3.2 針對案后監(jiān)控變動問題提出解決方案

當(dāng)前視頻監(jiān)控保存期限都在一個月以上，為依托視頻測定人像相關(guān)數(shù)據(jù)提供了前提條件。 實際鑒定中常出現(xiàn)案發(fā)時間與視頻人像測定時間間隔一周甚至是幾周的情況，期間監(jiān)控會出現(xiàn)些許變動。利用桌面標(biāo)繪，結(jié)合點、線標(biāo)識進行成像比例一致性校正，結(jié)合現(xiàn)場重建能將實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)的畫面校正到案發(fā)時的視場角度，利用恢復(fù)后的視頻監(jiān)控可進行視頻人像的測量。

3.3 創(chuàng)新測量選點方法

本文創(chuàng)新性地進行了視頻單幀選點，實現(xiàn)了視頻人像幀間變化的有效計算。 通過現(xiàn)場重建，在現(xiàn)場找到案件視頻人像待測量的關(guān)鍵點，再現(xiàn)案件視頻人像的動作、還原人像姿態(tài)、在相同角度和條件下進行測量，能有效減少姿態(tài)、變形、角度、光線等帶來的測量誤差。

3.4 測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)存在一定差異

測量數(shù)據(jù)受多重因素影響較大，誤差只能減小但很難消除。 光線較好的條件下誤差較小、監(jiān)控系統(tǒng)分辨率越高誤差越小、屏幕越大誤差越小、點和線型的標(biāo)記越小誤差越小。 步長相對于身高而言，受場地、心理、環(huán)境、氣候等因素影響較大。 測量中選點過大、皮尺彎曲、測量數(shù)據(jù)量小等都會導(dǎo)致誤差增大。 測量過程中可進行多次選點、多次測量取平均值的方法來降低誤差。

4 案例應(yīng)用

4.1 簡要案情

某污水處理井內(nèi)發(fā)現(xiàn)一具女尸，通過現(xiàn)場勘查和技術(shù)檢驗，確定死者系一個月前失蹤的某某。 視頻偵查人員在案發(fā)地周邊調(diào)取了13 個監(jiān)控點位，并對案發(fā)地相鄰區(qū)域的視頻監(jiān)控采取更換硬盤的方式進行了視頻保全，同時制作了保全登記表，記錄了視頻點位名稱，保全時間段及北京時間差。

4.2 人像測量

通過反復(fù)觀看視頻，確定案發(fā)時間為凌晨時分。 案件視頻中犯罪嫌疑人面部特征模糊但身體輪廓清晰，對視頻監(jiān)控中出現(xiàn)的犯罪嫌疑人圖像進行分析和測量，確定了犯罪嫌疑人的身高和步態(tài)特征。

4.2.1 校正視頻監(jiān)控

在發(fā)現(xiàn)死者和案件發(fā)生中間間隔一個月的時間，視頻監(jiān)控存在或多或少的變動。 因此，測量身高之前需要校正視頻監(jiān)控，使之恢復(fù)到案發(fā)時的視場角度。

查看視頻監(jiān)控系統(tǒng)，播放實時監(jiān)控畫面。 在同一臺電腦設(shè)備上，利用視頻播放軟件回放案件視頻，并選定待測量的視頻人像。 用視偵通的桌面標(biāo)繪功能在屏幕上進行標(biāo)記，按照圖2 所示方法進行成像比例一致性的校正，使視頻監(jiān)控恢復(fù)到案發(fā)前的視場角度。

4.2.2 數(shù)據(jù)測量

視頻測量顯示，犯罪嫌疑人的身高為160 cm 左右。 結(jié)合夜間光線條件差、人像距離監(jiān)控較遠，推測犯罪嫌疑人身高在 155 ～165 cm 之間（圖 5）。要進行步長測量，首先需對視頻監(jiān)控進行成像比例一致性的校正；其次在案件視頻中找出犯罪嫌疑人左右步所在點位；再次在屏幕上進行標(biāo)記；然后結(jié)合偵查實驗在現(xiàn)場找到對應(yīng)點位；最后實地測量犯罪嫌疑人左右步長。 因本案中犯罪嫌疑人左右步長差異較為明顯，所以僅在屏幕上標(biāo)記了左右步所在點位，屏幕步長測量過程和結(jié)果分別見圖6 和表4。

表4 犯罪嫌疑人左右步長測量數(shù)據(jù)的對比

圖5 犯罪嫌疑人的身高測量

圖6 犯罪嫌疑人的步長測量過程

測量結(jié)果顯示，犯罪嫌疑人左腳步長明顯小于右腳步長，左腳步長與右腳步長的比例平均為23∶28。犯罪嫌疑人走路微跛，身體重心向左傾斜。 結(jié)合現(xiàn)場勘查和視頻測量，綜合分析確定犯罪嫌疑人特征：男性、身高在 155 cm ～165 cm 之間、腳跛、上身穿連帽衣服（款式類似于沖鋒衣）、雙手戴深色手套、右手持匕首、深色鞋面淺色鞋底。

4.3 綜合分析

專案組結(jié)合已有特征開展調(diào)查并取得顯著成效：一是在重點人口數(shù)據(jù)庫中以“男性”“身高在155～165 cm 之間”“腳跛”為關(guān)鍵詞進行檢索，比中了刑滿釋放人員某某；二是在周邊監(jiān)控中查找相似特征視頻人像，發(fā)現(xiàn)了犯罪嫌疑人并劃定了活動軌跡。綜合研判，確定了犯罪嫌疑人的真實身份。經(jīng)周密部署，專案組成功抓獲犯罪嫌疑人并在其居住地搜出作案工具、作案時穿的衣服，并在衣服上提取到死者DNA 等關(guān)鍵性證據(jù)。 經(jīng)查犯罪嫌疑人腳跛，實際測量犯罪嫌疑人的真實身高為160 cm。

本案中，犯罪嫌疑人與死者并不認識，晚上犯罪嫌疑人在路上游蕩，遇到受害人，于是萌生搶劫的念頭，在搶劫過程中遭遇反抗，最終將受害人殺害。 辦案民警發(fā)現(xiàn)死者時，距離案發(fā)一個月，現(xiàn)場沒有提取到有價值的痕跡物證。 在被害人親屬、鄰居等相關(guān)人員的走訪過程中，未發(fā)現(xiàn)死者有債務(wù)糾紛、鄰里糾紛或情感糾紛等相關(guān)線索。 案件發(fā)生在夜間凌晨時分，犯罪嫌疑人未攜帶通訊設(shè)備、調(diào)查走訪一無所獲、視頻人像模糊不清等問題，大大增加了破案難度。 這是一起利用視頻人像測量技術(shù)成功破獲的典型案件。 案件以視頻人像測量為突破口，確定了犯罪嫌疑人的身高和走路特征，為偵查指明了方向。

5 技術(shù)拓展

實驗結(jié)果驗證了實驗設(shè)計的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和有效性。 可以在本實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合屏幕標(biāo)記、成像比例一致性校正、現(xiàn)場重建、點線定位等，拓展視頻測量的范圍。 可測量視頻人像身高、體型特征；測量臂長、肩寬等身體比例特征；測量人物的衣長、袖長、拉鏈長度、褲長、圖案形狀和大小等衣著特征；測量人物的背包、挎包、行李等隨身物品特征；測量人物的步態(tài)特征、步長、步寬、步角、左右腳的步長步寬差異、行進方向與左右腳落地方向的差異、腿部其他特征等；測量人物的擺臂幅度、擺臂頻率、行進方向與左右擺臂方向的差異、肩部等其他特征。該測量方法同樣適用于視頻車輛外觀長度、比例、車型等相關(guān)數(shù)據(jù)的測定；應(yīng)用于車速測定時，能實現(xiàn)視頻單幀選點，計算視頻車輛幀間實時車速。 不用選擇道路環(huán)境或車體作為參照物，避免了道路環(huán)境標(biāo)識不明顯、車輛長度未知、幀數(shù)過長無法測定實時車速等問題的影響；也不會出現(xiàn)上一幀車輛沒有到達參考線，而下一幀車輛已經(jīng)離開參考線的尷尬境地。 實驗方法簡單易行、實驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為基層公安實戰(zhàn)提供了較為實用的技術(shù)方案。