試析數字圖像處理在刑偵技術工作中的應用

內容摘要：數字圖像處理在刑偵技術工作中的應用是刑事技術領域的一場革命，將計算機數字圖像處理技術融入傳統的刑偵技術工作中是必然的趨勢，它將為現代刑偵工作帶來新的發展機遇。文章就數字圖像處理技術的概念、主要研究內容、在刑偵技術工作中的優越性及具體應用等作了較為詳細的介紹。

關鍵詞：數字圖像處理；內容；應用

20世紀80年代，圖像處理技術已逐步涉及人們工作生活的各個方面。數字圖像處理在刑偵技術工作中的應用是刑事技術領域的一場革命。隨著計算機、數碼相機、掃描儀和激光打印機等數字化產品的普及應用，傳統的膠片照相、暗房技術、光學比對及檔案管理等已不能滿足現代刑偵工作的需要，將計算機數字圖像處理技術融入傳統的刑偵技術工作中是必然的趨勢，它將為現代刑偵工作帶來新的發展機遇。

一、數字圖像處理的概念

所謂圖像是指實際景物在二維平面的光學投影，可有明暗和彩色之變化，在計算機中表現為一個矩陣。它包括可見光圖像、不可見物理圖像和數學圖像三種?？梢姽鈭D像是指在可見光 (波長為350-780nm)的范圍內，人眼能夠直接觀察并易于感知的一類最重要、最基本的圖像，如:黑白、彩色照片、繪畫、文字資料、熒屏圖像等；不可見物理圖像是指人眼不可感知的電磁波場、引力場、聲波場、溫度場等物理現象的強度、密度等特征量在空間上形成的某種分布狀態，如紅外線、紫外線、X光圖像、超聲波、核磁共振等圖像。不可見物理圖像通?？梢圆捎媚撤N換能措施，使之轉換成為可見光圖像，從而被人們所利用；數學圖像是指用數學函數或數學方法來表述的抽象圖像，它不具有所代表物體的直觀形象，是人們根據客觀存在的物體建立的某種數學函數或有序的數字代碼集。

圖像處理是指按特定的目標，使用一定的技術設備和方法，對上述圖像進行的“加工” 和“改造”，從而使原圖像更加清晰、完美或從原圖像中提取某些人眼不易感知的信息供人們利用。早期的圖像處理是用光學、化學、電學等方法和相應設備，直接對原圖像進行的加工和處理，稱之為模擬圖像處理，如在暗房中進行的放大和底片加工、光學圖像處理等。隨計算機技術的迅速發展，出現了計算機圖像處理，又稱數字圖像處理 (Digital Image Processing)，它是指將圖像信號轉換成數字信號，并利用計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、特征提取、圖像重建等處理的理論、方法和技術。其處理的對象是數字圖像，模擬圖像必須經過離散化，得到用數字表示的圖像后，才能為計算機接受和處理。

二、數字圖像處理研究的主要內容

（一）圖像的數字化。圖像的數字化是指將模擬圖像經過離散化之后，得到用數字表示的圖像。主要包括圖像的采樣與量化。采樣是將在空間上連續分布的圖像轉換成為離散的采樣點集的操作。量化是將各個采樣點所含的明暗信息離散化后，用數字來表示。

（二）圖像的增強。圖像增強是通過去除噪聲和干擾來加強圖像的有用信息，從而提高圖像的使用價值。它可以改善人眼對原始圖像的視覺效果，使觀察者從中獲得更加清晰、便于理解的信息。如強化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細節明顯；強化低頻分量可減少圖像中的噪聲影響。

（三）圖像的復原。圖像的復原是把退化、模糊了的圖像進行復原。造成圖像模糊的原因有很多，常見的有運動模糊、離焦模糊等。

（四）圖像的分割與特征提取。圖像的分割是將圖像中的邊緣、部分區域等有意義的特征部分提取出來，是進一步進行圖像識別和分析的基礎。圖像的特征提取包括圖像中的形狀特征、 紋理特征、 顏色特征等。

（五）圖像的變換。由于圖像陣列很大，直接在空間域中進行處理，涉及的計算量很大。 因此，在圖像處理中常采用傅立葉變換、離散余弦變換等間接處理技術，將空間域的處理轉換為變換域處理。如傅立葉變換可在頻域中進行數字濾波處理。

（六）圖像的編碼壓縮。圖像的編碼壓縮可以減少描述圖像的數據量，從而節省圖像傳輸和處理的時間，并減小所占用的存儲器的容量。

（七）圖像的分析。圖像的分析是對圖像中的不同對象進行分割分類、識別、描述和解釋。

三、數字圖像處理在刑偵技術工作中的優越性

（一）具有良好的再現性，利于存貯、傳輸和復制。

傳統的模擬圖像處理，常因圖像的存儲、傳輸和復制等過程而導致圖像的質量降低。而在數字圖像處理中，只要圖像在數字化時能準確地表現原稿，則在圖像的存儲、傳輸和復制等過程中將始終能保持原圖像的再現。照片信息數字化，可以保證刑事物證照片高速無損地傳輸，提高時效性。借助公安內部的網絡系統，數字化的刑事物證照片還可以進行遠程傳輸，最大限度地提高了刑偵部門的快速反應能力。

（二）系統功能強大，實用性強。

首先，數字圖像處理對各類物證的識別、比對、重疊指紋的分離、物證的測量、標注等諸多方面都體現了傳統方法所不可比擬的優勢。其次，數字掃描技術用于對照片進行保存和管理，既能以低消耗的數字圖像庫代替照片實物庫，又能長期保證照片的質量，同時方便對照片的調用和傳輸。此外，系統還具有先進的數據庫文檔管理功能,可分門別類地對所有圖像及相關信息進行管理，查尋時省時省力。

（三）適用面廣，對各種來源的圖像均適用。

圖像可以來自多種信息源，它可以是可見光圖像，也可以是不可見的物理圖像。這些圖像只要被轉換為數字編碼形式后，均是由二維數組表示的灰度圖像組合而成，故只要針對不同的圖像信息源，采取相應的圖像信息采集方法，對各種來源的圖像均可進行數字圖像處理。

（四）具有很強的處理靈活性。

圖像的光學處理只能進行線性運算，這就極大地限制了光學圖像處理能實現的目標。而數字圖像處理不僅能完成線性運算，而且還能實現非線性處理，即凡是可以用數學公式或邏輯關系來表達的一切運算均可用數字圖像處理實現，這就使我們對圖像的處理具有了很強的靈活性。數字圖像處理對傳統暗房操作所不能解決的運動模糊、聚焦模糊等均有很好的解決辦法，這一點在刑偵工作中發揮了很大作用。

四、數字圖像處理在刑偵技術工作中的應用

由于受現場條件、儀器設備、勘查人員技術水平及檔案管理水平等的限制，我們對物證的提取、固定、檢驗、存儲及管理等工作采用傳統的方法和手段，致使檢驗周期長、檢驗難度大、成功率低、結論的準確度低、檔案管理及查詢難，且費力耗財，傳統的技術手段和管理方法已不能滿足現代刑偵工作的需要。為了提高工作效率，減少人、財、物的消耗，我們在刑偵技術工作中引入了數字圖像處理，從而使刑偵技術工作上升到一個新臺階。

（一）在圖像采集和處理中的應用

傳統的圖像采集是使用膠片照相的方法，需要經歷拍照、沖洗和印放三個階段。使用時不僅周期長，而且在任何一個階段出現問題時，均會產生廢片，給檢驗工作帶來無法挽回的損失。而在計算機圖像處理中，圖像的實質是數字數據的集合，需要借助數碼相機、掃描儀等來實現對圖像的采集。采集時不但可以觀察拍照效果，而且能直觀地看到對圖像的處理結果，可以隨意進行修改，不易出現廢片，節約了人力、降低了成本。

（二）在圖像增強中的應用

在檢驗過程中，需要突出某些有用信息，抑制或消除一些無用的信息，以提高圖像的使用價值，即圖像的增強。如刑事案件現場遺留在有花紋背景上的手印、足跡及其他痕跡物證等，為便于鑒定，需要去除背景花紋的干擾。又如將紅色的印章印文與黑色字跡進行分離，以便分別對印章印文和文字進行檢驗。圖像增強的主要技術方式有：1、提高對比度，即將原圖像的每一像素的灰度值重新進行分度，使其亮度的動態范圍予以擴展，以達到改善或提高視覺效果的一種圖像處理方法；2、彩色調整，即通過改變原圖像的顏色分布，獲得多種視覺效果，可以突出需要的信息，達到圖像增強的目的；3、圖像的平滑，即抑制噪聲、消除干擾，改善圖像質量的處理技術；4、圖像的銳化，即邊緣增強，增強邊緣可以增加圖像的清晰度；5、圖像的偽彩色增強，是將黑白灰度圖像中不同灰度值的像素，用人為規定的不同的彩色來表示，以提高識別率的增強處理方法。

（三）在模糊圖像處理中的應用

在實際案件的調查取證過程中，偵查部門通常采用照相和錄像等手段記錄、固定與犯罪有關的客體影像。這些影像在形成和傳輸過程中，由于受成像設備、現場條件及人為因素等的影響，直接導致了影像質量的降低，形成了模糊圖像。常見的模糊圖像有：非正確曝光退化的圖像,即由于拍照中曝光控制不當，產生曝光不足或曝光過度現象;散焦模糊圖像，即由于攝影、攝像系統的實際孔徑大小有限或存在較嚴重的光的衍射效應，使景物的光點在成像面上成為“圓斑”，形成散焦模糊圖像；運動模糊圖像,即由于拍攝曝光期間照相機或攝影機與被拍影物體間有相對運動而形成的模糊圖像；噪聲干擾模糊圖像，即成像過程中成像系統夾入了噪聲，隨機地附加在圖像上形成所謂的噪聲；離焦模糊圖像，即調焦過程中，調焦不實，使照片中的被攝主體形象模糊不清，形成離焦模糊圖像。傳統技術對這些模糊圖像進行處理過程復雜、難度大。應用計算機圖像處理中的圖像平滑、銳化、濾波及數學運算等技術，不僅可提高模糊圖像的清晰度，而且快捷、方便、效果明顯。

（四）在矯正幾何變形圖像中的應用

現場物證是附著于各種不同客體之上的，由于客體形狀的不同，拍攝固定時對物證特征的距離、相互關系等造    成很大的影響。傳統的技術方法很難對變形物證進行處理，采用數字圖像處理方法不僅處理速度快，且效果明顯。計算機圖像處理很容易實現對數字圖像的放大、縮小及旋轉，同時還可實現對魚眼、柱面及球面等變形圖像的校正處理。

（五）在圖像標注、測量中的應用

標注和測量是痕跡、文件檢驗中經常使用的比對檢驗的重要手段之一。傳統的標注和測量由人工利用直尺在物證照片或復印件上標劃完成，其操作復雜、工作量大且易出現誤差。計算機圖像處理技術具有多種標注方式，標注完成后，計算機可對各標注點間的距離和角度進行測量，且測量結果精確，不受圖像放縮比例的影響，使標注和測量變得簡易、直觀。同時計算機圖像處理系統還可完成檢材與樣本的拼接和重疊比對，使印章印文檢驗、人相檢驗、工具痕跡比對等更易操作。

（六）在檔案管理中的應用

以往偵查人員在勘查現場及調查取證結束后，要花費大量的時間整理筆錄及填寫各種表格，同時還要對各類痕跡物證進行拍照、暗房沖洗、比對鑒別及存檔等，即費時又費力，這使偵查人員始終處于高強度的工作狀態下。數字圖像處理技術的應用，改變了偵查人員原有的繁瑣工作模式，勘查人員可利用電腦，借助于圖像處理系統、指紋自動識別系統、足跡查詢系統、法醫工作管理系統及人相識別系統等，完成對案件信息的查詢、傳報和對各類痕跡物證的處理、存檔等工作。

五、應用數字圖像處理技術值得注意的問題

（一）應用數字圖像處理技術需要有一定的前提條件。

通過對原始圖像進行處理，達到將肉眼不可識別的信息變為可以識別的信息。在此過程中原始圖像所包含的內容是十分關鍵的，系統可以對原圖像中隱含的信息進行處理，但不能無中生有，從沒有信息的圖像中產生信息是不可能做到的。

（二）應用數字圖像處理技術必須以相應的配套設施作保證。

相關器材配套齊全是數字圖像處理技術發揮作用的前提。任何一種技術的應用必須有其相應的物質基礎，數字圖像處理技術的應用也依賴于相關數字化設備的配套使用。由于目前數字化設備種類較多、性能差別較大，選用時應注意其相互間的功能搭配。數碼照相機的選擇重點應放在CCD與相機鏡頭上；在視頻圖像處理上，應注重錄像機的普適性和視頻捕獲卡的非壓縮性；在其他數字設備的選擇上，應注意設備的分辨率，分辨率并非越高越好，如底片掃描儀的分辨率達到2700DPI已經足夠，再高的分辨率就會產生更多的劃痕。

（三）應用數字圖像處理技術要注意法律規范問題。

數字圖像處理技術的應用，實現了刑偵技術工作的全數字化飛躍。它在給刑偵技術工作帶來方便的同時，其自身也存著“ 可修改性”的缺陷。因此，在應用數字圖像處理技術時，要注意進行證據的保全。國家應制定相關的法律法規具體規定數字圖像處理的研究對象、適用范圍、應用程序方面的法律規范和技術要求等，以保證其在刑偵技術工作中的健康發展。