试析数字图像处理在刑侦技术工作中的应用

内容摘要：数字图像处理在刑侦技术工作中的应用是刑事技术领域的一场革命，将计算机数字图像处理技术融入传统的刑侦技术工作中是必然的趋势，它将为现代刑侦工作带来新的发展机遇。文章就数字图像处理技术的概念、主要研究内容、在刑侦技术工作中的优越性及具体应用等作了较为详细的介绍。

关键词：数字图像处理；内容；应用

20世纪80年代，图像处理技术已逐步涉及人们工作生活的各个方面。数字图像处理在刑侦技术工作中的应用是刑事技术领域的一场革命。随着计算机、数码相机、扫描仪和激光打印机等数字化产品的普及应用，传统的胶片照相、暗房技术、光学比对及档案管理等已不能满足现代刑侦工作的需要，将计算机数字图像处理技术融入传统的刑侦技术工作中是必然的趋势，它将为现代刑侦工作带来新的发展机遇。

一、数字图像处理的概念

所谓图像是指实际景物在二维平面的光学投影，可有明暗和彩色之变化，在计算机中表现为一个矩阵。它包括可见光图像、不可见物理图像和数学图像三种。可见光图像是指在可见光 (波长为350-780nm)的范围内，人眼能够直接观察并易于感知的一类最重要、最基本的图像，如:黑白、彩色照片、绘画、文字资料、荧屏图像等；不可见物理图像是指人眼不可感知的电磁波场、引力场、声波场、温度场等物理现象的强度、密度等特征量在空间上形成的某种分布状态，如红外线、紫外线、X光图像、超声波、核磁共振等图像。不可见物理图像通常可以采用某种换能措施，使之转换成为可见光图像，从而被人们所利用；数学图像是指用数学函数或数学方法来表述的抽象图像，它不具有所代表物体的直观形象，是人们根据客观存在的物体建立的某种数学函数或有序的数字代码集。

图像处理是指按特定的目标，使用一定的技术设备和方法，对上述图像进行的“加工” 和“改造”，从而使原图像更加清晰、完美或从原图像中提取某些人眼不易感知的信息供人们利用。早期的图像处理是用光学、化学、电学等方法和相应设备，直接对原图像进行的加工和处理，称之为模拟图像处理，如在暗房中进行的放大和底片加工、光学图像处理等。随计算机技术的迅速发展，出现了计算机图像处理，又称数字图像处理 (Digital Image Processing)，它是指将图像信号转换成数字信号，并利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、特征提取、图像重建等处理的理论、方法和技术。其处理的对象是数字图像，模拟图像必须经过离散化，得到用数字表示的图像后，才能为计算机接受和处理。

二、数字图像处理研究的主要内容

（一）图像的数字化。图像的数字化是指将模拟图像经过离散化之后，得到用数字表示的图像。主要包括图像的采样与量化。采样是将在空间上连续分布的图像转换成为离散的采样点集的操作。量化是将各个采样点所含的明暗信息离散化后，用数字来表示。

（二）图像的增强。图像增强是通过去除噪声和干扰来加强图像的有用信息，从而提高图像的使用价值。它可以改善人眼对原始图像的视觉效果，使观察者从中获得更加清晰、便于理解的信息。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；强化低频分量可减少图像中的噪声影响。

（三）图像的复原。图像的复原是把退化、模糊了的图像进行复原。造成图像模糊的原因有很多，常见的有运动模糊、离焦模糊等。

（四）图像的分割与特征提取。图像的分割是将图像中的边缘、部分区域等有意义的特征部分提取出来，是进一步进行图像识别和分析的基础。图像的特征提取包括图像中的形状特征、 纹理特征、 颜色特征等。

（五）图像的变换。由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及的计算量很大。 因此，在图像处理中常采用傅立叶变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理。如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理。

（六）图像的编码压缩。图像的编码压缩可以减少描述图像的数据量，从而节省图像传输和处理的时间，并减小所占用的存储器的容量。

（七）图像的分析。图像的分析是对图像中的不同对象进行分割分类、识别、描述和解释。

三、数字图像处理在刑侦技术工作中的优越性

（一）具有良好的再现性，利于存贮、传输和复制。

传统的模拟图像处理，常因图像的存储、传输和复制等过程而导致图像的质量降低。而在数字图像处理中，只要图像在数字化时能准确地表现原稿，则在图像的存储、传输和复制等过程中将始终能保持原图像的再现。照片信息数字化，可以保证刑事物证照片高速无损地传输，提高时效性。借助公安内部的网络系统，数字化的刑事物证照片还可以进行远程传输，最大限度地提高了刑侦部门的快速反应能力。

（二）系统功能强大，实用性强。

首先，数字图像处理对各类物证的识别、比对、重叠指纹的分离、物证的测量、标注等诸多方面都体现了传统方法所不可比拟的优势。其次，数字扫描技术用于对照片进行保存和管理，既能以低消耗的数字图像库代替照片实物库，又能长期保证照片的质量，同时方便对照片的调用和传输。此外，系统还具有先进的数据库文档管理功能,可分门别类地对所有图像及相关信息进行管理，查寻时省时省力。

（三）适用面广，对各种来源的图像均适用。

图像可以来自多种信息源，它可以是可见光图像，也可以是不可见的物理图像。这些图像只要被转换为数字编码形式后，均是由二维数组表示的灰度图像组合而成，故只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集方法，对各种来源的图像均可进行数字图像处理。

（四）具有很强的处理灵活性。

图像的光学处理只能进行线性运算，这就极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且还能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现，这就使我们对图像的处理具有了很强的灵活性。数字图像处理对传统暗房操作所不能解决的运动模糊、聚焦模糊等均有很好的解决办法，这一点在刑侦工作中发挥了很大作用。

四、数字图像处理在刑侦技术工作中的应用

由于受现场条件、仪器设备、勘查人员技术水平及档案管理水平等的限制，我们对物证的提取、固定、检验、存储及管理等工作采用传统的方法和手段，致使检验周期长、检验难度大、成功率低、结论的准确度低、档案管理及查询难，且费力耗财，传统的技术手段和管理方法已不能满足现代刑侦工作的需要。为了提高工作效率，减少人、财、物的消耗，我们在刑侦技术工作中引入了数字图像处理，从而使刑侦技术工作上升到一个新台阶。

（一）在图像采集和处理中的应用

传统的图像采集是使用胶片照相的方法，需要经历拍照、冲洗和印放三个阶段。使用时不仅周期长，而且在任何一个阶段出现问题时，均会产生废片，给检验工作带来无法挽回的损失。而在计算机图像处理中，图像的实质是数字数据的集合，需要借助数码相机、扫描仪等来实现对图像的采集。采集时不但可以观察拍照效果，而且能直观地看到对图像的处理结果，可以随意进行修改，不易出现废片，节约了人力、降低了成本。

（二）在图像增强中的应用

在检验过程中，需要突出某些有用信息，抑制或消除一些无用的信息，以提高图像的使用价值，即图像的增强。如刑事案件现场遗留在有花纹背景上的手印、足迹及其他痕迹物证等，为便于鉴定，需要去除背景花纹的干扰。又如将红色的印章印文与黑色字迹进行分离，以便分别对印章印文和文字进行检验。图像增强的主要技术方式有：1、提高对比度，即将原图像的每一像素的灰度值重新进行分度，使其亮度的动态范围予以扩展，以达到改善或提高视觉效果的一种图像处理方法；2、彩色调整，即通过改变原图像的颜色分布，获得多种视觉效果，可以突出需要的信息，达到图像增强的目的；3、图像的平滑，即抑制噪声、消除干扰，改善图像质量的处理技术；4、图像的锐化，即边缘增强，增强边缘可以增加图像的清晰度；5、图像的伪彩色增强，是将黑白灰度图像中不同灰度值的像素，用人为规定的不同的彩色来表示，以提高识别率的增强处理方法。

（三）在模糊图像处理中的应用

在实际案件的调查取证过程中，侦查部门通常采用照相和录像等手段记录、固定与犯罪有关的客体影像。这些影像在形成和传输过程中，由于受成像设备、现场条件及人为因素等的影响，直接导致了影像质量的降低，形成了模糊图像。常见的模糊图像有：非正确曝光退化的图像,即由于拍照中曝光控制不当，产生曝光不足或曝光过度现象;散焦模糊图像，即由于摄影、摄像系统的实际孔径大小有限或存在较严重的光的衍射效应，使景物的光点在成像面上成为“圆斑”，形成散焦模糊图像；运动模糊图像,即由于拍摄曝光期间照相机或摄影机与被拍影物体间有相对运动而形成的模糊图像；噪声干扰模糊图像，即成像过程中成像系统夹入了噪声，随机地附加在图像上形成所谓的噪声；离焦模糊图像，即调焦过程中，调焦不实，使照片中的被摄主体形象模糊不清，形成离焦模糊图像。传统技术对这些模糊图像进行处理过程复杂、难度大。应用计算机图像处理中的图像平滑、锐化、滤波及数学运算等技术，不仅可提高模糊图像的清晰度，而且快捷、方便、效果明显。

（四）在矫正几何变形图像中的应用

现场物证是附着于各种不同客体之上的，由于客体形状的不同，拍摄固定时对物证特征的距离、相互关系等造    成很大的影响。传统的技术方法很难对变形物证进行处理，采用数字图像处理方法不仅处理速度快，且效果明显。计算机图像处理很容易实现对数字图像的放大、缩小及旋转，同时还可实现对鱼眼、柱面及球面等变形图像的校正处理。

（五）在图像标注、测量中的应用

标注和测量是痕迹、文件检验中经常使用的比对检验的重要手段之一。传统的标注和测量由人工利用直尺在物证照片或复印件上标划完成，其操作复杂、工作量大且易出现误差。计算机图像处理技术具有多种标注方式，标注完成后，计算机可对各标注点间的距离和角度进行测量，且测量结果精确，不受图像放缩比例的影响，使标注和测量变得简易、直观。同时计算机图像处理系统还可完成检材与样本的拼接和重叠比对，使印章印文检验、人相检验、工具痕迹比对等更易操作。

（六）在档案管理中的应用

以往侦查人员在勘查现场及调查取证结束后，要花费大量的时间整理笔录及填写各种表格，同时还要对各类痕迹物证进行拍照、暗房冲洗、比对鉴别及存档等，即费时又费力，这使侦查人员始终处于高强度的工作状态下。数字图像处理技术的应用，改变了侦查人员原有的繁琐工作模式，勘查人员可利用电脑，借助于图像处理系统、指纹自动识别系统、足迹查询系统、法医工作管理系统及人相识别系统等，完成对案件信息的查询、传报和对各类痕迹物证的处理、存档等工作。

五、应用数字图像处理技术值得注意的问题

（一）应用数字图像处理技术需要有一定的前提条件。

通过对原始图像进行处理，达到将肉眼不可识别的信息变为可以识别的信息。在此过程中原始图像所包含的内容是十分关键的，系统可以对原图像中隐含的信息进行处理，但不能无中生有，从没有信息的图像中产生信息是不可能做到的。

（二）应用数字图像处理技术必须以相应的配套设施作保证。

相关器材配套齐全是数字图像处理技术发挥作用的前提。任何一种技术的应用必须有其相应的物质基础，数字图像处理技术的应用也依赖于相关数字化设备的配套使用。由于目前数字化设备种类较多、性能差别较大，选用时应注意其相互间的功能搭配。数码照相机的选择重点应放在CCD与相机镜头上；在视频图像处理上，应注重录像机的普适性和视频捕获卡的非压缩性；在其他数字设备的选择上，应注意设备的分辨率，分辨率并非越高越好，如底片扫描仪的分辨率达到2700DPI已经足够，再高的分辨率就会产生更多的划痕。

（三）应用数字图像处理技术要注意法律规范问题。

数字图像处理技术的应用，实现了刑侦技术工作的全数字化飞跃。它在给刑侦技术工作带来方便的同时，其自身也存着“ 可修改性”的缺陷。因此，在应用数字图像处理技术时，要注意进行证据的保全。国家应制定相关的法律法规具体规定数字图像处理的研究对象、适用范围、应用程序方面的法律规范和技术要求等，以保证其在刑侦技术工作中的健康发展。