1、4.4 监控录像处理,4.3节介绍了图像复原的基本原理，但公安图像技术中经常需要面对情形并非静态图像，往往是监控录像画面获取的模棱两可的录像。 对监控录像的处理除了涉及图像复原技术还涉及图像的重建技术。,4.4.1监控录像的一些问题 1、摄像机位置问题,物体遮挡期望拍摄到的人或物,1、摄像机位置问题(逆光拍摄),逆光拍摄：摄像机安放在较为阴暗的位置，取景器对准明亮的门或窗，构成典型的逆光拍摄，从而导致所拍到的人或物曝光不足，形成低对比度的暗调剪影轮廓，缺乏细节特征 。摄像机明亮的照明灯具一并摄入画面，由于摄像机无法记录所有人眼所能感知的所有亮度层次，从而导致处于暗区的人或物呈现偏暗的低对比度状
2、态。,2、镜头焦距问题,不同摄像机镜头焦距拍摄的画面,大部分监控录像机为了覆盖更多的场景范围，往往使用较为广角的镜头，这会带来三个问题，一是导致画面影像存在变形;二是廉价的广角镜头无法确保较深的景深范围内的整个场景都是清晰的;三是虽然较为广角的镜头使得监控画面覆盖了整个场景，但此时画面中的人或物的影像过小，以至无法从记录更多有用细节信息。 使用长焦的镜头会解决以上问题，但是，此时，画面覆盖的范围又过于狭窄，摄像机景深范围浅（聚焦精确），只有当事件恰好发正在这个狭小的范围内的时候，摄像机才能清晰地将其记录下来。,广角,中焦,长焦,3、解析度问题,监控录像画面的第三个问题在于画面细节的解析度通常都
3、非常低。这一问题不是单一的画面像素过少的问题，还包括图像的灰度解析度（动态范围）问题。试想，即便像素足够多，但位于关键细节特征处的像素缺乏足够层次（灰度变化），无法提供足够有用信息。换句话说，构成细节的解析元素过少，此时多个像素构成一个解析元素。 导致这一问题的原因非常多： 监控摄像机自身的质量问题 安放位置 镜头原因 视频信号压缩问题 噪声问题 现场环境照明条件等诸多因素的影响。,3、解析度问题,原图局部，像素162 X153,通过PS色阶命令改善对比度后，发现很明显的马赛克（伪轮廓效应），说明原图中灰度等级过少。嫌疑人头部约12像素，但解析元素只有大约2-4个。,4.4.2 人像识别（Re
4、cognition）和认定（Identification）,很多时候，侦查员期望通过监控录像画面的犯罪份子影像画面与所抓获嫌疑人照片能够作出同一认定的鉴定结论，但这种期望往往是不切实际的。事实上即便是录像画面不存在模糊且具有较高的解析度，也几乎不能作出认定(identification)结论。 为了在说明这一问题，首先需要明确人像识别(Recognition)和认定(identification)是两个不同的过程 。 识别（认出）(Recognition)：通过对图像中的人像或人的面部的观察，发现图像中的人是曾今看到过的人的过程。 认定(identification)：是指通过对图像中的人像或
5、人的面部的辩读将其与某人等同起来的过程。,人像识别（Recognition）和认定（Identification）,识别（认出）(Recognition)（1）： 研究表明，识别（认出）是一个无意识的过程，需要依赖于很多复杂测试和判断，例如头发、眼睛的颜色，皱纹、酒窝等面部特征、眼睛、鼻子、嘴之间的相互位置空间关系等的分析判断。但此时如果没有发现明显的差异特征（忽略掉或没观察到这样的差异特征），往往容易得出肯定的识别结论。但当获得更多的信息后（差异特征被发现），更多的特征因子被比较分析后，人们往往发现当初看起来熟悉的人物并不是最初所认为的那个人。 我们经常有这样的经历，总觉得在某个场合看到的人
6、似曾相识，但无论如何不能回忆出究竟是谁，事实上很多时候，这种似曾相识的感觉被证明是不正确的。,人像识别（Recognition）和认定（Identification）,识别（认出）(Recognition)（2）： 如果在人像辨识活动中没有发现可以排除的关键特征，人们趋于把模糊不清、模棱两可的人像认作为某些知名的、熟悉的人物或我们期待的与画面中的人像没有显著特征差异的人（像）（例如犯罪嫌疑人）。.,这是谁？,如果叫美国人来看，十之八，九会认为是亚伯拉罕.林肯，但真的是他么？事实上，图中有限的像素构成的模棱两可的图像可能代表很多人。,人像识别（Recognition）和认定（Identifica
7、tion）,在国内外的司法实践中，即便是对于实际的场景，目击证人对于人物的认定的准确度和可靠性是也是相当低的。此时的证人证言，往往源于目击者的人像识别（ Recognition ）活动作出的结论。,人像识别（Recognition）和认定（Identification）,认定（Identification）：有意识的辨认（认定）过程与无意识的识别使用相似的逻辑，但是其方法却不同。 在这种情形下，我们在逻辑思维意识的主导下仔细观察某人的面部特征以确定其是否是某人。 如果观察到了显著差异点，作出否定结论相对容易。（例如，嫌疑人照片上脸部位有显著胎记，但较高清晰度的录像画面中却没有发现） 但要做出肯
8、定结论则很难，对于没有显著特征（胎记、皮肤上的痣、刀疤、纹身等）辅助的情形下 ，需要更多匹配的特征才能获得肯定结论（多个相同特征并不排除存在差异特征未被图像反映出来的可能）。,人像辨识对五官位置及其空间关系的依赖,A：只包含嘴和眼睛的笑脸图像 b ：“Mars Face,” 由火星山脉阴影构成的图像，同样只包类似嘴和眼的部位，但很多人同样将其看做人像，曾经引发了关于火星文明的猜疑。,人面部图像虽然由五官各部位共同组成，事实上较少的主要线条和特征所构成的图像往往也被看做“人像” 。但如果要确认图像中的人像就是某人，则更多需要五官特征的位置及空间关系。,人像辨识对五官位置及其空间关系的依赖,纵向指
9、标,横向指标,认定（Identification）人像（将人像与某人划上等号），人脸中五官及其他特征的相互位置关系比人脸部位的细节更显重要，这些指标如上图所示。特征之间的水平和垂直间距数字被折算成比率进行分析，因此人像图像的绝对尺寸并不重要，需要确保的是有较高解析度的正面五官图像。,正面人像,人像辨识对五官位置及其空间关系的依赖,源于美国Louisiana State University FACES Laboratory的实验，说明人脸中五官及其他特征的相互位置关系比人脸五官的细节更显重要。 (a)原图 (b)将a图替换眉毛、耳朵、头发、鼻、更改眼睛颜色对人像识别影响甚微; (c)轻微更改额
10、头的高度、耳朵的突出程度、两眼之间的间距、下颚宽度、鼻梁宽度, 人面特征与a图差异明显。,人像辨识对五官位置及其空间关系的依赖,可以看出，相对五官的细节特征，五官位置及其的空间关系相互更重要，这也是通过更改面部的特征形状与尺寸方法在面部化妆和伪装(易容术)非常有效的原因（例如硅胶填充、面部橡皮覆盖伪装等）。 监控录像几乎很难获得正面的作案人面部照片，即便能，也存在伪装或易容的可能性。,关于人像辨识与认定（显著特征）,在精确标度下，特征的呈现与否及其形状、生理或病理的显著特征特征（胎记、皱纹、笑纹、皮肤上的痣、刀疤、纹身等）的位置在人像认定中能发挥重要作用。但在大部分情形下，这样的显著特征往往没
11、有或难于发现。此外，人像中能读取的显著特征数要比指纹图像少得多，因此仅仅期望使用这些特征作出同一认定是不现实的。,关于人像辨识与认定（耳部特征）,人类的耳朵能具有较为丰富的细节特征信息（耳朵内的脊状软骨、耳垂的形状及尺寸个体差异极大），虽然所提供的唯一特征数量不如指纹图像，但能提供更多的参考信息以帮助进行人像认定。问题在于，监控录像画面中几乎不能获得有理想角度且高解析度的耳部图像。,关于人像辨识与认定（耳部特征）,两组不同人的耳部图像，右侧为降低解析度后图像，1mm(中),2mm(右),以上图为例，1mm解析度的耳部图像刚好够显示耳朵的细节特征，2mm解析度时图像已经完全呈马赛克化。监控录像画
12、面对于人头部的解析度很少能超过1cm，因此即便具有较好的拍摄角度，且耳部并未被头发或帽子遮挡，图像中的耳部也很难达到1mm的有助于人像认定的有用信息。因此，耳部的丰富特征对于使用监控录像与嫌疑照片进行人身同一认定几乎也是不现实的。,在较好条件下进行 人像认定的的仍然存在不可靠性（历史案例）,The two Will Wests.,著名的1903年的Will Wests事件，1名叫Will Wests的罪犯被送往Leavenworth监狱，狱警声称这个人已经在监狱了，并且是因谋杀被判终生监禁。 经检查，监狱里确实关押有一名叫Will Wests的人，且相貌极为相像，按照当时的人像认定指标(测量正
13、面五官的某些指标，已经废除)，从其犯罪登记照上分析，两者根本无法区分。,关于人像认定,基于历史上司法实践中的类似几起基于嫌疑人照片的错误人身认定结论的案例，目前只有指纹、掌纹以及DNA鉴定被普遍看作可靠的人身同一认定的手段。 监控录像画面所获得的人像不管从角度、解析度上都远远不及嫌疑人登记照，因此录像画面的证据作用此时更依赖于与其他证据（例如嫌疑人的供述）一起形成的证据链。,监控录像作用,1、威慑犯罪份子 2、为侦破提供线索，帮助辨识涉案人和物、确定事件发生经过。 3、在预审阶段，监控录像画面内容也有利于减少预审难度，使犯罪嫌疑人承认犯罪事实； 4、在起诉和审判阶段，监控录像画面也有利于帮助法
14、官认定案件事实，确保审判无误。 5、其他公安和公共安全邻域的应用中，监控录像设施及相关的一些技术还被用于车辆超速检测取证以及车辆出入门禁系统。,监控录像画面在预审中的注意事项,在缺乏足够其他证据的情形下，监控录像不应轻易出示给嫌疑人观看，否则嫌疑人可能更容易出现侥幸心里，给案件预审带来更大难度。,人像辨认案例,摩托车盗窃暗录像画面（链接）,高年级同学工作后送检的监控录像，期望能对录像画面中的作案人画面与嫌疑人照片进行辨认，作出同一认定结论（嫌疑人不承认其作案）。但是，即便能获得相对静止的嫌疑人画面照片进行重建处理，也无法获得较高解析度的正面五官照片及耳部细节图像以获取量化指标，因此这种期望是不
15、切实际的。监控录像画面的证据作用此时更依赖于与其他证据（例如嫌疑人的供述）一起形成的证据链。,嫌疑人侧面登记照,监控录像与侦查,1、研判 2、防控 3、威慑 4、注意嫌疑人衣物特征（变化相对少）,4.2.3图像重建技术,虽然，使用监控录像进行人身同一认定是不现实的也是不可靠的，但对于提供侦查线索确是意义重大。 但由于监控摄像机自身的质量问题、安放位置、视频信号压缩问题、噪声问题，现场照明环境诸多因素的影响，其获取的画面通常难以揭示案侦工作需要的某些关键信息。此时可以尝试使用图像重建技术将多帧画面进行重建处理，以增强画面的解析度、同时降低画面噪声的干扰。,4.2.3图像重建技术,原理：以连续的多
16、桢画面重构1幅较高解析度的图像，重构时同时使用桢平均技术降低画面噪声的干扰。 过程： 1、选取待处理视频片段桢序列（待增强区域尽可能相对静止） 2、计算机对待处理视频序列进行自动分析处理，获得一组相对静止的稳定画面。 3、为了保证处理的准确性，手工剔除不太稳定的画面（使其不参与重建）。 4、进行重建处理，将稳定的视频桢进行多桢融合。,重建处理例一,原录像画面（低照度且较大明暗对比环境下拍摄）,名捕软件重建后进行明暗校正处理,直接截屏后明暗校正处理,重建处理例二,原录像画面（手持拍摄）,原录像截屏局部（车牌无法分辨）,使用名捕（快速多桢融合处理）,处理后的图像局部（车牌数字清晰可辨）,重建技术在
17、实际应用中的限制,该技术仍然有些使用的临界条件限制，当这个临界点的基本条件得不到满足，则同样很难获得满意的重建结果。 这些限制临界条件中最显著的两点包括： 1、构成希望获得的细节的区域的解析元素数量。 2、客体相对运动变化速度及角度。 这些临界条件有待进行大量实验分析和总结。,在较为理想的条件下使用名捕软件进行的实验比较 （较好光照条件、高清摄像机、静止车辆） 左：截屏放大（原录像车辆静止） 右上：名捕多桢融合重建 右下：名捕快速多桢融合处理,在较为理想的条件下使用名捕软件进行的实验比较 （较好光照条件、高清摄像机、车辆相对摄像机方向行驶） 左：截屏放大（原录像车辆运动中） 右：名捕快速多桢融合处理,
