点痕特征量化分析的研究与实现

于彬

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

点痕特征量化分析的研究与实现

于彬

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

首先对点痕特征量化分析的方法进行了阐述，在此基础上，介绍了量化分析软件的总体设计思想，着重说明了量化分析软件的研制方法、开发过程和量化特征的选取与分析，最后给出结论。

笔痕 量化 点痕

笔痕检验技术是我国文件检验工作者的一项创造，在解决少量字、摹仿字等笔迹检验技术难题中发挥了重要作用。目前，对笔痕个体特征的认识主要靠笔迹专家的知识和经验进行鉴别和判断，但鉴定结论没有可靠的数据作为支撑，有时略显单薄。因此，借助计算机对笔痕个体特征进行量化检测，是笔迹鉴定的发展趋势，也是笔痕检验技术发展和广泛应用的必由之路。

笔痕特征产生在笔画的起笔、运笔和收笔过程中，表现为墨迹的各种不同形态，其具体表现为点痕、条（划）痕和油墨（水）流痕。这几种类型的笔痕特征在进行量化分析时，由于形态差异较大，因此所使用的量化方法也各不相同。本文主要研究点痕的量化分析方法及其实现，通过使用计算机技术研制量化分析软件，为定量化检验点痕特征提供一种新的手段。

1 量化分析软件的总体设计思想

点痕特征的量化分析主要依靠计算机软件完成，为此开发的量化程序软件主要包括图像的导入模块、图像处理模块、量化特征统计分析模块和测量比对模块，通过一系列的图像处理过程来进行点痕的量化分析，最终得到量化数据。

2 量化分析软件的研制

2.1 图像导入模块

在图像的导入模块中，图像的载入是使用TOpenPictureDialog控件和TBitmap类中的LoadFrom File函数实现的，具体代码如下：

Ifself.OpenDialog.Exe cute then begin bmptemp1. LoadFromFile(opendialog.FileName)；form1.Image1.Picture. LoadFromFile(opendialog.FileName).

在图像被调入系统后，对图像像素的访问是使用Delphi中的 TBitmap类中的 Scanline函数完成。Scanline函数是Delphi提供的高效读取像素的方法，比一般的像素读取函数Pixels速度要快的多，对于量化分析系统所要求的图像的平移和旋转等功能，使用Pixels函数来完成耗时太长，因此本系统采用Scanline函数进行像素的操作。

2.2 图像处理模块

图像处理主要包括图像的二值化、提取轮廓、反向取色、调整图像的亮度和对比度等步骤。进行图像处理的第一步就是将图像二值化，其目的是在对图像进行进一步处理时，图像的几何性质只与0和1的位置有关，使得图像处理变得简单。

2.2.1 图像的二值化

图像二值化的方法很多，本系统采用的方法是用户给定具体阀值，并可以动态调整，可以实时观察图像二值化的效果，这样可以保证处理的效果。

图1 二值化前的图像

图2 二值化后的图像

阀值T在量化分析系统中可以根据检材图像的质量和清晰度进行调节，使图像的二值化效果达到最好。

2.2.2 图像轮廓的提取

所谓轮廓就是掏空图形联通区域的内部点。如果连通区域用白色表示，区域内的一点为白色，且它的8个相邻点都是白色，则该点就被删除点，即设置该点为黑色。对整个图形都按这个原则进行处理就可获得图像中连通域的轮廓边界，处理效果如图3所示。

图3 图像轮廓的提取图

图4 反向取色

2.2.3 反向取色

图像反色操作是指对于一副24位的真彩色位图来说，它的每一个字节由R、G、B三个分量构成，图像的反色操作就是对R、G、B三个分量进行取反操作，即对每个像素点的三个分量进行NOT操作，处理效果如图4所示。

2.2.4 调整图像的亮度和对比度

图像的对比度是指图像上两点间信号的差异。在灰阶图像上，信号的差异是通过灰度（或亮度）的明暗来体现，高对比度表示图像上的两个不同的观察点一个非常暗，另一个非常亮；而低对比度表示两点的相对亮度差别较小，当提高对比度时，图像中的暗色调变得更暗，亮色区域变得更亮。图像亮度的调整是指对人眼亮度感觉的调整。通过对检材图像的亮度和对比度的调节，可以使检材图像更加锐利，去除某些不必要的噪声点，为量化特征的统计打下基础。

2.3 特征量化数据的统计

图5 特征统计量化数据图

图6 测量点痕的数据

特征统计必须将检材图像进行一些的处理后才能进行，检材图像在经过了二值化、轮廓化、反色渲染等一系列图像预处理后，可以进行量化特征的统计。对于点痕特征来说量化特征主要包括面积、周长、长度、宽度和裂度，对于面积和周长这两个量化特征，量化系统可以自动计算，无需用户操作，如图5所示；对于点痕的长度、宽度和角度，需要用户自己选择测量点进行测量，如图6所示。

2.4 重叠比对

检材和样本可以进行轮廓重叠比对。经过一系列图像处理，提取检材和样本的轮廓，通过对检材和样本图像的旋转和平移，将两者进行重叠比对。在重叠比对模块里，可以实现多种图像操作，如任意角度的逆时针和顺时针的图像旋转、快速水平移动或垂直移动、精确的微调图像等，在图像重合后，可以将重合部分变色，并计算重合度，如图7所示。

图7 检材与样本重叠比对效果

3 结论

点痕特征量化分析软件可以为鉴定结论提供数据支持，提供点痕特征的周长、面积、长度、宽度、角度、重合度的定量化数据，但在实际使用中，应该注意检材和样本点痕特征的选取，尽量选取在相同字相同比划上出现的点痕作为检验依据。同时，作为一种定量化检测手段在使用量化数据进行综合判断时，应避免机械比对，不能将数据上的细小差异就作为本质差异加以利用。

1.冈萨雷斯.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2005

2.李俊平.Delphi面向对象程序设计[M].北京：高等教育出版社，2005

3.黄文钰.Delphi程序设计经典[M].北京：科学出版社，2005