基于警用图像处理系统对超分辨率图像重建分析

石晓勃， 高树辉

(中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京 100038)

基于警用图像处理系统对超分辨率图像重建分析

石晓勃， 高树辉

(中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京 100038)

目的 利用识慧图像影音处理系统与警视通图像处理系统对模糊车牌进行清晰化处理，分析对比处理结果和影响因素，为视频处理提供参考。方法 分别对相同一段运动车辆视频图像进行分析，截取有效关键帧对图像进行稳定重建和多帧平均，将8帧合成为一帧，使用维纳滤波对车牌进行清晰化处理及稳定重建。选择高斯模糊和运动模糊作为主要清晰化处理手段，通过函数计算与临近像素平均产生结果。结果 车牌区域像素分辨率为220×90，在客观数值评判上，峰值信噪比(PSNR)值越高表示画质越清楚。使用MATLAB软件进行仿真计算得PSNR数值，识慧软件和警视通软件处理后的峰值信噪比分别为：18.891 4和18.814 8。结论 大量实验发现，PSNR的数值结果与人类直观感受的视觉品质并不完全一致，肉眼的视觉对于误差的敏感度并不是绝对的，其感知结果会受到许多因素的影响而产生变化，尤其公安领域重要在于能否识别车辆信息并不以数据为唯一指标。想要从图像或者运动视频中提取有效信息有一定的条件，整个画面的分辨率达到352×288以上、被处理画面里物体的像素数量尽可能地保证在150×150个以上。

图像处理; 运动; 车牌; 稳定; 重建

0 引言

随着我国科技迅速发展，公安基础配套设施快速建设，日益普及的监控设备为侦查破案提供了有力的第一手视频影像资料。其中包含嫌疑人所驾驶车辆的品牌、型号、颜色、车牌等重要信息。然而，有些受不同地区硬件和维护条件的限制、拍摄条件等的影响，一些监控视频不能提供足够的有效信息，特别是车牌信息，本文利用两款图像处理软件对涉案视频中运动车辆牌照进行处理，为案件侦破提供信息。

1 运动图像重建实验研究

1.1 仪器设备

识慧图像影音处理系统，是美国识慧公司生产，主要用于数字及模拟监控视频图像的处理，该图像处理系统由Video Active和Video Investigator两个部分软件组成。Video Active捕获来自外部模拟或者数字设备的视频，处理捕获实时或者接近于实时视频的文件。Video Active通过模块不同的配置来查看实况视频录像带、视频文件；或者查看多通道的实况视频录像带和视频文件，也可以截取保存和输出。滤镜是Video Investigator主要的图像和视频的处理和分析工具，滤波器是用于执行各种重要图像和视频处理任务的表示科学公式、数学算法的软件插件。提供了比例、多路分离、去模糊、去噪声、增强等诸多功能。

警视通数字影像分析平台是由北京多维视通技术有限公司和公安部物证鉴定中心联合开发的专门为公安系统量身定做的专业图像和视频分析处理系统。系统在查看视频的同时可进行去噪、增强、去雾等，以改善视频质量，便于观察。具有操作简单、速度快、效果好等特点。

1.2 实验样本

由于运动模糊而需鉴定的监控视频一段，对小客车车牌进行处理分析。

1.3 实验过程

选取样本视频中位置较好的连续帧作为处理关键帧。首先选取视频片段中较为清晰的8帧连续帧作为图像重建的关键帧，见图1；采用识慧软件和警视通软件进行图像重建，将多帧图像合并为一帧，并判断运动方向，见图2；利用内插值原理，选择插补方式为样条法，以中心帧作为运动矢量模式对图像进行处理，见图3。

图1 在连续视频中选取图片质量较好的连续8帧

经过多帧平均后，将8帧合成为一帧，使用维纳滤波进行车牌清晰化处理。维纳滤波分为高斯模糊、运动模糊、散焦模糊、衍射模糊和自定义模糊五种。本案中，选择高斯模糊和运动模糊作为主要清晰化处理手段。高斯模糊通常可减少图像噪声以及降低细节层次，通过平均周围像素值使得图像细节平缓化，减少因设备产生的噪音。运动模糊的去除则取决于点扩散函数，因此需要足够临近像素的信息，通过函数计算与临近像素平均产生处理结果。选择设置横向和纵向模糊核的宽度结合运动方向进行处理，结果见图4；通过测算运动方向和迭代次数进行重建，运动方向为163°，向斜上方移动，结果见图5。

图2 稳定性重建参数

图3 使用警视通软件进行多帧平均

图4 识慧软件通过维纳滤波处理图像

图5 警视通通过维纳滤波处理图像

视频的运动模糊处理后得到较为清晰化的图像，调整直方图增加特征信息及反差，操作步骤见图6。运动模糊车牌处理结果见图7、图8。

图6 分别对两款软件调整直方图

图7 警视通处理结果

图8 识慧处理结果

2 实验结果统计

软件对于运动模糊的角度是基于肉眼的直观理解，因此设定不同运动方向和选用不同维纳滤波恢复的效果也不同。高斯模糊主要用来减少图像产生的噪声，但因此会减少图像的细节层次。散焦模糊在大多数成像过程中都存在，而因为光学衍射而产生的衍射模糊也较为常见。运动方向直接影响系统输入像素取值方向，不同的运动角度恢复的效果也有所不同。将样本分别进行四种模糊的处理实验，对比处理后的清晰程度，见表1。

表1 不同方向不同维纳滤波效果对比

注：“--”表示处理后效果不明显，“-”表示效果不太明显，“+”表示处理效果一般，“++”表示处理后效果较好，“+++”表示处理后效果非常好。

通过两款软件处理后的图片，车牌区域像素分辨率为220×90，用客观和主观两种方式判断处理效果。在客观数值评判上，峰值信噪比(PSNR) 是目前世界范围内使用最普遍的评鉴方法。经过均方差进行定义，两张处理后的结果进行对比。PSNR的数值越高表示画质越高。

均方差定义：

峰值信噪比定义：

经过使用MATLAB软件进行仿真计算得到PSNR的数值，样本经过识慧软件和警视通软件处理后的峰值信噪比分别为：18.891 4和18.814 8。从数值上来看识慧软件处理的结果略高于后者。大量实验发现PSNR 的数值结果与人类直观感受的视觉品质并不完全一致。因为肉眼的视觉对于误差的敏感度并不是绝对的，其感知结果受许多因素的影响。尤其是在公安领域中重要在于能否识别车辆信息，而并不以数据为唯一指标。

3 结论

实验结果显示图像重建上高斯模糊以及维纳滤镜效果接近。通过动态的稳定重建，两款软件能够获得车辆一部分基本信息。分别对比四种维纳滤波的处理效果表明，对于运动车辆选取运动模糊处理的效果最佳；高斯模糊可以使得图像清晰化但程度不高；散焦模糊和衍射模糊对于运动车辆效果较不明显。处理图像或者运动视频中提取有效信息有一定的条件，分辨率过低导致效果不佳。整个画面的分辨率达到352×288以上，处理画面里物体的像素数量尽可能地保证150×150个以上，才有检验鉴定价值。

[1] 王世君，黎智辉，许小京．警视通数字影像分析平台会议论文[C]∥中国感光学会紫外照相和视听技术检验学术研讨会. 2008，11.

[2] 段巍，刘雪峰，王苏慧. 论视频图像中模糊图像的若干处理方法[J].楚天法治，2015(2).

[3] 孔登峰，李婷.警视通影像分析平台复原模糊图像的实验研究——以复原模糊车牌图像为例[J].数字技术与应用,2014(1).

[4] 陈丛平，汪卫. 基于峰值信噪比评价的运动模糊方向与长度识别[J].三峡大学学报，2012(12).

(责任编辑 陈小明)

石晓勃(1991—)，男，北京人，公安大学2014级硕士研究生。研究方向为刑事图像技术。

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