浅析视频图像稳定重建

高文昕王 凇



浅析视频图像稳定重建

高文昕1王 凇2

1. 晋江市公安局刑侦大队 2. 连云港市公安局刑事科学技术研究所

在影像检验鉴定中，对视频图像的技术处理直接影响着检验鉴定的结果。该文针对在视频图像技术处理过程中，如何进行图像的稳定重建，结合实际案例，从关键帧的选取、直方图增强、超分辨率重建三个角度论述了进行图像稳定重建的技术方法。

关键帧 直方图增强 稳定重建 超分辨率重建

随着社会经济的快速发展，监控视频被广泛使用，但是，由于现场环境及视频采集系统等方面的原因，很多案件中作为诉讼证据的视频资料难以达到侦查、诉讼的要求，这使得视频资料的后期检验处理工作变得十分重要，而视频资料的检验、处理通常情况下是对视频中运动的车辆、人像等目标物的处理，对这些运动中目标物的处理关键，就是如何对视频图像进行稳定重建。本文结合笔者实际工作中遇到的一些案例，对视频图像稳定重建的技术方法进行分析。

1 关键帧选取

笔者在受理的很多案件中发现，许多视频的原始条件相对较好，图像信息丰富，在图像像素矩阵中观察，色彩反差易于观察。但放大图片，目标物就会变得难以辨读，对于这种视频的图像稳定处理，视频内关键帧的选取至关重要，因为，从图像本质来看，图像内的像素信息量是足够的，这从图像像素矩阵图中可以基本判断出来，那么无论是运动模糊、散焦模糊，还是噪声等，我们选取的各帧之间，应该有一帧或者几帧与最终目标辨读的需要是最为接近的，所以，最终处理过程中的基准应该是选取的这一帧或几帧，另外，在图像稳定过程中，准确选取关键帧对于图像稳定后的结果起着决定性的作用，因为图像稳定本身就是图像矢量的运算，关键帧就是运算的定量。由于图像算法本质是函数运算，所以尽可能多、准确的确定定量是最后取得满意结果的“钥匙”。选取关键帧首先要找到检材中目标信息最丰富（色彩、灰度等方面）、或者噪声相对较低的帧，有时也要注意目标物在视频画面中的位置，目标物在画面中组成像素数量较多时也是选取关键帧的重要参考。

2015年，某市发生一起交通肇事逃逸案，事发时，嫌疑车辆经过一路口，留下视频证据（见图1），但是对于车辆车牌无法辨读（见图2）。从检材来看，这种视频资料就是笔者前文论述的图像信息丰富的视频资料（像素矩阵见图3），很多影像技术人员面对这种条件的检材都很兴奋，拿过来就处理，但因为对关键帧的选择不慎重，致使处理了半天效果也不理想。在处理这起检材中，笔者只选择10帧，但在这10帧中选择关键帧，笔者用了整个检验3/4的时间来进行。确定关键帧后，经过图像矢量运算、稳定处理后，得到“?GDX055”的检验结果（如图4），再根据车辆本身特点，结合检材处理结果，该案很快告破。

图1   

图2   

图3   

图4   

2 直方图增强

在工作中，我们经常碰到一些视频资料检材由于本身速度快，而且像素低导致难以进行图像稳定的情况。这主要是使用的视频检验软件无法检测识别到图像内目标物的边缘信息，导致这种现象的主要原因是分辨率过低、目标物运动速度过快。图像分辨率的改善方面，我们一般使用三次方、最小方差等进行计算，另外，在视频处理过程中，一般也使用连续帧进行图像运算的方法进行改善，但在实战中，上述方法对于以上两种原因造成的无法对图像目标物边缘检测的改善十分有限，因此，我们需要另辟蹊径。笔者认为，对于图像检验软件不好识别的目标物，应采用直方图计算来增加目标物边缘的反差，以辅助图像检验软件的识别。在检验过程中，这种方法简便易操作，不需进行大量的运算，但是，对于直方图的调整更依赖于日常工作的经验，所以，技术人员在日常工作中要注意收集这方面的检材，不断总结直方图运算的方法，以求达到最佳检验结果。

近期，笔者收检一起案件，目标物为一辆快速驶过监控探头的摩托车，由于速度较快，加之图像本身信息较少（如图 5），在对图像进行矢量运算时，始终无法把图像稳定下来。为此，笔者采用更改直方图的办法把图像的反差加强，在进行直方图改动时，力求多次、微调的原则（如图 6、图7），以使对原始图像的改动最小（图8为原始图像、图9为直方图运算后图像），最终将图像（图10）稳定下来。

图5   

图6   

图7   

图8   

图9   

图10   

3 超分辨率重建

超分辨率重建技术是通过一系列低分辨率图像来获取高分辨率图像的技术，其核心思路是用时间带宽换取空间分辨率，实现时间分辨率向空间分辨率的转换。目前超分辨率技术研究方向有两类，分别是“基于重建的超分辨率技术”和“基于学习的超分辨率技术”，前者通过“时间换空间”来获得高分辨率图像，后者通过事先预制图像模型增加图像分辨率。

2015年，某市发生一起刑事案件，嫌疑车辆经过一座加油站，留下了视频证据（如图 11），根据该检材的实际情况，笔者认为可以进行正常矢量运算、图像稳定重建的操作，也可以采用超分辨率重建的方法。在此主要介绍“识慧”软件环境下的超分辨率重建。在“识慧”软件环境下的超分辨率重建是运用其平整图像功能，新建两个数据完全相同的电影文件，在新建出来的电影文件中进行矢量运算，要注意的是分步进行，比如“平移”“缩放”等并留下处理图层，然后在原始电影文件中叠加图层进行分步的图像稳定重建。实战中笔者运用上述方法得出检验结果“？F07301”（如图 12）。

图11   

图12   

4 讨论和总结

在整个实战过程中，技术人员对视频图像的处理关键问题就是如何进行多帧图像的稳定重建，一定要做到事先分析，做到心中有数，到底是分辨率的问题，还是目标物的运动速度问题，或者是软件边缘检测的问题，亦或是综合性的原因，而不是来一段视频就按部就班地进行处理，往往在实操阶段无法稳定重建多帧图像，造成处理结果不理想。另外，在图像处理过程中，技术人员一定要细心，这种细心一方面体现在处理工作中的各种参数组合，在逻辑关系正确的情况下尽量穷尽，另一方面体现在技术处理中对每一个步骤的准确把握，对可有可无的操作，要针对视频的实际情况进行取舍。

[1] 公安部五局. 视频侦查学[M]. 北京: 中国人民公安大学出版社，2012.