案件场景全景拼接系统分析与设计

张璧莹，卜凡亮

（中国人民公安大学信息技术与网络安全学院，北京 102623）

0 引言

目前，案件现场资料的存放占用较大物理空间，侦查人员对案件进行系统性分析困难，而案件场景全景拼接系统是依托成熟的计算机技术结合案件场景信息所构建的应用型系统，方便存储与分析案件现场的数据。侦查人员通过使用该系统，可快速将获取的案件现场图片进行全景图拼接，方便灵活地查看案件现场情况。国内对三维场景重建的研究主要是针对一般的场景，对于刑事案件现场的研究还不是很多，国防科技大学肖力围绕公安部门现场勘查工作的特点和需求，研究了基于IBR技术的犯罪案件现场虚拟重建方法，该方法集中研究了生成现场全景图像的关键技术，但其未形成一个系统性的研究成果。

本文根据侦查人员对案件现场资料及其应用的需求，使用C++程序设计语言、MFC（Microsoft Foundation Classes）界面开发库、OpenCV（Open Source Computer Vision Library）二维图形开发工具和 OpenGL（Open Graphics Library）三维图形开发工具，设计和开发出一套方便使用的案件场景全景拼接系统。

1 系统需求分析

1.1 系统功能需求

系统功能需求分析是整个系统设计的关键所在。为了设计出满足用户且实际可用的系统，一开始必须对系统功能的需求进行分析，这个过程的好坏决定了最终设计并实现的系统的优劣。本文设计的案件场景全景拼接系统为应用型系统，必须结合公安工作实践，才能设计出一个便于上手，交互效果良好的系统。考虑到侦查人员对计算机的熟悉程度互不相同，对系统交互界面的要求是必须简易且排列有序，侦查人员无需知道专业词汇就能使用该系统。针对现场采集的照片分为正常照片与鱼眼照片两类现场图片，可以将案件场景全景拼接系统分为以下几个主要功能：

（1）图像的读取：通过外接接口，侦查人员可将案件现场采集的图片数据传递至计算机中，该系统可读取各种格式的图片信息，并转化成同一类型的数据进行后续处理。

（2）图像的显示：图像的显示功能包括读取图像的显示和经处理后的图像的显示，通过图像显示功能，侦查人员可得知图像处理后的效果。

（3）鱼眼图像的校正：针对现场采集的鱼眼图像，首先要进行鱼眼图像的校正，校正的效果决定了图像拼接的效果。鱼眼图像的桶形畸变严重，利用不同的校正算法校正达到良好的拼接效果，尽可能保持图像的垂直不变性。

（4）图像特征点的检测与匹配：为了使序列图像间具有关联性，需检测待拼接图像的特征点，根据检测出的图像特征点可得到特征点的描述信息，完成图像间的匹配，最后得到匹配图像间的转换关系。

（5）图像融合：根据得到的图像间转换关系，即转换矩阵，对序列图像的重叠部分进行图像融合，得到平滑过渡的拼接图像。

1.2 系统性能需求

系统性能需求是指系统在完成功能所耗费的时间、运行内存、空间占用大小等性能指标。一个优秀的系统必须在完成良好的功能时，不影响系统的其他功能或其他系统的使用。这些性能指标决定该系统是否适合投入到实践中。本系统的性能需求主要有以下几个方面：

（1）一组序列鱼眼图片（3张视角为180度的鱼眼图片，大小为2048×2048）拼接耗时不超过1分钟；

（2）拼接出的全景图片大小为2048×1204，占用磁盘空间内存不超过1M。

（3）全景图像浏览功能达到人眼观看流畅，不卡顿的效果。

2 系统平台搭建

良好的交互界面意味着使用人员可快速上手使用系统，同时只有简明易懂的交互界面才具有实用性。交互界面如图1所示。利用MFC框架编程语言设计系统菜单栏并分割窗口，主窗口分割为资源区和视图区两部分。菜单栏用于选择需要完成的相应功能，资源区用于放置相应功能对应的对话框，视图区用于显示图像和全景图三维浏览。根据系统的模块设计相应的菜单栏选项，其中，模块的层次化结构决定了菜单栏的层次结构，如图1中的菜单栏中的鱼眼校正项分为载入鱼眼图片、校正选项和图片另存为选项，校正选项又细分为经度校正、双经度校正和经纬矫正。本系统是基于单文档编程设计实现的，窗口分割关键代码如下：

其中，第一个条件语句的CreateStatic（）函数是将主窗口分为一行两列，即两个并列的窗口。设定分割窗口数量后需要设定窗口大小，后两个条件语句的CreateView（）是将分割后的窗口与视图进行绑定，左边的资源区设定为总面积的1/4，右边的视图区设定为总面积的3/4。若未能分割成功或绑定成功，则返回FALSE。

图1

3 系统运行结果及分析

图2为全景图像快速拼接显示图，为3张校正后的序列鱼眼图像拼接而成，3张鱼眼图像视角均为180度，图像两两之间存在交叉重复区域，可拼接成全景图像。资源区中显示地是图片快速拼接选项对话框，选择图像融合方法和图片数量可进行图像拼接，快速拼接后的图像显示在视图区，同样在图片顶上有文字说明。

图2

图3为全景图浏览显示图及案件信息载入对话框，在菜单栏中选择全景显示可360度浏览全景图，再载入相应的案件信息，可整体分析案件的概况。其中图2浏览全景图时，视角转换整体流畅，满足系统性能要求。

图3

4 结语

本文设计并实现了一个使用方便、功能多样的案件场景全景拼接系统。随着计算机技术的发展和不断深入，公安信息化和数字化工作也开始进一步发展，案件现场重建技术的实现能减少传统存储案件信息的时间和空间需求，加强整个案件的系统性分析，二次开发下还可以在该系统中添加其他需要的功能，如添加物证信息等，这将给侦查人员带来前所未有的便捷。

参考文献：

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