手机相机在现场照相中的应用研究

孟 利， 刘康康， 许小京

(1.中国人民公安大学， 北京 100038； 2.公安部物证鉴定中心， 北京 100038)

0 引言

在公安信息化背景下，提升现场勘查工作效率，为现场快速、智能化勘查提供参考方法，本文对Android手机相机和数码相机拍摄的现场照片进行比较分析，探索手机相机在现场照相中的应用。

1 手机相机与数码相机的结构和成像原理

手机相机是当前最流行的图像采集设备，它与数码相机的成像原理相似，能将所拍摄的场景通过传感器转换成电信号并进行自定义存储[1]。它们主要由光学镜头、颜色滤波矩阵、传感器、数字信号处理单元、存储设备、显示设备6部分组成[2]。

电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide semiconductor，CMOS)传感器是目前应用最广泛的两种成像传感器，他们在结构、原理和功能都存在诸多差异[3]。CMOS传感器在成本、功耗以及集成度等方面的优势使它在手机相机的应用中独占一方市场[4]。数字信号处理是将传感器的输出单色图像通过一系列的处理过程变成一张可以存储的彩色图像，主要包括4个过程：颜色滤波阵列(Color Filter Array，CFA)插值、白平衡及图像增强、伽马纠正和图像压缩[5]。

2 现场照相对照相机及照片制作的要求

按照国家标准GB/T29349—2012的要求[6]，现场照相所使用的数字照相机应具备成像元件系CCD或CMOS的单镜头反光式机身，并具配备标准定焦镜头、焦距在广角至中焦范围的变焦镜头、微距镜头的条件；现场照相所取得的数字图像文件采用RAW、TIFF、JPEG等格式；影像的文件格式及其文件大小，必须确保数字影像质量，数字照相机拍摄的图像文件不得小于1 MB。从现场照相对相机的要求来看，手机相机是符合要求的。

3 实验分析

3.1 实验仪器

3.1.1 手机相机与数码相机

手机：某Android手机；传感器类型：CMOS；手机相机像素：1 300万像素；图像分辨率选用：高、标准、低。

数码相机：佳能760D；传感器类型：CMOS；传感器尺寸：APS画幅(22.3×14.9 mm)；图像分辨率选用：L(大)：约2 400万像素(6 000×4 000)；M(中)：约1 060万像素(3 984×2 656)；S1(小1)：约590万像素(2 976×1 984)；S2(小2)：约250万像素(1 920×1 280)。

3.1.2 PC机硬件配置

Core(酷睿)i5-3230M处理器，4 GB内存，500 G硬盘，将显示器分辨率设在1 366×768 dpi。

3.1.3 PC机软件配置

Windows 10教育版操作系统软件；

PhotoshopCS6图像处理软件，本实验选用PhotoshopCS6中对照片品质的评价标准，即JPEG压缩中图像品质的最佳、高、中、低；

Microsoft照片看图软件。

3.2 数字照片的采集

用佳能760D相机对图像进行采集，分别使用L、M、S1、S2自动模式档拍照。然后再用某Android手机相机的高、标准、低档拍照。手机相机和数码相机均使用4:3的照片长宽比。获得数码相机4张和手机相机3张JPEG压缩格式的数字照片。本实验采集3套图片，即“大门”、“烟头”、“场景”。

4 实验研究

4.1 实验样本

本实验共分4组：①高档和L档拍摄的照片；②标准档和M档拍摄的照片；③低挡和S1档拍摄的照片；④低档和S2档拍摄的照片，进行分析比较。分别记录每个品质下图像文件的大小。

4.2 实验步骤

以现场方位(场景)为例。

第1组：高档和L档拍摄场景图像大小分别为3 082.24 KB和5 283.84 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式压缩后，图像的大小如表1所示。

表1 L档和高档拍摄场景图像大小比较分析表

图1 L档和高档拍摄场景图像大小比较分析图

第2组：标准档和M档拍摄场景图像大小分别为1 351.68 KB和2 539.52 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式压缩后，图像的大小如表2所示。

表2 M档和标准档拍摄场景图像大小比较分析表

图2 M档和标准档拍摄场景图像大小比较分析图

第3组：低档和S1档拍摄场景图像大小分别为577 KB和1 495.04 KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式压缩后，图像的大小如表3所示。

表3 S1档和低档拍摄场景图像大小比较分析表

图3 S1档和低档拍摄场景图像大小比较分析图

第4组：低档和S2档拍摄场景图像大小分别为577 KB和65 4KB，用PhotoshopCS6以JPEG格式压缩后，图像的大小如表4所示。

表4 S2档和低档拍摄场景图像大小比较分析表

图4 S3档和低档拍摄场景图像大小比较分析图

5 实验结果与分析

按照国家标准GB/T29349—2012的要求，拍摄的图像文件不得小于1 024 KB，从场景试验图像大小的表格和比较分析图中看出：手机相机的高、标准均可以满足这一要求，但其低档不能满足现场照相的要求。

由于图像的复杂程度不同，即图像包含细节信息的不同，数字图像的文件大小明显不同。从表2、表3和图2、图3中得出，标准档和S1档直接压缩的第8档第11档，裁剪后压缩的第12档，即最佳品质图像，即可得到图像品质最佳又可使图像文件在最佳品质中最小，这时一般图像文件大小是1 024 KB左右，如图5所示。

图5 S1档和标准档直接压缩的第11档、8档和裁剪后压缩的第12档

图6 S1档直接压缩的第10档和裁剪后压缩的第11档

图7 S2档和低档直接压缩的第10档、2档和裁剪后压缩的第10档、8档

从数码相机的S1(小1)：约590万像素(2 976×1 984)档得出来，装有1 300万像素的手机相机是可以满足现场照相的规则，且手机相机标准档的像素应在590万像素左右，但不建议使用手机相机的低档去拍摄现场方位。

6 实验结论

用同样的方法得到“大门”和“烟头”的照片数据，根据国家标准GB/T29349—2012的要求，得出：手机相机的高、标准、低均可以满足这一要求。

对“大门”手机相机的低档和数码相机S1档直接压缩的第6档和第10档，裁剪后压缩的第11档，即最佳品质图像，如图6所示。

从数码相机的S1(小1)：约590万像素(2 976×1 984)档得到，手机相机低档的像素应在590万像素左右。

对“烟头”手机相机的低档和数码相机S2档直接压缩的第2档和第10档，裁剪后压缩的第10档和第8档，即最佳品质图像，如图7所示。

从数码相机的S2(小2)：约250万像素(1 920×1 280)档得到，手机相机低档的像素应在250万像素左右。

纵观整个实验，手机相机生成的数字照片能够符合现场照相的要求。手机相机以1 300万像素为

例，拍摄现场概貌时使用手机相机的低档，且像素在590万左右；拍摄现场方位时不可使用手机相机的低档；拍摄现场细目照片时使用手机相机低档，且像素在250万左右。建议不使用手机相机的低档进行现场照相。