Photoshop CC 软件处理变形手印的研究

赵阅书，薛晓明，蒋振明，谢鑫淇

（1.南京森林警察学院 刑事科学技术学院，江苏 南京 210023；2.南京市公安局栖霞分局 刑侦大队，江苏 南京 210023；3.南平市公安局 黄墩派出所，福建 南平 353000）

手印鉴定主要基于乳突纹线的细节特征进行检验鉴定，手印的特征越清晰，越易于识别。但在实际案例中，现场遗留的手印往往由于皮肤的弹性和延展性、作用力大小和方向的变化以及承痕体表面的性质和形状的影响，使手印纹线发生变形。在指纹自动识别系统中，变形手印自动标注特征点时容易出现偏差，甚至不具备比对检验条件，其正查准确率仅为75%左右[1-2]。因此，对变形手印进行修复处理具有重要意义[3]。

当前，刑事图像复原技术主要基于现场照片，利用数字图像处理技术，进行图像增强、变形恢复、局部修复等处理。国内对于使用Photoshop软件处理痕迹图像早有研究，但主要是针对模糊图像的反差增强、清晰化以及复杂背景的处理等方面研究[4-6]。石建勋等运用Photoshop软件对数码相机拍摄的手印照片进行处理，其目的是增加纹线与背景的反差，但是仅针对一种客体上的变形手印进行修复实验[4]。唐宇穗等运用photoshop软件对一种变形手印进行修正[5]。李静等运用Photoshop CS 3 软件对球面客体上的手印进行修正[6]。目前，运用Photoshop CC软件对棱边客体上变形手印的处理研究尚未见报道。与Photoshop CS3、Photoshop CS4 软件相比，Photoshop CC 系列作为Adobe新一代的图像处理软件，集成了利用分析曲线算法来修复因相机抖动的相机防抖动滤镜、通过高级锐化算法分析不同区域锐化程度的智能锐化等图像功能。因此，研究Photoshop CC软件对直角棱边、弧形棱边客体上变形手印的修复方法，分析导致变形手印的原理，对提高现场手印的利用价值有重要意义。

一、实验部分

（一）实验器材

直角棱边客体为白纸箱、黄色塑面纸盒、本色木盒三种；弧形棱边客体为塑料椅沿、灯罩；照相机；指掌纹综合信息管理系统V1.0。

（二）检材手印与样本手印

志愿者采用左手拇指分别在客体的直角棱边和弧形棱边上，制作变形的红色印油手印作为检材，每种客体平行制作3 枚手印。采用三面捺印法制作红色印油手印作为样本。运用500 万像素以上的数码相机（尼康D3300）进行比例照相，提取手印图像并传输至计算机。

（三）Photoshop CC 软件处理变形手印

1.预处理

在修复处理变形手印前，需对手印照片进行预处理，包括尺寸、曝光、透视裁剪、拼接等，具体操作步骤如下：

（1）对照片的尺寸及照片的曝光程度（不足/过度）进行调整。

（2）透视裁剪手印图像。可修复因拍摄不同物面产生的手印变形。执行“旋转画布”命令至水平。用“矩形选框工具”选中照片比例尺与印油手印的部分并进行裁剪[7]。复制图层，选择“透视裁剪工具”，确定手印裁剪分段。

（3）建立拼接文档。执行“文件＞新建文档”菜单命令，设置“宽度”、“高度”，“方向”为纵向，“分辨率”为300 像素/英寸，“颜色模式”为RGB、8 位的参数。将透视裁剪后的部分置入新建画布，作为“图层 1”；建立相同宽度大小的透视裁剪框，将另一平面的变形手印透视修复后的部分置入新建画布，作为“图层2”。

2.对直角棱边客体上变形手印的修复

直角棱边客体上的变形手印照片预处理后，进行手印分段与拼接操作。新建画布，使裁剪分段的手印线条、比例尺尽量相接。选择其中一张图层，执行“自由变换”命令，利用横纵标尺进行调整；执行“编辑、变换、变形”菜单命令，对分段手印进行拼接，调整比例，修复透视裁剪导致的宽度、高度变形。

3.对弧形棱边客体上变形手印的修复

弧形棱边客体上的变形手印照片预处理后，进行手印分段与拼接操作。弧形棱边客体的转折面较为圆滑，根据棱边的平滑程度，需将手印图像裁剪1～3 个相同宽度、高度的透视裁剪分段手印图像（弧形面越弯曲，所需透视裁剪分段的数量就越多，有效提高细节特征点位置的准确性）。在手印纹线拼接过程中，由上至下依次拼接各分段的透视裁剪图像，调整各分段图像中比例尺的宽度和高度，符合相同放大比例。拼接图像步骤同直角棱边客体上变形手印的拼接。

4.后处理

获得纹线较为正常、清晰的手印照片后，对手印照片进行锐化处理，纹线背景色相近或者含有复杂背景的照片，需去除图片中复杂背景色或增加纹线与背景颜色的反差。利用“色相/饱和度”来减淡背景中的颜色；利用图层面板中图层混合类型的“线性减淡”工具减少背景色字体或图案的干扰。将图像转为“Lab 模式”后进行图像增强。

（四）人工检验与指纹识别系统评价

将处理后的变形手印与样本手印进行人工检验。利用Photoshop CC 软件的椭圆工具、直线工具进行特征点人工标画，评价变形手印的处理效果，判断变形手印与样本手印是否具备同一认定的条件。根据指纹鉴定方法（编号：IFSC 07-02-01-2006），当检材指印与样本指印种类特征相符、两者的相应部位至少具有8 个细节特征点相符、没有差异或者差异可以得到合理解释，出具认定结论。

将变形手印、处理后的变形手印以及样本手印录入指掌纹综合信息管理系统中，其中样本手印录入到嫌疑人手印样本库中，变形手印、处理后的变形手印录入到现场手印库中，进行正查，将变形手印、处理后的变形与嫌疑人手印样本库中5000 余枚手印进行查询比对，分值评价后，对有价值的手印再进行人工检视，评价变形手印的处理效果，判断变形手印与样本手印是否具备同一认定的条件。

二、结果与讨论

通过Photoshop CC 软件对变形手印照片进行“透视裁剪变形手印分段—建立拼接文档—拼接各手印分段”等处理步骤，可在一定程度上对手印的变形进行修复。

（一）直角棱边客体上的变形手印

直角棱边客体上的变形手印呈现局部纹线伸长或缩短，纹线流向发生“直变”或“弯变”，纹线间隔不均等现象。处理后，手印纹线与背景反差明显增强，纹线清晰、间隔均匀，稳定的特征点数量增加，特征点位置更准确，棱边处的手印纹线也更清晰、完整（见图1）。

图1 白纸箱直角棱边上的变形手印处理前后效果比较

另外，当变形手印遗留面积较大时，进行处理后，可以改善因景深导致的画面模糊，扩大手印纹线的清晰范围，从而提高鉴定的准确性（见图 2）。在直角棱边客体上遗留手掌印时，用此方法进行处理后，效果会更明显。

图2 木盒直角棱边上的变形手印处理前后效果比较

将处理后的手印与样本手印进行人工检验，8 个相对应的细节特征的结构、方向、位置、间隔线数和整体布局均相符合（见图 3），构成了同一认定的依据。将样本手印、直角棱边客体上的变形手印及处理后的手印录入指纹识别系统中，变形手印的分值均在772 分以下，查询排名均在 100 名以后；处理后的变形手印分值均在1000 分以上，查询排名均在100 名以前。三种直角边棱客体中，白纸箱表面最光滑，其上的变形手印处理效果最好，分值最高，为2252 分。因此，光滑表面上变形手印的处理效果明显优于粗糙、颜色复杂表面。当客体表面粗糙时，手印遗留质量较差，Photoshop CC 软件最终处理效果与手印遗留质量有一定关联。实验结果表明，Photoshop CC 软件对变形手印照片进行处理后，能有效提高手印分值和查询排名，从而提高手印查询比对效率。

图3 白纸箱直角棱边上处理后的变形手印与捺印样本(左拇指)的特征比对

（二）弧形棱边客体上的变形手印

与捺印样本相比较，弧形棱边客体上的变形手印，呈现中心花纹变形或中心与三角的相对距离发生变化等现象。经处理后，手印纹线更加清晰，因弧面产生的手印变形得到改善，中心及三角的相对距离也得到有效调整（见图4）。

图4 弧形塑料椅边沿上的变形手印处理前后效果比较

将处理后的手印与样本手印进行人工检验，处理后的手印纹线细节特征清晰、位置较准确，与样本手印比对效果良好（见图 5），具备同一认定的条件。

图5 弧形塑料椅边沿上处理后的变形手印与捺印样本(左拇指)的特征比对

在拼接弯曲程度更大的弧形棱边上变形手印每个裁剪分段图像时，纹线的断头在相同倍数放大后较难拼接，使得拼接后的断头产生一定距离的偏移，拼接后的图像会一定程度上出现二次变形（见图 6），但经多次调整，弯曲程度较大的手印中心位置逐步得以校正，具备同一认定条件（见图7）。

将两种弧形棱边客体上的变形手印及处理后的手印录入指纹识别系统中，变形手印均在606 分以下，手印排名均在100 名以后；处理后的变形手印中，只有弧形灯罩客体上的手印分值为922 分，其余均在1000 分以上，其中，塑料椅边沿上的变形手印，由处理前的103 名上升至第7 名。弧面客体上变形手印的处理效果不如直角棱边客体上变形手印的处理效果，弧面弯曲程度越大，拼接后越容易出现二次变形。因此，灯罩弧面上变形手印的处理效果最不理想，在指纹识别系统的分值也相对较低，但仍具备同一认定条件。

为了更直观的评价变形手印的处理效果，将处理后的变形手印与样本手印进行重叠比对，统计重合和分离的细节特征点数量（见表1）。

图6 弧形灯罩上的变形手印处理前后效果比较

图7 弧形灯罩上的上处理后的变形手印与捺印样本(左拇指)的特征比对

从表1 中可以看出，处理后的手印与样本手印能够重合的特征点数量均大于8 个，占总特征点数量的53%以上，再次验证了处理后的手印与样本手印具备同一认定的条件。

表1 处理后的变形手印与样本手印的细节特征点比对效果统计

三、结 论

手印细节特征点对应的情况，作为检验变形手印检材是否具备比对条件的依据，对使用Photoshop CC 软件处理后的变形手印图像的恢复效果做出相应评价并得出结论：一是变形手印的修复效果主要取决于造痕主体的条件、承痕客体表面的粗糙程度以及拍摄变形手印的客观条件；二是通过细节特征点的比对能够对变形手印的修复效果进行评价；三是运用指纹识别系统进一步论证运用Photoshop CC 软件进行手印修复的可行性和必要性。

因此，用Photoshop CC 软件对棱边客体上变形手印的修正，可以最大限度的呈现手印细节特征，有利于在系统中进行碰撞比对，提高比对效率及准确性，为缩小侦查范围、解决实际工作中遇到的问题提供依据。