警用执法记录仪图像退化问题研究

田 静

（辽宁警察学院 公安信息系,辽宁 大连 116036）

一、引 言

近年来，警用执法记录仪在我国发展迅速。警用执法记录仪是监督和保障公安工作规范化的关键工具。自媒体时代涉警舆情有很多，如有些民众对民警的执法过程进行拍摄、恶意剪辑并且传播，可能在非常短的时间内产生一系列的社会影响，严重损害我国公安机关的形象。2019年，公安部对警用执法记录仪的使用提出了更全面规范的要求，警用执法记录仪的摄像、拍照及定位功能再次凸显。目前国内针对警用执法记录仪的研究大多停留在法律层面，例如利用警用执法记录仪怎样搜集证据等；还有一部分研究是停留在技术层面，例如对于警用执法记录仪综合平台的系统设计等。针对警用执法记录仪关键帧图像退化及如何有效实现图像修复的思路优化研究相对欠缺。在国外，对于警用执法记录仪的图像保护要求较高，公开画面已经通过了技术处理，执法记录仪生产商存在寡头现象，如美国的Axon Enterprise公司，占据了美国近半数市场份额并对产品的使用向警察机构提供全面技术支持[1]，所以从技术角度对于警用执法记录仪的图像修复研究也很少。

二、警用执法记录仪应用现状及意义

当前我国公安民警执法环境日益复杂。一方面公众的法制维权意识逐步提高，另一方面有一些政治敌对分子想借警察执法大做政治文章，恶意诋毁警方和丑化我国政府形象，炒作涉警类舆情事件。例如有些人歪曲民警执法事实，将执法视频恶意剪辑传播，片面指责涉事民警，严重损害了公安机关的法律形象。警用执法记录仪对执法过程的详细记录可以起到客观还原事实经过，迅速平息事态，稳定社会秩序的作用[2]。在复杂多变的警务工作环境中，民警时刻要面对各种突发的矛盾事件。在处理案（事）件时，运用警用执法记录仪全面记录执法工作过程，不管是在事后澄清事实还是在采集违法行为证据上都为保障民警合法权益，维护民警执法权威，打击违法犯罪行为提供了强有力支撑[3]。

警用执法记录仪在广大民警进行执法与取证工作中一直扮演着不可或缺的重要角色，在迅速固定各类犯罪活动证据、高效及时实施日常执法及监督、保障人民警察执法的合法取证权益需要等方面发挥了巨大作用。然而，复杂多变的执法环境容易造成警用执法记录仪记录的关键帧图像降质，导致视频图像退化，难以客观还原执法经过或提供线索。例如，民警佩戴警用执法记录仪进行执法时，容易受到执法场所光线、运动抖动等各方面因素的干扰影响，从而导致其视频图像不清晰。在近年来对警用执法记录仪的图像检测研究中，镜头晃动或者拍摄目标运动等因素造成影像局部模糊及夜间、雨雾天等环境因素造成画面整体模糊等问题逐步凸显。

三、警用执法记录仪图像退化的原因分析

警用执法记录仪自投入使用以来，由于受到成本、技术及外在因素的限制，图像退化现象较为普遍。这里通过对不同品牌警用执法记录仪采集的样本进行对比，分析警用执法记录仪图像退化的原因。

（一）分辨率较低

图像的分辨率越高，所涉及的图像像素就越多，画面也越清晰。虽然现阶段警用执法记录仪的图像分辨率均能满足公安部规定的使用要求，但是图像的分辨率仍然处于较低的状态。例如对疾驰而来的货车，如果车速过快，即使执法记录仪捕捉到了画面，图像也只能是散焦模糊图像，图片会由于过低的分辨率而造成恢复效果较差，使得车辆号牌无法准确辨识。

（二）宽动态范围较低

由于警用执法记录仪还不具备强大的宽动态摄像功能，因此在受到光源干扰时，图像会出现局部曝光不足或曝光过度的情况，例如出现在逆光条件下和低照度条件下的图像退化现象。在逆光条件下，拍摄的目标处于拍摄设备和光源之间，目标后方有过于明亮的灯光或者对着太阳方向拍摄等，会导致图像的暗区曝光不足。如果在夜间拍摄车辆，车辆大灯打开的情况会造成两车灯之间的车牌曝光度不够，图像细节缺失。

（三）运动抖动

民警执法过程中有时候会出现场面混乱或者急速追赶的情形，警用执法记录仪在运动中拍摄时会不可避免地发生抖动，从而导致警用执法记录仪磕碰或者镜头移位无法准确对焦，最终导致画面不清晰。虽然大部分执法记录仪已经具备抗抖动的功能，但目前呈现出的画面并不能全部去除抖动效果，仍然会出现模糊现象。

四、警用执法记录仪退化图像的修复

A 软件和B 软件在国内公安图像处理专业软件中具有典型代表性，目前被广泛应用于警务图像处理中，有着相对较高的使用率。

A软件，是由国内知名专业公司联合公安部物证鉴定中心和国内某相关知名科研机构，在“十一五”国家科技支撑计划重点项目研究成果转化的基础上，为公安机关和相关领域量身打造的影像处理和分析专业平台[4]。当与案件相关的图像出现模糊问题时，A软件能通过对该图像特性的处理及分析最大限度地提升图像的清晰度，还原相关事实。A软件具有图像修复的常用功能，如图像滤波、超分辨、色彩处理及模糊处理等功能，还具有视频检索的功能，在使用过程中由用户划定检测区域，软件对监测区域内的对象进行自动检测，得到其时间点等相应信息，实现了运动目标寻找的无人化、快速化，在很大程度上节省了警力。

B 软件，也称B 视频图像处理系统，由美国行业公司开发。软件通过运动、虚焦等图像模糊处理技术修复图像，被修复的图像能作为法庭证据使用。美国著名的辛普森案件的审理就运用了此软件。B 软件很早就进入我国的警用专业软件领域，包含了视频动态叠加的滤波器和复杂运动图像的先进处理算法，图像修复功能十分强大，有着良好的实用性以及科学性。但此软件对操作者有着较高的技术要求，要理解相关先进算法的原理才能运用自如。

A 软件和B 软件均为当前公安机关最为常用的图像处理软件。这里通过对警用执法记录仪图像退化的原因分析，总结两款软件在不同退化条件下图像修复的常用方法。

（一）直方图均衡化

直方图能够反映图像中每种灰度出现的频率，指的是图像像素点在对应的灰度级中的数量。通过直方图能够统计整个图像真实像素个数的分布情况。直方图是以灰度级为横坐标，以各灰度级与之对应的像素点的多少为纵坐标，反映图像中各灰度级出现频率的一种基本统计特征。通过图像直方图均衡化使原本集中在小范围内灰度级的像素均匀分布到整个图像灰度级或指定区域灰度级中，从而实现扩大动态范围，提升对比度和亮度[5]。直方图均衡化在色阶对话框中完成，左边数字表示整个图像暗度级像素的总数量，中间数字表示整张图像灰度级像素的总数量，右侧数字体现图像的高光细节情况，通过调整数值使图像直方图分布均匀，使暗图像、曝光图像、低对比度图像达到高对比度效果。

（二）曲线修复

曲线修复通过改变图像中像素点的亮度来修复图像的可视性，图像色调范围包括14 个大小不同色阶的调色点。曲线修复时可以选取某一点调节图像局部的亮度，也可以整体调整来实现对图像的亮度改善。

（三）Retinex 算法

Retinex 算法是一种图像增强方法。不同于传统的只增强图像某一种特征的方法，Retinex算法能够改变三种图像特征：边缘增强、动态范围压缩及颜色不变，因此借助Retinex 算法可以实现对不同特性图像的修复增强。例如通过比较像素间的亮度获取入射分量，Retinex 算法处理后得到反射分量，反射分量里含有反射物体的位置边缘分布，从而实现图像低照度增强。

五、警用执法记录仪图像修复的应用

利用A 软件和B 软件分别对同等退化条件下的图像进行修复实验，通过对两款软件的修复效果及图像修复方法进行对比，总结出两款软件对于相同退化因素的图像修复的优势。

（一）散焦模糊图像的修复

当拍摄一个模糊物体的影像时，警用执法记录仪无法将原拍摄主体对焦，从而形成了散焦模糊图像。当透镜像距等于光源焦距时，一个实物点光经过该透镜反射在其成像面后的实物像即为清晰的图像，但是如果某个成像实面光源与这个透镜点之间的投影距离发生变化，必然会导致光线只汇聚到某一点，此时透镜形成后的物像不再完全是一个光点，而是一块光斑，经过物点到像点斑的映射就会出现散焦模糊的图像，难以准确观看，俗称“对不上焦”。利用软件进行修复时可以选择频域滤波方法，获得一个较为稳定清晰的修复图像。利用A 软件和B 软件对警用执法记录仪中的散焦模糊图像进行修复，经实验发现两款软件的修复成功率并不理想，通过分析警用执法记录仪散焦模糊图像的形成原因，发现散焦模糊原因还包括运动因素，再次利用两款软件对图像进行混合模糊的修复实验，修复成功率大大提高，并且发现在同等退化条件下进行混合模糊图像修复时A 软件效果更佳。

（二）低照度模糊图像的修复

警用执法记录仪如果是在夜间或者光照较少的环境下拍摄，图像会出现低照度的退化。在现场照明条件差的情况下，警用执法记录仪画面中较远的地方会是一片漆黑，并且出现图像边缘和细节不清晰的情况。利用A 软件和B 软件进行图像修复时，如果只修改某一参数或者算法会出现光晕及彩色丢失等情况，因为单一修改某一参数会提升图片整体亮度，从而导致部分区域亮度更高。在利用软件进行图像修复时应同时使用直方图、曲线及Retinex 算法等多种方法。利用A 软件和B 软件对警用执法记录仪中低照度图像进行修复，经实验发现两款软件的修复成功率均较高，低照度图像的修复率高于散焦模糊图像的修复率。在低照度条件下警用执法记录仪的对焦容易出现误差，致使低照度图像又受到散焦因素的影响，这样的图像修复后效果不好。在图像修复前加入散焦模糊的预处理，再对低照度条件下的图像进行修复，可以提升图像的修复率。

六、结 语

警用执法记录仪在公安机关执法工作中的应用越来越广泛，具有客观记录和临场目击的功能，能提供有效的执法证据和犯罪线索，在公安执法工作中扮演着不可或缺的角色。但在复杂多变的执法现场，警用执法记录仪拍摄的视频图像有时会出现各种退化现象，从而影响其保护民警权益、固定违法证据的作用。2019 年公安部党委提出的全警实战大练兵，将警用执法记录仪的应用研究推向了更高的水平，并且对警用执法记录仪的作用也有了更高的要求。

在进行图像修复研究时使用了公安机关常用的视频图像处理软件—A 软件和B 软件，图像样本均为公安工作一线收集到的真实样本。在进行图像修复前要对警用执法记录仪的使用情况充分了解，如拍摄时的天气、时间、过程及位置等情况，初步判断导致图像退化的可能因素，这样在应用软件进行图像修复时才更有针对性。通常情况下，图像退化因素并非一种，图像退化因素可能是散焦模糊并伴有运动模糊。

A 软件的图像修复功能强大，修复率高，通过调整曲线、直方图及Retinex 增强可以提高图像的可视性，但需要分别处理每种参数，导致预览修复效果的直观性不好。对于由多种因素导致混合模糊的图像修复，B 软件可以同时修改多种参数，即将散焦模糊、运动模糊等常见模糊处理功能集成在一起，能够直接观看修复效果。