郝新華

(廣東警官學(xué)院刑事技術(shù)系，廣東廣州 510440)

信息融合拍攝技術(shù)研究

郝新華

(廣東警官學(xué)院刑事技術(shù)系，廣東廣州 510440)

信息融合拍攝技術(shù)是利用同一被拍對(duì)象的數(shù)幅照片中影像信息在時(shí)空上的相關(guān)性和信息上的互補(bǔ)性，將其中有用的影像信息進(jìn)行融合并形成一幅新照片的一種技術(shù)方法。該技術(shù)方法可以獲得對(duì)被拍對(duì)象進(jìn)行更加全面、詳細(xì)描述的影像。在對(duì)信息融合拍攝技術(shù)的概念和理論依據(jù)進(jìn)行闡述的同時(shí)，著重討論其技術(shù)方法和應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)其局限性和發(fā)展前景進(jìn)行探討。

信息采集;信息融合;圖像處理;物證屬性

數(shù)碼拍攝技術(shù)的普及以及各種圖像處理軟件的開(kāi)發(fā)，為信息融合拍攝技術(shù)提供了必要的硬件和軟件支持。近年來(lái)，刑事攝影領(lǐng)域已經(jīng)在不知不覺(jué)中運(yùn)用信息融合拍攝技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)場(chǎng)拍攝和物證拍攝中的一些疑難問(wèn)題，但對(duì)信息融合拍攝技術(shù)相關(guān)問(wèn)題尚缺乏系統(tǒng)研究。筆者從2008年開(kāi)始對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行嘗試研究，分別在相關(guān)刊物發(fā)表了《信息融合法在拍攝強(qiáng)反光客體指印研究》等研究論文，并提出信息融合拍攝技術(shù)這一概念，拋磚引玉，希望借此推動(dòng)同行對(duì)這一領(lǐng)域的研究。

一、信息融合拍攝技術(shù)的概念

信息融合(informationfusion)起初被稱(chēng)為數(shù)據(jù)融合(datafusion)，起源于1973年美國(guó)國(guó)防部資助開(kāi)發(fā)的聲吶信號(hào)處理系統(tǒng)，其概念在20世紀(jì)70年代就出現(xiàn)在一些文獻(xiàn)中。在20世紀(jì)90年代，隨著信息技術(shù)的廣泛發(fā)展，具有更廣義化概念的“信息融合”被提了出來(lái)［1］。筆者將“信息融合拍攝技術(shù)”這一概念引入刑事攝影領(lǐng)域，目的在于探討在刑事現(xiàn)場(chǎng)拍攝和物證拍攝中，如何有效利用各種有效信息并進(jìn)行融合，來(lái)解決刑事攝影實(shí)際工作中遇到的困難，為更好地發(fā)現(xiàn)、提取、固定、記錄現(xiàn)場(chǎng)或痕跡物證提供科學(xué)的方法。信息融合拍攝技術(shù)是利用同一被拍對(duì)象的數(shù)幅照片中影像信息在時(shí)空上的相關(guān)性和信息上的互補(bǔ)性，將其中有用的影像信息進(jìn)行融合，形成能對(duì)被拍對(duì)象進(jìn)行更加全面、詳細(xì)描述的一幅新照片的一種技術(shù)方法。

二、信息融合拍攝技術(shù)的理論依據(jù)

運(yùn)用信息融合拍攝技術(shù)，可以克服拍攝過(guò)程中因拍攝設(shè)備性能的局限性、拍攝條件的限制等不利因素對(duì)實(shí)際拍攝效果的影響，獲得良好的影像效果。可能會(huì)有人質(zhì)疑此方法在信息融合過(guò)程中是否會(huì)產(chǎn)生新的信息，改變拍攝對(duì)象的真實(shí)性，從而降低影像的證據(jù)價(jià)值。筆者認(rèn)為這取決于信息采集和信息融合過(guò)程中是否嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)方法進(jìn)行操作。信息采集的過(guò)程應(yīng)保證拍攝的原始照片中相關(guān)影像信息具有時(shí)空上的相關(guān)性和信息上的互補(bǔ)性;信息融合過(guò)程應(yīng)確保僅對(duì)原始照片中存在的相關(guān)影像信息進(jìn)行融合。信息采集是前提，它決定了采集的信息能否進(jìn)行融合及融合效果如何;信息融合是升華，它決定了新照片能否克服原始照片中的信息缺失，獲得充足和完美的影像信息。

只有嚴(yán)格按照相關(guān)拍攝要求進(jìn)行信息采集和信息融合，才能保證影像的證據(jù)價(jià)值。也就是說(shuō)，信息融合拍攝技術(shù)本身并不會(huì)產(chǎn)生新的信息，利用信息融合拍攝技術(shù)克服數(shù)幅照片拍攝過(guò)程中因拍攝設(shè)備性能的局限性、拍攝條件的限制等因素對(duì)影像產(chǎn)生的不利影響，只是把數(shù)幅照片中對(duì)反映被拍對(duì)象有用的信息進(jìn)行融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。因此，信息融合拍攝技術(shù)并沒(méi)有改變拍攝對(duì)象的真實(shí)性，不存在人為改變其證據(jù)屬性的問(wèn)題。

三、信息融合拍攝技術(shù)的技術(shù)方法

信息融合拍攝技術(shù)研究的范圍很廣，可以涉及刑事攝影領(lǐng)域的很多方面，在刑事攝影領(lǐng)域早已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用，譬如現(xiàn)場(chǎng)攝影中的回轉(zhuǎn)連續(xù)拍攝法和光譜成像檢驗(yàn)攝影系統(tǒng)等技術(shù)方法實(shí)際上就是利用信息融合拍攝技術(shù)的經(jīng)典案例。筆者認(rèn)為，目前信息融合拍攝技術(shù)研究的范圍至少可以涵蓋曝光量信息融合、拍攝區(qū)域信息融合、光照效果信息融合和圖像超分辨率等幾個(gè)方面。

(一)曝光量信息融合

根據(jù)實(shí)際融合形式的不同，曝光量信息融合又可以分為曝光量疊加型和曝光量互補(bǔ)型兩種。

1．曝光量疊加型。曝光量疊加型是利用多次曝光，疊加、累積被拍物體的曝光量，以解決被拍物體由于反射或發(fā)出的光線比較微弱而無(wú)法獲得足夠曝光量的問(wèn)題。全波段CCD物證照相系統(tǒng)的技術(shù)原理就是采用積分曝光模式來(lái)進(jìn)行圖像疊加完成長(zhǎng)時(shí)間曝光的［2］。當(dāng)然，此裝置還采用了內(nèi)制冷裝置來(lái)解決影像噪點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)一步提高影像質(zhì)量。

2．曝光量互補(bǔ)型。曝光量互補(bǔ)型是在其他拍攝條件完全一致的基礎(chǔ)上，使用相關(guān)軟件將多張不同曝光量的源文件進(jìn)行影像融合，最終得到一幅同時(shí)兼顧高光和暗部細(xì)節(jié)層次的照片，即HDR技術(shù)［3］。該方法可以有效解決拍攝范圍內(nèi)景物亮度范圍超出照相機(jī)感光體能夠記錄的動(dòng)態(tài)范圍問(wèn)題，獲得被拍景物從最亮區(qū)域到最暗區(qū)域更多的細(xì)節(jié)。筆者對(duì)HDR技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)攝影中應(yīng)用的拍攝技術(shù)要求、影像融合技術(shù)方法和實(shí)際運(yùn)用等方面進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為其能夠使現(xiàn)場(chǎng)照片和部分物證獲得比通常的數(shù)字成像技術(shù)或攝影方法更大的動(dòng)態(tài)范圍，從而更好地再現(xiàn)高光或陰影部分的細(xì)節(jié)，獲得更多的影像信息［4］。

(二)拍攝區(qū)域信息融合

拍攝區(qū)域融合是指利用多張照片的信息融合成一幅反映更大拍攝范圍的照片。該方法主要解決因拍攝地點(diǎn)的局限或鏡頭視場(chǎng)的限制而無(wú)法獲得拍攝現(xiàn)場(chǎng)的全景照片的問(wèn)題［5］。拍攝區(qū)域融合實(shí)際上就是全景攝影或回轉(zhuǎn)連續(xù)拍攝法。目前，可以制作數(shù)碼影像全景照片的相關(guān)軟件有很多，譬如PhotoshopCS、UleadCool360、PixMaker、autostitch、Photo-Stitch、PanoramaMaker、MGIPhotovista 和 PTGui等。上述軟件各有所長(zhǎng)，在實(shí)際融合時(shí)各有利弊。在刑事現(xiàn)場(chǎng)攝影中，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)方位和現(xiàn)場(chǎng)概貌攝影常常需要運(yùn)用該方法來(lái)進(jìn)行區(qū)域融合，以獲得較大拍攝范圍的全景照片。

(三)光照效果信息融合

根據(jù)實(shí)際融合形式的不同，光照效果融合又可以分為不同光源波長(zhǎng)信息融合型和不同光源位置信息融合型兩種。

1．不同光源波長(zhǎng)信息融合型。不同光源波長(zhǎng)信息融合型是利用被拍物體多個(gè)波長(zhǎng)的反射光或熒光影像進(jìn)行融合。譬如光譜成像檢驗(yàn)攝影系統(tǒng)就是通過(guò)成像光譜儀，記錄被拍物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個(gè)窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影集，再通過(guò)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)⒐庾V影像集包含的光譜亮度分布信息轉(zhuǎn)化成反映物質(zhì)亮度分布的影像或反映物質(zhì)光譜性質(zhì)的曲線和數(shù)據(jù)，用于物證形態(tài)特征檢驗(yàn)或物質(zhì)化學(xué)成分鑒別［6］。

2．不同光源位置信息融合型。不同光源位置信息融合型是指改變光源的光照位置，利用同一被拍物體在數(shù)幅照片中的影像特征在時(shí)空上的相關(guān)性和信息上的互補(bǔ)性，將數(shù)幅照片中影像特征有用的信息進(jìn)行融合，獲得一幅全面反映被拍痕跡物證細(xì)節(jié)特征的照片，以對(duì)被拍痕跡物證進(jìn)行更加全面、詳細(xì)的描述［7］。運(yùn)用該方法拍攝強(qiáng)反光客體表面的痕跡時(shí)，它可以有效解決強(qiáng)反光客體表面的反射光斑對(duì)物證細(xì)節(jié)特征的影響。

(四)圖像超分辨率

圖像超分辨率是指利用多幅低分辨率圖像，運(yùn)用相應(yīng)的算法來(lái)獲得一幅清晰的高分辨率圖像［8］。通過(guò)一系列低分辨率的圖像來(lái)得到一幅高分辨率的圖像過(guò)程就是超分辨率重建。超分辨率重建的核心思想就是用時(shí)間帶寬(獲取同一場(chǎng)景的多幀圖像序列)換取空間分辨率，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換。目前視頻圖像處理中該技術(shù)方法的運(yùn)用比較普遍，可以有效解決視頻圖像處理中因運(yùn)動(dòng)模糊、低照度、低像素等原因影響影像細(xì)節(jié)特征表現(xiàn)的問(wèn)題。

四、信息融合拍攝技術(shù)的局限性和前景展望

信息融合拍攝技術(shù)在公安工作的運(yùn)用主要受相關(guān)軟件和儀器設(shè)備的限制。目前進(jìn)行融合的主要方法多利用常用軟件的某些功能，很少有專(zhuān)門(mén)為解決某些具體問(wèn)題而研究開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用軟件，即使有部分軟件和儀器設(shè)備是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，其價(jià)格亦非常昂貴，影響其技術(shù)推廣，也勢(shì)必會(huì)制約該技術(shù)方法的進(jìn)一步研究與實(shí)際應(yīng)用。另外，信息融合拍攝技術(shù)相關(guān)研究工作還處于探索階段，還需更多人在更多的領(lǐng)域開(kāi)展更多研究才能使其成為刑事技術(shù)的常規(guī)手段。

信息融合拍攝技術(shù)既適用于對(duì)靜態(tài)圖片影像信息進(jìn)行融合，也同樣適用于對(duì)動(dòng)態(tài)視頻影像信息進(jìn)行融合。特別是“天網(wǎng)工程”日臻完善的今天，對(duì)監(jiān)控視頻中的動(dòng)態(tài)視頻影像信息進(jìn)行融合應(yīng)用具有更加廣闊的前景，也具有更大的挑戰(zhàn)性。信息融合拍攝技術(shù)在動(dòng)態(tài)視頻影像信息融合應(yīng)用方面的研究將會(huì)成為新的研究熱點(diǎn)。

［1］王潤(rùn)生．信息融合［M］:北京:科學(xué)出版社，2007．

［2］郝新華．紫外線照相數(shù)碼化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］．警察技術(shù)，2005，(6)．

［3］FerrellMcCollough．HDRI數(shù)字影像技術(shù)［M］:馬天穎，譯．北京:人民郵電出版社，2009．

［4］郝新華．HDR技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)攝影中的運(yùn)用［J］．政法學(xué)刊，2011，(6)．

［5］郝新華．PTGui軟件在刑事現(xiàn)場(chǎng)攝影中的應(yīng)用研究［J］．廣東公安科技，2008，(4)．

［6］王桂強(qiáng)．光譜成像檢驗(yàn)技術(shù)［J］．刑事技術(shù)，2004，(1)．

［7］郝新華．信息融合法拍攝強(qiáng)反光客體表面潛在指?。跩］．警察技術(shù)，2009，(6)．

［8］浦劍等．超分辨率算法研究綜述［J］．山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2009，(1)．

責(zé)任編輯:賈永生

D918．2

A

1009－3192(2012)03－0065－02

2012－02－27

郝新華，男，廣東警官學(xué)院刑事技術(shù)系副主任，教授，法學(xué)碩士，從事刑事影像學(xué)教學(xué)與研究。