摘 要：本文將采集的幾組現(xiàn)場圖像進行拼接得到整個場景的柱面、球面全景圖像，通過分析不同類型的全景圖像在原圖像的采集、圖像的拼接、覆蓋范圍等方面在案件偵查過程中的優(yōu)缺點，得出球面全景圖原圖像采集方法簡單，需要的原始圖像數(shù)量少，球面全景圖覆蓋范圍廣的優(yōu)勢更適合案件現(xiàn)場的全景重建，對案情分析階段的案件現(xiàn)場三維模擬仿真，案發(fā)過程的動態(tài)反演提供很好的現(xiàn)實依據(jù)。

關鍵詞：案件現(xiàn)場；圖像拼接；全景重建

中圖分類號：TP751.1

由于犯罪的案件現(xiàn)場存在時間有限，這給案件的調查帶來較大困難，案件調查人員希望為后面的案情分析提供盡量多的現(xiàn)場信息，就必須快速全面的記錄案發(fā)現(xiàn)場，但是傳統(tǒng)的記錄方法不僅準確性不高而且還容易遺漏重要信息，因此，尋找一種能夠既快捷又全面準確的記錄案件現(xiàn)場的方法成為迅速偵破案件的關鍵。全景圖像技術可以將整個案件現(xiàn)場的信息集中到一張二維圖像中，它包含了整個案件現(xiàn)場上下、左右、前后360°視角范圍內的信息。因此，快速得到案件現(xiàn)場的全景圖像可以為案件的快速順利偵破提供現(xiàn)實依據(jù)。由多幅圖像生成全景圖像最關鍵的是圖像的拼接技術，目前圖像拼接技術在醫(yī)學、遙感、數(shù)字校園、數(shù)字城市等領域的應用十分廣泛[1]，但是在公安刑事偵查領域的應用還很少。

本文利用圖像拼接技術得到不同案件現(xiàn)場的不同類型的全景圖，并對球面全景圖像拼接過程做了分析，通過對各種類型的場景的全景圖進行分析，得出最適于案件偵查的案件現(xiàn)場全景圖生成形式，為案件的偵查保存完整的案發(fā)現(xiàn)場，給案件偵查人員提供觀察到每個細節(jié)的機會，使其能夠從整體上把握案件現(xiàn)場，為案件的順利偵破提供技術支持。

1 圖像拼接技術

全景圖像是指視角超過人的正常視角水平視域為360°，垂直視域為180°的圖像。全景圖像有三個特點：首先，它能夠全面的展示360°范圍內的所有場景信息；其次，360°全景大部分是在圖像的基礎上拼合得到，能最大限度的保留場景的真實性；最后，360°環(huán)視的效果，雖然圖像都是平面的，但是經(jīng)過拼接處理之后得到的360°全景圖像，卻能給人三維立體的感覺，使觀察者如在場景之中。全景圖像根據(jù)投影面的不同主要分為柱面全景圖、球面全景圖和立方體全景圖三種類型。

柱面全景圖是把圖像投影到以視點為中心的有限高度的圓柱上，水平視角為360°，但是垂直方向的視角小于180°的圖像；球面全景圖是指將圖像投影到球面形成的圖像，其水平視角為360°，垂直視角為180°；立方體全景圖由前、后、左、右、上、下6張圖像無縫拼接而成的，相機位于立方體的中心，拼接好的圖像投影到立方體的內表面，也是全視角，實際效果與球面全景圖相似。

1.1 球面圖像的拼接[2]

圖像拼接算法根據(jù)實現(xiàn)的原理分為兩類：一類是基于特征的方法，本文中柱面全景圖像的拼接采用的是這種方法；另一類是基于像素點對應關系的方法，該方法通過算法優(yōu)化使兩幅圖像的對應像素點之間的差別最小。這種方法根據(jù)初始的參數(shù)，對于每一對對應點，計算當前的誤差以及當參數(shù)變化時誤差的變化率，根據(jù)總的誤差能量最小這一原則，通過優(yōu)化算法迭代求解求得參數(shù)的局部最優(yōu)解。

假設兩幅圖像上的對應點表示的是場景中同一個方向的光線，因為它們的像素值應該相同，即使加上一些干擾因素的影響，對應點的像素值也相似，由此可知算法的目標是使所有對應點像素值差異的總和最小，即算法在優(yōu)化過程中的目標函數(shù)就是圖像對應點誤差能量的總和。在計算誤差時，無論對彩色圖像還是黑白圖像，都只計算亮度的誤差，這樣即減少了計算量的也能夠滿足實際應用的要求。

2 案件現(xiàn)場全景重建與分析

2.1 柱面全景圖像

本文首先利用普通相機采集了兩張有一定重合區(qū)域的室內圖像如圖1所示，利用圖像拼接技術進行了拼接，最終的拼接結果如圖2所示。其中圖1中的第一張圖像是手持相機拍攝的，相機旋轉30°拍攝得到第二張圖像，從圖中可以看出兩張圖像在水平位置有偏差，第二張圖像相機的水平位置略低，拼接圖像使兩幅圖像保持在了同一水平高度，但是由于旋轉角度的問題，水平直線部分有一定的彎曲。因此，在采集圖像的時候，一定要保證相機的位置固定，對于案件現(xiàn)場圖像的采集最好用帶有旋轉云臺的三腳架固定相機進行圖像的采集，以保證圖像位置精度。

圖2是通過利用基于特征的圖像拼接方法得到的具有重疊區(qū)域的兩幅圖像拼接后的圖像，該方法首先在圖1中的兩幅圖像中尋找一系列的特征點，之后建立相應特征點之間的對應關系，并根據(jù)這個對應關系計算出兩張圖像之間的坐標變換關系，從圖1中可知這種方法比較適合特征點多且明顯的圖像中，缺乏適應性。

從圖3中可以看出，柱面全景圖像能夠包含水平視角360°之內的所有信息，但是其垂直視角有限，向上看不到頂，向下看不到底，對于案件現(xiàn)場來說，比較重要的物證、血跡、傷者等重要信息都是在低處，如果使用柱面全景圖像還原案件現(xiàn)場則有好的重要信息可能會看不清，甚至遺漏。圖2中的室內圖像就是很好的證明，從圖像中無法看到桌子下面位置更低的信息。

2.2 球面全景圖像

圖4是一組魚眼鏡頭采集的圖像，相機型號為Canon EOS 5D Mark II，鏡頭的焦距為8mm，在采集這一組圖像時，利用三腳架和云臺對相機進行了固定，并按每旋轉90°采集一張圖像的方法進行拍攝，360°的場景共采集了4張圖像，從采集的4張圖像中可以看出，每兩張圖像的重合區(qū)域大約50%，這樣保證了一定的重合度，避免魚眼圖像校正后，邊緣部分的變形影響圖像的拼接質量。從圖像還可以看出，每一張圖像的視域都很大，垂直視域大約180°，四張圖像的最下邊可以看到固定相機的三腳架，往上還能看到天空，這樣保證了圖像的覆蓋范圍的全面性。

圖5是圖4中的四張魚眼圖像經(jīng)過圖像校正[3]、圖像拼接以及圖像融合等步驟得到的全景圖像，其中魚眼圖像的校正在之前的論文中已做詳細的介紹，本文第二部分介紹了球面圖像的拼接過程。從拼接的后的圖像可以看出圖像覆蓋了整個場景的全部信息（注：圖4第一張圖像中的人物在拍攝圖像時位置發(fā)生了移動）。圖5的最左邊和最右邊正好能夠完全相接，上能看到天空，下能看地面，這說明整個場景是真正的360°無死角的場景，并且所需原圖像數(shù)量少，減少了圖像拼接過程中的拼接誤差。圖6是模擬的交通事故現(xiàn)場的全景圖像，整個案發(fā)現(xiàn)場真實全面的以圖像的形式保存了下來，根據(jù)案件現(xiàn)場的全景圖像進行三維模擬仿真，對案發(fā)過程進行動態(tài)反演都是很好的現(xiàn)實依據(jù)。

綜上所述，本文得出利用魚眼鏡頭采集案件現(xiàn)場圖像并利用球面投影的圖像拼接方式生成案件現(xiàn)場的全景圖具有圖像采集方便，所需圖像數(shù)量少，生成的全景圖像信息覆蓋全面等優(yōu)點，適合案件現(xiàn)場的全景重建。

3 結束語

本文通過分析柱面全景圖和球面全景圖在原圖像的采集、圖像拼接及全景圖像覆蓋范圍等方面在案件偵查過程中的優(yōu)缺點，得出球面全景圖因其簡便的采集方法，較少的原始圖像，更大的覆蓋范圍等特點更適合案件現(xiàn)場的快速偵查，對案情分析階段的案件現(xiàn)場三維模擬仿真，案發(fā)過程的動態(tài)反演提供很好的現(xiàn)實依據(jù)。

參考文獻：

[1]李會平.圖像拼接技術研究與應用[D].西安：西安科技大學，2010.

[2]傅軍棟，姚孝明.實景圖像拼接及其漫游控制技術[M].成都：西南交通大學出版社，2011：143-145.

[3]A Flexible Architecture for Fisheye Correction in Automotive Rear-View Cameras[Z].www.altera.com/literature/wp/wp-01073-flexible-architecture-fisheye-correction-automotive-rear-view-cameras.pdf.

作者簡介：霍薇薇（1987-），女，山東人，碩士研究生，主要研究方向：圖像處理。

作者單位：中國人民公安大學警務信息工程學院，北京 102623；北京華環(huán)電子有限公司，北京 100085

基金項目：中國人民公安大學校級項目，項目編號2013LG02。