于小勇 于洋 南京市公安局刑事科學(xué)技術(shù)研究所

引言

目前的足跡系統(tǒng)中嫌疑人樣本鞋印采集效果不佳，導(dǎo)致無法通過足跡系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行直接檢驗(yàn)鑒定，有必要研究鞋底圖像采集技術(shù)，使得嫌疑人鞋底圖像進(jìn)入系統(tǒng)，方便操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程比對(duì)。另外案件偵查中，經(jīng)常需要獲知現(xiàn)場(chǎng)足跡的鞋樣種類，有必要同時(shí)采集鞋幫圖像，增加足跡系統(tǒng)內(nèi)鞋樣庫的鞋樣收集來源?；谝陨夏康?，要研發(fā)入所人員鞋底、鞋幫圖像采集器，該儀器要簡(jiǎn)單易操作，尺寸不大，方便派出所內(nèi)使用；要研究該設(shè)備加入足跡系統(tǒng)后，相應(yīng)軟件的開發(fā)以及鞋樣庫軟件的開發(fā)。

一、研究背景與實(shí)戰(zhàn)需求

（一）研究背景

足跡是僅次于手印的痕跡物證，在痕跡破案中起到很重要的作用。近年來，隨著刑事犯罪智能化的提高以及反偵查能力的增強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)提取痕跡難的問題越來越突出，犯罪分子往往戴手套，作案工具也是案前買、案后摔，使刑事技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)上獲取有價(jià)值的痕跡難度越來越大。而現(xiàn)場(chǎng)鞋印往往是在現(xiàn)場(chǎng)勘查中提取最多的痕跡，在大要案件偵破及多發(fā)性侵財(cái)案件的串并中發(fā)揮了重要作用，直接破獲了一大批案件。

目前國(guó)內(nèi)足跡系統(tǒng)中樣本鞋印采集技術(shù)的發(fā)展到了瓶頸期，入所人員鞋印采集效果不佳，鞋印樣本不完整，特征無法確認(rèn)。對(duì)此長(zhǎng)期沒有解決辦法。導(dǎo)致的結(jié)果是刑偵技術(shù)人員有時(shí)無法通過足跡系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行直接檢驗(yàn)鑒定，而是要再聯(lián)系基層所隊(duì)，基層所隊(duì)再將嫌疑人鞋子送至足跡比對(duì)中心，浪費(fèi)了人力和時(shí)間，耽誤了刑事案件的快偵快破。

（二）實(shí)戰(zhàn)需求

有必要研發(fā)鞋底圖像采集技術(shù)，使得嫌疑人鞋底的圖像進(jìn)入系統(tǒng)，為操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程比對(duì)提供更完善的技術(shù)支持。另外案件偵查中，經(jīng)常需要獲知現(xiàn)場(chǎng)足跡的鞋樣種類。足跡系統(tǒng)內(nèi)原有鞋樣庫，鞋樣收集渠道窄，鞋樣品種少，可以研究通過采集入所人員鞋底鞋幫圖像，大大擴(kuò)充目前足跡系統(tǒng)內(nèi)鞋樣庫的鞋樣來源，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)鞋印查詢?cè)L問鞋樣庫的程序，可以隨時(shí)為案件偵查提供查詢獲知鞋樣信息。鞋樣本圖像器的應(yīng)用流程如圖1所示。

二、鞋樣本圖像采集器的技術(shù)研發(fā)

（一）研發(fā)思路

（1）設(shè)計(jì)一款CCD傳感器，掃描鞋底圖像，采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和高清傳感器實(shí)時(shí)采集圖像，以保證鞋樣本圖像高清不模糊，不變形，畸變率低；操作簡(jiǎn)單，同時(shí)配置兩個(gè)不同角度拍攝鞋面圖像的攝像頭產(chǎn)品，使得鞋面和鞋底圖同時(shí)采集。設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)中心，合理定義數(shù)據(jù)庫及文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，保證為鞋底大數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支撐。鞋樣本圖像采集設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

（2）探索現(xiàn)場(chǎng)足跡花紋圖像，鞋樣本采集設(shè)備采集的鞋底、鞋幫圖像與足跡系統(tǒng)中原有的入所人員鞋底花紋圖像相結(jié)合的應(yīng)用新模式、新方法。研發(fā)一個(gè)基于鞋樣庫數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的平臺(tái)，無縫對(duì)接足跡系統(tǒng)，為滿足現(xiàn)場(chǎng)足跡花紋，鞋樣圖像，鞋底花紋圖像等足跡大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、比對(duì)、鑒定等一系操作提供可靠、穩(wěn)定、高效的技術(shù)保障。

（二）設(shè)備部件介紹及系統(tǒng)應(yīng)用方案

1. 鞋底及鞋幫圖像采集器的設(shè)計(jì)

設(shè)備整體尺寸為620×260×165（單位：mm），功能模塊包括鞋底掃描成像模塊、掃描移動(dòng)模塊、鞋幫拍攝模塊、鞋圖像采集模塊、鞋圖像處理模塊、鞋圖像傳輸模塊、鞋圖像顯示入庫模塊。鞋樣本圖像采集器外觀如圖3所示。其中鞋底掃描成像模塊主要包括多面高反射鏡、線性CCD傳感器以及工業(yè)鏡頭模組，組成光學(xué)成像系統(tǒng)。正常掃描模式時(shí)間：30s內(nèi)；預(yù)掃描模式：60s內(nèi)；掃描移動(dòng)模塊利用絲桿加多套直線導(dǎo)軌保證行進(jìn)平滑穩(wěn)定，同時(shí)用工業(yè)磁柵尺測(cè)量和標(biāo)定行走位置；鞋幫拍攝模塊包括兩個(gè)500萬像素?cái)z像頭以及配備閃光燈；鞋樣本圖像采集模塊采用FPGA多路并行采集圖像，同時(shí)完成AD以及圖像數(shù)據(jù)組合傳入內(nèi)存?zhèn)溆?。鞋底圖像幅面不小于350×150（單位：mm）。其中鞋底圖像分辨率達(dá)到1632×3680，鞋幫圖像分辨率達(dá)到2592×1944；鞋圖像處理模塊在鞋圖像采集的同時(shí)完成圖像的拼接融合以及提高圖像質(zhì)量；鞋圖像傳輸模塊采用USB3.0完成鞋圖像的高速傳輸，不壓縮圖像完全保留圖像信息；鞋圖像顯示入庫模塊是用戶控制操作以及鞋圖像自動(dòng)上傳入庫，為后續(xù)的鞋樣本匹配提供大量可靠數(shù)據(jù)源。鞋樣本圖像采集器的主要硬件模塊如圖4所示。

2. 鞋底、鞋幫圖像和樣本足跡數(shù)據(jù)庫以及鞋樣庫的構(gòu)建

與目前派出所的嫌疑人樣本足跡采集軟件相關(guān)聯(lián)，避免重復(fù)錄入人員信息；通過軟件可以設(shè)置左右腳的采集；增加參數(shù)設(shè)置進(jìn)行設(shè)備鞋底光源與鞋面光源的設(shè)置，并根據(jù)常用情況設(shè)置幾類默認(rèn)情景模式；軟件可以對(duì)采集數(shù)據(jù)及過程圖片進(jìn)行預(yù)覽。軟件具備數(shù)據(jù)上傳功能，構(gòu)建鞋樣數(shù)據(jù)庫；鞋樣數(shù)據(jù)庫單次采集一雙鞋至多包含左右腳鞋底，鞋面共計(jì)6張圖及該鞋子的人員基本信息。

3. 基于鞋樣庫數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的平臺(tái)的構(gòu)建

具備數(shù)據(jù)查詢功能，可根據(jù)身份證、姓名等進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，瀏覽嫌疑人的鞋底及鞋面圖片；具備鞋底大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，系統(tǒng)至少滿足10萬個(gè)鞋樣本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；具備鞋底花紋比對(duì)工具，提供一種輔助工具，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鞋底與鞋樣本鞋底圖片的輔助分析判斷功能；提供鑒定文書特征標(biāo)劃和撰寫功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)能與Word軟件相結(jié)合進(jìn)行鑒定文書的編撰。

三、鞋底圖像采集器的使用操作及實(shí)戰(zhàn)成果

（一）采集錄入操作

入所需采集人員脫下鞋子，鞋子放在鞋樣本圖像采集器上。人靠墻站立，背后是身高測(cè)量尺，在進(jìn)行拍照人像的同時(shí)，鞋樣本圖像采集器自動(dòng)采集被采集人的鞋底圖像。先采集左腳鞋底圖像，再采集右腳鞋底圖像，采集器內(nèi)的特殊配光保證了鞋底圖像采集時(shí)光照均勻，無陰影。儀器掃描完畢后圖像信息自動(dòng)進(jìn)入足跡系統(tǒng)內(nèi)的嫌疑人鞋印樣本庫內(nèi)，并與嫌疑人的其他信息相對(duì)應(yīng)。采集的鞋底圖像界面如圖5所示。

（二）檢驗(yàn)鑒定操作

嫌疑人左右腳鞋底圖像進(jìn)入足跡系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動(dòng)將原圖像進(jìn)行水平翻轉(zhuǎn)處理，使得鞋底圖像與現(xiàn)場(chǎng)足跡保持相同的相位。檢驗(yàn)人員在查看樣本足跡比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡的識(shí)別隊(duì)列時(shí)，可以隨時(shí)調(diào)取與樣本鞋印對(duì)應(yīng)的鞋底圖像，方便檢驗(yàn)人員進(jìn)行檢驗(yàn)比對(duì)。

鞋底圖像可以進(jìn)行放大，可以進(jìn)行圖像處理，可以利用相應(yīng)的測(cè)量工具，使得比對(duì)非常方便。原有鞋印特征不完整、不明確，無法確定特征的問題得到了很大程度的解決。以往系統(tǒng)比對(duì)人員檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可能同一的鞋印，需要通知基層所隊(duì)將嫌疑人鞋子送至足跡比對(duì)中心，浪費(fèi)了人力和時(shí)間，耽誤了刑事案件的快偵快破。嫌疑人鞋底圖像進(jìn)入足跡系統(tǒng)后，真正使足跡系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程比對(duì)，并且立刻反饋信息。樣本與現(xiàn)場(chǎng)足跡比對(duì)界面如圖6所示。

未來系統(tǒng)根據(jù)鞋底圖像模塊信息直接提取花紋信息，直接可以與現(xiàn)場(chǎng)足跡進(jìn)行同時(shí)比對(duì)。

（三）實(shí)戰(zhàn)成果舉例

1. 2018年某月某日，南京市建鄴區(qū)某小區(qū)某幢某室家中被盜，損失：金手鐲一個(gè)（購于2015年），價(jià)值10000元。建鄴區(qū)公安分局刑警大隊(duì)技術(shù)室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)廚房灶臺(tái)上提取到一枚鞋印。2018年某月嫌疑人黃某某形跡可疑被派出所盤查，錄入其穿用的藍(lán)色運(yùn)動(dòng)鞋的鞋底圖像。市局足跡檢驗(yàn)室值班人員通過足跡系統(tǒng)查詢比中以上案件現(xiàn)場(chǎng)足跡系黃某某穿用的鞋子所留，導(dǎo)致案件偵破。

2. 2019年某月某日，南京市六合區(qū)冶山鎮(zhèn)某村某號(hào)張某某家發(fā)生盜竊案件。六合區(qū)公安分局刑警大隊(duì)技術(shù)室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)外菜地靠小路路邊處用石膏灌注的方法提取一枚立體鞋印。2019年4月嫌疑人王某某形跡可疑被派出所盤查，錄入其穿用的黑色運(yùn)動(dòng)鞋的鞋底圖像。市局足跡檢驗(yàn)室值班人員通過足跡系統(tǒng)查詢比中以上案件現(xiàn)場(chǎng)足跡系王某某穿用的鞋子所留，并且串并帶破其他案件6起。

四、結(jié)語

鞋樣本圖像采集器的設(shè)計(jì)，在一定程度上解決了目前嫌疑人鞋印樣本采集技術(shù)效果不佳，無法通過足跡系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行直接檢驗(yàn)鑒定的問題。同時(shí)，為了擴(kuò)大鞋樣庫的數(shù)據(jù)來源，在采集鞋底圖像的同時(shí)，也采集鞋幫圖像。這些圖像數(shù)據(jù)進(jìn)入足跡系統(tǒng)后，輔助樣本鞋印與現(xiàn)場(chǎng)鞋印的檢驗(yàn)比對(duì)，以及擴(kuò)大鞋樣的收集渠道，在這些方面發(fā)揮了很好的作用。但是，在針對(duì)多種類的鞋底面進(jìn)行成功配光方面，還需進(jìn)一步開發(fā)更有效的配光方式，使得鞋底面的特征更加清晰可見。