残缺鞋印的数字图像处理技巧
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摘要：残缺鞋印作为足迹中常见的表现形式，检验难度较大，利用率偏低。利用数字图像处理技术对残缺鞋印图像进行清晰化、变形修复、消除背景干扰及图像拼接等操作，可以降低残缺鞋印检验鉴定的难度，提高现场残缺鞋印在侦查破案中的利用率。
关键词：残缺鞋印；图像处理；足迹检验
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（b）-0000-00
近年来，随着社会的深刻变革和经济的快速发展，各种利益加速调整，由此产生了一系列新的矛盾和冲突，社会治安形势日益严峻，刑事犯罪活动的数量和种类增多，犯罪特点越来越具有组织性、流窜性，犯罪手段日趋智能化、专业化，作案人反侦察意思也越来越强，犯罪现场可利用和能提取的痕迹越来越少，足迹是其中较为常见的一种痕迹。但受到承受客体和犯罪动作的实施等诸多因素的影响，在犯罪现场中鞋印经常表现为残缺鞋印，这就给刑事技术人员的分析、检验带来了难度。运用数字图像处理技术对现场残缺鞋印进行一系列的修复，可以大大提高现场遗迹的利用率。
一、残缺鞋印的图像处理
利用图像数字化处理技术对现场残缺鞋印的清晰化处理、多个部位残缺鞋印的拼接是解决当前残缺鞋印传统检验中出现的不足和问题的有效办法，而这都基于对残缺鞋印图像的先期处理。因为模糊、变形的图像会使我们无法辨别鞋印真正的边缘形状、花纹的形态和分布，给我们后面要进行的残缺鞋印遗留部位的确定、残缺鞋印图像拼接特征的寻找和确定、残缺鞋印图像的拼接以及残缺鞋印细节特征的检验鉴定带来极大的不便和困难，所以我们要把其变成清晰的、本来的面貌。
（一）残缺鞋印中变形鞋印图像的处理
变形鞋印如整体形态相对鞋型发生变化如伸长缩短、变宽或变窄等，鞋印的边缘和鞋底花纹有不正常的、违反设计规律或生理要求的弯曲和变化等。要完成对残缺鞋印的正确拼接，准确测量鞋印的各项数据，必须先对变形的残缺鞋印图像进行还原。首先，对需要还原变形的部分利用“快速选择工具”下的“魔棒工具”对其进行选取，在“魔棒工具”工具栏中，我们可以根据需要选取的区域大小、对比度等自由选择“容差”，直至达到最理想的效果为止； 选定了选区以后，切换为“自由变换工具”，然后在选区中单击鼠标右键，选择“自由变换”命令，再次在选区中单击鼠标右键，此时会出现“缩放”、“旋转”、“变形”、“扭曲”等选项；最后根据需要变换选区，相应数据可以在“自由变换”的工具栏内进行调整，直至还原图像为止。
（二）残缺鞋印中模糊鞋印图像的处理
现场模糊的残缺鞋印显现不清晰，花纹及形状若隐若现，难以辨认，这给鞋印细节特征的寻找和确定加大了难度，因此必须对现场模糊的残缺鞋印进行相应的清晰化处理。首先，双击鼠标左键选择鞋印图像，按“CTRL+J”创建新建一个副本，对副本模式调整“亮度”，选择“滤镜”菜单下的“锐化―USM锐化”命令，在设置窗口中根据原图模糊情况调节锐化参数；然后选择“图像”菜单下“模式―LAB颜色”命令，在弹出的窗口中选择“拼合”图层后确定；然后在LAB模式下再创建副本，在“通道”面板中将新建图层选为“明度”通道，选择“锐化―USM锐化”命令再次锐化，最后返回图层面板，把副本图层的模式修改为“柔光”，调节透明度为30%左右。这样就可得到更为清晰的残缺鞋印图像。
（三）残缺鞋印图像背景的处理
通过抠图处理可去除残缺鞋印中模糊、变形鞋印处理后的图像或原本清晰、正常的残缺鞋印图像可图像背景。首先，打开需要处理的图像，选择顶部菜单栏中“选择-色彩范围”命令对图像进行抠图处理，在“色彩范围”窗口中选择颜色容差（F）值，数值的大小根据残缺鞋印花纹与客体背景的对比度进行多次调整和尝试，一般60为宜。并在窗口显示待处理图像下方处点击选择“选择范围”命令，此时会出现鞋印花纹的黑白图像，然后在黑白图像右侧处选择“添加到取样”命令，之后在窗口中间待处理的黑白图像的鞋印周围逐一点击，消除掉鞋印周围的阴影部分，只留下清晰的鞋印花纹即可，然后点击确定。最后选定窗口左侧工具箱调板上的“移动工具”，将背景移除即可。
二、残缺鞋印图像的拼接
在对残缺鞋印图像进行处理之后，通过图像拼接将现场所提取的多个残缺局部鞋印按照其相应的位置进行拼接，即可获得完整鞋印以便对残缺足迹进行检验鉴定。
（一）残缺鞋印遗留部位的确定
要想实现残缺鞋印的拼接，首先要确定残缺鞋印足迹的遗留部位，为拼接提供参照和依据。确定残缺鞋印遗留部位可以从以下几个方面进行：
1、根据残缺鞋印的形状及鞋底花纹来分析确定。鞋在制作生产过程中，不同的鞋、不同的部位其鞋底边缘形状不同；鞋底的生产工艺，鞋底各部位花纹的也不同。
2、根据残缺鞋印在客体上的遗留位置及现场环境条件确定留痕部位。根据残缺鞋印遗留在这些客体上的位置，可以大致分析判断出作案人作案时可能的动作，再结合残缺鞋印的形状、花纹可以确定留痕部位。
3、根据步态特征确定遗留部位。鞋印中的步态特征可以反映出现场残缺鞋印的遗留部位。
（二）残缺鞋印图像拼接特征的寻找和确定
根据残缺鞋印遗留部位反复观察，在多张残缺鞋印图像中确定这些拼接特征，才能确保残缺鞋印图像能成功拼接，其主要方法有以下几种。
1、根据残缺鞋印边缘形状的完整性来确定。完整的鞋印其边缘线条也是流畅和连续的，从而构成一个完整的鞋底形状，明确残缺鞋印图像多个部位的边缘形状特征和遗留部位以后，按照完整鞋印形状确定拼接特征。
2、根据鞋底花纹的连续性和特定性来确定。鞋底花纹的线条都有其连续性、形状有其特定性，可以在残缺鞋印的花纹上找到连续的特征，确定为拼接特征。
3、根据鞋底磨损形象特征的来确定。鞋在穿用过程中，鞋底的磨损也会形成，并且有一定的区域和形状。可以根据鞋底磨损的形态来确定拼接特征。
（三）多个残缺鞋印图像的拼接
首先，新建一个空白画布，根据原来多个残缺鞋印画布的大小将新建空白画布的长、宽尽可能的设置大一点。将经过图像处理并确定好拼接特征的多个残缺鞋印图像按顺序依次移动到新建画布，选用“磁性套索工具”，将“磁性套索工具”的工具栏内的频率调大一点，一般在70-90较好，接着在要选取移动区域；然后在图层窗口选定“背景”图层，用“移动工具”即可以将选取区域移动到空白画布；再将根据确定好的拼接特征进行相应部位的拼接，拼接完成之后合并图层并保存即可。
三、拼接鞋印图像的数字化比对
残缺鞋印图像拼接完成后，通过观察和确定相应特征、测量相关数据，即可进行数字化比对检验。
（一）直观比对法
在Photoshop图像处理软件中，将残缺鞋印拼接完成的检材鞋印与样本鞋印图像旋转至同一对应的方位后分别放大至相同倍数下观察，逐一比较二者图像的各项特征，如整体形状、局部磨损形态、细节特征等。
（二）重叠比对法
用“选框工具”或者“套索工具”对检材鞋印图像进行选区，然后用“移动工具”将选区移动到样本鞋印图像的图层，适当降低选区图层的透明度，以使检材鞋印与样本鞋印图像都能显现；然后按“自由变换”的快捷键“CTEL+T”，选区图层可进行任意旋转，边观察边调整相应位置，观察两个图层鞋印形状及对应位置的特征是否可以重合。
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