計(jì)算機(jī)輔助足跡分析系統(tǒng)界面及漏洞改進(jìn)

孟慶博 英瑞剛

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

計(jì)算機(jī)輔助足跡分析系統(tǒng)界面及漏洞改進(jìn)

孟慶博 英瑞剛

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

通過(guò)對(duì)CAFI長(zhǎng)期反復(fù)模擬測(cè)試，并再次與東大阿爾派軟件開(kāi)發(fā)公司合作，對(duì)原系統(tǒng)的界面以及存在的漏洞進(jìn)行升級(jí)更改，使其具有更好的操作性、互動(dòng)性、精確性。

CAFI界面 漏洞 改進(jìn)

為解決我國(guó)目前在足跡檢驗(yàn)分析中存在的檢驗(yàn)人員能力參差不齊而導(dǎo)致的人為干預(yù)因素過(guò)多的問(wèn)題，中國(guó)刑警學(xué)院于20世紀(jì)90年代末與東大阿爾派軟件開(kāi)發(fā)公司合作，研制開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的第一代“智足-足跡步態(tài)特征分析系統(tǒng)”（也稱為計(jì)算機(jī)輔助足跡分析系統(tǒng)，CAFI），為傳統(tǒng)足跡檢驗(yàn)分析向計(jì)算機(jī)智能化檢驗(yàn)分析邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

CAFI提供一個(gè)能夠具有較高自動(dòng)化程度的計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)取自現(xiàn)場(chǎng)的足跡圖像進(jìn)行處理、分析，從而得出基本的生理特性，例如身高，體重，體態(tài)，年齡等，最大程度地減少人工分析中經(jīng)驗(yàn)程度和主觀錯(cuò)誤帶來(lái)的誤差。本系統(tǒng)利用掃描儀（CCD）、數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)將足跡圖像輸入計(jì)算機(jī)，并采用多媒體技術(shù)、圖像處理技術(shù)，對(duì)痕跡圖像信息進(jìn)行自動(dòng)獲取、存儲(chǔ)、處理、分析。該分析系統(tǒng)在實(shí)際辦案過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的準(zhǔn)確性、客觀性和快捷性使其具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值并且操作簡(jiǎn)單易學(xué)，便于普及推廣，深受基礎(chǔ)干警的歡迎，還榮獲了公安部科研立項(xiàng)三等功等榮譽(yù)。

1 足跡自動(dòng)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

CAFI（計(jì)算機(jī)輔助足跡分析系統(tǒng)）的目標(biāo)是在Windows環(huán)境下對(duì)于足跡痕跡圖像進(jìn)行分析，所以開(kāi)發(fā)工具使用VC++6.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在應(yīng)用程序的框架選擇上，采用MFC的多文檔視圖結(jié)構(gòu)，可以滿足同時(shí)顯示，處理和分析多個(gè)圖片的需要。并且采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，充分利用LeadTools組件和Dundas組件，能夠完成在實(shí)際分析中需要進(jìn)行的所有圖像處理功能，并且提供了功能強(qiáng)大的注釋功能，能夠?qū)圹E做出各種標(biāo)記，以滿足鑒定的良好可視性和鑒定結(jié)果的輸出的要求。CAFI系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 CAFI系統(tǒng)構(gòu)架

2 系統(tǒng)界面的改進(jìn)

原系統(tǒng)在模擬測(cè)試過(guò)程中，幾處出現(xiàn)意思混淆不清，界面缺少等現(xiàn)象。筆者從“幫助向?qū)А睂?duì)話框、“綜合特征顯示”對(duì)話框、“設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框、“計(jì)算”菜單等四個(gè)方面對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。加強(qiáng)了原系統(tǒng)的可讀性、可操作性的同時(shí)，也增強(qiáng)了原系統(tǒng)的分析功能。

2.1 “幫助向?qū)А睂?duì)話框的改進(jìn)

在原系統(tǒng)中的“幫助向?qū)А睂?duì)話框中，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有“跖趾區(qū)跟部連線計(jì)算年齡”并且在相應(yīng)的選項(xiàng)卡下并沒(méi)有明確足跡的具體部位（掌部還是足跟部）。如“塊狀灰度值計(jì)算年齡”，“點(diǎn)狀灰度值計(jì)算年齡”，這很容易對(duì)初級(jí)使用者造成迷惑。原、新系統(tǒng)“幫助向?qū)А睂?duì)話框如圖2、3所示。

圖2 原系統(tǒng)“幫助向?qū)А睂?duì)話框

圖3 新系統(tǒng)“幫助向?qū)А睂?duì)話框

在新系統(tǒng)中的“幫助向?qū)А睂?duì)話框中，對(duì)“塊狀灰度值計(jì)算年齡”，“點(diǎn)狀灰度值計(jì)算年齡”加以明確測(cè)量的位置，把幫助信息中出現(xiàn)的輪廓提取法計(jì)算年齡，跟壓痕長(zhǎng)軸計(jì)算年齡，后緣切線計(jì)算年齡修改為“根據(jù)赤腳足跡跟部壓痕輪廓計(jì)算年齡”，“根據(jù)赤腳足跡跟壓痕長(zhǎng)軸計(jì)算年齡”，“根據(jù)赤腳足跡掌部趾壓痕后緣公切線計(jì)算年齡”。并且增加了新嵌入的“根據(jù)穿鞋足跡跟部踏痕半徑計(jì)算年齡”的幫助信息，完善了幫助信息的功能。

2.2 “綜合特征顯示”對(duì)話框的改進(jìn)

新系統(tǒng)“綜合特征顯示”對(duì)話框要比原系統(tǒng)“綜合特征顯示”對(duì)話框功能強(qiáng)大很多，原系統(tǒng)把赤足足跡和穿鞋足跡混淆在一起，并且缺少穿鞋足跡的兩種特征信息。而在實(shí)際辦案中，絕大多數(shù)的犯罪嫌疑人所遺留下的足跡都是穿鞋足跡，其分析結(jié)果也較多采取利用跟部踏痕半徑來(lái)計(jì)算。而新系統(tǒng)則對(duì)其加以區(qū)分，并添加了“利用穿鞋足跡跟部踏痕半徑計(jì)算年齡”，實(shí)現(xiàn)了全面、客觀的分析。原、新系統(tǒng)“綜合特征顯示”對(duì)話框如圖4、5所示。

圖4 原系統(tǒng)“綜合特征顯示”對(duì)話框

圖5 新系統(tǒng)“綜合特征顯示”對(duì)話框

2.3 “設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框的改進(jìn)

在原系統(tǒng)中的“設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框中，原系統(tǒng)并沒(méi)有按照規(guī)律明確的把赤足足跡和穿鞋足跡分開(kāi)，并且無(wú)序的混淆在一起，這非常容易造成刑事技術(shù)人員的誤解，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的效率。而新系統(tǒng)則對(duì)其加以區(qū)分，實(shí)現(xiàn)了全面、客觀的分析。并且，筆者通過(guò)對(duì)500余幅圖片足跡樣本進(jìn)行歸納分析，創(chuàng)建了權(quán)重值的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)原系統(tǒng)的權(quán)重值重新進(jìn)行調(diào)整。原、新系統(tǒng)“設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框界面如圖6、7所示。

圖6 原系統(tǒng)“設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框

圖7 新系統(tǒng)“設(shè)置權(quán)重”對(duì)話框

2.4 “計(jì)算”菜單的修改

由圖8和圖9的對(duì)比不難看出，首先在文字說(shuō)明上,新系統(tǒng)做到了一目了然的目的，如“根據(jù)壓痕輪廓計(jì)算年齡”改成了“根據(jù)赤足足跡掌部壓痕輪廓計(jì)算年齡”；“根跟壓痕長(zhǎng)軸計(jì)算年齡”改成了“根據(jù)赤足足跡跟部壓痕長(zhǎng)軸計(jì)算年齡”；“根據(jù)壓痕后緣公切線計(jì)算年齡”改成了“根據(jù)赤足足跡掌部壓痕后緣公切線計(jì)算年齡”。并且在計(jì)算穿鞋足跡的計(jì)算菜單中增加了“根據(jù)穿鞋足跡跟部踏痕半徑計(jì)算年齡”的菜單選擇，強(qiáng)大了穿鞋足跡計(jì)算年齡的功能。

圖8 原系統(tǒng)“計(jì)算”菜單

圖9 新系統(tǒng)“計(jì)算”菜單

3 系統(tǒng)漏洞的修改

筆者在大量測(cè)試原系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，身高的計(jì)算公式、計(jì)算身高時(shí)輸入的調(diào)整放余量以及通過(guò)“根據(jù)穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡”來(lái)計(jì)算左腳樣本的年齡時(shí)存在系統(tǒng)漏洞，一定程度上影響了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。為此，筆者針對(duì)這三個(gè)漏洞做出如下的修改。

3.1 計(jì)算身高公式

在對(duì)原系統(tǒng)的計(jì)算年齡功能的測(cè)試當(dāng)中，筆者發(fā)現(xiàn)測(cè)量后的結(jié)果都存在普遍偏大的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)誤出現(xiàn)在計(jì)算身高的公式上。原系統(tǒng)的計(jì)算公式被設(shè)置成：身高=（測(cè)量的穿鞋足跡長(zhǎng)度+其特定鞋型的放余量）*7。而在實(shí)際應(yīng)用中，身高的計(jì)算公式應(yīng)該為：身高=(測(cè)量的穿鞋足跡長(zhǎng)度-其特定鞋型的放余量)*7。從公式中可以看出，在同一種鞋型的情況下，采用兩種計(jì)算方法，其結(jié)果相處甚遠(yuǎn)。原、新系統(tǒng)計(jì)算穿鞋足跡圖例如圖10、11所示。

圖10 原系統(tǒng)計(jì)算穿鞋足跡圖例

圖11 新系統(tǒng)計(jì)算穿鞋足跡圖例

經(jīng)比較可以看出，同樣一張穿鞋足跡樣本，新舊兩個(gè)系統(tǒng)的分析結(jié)果相差巨大。顯而易見(jiàn)這種分析的結(jié)果是不可行的。

3.2 計(jì)算身高放余量無(wú)法輸入小數(shù)部分

由身高的計(jì)算公式：身高=（測(cè)量的穿鞋足跡長(zhǎng)度-其特定鞋型的放余量）*7可以看出，能否輸入小數(shù)部分其誤差區(qū)間在0～7厘米，這對(duì)分析一個(gè)人的身高來(lái)講，這種誤差是不允許的。不會(huì)對(duì)偵查員的分析案情帶來(lái)絲毫的幫助，而且會(huì)影響偵查員的分析判斷。原、新系統(tǒng)“輸入調(diào)整放余量”圖例如圖12、13所示。

圖12 原系統(tǒng)“輸入調(diào)整放余量”圖例

圖13 新系統(tǒng)“輸入調(diào)整放余量”圖例

3.3 左腳“根據(jù)穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡”源代碼錯(cuò)誤

3.3.1 理論依據(jù)

蹬痕位于足跡的前掌及前尖部位，是起足的重要痕跡。根據(jù)后蹬的部位及后蹬痕面積的大小進(jìn)一步將其分為趾后蹬痕和跖趾后蹬痕。

（1）趾后蹬痕。趾后蹬痕位于足跡的前尖部位，起足時(shí)拇長(zhǎng)屈肌、趾長(zhǎng)屈肌緊張，使趾節(jié)向下彎曲，鞋底與地面的夾角大于60°時(shí)形成的痕跡，又稱摳痕。痕跡起緣位于足跡的前邊呈弧形，弧度的大小可用其弦長(zhǎng)量度，痕跡止緣一般不超過(guò)掌前沿，呈“V”形，角度可以用量角器量，在立體足跡中痕底呈一斜坡?tīng)?，痕起緣和痕止緣的中點(diǎn)連線往往是起足用力的方向。

（2）跖趾后蹬痕。跖趾后蹬痕位于足跖區(qū)，是由跖趾關(guān)節(jié)共同參與，足底與地面的夾角小于60°時(shí)形成的，又稱挖痕。跖趾后蹬痕的痕起緣位于足跡的前邊緣，多呈弧形。痕止緣不超過(guò)足跡的前掌后邊緣，呈“倒三角形”或“弧形”。

隨著人的年齡的增長(zhǎng)，肌肉和韌帶的強(qiáng)度逐步下降，為了仍然能利用杠桿進(jìn)行抬足跟和后蹬運(yùn)動(dòng)，根據(jù)杠桿平衡原理得知，就必須需要人體進(jìn)行自身調(diào)整，加大力臂和阻力臂的比例，以使肌肉和韌帶強(qiáng)度下降后，仍能抬足和后蹬等。因此，跖蹬時(shí)其支點(diǎn)自然會(huì)產(chǎn)生后移，導(dǎo)致起足蹬痕位置由內(nèi)側(cè)向后外側(cè)移動(dòng)，甚至移動(dòng)到第五跖骨體。并且，趾蹬受力部位也由內(nèi)向外依序變換。這是因?yàn)轷诺藕椭旱攀墙恿B續(xù)動(dòng)作，跖蹬外移，趾蹬亦隨之向外傳遞。

3.3.2 漏洞修改

當(dāng)我們根據(jù)穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡時(shí)，通過(guò)如圖14所示，選擇“計(jì)算”-＞“根據(jù)穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡”-＞“開(kāi)始選擇灰度點(diǎn)”后，手動(dòng)繪制樣本圖像灰度點(diǎn)（如圖15所示）的紅色方塊區(qū)域，如上理論可知，該樣本圖片的實(shí)際年齡不會(huì)超過(guò)40歲，而系統(tǒng)測(cè)得的最終結(jié)果為55歲（如圖16所示），顯然結(jié)果是不正確的。

圖14 原系統(tǒng)左腳穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡圖例一

圖15 原系統(tǒng)左腳穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡圖例二

圖16 原系統(tǒng)左腳穿鞋足跡掌部壓痕點(diǎn)狀分布計(jì)算年齡圖例三

在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)源代碼錯(cuò)誤，最后選擇把“請(qǐng)選擇足跡左右腳”對(duì)話框取消(如圖17所示)，而對(duì)左腳的分析采取“圖像”-＞“鏡像翻轉(zhuǎn)”操作。并且在“幫助”中的每一步結(jié)尾都注釋“（左腳足跡，請(qǐng)選擇“圖像”-＞“鏡像翻轉(zhuǎn)”）”的提示信息（如圖18所示）。

圖17 新系統(tǒng)“鏡像翻轉(zhuǎn)”菜單

圖18 新系統(tǒng)“鏡像翻轉(zhuǎn)”菜單

4 總結(jié)

CAFI（計(jì)算機(jī)輔助足跡分析系統(tǒng)）旨在提供一個(gè)能夠具有較高自動(dòng)化程度的計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)提取自犯罪現(xiàn)場(chǎng)的足跡圖像進(jìn)行處理、分析，從而得出基本的生理特性，例如身高、體重、體態(tài)、年齡等，最大程度地減少人工分析中經(jīng)驗(yàn)程度和主觀錯(cuò)誤帶來(lái)的誤差。作為足跡分析的輔助工具，它提供了豐富的圖像處理功能，強(qiáng)大的注釋添加功能，以及多種分析手段綜合運(yùn)用，能夠較為準(zhǔn)確和方便的完成步態(tài)特征的分析。作者在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)原系統(tǒng)的界面以及存在的漏洞進(jìn)行升級(jí)更改，不僅增加了新系統(tǒng)的精確性，簡(jiǎn)化了源代碼編輯，而且提高了新系統(tǒng)的操作性和實(shí)用性。

[1]解云，張書(shū)杰，等.中國(guó)刑事科學(xué)技術(shù)大全·痕跡檢驗(yàn)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2003.

[2]高以群，史力民.足跡檢驗(yàn)圖譜[M].北京：警官教育出版社，1996.

[3]徐立根.物證技術(shù)學(xué)[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，1990.

（責(zé)任編輯：孟凡騫）

TP311.5

A

2013-12-15

孟慶博（1981-），男，遼寧沈陽(yáng)人，中國(guó)刑警學(xué)院網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查系講師，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查研究。