鞋樣本圖像采集器的研發(fā)與使用＊

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)對自動識別結(jié)果進行直接檢驗鑒定，有必要研究鞋底圖像采集技術(shù)，使得嫌疑人鞋底圖像進入系統(tǒng)，方便操作人員進行遠程比對。另外案件偵查中，經(jīng)常需要獲知現(xiàn)場足跡的鞋樣種類，有必要同時采集鞋幫圖像，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，現(xiàn)場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)場上獲取有價值的痕跡難度越來越大。而現(xiàn)場鞋印往往是在現(xiàn)場勘查中提取最多的痕跡，在大要案件偵破及多發(fā)性侵財案件的串并中發(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。對此長期沒有解決辦法。導(dǎo)致的結(jié)果是刑偵技術(shù)人員有時無法通過足跡系統(tǒng)對自動識別結(jié)果進行直接檢驗鑒定，而是要再聯(lián)系基層所隊，基層所隊再將嫌疑人鞋子送至足跡比對中心，浪費了人力和時間，耽誤了刑事案件的快偵快破。

（二）實戰(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入系統(tǒng)，為操作人員進行遠程比對提供更完善的技術(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)計現(xiàn)場鞋印查詢訪問鞋樣庫的程序，可以隨時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)計一款CCD傳感器，掃描鞋底圖像，采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高清傳感器實時采集圖像，以保證鞋樣本圖像高清不模糊，不變形，畸變率低；操作簡單，同時配置兩個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采集。設(shè)計一個穩(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)拓撲圖如圖2所示。

（2）探索現(xiàn)場足跡花紋圖像，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)一個基于鞋樣庫數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的平臺，無縫對接足跡系統(tǒng)，為滿足現(xiàn)場足跡花紋，鞋樣圖像，鞋底花紋圖像等足跡大數(shù)據(jù)的存儲、查詢、比對、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

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)。正常掃描模式時間：30s內(nèi)；預(yù)掃描模式：60s內(nèi)；掃描移動模塊利用絲桿加多套直線導(dǎo)軌保證行進平滑穩(wěn)定，同時用工業(yè)磁柵尺測量和標(biāo)定行走位置；鞋幫拍攝模塊包括兩個500萬像素攝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到1632×3680，鞋幫圖像分辨率達到2592×1944；鞋圖像處理模塊在鞋圖像采集的同時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)置幾類默認情景模式；軟件可以對采集數(shù)據(jù)及過程圖片進行預(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)存儲功能，系統(tǒng)至少滿足10萬個鞋樣本數(shù)據(jù)存儲；具備鞋底花紋比對工具，提供一種輔助工具，進行現(xiàn)場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)合進行鑒定文書的編撰。

三、鞋底圖像采集器的使用操作及實戰(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，背后是身高測量尺，在進行拍照人像的同時，鞋樣本圖像采集器自動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光照均勻，無陰影。儀器掃描完畢后圖像信息自動進入足跡系統(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應(yīng)。采集的鞋底圖像界面如圖5所示。

（二）檢驗鑒定操作

嫌疑人左右腳鞋底圖像進入足跡系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動將原圖像進行水平翻轉(zhuǎn)處理，使得鞋底圖像與現(xiàn)場足跡保持相同的相位。檢驗人員在查看樣本足跡比對現(xiàn)場足跡的識別隊列時，可以隨時調(diào)取與樣本鞋印對應(yīng)的鞋底圖像，方便檢驗人員進行檢驗比對。

鞋底圖像可以進行放大，可以進行圖像處理，可以利用相應(yīng)的測量工具，使得比對非常方便。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)比對人員檢驗發(fā)現(xiàn)可能同一的鞋印，需要通知基層所隊將嫌疑人鞋子送至足跡比對中心，浪費了人力和時間，耽誤了刑事案件的快偵快破。嫌疑人鞋底圖像進入足跡系統(tǒng)后，真正使足跡系統(tǒng)可以實時進行遠程比對，并且立刻反饋信息。樣本與現(xiàn)場足跡比對界面如圖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)場足跡進行同時比對。

（三）實戰(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（購于2015年），價值10000元。建鄴區(qū)公安分局刑警大隊技術(shù)室對現(xiàn)場進行了勘驗，在現(xiàn)場廚房灶臺上提取到一枚鞋印。2018年某月嫌疑人黃某某形跡可疑被派出所盤查，錄入其穿用的藍色運動鞋的鞋底圖像。市局足跡檢驗室值班人員通過足跡系統(tǒng)查詢比中以上案件現(xiàn)場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)某村某號張某某家發(fā)生盜竊案件。六合區(qū)公安分局刑警大隊技術(shù)室對現(xiàn)場進行了勘驗，在現(xiàn)場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動鞋的鞋底圖像。市局足跡檢驗室值班人員通過足跡系統(tǒng)查詢比中以上案件現(xiàn)場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，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)對自動識別結(jié)果進行直接檢驗鑒定的問題。同時，為了擴大鞋樣庫的數(shù)據(jù)來源，在采集鞋底圖像的同時，也采集鞋幫圖像。這些圖像數(shù)據(jù)進入足跡系統(tǒng)后，輔助樣本鞋印與現(xiàn)場鞋印的檢驗比對，以及擴大鞋樣的收集渠道，在這些方面發(fā)揮了很好的作用。但是，在針對多種類的鞋底面進行成功配光方面，還需進一步開發(fā)更有效的配光方式，使得鞋底面的特征更加清晰可見。