关于图侦工作中如何避免人为多次损失图像画质的思考

■高家明 骆宏 陈绪 王楷华

编者按：近年来，伴随公安部“金盾工程”的组织实施，公安信息化建设在全国范围火热开展，图侦技术广泛应用于侦查实践，其在打击犯罪领域所发挥的重要作用得到普遍认可和关注。本文作者长期从事图侦工作，从技术应用角度介绍了影响视频图像质量的因素，并结合工作介绍了减少画质损失的方法。

在图像侦查的实际工作中，我们下载/提取的视频图像画质有的不高，经常出现无法清晰辨认图像中的人、车牌或无法看清视频录下的事件过程。其实，画面质量不佳的原因很多，作为图侦工作者来说，不管视频系统的工程和设备质量如何，在图像获取、转换和处理的图像增强环节上，自己不能再次人为造成视频图像质量的下降和画质损失。图1给出了图侦工作中图像增强环节工作流程。

图1：图像增强环节的工作流程图

笔者经过一段时间的摸索和研究，总结出在图侦工作中需要把握和解决以下几个问题：

一、增强处理图像之前要认清视频图像模糊产生的缘由

影响监控图像画质的技术因素有很多，本文主要从图侦应用的角度加以分析和研究。

1、质量标准不一：由于经济发展不平衡，各单位、部门所安装的视频监控系统的性能、技术标准不统一，国家的相关规定也不是很健全，导致上述单位、部门所应用的视频监控系统也存在着较大的质量差异。

2、视频用途不一：建设单位及主管人员对监控视频的需求和使用目的不一致，导致了画面质量因侧重点不同而参差不齐。因此，在使用监控视频图像作为证据或线索时也就出现了一系列的问题。

3、视频图像压缩/传输/存储/解压缩的质量不一：虽然目前的监控技术及相应设备在我国已得到普及应用，但是，由于各生产厂商为了压缩存储空间、降低成本而不断提高压缩比例。模拟的视频图像信号输入到转换成数字信号后经压缩、传输、存储、再经解压缩的几个环节上，图像质量已经或多或少受到影响，图像的清晰度、灰度、色彩还原、实时性能都会不同程度地衰减。

4、视频采集受到外界环境和设备内在噪声的影响：影响图像清晰程度的因素很多，例如室外光照度不够均匀就会造成视频图像灰度过于集中；由CCD（摄像头）获得的图像经过A/D（数/模转换，该功能在图像系统中由数字采集卡来实现）转换、线路传送都会产生噪声污染等等。因此图像质量不可避免的降低了，轻者表现为图像不干净，难于看清细节；重者表现为图像模糊不清，连概貌也看不出来。

4、人为造成视频图像质量的二次损失：很多厂商为了商业目的而人为造成各自的视频图像需要使用独家的浏览器才可以播放，而图侦工作中使用的所有图像处理软件尚没有条件完全兼容市场上所有的视频格式，这就造成下载/提取的视频在后期处理上需要转换格式或者直接采取录屏下载模式，而转换格式或者录屏下载本身就是一个损失的过程。

二、选择正确的下载方法和视频转换格式

图像格式是影响画质的根本原因。因受到网络带宽和存储成本的影响，所有设备厂商生产的视频监控设备都会采取视频压缩编码技术，虽然可以保证大多数用户的应用需求，但是对于侦查办案者来说，绝大多数的视频画面质量远远不能满足要求。因此，图侦工作的第一关就是要最大限度地避免监控图像资源质量受到二次损失，也就是在拷贝、下载或者提取等环节尽量减少损失。在实际工作中，图侦人员要掌握以下几个方面的常识和技术以减少此环节的画质损失：

1、熟悉图像资源的种类

视频图像资源大致分为三类：一是本市技防网系统图像资源，二是各单位基于DVR存储的视频系统图像资源，三是各类较为落后的基于计算机+板卡的监控系统硬盘存储的图像资源。

2、掌握最实用的下载方法

第一类属于城域网型系统，可以很方便的采取网内客户端按照IP地址进行下载的方法获取视频资料；第二类系统经过测试，采用IE浏览器下载方式更为快捷和可靠（品牌不同，其网关IP地址等相关参数不尽相同，见表1）；第三类由于没有RJ45接口，只能采用硬盘对拷或者录屏的方法解决。

表1：部分国内常见DVR设备下载参数一览表

3、转换视频图像格式是图像增强的重要环节

经过我们实际工作中摸索的经验，表1内的设备存储的格式基本都被各种软件所兼容。如果遇见与各种软件系统不兼容的视频格式，一般使用fomatfactory、狸窝或者万能格式转换器基本也可进行转换。不管是用什么软件进行转换，都必须采用基于H.264的AVI格式封装的视频文件。至于上述软件均不兼容的格式，要么向设备商索要转换工具，要么只好使用录屏的方式，录制时尽量使用专业的采集设备，即使这样，录制的视频画质也不好。

三、了解图像增强技术的几个关键参数及其内在联系

图侦工作中，视频图像截取后的图像处理是一项很重要的工作，图像处理中的增强环节更是图侦工作人员必须掌握的基本功。图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用数字摄像机等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理主要内容包括图像压缩、增强和复原以及匹配、描述和识别三个部分。

1、图像增强的内容

图像增强的内容则包括亮度、色度、饱和度的调节和使用直方图或者曲线调整色阶以及图像的锐化、降噪、无损放大等处理。

2、图像增鲜要处理的参数

尽管人眼的鉴别力很高，可以识别上千种颜色，但很多情况下，图像对于人眼来说是模糊的甚至是不可见的，通过图象增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮。对图像质量进行改善也成图像增强。图像增强不考虑图像质量下降的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择地进行强化，而弱化不需要的特征，此项工作的目的就是提高图像的可懂度及提高观者的有益信息量。在实际应用中，我们主要利用各种图像处理软件进行图像参数的调整，最大限度地获得他有用信息。图像增强要处理的参数主要包括：色阶、曲线、色彩、亮度、对比度、饱和度等。这些参数我们可以使用市场上多见的光影魔术手、photoshop等软件就可以轻松处理。

3、灵活运用软件处理图像色阶参数，避免像素损失

虽然市场上有很多的软件可以对图像的参数进行调整，但是处理后的结果因人而异。究其原因，还是没有找准图像参数缺失的原因。一旦正确找到原因后就可以轻松利用软件工具进行增强处理，还原图像的本来面目。经过一段时间的摸索，用色阶来调节明度，图像的对比度、饱和度损失较小，很直观地减少像素的损失而尽量保留原始色彩细节，而直接调节亮度和对比度对图像质量较为严重，像素丢失严重。调整色阶的方法我们总结为“图像增强色阶调整工作法”。

四、案件实例说明调整色阶的实际效果

1、色阶的内涵及表现形式

色阶从左至右依次有灰度、平衡和高光三个滑块，可以很直观地利用色阶直方图就可以对图像局部的阴影、中间调和高光进行调节，从而挽救一些过曝或者欠曝的图像细节。

2、最简单的软件可以轻松获得增强的效果

下面是针对两起案件采用最普通的光影魔术手软件做的的图像增强调整案例。（如图2所示）

图2：视频截图 对应的色阶直方图

图中看到，直方图右侧的高光部分基本没有。如果单纯调整亮度的效果如图3所示，图像整体像素缺失严重，细节丢失。

图3：单纯提高亮度的效果 对应的色阶直方图

那么采用“图像增强色阶调整工作法”，即将色阶滑块的高光滑块向黑色方向滑动（效果如图4所示）。

图4：色阶调整最终效果 操作示例

“图像增强色阶调整工作法”适用于曝光不足而像素不多的场景。像素不多造成的是亮度、饱和度和色调都有损失，至于像素充裕（即饱和度很好）的曝光不足情况，单一采用亮度增大也是可行的办法。

利用上述方法处理过的一起卡口抓拍无牌图像，原图和直方图见图5所示：

图5：视频截图 色阶直方图

3、一个基本“无望”的案件信息的获取实例

根据卡口抓拍数据库的调取信息发现，图像中车辆信息基本无法辨识，且为无号牌的卡口抓拍信息。在研究系图像的像素等参数后，采取色阶调整的方法上，使用光影魔术手的色阶调整命令和锐化后得到了图6所示的局部效果。

图6：色阶调整 车标局部 陕汽车标

经过比对，可以基本确定是陕汽公司生产的货车，为案件侦破提供了一个信息。

图侦工作的图像增强环节中还有很多的图像参数调整技巧，如果是用专业的如photoshop软件，处理效果会更佳，因篇幅有限，在这里就不一一赘述。总之，认清图像质量损失的原因而有的放矢地选择工作方法是避免人为画质损失的基础和提高图侦技术效能的关键所在。