近距人像特征的变化规律及其变形矫正

2015-12-27王志群

四川警察学院学报 2015年6期

关键词：近距连线矫正

李海，王志群

（中国刑事警察学院辽宁沈阳 110035）

近距人像特征的变化规律及其变形矫正

李海，王志群

（中国刑事警察学院辽宁沈阳 110035）

近距人像特征变化规律的比对分析及其变形矫正的目的在于识别可疑人像以及人像的同一认定。实验比对研究分别从近距人像的特征变化规律比对和人像的变形矫正两个方面进行。实验的重点是对近距人像的正面平拍、仰拍、俯拍三个层次进行论证，并且利用类推法对侧面的近距人像的平、仰、俯三个方面进行说明。

轮廓特征；photoshop；变形矫正；警视通

近距人像摄影根据焦距的可变性分为两类，一是可变焦距相机拍摄，如数码相机等；二是定焦相机拍摄，如手机、ATM机的针孔镜头等。可变焦距[1]相机在拍摄人像时有调节焦距和控制物距两种控制人像大小的方法；而定焦相机在控制人像大小的过程中只能通过改变拍摄距离去调节人像大小。两种拍摄方法拍摄的人像均产生了人像的透视变形。

一、近距人像特征的变化规律研究

（一）实验变量控制。

将实验人像的拍摄位置限定在相对人脸中心线30度的范围。

（二）实验模型。

将拍摄位置通过拍摄角度[2]关系分为仰拍近距人像、俯拍近距人像、平拍近距人像；根据正侧面关系分为正面拍摄和侧面拍摄。将两种位置关系进行组合可以从六个不同部位进行研究近距人像的特征变化规律，即正面仰拍近距人像、正面平拍近距人像、正面俯拍近距人像、侧面仰拍近距人像、测面平拍近距人像、测面俯拍近距人像。实验模型如下：

图1 正面拍摄模型示意图

图2 侧面拍摄模型示意图

（三）近距人像特征规律分析。

根据以上实验的思路，将实验照片通过两种方法进行分类，分别分析其近距人像的变化规律。

1.正面平拍、仰拍、俯拍的近距人像的特征比对。首先，将正面平拍的近距人像作为人像特征[3]规律变化分析的对照组，其次采用四部分析法对各种角度人像进行分析。正面仰拍、正面平拍、正面俯拍的特征变化[4]比对如下：

（1）线性特征比对分析。先将照片调整为合适大小，并且描绘出人脸中心线b，瞳孔连线e，上眉毛切线d，耳垂连线f，过瞳孔且垂直于瞳孔连线的左右两条线a、c，唇裂线g。如图3、图4、图5所示。

图3 正面仰拍

图4 正面平拍

图5 正面俯拍

特征比对分析：a.在正面平拍近距人像中，瞳孔连线的延长线经过两耳最上端点；两耳垂的连线经过鼻孔中点。b.正面仰拍的近距人像和正面平拍的近距人像特征相比，有以下特征∶瞳孔连线在两耳朵上端点连线的上方，并且仰角越大，两条线之间的距离越大，唇裂线与两耳垂连线之间的距离越小。c.正面俯拍的近距人像和正面平拍的近距人像特征相比，有以下特征∶瞳孔连线在两耳朵上端点连线的下方，并且俯角越大，两条线之间的距离越大，唇裂线与两耳垂连线之间的距离越小。

（2）三角形特征比对分析。根据人脸线性特征，作出的上三角形有：△ABC、△BCD,

中三角形有：△EFH、△FGI,下三角形有：△HIJ、△ABC。如图6、图7所示。

图6 正面仰拍

图7 正面平拍

图8 正面俯拍

特征比对分析∶a.在正面平拍近距人像中，上三角形均为等腰三角形，并且等腰三角形的顶角的大小能够反映人脸的个别特征；在中三角形中，三个角的大小均能反映出两眼距离以及耳垂之间的分布关系，无论一个人做出喜怒哀乐等任何表情，这两三角形均不会发生任何变化。在下三角形特征中，两耳垂与下颌点组成的等腰三角形的顶角大小能够反映出人脸方圆变化特征。若一个人是国字脸型，则此三角形的顶角大小相对较大；若其是目字脸型，则此三角形的顶角相对较小。b.在正面仰拍近距人像中，上三角形均为等腰三角形，并且等腰三角形的顶角的大小相对正拍时变大；顶点A到底边BD的距离减小；在中三角形中，J、H点到瞳距的距离增大，并且线段JH的距离相对正拍时也变大；在下三角形特征中，顶角的I角度变大,底边JH与其边上的高的比例变大。c.在正面近距俯拍人像中，上三角形的底边与高的比值随着俯拍角度的增大而变大；在中三角形中，随着俯角的增大，角HED和角FGI也在变大；在下三角形中，鼻中K到唇裂线的距离在随着俯角的增大而减小。

（3）四边形特征比对分析。如图9、图10、图11所示，连接四边形ABDC和四边形EFHG；在四边形ABDC中，由于表情的变化，例如皱眉等均可以影响四边形形的形状。

图9 正面仰拍

图10 正面平拍

图11 正面俯拍

特征比对分析：a.在正面平拍摄影中，四变形EFHG中，这四个点在任何表情下位置关系变化不大，特征比较稳定，易于特征比对与分析。b.在仰拍图中，相对于正面平拍时AB到CD的距离在变大，角D在变小；同理，在四边形EFGH中，相对于正面平拍时GH到EF的距离在变大，角G在变小。c.在正面俯拍图中，AB到CD的距离增大，随着俯角的增大，等腰梯形的腰变大，GH的长度变小。

（4）三角组合特征表示及其特征分析。三角组合特征是指将人脸的固定特征用线段连起来组成新的若干个三角形。如图12、图13、图14所示。

图12 正面仰拍

图13 正面平拍

图14 正面俯拍

特征比对分析：在人脸图像的各个三角形特征中，由于每个三角形特征因人而异，故由三角形组合成的新的图形会产生更加明显的差异，所以利用三角形的组合特征可以更加有效、清晰、明显的比较出人像的不同。在如图所示的三角形中，正面仰拍图相对于正面平拍时三角形的横向底边与底边上的高的长度的比例变小；在俯拍人像时，有同样的变化规律。图形的整体纵向趋向从左到右依次逐渐变宽。

2.侧面正拍、仰拍、俯拍的特征比对。根据以上方法，对于侧面拍摄的近距人像，从两方面进行比较。一方面，从纵向看，侧面近距人像和正面近距人像规律变化类似；从横向对比，由近大远小的透视规律可知，距离境头较近侧，人像放大，距离镜头较远侧，人小缩小；而整个人像呈现在画面中就导致了畸形变形。

二、近距人像的变形矫正

（一）图像变形的分类。

在平面物体拍摄时，产生的变形叫做平面变形。这种平面变形是平面内的多角度的变形。由于相机镜头与被拍客体之间角度的多样性，使得平面变形也有很多种。见图15。

图15 不同角度的平面变形

在立体物体的拍摄时[5]，产生的变形有两种，即平面变形和透视变形。平面变形是指相机镜头距离被摄立体物体表面相同的点所形成图像时产生的变形。透视变形是指相机镜头距离被摄立体物体表面不相同的点所形成图像时产生的变形，见图16、图17。

图16

图17

（二）近距人像的变形矫正。

1.近距人像变形矫正的工具。一是一般软件∶Photoshop软件，二是专业软件：“恒瑞”图像处理系统、“影博士”图像处理系统、“警视通”图像处理系统等。

2.近距人像变形软件矫正的局限性。首先，近距人像的变形矫正是盲目的矫正，并没有通过确切的具体数值去还原变形图像，只是一种相对的矫正，不可能达到十分理想的结果。其次，矫正只能是对实物表面痕迹进行展开，而对变形无任何办法。

3.矫正实验。

（1）实验材料类型：近距正面仰拍人像。

图18

（2）特点∶发际线部位由于距离镜头比较远而偏小，眼睛及鼻子部位次之，嘴唇及下颚部位偏大。

（3）两种矫正方法。

a.利用photoshop软件进行的人像矫正。具体步骤如下：第一步：剪辑照片，使得照片中的头像部位的中心线垂直于照片的底边。具体操作：在Photoshop软件中打开图像，做出头像面部的中心线，然后按照中心线垂直于照片底边进行裁剪。第二步：打开滤镜菜单中的镜头校正（快捷键为Ctrl+ shift+R），选择自定，调整垂直透视按钮，使得人像的上庭部位相对变大，中庭部位相对不变，下庭部位相对变小。结果如图19下∶