模糊视频人像重建对比研究
2016-05-20林小英蒋占卿
林小英，蒋占卿
（中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京 102623）
模糊视频人像重建对比研究
林小英，蒋占卿
（中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京 102623）
监控视频画面质量往往不能直接达到检验、识别的条件，需要进行相应的数字化处理。对模糊视频人像甚至需要进行人像重建。运用警视通影像平台人像重建、智能画像专家人像组合重建、Photoshop电子模拟画像重建三种技术手段进行正面人像重建实验和多角度人像重建实验，并对三种重建技术的实验结果进行对比研究有助于公安技术的不断改进和发展。通过实验研究，三种软件的视频人像重建功能是值得肯定的，在不同情况下能各自发挥所长。但同时三种软件的复原重建能力是有限的，表现为算法上的不足、绘画掌握难度较大以及数据库特征数量不够丰富等，这些都值得进一步研究与改善。可以预见，多种重建技术有机结合、取长补短是视频人像重建技术未来发展的一个趋势。
模糊视频人像；人像重建；视频检验
在现实中，监控视频画面质量往往由于技术、成本、环境等因素不能直接达到检验、识别的条件，需要进行相应的数字化处理（去模糊、矫正、降噪锐化等），甚至是重建，即对人像条件较差的视频进一步做人像重建处理［1］。
一、实验设计与方案
（一）实验设备
警视通影像分析平台、Photoshop CS6电子模拟软件（以下简称PS电子模拟）、天网智能画像专家演示版、友基绘影EX05数位板、64G优盘。
（二）实验设计
考虑到警视通人像重建功能是在单张视频人像上通过特定算法进行重建，智能画像专家则是在对视频人像相貌整体感知的基础上进行组像重建，而PS电子模拟画像重建既可在进行过数字化处理的视频人像上运用画像技术重新构建人物特征，也可在对视频人像特征整体把握的基础上，结合相貌学、透视学及绘画原理，进行感知输出式重建［2］，因此，实验内容依据样本类别分为正面人像重建实验和多角度人像重建实验。多角度人像重建实验又根据三种软件重建方法不同，分为警视通与PS电子模拟重建对比实验和智能画像专家与PS电子模拟重建对比实验。
（三）实验方案
1.样本制作
实验样本取自校园B026、A058摄像头监控录像。为确保视频文件能正常播放，拷取监控录像时一并拷取录像自带播放软件。对所选取视频截图进行一定数字化预处理并保存图片为bmp格式［3］。制作过程如图1。
正面视频人像样本和多角度视频人像样本，见图2（a）、图2（b）。
2.三种软件分别进行重建实验
警视通人像重建实验过程，如图3。
图1 样本制作流程图
图2（a）正面视频人像样本
图2（b）多角度视频人像样本
图3 警视通重建流程图
运用警视通时要注意把目标区域缩放至100* 100像素内，保证重建能正常进行。在多角度（含姿态）人像重建中，调节X、Y、Z三维坐标时，使装载模型角度姿态尽可能与样本人像角度姿态一致。
得到实验结果，如图4（a）、图4（b）。
智能画像专家组像重建实验过程，见图5。
图4（a）
图4（b）
图5 智能画像专家组像重建
运用智能画像专家人像重建时，要多次回看视频录像，通过连续动作对样本人像特征有较整体的感知，并对软件里各种特征比较熟悉，争取较少试验次数，避免先入为主、偏离特征。调节分高低、纵向、左右、横向四个滑块加载特征时，根据从整体到具体、从部分到整合原则。从整体到具体，先加载发型和脸型并进行合适缩放、调整，为后面五官整合打下大体基础；此后加载眉眼、鼻子、嘴及装饰物（如眼镜）特征，加载一项便调整、固定一项，再组合下一项特征；最后从部分到整合，根据整体效果对组像各特征进行微调［4］。
得到实验结果，如图6（a）、图6（b）。
图6（a）
图6（b）
PS电子模拟画像重建实验过程，见图7。
图7 PS电子模拟画像重建流程图
进行PS电子模拟画像时，要进一步进行数字化处理，提高图像像素，便于细节刻画；提高像素在一定程度上会使人像更模糊，因此也要求多次回看视频，进一步熟悉；设置画笔大小、硬度一般要小，线条柔和，方便后期细节修正；设定背景色白色，前景色中灰色，线条清淡，便于把握阴影、显现立体感［5］。重建结果分别保存为psd、jpg格式。
得到实验结果，如图8（a）、图8（b）、图8（c）。
图8（a）
图8（b）
图8（c）
二、实验结果对比
正面视频人像重建处理结果比较，如图9。
图9 正面视频人像重建处理结果对比图
多角度视频人像重建处理结果，见图10、11。多角度实验一：警视通与PS电子模拟画像。
图10 多角度实验一
多角度实验二：PS电子模拟画像与智能画像专家。
图11多角度实验二
三、实验结果分析
相似度是种模糊比较，是指重建人像与视频人像的相似程度，受许多相关因素的影响和制约［6］，包括重建人像信息量、方法原理、人的视觉印象及感知输出等。因此，相似度作为衡量视频人像和重建人像的匹配程度比较，我们赋予其以下具体含义:
相似程度相似度较差相似度一般相似度较好具体表现线条模糊，特征组合生硬，整体平面脸型相似，五官位置均衡、比例协调，姿态符合脸型轮廓清晰，线条生动，表情自然，五官位置均衡、比例协调，光线明暗和谐，细节特征较为立体
为了更直观地比较分析，我们以符号“+”来表示重建效果，设定以下评分：
++++：极大改善，对相貌特征信息补充完整或相似度很高。
+++：较明显改善，对相貌特征信息有较多补充或相似度较高。
++：不大改善，对相貌特征信息有补充或相似度有些提高。
+：微小改善，对相貌特征信息有较小补充或相似度一般。
-：几乎没任何改善，对相貌特征信息未有补充或相似度较差。
分析如表1、表2、表3。
表1 正面实验结果评分
表2 多角度实验（一）结果评分
表3 多角度实验（二）结果评分
从表格汇总中，可以清楚看出：
（一）警视通与PS电子模拟对正面视频人像重建效果较明显，五官特征较清晰，人物眼神、姿态复原较真。PS电子模拟对面部特征刻画更为立体、生动。
（二）警视通对视频中戴眼镜人像重建效果稍差。镜片一般为凹透镜，眼睛特征透过镜片显现有一定失真，直接影响重建效果。警视通算法未对此失真进行修正。
（三）智能画像专家组像效果稍差，五官组合比较生硬，特征较平面，层次感不明。
（四）在多角度视频样本人像重建中，随着人物角度增大（水平与垂直方向），人脸特征信息减少，警视通与PS电子模拟重建效果均表现出较明显下降。
（五）警视通人像重建中不能识别人像表情，如张嘴笑，重建图像较为生硬；PS电子模拟对人像表情能进行更深入的刻画，使表情特征更加立体。
（六）PS电子模拟画像能在多次观看视频回放对人物特征整体识别、把握的条件下，结合相貌学、透视学原理，对人像进行较系统、自然的重建，但重建时间较长，对绘画能力有所要求；智能画像专家在整体大致熟悉人像情况下组像方便、快捷，重建时间短，但特征数据库有限，重建图像五官组合较生硬，整体相似度不高。
综上，三种软件的视频人像重建功能是值得肯定的，在不同情况下能各自发挥所长。但同时三种软件的复原重建能力是有限的，表现为算法上的不足、绘画掌握难度较大以及数据库特征数量不够丰富等，这些都需要进一步改善。也可以预见，多种重建技术有机结合、取长补短是视频人像重建技术未来发展的一个趋势。
［1］公安部五局.视频侦查学［M］.北京:中国人民公安大学出版社，2012：411-423.
［2］杨武杰.视频人像重建［J］.刑事技术，2013（1）：56-58.
［3］［4］杨洪臣.视频检验技术规范［M］.北京:中国人民公安大学出版社，2012：132-133.
［5］一帘幽梦.模拟画像轻松做智能画像专家［J］.电脑迷，2006 （15）：61.
［6］王志群.刑事相貌技术［M］.北京:中国人民公安大学出版社，2008：66-67.
责任编辑：贾永生
D918.2
A
1009-3192（2016）01-0022-04
2015-11-19
林小英，女，福建厦门人，中国人民公安大学刑事科学技术硕士研究生，研究方向为刑事图像技术；蒋占卿，男，河南许昌人，中国人民公安大学刑事科学技术学院院长，教授。
