疑难案件中视频超分辨率成像方法研究

杨 钧，王 谦，刘维勇，王 威

（辽宁省公安厅 刑事技术总队,辽宁 沈阳 110032）

在某些重大疑难案件视频侦查过程中，视频中的犯罪嫌疑人图像有一些细节，但是不够清晰，要进行下一步侦查，以往这时候通常需要进行人工模拟画像。人工模拟画像一般是由一些有经验的画像人员来到案发地，先实地进行现场观察周围人，总结同一地人物的样貎特点，结合视频中的人物模糊细节、轮廓，进行模拟画像，将这些细节画到素描画像上。最终画像结合了同一地区人物的相貎特征和视频中的人物特点，模拟画像结果受人工干预较多。

模拟画像最早是以手写素描画的形式存在，应古代刑侦部门所需为逮捕罪犯工作提供便利性。早期技术受限，多由负责专门工作的画师将罪犯容貌画下来，以为行政工作提供参考。楚平王追捕伍子胥[1]、官府以赏银的方式悬赏要犯，西方的赏金猎人，都是早期模拟画像在现实生活中的实际运用。早期模拟画像与本人相差太大，很难用于侦查工作中。

电子信息技术发展的今天，模拟画像的生成有了更为多元可靠的方式，不再单纯依赖手写画像，而是通过电脑绘图软件和数据库信息搜索来完成。在此过程中，面对缺乏罪犯照片和其他基本信息的困境，公安部门首先搜集与罪犯有关的资料，寻找目击者或同党，凭借他人描述以电子软件将罪犯的轮廓绘制出来，以此方便追捕工作的进行。模拟画像技术的发展为解决抢劫、绑架等疑难刑事案件提供了极大的便利性。

一、模拟画像手段种类及优缺点

目前的模拟画像手段有三种：

一是传统手绘画像。手绘素描的学习和训练被认为是一切艺术门类的基础，也是学生在学习造型艺术中首先遇到的难题。解决好素描问题，对以后的学习和创作至关重要。素描成绩的优劣也关系到将来能否学习画像。手绘形式在电子技术不发达的古代社会，是模拟画像运用的主要形式，而在现代社会，随着绘图软件的出现，手绘形式逐渐消亡，实用性下降，仅为少数专家所熟练掌握运用，已不具有普适性的现实意义。

二是人像组合画像[2]。依据受害人或目睹人所述人物面貌特征，选择相似部位，用幻灯放映出来，按面孔特征一部分一部分地拼接，逐步形成某特定人面貌的图像。依目睹人的意见，不断加工修改，使各部位特征尽量接近真实，然后将组合图像翻拍成照片，供侦缉时参考。此法易为目睹者辨认，某特征不符，易于修改，比画像快。也可采用人体头部器官的立体模型进行组合，与相片组合的原理相同。现代使用电子计算机进行人像图像组合，速度更快，细节特征更逼真[3]。此绘画方式较手绘方式而言具有一定的便利性，是现代社会发展的产物，对于绘画者也没有较高的技术要求，易于入门上手，但在技术方面仍较为冗杂，需要耗费大量时间，且容易受到目击者主观印象的影响，同时容易走向大众脸的固化模式，无法为相关工作提供客观有效的参考。

三是电脑模拟画像。此形式是互联网技术发展的产物，人们的办公需要催生了photoshop 等绘画软件，但此类软件针对专门性的工作而生，适用范围较广，并没有专门的人像绘制模式，且需要专门学习相关技巧。这使得绘制者在绘制过程中需要根据不同人像的特点做出调整。相较于人像组合画像模式，虽然增强了准确性和可靠性，但绘制过程手续冗杂、耗费时间长的特点仍未得到有效克服。于是，在此基础上，产生了更具针对性和专业性的电脑模拟画像系统，相较于传统绘画软件，此种方式更为简单直接，绘制出的人像更为清晰，与客观描述情况更为贴切。各国警方在认识到此种绘制方式优越性后，纷纷将其应用到疑难刑事案件侦破过程中，为案件侦破提供了极大的便利性。此绘制方式，克服了绘图软件重新作图的局限性，而是建立起有关人脸器官的庞大数据库，不同的五官、发型、皮肤特征都可直接从数据库中取用，根据目击者的描述情况不断调整，在不同脸型的对比过程中发现最为贴切的模拟画像，从而为确定犯罪嫌疑人身份提供保障，方便后续追捕工作的顺利开展。

以上的模拟画像方法有一个共同之处，就是由模拟画像人的经验和水平在头脑中对犯罪嫌疑人的形象进行再加工，然后通过模拟画像表现出来，模拟画像结果受模拟画像人主观人工干预影响。模拟画像的制作不仅仅需要刑侦部门的参与，同时也需要目睹人的积极配合。在绘制过程中，模拟画像的生成大部分基于目睹人的描述，目睹人的主观印象对模拟画像与真实人脸的偏离程度有直接影响。倘若目睹人作假供，或者因自身能力限制描述错误，无法有效描绘人脸的真实形象，则会对后续的刑侦工作造成阻碍，直接影响刑侦人员的追踪方向和问题判断，使得模拟画像在不提供现实参考的同时，还会产生消极影响[4]。人脸模拟画像并非现代社会兴起的新技术，而是自古代社会形成，随着时代更迭而不断发展革新形成的实用性技术。模拟画像的实用性使得刑侦部门纷纷加强电子技术的重视程度，积极引入先进的模拟画像绘制软件，并推动该项技术的不断发展创新，发挥软件技术与刑事案件侦破相辅相成的作用，产生双向的积极影响[5]。

二、视频超分辨率成像方法的原理及所使用的软件

当前，在视频侦查工作中，有犯罪嫌疑人物视频，而犯罪嫌疑人物视频图像又不够清晰，这时候迫切需要一种不受人工干预，又易于掌握的画像方法。“视频超分辨率成像”方法正好满足了当前的这种需要。视频超分辨率成像的原理简图如图1 所示。

图1 视频超分辨率成像原理图

图中1、2、3 是相邻的三帧视频画面，每一帧画面内面部特征都不完整，通过软件运算面部特征的变化，以脸型为标准匹配面部特征，结果合成一个脸部的完整画面。

现在专业的视频图像处理软件都可以满足视频超分辨率成像的要求，有中国的多维视通，美国的识慧，荷兰的影博士等，这些软件算法上有所不同，但是图像处理原理基本一致。

三、疑难案件视频侦查过程中视频超分辨率成像方法

视频超分辨率成像是利用时间带宽的多帧率优势，对空间中的各类元素进行动态捕捉，以牺牲时间带宽的方式获取更多的空间分辨率，实现时间与空间技术的双向互补和有益转化。当视频中具有不同细节的多帧图像使用专业软件配准后，再经过平均帧，多帧图像的不同细节完美组合到原有位置，分辨率和信息密度因此提高，画像的真实性和清晰度因此得到增强，从而实现视频超分辨率成像。

视频图像分辨率的高低直接关系到生成图像的画质清晰度。分辨率越高，画像中的元素密度越大，对于空间细节的暴露能力越强，显示器中的像素自然随之增多，由此使得关键信息显露出来。

带宽与信号有关，关系到电子信息传输和通信功能，影响到信号段能够有效通过的最大频带宽度。带宽的这一定义与信号处理、无线通信、调制解调器数据传输、数字通信和电子领域形成对比。在这些领域中，带宽用于指以赫兹为单位测量的模拟信号带宽，也就是在满足明确定义的信号功率损耗水平时，可达到的最低和最高频率之间的频率范围。例如模拟语音电话的信号带宽为3100 Hz（从300 Hz 到3400 Hz），一个PAL-D电视频道的带宽为8 MHz（含保护带宽）。

模拟画像层次，更多关注于时间带宽，时间带宽越高，空间层的细节元素生成量越大，便会产生更多的多帧图像序列，使得关键像素得以包含其中，增强数据获取总量和真实性、可靠性。

图像配准，是在图像绘制层面的多元素叠加过程中，根据工作需要，筛选不同时间维度中的各类图像，或根据不同的环境、天气等外部条件，传感器的差异进行图像对比和分析整合，以此获取更多的有效信息。图像配准在信息获取和初级加工方面的便利性使得其获得遥感、图像处理等行业的青睐，将此技术引入各行业，在丰富技术层级的同时为日常工作和技术研究提供了更为广阔的空间。

超分辨率，是挖掘低分辨率图像下尚未挖掘的有效信息，主要依靠电子软件，通过提升低分辨率图像的画质清晰度，使得图像得以重新展现，对有效元素进行重新整合加工。

平均帧，是将视频的图像序列不同帧进行相加，由此构成一副画像。平均帧的优势是应工作需要，将影片序列中的选定帧特征进行集中整合，平均帧是全自动操作，没有人工干预。

四、典型案例应用

2020 年辽宁某市发生一起重大疑难刑事案件，王某负有重大作案嫌疑，案发后负罪潜逃。警方出动多警种开始抓捕，并先后2 次发布协查通报。协查通报将悬赏金额从5 万增加到20 万。经公安机关全力追捕，成功将犯罪嫌疑人抓获。该市协查通报第一版使用的是视频截图原图，未作视频超分辨率成像，人物很模糊，特征不清楚，难以识别人像特征。图2 是经过对视频中犯罪嫌疑人作视频超分辨率成像的结果。可以看到，视频超分辨率成像的人物细节很多，主要特征清楚，可以识别人像特征，查找犯罪嫌疑人。

图2 视频超分辨率成像结果

不同的专业图像处理软件，主要思路是共通的，以图2 案件为例，其操作流程如下：

1.选取案件中人物活动较多，图像细节较丰富的视频，在视频中找到犯罪嫌疑人，用裁剪工具选取视频需要放大的人物特征范围进行视频裁剪；2.根据视频需要放大的人物特征的特点用放大工具，选择适当的放大方法，用鼠标滚轮调整参数取得最佳视觉效果；3.根据模糊类型是运动模糊、高斯模糊、散焦模糊、衍射模糊，选用合适滤镜，用鼠标滚轮调整参数取得最佳视觉效果；4.根据视频需要稳定的人物特征的特点选择自动或手动的稳定方法，调整参数取得最佳视觉效果；5.对稳定后的人物特征平均帧，这一过程是全自动操作，没有参数调整；6.用图像增强工具对人物图像进行增强操作，调整参数取得最佳视觉效果；7.用擦除工具（像皮擦工具）擦除人物周围不必要的图像内容；8.保存处理后的人物图像。

通过以上操作步骤看出，视频超分辨率成像利用人物轮廓配准图像，运用专业图像处理软件集合视频中的人物细节，反映到人物图像的原有部位成像，忠实于原始视频。不用人工画入特征，没有人为的偏差。视频超分辨率成像方法，具备专业图像处理软件操作技术，即可快速应用，实用、易用。

视频超分辨率的主要技术难点是平均帧和图像配准。平均帧的过程是全自动操作。目前多维视频通、识慧和其它专业图像处理软件对平均帧和图像配准处理的都非常好，效果十分理想，对视频超分辨率成像起到了强大的技术支撑作用，是充分的技术保障。有了充分的技术保障，使得视频超分辨率成像方法可行，易用。

五、结 语

“视频超分辨率成像”是一种全新的电子成像手段。这种方法是在现场视频的基础上，运用专业图像处理软件，通过视频超分辨率成像的方法，在图像精确配准的基础上，进行视频超分辨率成像，视频超分辨率成像结果集合了现场视频中的所有人物细节，忠实于原始视频，没有人工干预视频图像特征，而得到比视频中单帧人物具有更多人物细节的清晰人物图像。疑难案件的视频超分辨率成像，是一种新兴的有效方法，忠实于原始视频，应用前景广阔。