鞋样本图像采集器的研发与使用＊

于小勇 于洋 南京市公安局刑事科学技术研究所

引言

目前的足迹系统中嫌疑人样本鞋印采集效果不佳，导致无法通过足迹系统对自动识别结果进行直接检验鉴定，有必要研究鞋底图像采集技术，使得嫌疑人鞋底图像进入系统，方便操作人员进行远程比对。另外案件侦查中，经常需要获知现场足迹的鞋样种类，有必要同时采集鞋帮图像，增加足迹系统内鞋样库的鞋样收集来源。基于以上目的，要研发入所人员鞋底、鞋帮图像采集器，该仪器要简单易操作，尺寸不大，方便派出所内使用；要研究该设备加入足迹系统后，相应软件的开发以及鞋样库软件的开发。

一、研究背景与实战需求

（一）研究背景

足迹是仅次于手印的痕迹物证，在痕迹破案中起到很重要的作用。近年来，随着刑事犯罪智能化的提高以及反侦查能力的增强，现场提取痕迹难的问题越来越突出，犯罪分子往往戴手套，作案工具也是案前买、案后摔，使刑事技术人员在现场上获取有价值的痕迹难度越来越大。而现场鞋印往往是在现场勘查中提取最多的痕迹，在大要案件侦破及多发性侵财案件的串并中发挥了重要作用，直接破获了一大批案件。

目前国内足迹系统中样本鞋印采集技术的发展到了瓶颈期，入所人员鞋印采集效果不佳，鞋印样本不完整，特征无法确认。对此长期没有解决办法。导致的结果是刑侦技术人员有时无法通过足迹系统对自动识别结果进行直接检验鉴定，而是要再联系基层所队，基层所队再将嫌疑人鞋子送至足迹比对中心，浪费了人力和时间，耽误了刑事案件的快侦快破。

（二）实战需求

有必要研发鞋底图像采集技术，使得嫌疑人鞋底的图像进入系统，为操作人员进行远程比对提供更完善的技术支持。另外案件侦查中，经常需要获知现场足迹的鞋样种类。足迹系统内原有鞋样库，鞋样收集渠道窄，鞋样品种少，可以研究通过采集入所人员鞋底鞋帮图像，大大扩充目前足迹系统内鞋样库的鞋样来源，并以此为基础设计现场鞋印查询访问鞋样库的程序，可以随时为案件侦查提供查询获知鞋样信息。鞋样本图像器的应用流程如图1所示。

二、鞋样本图像采集器的技术研发

（一）研发思路

（1）设计一款CCD传感器，扫描鞋底图像，采用现场可编程门阵列FPGA和高清传感器实时采集图像，以保证鞋样本图像高清不模糊，不变形，畸变率低；操作简单，同时配置两个不同角度拍摄鞋面图像的摄像头产品，使得鞋面和鞋底图同时采集。设计一个稳定、高效的数据中心，合理定义数据库及文件存储系统，保证为鞋底大数据的应用提供稳定的数据支撑。鞋样本图像采集设备的网络拓扑图如图2所示。

（2）探索现场足迹花纹图像，鞋样本采集设备采集的鞋底、鞋帮图像与足迹系统中原有的入所人员鞋底花纹图像相结合的应用新模式、新方法。研发一个基于鞋样库数据综合应用的平台，无缝对接足迹系统，为满足现场足迹花纹，鞋样图像，鞋底花纹图像等足迹大数据的存储、查询、比对、鉴定等一系操作提供可靠、稳定、高效的技术保障。

（二）设备部件介绍及系统应用方案

1. 鞋底及鞋帮图像采集器的设计

设备整体尺寸为620×260×165（单位：mm），功能模块包括鞋底扫描成像模块、扫描移动模块、鞋帮拍摄模块、鞋图像采集模块、鞋图像处理模块、鞋图像传输模块、鞋图像显示入库模块。鞋样本图像采集器外观如图3所示。其中鞋底扫描成像模块主要包括多面高反射镜、线性CCD传感器以及工业镜头模组，组成光学成像系统。正常扫描模式时间：30s内；预扫描模式：60s内；扫描移动模块利用丝杆加多套直线导轨保证行进平滑稳定，同时用工业磁栅尺测量和标定行走位置；鞋帮拍摄模块包括两个500万像素摄像头以及配备闪光灯；鞋样本图像采集模块采用FPGA多路并行采集图像，同时完成AD以及图像数据组合传入内存备用。鞋底图像幅面不小于350×150（单位：mm）。其中鞋底图像分辨率达到1632×3680，鞋帮图像分辨率达到2592×1944；鞋图像处理模块在鞋图像采集的同时完成图像的拼接融合以及提高图像质量；鞋图像传输模块采用USB3.0完成鞋图像的高速传输，不压缩图像完全保留图像信息；鞋图像显示入库模块是用户控制操作以及鞋图像自动上传入库，为后续的鞋样本匹配提供大量可靠数据源。鞋样本图像采集器的主要硬件模块如图4所示。

2. 鞋底、鞋帮图像和样本足迹数据库以及鞋样库的构建

与目前派出所的嫌疑人样本足迹采集软件相关联，避免重复录入人员信息；通过软件可以设置左右脚的采集；增加参数设置进行设备鞋底光源与鞋面光源的设置，并根据常用情况设置几类默认情景模式；软件可以对采集数据及过程图片进行预览。软件具备数据上传功能，构建鞋样数据库；鞋样数据库单次采集一双鞋至多包含左右脚鞋底，鞋面共计6张图及该鞋子的人员基本信息。

3. 基于鞋样库数据综合应用的平台的构建

具备数据查询功能，可根据身份证、姓名等进行数据查询，浏览嫌疑人的鞋底及鞋面图片；具备鞋底大数据存储功能，系统至少满足10万个鞋样本数据存储；具备鞋底花纹比对工具，提供一种辅助工具，进行现场鞋底与鞋样本鞋底图片的辅助分析判断功能；提供鉴定文书特征标划和撰写功能，系统数据能与Word软件相结合进行鉴定文书的编撰。

三、鞋底图像采集器的使用操作及实战成果

（一）采集录入操作

入所需采集人员脱下鞋子，鞋子放在鞋样本图像采集器上。人靠墙站立，背后是身高测量尺，在进行拍照人像的同时，鞋样本图像采集器自动采集被采集人的鞋底图像。先采集左脚鞋底图像，再采集右脚鞋底图像，采集器内的特殊配光保证了鞋底图像采集时光照均匀，无阴影。仪器扫描完毕后图像信息自动进入足迹系统内的嫌疑人鞋印样本库内，并与嫌疑人的其他信息相对应。采集的鞋底图像界面如图5所示。

（二）检验鉴定操作

嫌疑人左右脚鞋底图像进入足迹系统后，系统自动将原图像进行水平翻转处理，使得鞋底图像与现场足迹保持相同的相位。检验人员在查看样本足迹比对现场足迹的识别队列时，可以随时调取与样本鞋印对应的鞋底图像，方便检验人员进行检验比对。

鞋底图像可以进行放大，可以进行图像处理，可以利用相应的测量工具，使得比对非常方便。原有鞋印特征不完整、不明确，无法确定特征的问题得到了很大程度的解决。以往系统比对人员检验发现可能同一的鞋印，需要通知基层所队将嫌疑人鞋子送至足迹比对中心，浪费了人力和时间，耽误了刑事案件的快侦快破。嫌疑人鞋底图像进入足迹系统后，真正使足迹系统可以实时进行远程比对，并且立刻反馈信息。样本与现场足迹比对界面如图6所示。

未来系统根据鞋底图像模块信息直接提取花纹信息，直接可以与现场足迹进行同时比对。

（三）实战成果举例

1. 2018年某月某日，南京市建邺区某小区某幢某室家中被盗，损失：金手镯一个（购于2015年），价值10000元。建邺区公安分局刑警大队技术室对现场进行了勘验，在现场厨房灶台上提取到一枚鞋印。2018年某月嫌疑人黄某某形迹可疑被派出所盘查，录入其穿用的蓝色运动鞋的鞋底图像。市局足迹检验室值班人员通过足迹系统查询比中以上案件现场足迹系黄某某穿用的鞋子所留，导致案件侦破。

2. 2019年某月某日，南京市六合区冶山镇某村某号张某某家发生盗窃案件。六合区公安分局刑警大队技术室对现场进行了勘验，在现场外菜地靠小路路边处用石膏灌注的方法提取一枚立体鞋印。2019年4月嫌疑人王某某形迹可疑被派出所盘查，录入其穿用的黑色运动鞋的鞋底图像。市局足迹检验室值班人员通过足迹系统查询比中以上案件现场足迹系王某某穿用的鞋子所留，并且串并带破其他案件6起。

四、结语

鞋样本图像采集器的设计，在一定程度上解决了目前嫌疑人鞋印样本采集技术效果不佳，无法通过足迹系统对自动识别结果进行直接检验鉴定的问题。同时，为了扩大鞋样库的数据来源，在采集鞋底图像的同时，也采集鞋帮图像。这些图像数据进入足迹系统后，辅助样本鞋印与现场鞋印的检验比对，以及扩大鞋样的收集渠道，在这些方面发挥了很好的作用。但是，在针对多种类的鞋底面进行成功配光方面，还需进一步开发更有效的配光方式，使得鞋底面的特征更加清晰可见。