林小英，蔣占卿

（中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102623）

模糊視頻人像重建對(duì)比研究

林小英，蔣占卿

（中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102623）

監(jiān)控視頻畫(huà)面質(zhì)量往往不能直接達(dá)到檢驗(yàn)、識(shí)別的條件，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化處理。對(duì)模糊視頻人像甚至需要進(jìn)行人像重建。運(yùn)用警視通影像平臺(tái)人像重建、智能畫(huà)像專(zhuān)家人像組合重建、Photoshop電子模擬畫(huà)像重建三種技術(shù)手段進(jìn)行正面人像重建實(shí)驗(yàn)和多角度人像重建實(shí)驗(yàn)，并對(duì)三種重建技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究有助于公安技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，三種軟件的視頻人像重建功能是值得肯定的，在不同情況下能各自發(fā)揮所長(zhǎng)。但同時(shí)三種軟件的復(fù)原重建能力是有限的，表現(xiàn)為算法上的不足、繪畫(huà)掌握難度較大以及數(shù)據(jù)庫(kù)特征數(shù)量不夠豐富等，這些都值得進(jìn)一步研究與改善。可以預(yù)見(jiàn)，多種重建技術(shù)有機(jī)結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短是視頻人像重建技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

模糊視頻人像；人像重建；視頻檢驗(yàn)

在現(xiàn)實(shí)中，監(jiān)控視頻畫(huà)面質(zhì)量往往由于技術(shù)、成本、環(huán)境等因素不能直接達(dá)到檢驗(yàn)、識(shí)別的條件，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化處理（去模糊、矯正、降噪銳化等），甚至是重建，即對(duì)人像條件較差的視頻進(jìn)一步做人像重建處理［1］。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方案

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

警視通影像分析平臺(tái)、Photoshop CS6電子模擬軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PS電子模擬）、天網(wǎng)智能畫(huà)像專(zhuān)家演示版、友基繪影EX05數(shù)位板、64G優(yōu)盤(pán)。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮到警視通人像重建功能是在單張視頻人像上通過(guò)特定算法進(jìn)行重建，智能畫(huà)像專(zhuān)家則是在對(duì)視頻人像相貌整體感知的基礎(chǔ)上進(jìn)行組像重建，而PS電子模擬畫(huà)像重建既可在進(jìn)行過(guò)數(shù)字化處理的視頻人像上運(yùn)用畫(huà)像技術(shù)重新構(gòu)建人物特征，也可在對(duì)視頻人像特征整體把握的基礎(chǔ)上，結(jié)合相貌學(xué)、透視學(xué)及繪畫(huà)原理，進(jìn)行感知輸出式重建［2］，因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依據(jù)樣本類(lèi)別分為正面人像重建實(shí)驗(yàn)和多角度人像重建實(shí)驗(yàn)。多角度人像重建實(shí)驗(yàn)又根據(jù)三種軟件重建方法不同，分為警視通與PS電子模擬重建對(duì)比實(shí)驗(yàn)和智能畫(huà)像專(zhuān)家與PS電子模擬重建對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)方案

1.樣本制作

實(shí)驗(yàn)樣本取自校園B026、A058攝像頭監(jiān)控錄像。為確保視頻文件能正常播放，拷取監(jiān)控錄像時(shí)一并拷取錄像自帶播放軟件。對(duì)所選取視頻截圖進(jìn)行一定數(shù)字化預(yù)處理并保存圖片為bmp格式［3］。制作過(guò)程如圖1。

正面視頻人像樣本和多角度視頻人像樣本，見(jiàn)圖2（a）、圖2（b）。

2.三種軟件分別進(jìn)行重建實(shí)驗(yàn)

警視通人像重建實(shí)驗(yàn)過(guò)程，如圖3。

圖1 樣本制作流程圖

圖2（a）正面視頻人像樣本

圖2（b）多角度視頻人像樣本

圖3 警視通重建流程圖

運(yùn)用警視通時(shí)要注意把目標(biāo)區(qū)域縮放至100* 100像素內(nèi)，保證重建能正常進(jìn)行。在多角度（含姿態(tài)）人像重建中，調(diào)節(jié)X、Y、Z三維坐標(biāo)時(shí)，使裝載模型角度姿態(tài)盡可能與樣本人像角度姿態(tài)一致。

得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4（a）、圖4（b）。

智能畫(huà)像專(zhuān)家組像重建實(shí)驗(yàn)過(guò)程，見(jiàn)圖5。

圖4（a）

圖4（b）

圖5 智能畫(huà)像專(zhuān)家組像重建

運(yùn)用智能畫(huà)像專(zhuān)家人像重建時(shí)，要多次回看視頻錄像，通過(guò)連續(xù)動(dòng)作對(duì)樣本人像特征有較整體的感知，并對(duì)軟件里各種特征比較熟悉，爭(zhēng)取較少試驗(yàn)次數(shù)，避免先入為主、偏離特征。調(diào)節(jié)分高低、縱向、左右、橫向四個(gè)滑塊加載特征時(shí)，根據(jù)從整體到具體、從部分到整合原則。從整體到具體，先加載發(fā)型和臉型并進(jìn)行合適縮放、調(diào)整，為后面五官整合打下大體基礎(chǔ)；此后加載眉眼、鼻子、嘴及裝飾物（如眼鏡）特征，加載一項(xiàng)便調(diào)整、固定一項(xiàng)，再組合下一項(xiàng)特征；最后從部分到整合，根據(jù)整體效果對(duì)組像各特征進(jìn)行微調(diào)［4］。

得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖6（a）、圖6（b）。

圖6（a）

圖6（b）

PS電子模擬畫(huà)像重建實(shí)驗(yàn)過(guò)程，見(jiàn)圖7。

圖7 PS電子模擬畫(huà)像重建流程圖

進(jìn)行PS電子模擬畫(huà)像時(shí)，要進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)字化處理，提高圖像像素，便于細(xì)節(jié)刻畫(huà)；提高像素在一定程度上會(huì)使人像更模糊，因此也要求多次回看視頻，進(jìn)一步熟悉；設(shè)置畫(huà)筆大小、硬度一般要小，線(xiàn)條柔和，方便后期細(xì)節(jié)修正；設(shè)定背景色白色，前景色中灰色，線(xiàn)條清淡，便于把握陰影、顯現(xiàn)立體感［5］。重建結(jié)果分別保存為psd、jpg格式。

得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖8（a）、圖8（b）、圖8（c）。

圖8（a）

圖8（b）

圖8（c）

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

正面視頻人像重建處理結(jié)果比較，如圖9。

圖9 正面視頻人像重建處理結(jié)果對(duì)比圖

多角度視頻人像重建處理結(jié)果，見(jiàn)圖10、11。多角度實(shí)驗(yàn)一：警視通與PS電子模擬畫(huà)像。

圖10 多角度實(shí)驗(yàn)一

多角度實(shí)驗(yàn)二：PS電子模擬畫(huà)像與智能畫(huà)像專(zhuān)家。

圖11多角度實(shí)驗(yàn)二

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

相似度是種模糊比較，是指重建人像與視頻人像的相似程度，受許多相關(guān)因素的影響和制約［6］，包括重建人像信息量、方法原理、人的視覺(jué)印象及感知輸出等。因此，相似度作為衡量視頻人像和重建人像的匹配程度比較，我們賦予其以下具體含義:

相似程度相似度較差相似度一般相似度較好具體表現(xiàn)線(xiàn)條模糊，特征組合生硬，整體平面臉型相似，五官位置均衡、比例協(xié)調(diào)，姿態(tài)符合臉型輪廓清晰，線(xiàn)條生動(dòng)，表情自然，五官位置均衡、比例協(xié)調(diào)，光線(xiàn)明暗和諧，細(xì)節(jié)特征較為立體

為了更直觀(guān)地比較分析，我們以符號(hào)“+”來(lái)表示重建效果，設(shè)定以下評(píng)分：

++++：極大改善，對(duì)相貌特征信息補(bǔ)充完整或相似度很高。

+++：較明顯改善，對(duì)相貌特征信息有較多補(bǔ)充或相似度較高。

++：不大改善，對(duì)相貌特征信息有補(bǔ)充或相似度有些提高。

+：微小改善，對(duì)相貌特征信息有較小補(bǔ)充或相似度一般。

-：幾乎沒(méi)任何改善，對(duì)相貌特征信息未有補(bǔ)充或相似度較差。

分析如表1、表2、表3。

表1 正面實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)分

表2 多角度實(shí)驗(yàn)（一）結(jié)果評(píng)分

表3 多角度實(shí)驗(yàn)（二）結(jié)果評(píng)分

從表格匯總中，可以清楚看出：

（一）警視通與PS電子模擬對(duì)正面視頻人像重建效果較明顯，五官特征較清晰，人物眼神、姿態(tài)復(fù)原較真。PS電子模擬對(duì)面部特征刻畫(huà)更為立體、生動(dòng)。

（二）警視通對(duì)視頻中戴眼鏡人像重建效果稍差。鏡片一般為凹透鏡，眼睛特征透過(guò)鏡片顯現(xiàn)有一定失真，直接影響重建效果。警視通算法未對(duì)此失真進(jìn)行修正。

（三）智能畫(huà)像專(zhuān)家組像效果稍差，五官組合比較生硬，特征較平面，層次感不明。

（四）在多角度視頻樣本人像重建中，隨著人物角度增大（水平與垂直方向），人臉特征信息減少，警視通與PS電子模擬重建效果均表現(xiàn)出較明顯下降。

（五）警視通人像重建中不能識(shí)別人像表情，如張嘴笑，重建圖像較為生硬；PS電子模擬對(duì)人像表情能進(jìn)行更深入的刻畫(huà)，使表情特征更加立體。

（六）PS電子模擬畫(huà)像能在多次觀(guān)看視頻回放對(duì)人物特征整體識(shí)別、把握的條件下，結(jié)合相貌學(xué)、透視學(xué)原理，對(duì)人像進(jìn)行較系統(tǒng)、自然的重建，但重建時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)繪畫(huà)能力有所要求；智能畫(huà)像專(zhuān)家在整體大致熟悉人像情況下組像方便、快捷，重建時(shí)間短，但特征數(shù)據(jù)庫(kù)有限，重建圖像五官組合較生硬，整體相似度不高。

綜上，三種軟件的視頻人像重建功能是值得肯定的，在不同情況下能各自發(fā)揮所長(zhǎng)。但同時(shí)三種軟件的復(fù)原重建能力是有限的，表現(xiàn)為算法上的不足、繪畫(huà)掌握難度較大以及數(shù)據(jù)庫(kù)特征數(shù)量不夠豐富等，這些都需要進(jìn)一步改善。也可以預(yù)見(jiàn)，多種重建技術(shù)有機(jī)結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短是視頻人像重建技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

［1］公安部五局.視頻偵查學(xué)［M］.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2012：411-423.

［2］楊武杰.視頻人像重建［J］.刑事技術(shù)，2013（1）：56-58.

［3］［4］楊洪臣.視頻檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范［M］.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2012：132-133.

［5］一簾幽夢(mèng).模擬畫(huà)像輕松做智能畫(huà)像專(zhuān)家［J］.電腦迷，2006 （15）：61.

［6］王志群.刑事相貌技術(shù)［M］.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2008：66-67.

責(zé)任編輯：賈永生

D918.2

A

1009-3192（2016）01-0022-04

2015-11-19

林小英，女，福建廈門(mén)人，中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)碩士研究生，研究方向?yàn)樾淌聢D像技術(shù)；蔣占卿，男，河南許昌人，中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)，教授。