田 靜

（遼寧警察學(xué)院 公安信息系,遼寧 大連 116036）

一、引 言

近年來，警用執(zhí)法記錄儀在我國發(fā)展迅速。警用執(zhí)法記錄儀是監(jiān)督和保障公安工作規(guī)范化的關(guān)鍵工具。自媒體時代涉警輿情有很多，如有些民眾對民警的執(zhí)法過程進行拍攝、惡意剪輯并且傳播，可能在非常短的時間內(nèi)產(chǎn)生一系列的社會影響，嚴(yán)重?fù)p害我國公安機關(guān)的形象。2019年，公安部對警用執(zhí)法記錄儀的使用提出了更全面規(guī)范的要求，警用執(zhí)法記錄儀的攝像、拍照及定位功能再次凸顯。目前國內(nèi)針對警用執(zhí)法記錄儀的研究大多停留在法律層面，例如利用警用執(zhí)法記錄儀怎樣搜集證據(jù)等；還有一部分研究是停留在技術(shù)層面，例如對于警用執(zhí)法記錄儀綜合平臺的系統(tǒng)設(shè)計等。針對警用執(zhí)法記錄儀關(guān)鍵幀圖像退化及如何有效實現(xiàn)圖像修復(fù)的思路優(yōu)化研究相對欠缺。在國外，對于警用執(zhí)法記錄儀的圖像保護要求較高，公開畫面已經(jīng)通過了技術(shù)處理，執(zhí)法記錄儀生產(chǎn)商存在寡頭現(xiàn)象，如美國的Axon Enterprise公司，占據(jù)了美國近半數(shù)市場份額并對產(chǎn)品的使用向警察機構(gòu)提供全面技術(shù)支持[1]，所以從技術(shù)角度對于警用執(zhí)法記錄儀的圖像修復(fù)研究也很少。

二、警用執(zhí)法記錄儀應(yīng)用現(xiàn)狀及意義

當(dāng)前我國公安民警執(zhí)法環(huán)境日益復(fù)雜。一方面公眾的法制維權(quán)意識逐步提高，另一方面有一些政治敵對分子想借警察執(zhí)法大做政治文章，惡意詆毀警方和丑化我國政府形象，炒作涉警類輿情事件。例如有些人歪曲民警執(zhí)法事實，將執(zhí)法視頻惡意剪輯傳播，片面指責(zé)涉事民警，嚴(yán)重?fù)p害了公安機關(guān)的法律形象。警用執(zhí)法記錄儀對執(zhí)法過程的詳細(xì)記錄可以起到客觀還原事實經(jīng)過，迅速平息事態(tài)，穩(wěn)定社會秩序的作用[2]。在復(fù)雜多變的警務(wù)工作環(huán)境中，民警時刻要面對各種突發(fā)的矛盾事件。在處理案（事）件時，運用警用執(zhí)法記錄儀全面記錄執(zhí)法工作過程，不管是在事后澄清事實還是在采集違法行為證據(jù)上都為保障民警合法權(quán)益，維護民警執(zhí)法權(quán)威，打擊違法犯罪行為提供了強有力支撐[3]。

警用執(zhí)法記錄儀在廣大民警進行執(zhí)法與取證工作中一直扮演著不可或缺的重要角色，在迅速固定各類犯罪活動證據(jù)、高效及時實施日常執(zhí)法及監(jiān)督、保障人民警察執(zhí)法的合法取證權(quán)益需要等方面發(fā)揮了巨大作用。然而，復(fù)雜多變的執(zhí)法環(huán)境容易造成警用執(zhí)法記錄儀記錄的關(guān)鍵幀圖像降質(zhì)，導(dǎo)致視頻圖像退化，難以客觀還原執(zhí)法經(jīng)過或提供線索。例如，民警佩戴警用執(zhí)法記錄儀進行執(zhí)法時，容易受到執(zhí)法場所光線、運動抖動等各方面因素的干擾影響，從而導(dǎo)致其視頻圖像不清晰。在近年來對警用執(zhí)法記錄儀的圖像檢測研究中，鏡頭晃動或者拍攝目標(biāo)運動等因素造成影像局部模糊及夜間、雨霧天等環(huán)境因素造成畫面整體模糊等問題逐步凸顯。

三、警用執(zhí)法記錄儀圖像退化的原因分析

警用執(zhí)法記錄儀自投入使用以來，由于受到成本、技術(shù)及外在因素的限制，圖像退化現(xiàn)象較為普遍。這里通過對不同品牌警用執(zhí)法記錄儀采集的樣本進行對比，分析警用執(zhí)法記錄儀圖像退化的原因。

（一）分辨率較低

圖像的分辨率越高，所涉及的圖像像素就越多，畫面也越清晰。雖然現(xiàn)階段警用執(zhí)法記錄儀的圖像分辨率均能滿足公安部規(guī)定的使用要求，但是圖像的分辨率仍然處于較低的狀態(tài)。例如對疾馳而來的貨車，如果車速過快，即使執(zhí)法記錄儀捕捉到了畫面，圖像也只能是散焦模糊圖像，圖片會由于過低的分辨率而造成恢復(fù)效果較差，使得車輛號牌無法準(zhǔn)確辨識。

（二）寬動態(tài)范圍較低

由于警用執(zhí)法記錄儀還不具備強大的寬動態(tài)攝像功能，因此在受到光源干擾時，圖像會出現(xiàn)局部曝光不足或曝光過度的情況，例如出現(xiàn)在逆光條件下和低照度條件下的圖像退化現(xiàn)象。在逆光條件下，拍攝的目標(biāo)處于拍攝設(shè)備和光源之間，目標(biāo)后方有過于明亮的燈光或者對著太陽方向拍攝等，會導(dǎo)致圖像的暗區(qū)曝光不足。如果在夜間拍攝車輛，車輛大燈打開的情況會造成兩車燈之間的車牌曝光度不夠，圖像細(xì)節(jié)缺失。

（三）運動抖動

民警執(zhí)法過程中有時候會出現(xiàn)場面混亂或者急速追趕的情形，警用執(zhí)法記錄儀在運動中拍攝時會不可避免地發(fā)生抖動，從而導(dǎo)致警用執(zhí)法記錄儀磕碰或者鏡頭移位無法準(zhǔn)確對焦，最終導(dǎo)致畫面不清晰。雖然大部分執(zhí)法記錄儀已經(jīng)具備抗抖動的功能，但目前呈現(xiàn)出的畫面并不能全部去除抖動效果，仍然會出現(xiàn)模糊現(xiàn)象。

四、警用執(zhí)法記錄儀退化圖像的修復(fù)

A 軟件和B 軟件在國內(nèi)公安圖像處理專業(yè)軟件中具有典型代表性，目前被廣泛應(yīng)用于警務(wù)圖像處理中，有著相對較高的使用率。

A軟件，是由國內(nèi)知名專業(yè)公司聯(lián)合公安部物證鑒定中心和國內(nèi)某相關(guān)知名科研機構(gòu)，在“十一五”國家科技支撐計劃重點項目研究成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，為公安機關(guān)和相關(guān)領(lǐng)域量身打造的影像處理和分析專業(yè)平臺[4]。當(dāng)與案件相關(guān)的圖像出現(xiàn)模糊問題時，A軟件能通過對該圖像特性的處理及分析最大限度地提升圖像的清晰度，還原相關(guān)事實。A軟件具有圖像修復(fù)的常用功能，如圖像濾波、超分辨、色彩處理及模糊處理等功能，還具有視頻檢索的功能，在使用過程中由用戶劃定檢測區(qū)域，軟件對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的對象進行自動檢測，得到其時間點等相應(yīng)信息，實現(xiàn)了運動目標(biāo)尋找的無人化、快速化，在很大程度上節(jié)省了警力。

B 軟件，也稱B 視頻圖像處理系統(tǒng)，由美國行業(yè)公司開發(fā)。軟件通過運動、虛焦等圖像模糊處理技術(shù)修復(fù)圖像，被修復(fù)的圖像能作為法庭證據(jù)使用。美國著名的辛普森案件的審理就運用了此軟件。B 軟件很早就進入我國的警用專業(yè)軟件領(lǐng)域，包含了視頻動態(tài)疊加的濾波器和復(fù)雜運動圖像的先進處理算法，圖像修復(fù)功能十分強大，有著良好的實用性以及科學(xué)性。但此軟件對操作者有著較高的技術(shù)要求，要理解相關(guān)先進算法的原理才能運用自如。

A 軟件和B 軟件均為當(dāng)前公安機關(guān)最為常用的圖像處理軟件。這里通過對警用執(zhí)法記錄儀圖像退化的原因分析，總結(jié)兩款軟件在不同退化條件下圖像修復(fù)的常用方法。

（一）直方圖均衡化

直方圖能夠反映圖像中每種灰度出現(xiàn)的頻率，指的是圖像像素點在對應(yīng)的灰度級中的數(shù)量。通過直方圖能夠統(tǒng)計整個圖像真實像素個數(shù)的分布情況。直方圖是以灰度級為橫坐標(biāo)，以各灰度級與之對應(yīng)的像素點的多少為縱坐標(biāo)，反映圖像中各灰度級出現(xiàn)頻率的一種基本統(tǒng)計特征。通過圖像直方圖均衡化使原本集中在小范圍內(nèi)灰度級的像素均勻分布到整個圖像灰度級或指定區(qū)域灰度級中，從而實現(xiàn)擴大動態(tài)范圍，提升對比度和亮度[5]。直方圖均衡化在色階對話框中完成，左邊數(shù)字表示整個圖像暗度級像素的總數(shù)量，中間數(shù)字表示整張圖像灰度級像素的總數(shù)量，右側(cè)數(shù)字體現(xiàn)圖像的高光細(xì)節(jié)情況，通過調(diào)整數(shù)值使圖像直方圖分布均勻，使暗圖像、曝光圖像、低對比度圖像達到高對比度效果。

（二）曲線修復(fù)

曲線修復(fù)通過改變圖像中像素點的亮度來修復(fù)圖像的可視性，圖像色調(diào)范圍包括14 個大小不同色階的調(diào)色點。曲線修復(fù)時可以選取某一點調(diào)節(jié)圖像局部的亮度，也可以整體調(diào)整來實現(xiàn)對圖像的亮度改善。

（三）Retinex 算法

Retinex 算法是一種圖像增強方法。不同于傳統(tǒng)的只增強圖像某一種特征的方法，Retinex算法能夠改變?nèi)N圖像特征：邊緣增強、動態(tài)范圍壓縮及顏色不變，因此借助Retinex 算法可以實現(xiàn)對不同特性圖像的修復(fù)增強。例如通過比較像素間的亮度獲取入射分量，Retinex 算法處理后得到反射分量，反射分量里含有反射物體的位置邊緣分布，從而實現(xiàn)圖像低照度增強。

五、警用執(zhí)法記錄儀圖像修復(fù)的應(yīng)用

利用A 軟件和B 軟件分別對同等退化條件下的圖像進行修復(fù)實驗，通過對兩款軟件的修復(fù)效果及圖像修復(fù)方法進行對比，總結(jié)出兩款軟件對于相同退化因素的圖像修復(fù)的優(yōu)勢。

（一）散焦模糊圖像的修復(fù)

當(dāng)拍攝一個模糊物體的影像時，警用執(zhí)法記錄儀無法將原拍攝主體對焦，從而形成了散焦模糊圖像。當(dāng)透鏡像距等于光源焦距時，一個實物點光經(jīng)過該透鏡反射在其成像面后的實物像即為清晰的圖像，但是如果某個成像實面光源與這個透鏡點之間的投影距離發(fā)生變化，必然會導(dǎo)致光線只匯聚到某一點，此時透鏡形成后的物像不再完全是一個光點，而是一塊光斑，經(jīng)過物點到像點斑的映射就會出現(xiàn)散焦模糊的圖像，難以準(zhǔn)確觀看，俗稱“對不上焦”。利用軟件進行修復(fù)時可以選擇頻域濾波方法，獲得一個較為穩(wěn)定清晰的修復(fù)圖像。利用A 軟件和B 軟件對警用執(zhí)法記錄儀中的散焦模糊圖像進行修復(fù)，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)兩款軟件的修復(fù)成功率并不理想，通過分析警用執(zhí)法記錄儀散焦模糊圖像的形成原因，發(fā)現(xiàn)散焦模糊原因還包括運動因素，再次利用兩款軟件對圖像進行混合模糊的修復(fù)實驗，修復(fù)成功率大大提高，并且發(fā)現(xiàn)在同等退化條件下進行混合模糊圖像修復(fù)時A 軟件效果更佳。

（二）低照度模糊圖像的修復(fù)

警用執(zhí)法記錄儀如果是在夜間或者光照較少的環(huán)境下拍攝，圖像會出現(xiàn)低照度的退化。在現(xiàn)場照明條件差的情況下，警用執(zhí)法記錄儀畫面中較遠的地方會是一片漆黑，并且出現(xiàn)圖像邊緣和細(xì)節(jié)不清晰的情況。利用A 軟件和B 軟件進行圖像修復(fù)時，如果只修改某一參數(shù)或者算法會出現(xiàn)光暈及彩色丟失等情況，因為單一修改某一參數(shù)會提升圖片整體亮度，從而導(dǎo)致部分區(qū)域亮度更高。在利用軟件進行圖像修復(fù)時應(yīng)同時使用直方圖、曲線及Retinex 算法等多種方法。利用A 軟件和B 軟件對警用執(zhí)法記錄儀中低照度圖像進行修復(fù)，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)兩款軟件的修復(fù)成功率均較高，低照度圖像的修復(fù)率高于散焦模糊圖像的修復(fù)率。在低照度條件下警用執(zhí)法記錄儀的對焦容易出現(xiàn)誤差，致使低照度圖像又受到散焦因素的影響，這樣的圖像修復(fù)后效果不好。在圖像修復(fù)前加入散焦模糊的預(yù)處理，再對低照度條件下的圖像進行修復(fù)，可以提升圖像的修復(fù)率。

六、結(jié) 語

警用執(zhí)法記錄儀在公安機關(guān)執(zhí)法工作中的應(yīng)用越來越廣泛，具有客觀記錄和臨場目擊的功能，能提供有效的執(zhí)法證據(jù)和犯罪線索，在公安執(zhí)法工作中扮演著不可或缺的角色。但在復(fù)雜多變的執(zhí)法現(xiàn)場，警用執(zhí)法記錄儀拍攝的視頻圖像有時會出現(xiàn)各種退化現(xiàn)象，從而影響其保護民警權(quán)益、固定違法證據(jù)的作用。2019 年公安部黨委提出的全警實戰(zhàn)大練兵，將警用執(zhí)法記錄儀的應(yīng)用研究推向了更高的水平，并且對警用執(zhí)法記錄儀的作用也有了更高的要求。

在進行圖像修復(fù)研究時使用了公安機關(guān)常用的視頻圖像處理軟件—A 軟件和B 軟件，圖像樣本均為公安工作一線收集到的真實樣本。在進行圖像修復(fù)前要對警用執(zhí)法記錄儀的使用情況充分了解，如拍攝時的天氣、時間、過程及位置等情況，初步判斷導(dǎo)致圖像退化的可能因素，這樣在應(yīng)用軟件進行圖像修復(fù)時才更有針對性。通常情況下，圖像退化因素并非一種，圖像退化因素可能是散焦模糊并伴有運動模糊。

A 軟件的圖像修復(fù)功能強大，修復(fù)率高，通過調(diào)整曲線、直方圖及Retinex 增強可以提高圖像的可視性，但需要分別處理每種參數(shù)，導(dǎo)致預(yù)覽修復(fù)效果的直觀性不好。對于由多種因素導(dǎo)致混合模糊的圖像修復(fù)，B 軟件可以同時修改多種參數(shù)，即將散焦模糊、運動模糊等常見模糊處理功能集成在一起，能夠直接觀看修復(fù)效果。