李 海，王志群

（中國刑事警察學(xué)院 遼寧沈陽 110035）

近距人像特征的變化規(guī)律及其變形矯正

李 海，王志群

（中國刑事警察學(xué)院 遼寧沈陽 110035）

近距人像特征變化規(guī)律的比對分析及其變形矯正的目的在于識(shí)別可疑人像以及人像的同一認(rèn)定。實(shí)驗(yàn)比對研究分別從近距人像的特征變化規(guī)律比對和人像的變形矯正兩個(gè)方面進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是對近距人像的正面平拍、仰拍、俯拍三個(gè)層次進(jìn)行論證，并且利用類推法對側(cè)面的近距人像的平、仰、俯三個(gè)方面進(jìn)行說明。

輪廓特征；photoshop；變形矯正；警視通

近距人像攝影根據(jù)焦距的可變性分為兩類，一是可變焦距相機(jī)拍攝，如數(shù)碼相機(jī)等；二是定焦相機(jī)拍攝，如手機(jī)、ATM機(jī)的針孔鏡頭等?？勺兘咕郲1]相機(jī)在拍攝人像時(shí)有調(diào)節(jié)焦距和控制物距兩種控制人像大小的方法；而定焦相機(jī)在控制人像大小的過程中只能通過改變拍攝距離去調(diào)節(jié)人像大小。兩種拍攝方法拍攝的人像均產(chǎn)生了人像的透視變形。

一、近距人像特征的變化規(guī)律研究

（一）實(shí)驗(yàn)變量控制。

將實(shí)驗(yàn)人像的拍攝位置限定在相對人臉中心線30度的范圍。

（二）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

將拍攝位置通過拍攝角度[2]關(guān)系分為仰拍近距人像、俯拍近距人像、平拍近距人像；根據(jù)正側(cè)面關(guān)系分為正面拍攝和側(cè)面拍攝。將兩種位置關(guān)系進(jìn)行組合可以從六個(gè)不同部位進(jìn)行研究近距人像的特征變化規(guī)律，即正面仰拍近距人像、正面平拍近距人像、正面俯拍近距人像、側(cè)面仰拍近距人像、測面平拍近距人像、測面俯拍近距人像。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

圖1 正面拍攝模型示意圖

圖2 側(cè)面拍攝模型示意圖

（三）近距人像特征規(guī)律分析。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)的思路，將實(shí)驗(yàn)照片通過兩種方法進(jìn)行分類，分別分析其近距人像的變化規(guī)律。

1.正面平拍、仰拍、俯拍的近距人像的特征比對。首先，將正面平拍的近距人像作為人像特征[3]規(guī)律變化分析的對照組，其次采用四部分析法對各種角度人像進(jìn)行分析。正面仰拍、正面平拍、正面俯拍的特征變化[4]比對如下：

（1）線性特征比對分析。先將照片調(diào)整為合適大小，并且描繪出人臉中心線b，瞳孔連線e，上眉毛切線d，耳垂連線f，過瞳孔且垂直于瞳孔連線的左右兩條線a、c，唇裂線g。如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 正面仰拍

圖4 正面平拍

圖5 正面俯拍

特征比對分析：a.在正面平拍近距人像中，瞳孔連線的延長線經(jīng)過兩耳最上端點(diǎn)；兩耳垂的連線經(jīng)過鼻孔中點(diǎn)。b.正面仰拍的近距人像和正面平拍的近距人像特征相比，有以下特征∶瞳孔連線在兩耳朵上端點(diǎn)連線的上方，并且仰角越大，兩條線之間的距離越大，唇裂線與兩耳垂連線之間的距離越小。c.正面俯拍的近距人像和正面平拍的近距人像特征相比，有以下特征∶瞳孔連線在兩耳朵上端點(diǎn)連線的下方，并且俯角越大，兩條線之間的距離越大，唇裂線與兩耳垂連線之間的距離越小。

（2）三角形特征比對分析。根據(jù)人臉線性特征，作出的上三角形有：△ABC、△BCD,

中三角形有：△EFH、△FGI,下三角形有：△HIJ、△ABC。如圖6、圖7所示。

圖6 正面仰拍

圖7 正面平拍

圖8 正面俯拍

特征比對分析∶a.在正面平拍近距人像中，上三角形均為等腰三角形，并且等腰三角形的頂角的大小能夠反映人臉的個(gè)別特征；在中三角形中，三個(gè)角的大小均能反映出兩眼距離以及耳垂之間的分布關(guān)系，無論一個(gè)人做出喜怒哀樂等任何表情，這兩三角形均不會(huì)發(fā)生任何變化。在下三角形特征中，兩耳垂與下頜點(diǎn)組成的等腰三角形的頂角大小能夠反映出人臉方圓變化特征。若一個(gè)人是國字臉型，則此三角形的頂角大小相對較大；若其是目字臉型，則此三角形的頂角相對較小。b.在正面仰拍近距人像中，上三角形均為等腰三角形，并且等腰三角形的頂角的大小相對正拍時(shí)變大；頂點(diǎn)A到底邊BD的距離減??；在中三角形中，J、H點(diǎn)到瞳距的距離增大，并且線段JH的距離相對正拍時(shí)也變大；在下三角形特征中，頂角的I角度變大,底邊JH與其邊上的高的比例變大。c.在正面近距俯拍人像中，上三角形的底邊與高的比值隨著俯拍角度的增大而變大；在中三角形中，隨著俯角的增大，角HED和角FGI也在變大；在下三角形中，鼻中K到唇裂線的距離在隨著俯角的增大而減小。

（3）四邊形特征比對分析。如圖9、圖10、圖11所示，連接四邊形ABDC和四邊形EFHG；在四邊形ABDC中，由于表情的變化，例如皺眉等均可以影響四邊形形的形狀。

圖9 正面仰拍

圖10 正面平拍

圖11 正面俯拍

特征比對分析：a.在正面平拍攝影中，四變形EFHG中，這四個(gè)點(diǎn)在任何表情下位置關(guān)系變化不大，特征比較穩(wěn)定，易于特征比對與分析。b.在仰拍圖中，相對于正面平拍時(shí)AB到CD的距離在變大，角D在變?。煌?，在四邊形EFGH中，相對于正面平拍時(shí)GH到EF的距離在變大，角G在變小。c.在正面俯拍圖中，AB到CD的距離增大，隨著俯角的增大，等腰梯形的腰變大，GH的長度變小。

（4）三角組合特征表示及其特征分析。三角組合特征是指將人臉的固定特征用線段連起來組成新的若干個(gè)三角形。如圖12、圖13、圖14所示。

圖12 正面仰拍

圖13 正面平拍

圖14 正面俯拍

特征比對分析：在人臉圖像的各個(gè)三角形特征中，由于每個(gè)三角形特征因人而異，故由三角形組合成的新的圖形會(huì)產(chǎn)生更加明顯的差異，所以利用三角形的組合特征可以更加有效、清晰、明顯的比較出人像的不同。在如圖所示的三角形中，正面仰拍圖相對于正面平拍時(shí)三角形的橫向底邊與底邊上的高的長度的比例變??；在俯拍人像時(shí)，有同樣的變化規(guī)律。圖形的整體縱向趨向從左到右依次逐漸變寬。

2.側(cè)面正拍、仰拍、俯拍的特征比對。根據(jù)以上方法，對于側(cè)面拍攝的近距人像，從兩方面進(jìn)行比較。一方面，從縱向看，側(cè)面近距人像和正面近距人像規(guī)律變化類似；從橫向?qū)Ρ?，由近大遠(yuǎn)小的透視規(guī)律可知，距離境頭較近側(cè)，人像放大，距離鏡頭較遠(yuǎn)側(cè)，人小縮??；而整個(gè)人像呈現(xiàn)在畫面中就導(dǎo)致了畸形變形。

二、近距人像的變形矯正

（一）圖像變形的分類。

在平面物體拍攝時(shí)，產(chǎn)生的變形叫做平面變形。這種平面變形是平面內(nèi)的多角度的變形。由于相機(jī)鏡頭與被拍客體之間角度的多樣性，使得平面變形也有很多種。見圖15。

圖15 不同角度的平面變形

在立體物體的拍攝時(shí)[5]，產(chǎn)生的變形有兩種，即平面變形和透視變形。平面變形是指相機(jī)鏡頭距離被攝立體物體表面相同的點(diǎn)所形成圖像時(shí)產(chǎn)生的變形。透視變形是指相機(jī)鏡頭距離被攝立體物體表面不相同的點(diǎn)所形成圖像時(shí)產(chǎn)生的變形，見圖16、圖17。

圖16

圖17

（二）近距人像的變形矯正。

1.近距人像變形矯正的工具。一是一般軟件∶Photoshop軟件，二是專業(yè)軟件：“恒瑞”圖像處理系統(tǒng)、“影博士”圖像處理系統(tǒng)、“警視通”圖像處理系統(tǒng)等。

2.近距人像變形軟件矯正的局限性。首先，近距人像的變形矯正是盲目的矯正，并沒有通過確切的具體數(shù)值去還原變形圖像，只是一種相對的矯正，不可能達(dá)到十分理想的結(jié)果。其次，矯正只能是對實(shí)物表面痕跡進(jìn)行展開，而對變形無任何辦法。

3.矯正實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)材料類型：近距正面仰拍人像。

圖18

（2）特點(diǎn)∶發(fā)際線部位由于距離鏡頭比較遠(yuǎn)而偏小，眼睛及鼻子部位次之，嘴唇及下顎部位偏大。

（3）兩種矯正方法。

a.利用photoshop軟件進(jìn)行的人像矯正。具體步驟如下：第一步：剪輯照片，使得照片中的頭像部位的中心線垂直于照片的底邊。具體操作：在Photoshop軟件中打開圖像，做出頭像面部的中心線，然后按照中心線垂直于照片底邊進(jìn)行裁剪。第二步：打開濾鏡菜單中的鏡頭校正（快捷鍵為Ctrl+ shift+R），選擇自定，調(diào)整垂直透視按鈕，使得人像的上庭部位相對變大，中庭部位相對不變，下庭部位相對變小。結(jié)果如圖19下∶

圖19

b.利用 “警視通”軟件進(jìn)行的人像矯正。第一類方法：校正圖像的透視變形。

方法一：在“警視通”界面中打開要處理的圖像，選擇菜單欄中的“常規(guī)處理——幾何變換——透視變換點(diǎn)對”，處理界面如圖20，處理結(jié)果如圖21。

圖20

圖21

點(diǎn)對調(diào)整過程：選擇調(diào)整上方點(diǎn)對，使得頭的上部變小，而下部變大，最終趨于合理。

方法二：在“警視通”界面中打開要處理的圖像，選擇菜單欄中的“常規(guī)處理——幾何變換——透視變換參數(shù)”，處理界面如圖二十二，處理結(jié)果如圖二十三。

圖22

圖23

透視變換參數(shù)調(diào)整過程：選擇調(diào)整垂直透視，調(diào)整方向?yàn)樨Q直方向，并且沿著正向調(diào)整，使得頭的上部變小，而下部變大，最終趨于合理。

第二類方法∶鏡頭畸變矯正法[6]。鏡頭校正的作用：校正由于鏡頭成像造成的形變，校正時(shí)需要有參照物。方法：在“警視通”界面中打開要處理的圖像，選擇菜單欄中的“常規(guī)處理——幾何變換——鏡頭矯正”，處理界面如圖24，處理結(jié)果如圖25。

圖24

圖25

點(diǎn)對調(diào)整過程：選擇調(diào)整扭曲度，當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)向右移動(dòng)時(shí)，矯正為枕型畸變矯正，參數(shù)越大，調(diào)整度越大，反之越??；當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)向左移動(dòng)時(shí)，矯正為桶形畸變矯正，參數(shù)越大，調(diào)整度越大，反之越小。

4.人像透視校正結(jié)果的分析。利用“photoshop”軟件和“警視通”軟件人像矯正的結(jié)果分析如下：第一，校正優(yōu)點(diǎn)∶處理速度快；處理結(jié)果變化明顯；對于透視變形輕微的圖有較好的處理優(yōu)勢。第二，校正缺點(diǎn)：、屬于感知上的模糊處理；精確度不高；只能靠視覺進(jìn)行辨析。

結(jié)語：就目前的發(fā)展情況看，對于一張平面照片做到對它的透視矯正幾乎很難。若能把一張空間立體用微分的方法分割成無數(shù)平面等份，在每個(gè)平面內(nèi)對其進(jìn)行平面矯正，最后合并到空間中，就得到了透視矯正的效果。

[1]楊洪臣.視頻檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國人民公安大學(xué)出版社，2010.

[2]王 泓，李 娜.圓柱體上痕跡影像的矯正與信息增量分析[J].廣東公安科技，2003，（4）：48.

[3]王志群.刑事相貌技術(shù)[M].北京：中國人民公安大學(xué)出版社，2008.

[4]單 陽.人像攝影的主觀性表現(xiàn)研究[D].延邊大學(xué)，2011.

[5]汪炳仁.淺談人像攝影[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008,（18）:159.

[6]周艷玲.視頻圖像處理技術(shù)[M].北京：群眾出版社，2013.

（責(zé)任編輯：吳良培）

D918.926

A

1674-5612（2015）06-0061-07

2015-10-28

李 海，（1990-），男，甘肅定西人，中國刑事警察學(xué)院聲像資料檢驗(yàn)技術(shù)系碩士生，研究方向：人像識(shí)別與檢驗(yàn)，圖像處理；

王志群，（1958-），男，遼寧沈陽人，中國刑事警察學(xué)院聲像資料檢驗(yàn)技術(shù)系教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：人像識(shí)別與檢驗(yàn)，刑事攝影等。