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视频监控中人体身高识别关键技术研究

更新时间:2009-03-28

视频资料泛指将一系列静态影像以电信号的方式加以捕捉、记录、处理、储存、传送与重现的各种技术形式。[1]由于视频资料具有准确直观、稳定连续的特性,其作为一类重要的诉讼证据,证明力和重视度也不断提升。

视频监控是视频资料的一种。随着计算机技术的飞速发展和安全防范领域的大量需求,大中城市的许多重要场所和重要单位均安装了监控摄像头。这些监控设备可以全天候工作,且储存空间和时间都较长,对于发现犯罪、证实犯罪、打击犯罪起着关键作用。但由于时间、经济、技术、维护等主客观条件的制约,导致视频监控中的图像质量普遍较低,很难提供静态、正面、无倾斜、无俯仰、无偏转角度或偏转角度极小的人像特征,使其难以直接认定或否定犯罪嫌疑人,利用价值有所降低。[2]

随着视频资料检验技术的发展,通过进一步的技术辨认或技术鉴定,可以有效解决视频监控本身的缺陷,提取有用信息,从而划定侦查范围,确定侦查方向。本文通过对视频监控中作案人身高特征分析的研究,确定身高分析的主要方法。

1.4统计学处理使用SPSS 20.0软件进行统计学处理。计数资料使用χ2检验比较,计量资料用t检验,其中组间比较使用独立样本t检验,治疗前后用配对检验,结果用(±s)表示。P<0.05为差异有统计学意义。

一、人体身高特征识别的重要性

身高是视频监控中人身同一认定的最基本参数。[3]这是因为:首先,身高具有稳定性。人的身高在一个特定的时间段内是稳定不变的,如果在检验中发现嫌疑人与视频中作案人的身高吻合,则可进一步进行人身识别;若嫌疑人与视频中作案人的身高特征不符合,则可马上作出否定同一的鉴定意见,有效简化了鉴定工作,避免了后续复杂的特征处理和比较。其次,身高较易测算。在视频监控中,相较于上述的其他特征,身高对于摄像头质量和环境的要求较低,以当前的技术,即便是分辨率极低、光线条件较差的情况下,只要视频监控中存在人体的全身影像,亦可以通过相关的测量手段准确测算出身高参数。再次,确定身高可有效简化形态特征的比较。如果嫌疑人与视频监控中的作案人身高特征吻合,在后续的形态特征检验中,只需要判断嫌疑人与作案人的轮廓特征是否相似,而不需要专门的数据测量,甚至可以直接将待比较两形态特征经放大或缩小后进行重合分析。在对轮廓等形态特征进行比较时,亦可采用计算机辅助技术判断形态特征的相似性。

随机选择10名受试者,在案发视频监控下反复实验,分别测量静态身高和正常步态的身高值,统计得出平均测量差值约2cm-4cm。其中,步长较大的人差值较大,步长较小的差值较小;行走姿势不正的人差值相对较大,行走姿势挺立的人差值较小;男性身高校正值为3cm,女性为2cm时,带鞋身高误差范围为-1cm到2cm。

二、监控视频中身高识别的要点

无论监控视频自身的清晰度如何,现场环境如何,作案人做出怎样的伪装,作案人的身高特征总能或多或少在视频中反映出来。技术辨认或技术鉴定的关键是,辨别由于透视变形和镜头变形引起的人物在身高上的差异,识别监控视频中作案人与现实人物在身高特征上哪些是本质差异,哪些是非本质差异,本质差异的要排除嫌疑人,非本质差异的要进一步进行同一认定。

以人体身高为直线段,以参考物为直线段,寻找空间六面体结构或矩形。根据透视原理,在空间平行的平行直线投影到平面上交于一点或平行。[5]六面体结构的12条边共有三组平行线段。在这三组平行线段中,如果平行线段平行于监控摄像头的焦平面,则平行线段依然平行;如果平行线段不与监控摄像头的焦平面平行,则一定在摄像画面上交于一点。图2绘出的是墙面方向平行线的透视规律,所有平行线的延长线均交于消点X。

对计算的认识可以追溯到古希腊时代对“数”的认识。毕达哥拉斯学派对“数”的探索最为“痴迷”。他们认为,世界的本源并非原初物质,而是其结构形式,可以用“数”来衡量,用“数”来描述世界万物,由此奠定了其“万物皆数”的世界观。但是,毕达哥拉斯学派所说的“数”是一种关于世界本体的哲学思考,没有指向人类心理活动的探索。在那个时代,计算和心智彼此孤立、尚未结合。

三、身高特征的识别测算方法

观察视频监控中人像所处的位置、动作幅度、人体的姿势等特征,确定人体穿鞋时的身高值。当运动跨度较大时,男性身高增加3cm到4cm作为穿鞋时的实际身高较合理;女性身高增加2cm到3cm作为穿鞋时的实际身高较合理。

监控视频的原理本质上讲是光学成像,不可避免存在透视现象,导致无法在监控视频中直接测量人的高度及物的长度。尽管人在视频中可能是来回走动的,其影像高度会随着所处位置的不同发生变化,但监控视频中的固定物(如门窗、地板砖、墙面等)是固定的,实际长度也可以在现场直接进行准确测量。因此,可以将人的身高测量转化为与其相同高度的参考物高度的测量,其关键是找到身高与参考物的对应关系。通过研究图像中的透视规律,实际上可以找出这种对应关系。

(一)确定条件较好的图像帧

根据透视原理,确定好平行线的交点后,可以以交点为起点在画面中任意做一直线,则该直线也与其他平行线平行。无论远近如何,平行线之间的“垂直”距离都是相等的。因此只要确定了空间平行线投影在摄像平面中的交点,便可以将求身高的问题,转化为求特定参考物的高度或长度的问题。又因为通过空间任意线段的平面可以有无穷多个,因此,可以通过不同方向的平面,转换到测量特定参考物的高度。图4中,以消点X为起点在人物头顶画一条直线,交点设为M1,则该直线与墙面方向的直线在空间也是平行的。同理,以消点Z与人物头顶画一条直线,则该直线与门边线平行,与地面垂直。这条直线与人像头顶的交点为M1,与地面的交点为M2。M1M2线段之间的距离即为人物的身高(人物完全站直时身体加鞋的高度)。以消点Y与人物头顶作一直线,与墙面交点为N1,与人物脚底作一直线与墙面的交点为N2,线段N1N2的长度实际上与人的身高M1M2相等。人体身高的测算问题,就可以转化为N1N2的长度计算。然而N1N2实际测量仍很困难,此时,以消点X分别于N1、N2作一直线,与门框线相交于P1、P2两点。P1P2距离与N1N2距离相等。此时只要测量P1P2距离即可。实际上仍可根据透视原理将门框等分,求出P1P2与门框高度的关系。

  

图1 测量条件较好的图像帧

(二)寻找空间六面体结构或矩形

要消除透视变形和镜头变形引起的感官识别误差,通常有两种方法:一是根据光学成像的透视规律将发生变形的体态特征校正到正常水平,这时需要具体问题具体分析,通过透视学中平行线的变化,定量测算出犯罪现场监控摄像头的透视规律。因此,使用此方法校正误差时,监控视频中必须存在恰当的参照物,一般为线条明晰的固定建筑或物品,如地板、门窗、墙面等,通过这些参照物体现出的透视规律变化,将人体体态特征的测算问题转化为固定参照物的测量问题。[4]二是将检材监控视频和样本监控视频调整到相同的镜头、位置、方向上进行比对。这时就需要提供与检材完全相同主客观条件录制的样本监控视频,可以采取侦查实验或三维建模的方法,在实际操作中较难进行。

根据相同的原理,可以确定其他方向的平行线的消点,如图3所示。

在监控录像中,从作案人的站姿、位置、清晰度、参考物等多方面考虑,筛选出条件较好的图像帧以备测算身高。尽可能选择人像静止或运动较慢时的图像帧,并兼顾人像在监控视频中的空间位置。对于参照物,应尽可能选择与人体平行的墙面、门窗等比较醒目的物体。例如,图1线条明晰,有地板的横线和纵线,有门窗、墙面的各种颜色线条,这些线条方向不仅一致,且存在相互平行或垂直的关系;人体运动较慢,测量基础很好。

3.具体制度。具体制度是指经济体制、政治体制、文化体制、社会体制等各项具体制度,各项具体制度是根本政治制度和基本制度发挥作用的有效途径,是中国特色社会主义制度的重要组成部分,各具体制度全面协调、整体推进,着力推进建立和完善社会主义市场经济体制,促进经济又好又快发展;发展民主政治,建设社会主义政治文明;发展先进文化,推动文化大发展大繁荣;保障和改善民生,建设社会主义和谐社会。

  

图2 平行线的透视规律线

  

图3 三个不同方向的透视规律线

  

图4 透视原理法测算身高

(三)现场测量

当确定好参照物,以及确定好参照物的测量范围后,通过现场测量的方法确定参考物体的高度,并将该高度作为被测人像的身高初始值。例如,图4中参考物为门框,测量距离为P1P2。

(四)收集样本,测算误差

Differentiating Navigable and Substandard Inland Waterways with C2R Model

在建筑工程施工的过程中,应该做到随时关注工程的进度,监督工程的质量,发现建筑质量所存在的缺陷,在这种基础上,加强调控,完善调控的成本,对于合同监管来说,应该更大力度的去强化。筛选具有完备的机制和过硬的技术的单位,这样会大大减少,日常情况下所产生的资金的浪费,在现在的建筑行业中企业之间的竞争越来越剧烈,所以出现了很多样的产品及原材料,类别也非常的多样。

(五)估算实际身高

身高是视频监控中人身同一认定最基本的参数,可以用来排除身高不符的嫌疑对象。但由于大多数情况下,监控录像摄像头都安装在高于人体的位置,采用俯拍的角度录制视频,使得视觉观察起来人体身高常常偏矮。又由于通常视频监控质量较差,画面较为模糊,采用量化的方法计算身高易受到选取位置偏差的影响,导致结果误差较大。因此在对身高进行测算时,要兼顾可操作性和减少误差,在多次试验统计的基础上,透视原理法较好。

实践证明,正常步态下的静态身高值,平均测量差值约2-4cm。男性身高校正值为3cm,女性为2cm,带鞋身高误差范围为-1-2cm。运动时,男性身高增加3-4cm作为穿鞋时的实际身高较合理;女性身高增加2-3cm作为穿鞋时的实际身高较合理。此外,步长较大的人差值较大,步长较小的差值较小;行走姿势不正的人差值相对较大,行走姿势挺立的人差值较小。将身高识别技术与监控视频中体态特征识别、相貌特征识别、行为特征识别、语音特征识别相结合,系统化检验,可以使得刻画作案人更真实可靠,对于案件侦破具有重要意义。

参考文献:

[1]李春宇.视频影像检验技术教程 [M].北京:中国人民公安大学出版社,2015.

[2]熊伟.论视频资料在《犯罪学》课堂教学中的运用[J].法制与社会,2015,(6):229-230.

[3]蔡鑫.视频监控电子人像证据鉴定研究[D].重庆:西南政法大学,2012.

[4]张延霞.视频图像同一认定研究[D].重庆:西南政法大学,2014.

配电网中停电事件的触发条件包括:来自生产管理系统的计划停电,来自用户信息采集系统的欠费停电,来自客户服务管理系统的客户报修,来自调度自动化系统或配电自动化系统的线路跳闸,来自配电自动化系统的配变停电等。停电事件创建后,可以根据触发条件及外部接口进行停电故障研判分析。停电故障研判分析结果将进入停电信息池,以完善停电事件信息。图3为停电事件信息池与停电故障研判模块之间的关系。

[5]杨文茂.空间解析几何[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

 
马晓贇
《河北公安警察职业学院学报》2018年第01期文献

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