非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，包括以下步驟：步驟1、將三維空間中的彈頭痕跡轉(zhuǎn)換成二維的彈頭痕跡圖像，作為待識(shí)別的圖像；步驟2、對(duì)待識(shí)別的圖像進(jìn)行水平和垂直方向投影，分別生成特征feature1[y]、feature2[x]，其中，0≤y＜M，0≤x＜N，M和N分別為彈頭痕跡圖像的像素陣列的行數(shù)和列數(shù)；步驟3、將所述特征feature1[y]、feature2[x]與樣本庫(kù)中的K個(gè)樣本的特征feature1[Mk]、feature2[Nk]，分別進(jìn)行比對(duì)，其中k＝1、2、……K，生成對(duì)應(yīng)于各個(gè)樣本的K個(gè)相似度。
【專利說明】非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像模式識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí) 別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 非制式槍支是國(guó)內(nèi)不法分子私自制造的槍支，國(guó)內(nèi)目前對(duì)于非制式槍射擊彈頭痕 跡的識(shí)別鑒定主要依靠專家人工比對(duì)，尚無規(guī)范的完整的計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別方法和系統(tǒng)。彈 頭痕跡的人工比對(duì)任務(wù)對(duì)專家的技術(shù)水平要求比較高，同時(shí)也會(huì)極大地耗費(fèi)專家的精力； 因此，研宄基于圖像模式識(shí)別技術(shù)的彈頭痕跡圖像計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別方法具有重要的實(shí)用價(jià) 值。
[0003] 非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別，首先需要采集非制式槍射擊彈頭的痕跡圖 像，建立痕跡圖像樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，并提取描述圖像痕跡的特征，構(gòu)成樣本特征數(shù)據(jù)庫(kù)；每當(dāng)有 新的彈頭痕跡圖像需要識(shí)別鑒定時(shí)，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將根據(jù)待查痕跡圖像的特征，從樣本數(shù) 據(jù)庫(kù)中識(shí)別檢索出最匹配的少量嫌疑樣本，供專家人工鑒定，極大地提高了識(shí)別鑒定速度 和準(zhǔn)確性，節(jié)省專家們寶貴時(shí)間和體力，加速涉槍案件的偵破。綜上所述，研宄開發(fā)非制式 槍射擊彈頭痕跡識(shí)別技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)槍案的偵破是非常有意義的。
[0004] 到目前為止，國(guó)際國(guó)內(nèi)已經(jīng)有比較成熟的制式槍射擊彈痕圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和實(shí) 用系統(tǒng)；非制式槍的制造過程不同于制式槍的制造過程，其射擊出的彈頭痕跡中，無明顯的 膛線標(biāo)志，而膛線是制式槍射擊彈頭痕跡自動(dòng)識(shí)別中非常重要的基準(zhǔn)特征。國(guó)內(nèi)目前尚無 比較成熟的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和系統(tǒng)，且由于"非制式槍"的制造是 我們國(guó)內(nèi)特有的情況，國(guó)際上并無與此相關(guān)（即解決非制式槍射擊彈頭痕跡圖像識(shí)別）的 研宄成果發(fā)表。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)非制式槍射擊彈頭痕跡的特殊性和國(guó)內(nèi)近年來涉槍案件不斷增加的現(xiàn)實(shí)，本 發(fā)明從技術(shù)上解決了非制式槍射擊彈頭痕跡圖像計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別問題，設(shè)計(jì)了一種非制式 槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法和系統(tǒng)，其基于彈頭痕跡展平裝置（參見我國(guó)著名痕跡 專家崔道植教授的專利ZL200520021566. 9，"彈頭膛線痕跡展平裝置"（下面稱為專利文獻(xiàn) 1，并通過引用將其全部?jī)?nèi)容合并于此），其能夠制作出反映彈頭痕跡的檢測(cè)膜片）形成的 痕跡膜片來采集痕跡圖像，并進(jìn)一步進(jìn)行圖像模式比對(duì)識(shí)別。
[0006] 根據(jù)所采集的非制式槍射擊彈頭痕跡膜片圖像的特點(diǎn)，本發(fā)明首先對(duì)痕跡膜片圖 像（待查詢圖像）進(jìn)行預(yù)處理，消除膜片自身紋理對(duì)識(shí)別特征的影響；其次，提取描述圖像 痕跡的特征；最后，將待查詢圖像的痕跡特征與樣本庫(kù)圖像的痕跡特征逐一進(jìn)行比對(duì)，按照 比對(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行排序，得到匹配分?jǐn)?shù)較高的前30幅圖像，最后供專家進(jìn)行人工鑒別。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，包 括以下步驟：步驟1、將三維空間中的彈頭痕跡轉(zhuǎn)換成二維的彈頭痕跡圖像，作為待識(shí)別 的圖像；步驟2、對(duì)待識(shí)別的圖像進(jìn)行水平和垂直方向投影，分別生成特征featurel[Μ]、feature〗[Ν]，M和N分別為彈頭痕跡圖像的像素陣列的行數(shù)和列數(shù)；步驟3、將所述特征 featurel[M]、feature2 [N]與樣本庫(kù)中的K個(gè)樣本的特征featurel[Mk]、feature2 [Nk]，分 別進(jìn)行比對(duì)，其中k= 1、2、......K，生成對(duì)應(yīng)于各個(gè)樣本的K個(gè)相似度。
[0008] 本發(fā)明的有益效果主要在于以下幾個(gè)方面：非制式槍射擊彈頭痕跡識(shí)別技術(shù)，從 根本上改變了以往涉槍案件發(fā)生后，專業(yè)人員在顯微鏡下長(zhǎng)時(shí)間艱辛的查找比對(duì)工作；在 顯微鏡下的人工比對(duì)借助顯微鏡每次只觀察子彈的局部痕跡只見局部不見整體，全憑辦案 專家的經(jīng)驗(yàn)和極好的記憶力來完成比對(duì)工作。而使用彈痕圖像計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)檢索子 彈痕跡，首先將彈頭的整周期痕跡以一幅宏觀圖像的形式展現(xiàn)在系統(tǒng)的顯示器上，觀察顯 示器上的完整痕跡圖像自然比觀察顯微鏡下的局部圖像更適合人類的視覺系統(tǒng)識(shí)別；再加 上辦案專家只需要核查經(jīng)過計(jì)算機(jī)篩選的少量嫌疑樣本，其工作量的減少、辦案速度的提 尚是不目而喻的。而提尚涉槍案件的偵破率，對(duì)維護(hù)社會(huì)秩序具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像識(shí)別方法的流程示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面，結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0011] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管以下的說明涉及到有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施例的很多 技術(shù)細(xì)節(jié)，但這僅為用來說明本發(fā)明的原理的示例、而不意味著任何限制。本發(fā)明能夠適用 于不同于以下例舉的技術(shù)細(xì)節(jié)之外的場(chǎng)合，只要它們不背離本發(fā)明的原理和精神即可。
[0012] 另外，為了避免使本說明書的描述限于冗繁，在本說明書中的描述中，可能對(duì)可在 現(xiàn)有技術(shù)資料中獲得的部分技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了省略、簡(jiǎn)化、變通等處理，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說是可以理解的，并且這不會(huì)影響本說明書的公開充分性。
[0013] 下面參照?qǐng)D1來描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí) 別方法的原理。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法主要包括以下 步驟。
[0015] (1)圖像采集
[0016] 基于專利文獻(xiàn)1的展平裝置制作的彈頭痕跡膜片，采集得到待查詢圖像。具體地， 該展平裝置將三維空間中的彈頭痕跡轉(zhuǎn)換成膜片上的二維痕跡，然后將膜片放入高分辨率 掃描儀中，通過掃描儀掃描得到痕跡的二維數(shù)字圖像，以便進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像模式識(shí)別。
[0017] (2)圖像切割
[0018] 對(duì)于掃描獲得的數(shù)字圖像，為減少無關(guān)內(nèi)容的干擾，并節(jié)約存儲(chǔ)空間，需要進(jìn)行圖 像切割（可通過人工、或者自動(dòng)剪切方式），只保留數(shù)字圖像中有彈頭痕跡的部分。具體地， 可通過保留彈頭痕跡的外接矩形部分、而去除其余部分，將原始的數(shù)字圖像剪切成較小的 圖像。
[0019] (3)圖像預(yù)處理
[0020] 為消除膜片自身紋理及細(xì)小擦痕的對(duì)比對(duì)識(shí)別的干擾，更好地提取描述圖像痕跡 的特征，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括以下步驟：
[0021] 步驟3-1.對(duì)圖像進(jìn)行水平方向增強(qiáng)，以濾除噪聲干擾。具體地，設(shè)灰度圖像為 I(X，y)，（X，y)eMXN，M和N分別為圖像點(diǎn)陣的行數(shù)和列數(shù)；所使用的濾波器為h(u，V)， (u，v)eUXV，U和V分別為濾波器窗口的橫向和縱向大小；水平增強(qiáng)后的圖像為g(x，y)， (X，y)eMXNJJ (1) Zr

【權(quán)利要求】
1. 一種非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，包括以下步驟： 步驟1、將三維空間中的彈頭痕跡轉(zhuǎn)換成二維的彈頭痕跡圖像，作為待識(shí)別圖像； 步驟2、對(duì)待識(shí)別圖像進(jìn)行水平和垂直方向投影，分別生成水平和垂直投影特征； 步驟3、將所述水平和垂直投影特征與樣本庫(kù)中的多個(gè)樣本的水平和垂直投影分別進(jìn) 行比對(duì)，生成對(duì)應(yīng)于各個(gè)樣本的多個(gè)相似度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，其中，所述步驟1 包括： 通過彈痕展平裝置，將三維空間中的彈頭痕跡轉(zhuǎn)換成膜片上的二維痕跡，對(duì)膜片上的 二維痕跡進(jìn)行掃描，得到所述二維的彈頭痕跡圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，其中，所述步驟1 還包括： 對(duì)所述二維的彈頭痕跡圖像進(jìn)行剪切，只保留彈頭痕跡的外接矩形部分、而去除其余 部分，作為所述待識(shí)別圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，其中，在所述步 驟1之后還包括以下圖像預(yù)處理過程： 步驟12、設(shè)所述彈頭痕跡圖像I(x，y)，（x，y)GMXN，使用濾波器h(u，v)，（u，v)GUXV，根據(jù)以下公式對(duì)I(x，y)進(jìn)行濾波，其中U和V分別為濾波器窗口的水平和垂直 方向大小，濾波后得到圖像為g(x，y)，（x，y)GMXN，
步驟13、計(jì)算圖像g(x，y)的均值y; 步驟14、根據(jù)以下公式，計(jì)算g(x，y)的差值平方圖像f(x，y)，其大小為MXN:
步驟15、根據(jù)以下公式，將差值平方圖像f(x，y)二值化為二值圖像B(x，y)，其大小為MXN，
式中，th為二值化閾值，所述二值圖像B(x，y)用作所述步驟2中的待識(shí)別圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，在所述步驟3中， 所述多個(gè)相似度分別為待識(shí)別圖像的水平和垂直投影特征與各個(gè)所述樣本的水平和垂直 投影特征的相關(guān)系數(shù)之和。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，其中，所述步驟2 包括： 步驟21、對(duì)二值圖像B(x，y)，（x，y)EMXN分別進(jìn)行水平和垂直方向的投影，得 到的水平和垂直投影特征feature]^、features^，其分別由以下公式中的featurel[y]、 featurel[x]表不：
其中，所述樣本庫(kù)中的多個(gè)樣本的水平和垂直投影特征feature1ek、feature2ek也是根 據(jù)所述步驟1和2對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行處理而得到的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，其中，通過以下 公式計(jì)算所述相關(guān)系數(shù)：
式中，Y1表示待識(shí)別圖像的水平投影特征feature、與樣本庫(kù)第k個(gè)痕跡的水平投影 特征featurelek的相關(guān)系數(shù)，y2表示待識(shí)別圖像的垂直投影特征feature2q與樣本庫(kù)第k 個(gè)痕跡的垂直投影特征feature〗。,的相關(guān)系數(shù)，yljPylek分別是待識(shí)別圖像和樣本的 水平投影特征曲線的均值，y2。,分別是待識(shí)別圖像和樣本的垂直投影特征曲線的 均值，參與計(jì)算相關(guān)系數(shù)的點(diǎn)數(shù)為L(zhǎng)個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一個(gè)所述的非制式槍射擊彈頭痕跡圖像自動(dòng)識(shí)別方法，還 包括： 步驟4、將K個(gè)樣本之中的與待識(shí)別圖像的相似度最高的前30個(gè)樣本作為候選結(jié)果，進(jìn) 一步進(jìn)行人工比對(duì)，從而鑒定出最匹配的彈痕圖像。
【文檔編號(hào)】G06K9/64GK104484679SQ201410473198
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】趙衍運(yùn), 馬新和, 崔道植, 蔡安妮, 宋榮健, 蘇菲, 趙志誠(chéng), 莊伯金 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué), 公安部物證鑒定中心