1）收集常见的复杂背景客体, 分别制作汗液、灰尘和血液指纹检材。本实验使用的具有复杂背景的承痕客体有银行卡、易拉罐、书籍塑封封面、纸巾包装袋、矿泉水瓶标签、人民币、工作证等, 这些客体在犯罪现场勘查过程中十分常见, 具有代表性和典型性。

2）分类汇总之后, 对客体上的汗液、灰尘和血液指纹检材分别进行预处理。如加贴比例尺、将指纹部位从大件物品上剪下等。

3）运用配光检验方法对检材进行拍照固定。分别对遗留有指纹的客体和相同或者相似的空白对照客体进行拍照。

a. 对于各类客体上的汗液指纹, 在暗室中用面光源打光, 用垂直定向反射方法分别进行拍照固定。

b. 对于各类客体上的灰尘指纹, 在暗室中用掠入射方法分别进行拍照固定。

c. 对于各类客体上的血液指纹, 在暗室中用均匀照明技术分别进行拍照固定。

4）将指纹数字图像上传至计算机分类存储。

5）运用专业图像处理软件Photoshop CS6对经过配光检验获得的指纹图像进行各种数字图像增强处理和分离背景处理的操作, 探寻不同客体不同材质的指纹图像的最佳处理方法。

6）输出并分类存储不同处理方法处理后的指纹图像, 并对实验结果进行分析, 归纳总结复杂背景下指纹图像的各种增强方法, 并对不同方法处理的效果进行对比分析。

本实验设计所使用的图像处理工具以Photoshop CS6版本为主, 图像代数运算方法研究部分同时使用MATLAB 2017b软件。

1.2.1 数字图像增强方法

1）对比度增强处理 以纸巾包装袋上的血液指纹为例, 探究对指纹图像进行对比度增强处理的方法, 其具体操作方法如下：打开Photoshop CS6软件, 在菜单栏中的“ 文件--打开” 选项中打开“ 处理前的纸巾包装袋上的血液指纹图像” （图1a）, 进行“ 图像--调整--亮度/对比度” 操作, 调整亮度或者对比度的参数至图像指纹纹线呈现最为清晰的状态, 得到“ 处理后的纸巾包装袋上的血液指纹图像” （图1b）。

图1

Fig.1

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	图1 纸巾包装袋上的血液指纹图像 （a：处理前; b：处理后）Fig.1 Image of blood fingerprint on the package of napkin (a/b: before/after treatment)

2）图像的锐化处理 以银行卡上的汗液指纹为例, 探究对指纹图像进行锐化处理的方法, 其具体操作方法如下：打开Photoshop CS6软件, 在菜单栏中的“ 文件--打开” 选项中打开“ 处理前的银行卡上的汗液指纹图像” （图2a）, 进行“ 滤镜--锐化--USM锐化/进一步锐化/锐化边缘” 操作, 调整数量、半径和阈值的参数至图像指纹纹线呈最清晰的状态, 得到“ 处理后的银行卡上的汗液指纹图像” （图2b）。

图2

Fig.2

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	图2 银行卡上的汗液指纹图像 （a:处理前; b:处理后）Fig.2 Image of sweat fingerprint on bank card (a/b: before/after treatment)

1.2.2 图像的代数运算法

本部分图像代数运算法的研究使用Photoshop CS6和MATLAB 2017b软件分别进行图像减法操作, 以书封面上的灰尘指纹为例进行研究, 并对比其处理效果。

1）使用Photoshop CS6软件对书封面上的灰尘指纹进行图像减法运算操作, 其具体的操作步骤为：首先选取书封面上的灰尘指纹图像（图3a）和与之背景相同的空白对照客体图像（图3b）, 在Photoshop CS6软件中, 点击“ 文件--打开” 操作打开书封面上的灰尘指纹图片和空白对照客体图片, 然后使用“ 剪裁” 和“ 标尺” 工具将指纹图片和空白对照客体照片裁剪成对应的相同的大小, 进行“ 图像--计算” 操作, 在弹出的“ 计算” 对话框中, 将“ 源1” 选定为“ 书封面上的灰尘指纹图片” , “ 源2” 选定为“ 书封面空白对照客体图片” , 将“ 混合” 选项选定为“ 减去” , 并选择源1的通道为“ 红色通道” 、源2的通道为“ 红色通道” 。点击“ 确定” 后, 即可得到相减所得的指纹图像（图3c）。调节获得的指纹图像亮度和对比度, 使其对比反差更加明显。

图3

Fig.3

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	图3 书封面上的灰尘指纹图像 （a.处理前; b.书封面空白对照; c.处理后）Fig.3 Image of dust fingerprint on book cover (a/c: before/after treatment; b. the unstained book cover)

2）使用MATLAB 2017b软件对书封面上的灰尘指纹检材进行减法操作, 其具体的操作步骤为：打开MATLAB 2017b软件, 先将检材图片和空白对照客体照片裁剪成对应的相同的大小, 然后将书封面上的灰尘指纹图像（图4a）和与之背景相同的空白对照客体图像（图4b）存入MATLAB路径文件中, 点击“ 主页--新建脚本” , 在弹出的M文件编辑器中输入如下的图像减法函数imsubtract函数的代码：

J=imread(‘ 书封面灰尘检材.jpg’ )

background=imread(‘ 书封面灰尘空白客体.jpg’ )

Jp=imsubtract(J, background)

subplot(1, 3, 1); imshow(J)

subplot(1, 3, 2); imshow(background)

subplot(1, 3, 3); imshow(Jp, [])

然后, 将其以“ Imageminus.m” 为文件名进行保存, 点击“ 编辑器--运行” , 即可输出书封面上的灰尘指纹图像和与之背景相同的空白对照客体图像相减之后得到的指纹图像（图4c）。调节所获得的指纹图像亮度和对比度, 使其对比反差更加明显。

图4

Fig.4

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	图4 书封面上的灰尘指纹图像 （a:处理前; b:书封面空白对照; c:处理后）Fig.4 Image of dust fingerprint on book cover (a/c: before/after treatment; b: the book cover for contrast)

1.2.3 同态滤波增强法

以矿泉水瓶标签上的汗液指纹为例, 使用Photoshop CS6软件的滤镜功能中的“ 高反差保留” 滤镜可以实现同态滤波的处理效果, 其具体操作步骤为：打开Photoshop CS6软件, 在菜单栏中的“ 文件--打开” 选项中打开“ 处理前的矿泉水瓶上的汗液指纹图像” （图5a）, 行“ 滤镜--其他--高反差保留” 操作, 调整半径参数的数值至图像指纹纹线最为清晰的状态, 得到“ 处理后的矿泉水瓶上的汗液指纹图像” （图5b）。对所获得的指纹图像进行亮度和对比度调节操作, 使其视觉效果的对比反差更加明显。

图5

Fig.5

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	图5 矿泉水瓶上的汗液指纹图像 （a:处理前; b:处理后）Fig.5 Image of sweat fingerprint on the bottle for containing mineral water (a/b: before/after treatment)