ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ТЕХНИКО-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЕ ДОКУМЕНТОВ..

ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ТЕХНИКО-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЕ ДОКУМЕНТОВ.

КОРНЫШЕВ Николай Петрович, кандидат технических наук, доцент

Источник: Журнал «Специальная техника» № 1 2007 год

 В технико-криминалистической экспертизе документов [1] используется достаточно широкий комплекс методов, в том числе люминесцентный анализ.

При освещении документов в различных спектральных диапазонах исследуют люминесценцию красителей и других химических веществ, а также бумажной основы документа.

Основной задачей обработки получаемых телевизионных изображений в рассматриваемом практическом приложении являются повышение контраста люминесцирующих объектов и снижение уровня шумов.

В данной статье рассматривается и оценивается оптимальный вариант сочетания методов внутрикадровой и межкадровой обработки видеосигнала с учетом специфики изображений люминесцирующих объектов.

В целом получаемые при люминесцентном анализе изображения следует выделить в особый класс, обладающий рядом характерных особенностей:

• отчетливо выраженная бимодальность гистограммы распределения яркости элементов изображения, причем первая и наиболее мощная мода соответствует темному фону, а вторая, менее мощная мода, – светлым объектам, расположенным на этом фоне;
• значительный динамический диапазон изменения полезного сигнала (от уровня шумов до максимального значения динамического диапазона фотоприемника);
• статический (постоянный во времени) характер сюжета.

Рассмотренные особенности позволяют применить классический способ предварительной аналоговой внутрикадровой обработки сигнала изображения, заключающийся в привязке уровня фона к уровню черного в видеосигнале и последующем усилении сигнала до максимального значения динамического диапазона в целях повышения контраста люминесцирующих объектов по отношению к фону.

Классическим и наиболее эффективным методом подавления шумов для статических изображений является межкадровая обработка (цифровое шумоподавление или накопление), заключающаяся в суммировании последовательности кадров изображения и вычислении их среднего арифметического.

В результате шумы подавляются в Ön раз, где n – число кадров накопления [2].

Эффективность процедуры, заключающейся в последовательном использовании аналоговой внутрикадровой и цифровой межкадровой обработки, иллюстрируется на фото 1.

а)

б)

в)
Фото 1. Изображение инфракрасной люминесценции штемпельной краски в паспорте:
исходное (а);
после коррекции (б);
цифрового накопления (в)

Рассмотрим выигрыш, получаемый в результате обработки сигнала изображения люминесцирующего объекта, заключающейся в последовательной аналоговой яркостной коррекции (привязка уровня фона к уровню черного и усиление) и цифровом шумоподавлении (накоплении), по сравнению с накоплением и последующей цифровой яркостной коррекцией.

Пусть динамический диапазон изменения сигнала составляет от 0 до Uмакс, уровень фона соответствует Uф, размах полезного сигнала от люминесцирующего объекта составляет Uс, а уровень шума Uш. Тогда максимальный коэффициент усиления сигнала при предварительной аналоговой обработки составит К = Uмакс/(Uмакс — Uф) = Uмакс/Uс

DU – шаг квантования сигнала по амплитуде при последующей цифровой обработке. Тогда количество получаемых градаций яркости в результате всей процедуры обработки изображения составит:

N = Uс/DU (при отсутствии предварительной аналоговой обработки) и Nо = Uмакс/DU (при наличии предварительной аналоговой обработки).

Таким образом, выигрыш в числе градаций яркости, получаемых в результате всей процедуры, составит К = Nо/N раз.

Одновременно, при предварительной аналоговой обработке в К раз увеличится величина шумов. Однако, при накоплении шум уменьшается в Ön раз. Таким образом, уровень шума для случая без предварительной аналоговой обработки составит U’ш = Uш/Ön, а для случая с предварительной аналоговой обработкой – U»ш = КUш/Ön.

Следовательно увеличение числа передаваемых градаций яркости в K раз при рассматриваемой процедуре обработки одновременно связано с ростом шума в такое же число раз.

Чтобы компенсировать эту потерю необходимо увеличить число накапливаемых кадров n при цифровом шумоподавлении в К2 раз. Для статических изображений люминесцирующих объектов увеличение времени накопления не является критичной величиной.

В качестве компромисса между временем накопления и числом получаемых в результате обработки градаций яркости может служить вариант обработки, включающий в себя последовательную аналоговую яркостную коррекцию, цифровое шумоподавление и цифровую яркостную коррекцию.

Такая последовательность действий является аналогом применяющегося в фотографии метода двойного контратипирования.

Например, для уменьшения времени накопления в 2 раза и для сохранения постоянного уровня шумов необходимо уменьшить усиление при аналоговой обработке в Ö2 раз, что будет соответствовать такому же уменьшению числа градаций яркости, получаемых при последующей цифровой яркостной коррекции.

Выводы

1. С учетом специфики изображений люминесцирующих объектов целесообразно сочетание аналоговой внутрикадровой и цифровой межкадровой обработки, а именно: коррекции видеосигнала и цифрового усреднения последовательности кадров.

2. Сочетание аналоговой внутрикадровой и цифровой межкадровой обработки уменьшает потери градационной информации по сравнению с применением исключительно цифровых методов.

Литература

1. Павлов И.В., Потапов А.И. Методы и средства контроля подлинности документов, ценных бумаг и денежных знаков. Методический комплекс. РИО СЗТУ, СПб, 2005, с. 349.
2. Цифровое телевидение. Под ред. М.И. Кривошеева. М.: Связь, 1980.