一種基于漫水填充法的物證信息添加方法

姚瑩瑩

【摘要】本文首先對物證圖像進行預處理得到二值圖像，然后運用漫水填充法對二值物證圖像做進一步處理，得到更加清晰的物證掩碼圖。利用得到的掩碼圖將物證添加到案件現場全景圖中。實驗表明，本文的方法可以實現將物證信息添加到案件現場全景圖中，使重建的案件現場更加完整。

【關鍵字】漫水填充 掩碼 案件現場 添加

【中圖分類號】TP309 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0157—01

0、引言

在真實的案件現場中大多數情況下是利用相機對案件現場的物證和場景進行拍攝，后期利用拼接技術實現案件現場的重建。但是，由于案件現場的特殊性，現場不能長時間保留，有時候甚至會因為現場被破壞丟失一些重要物證信息，這樣就需要在重建的案件現場添加這些物證信息使案件現場更加形象完整，為后續案件過程分析帶來極大的幫助。本文采用一種基于漫水填充法的物證信息添加方法可以很好的將白色背景下物證添加到案件現場全景圖中，使物證和現場合成一體。物證添加的關鍵是創建物證的掩碼圖，掩碼圖是一個單色位圖，只有黑白兩種顏色組成。然后利用掩碼把物證復制到指定區域，而背景區被掩碼遮擋，不被復制，完成最后的物證逼真添加。基于漫水填充法的物證添加方法主要分為物證圖片預處理、漫水填充法處理和物證添加三個步驟完成。其核心在于利用漫水填充法進行處理得到去除噪聲的掩碼物證圖。

1、物證圖片預處理

對圖像進行預處理的目的是得到物證圖像的黑白掩碼圖，以便用漫水填充法做進一步處理和添加，是后續操作的準備工作。具體步驟包括：創建物證灰度圖、做純白背景和物證灰度圖的差和閾值處理。創建物證灰度圖和物證同大小的純白背景圖然后按像素作差的目的是使背景完全變為黑色，擴大背景和目標的色差，同時縮小目標內部的色差，方便下一步做閾值處理時閾值的有效選取。閾值處理模塊的核心步驟是圖像二值化。

一幅物證圖像通常由物證目標、背景及噪聲等構成。將多值的數字圖像進行二值化處理，使目標和背景分離，得到物證目標為白色，其余背景為黑色的物證掩碼圖，普遍采用的方法是通過設定某一閾值口，并以此閾值作為門限，將圖像整體數據分割成兩大部份。因為經過圖像預處理使得處于物證目標和背景內部相鄰像素間的灰度值高度相關，而處于物證目標與背景交界處兩邊的像素的灰度值有較大的差別，因此可以通過設定一個合適的閾值T，將圖像中灰度值大于T的像素歸為一類，統一設定為白色或者黑色（物證目標或背景），而將灰度值小于T的像素歸為另一類，同樣統一設定為白色或者黑色（物證目標或背景）。為了簡化程序和提高運行速度本文采用人工選取閾值的全局閾值法對圖像進行二值化處理。

2、漫水填充法

通過物證圖像預處理得到了物證圖像二值化掩碼位圖，但是物證圖像邊緣含有很多噪聲，對后期物證添加影響很大，所以本文利用漫水填充法對二值化圖像做進一步處理，得到噪聲更小的二值圖像，使添加效果更加逼真完美。

漫水填充法涉及初始種子點，目標顏色判定規則和替換顏色三個參數，是基本的種子填充算法，漫水填充算法的基本思想是首先假定區域內某一點是己知的，稱之為種子點，本文漫水填充法的初始種子點采用閾值法自動進行選取，然后算法從區域內的這點（種子）開始搜索與該種子點相鄰（四連通或八連通）的點，如果此點滿足填充條件且未被訪問過，那么填充此點，并且將這一點作為新的種子點，然后繼續地搜索下去，由內向外將填充色擴展到整個區域。本文定義的區域是四連通區域。算法從點（x，Y）開始檢測其相鄰的四個方向（上下左右）像素是否滿足填充條件，若滿足，就用填充色填充，并檢測此點的相鄰位置，一直到整個區域內的像素全部被檢測到。

漫水填充算法的步驟如下：將種子像素壓入堆棧；當堆棧非空時作如下3步操作（1）從堆棧中取出一個像素（即棧頂像素出棧）；（2）將該像素的值設置成填充色（即填充該像素）；（3）檢查每個與當前像素相鄰的4連通像素是否在邊界上或是否已設置成填充色。若不是上述兩種情況之一，則把該像素壓入堆棧，重復上述過程。

3、物證添加

經過圖像預處理和漫水填充處理得到更加清晰的物證掩碼位圖。接下來介紹如何使用掩碼位圖將物證逼真的添加到案件現場全景圖上，實現案件現場的重建。

經過圖像預處理和漫水填充處理得到更加清晰的物證掩碼位圖。以掩碼圖中的白色區域（物證區域）作為窗口，在添加過程中順序掃描掩碼圖像，當掩碼值為1時，即像素位于白色窗口內，則將像素保留并復制到案件現場全景圖中鼠標點擊的位置上；當掩碼值為0時，即像素位置白色區域外，像素點被掩碼遮擋，不進行復制處理。一直做這樣的處理直到掩碼圖像被掃描完畢，此時沒有背景的物證就被完全添加到了案件現場全景圖的指定位置。添加完一個物證，我們還可以實現點擊鼠標任意改變物證位置，并且可以設置下一個循環添加另一個目標。

4、實驗結果與分析

圖1為物證圖像的處理結果圖。圖（a）為預處理得到的二值化效果圖，圖（b）為經過漫水填充處理后的效果圖。通過圖（a）和圖（b）進行比較可以看出，圖（a）中物證周圍存在大量的噪聲，而圖（b）中物證目標邊界周圍的噪聲明顯減少，物證更加清晰。

圖2是物證添加效果圖。圖中物證圖像經過漫水填充處理后添加到全景圖上，物證周圍雖然還存在少量的白色點點，但是相比未經過漫水填充處理的效果明顯改善，使得物證目標和場景很好的融合為一體。我們通過鼠標點擊改變物證的位置并且可以設置鼠標響應函數實現一個目標添加完成后跳出循環進入另一個目標的添加循環，實現在一個場景中添加多個物證。

5、結論

本文運用漫水填充法對物證二值化圖像做進一步處理，得到更加清晰的物證掩碼圖，最后利用掩碼圖將物證添加到案件現場全景圖中。通過實驗結果可以看出，運用本文的方法進行添加后的物證目標周圍還是存在一些噪聲，使得目標和場景的融合不是很完美，這是在今后的研究中需要改進的主要目標和方向。