弹头发射痕迹计算机图像比对系统研究.pdf

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1、第24卷第4期兵工学报Vol.24No.42003年11月ACTAARMAMENTARIINov.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!弹头发射痕迹计算机图像比对系统研究"郭军曾文涵谢铁邦（华中科技大学机械学院仪器系，湖北武汉，430074）摘要弹头发射痕迹的比对是破获涉枪案件的关键之一，我国目前在这方面采用的方法都是依靠枪弹痕迹专家在比对显微镜下对所有待比的弹头逐一进行两两比对。这种低效的方法已无法适应形势发展

2、的需要。本文介绍了一种新型弹头发射痕迹计算机图像比对系统，包括系统的硬件结构，软件功能以及主要技术关键及其解决方法。该系统较好地解决了原先的弹头发射痕迹比对方法中存在的问题，实践结果表明具有较高的应用推广价值。关键词计算机应用；发射痕迹；屏幕比对；快速自动聚焦；码纹特征中图分类号D918在涉枪案件的侦破过程中，发射弹头痕迹检验的轴向截面轮廓提取发射弹头的特征痕迹，这种方作为一项完成涉案弹头的归属认定的重要刑侦技术法虽然利用了发射弹头的3维轮廓数据，相对于传被公安部门普遍采用。统的比对显微镜方式提供了更多的量

3、化信息，然而即使是同种型号的枪支，由于在制造过程中不其比对操作方法和传统的人工比对方法有着很大的可避免的加工误差和损伤，在枪管的坡膛区也会产不同，而且与国际通行的图像比对方法无法接轨，因生不可重复的，类似指纹的细节特征，在枪支的正常此事实上不便于作为替代传统比对手段的方法进行使用过程中长期保持稳定，而且会在发射的弹头上大范围推广。产生与特征一致的特征痕迹［1］。由此便能够通过本文提出的系统从与国际接轨的角度出发，首对弹头上这些特征痕迹的比对，来完成对具体枪支先采集弹头特征痕迹区域的原始图像，经处理后提的归属

4、认定。取相应的特征数据，之后将其和对应的原始图像一传统的弹头发射痕迹检验是由专业人员在比对并存入数据库供其后比对使用。显微镜下通过人工逐一两两比对的方式来实现的。系统总体上由图像采集系统和计算机比对系统这种方法存在许多不足之处：（1）效率太低由于涉两部分组成。图像采集系统的结构如图1.1所示。案弹头必须参与比对，使得并行比对无法实现，且无法在比对之前对参比弹头进行筛选；（2）管理不科学数量巨大的发案与存档弹头全部分散存于全国各地，无法进行统一、有效的管理；（3）可操作性差人眼在显微镜下长时间观察极易产生疲劳

5、，采用人工比对方法也无法从根本上提高比对的速度。因此，传统的人工比对方法已无法适应需要，有必要寻找一种改进的办法。!系统总体框架图1.1系统总体框架文献［3］提出的三维弹头检测系统从发射弹头Fig.1.1SystemFrameWork2002年8月收稿，2003年9月定稿。"国家自然科学基金资助项目（50175037）第4期弹头发射痕迹计算机图像比对系统研究505!.!分步摄像系统然，当以较小的步距来搜索时，会耗费较多时间，弹头的特征痕迹主要集中在次棱线附近的三角然而以较大的步距搜索，又不能精确的定位焦点位

6、区域。由于枪支种类的多样性和复杂性，弹头的次置。棱线区域的分布随着枪支的大小与种类有着很大的为了解决这一矛盾，先以较大的步距搜索整个不同，为了适应这种情况，设计了行程为100mm>调焦范围，确定焦点所在的区间，然后再以足够小的50mm的二维X-Y水平工作台和步距角为0.9的步距搜索这个区间，找到焦点位置，实现自动聚焦。分步旋转工作台，从而使本系统可以适应目前所有显然，系统的调焦精度取决于小步距，而系统的调焦种类的弹头特征痕迹图像的摄取，使系统具备了良速度则取决于大步距和小步距的选取。好的通用性。设系统总的调

7、焦范围为S，粗调步距为H，微调弹头特征痕迹是一种微观痕迹，必须经过光学步距为h，则总的调焦步数为系统的放大才能被人眼观察。传统上采用的光学放SH7=+（1.2）大系统是双目比对显微镜，主要目的是能够对两枚Hh参比弹头同时进行观察。在本系统中，比对的工作h由要求的聚焦精度确定，故在具体的问题中为常数，对（1.2）式两边求导，得由计算机比对系统在计算机屏幕上实现，因此其光学系统没有必要采用比对显微镜。本系统采用了一d7=1~S（1.3）dHh2H套国产万能工具显微镜的光学系统总成作为显微摄当d7像系统，其物方镜

8、头为5>，视场为!4mm，工作距=0时，7取得极小值，解上式得H="Sh.dH离65mm.实际计算时，H应取为h的整数倍，故最后的计算公!."基于熵函数的快速自动聚焦算法式为为了采集到高质量的原始弹头特征痕迹图像，H="Sh（1.4）首要前提是使系统实现高质量的自动聚焦，本系统采用了无源方式的自动聚焦系统。在求取判别函数时，为了进一步减少计算量，加无源自动聚焦是通过求取图像的某种判决函数快计算速度，利用了局部抽样