孟庆博 英瑞刚

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

计算机辅助足迹分析系统界面及漏洞改进

孟庆博 英瑞刚

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

通过对CAFI长期反复模拟测试，并再次与东大阿尔派软件开发公司合作，对原系统的界面以及存在的漏洞进行升级更改，使其具有更好的操作性、互动性、精确性。

CAFI界面 漏洞 改进

为解决我国目前在足迹检验分析中存在的检验人员能力参差不齐而导致的人为干预因素过多的问题，中国刑警学院于20世纪90年代末与东大阿尔派软件开发公司合作，研制开发出国内首创的第一代“智足-足迹步态特征分析系统”（也称为计算机辅助足迹分析系统，CAFI），为传统足迹检验分析向计算机智能化检验分析迈出了坚实的一步。

CAFI提供一个能够具有较高自动化程度的计算机软件，对取自现场的足迹图像进行处理、分析，从而得出基本的生理特性，例如身高，体重，体态，年龄等，最大程度地减少人工分析中经验程度和主观错误带来的误差。本系统利用扫描仪（CCD）、数码相机或摄像机将足迹图像输入计算机，并采用多媒体技术、图像处理技术，对痕迹图像信息进行自动获取、存储、处理、分析。该分析系统在实际办案过程中表现出来的准确性、客观性和快捷性使其具有很强的应用价值并且操作简单易学，便于普及推广，深受基础干警的欢迎，还荣获了公安部科研立项三等功等荣誉。

1 足迹自动分析系统的系统构成

CAFI（计算机辅助足迹分析系统）的目标是在Windows环境下对于足迹痕迹图像进行分析，所以开发工具使用VC++6.0进行开发，在应用程序的框架选择上，采用MFC的多文档视图结构，可以满足同时显示，处理和分析多个图片的需要。并且采用面向对象的程序设计思想，充分利用LeadTools组件和Dundas组件，能够完成在实际分析中需要进行的所有图像处理功能，并且提供了功能强大的注释功能，能够对痕迹做出各种标记，以满足鉴定的良好可视性和鉴定结果的输出的要求。CAFI系统构架如图1所示。

图1 CAFI系统构架

2 系统界面的改进

原系统在模拟测试过程中，几处出现意思混淆不清，界面缺少等现象。笔者从“帮助向导”对话框、“综合特征显示”对话框、“设置权重”对话框、“计算”菜单等四个方面对原系统进行改进。加强了原系统的可读性、可操作性的同时，也增强了原系统的分析功能。

2.1 “帮助向导”对话框的改进

在原系统中的“帮助向导”对话框中，经测试发现并没有“跖趾区跟部连线计算年龄”并且在相应的选项卡下并没有明确足迹的具体部位（掌部还是足跟部）。如“块状灰度值计算年龄”，“点状灰度值计算年龄”，这很容易对初级使用者造成迷惑。原、新系统“帮助向导”对话框如图2、3所示。

图2 原系统“帮助向导”对话框

图3 新系统“帮助向导”对话框

在新系统中的“帮助向导”对话框中，对“块状灰度值计算年龄”，“点状灰度值计算年龄”加以明确测量的位置，把帮助信息中出现的轮廓提取法计算年龄，跟压痕长轴计算年龄，后缘切线计算年龄修改为“根据赤脚足迹跟部压痕轮廓计算年龄”，“根据赤脚足迹跟压痕长轴计算年龄”，“根据赤脚足迹掌部趾压痕后缘公切线计算年龄”。并且增加了新嵌入的“根据穿鞋足迹跟部踏痕半径计算年龄”的帮助信息，完善了帮助信息的功能。

2.2 “综合特征显示”对话框的改进

新系统“综合特征显示”对话框要比原系统“综合特征显示”对话框功能强大很多，原系统把赤足足迹和穿鞋足迹混淆在一起，并且缺少穿鞋足迹的两种特征信息。而在实际办案中，绝大多数的犯罪嫌疑人所遗留下的足迹都是穿鞋足迹，其分析结果也较多采取利用跟部踏痕半径来计算。而新系统则对其加以区分，并添加了“利用穿鞋足迹跟部踏痕半径计算年龄”，实现了全面、客观的分析。原、新系统“综合特征显示”对话框如图4、5所示。

图4 原系统“综合特征显示”对话框

图5 新系统“综合特征显示”对话框

2.3 “设置权重”对话框的改进

在原系统中的“设置权重”对话框中，原系统并没有按照规律明确的把赤足足迹和穿鞋足迹分开，并且无序的混淆在一起，这非常容易造成刑事技术人员的误解，严重影响系统的效率。而新系统则对其加以区分，实现了全面、客观的分析。并且，笔者通过对500余幅图片足迹样本进行归纳分析，创建了权重值的数据库。对原系统的权重值重新进行调整。原、新系统“设置权重”对话框界面如图6、7所示。

图6 原系统“设置权重”对话框

图7 新系统“设置权重”对话框

2.4 “计算”菜单的修改

由图8和图9的对比不难看出，首先在文字说明上,新系统做到了一目了然的目的，如“根据压痕轮廓计算年龄”改成了“根据赤足足迹掌部压痕轮廓计算年龄”；“根跟压痕长轴计算年龄”改成了“根据赤足足迹跟部压痕长轴计算年龄”；“根据压痕后缘公切线计算年龄”改成了“根据赤足足迹掌部压痕后缘公切线计算年龄”。并且在计算穿鞋足迹的计算菜单中增加了“根据穿鞋足迹跟部踏痕半径计算年龄”的菜单选择，强大了穿鞋足迹计算年龄的功能。

图8 原系统“计算”菜单

图9 新系统“计算”菜单

3 系统漏洞的修改

笔者在大量测试原系统的各项功能时发现，身高的计算公式、计算身高时输入的调整放余量以及通过“根据穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄”来计算左脚样本的年龄时存在系统漏洞，一定程度上影响了系统的准确性。为此，笔者针对这三个漏洞做出如下的修改。

3.1 计算身高公式

在对原系统的计算年龄功能的测试当中，笔者发现测量后的结果都存在普遍偏大的现象，经过大量的测试后发现，错误出现在计算身高的公式上。原系统的计算公式被设置成：身高=（测量的穿鞋足迹长度+其特定鞋型的放余量）*7。而在实际应用中，身高的计算公式应该为：身高=(测量的穿鞋足迹长度-其特定鞋型的放余量)*7。从公式中可以看出，在同一种鞋型的情况下，采用两种计算方法，其结果相处甚远。原、新系统计算穿鞋足迹图例如图10、11所示。

图10 原系统计算穿鞋足迹图例

图11 新系统计算穿鞋足迹图例

经比较可以看出，同样一张穿鞋足迹样本，新旧两个系统的分析结果相差巨大。显而易见这种分析的结果是不可行的。

3.2 计算身高放余量无法输入小数部分

由身高的计算公式：身高=（测量的穿鞋足迹长度-其特定鞋型的放余量）*7可以看出，能否输入小数部分其误差区间在0～7厘米，这对分析一个人的身高来讲，这种误差是不允许的。不会对侦查员的分析案情带来丝毫的帮助，而且会影响侦查员的分析判断。原、新系统“输入调整放余量”图例如图12、13所示。

图12 原系统“输入调整放余量”图例

图13 新系统“输入调整放余量”图例

3.3 左脚“根据穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄”源代码错误

3.3.1 理论依据

蹬痕位于足迹的前掌及前尖部位，是起足的重要痕迹。根据后蹬的部位及后蹬痕面积的大小进一步将其分为趾后蹬痕和跖趾后蹬痕。

（1）趾后蹬痕。趾后蹬痕位于足迹的前尖部位，起足时拇长屈肌、趾长屈肌紧张，使趾节向下弯曲，鞋底与地面的夹角大于60°时形成的痕迹，又称抠痕。痕迹起缘位于足迹的前边呈弧形，弧度的大小可用其弦长量度，痕迹止缘一般不超过掌前沿，呈“V”形，角度可以用量角器量，在立体足迹中痕底呈一斜坡状，痕起缘和痕止缘的中点连线往往是起足用力的方向。

（2）跖趾后蹬痕。跖趾后蹬痕位于足跖区，是由跖趾关节共同参与，足底与地面的夹角小于60°时形成的，又称挖痕。跖趾后蹬痕的痕起缘位于足迹的前边缘，多呈弧形。痕止缘不超过足迹的前掌后边缘，呈“倒三角形”或“弧形”。

随着人的年龄的增长，肌肉和韧带的强度逐步下降，为了仍然能利用杠杆进行抬足跟和后蹬运动，根据杠杆平衡原理得知，就必须需要人体进行自身调整，加大力臂和阻力臂的比例，以使肌肉和韧带强度下降后，仍能抬足和后蹬等。因此，跖蹬时其支点自然会产生后移，导致起足蹬痕位置由内侧向后外侧移动，甚至移动到第五跖骨体。并且，趾蹬受力部位也由内向外依序变换。这是因为跖蹬和趾蹬是接力连续动作，跖蹬外移，趾蹬亦随之向外传递。

3.3.2 漏洞修改

当我们根据穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄时，通过如图14所示，选择“计算”-＞“根据穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄”-＞“开始选择灰度点”后，手动绘制样本图像灰度点（如图15所示）的红色方块区域，如上理论可知，该样本图片的实际年龄不会超过40岁，而系统测得的最终结果为55岁（如图16所示），显然结果是不正确的。

图14 原系统左脚穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄图例一

图15 原系统左脚穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄图例二

图16 原系统左脚穿鞋足迹掌部压痕点状分布计算年龄图例三

在实际开发过程当中，经反复调试，发现源代码错误，最后选择把“请选择足迹左右脚”对话框取消(如图17所示)，而对左脚的分析采取“图像”-＞“镜像翻转”操作。并且在“帮助”中的每一步结尾都注释“（左脚足迹，请选择“图像”-＞“镜像翻转”）”的提示信息（如图18所示）。

图17 新系统“镜像翻转”菜单

图18 新系统“镜像翻转”菜单

4 总结

CAFI（计算机辅助足迹分析系统）旨在提供一个能够具有较高自动化程度的计算机软件，对提取自犯罪现场的足迹图像进行处理、分析，从而得出基本的生理特性，例如身高、体重、体态、年龄等，最大程度地减少人工分析中经验程度和主观错误带来的误差。作为足迹分析的辅助工具，它提供了丰富的图像处理功能，强大的注释添加功能，以及多种分析手段综合运用，能够较为准确和方便的完成步态特征的分析。作者在原有系统基础上，对原系统的界面以及存在的漏洞进行升级更改，不仅增加了新系统的精确性，简化了源代码编辑，而且提高了新系统的操作性和实用性。

[1]解云，张书杰，等.中国刑事科学技术大全·痕迹检验分册[M].北京：中国人民公安大学出版社，2003.

[2]高以群，史力民.足迹检验图谱[M].北京：警官教育出版社，1996.

[3]徐立根.物证技术学[M].北京：中国人民大学出版社，1990.

（责任编辑：孟凡骞）

TP311.5

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2013-12-15

孟庆博（1981-），男，辽宁沈阳人，中国刑警学院网络犯罪侦查系讲师，硕士，主要从事网络犯罪侦查研究。