Элементы и устройства вычислительной техники
и систем управления
Рвачёва О.В.
(Волгоградский государственный медицинский университет) Чмутин A.M., кандидат технических наук, доцент Волгоградского государственного университета
КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ РУКОПИСНЫХ ДОКУМЕНТОВ
Компьютерная оптика имеет в своей основе богатейший арсенал теоретических моделей, от простых, использующих геометрооптическое приближение, до комплексных, использующих аппарат волновой теории, и вероятностных — квантовых. Но этот подход отнюдь не отрицает использования моделей феноменологических, и компьютерная соляризация может служить красивым примером эффективности такого расширения понятия компьютерных графических технологий.
Инструментальная технология соляризации фотоизображений работает в оптике со времен Гершеля [1] вторую сотню лет, однако возможности ее компьютерного аналога на сегодня не только не исчерпаны, но еще, подчас, даже не осознаны. И это обусловлено не столько новизной компьютерных технологий, как таковых, сколько онтологической уникальностью самой соляризации. С одной стороны, фундаментальной теории этого явления до сих пор нет ни в фотофизике, ни в фотохимии. С другой — суть его столь однозначна, что позволяет построить адекватную феноменологическую модель соляризации и без теоретических обобщений. А программная реализация модели дает тот же результат, что и натурные процедуры, — изображение — лишь в способе его получения состоит отличие компьютерной технологии от инструментальной.
Как инструментальная (фотографическая) соляризация, так и компьютерная (алгоритмическая) могут иметь естественное и искусственное происхождение. Естественное носит, выражаясь юридически, непреднамеренный характер, искусственное — предумышленный. Естественное происхождение соляризации в инструментальной ипостаси, хотя и потенциально возможно, но реализуется невероятно редко: случайная перезасветка фотоматериалов как правило сразу приводит к его отбраковке. В компьютерной ипостаси причиной соляризации часто становятся неправомерные значения параметров сканирования. Подчас последняя ситуация, получив неадекватную трактовку, становится артефактом [2]. Учитывая экзотичность тех и других эффектов соляризации естественного происхождения, не станем задерживаться на их анализе.
Много более актуальна соляризация искусственного происхождения, изучению информативных аспектов которой и посвящено настоящее сообщение. Сначала мы осветим инструментальное получение искусственной соляризации, затем компьютерное.
Для последующего сравнения обеих технологий коротко охарактеризуем классический процесс фотосоляризации. Обратимся к основам. В фототехнике принято различать две разновидности фотосоляризационного процесса. Первая, общая, или глобальная, соляризация определяется как обращение яркости (изменение ее значения на дополнительное) изображения в целом. Этот эффект утилитарен в технологическом плане (он позволяет превращать негативный фотоматериал в позитивный), но не в информационном: никакой дополнительной информации глобальная соляризация в изображение не привносит.
С точки зрения информативности интерес представляет вторая разновидность — частная или локальная соляризация, которая позволяет подчеркнуть детали изображения. В зависимости от степени этого видимого усиления можно с разной долей уверенности дифференцировать соляризованные и несоляри-зованные изобразительные фрагменты друг от друга. Иногда удается заглянуть в предысторию: выявить последовательность появления деталей в объекте, сравнить глубину планов, — возможности здесь ограничены только талантом анализатора. Известен ряд технологий получения частной фотосоляризации. Традиционно в фототехнике их именуют эффектами. Это и эффект Сабатье, и эффект Гершеля, эффекты Альберта, Клайдена и Вилларда. Не будем детализировать подробности технической реализации каждого, — все они приводят к желательному нам появлению ложного абриса, при адекватной интерпретации весьма информативного в экспертных приложениях. Каждому эффекту поставлена в соответствие физическая или химическая гипотеза, объясняющая причину его появления. Однако, общей теории, позволяющей не только объединить все известные случаи частной соляризации, но и получить прогностические оценки, не создано. Единственная количественная закономерность в этой области фототехники — открытый еще Бунзеном закон взаимозаместимости — за прошедшее столетие оброс таким количеством объективно подтвержденных отклонений от него (и даже ограничений на сами отклонения), что его становится все труднее и труднее рассматривать как некую основу единой теории частной соляризации. Необходимо, однако, заметить, что любая из перечисленных процедур оконтуривания деталей изображения не только сложна в силу своего инструментального характера, не только требует существенных временных затрат из-за длительности фотографического процесса, но и обладает изрядной долей неоднозначности в получаемом результате. Этим, наверное, можно объяснить и тот факт, что частная фотосоляризация сегодня нашла себя только в сфере искусства (см. рис. 1). Технические приложения частной соляризации нам не известны.
Ложный абрис, однако, можно получить не только в фотографическом процессе, но и используя компьютерную обработку изображения. Разница компьютерной и инструментальной технологий соляризации состоит лишь в средствах получения изображения, тогда как цель у них едина — придание изображению потребных свойств. Получение соляризации компьютерным путем привлекательнее в сравнении с классическим: это не столько
легкость реализации, возможность вариации условий (параметров), допустимость обратного и многократного преобразования одного и того же оригинала, сколько скорость процесса. Поэтому имеет смысл охарактеризовать компьютерную соляризацию в деталях.
Опишем алгоритм нелинейного преобразования яркости изображения. Он состоит из двух процедур. Первой процедурой в изображении отыскивается точка с минимальной яркостью. В популярном программном пакете Photoshop для этого на холсте сначала выделяется область, охватывающая всю исследуемую надпись, — операция произво-
Рис. 1. Художественная соляризация [3]
Рис. 2. Окно <гистограмма>
дится последовательным выполнением команд <установить функцию выделения> <очертить выделяемую область>. Далее выполняются команды <изображение> <гистограмма>. В появившемся на экране окне, показанном на рис. 2, курсор совмещается с крайней левой точкой гистограммы (тот факт, что выбранная точка именно крайняя, устанавливается по минимальному ненулевому отсчету в строке <кол-во>), после чего в строке <уровень> считывает-ся значение минимальной яркости в изображении. Это значение фиксируется, — оно будет использовано впоследствии.
Второй процедурой точки в изображении, имеющие минимальную яркость, осветляются до максимума (то есть им приписывается значение яркости 255, соответствующее белому
цвету). Для этого последовательным выполнением команд <изображение> <настройка> <кривые> открывается соответствующее окно, исходный статус которого показан на рис. 3. График в появившемся окне отображает соотношение яркости точек в изображении до и после преобразования, при этом значения первой откладываются по оси абсцисс, значения второй — по оси ординат. Если эти значения равны, график представляет собой прямую линию, наклоненную под углом 45°, как это показано на рис. 3. Началу координат соответствует 0 яркости (с ростом координат она достигает 255).
В первую очередь необходимо равномерно закрепить всю кривую с помощью якорей, для этого достаточно установить перекрестие в нужную точку и зафиксировать его левой кнопкой мыши. На участке от начала координат до 50-процентной яркости достаточно использование 5 якорей, участок с меньшей яркостью закрепляется как можно чаще. Затем на кривой отыскивается точка, соответствующая пикселу изображения, имеющему минимальную яркость. Для этого используется значение уровня, зафиксированное в первой процедуре, и выставляется якорь с соответствующими координатами на кривой. Потом якорь,
находящийся в найденной точке кривой, и все якоря, расположенные левее, последовательно поднимаются курсором и автоматически фиксируются после отжатия правой кнопки мыши. Этим достигается эффект соляризации (самые темные пикселы изображения становятся светлыми), что немедленно отображается на экране в окне с изображением надписи, — см. рис. 4.
Однако при визуальном анализе полученного изображения мы можем и не суметь сходу различить исходный текст с дописанным фрагментом по наличию соляризации в одном из них. Если, например, в изображении исследуемой надписи самый темный пиксел — один единственный, то соляризация будет на глаз просто незаметна. Это означает, что нужно осветлить самые темные пикселы в уже преобразованном на первом шаге соляризации изображении. Алгоритм преобразования аналогичен: на мастер-кривой поднимается крайний слева (нижний) якорь. Если и второй шаг не привел к визуально детектируемому различию исход-
Рис. 3. Окно <кривые> и фрагмент документа в исходном состоянии
Рис. 4. Окно <кривые> и фрагмент документа после преобразования
ного текста и дописанного фрагмента, нужно сделать третий, четвертый, ... пока в изображении не осветлятся все пикселы. В случае подделанного документа на том или ином шаге мы получим ожидаемый эффект, заключающийся в соляризации только одной части надписи (либо исходной, либо дописанной) и в отсутствии соляризации другой. Если такого эффекта нет, можно сделать вывод об отсутствии подделки. Полученная на избранном шаге преобразованная кривая фиксируется нажатием кнопки <сохранить>, тогда в дальнейшем остается возможность пробовать применить ее и к другим подозрительным надписям.
Феноменология предложенного метода, пожалуй, не очевидна, но, тем не менее, достаточно проста в своей почерковедческой ипостаси. Исходная надпись выполняется с определенной скоростью прочерчивания штрихов, присущей автору. При дописывании исходной надписи фальсификатор старается сохранить стиль написания и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.