前言
刑
侦，即刑事侦查，是指公安等机关对已经立案的案件依据法定程序进行证据收集、犯罪证实、嫌疑人查获等强制措施的行动。通常刑侦目标的主体是嫌疑人，展开侦查的范围则包括嫌疑对象位置的定位、行为的掌握、体征信息的采集。通过对复杂的案发现场进行嫌疑人残留痕迹的检测，包括现场残留的毛发、脚印、指纹及物理破坏遗留等痕迹的分析，缩小嫌疑人的候选范围，锁定目标。
当前对于嫌疑对象痕迹提取的刑侦检测技术手段包括理化检验、作案工具及DNA检验等多种方式，但这些方式大多需要烦琐的采集、提取、分析、化验等工作，会耗费大量时间、人力、物力。此类刑侦技术在提取痕迹结果期间，嫌疑目标或许早已逃逸，甚至再造成多起恶性案件。除此之外，现有的刑侦技术还存在诸多的弊端，例如，指纹采集这类高效的目标确定方式，在实际采集中需要依赖检测人员丰富的经验才能确定指纹可能存在的位置，而更多情况下则需要大量时间进行全面的人工搜索。这就需要人为地接触现场环境，难免会出现破坏现场痕迹的情况，也难以实现快速全面检测现场的要求。又例如，犯罪嫌疑人的反侦查意识越来越强，通过穿戴、擦拭等行为，或者使用电子设备隐匿作案，减少了作案痕迹残留于现场，极大地降低了现场检测到痕迹信息的可能性。在案发现场复杂且混乱的环境因素影响下，刑侦案件的破获效率大大降低，而刑侦过程原本就是执法部门和犯罪分子在争夺时间。基于以上分析，发展能够快速、高效、准确地获取目标痕迹且不破坏案发现场环境的刑侦技术至关重要。
对于刑侦领域问题，我国政府出台了相应的政策。在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确指出： 以信息化为支撑加快建设社会治安立体防控体系； 大力推进基础信息化、警务实战化； 加强打击违法犯罪、禁毒等基础能力建设； 建成与公共安全风险相匹配的突发事件应急体系； 增强突发事件预警发布和应急响应能力； 加强大中城市反恐应变能力建设。
根据党和国家的要求与号召，以及目前刑侦领域的需求。为研发高效、快速、准确的刑侦痕迹检测技术和方案，考虑到人体温度普遍高于作案现场环境温度，容易在案发现场遗留热痕迹，本书将突破点倾注于热成像技术，利用热成像技术将不可见的热辐射转化成可见的热像图，实现精准且非接触地检测犯罪痕迹。对案发现场的热痕迹目标检测、刑事案件侦查，通过红外成像技术能够将现场作案人员残留的热痕迹分布以红外图像的形式快速、全面、准确地呈现出来，实现在不破坏现场(非接触式)、不受是否有可见光限制的状态下完成现场残留热痕迹的检测，以保证现场的完整性。在实际的案发现场，犯罪嫌疑人可能通过穿戴、破坏、擦拭、遮挡等手段掩盖可检测的典型犯罪痕迹，但往往缺乏对肉眼不可见热痕迹的干预意识。而红外图像能够采集、呈现可见光条件下难以获得的热辐射信息，捕捉作案残留的细微温度信息，获得肉眼无法察觉的痕迹，为确定侦查方向、锁定犯罪嫌疑人的身份提供帮助和参考，为刑事侦查、证据提取等工作提供有力的技术支持。
针对红外成像系统所捕获的图像进行目标物体的检测、识别、跟踪是目前计算机视觉及其应用领域中的重要研究方向之一。可见光成像系统通过物体反射阳光、灯光或其他可见光源的光线而获得图像，它们反映了物体在光线反射方面的强度变化。红外成像与可见光成像在反映目标和周围环境的背景信息方面有着显著的差异，红外图像目标与背景区域的信息对比不强，并且存在待测目标边缘模糊、特征量少的问题，可见光图像的处理方法往往不一定适用于红外图像的处理。此外，红外刑侦图像目标的检测与提取还存在诸多现实困难： 第一，由于相关刑侦团队抵达案发现场的时间不一，现场残留的热痕迹受热传递、热扩散、热对流等因素的影响，加速了目标周围温度场的变化，使得目标与背景边界模糊，目标区域不清晰、不连续，目标边缘失真严重，导致无法划分目标区域，难以获得目标的真实轮廓； 第二，由于案发现场环境的复杂性与不确定性，以及犯罪嫌疑人的故意破坏、遮掩，现实中的红外刑侦图像存在类目标干扰、残缺、背景复杂等特点，加大了目标区域检测与提取的难度； 第三，由于犯罪嫌疑人作案活动的随机性与无序性，可能造成遗留的热痕迹重叠、覆盖、遮掩，使得所采集的红外刑侦图像出现严重模糊、失真等情况，极大地影响了后续刑侦工作的顺利进行。因此，刑侦图像目标检测与跟踪迫切需要设计能够处理针对以上复杂背景、存在特殊模糊等问题的红外图像目标提取、检测方法。故而，针对刑侦红外图像目标进行理论和方法的研究探索，具有非常重要的理论研究与实际应用价值。
为推进刑侦红外图像处理的研究，研发高效且精准的目标识别、提取算法，本书通过借鉴生物先天性免疫系统、适应性免疫系统，以及这两类免疫系统的协作机制在抗原检测、提取、识别中所展现出的学习、记忆、耐受和协调配合等特性，及其具备的进化学习、联想记忆、模式识别等能力，设计实现进化分布式的免疫智能计算模型，可以弥补当前复杂系统优化策略所缺乏的学习容错等特性。又由于先天性免疫、适应性免疫、补体系统、内分泌系统、神经系统之间的内在联系在免疫系统整体运行中发挥重要作用，且具有学习和遗忘机制，所以结合两类免疫与补体系统、内分泌系统、神经系统的整体运行机制和网络协同机理，并借鉴其学习和遗忘机理设计相应的免疫智能算法模型。将这些人工免疫智能模型应用于背景复杂、目标边缘模糊等特殊情况下的刑侦红外图像目标痕迹检测与提取，探索设计免疫智能刑侦红外图像处理算法。
本书所设计的免疫智能刑侦红外图像处理算法，利用生物免疫作用机理，借鉴生物免疫优异的学习、记忆、耐受和协调配合特性，能够胜任多数侦查过程中拍摄的红外图像目标检测和痕迹分析。对于案发现场背景信息较多、红外图像存在干扰的问题，设计免疫极值区域的刑侦红外图像目标提取算法、自适应生长免疫域的刑侦图像目标提取算法，有效地排除了图像中的背景干扰，提取出刑侦人员所需的热痕迹信息。对于热扩散、热传递、热对流等因素造成案发现场的热痕迹边缘模糊、深度模糊等特性，设计基于可免域免疫模板的刑侦热痕迹提取算法、免疫网络模板的刑侦红外图像提取算法、协调免疫聚类模板的刑侦红外图像目标提取算法、细胞凋亡基因调控机制的刑侦红外图像轮廓模型提取算法、细胞凋亡机制的刑侦红外图像目标恢复算法，有效地从特殊模糊、深度模糊、严重弥散的热痕迹图像中将嫌疑人的遗留痕迹检测出来，使刑侦工作人员能够分析出嫌疑人的生理特征及作案信息。对于犯罪嫌疑人的作案随机性，存在嫌疑人手部与案发现场物体表面存在接触不充分、手印重叠问题，分别设计结构形态几何生长的刑侦边缘模糊红外图像目标提取算法、红外刑侦重叠手印目标提取算法，有效地从随机分布的遗留手印图像中将犯罪嫌疑人的手部痕迹和特征检测出来。对于犯罪嫌疑人在抓捕过程中存在逃逸、隐匿等问题，设计基于运动估计的红外刑侦目标提取算法，有效地对犯罪嫌疑人的位置进行定位与实时追踪，掌握犯罪嫌疑人的行动。此外，为协助刑侦办案人员对于卷宗、档案的高效处理，设计模糊警务图像文字目标提取算法，有效地解决了警务图像因字迹褪色、模糊、消散、污染等因素影响而无法高效提取的问题。
通过本书设计的一系列免疫智能刑侦红外图像处理算法，对技术原理的解读分析由浅入深、环环相扣，既能够为技术侦查人员提供原始性技术，扩展侦查人员的技术支持，又能够通过设计的侦查方案加快对案发现场痕迹的检测分析及刑侦目标的跟踪效率，对于刑侦案件的快速破获有着重要的意义。
本书受到天津理工大学教材建设项目“人工智慧(No.JC2011)”、国家自然科学基金项目“边带模糊红外图像目标的最优可免域免疫因子网络提取研究（No.61502340）”等的支持。课题组研究生薛浩带领梁枭杰、李智、杨梦瑶等对本书内容进行了大量的整理、校验工作； 课题组研究生周子杰、白梓璇、叶溪、庞佩佩、田雪松、李凯臣等也参与了书稿的整理。此外，清华大学出版社支持本书的出版工作，清华大学出版社刘杨老师为本书提供了宝贵的建议和指导。感谢主审专家天津理工大学陈胜勇教授对本书提出指导性的意见和建议，为本书提供了专业支持与学术保障。在本书即将出版之际，对以上为本书的撰写、出版付出辛勤工作的人员表示感谢。书中有些内容引用了国内外文献，向所有被引用文献的作者表示由衷的感谢。
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者指正。
作者
2023年10月
