Программно-аппаратный комплекс обнаружения, обработки и регистрации в базе данных текстильных волокон для криминалистической экспертизы
, ,
Одним из основных видов криминалистической экспертизы в следственной и судебной практике является криминалистический анализ микрообъектов, таких как волокна одежды и фрагменты изделий из текстильных материалов, взятые с одежды и тела потерпевшего и преступника, а также с мест и орудий преступлений. Одной из основных задач такого экспертного исследования является установление источника их происхождения. При оценке результатов исследования принципиально важно знать свойства и строение текстильных материалов, которые являются характеристиками, образующими доказательную базу.
Текстильные материалы подразделяются на текстильные волокна, вырабатываемые из них нити и пряжу, а также текстильные изделия. К текстильным волокнам относятся волокна натурального происхождения и химические (синтетические). Последние используются в виде элементарных волокон (единичное волокно произвольно большой длины), либо в виде штапеля (кусочков элементарных волокон определенной длины).
При установлении источника происхождения волокон учитываются такие их характеристики, как окрас, макро - и микроструктура волокна, химические и физические свойства материала. Для изучения тех или иных характеристик используются соответствующие методики и технологии.
В общем случае процесс идентификации волокон с мест нераскрытых преступлений проходит в несколько последовательных стадий и в первом приближении выглядит следующим образом:
- сбор микрообъектов с мест их локализации и фиксация на поверхности специальных пленок. Результатом данного этапа является набор пленок, на которых может содержаться от сотен до сотен тысяч микрообъектов, подлежащих анализу и идентификации в криминалистических лабораториях.
- первичный отбор и приготовление препаратов с использованием светопольной микроскопии. На данном этапе все собранные образцы изучаются с использованием оптического микроскопа с низким разрешением, используя метод визуального сравнения.
- отобранные образцы исследуются с помощью более продвинутых оптических методов, таких как интерференционные, поляризационные, фазово-контрастные, люминесцентные и др. в проходящем и отраженном свете.
- Следующим этапом является исследование физико-химических свойств волокна (например, растворимость или температуры изменения фазовых состояний (плавление) и необратимого разложения).
Процесс визуального сравнения цвета позволяет существенно (в сотни и тысячи раз) сократить объем исследований, проведение которых требует использования специального оборудования. Однако этот этап является наиболее трудоемким в процессе анализа текстильных волокон и носит крайне субъективный характер. В то же время отказ от этого этапа в пользу оптического и физико-химического анализа волокон всей выборки может привести к неоправданным материальным и временным затратам на проведение исследований. Поэтому, несмотря на очевидную ненадежность, процесс визуальной фильтрации волокон по окрасу и форме представляет собой главный механизм редуцирования исходной выборки.
В проекте предполагается автоматизировать наиболее трудоемкую часть этапа визуального сравнения волокон по окрасу и форме, практически полностью устранив человеческий фактор из процесса идентификации цвета и формы волокна. Основная идея состоит в том, что весь процесс визуального сравнения выполняется с помощью технологий компьютерного зрения. Пленка с волокнами, собранными как на месте преступления или с одежды, и зафиксированными на липком слое, помещается в условия специального освещения и регистрируется с помощью приборов с высоким пространственным разрешением.
Далее выполняется компьютерная обработка, в результате которой для каждого микрообъекта, выявленного на пленке, определяются его координаты с точностью, обеспечивающей однозначное определение его местоположения. Выполняется трассирование каждого волокна, построение поперечных профилей яркости в данном спектральном диапазоне, а также расчет дифференциально-геометрических характеристик микрообъектов, таких, например, как кривизна, и построение соответствующих статистических характеристик. Полученные в результате обработки наборы признаков могут использоваться для идентификации волокон по форме и окрасу на основании тех или иных критериев, которые могут формироваться как произвольно, так и на основе анализа предъявленных образцов текстильных микрообъектов.
Участие человека криминалистического анализа волокон отнюдь не устраняется. Волокна, представляющие интерес для анализа, отбираются с поверхности пленки вручную. Оператор, взаимодействуя с программой (установкой), последовательно снимает кандидатов на дальнейшее исследование в стандартную кювету. Решение о том, считать ли данный микрообъект проходным кандидатом для дальнейшего анализа, принимает человек. Компьютерная программа лишь выполняет отбор таких кандидатов по критериям, заданным тем же оператором.
Предварительные исследования позволили определить как требования к элементам устройства для регистрации и ввода пленок с текстильными волокнами, так и требования к программному обеспечению для обработки изображений волокон. В результате проведенных исследований установлено, что:
- освещение в ультрафиолетовом диапазоне и регистрация люминесцентного отклика позволяет осуществить надежную регистрацию неокрашенных волокон, которые при обычном освещении наблюдаются неуверенно и могут быть пропущены как в процессе компьютерной регистрации, так и в процессе визуального сравнения.
- пространственное разрешение в 3 мкм позволяет выполнять уверенное обнаружение и проводить трассировку протяженных микрообъектов. Понижение пространственного разрешения приводит к возникновению трудно устранимых проблем с выделением отдельных микрообъектов на изображении.
- установка для автоматизированной компьютерной регистрации и обработки пленок с текстильными волокнами должна включать специализированное устройство ввода пленок, обеспечивающее их надлежащее освещение и регистрацию с высоким пространственным разрешением.
- в силу того, что объем данных, образующихся в процессе регистрации изображения, может достигать 1010 байт, вычислительная система, на которой выполняется анализ, должна иметь архитектуру, обеспечивающую параллельную обработку данных. Характер обрабатываемых данных и структура алгоритмов обработки позволяет использовать для этой цели систему на базе нескольких одноплатных компьютеров, объединенных общей периферийной шиной под управлением сервера, оснащенного высокопроизводительной дисковой подсистемой.
Данная работа была выполнена в рамках задания «Разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для регистрации, анализа и идентификации текстильных волокон для криминалистической экспертизы» государственной программы прикладных исследований «Создание новых оптико-электронных систем и информационных технологий». Потенциальным потребителем является Государственный экспертно-криминалистический центр МВД Республики Беларусь.
