Программно-аппаратный комплекс обнаружения, обработки и

Программно-аппаратный комплекс обнаружения, обработки и
регистрации в базе данных текстильных волокон для
криминалистической экспертизы
Ганченко В.В., Дорогуш А.В., Бушенко Д.А.
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.

уверенное
пространственное разрешение в 3 мкм позволяет выполнять
обнаружение
и
проводить
трассировку
протяженных
микрообъектов. Понижение пространственного разрешения приводит к
возникновению трудно устранимых проблем с выделением отдельных
микрообъектов на изображении.

обработки
установка для автоматизированной компьютерной регистрации и
пленок
специализированное
с
текстильными
устройство
волокнами
ввода
пленок,
должна
включать
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
Потенциальным
систем
потребителем
и
информационных
является
Государственный
криминалистический центр МВД Республики Беларусь.
технологий».
экспертно-