Sistemas automatizados de identificación balística: evolución de la tecnología forense.
ANCHUKOV Vladimir Aleksandrovich
DERENOVSKY Mikhail Efimovich, Candidato de Ciencias Técnicas
Fuente: revista « Equipo especial»
Según los historiadores, la balística forense, que examina las armas de fuego utilizadas con fines ilegales, existe desde hace más de 175 años.
Los rasgos de identificación (huellas únicas dejadas por la mecánica del arma en los cartuchos gastados y en las balas disparadas) fueron estudiados principalmente a principios de la segunda década del siglo XX.
A partir de ellos se formularon métodos de comparación.
Y la invención del microscopio comparativo en 1925 completó la creación de una base técnica para el examen balístico, que prácticamente no ha cambiado hasta el día de hoy.
El rápido desarrollo de la tecnología informática y la microelectrónica a mediados de los años 80, En particular, la aparición de potentes ordenadores personales y dispositivos de almacenamiento de información de alta capacidad, el software correspondiente, así como receptores sensibles basados en CCD, hizo posible que a principios de los años 90 se iniciara el desarrollo de sistemas automatizados de identificación balística.
Con su aparición, el concepto de crear bases de datos electrónicas de imágenes de las superficies de las balas disparadas y los cartuchos gastados tomó forma real.
El uso práctico de los sistemas balísticos automatizados, primero en el extranjero y luego en Rusia, confirmó su ventajas evidentes, como la velocidad de examen, la visibilidad de los datos, la posibilidad de acceder de forma remota a la información almacenada y otras obtenidas al trabajar con casquillos de balas electrónicas.
Teniendo en cuenta el gran número de exámenes balísticos en relación con el aumento de los delitos que implican el uso de armas de fuego, la aparición de nuevos tipos de municiones y armas y la expansión de su circulación, está claro que deben crearse las condiciones para la más amplia posible uso de tales complejos en las actividades de los organismos encargados de hacer cumplir la ley de la Federación de Rusia.
El principal problema técnico que hubo que resolver durante el desarrollo del complejo fue crear un dispositivo para grabar en la memoria de una computadora imágenes digitales de las superficies laterales de las balas y del fondo de los casquillos con la resolución y el contraste adecuados, para obtener la reproducibilidad de la imagen. del mismo objeto en diferentes dispositivos, teniendo en cuenta las características de la imagen de sombra del microrrelieve, garantizar que no haya pérdida de información al grabar imágenes de objetos deformados, etc.
Este problema se solucionó mediante varios desarrolladores con distintos grados de éxito, y a mediados de los años 90 aparecieron los primeros sistemas automatizados de identificación balística en Rusia y en el extranjero.
Bajo el nombre de complejo automatizado de identificación balística (ABIC) entendemos un sistema funcionalmente completo, que estructuralmente consta de tres partes principales:
- un dispositivo de escaneo para obtener e ingresar a un imagen digital de los objetos objeto de estudio mediante examen balístico en la memoria del ordenador;
- plataforma informática;
- Software, incluido software especial para controlar el dispositivo de escaneo y software de aplicación para trabajar con las imágenes digitales obtenidas al realizar un examen balístico.
El término «automatizado» en este caso se refiere tanto al dispositivo de escaneo e implica recibir e ingresar una imagen de toda la superficie lateral (o fragmentos significativos) de la bala y el fondo de la vaina en modo automático, y al software e implica la posibilidad de identificar automáticamente la imagen del objeto en estudio utilizando las bases de datos generadas (DB).
Desde este punto de vista, aquí no se consideran los microscopios más comunes con cámaras de televisión como receptor de imágenes que proporcionan un cuadro de imagen, debido a la diferencia significativa en las capacidades potenciales de los microscopios y ABIC.
Obviamente, el elemento básico de ABIC es el dispositivo de escaneo.
Es el dispositivo de escaneo y sus características de diseño lo que garantiza la calidad del material primario: la imagen digital y, en última instancia, determina la efectividad del examen.
Todos los dispositivos de escaneo conocidos contienen funcionalidad similar componentes principales:
- unidad de instalación del objeto en estudio;
- unidad iluminadora;
- unidad óptica que construye una imagen del superficie en estudio en el fotodetector;
- mecánica de nodos, que proporciona una imagen de cualquier parte del objeto en estudio;
- fotodetector;
- tablero de entrada de imágenes en un PC;
- tablero de control para los actuadores del dispositivo de escaneo: motores, sensores, iluminadores, etc.
Sin embargo, las unidades funcionalmente similares difieren en el diseño, teniendo en cuenta en diversos grados las razones que afectan la calidad de grabación de imágenes digitales.
Consideremos varias de estas razones.
En primer lugar, estas son razones de naturaleza natural.
Los objetos de investigación (balas y cartuchos) están hechos de metal, un material con alta reflectividad, es decir, el predominio del componente coherente sobre el componente difuso en la luz reflejada y el estrecho rango de transmisión de gradación en general en la imagen resultante.
Esto determina los requisitos específicos del iluminador.
Se ha establecido experimentalmente que el mejor contraste a una resolución determinada lo proporciona una fuente difusa de baja potencia que elimina el deslumbramiento y la formación de estructuras moteadas (por ejemplo, cuando se utilizan LED) y tiene un rango estrecho de frecuencias emitidas para para eliminar las aberraciones cromáticas del sistema óptico.
En segundo lugar, el tema de investigación es el microrrelieve en la superficie de los objetos, o más precisamente, el patrón de sombra formado por el microrrelieve bajo iluminación lateral.
Por lo tanto, en este caso, la iluminación debe ser tan invariable como posible con respecto a la posición del área visible del objeto
.En otras palabras, dado que ABIC utiliza iluminadores instalados permanentemente, el patrón de sombra debe ser reproducible en diferentes copias del dispositivo de escaneo y no debe depender (dentro de límites aceptables) de la instalación del objeto.
En tercer lugar, las viñetas de las escenas del crimen a menudo están deformadas, es decir. la superficie bajo estudio difiere significativamente de un cilindro ideal.
En consecuencia, la unidad mecánica y la unidad óptica deben proporcionar imágenes de objetos deformados con la misma escala para un examen efectivo.
En cuarto lugar, se utiliza una matriz CCD como imagen, cuyos parámetros deben ser coherentes con los parámetros del sistema óptico (aumento, apertura relativa, profundidad de campo) para obtener una resolución óptima del objeto.
Se ha establecido que la resolución óptima es de 3 a 4 micrones.
Con esta resolución, todo el microrrelieve se muestra en la pantalla del monitor y no se ve borroso por el “ruido” de la estructura metálica.
Tenga en cuenta que todos los ABIC conocidos utilizan el blanco y negro como receptor de una cámara CCD blanca, a pesar de la ausencia de dificultades fundamentales para grabar objetos en imágenes en color.
Esto se explica no tanto por la sensibilidad y resolución significativamente menores de una cámara CCD en color en comparación con una en blanco y negro, su precio más alto y las complejidades del diseño óptico (cuando se implementa una cámara RGB), sino más bien por la comparación significativamente más eficiente de imágenes en blanco y negro “manualmente” y en modo automático.
En quinto lugar, las superficies examinadas de los objetos examinados son bastante extensas, su área es de cientos de milímetros cuadrados. Esto determina las características de diseño de la unidad mecánica para obtener la totalidad (o una parte significativa) de la imagen de los objetos sin pérdida de información, teniendo en cuenta la alta resolución.
Por lo tanto, el escáner ABIC está sujeto a un conjunto complejo de requisitos, cuyo cumplimiento no todos los desarrolladores logran lograr de la misma manera y de manera efectiva.
Por lo tanto, algunos tipos de ABIC utilizan escáneres separados para obtener e ingresar imágenes de balas y casquillos.
En otros casos, el diseño del escáner es demasiado complejo o requiere operaciones preparatorias minuciosas y prolongadas al instalar y registrar objetos de investigación.
Al identificar balas y cartuchos directamente en el lugar del incidente, el peso, las dimensiones, el tipo de energía eléctrica y la facilidad de manejo son importantes con los objetos y el equipo mismo en el campo y factores similares.
Estas y otras características del funcionamiento y diseño de los escáneres se reflejan hasta cierto punto en las características tácticas y técnicas declaradas de ABIC: resolución máxima, tiempo de registro de superficie, etc. (ver Tabla 1).
Adicional La información para evaluar el equipo se proporciona a continuación. A continuación se muestra una comparación de los métodos de registro utilizados en varios dispositivos de escaneo.
Consideremos el ABIC más conocido. Están representados en el mercado por productos de fabricantes rusos:
- complejo “CONDOR” (COSUDE, San Petersburgo), foto 1;
- complejo “ TAIS» («LDI-Ruspribor», San Petersburgo);
- complejo “Arsenal” (JSC “Systems Papillon”, Mias), foto 2;.
así como productos extranjeros:
- Complejo IBIS (Tecnología Forense Inc., Canadá), foto 3;
- Complejo Drug Fire (FВI, EE. UU.).
Foto 1. Complejo “CONDOR” de COSUDE
Foto 2. Sistema de Arsenal automatizado de la empresa Papillon Systems
Foto 3. Complejo IBIS de Forensic Technology Inc.
Dado que todos los fabricantes utilizan, en un grado u otro, las mismas plataformas informáticas (generalmente computadoras personales como IBM PC PENTIUM II y superiores), las diferencias entre los complejos, sus «pros» y «contras» están determinadas principalmente por los dispositivos de escaneo y software.
Dado que la diferencia en el costo de los complejos extranjeros y rusos es enorme y, al mismo tiempo, a juzgar por la información disponible y las revisiones de los especialistas, los ABIC rusos, no inferiores a sus homólogos occidentales en términos Por sus indicadores técnicos básicos, tienen mejores capacidades de servicio y son más cómodos de operar, nos centraremos en considerar los complejos de los fabricantes rusos.
En términos de composición del equipo, merecen mencionarse algunas diferencias significativas entre los ABIC mencionados.
El complejo CONDOR incluye un dispositivo de escaneo óptico-electrónico universal (en una carcasa separada) con dos tipos de casetes extraíbles (para balas y cartuchos), que permiten una instalación cómoda y rápida de los objetos estudiados en el escáner.
El dispositivo de entrada de imágenes y el control de la unidad y el procesamiento de señales están instalados en la computadora.
El complejo «TAIS» contiene dos dispositivos de escaneo óptico-electrónico separados para registrar balas y cartuchos, respectivamente, así como dos computadoras conectadas a entre sí en una red.
El complejo incluye dos dispositivos de entrada de imágenes y dos unidades de control y procesamiento de señales, que están instaladas en cada una de las dos computadoras.
El complejo del Arsenal contiene un escáner balístico universal en una matriz CCD lineal para registrar la superficie y las balas. y cartuchos (foto 4).
El número de estaciones de trabajo expertos y estaciones de entrada de datos se selecciona principalmente en función del criterio del volumen de la base de datos.
Foto 4. Escáner balístico “Papillon BS” del complejo del Arsenal
Cabe señalar que la configuración de red o de múltiples sitios de los complejos ABIC no es tanto su diferencia cualitativa como la implementación de requisitos específicos del usuario.
El principal problema aquí es garantizar la compatibilidad de varios complejos entre sí en la próxima etapa de combinar bases de datos balísticas locales en un único sistema de información y análisis de diferentes niveles.
Consideremos los dispositivos de escaneo con más detalle .
Primero En general, difieren en el método de registrar la superficie en estudio.
Hay dos métodos de registro principales: escaneo de «marco» y «hendidura».
Durante el escaneo de «cuadro», la superficie en estudio gira alrededor de un eje (cuando se registra una bala) o se desplaza (cuando se registra el fondo de una vaina) y se registra en cuadros, cuyos límites se «cosen» entre sí de acuerdo con un determinado algoritmo.
Como receptor de imágenes se utiliza una matriz CCD.
Con el escaneo de “hendidura”, con cada movimiento del objeto, un área muy estrecha de se registra la superficie: una línea. Se utiliza una línea CCD como receptor de imágenes.
El método de escaneo de “marco” tiene una serie de ventajas fundamentales sobre el escaneo de “ranura”.
En primer lugar, esto :
- mayor calidad de la imagen resultante debido a una aproximación más precisa de la superficie grabada con áreas pequeñas (cuadros) en comparación con franjas largas y estrechas;
- mayor velocidad de grabación de la imagen debido a un número significativamente menor de movimientos mecánicos durante el escaneo ;
- obtener una imagen de una sola escala, ya que dentro de un cuadro de grabación la escala es siempre la misma y está determinada por la producción de alta precisión de la estructura de píxeles de las matrices CCD;
- la capacidad de obtener una vista previa del cuadro grabado de la superficie del objeto en estudio, controlar la calidad de la grabación de la imagen y su análisis automático en tiempo real, ya que cada cuadro «actual» se puede mostrar en la pantalla del monitor;
- la capacidad de grabar tanto una superficie completa como fragmentos.
El dispositivo complejo Arsenal utiliza el método de escaneo de «hendidura». El complejo «TAIS» utiliza el método de escaneo «marco». El complejo CONDOR utiliza un método de escaneo de «marco» modificado.
El método se llama grabación de «fragmento de cuadro» y le permite obtener la imagen más rápida, de alto contraste y con la resolución más alta.
La esencia del método es que la superficie se graba en cuadros, la imagen de los cuales se componen de los fragmentos mejor enfocados.
Cabe señalar que los fabricantes extranjeros también utilizan matrices CCD como receptor para registrar las superficies de los objetos en estudio.
En este caso, cuando se graba la parte inferior de la vaina, no se utiliza el escaneo (solo se recuerda un cuadro), y cuando se registran las superficies laterales de las balas, se utiliza la «costura manual» de los cuadros y solo los fragmentos, y no la superficie completa. se realiza.
Además del método de grabación, existen una serie de diferencias constructivas entre los dispositivos de escaneo que determinan la facilidad de uso del complejo en su conjunto. En primer lugar, esto se relaciona con el método de instalación de los objetos en estudio en el dispositivo de escaneo.
Por ejemplo, en el complejo Arsenal, las balas se pegan y se centran especialmente, y en el complejo CONDOR se utilizan soportes extraíbles convenientes que le permiten instalar rápidamente el objeto de examen en el dispositivo de escaneo sin un procedimiento de centrado prolongado (el tiempo de instalación toma varios segundos) gracias al uso de un eficaz sistema automático de enfoque al grabar cada cuadro.
El complejo “TAIS”, a diferencia de los complejos “CONDOR” y “Arsenal”, utiliza dos dispositivos de escaneo separados.
También son importantes las características de peso y tamaño de los dispositivos de escaneo y el voltaje de suministro. La reducción de estas características contribuye a la creación de sistemas móviles de esta clase.
Algunas características comparativas de complejos conocidos se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1. Características comparativas de complejos balísticos.
Más La cuestión de la evaluación comparativa del software es compleja.
Un software especial controla el funcionamiento del dispositivo de escaneo y está determinado por el método de grabación utilizado y las características de diseño del dispositivo de escaneo.
Un software especial desarrollado eficientemente determina, en igualdad de condiciones, la velocidad y la calidad de la grabación de imágenes de los objetos en estudio, así como las capacidades de servicio del dispositivo de escaneo (por ejemplo, para el complejo CONDOR esto es visualización de objetos en modo telemicroscopio, cambiando el lado de iluminación del objeto, “enfoque manual y otros).
El software de aplicación está diseñado para trabajar con imágenes recibidas y, en un grado u otro, determina la eficiencia del complejo para realizar exámenes de identificación balística.
El software de aplicación se puede dividir en dos partes: general y específica. La parte general incluye un conjunto de capacidades que son obligatorias declaradas por todos los desarrolladores.
Esto es registrar las imágenes resultantes en la base de datos, almacenarlas y cargarlas desde la base de datos en la pantalla del monitor para realizar un examen comparativo en el llamado modo “manual” (por analogía con un microscopio comparativo).
La parte general incluye la capacidad de buscar e identificar objetos de la base de datos declarada por todos los fabricantes. Sin embargo, el tema de la búsqueda automática requiere una consideración especial y a continuación se brindarán una serie de consideraciones al respecto.
Aspectos particulares del software de aplicación incluyen un conjunto de funciones que le permiten trabajar de manera más efectiva con imágenes cuando realizar un examen “manual”.
Se trata de funciones como escalado de imágenes, movimiento conjunto de imágenes en la pantalla del monitor, medición de los parámetros balísticos de un objeto (ángulo de inclinación, ancho de estriado, etc.), transición rápida de estriado a estriado, rotación de la imagen de la parte inferior de la manga y muchos otros.
Las funciones adicionales del software de aplicación, por ejemplo, el complejo «CONDOR» son:
- función para corregir el ángulo de inclinación del estriado, función para superponer imágenes entre sí cambiando el coeficiente de “translucidez” – modo de calco;
- función para mostrar solo trazos primarios o su combinación con trazos secundarios y otros.
En la foto 5 se muestran ejemplos de interfaces de pantalla del complejo CONDOR, en la foto 6 del sistema Arsenal.
Foto 5. Interfaz de pantalla del complejo “CONDOR”
Foto 6a. Comparación de marcas en balas.
Foto 6b. Imagen de la parte inferior de la manga y perfil de superficie medido.
En general, podemos suponer que el software de todos los complejos presentados corresponde a su propósito y a la metodología aceptada para la identificación balística.
Ahora algunos comentarios sobre la automatización de la búsqueda e identificación utilizando la base de datos.
Siete años de experiencia en el desarrollo de sistemas balísticos y el estudio de una gran cantidad de objetos (balas y cartuchos) nos permiten sacar la cautelosa conclusión de que hasta la fecha ninguno de los fabricantes ha podido obtener un formalismo aceptable, expresado en obtener una regla de decisión matemática estable para automatizar el examen balístico para complejos de bases de datos suficientemente grandes.
Esto, por ejemplo, se evidencia en la información sobre el funcionamiento del complejo IBIS, obtenida tanto en Rusia (el complejo IBIS está instalado en el ECC del Ministerio del Interior de la Federación de Rusia) y en el extranjero.
Una analogía frecuentemente citada del examen balístico con las huellas dactilares es muy condicional debido a la significativa variabilidad de las huellas en las balas y cartuchos, en comparación con el patrón papilar.
En la práctica, estamos hablando del uso de algoritmos de correlación para la creación automatizada de una lista de objetos contenidos en la base de datos, en orden descendente de su grado de similitud con el objeto de control según una variedad de características específicas.
Hoy en día se acepta generalmente que los resultados de dicho análisis sólo pretenden facilitar y acelerar al máximo la parte rutinaria del trabajo del experto, quien en cualquier caso debe examinar los objetos seleccionados y dar su opinión sobre ellos.
Sin embargo, la cuestión de la automatización del examen balístico de los objetos en estudio requiere una atención especial debido a la importancia de los resultados de su solución y, en consecuencia, a la formulación y realización de un trabajo de investigación serio.
La cuestión de el costo de los complejos también es importante. Según los resultados de una encuesta realizada en la exposición Interpolitex-2000, los precios de los complejos de los fabricantes rusos son aproximadamente los mismos y oscilan entre 15.000 y 25.000 dólares.
Teniendo en cuenta que este precio para los consumidores rusos es bastante alto, para las perspectivas de desarrollo y uso generalizado de ABIC, es relevante buscar formas de reducirlo.
Actualmente, el complejo CONDOR-M, que tiene casi todas las características y capacidades del complejo CONDOR, y en costo comparable al conocido microscopio MSK-1.
A pesar de todas las diferencias en la comprensión de las tareas de mejorar ABIC por parte de varios desarrolladores de De los complejos, hay problemas que deben unirlos desde el punto de vista de objetivos estratégicos comunes.
Denotemos uno de ellos — construir redes unificadas de acceso remoto e intercambio de datos a escala de las regiones individuales y del país en su conjunto.
La solución a este problema debe prever la posibilidad de interacción de todos los ABIC que cumplan con un cierto mínimo suficiente de requisitos que determinan la calidad requerida de los datos a prueba de balas y la posibilidad de comparación e identificación confiables de imágenes de objetos obtenidos utilizando varios complejos.
El desarrollo activo y fructífero de ABIC en Rusia proporciona requisitos previos objetivos para el inicio de la reorganización de la base técnica del examen balístico a un nivel cualitativamente nuevo.
Una evaluación objetiva de los logros de todos los desarrolladores y la adopción de las mejores soluciones técnicas, ya que los estándares rusos para la tecnología de identificación balística son necesarios tanto para el establecimiento de una competencia sana como para lograr mejores resultados en la creación de tecnología efectiva.
Conclusiones:
- Un análisis de la experiencia global y las tendencias en el desarrollo de los problemas de identificación en general y de la balística forense en particular nos permite sacar una conclusión inequívoca de que no existe una alternativa al ABIC en un futuro próximo.
Incluso hoy en día, los avances existentes aumentan significativamente la eficacia del examen balístico y brindan al experto amplias oportunidades gracias a la forma digital de registrar imágenes de los objetos en estudio.
Además de realizar un examen balístico forense, el alto La velocidad de grabación de los objetos en estudio con alta calidad de imagen permitirá el uso de ABIC en la creación de sistemas automatizados de recuperación de información para el registro de armas de fuego de servicio.
2. La cuestión de la automatización del examen balístico de los objetos en estudio requiere coordinar los esfuerzos de todos los desarrolladores, establecer y realizar un trabajo de investigación serio con el fin de formular recomendaciones para el desarrollo de algoritmos para automatizar la identificación del objeto en estudio utilizando la base de datos. y desarrollar criterios para evaluar la estabilidad y la confiabilidad.
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