Автоматизированные баллистические идентификационные комплексы – эволюция в криминалистической технике.

Автоматизированные баллистические идентификационные комплексы – эволюция в криминалистической технике.

АНЧУКОВ Владимир Александрович
ДЕРЕНОВСКИЙ Михаил Ефимович, кандидат технических наук

Источник: журнал «Специальная Техника»

Как утверждают историки, судебно-баллистическая экспертиза, исследующая огнестрельное оружие, примененное в противоправных целях, существует более 175 лет.

Идентификационные признаки – уникальные следы, оставляемые механикой оружия на стреляных гильзах и отстреленных пулях, в основном были изучены к началу второго десятилетия ХХ века.

На их основе были сформулированы методики сравнения.

А изобретение в 1925 году сравнительного микроскопа завершило создание технической базы баллистической экспертизы, просуществовавшей практически без изменения до наших дней.

Стремительное развитие компьютерной техники и микроэлектроники в середине 80-х, в частности, появление мощных персональных компьютеров, накопителей информации большой емкости, соответствующего программного обеспечения (ПО), а также чувствительных приемников на базе ПЗС, позволило в начале 90-х приступить к разработке автоматизированных баллистических идентификационных комплексов.

С их появлением концепция создания электронных баз данных изображений поверхностей отстреленных пуль и стреляных гильз приобрела реальные очертания.

Практическое использование автоматизированных баллистических комплексов сначала за рубежом, а затем и в России подтвердило их очевидные преимущества, такие как быстроту проведения экспертизы, наглядность данных, возможность удаленного доступа к хранимой информации и другие, получаемые при работе с электронными пулегильзотеками.

Принимая во внимание огромное количество баллистических экспертиз в связи с ростом правонарушений с применением огнестрельного оружия, появлением новых видов боеприпасов и оружия, расширением его оборота, ясно, что должны быть созданы условия для возможно более широкого использования таких комплексов в деятельности правоохранительных органов РФ.

Основная техническая задача, которую необходимо было решить при разработке комплекса – создать устройство для записи в память компьютера цифровых изображений боковых поверхностей пуль и донцев гильз с соответствующим разрешением и контрастом, получить воспроизводимость изображения одного и того же объекта на разных устройствах с учетом особенностей теневой картинки микрорельефа, обеспечить отсутствие потерь информации при записи изображений деформированных объектов и т.д.

Эта задача с разной степенью успешности была решена рядом разработчиков, и в середине 90-х в России и за рубежом появились первые автоматизированные баллистические идентификационные комплексы.

Под названием автоматизированный баллистический идентификационный комплекс (АБИК) мы будем понимать функционально завершенную систему, структурно состоящую из трех основных частей:

• сканирующего устройства для получения и ввода цифрового изображения исследуемых объектов баллистической экспертизы в память компьютера;
• компьютерной платформы;
• ПО, включающего специальное ПО для управления сканирующим устройством и прикладное ПО, для работы с полученными цифровыми изображениями при проведении баллистической экспертизы.

Термин “автоматизированный” в данном случае относится как к сканирующему устройству и подразумевает получение и ввод изображения всей боковой поверхности (или значительных фрагментов) пули и донца гильзы в автоматическом режиме, так и к ПО и подразумевает возможность автоматической идентификации изображения исследуемого объекта по формируемым базам данных (БД).

С этой точки зрения, довольно распространенные микроскопы с телевизионными камерами в качестве приемника изображения, обеспечивающие получение одного кадра изображения, в силу значительной разницы потенциальных возможностей микроскопов и АБИК здесь не рассматриваются.

Очевидно, что базовым элементом АБИК является сканирующее устройство.

Именно сканирующее устройство и его конструктивные особенности обеспечивают качество первичного материала – цифрового изображения, и, в конечном счете, определяют эффективность проведения экспертизы.

Все известные сканирующего устройства содержат функционально схожие основные узлы:

• узел установки исследуемого объекта;
• узел осветителей;
• оптический блок, строящий изображение исследуемой поверхности на фотоприемнике;
• узел механики, обеспечивающий получение изображения любой части исследуемого объекта;
• фотоприемник;
• плату ввода изображения в ПК;
• плату управления исполнительными механизмами сканирующего устройства – двигателями, датчиками, осветителями и т.д.

Однако, функционально схожие узлы различаются конструктивно, в разной степени учитывая причины, влияющие на качество цифровой записи изображения.

Рассмотрим ряд таких причин.

Во-первых, это причины естественного характера.

Объекты исследований – пули и гильзы – изготовлены из металла – материала, обладающего высокой отражательной способностью, т.е. преобладанием когерентной составляющей над диффузной в отраженном свете и узким диапазоном передачи градаций в целом в получаемом изображении.

Это определяет специфические требования к осветителю.

Экспериментально установлено, что наилучший контраст при заданном разрешении обеспечивает диффузный источник небольшой мощности, исключающий блики и образование спекловой структуры (например, при использовании светодиодов), имеющий узкий диапазон излучаемых частот с целью исключения хроматических аберраций оптической системы.

Во-вторых, предметом исследований является микрорельеф на поверхности объектов, а точнее, теневая картина, формируемая микрорельефом при боковом освещении.

Следовательно, в данном случае, освещение должно быть максимально инвариантно по отношению к положению видимого участка объекта.

Иными словами, поскольку в АБИК используются стационарно установленные осветители, теневая картина должна быть воспроизводима на разных экземплярах сканирующего устройства и не зависеть (в допустимых пределах) от установки объекта.

В-третьих, пули с мест происшествий зачастую деформированы, т.е. исследуемая поверхность значительно отличается от идеального цилиндра.

Следовательно, узел механики и оптический блок должны обеспечивать получение изображения деформированных объектов с одним и тем же масштабом для эффективного проведения экспертизы.

В-четвертых, в качестве изображения используется ПЗС-матрица, параметры которой должны быть согласованы с параметрами оптической системы – увеличением, относительным отверстием, глубиной резкости – для получения оптимального разрешения на объекте.

Установлено, что оптимальное разрешение составляет 3 – 4 мкм.

При таком разрешении весь микрорельеф отображается на экране монитора и не размывается “шумом” от структуры металла.

Отметим, что все известные АБИК используют в качестве приемника черно-белую ПЗС-камеру, несмотря на отсутствие принципиальных трудностей в реализации записи объектов в цветном изображении.

Это объясняется не столько значительно меньшей чувствительностью и разрешением цветной ПЗС-камеры по сравнению с черно-белой, ее более высокой ценой, сложностями оптической схемы (при реализации RGB-камеры), сколько существенно более эффективным сопоставлением черно-белых изображений как “в ручном”, так и в автоматическом режимах.

В-пятых, исследуемые поверхности объектов экспертизы достаточно протяженны, площадь их составляет сотни квадратных миллиметров. Это определяет конструктивные особенности узла механики для получения всего (или значительной части) изображения объектов без потери информации с учетом высокого разрешения.

Таким образом, к сканеру АБИК предъявляется сложный комплекс требований, выполнение которых не всем разработчикам удается достичь одинаково эффективно.

Так, в некоторых типах АБИК используются отдельные сканеры для получения и ввода изображений пуль и гильз.

В других случаях конструкция сканера слишком сложна или требует кропотливых и длительных подготовительных операций при установке и записи объектов исследования.

При проведении идентификации пуль и гильз непосредственно на месте происшествия имеют значение вес, габариты, тип электрического питания, простота обращения с объектами и самой аппаратурой в полевых условиях и тому подобные факторы.

Эти и другие особенности функционирования и конструкции сканеров в определенной степени отражаются в заявляемых тактико-технических характеристиках АБИК – предельное разрешение, время записи поверхности и пр. (см. таблицу 1).

Дополнительную информацию для оценки оборудования дает приводимое ниже сравнение методов записи, применяемых в различных сканирующих устройствах.

Рассмотрим наиболее известные АБИК. Они представлены на рынке продукцией российских производителей:

• комплекс “КОНДОР” ( “СДЦ”, г. Санкт-Петербург), фото 1;
• комплекс “ТАИС” ( “ЛДИ-Русприбор”, г. Санкт-Петербург);
• комплекс “Арсенал” (ЗАО “Системы Папилон”, г.Миас), фото 2;.

а также зарубежной продукцией:

• комплекс IBIS (Forensic Technology Inc., Canada), фото 3;
• комплекс Drug Fire (FВI, USA).

Фото 1. Комплекс “КОНДОР” фирмы СДЦ

Фото 2. Автоматизированная система “Арсенал” предприятия “Системы Папилон”

Фото 3. Комплекс IBIS фирмы Forensic Technology Inc.

Поскольку все производители используют в той или иной степени одинаковые компьютерные платформы (обычно, персональные компьютеры типа IBM РС PENTIUM II и выше) различия комплексов, их “плюсы” и “минусы”, в основном определяются сканирующими устройствами и ПО.

Так как разница в стоимости зарубежных и российских комплексов огромна и при этом, судя по имеющейся информации и отзывам специалистов, российские АБИК, не уступая западным аналогам по основным техническим показателям, имеют лучшие сервисные возможности и более удобны в эксплуатации, уделим основное внимание рассмотрению комплексов российских производителей.

По составу оборудования заслуживают упоминания некоторые существенные отличия упомянутых АБИК.

Комплекс “КОНДОР” включает универсальное оптико-электронное сканирующее устройство (в отдельном корпусе) с двумя типами съемных кассет (для пуль и гильз), обеспечивающих удобную и быструю установку в сканер исследуемых объектов.

Устройство ввода изображения и блок управления и обработки сигналов устанавливаются в компьютере.

Комплекс “ТАИС” содержит два отдельных оптико-электронных сканирующих устройства для записи пуль и гильз соответственно, а также два компьютера, связанных между собой в сеть.

Комплекс включает два устройства ввода изображения и два блока управления и обработки сигнала, которые устанавливаются в каждый из двух компьютеров.

Комплекс “Арсенал” содержит универсальный баллистический сканер на линейной ПЗС-матрице для записи поверхности и пуль и гильз (фото 4).

Количество рабочих мест экспертов и станций ввода данных выбирается в основном по критерию объема базы данных.

Фото 4. Баллистический сканер “Папилон БС” комплекса “Арсенал”

Следует отметить, что сетевая или многоместная конфигурация комплексов АБИК является не столько их качественным отличием, сколько реализацией конкретных требований пользователей.

Главная проблема здесь заключается в обеспечении совместимости различных комплексов между собой на предстоящем этапе объединения локальных баз данных баллистической экспертизы в единую информационно-аналитическую систему разных уровней.

Рассмотрим сканирующие устройства более подробно.

Прежде всего, они различаются по методу записи исследуемой поверхности.

Существуют два основных метода записи – “кадровое” и “щелевое” сканирование.

При “кадровом” сканировании исследуемая поверхность поворачивается вокруг оси (при записи пули) или сдвигается (при записи донца гильзы) и записывается кадрами, границы которых “сшиваются” друг с другом по определенному алгоритму.

В качестве приемника изображения используется ПЗС-матрица.

При “щелевом” сканировании при каждой подвижке объекта записывается очень узкая область поверхности – строка. В качестве приемника изображения используется ПЗС-линейка.

Метод “кадрового” сканирования имеет ряд принципиальных преимуществ перед “щелевым” сканированием.

Прежде всего, это:

• более высокое качество получаемого изображения из-за более точной аппроксимации записываемой поверхности малыми площадками – кадрами по сравнению с узкими длинными полосками – строками;
• более высокая скорость записи изображений из-за значительно меньшего количества механических подвижек при сканировании;
• получение одномасштабного изображения, так как внутри одного кадра записи масштаб всегда один и тот же и определяется высокоточным производством пиксельной структуры ПЗС-матриц;
• возможность предварительного просмотра записываемого кадра поверхности исследуемого объекта, контроля качества записи изображения и его машинного анализа в реальном масштабе времени, так как каждый “текущий” кадр может быть отображен на экране монитора;
• возможность записи, как полной поверхности, так и фрагментов.

Устройство комплекса “Арсенал” использует метод “щелевого” сканирования. В комплексе “ТАИС” используется метод “кадрового” сканирования. В комплексе “КОНДОР” используется модифицированный метод “кадрового” сканирования.

Метод получил название “кадрово-фрагментной” записи и позволяет получать наиболее быстро высококонтрастное изображение с самым высоким разрешением.

Суть метода в том, что поверхность записывается кадрами, изображение которых состоит из наилучшим образом сфокусированных фрагментов.

Следует отметить, что зарубежные производители для записи поверхностей исследуемых объектов также используют в качестве приемника ПЗС-матрицы.

При этом при записи донца гильзы сканирование не используется (запоминается лишь один кадр), а при записи боковых поверхностей пуль производится “ручная сшивка” кадров и только фрагментов, а не полной поверхности.

Кроме метода записи существует ряд конструктивных отличий сканирующих устройств, определяющих удобство эксплуатации комплекса в целом. Прежде всего, это относится к способу установки исследуемых объектов в сканирующее устройство.

Например, в комплексе “Арсенал” пули приклеиваются и специально центрируются, а в комплексе “КОНДОР” используются удобные съемные держатели, позволяющие быстро установить объект экспертизы в сканирующее устройство без длительной процедуры центрирования (время установки занимает несколько секунд) из-за применения эффективной системы автоматической фокусировки при записи каждого кадра.

В комплексе “ТАИС”, в отличие от комплексов “КОНДОР” и “Арсенал”, используются два раздельных сканирующих устройства.

Немаловажными являются весогабаритные характеристики сканирующих устройств и напряжение питания. Уменьшение этих характеристик способствует созданию мобильных систем подобного класса.

Некоторые сравнительные характеристики известных комплексов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительные характеристики баллистических комплексов.

Более сложным является вопрос сравнительной оценки ПО.

Специальное ПО управляет работой сканирующего устройства и определяется применяемым методом записи и конструктивными особенностями сканирующего устройства.

Эффективно разработанное специальное ПО определяет, при прочих равных условиях, скорость и качество записи изображения исследуемых объектов, а также сервисные возможности сканирующего устройства (например, для комплекса “КОНДОР” это – просмотр объектов в режиме телемикроскопа, изменение стороны освещения объекта, “ручное” фокусирование и другие).

Прикладное ПО предназначено для работы с полученными изображениями и в той или иной степени определяет эффективность работы комплекса по проведению баллистической идентификационной экспертизы.

Прикладное ПО можно разделить на две части: общую и частную. Общая часть включает набор возможностей в обязательном порядке заявляемых всеми разработчиками.

Это – запись получаемых изображений в БД, хранение, загрузка изображений из БД на экран монитора для проведения сравнительной экспертизы в так называемом “ручном” режиме (по аналогии со сравнительным микроскопом).

К общей части можно отнести и заявленную всеми производителями возможность поиска и идентификации объектов по БД. Однако вопрос автоматического поиска требует специального рассмотрения и ряд соображений по этому поводу будет приведен ниже.

К частным аспектам прикладного ПО можно отнести набор функций, позволяющих наиболее эффективно работать с изображениями при проведении “ручной” экспертизы.

Это такие функции как масштабирование изображений, совместное движение изображений на экране монитора, измерение баллистических параметров объекта (угла наклона, ширины нарезов и др.), быстрый переход от нареза к нарезу, поворот изображения донца гильзы и многие другие.

Дополнительными, функциями прикладного ПО, например, комплекса “КОНДОР” являются:

• функция коррекции угла наклона нарезов, функция наложения изображений друг на друга с изменением коэффициента “просвечивания” – режим “калька”;
• функция вывода на экран только первичных следов или их комбинация с вторичными следами и другие.

Примеры экранных интерфейсов комплекса “КОНДОР” приведены на фото 5, системы “Арсенал” – на фото 6.

Фото 5. Экранный интерфейс комплекса “КОНДОР”

Фото 6а. Сравнение следов на пулях.

Фото 6б. Изображение дна гильзы и измеренный профиль поверхности.

В целом можно считать, что программное обеспечение всех представленных комплексов соответствует их назначению и принятой методике баллистической идентификации.

Теперь несколько замечаний по поводу автоматизации поиска и идентификации по БД.

Семилетний опыт разработки баллистических комплексов и исследование большого количества объектов – пуль и гильз – позволяет сделать осторожный вывод о том, что на сегодняшний день приемлемого формализма, выраженного в получении устойчивого математического решающего правила для автоматизации баллистической экспертизы по достаточно большим БД получить не удалось никому из производителей комплексов.

Об этом, например, свидетельствует информация о работе комплекса IBIS, полученная как в России (комплекс IBIS установлен в ЭКЦ МВД РФ), так и за рубежом.

Часто приводимая аналогия баллистической экспертизы с дактилоскопической весьма условна в силу значительной вариативности следов на пулях и гильзах, по сравнению с папиллярным рисунком.

Практически речь идет об использовании корреляционных алгоритмов для автоматизированного создания перечня объектов, содержащихся в БД, в порядке убывания степени их сходства с контрольным объектом по множеству определенных характерных признаков.

Сегодня общепризнанно, что результаты такого анализа призваны лишь максимально облегчать и ускорять рутинную часть работы эксперта, которому в любом случае приходится рассматривать подобранные объекты и давать по ним свое заключение.

Тем не менее, вопрос об автоматизации баллистической экспертизы исследуемых объектов требует особого внимания в силу важности результатов его решения и, следовательно, постановки и проведения серьезных научно-исследовательских работ.

Немаловажным является и вопрос стоимости комплексов. По результатам опроса на выставке “Интерполитех-2000” цены комплексов российских производителей приблизительно одинаковы и колеблются в пределах $15 – 25 тыс.

Учитывая, что данная цена для российских потребителей является достаточно высокой, для перспектив развития и широкого использования АБИК, актуален поиск путей ее возможного снижения.

В настоящее время подготовлен к выпуску комплекс “КОНДОР-М”, обладающий практически всеми характеристиками и возможностями комплекса “КОНДОР”, а по стоимости сравнимый с известным микроскопом МСК-1.

Несмотря на все различия в понимании задач совершенствования АБИК различными разработчиками комплексов существуют проблемы, которые должны объединять их с позиций общих стратегических целей.

Обозначим одну из них — построение единых сетей удаленного доступа и обмен данными в масштабах отдельных регионов и страны в целом.

Решение этой задачи должно предусматривать возможность взаимодействия всех АБИК, отвечающих определенному достаточному минимуму требований, определяющих необходимое качество данных пулегильзотек и возможность достоверного сравнения и идентификации изображений объектов, полученных с помощью различных комплексов.

Активное и плодотворное развитие АБИК в России дает объективные предпосылки для начала реорганизации технической базы баллистической экспертизы на качественно новом уровне.

Объективная оценка достижений всех разработчиков и принятие лучших технических решений в качестве российских стандартов для техники баллистической идентификации необходимы как для становления здоровой конкуренции, так и для достижения лучших результатов в создании эффективной техники.

Выводы:

1. Анализ мирового опыта и тенденций развития проблем идентификации в целом и судебной баллистики в частности позволяет сделать однозначный вывод о том, что альтернативы АБИК в ближайшем будущем не предвидится.

Даже сегодня существующие разработки в значительной степени повышают эффективность баллистической экспертизы и предоставляют эксперту широкие возможности, обусловленные цифровой формой записи изображений исследуемых объектов.

Кроме проведения судебно-баллистической экспертизы высокая скорость записи исследуемых объектов при высоком качестве изображения позволит использовать АБИК в создании автоматизированных информационно-поисковых систем учета табельного огнестрельного оружия.

2. Вопрос об автоматизации баллистической экспертизы исследуемых объектов требует координации усилий всех разработчиков, постановки и проведения серьезных научно-исследовательских работ с целью формулирования рекомендаций для разработки алгоритмов автоматизации идентификации исследуемого объекта по БД и выработки критериев оценки устойчивости и надежности.