Телевизионные спектральные системы для криминалистических экспертиз.

Телевизионные спектральные системы для криминалистических экспертиз.

В. В. Бутусов, Н. П. Корнышев, к.т.н.,доцент, О. Ф. Родионов, В. И. Челпанов

В настоящее время для криминалистических экспертиз документов начинают широко использоваться телевизионные спектральные системы (ТСС).

Под ТСС понимается комбинированная телевизионная аппаратура, с помощью которой по типовым криминалистическим методикам обеспечивается выполнение следующих исследований:

• обнаружение различного рода подделок документов: установление в первоначальном тексте следов травления, механической подчистки, дописок, исправлений, а также установление последовательности выполнения текста, подписей и нанесения оттисков печатей и штампов (по пересекающимся штрихам);
• установление способа нанесения оттисков печатей и штампов: плоской, высокой, глубокой печатной формой, определение различий между эталонным оттиском печати и оттиском печати на документе;
• установление способа изготовления бланка документов (плоская (офсетная), высокая, глубокая печать);
• выявление наличия специальных меток, штампов, микрошрифтов и других элементов защиты на документах и ценных бумагах;
• выявление малоконтрастных, слаболюминесцирующих следов на документах;
• выявление залитых, зачеркнутых или выцветших (угасших) текстов, записей, образованных вдавленными штрихами или выполненных на копировальной бумаге и т.п.;
• выявление структуры материала документа;
• выявление структуры ткани;
• выявление загрязнений на тканях (сажи и остатков минеральных масел) при огнестрельных повреждениях и транспортных происшествиях;
• выявление замытых следов крови, а также следов крови, расположенных на пестрых, темных и загрязненных предметах.

ТСС позволяют проводить исследования в следующих режимах:

• в отраженных УФ лучах, видимых лучах и ИК лучах;
• в проходящих видимых или ИК лучах;
• люминесцентный анализ в видимой области спектра под воздействием УФ лучей;
• люминесцентный анализ в ИК области спектра под воздействием видимых лучей;
• в косопадающем свете;
• спектрозональный анализ.

Ниже на рис.1 приведены некоторые изображения фрагментов документов, полученных с помощью телевизионных спектральных систем.

Фрагмент паспорта в отраженном видимом (слева) и в ИК (справа) свете
Фрагмент паспорта в видимом косопадающем (слева) и в проходящем ИК (справа) свете
Водительское удостоверение ( ультрафиолетовая люминесценция)
Акцизная марка в отраженном видимом свете (слева) и ультрафиолетовая люминесценция номера марки и защитной полоски (справа)
Банковский билет в отражённом видимом свете (слева) и инфракрасная люминесценция защитных волокон (справа)

Рис.1. Примеры изображений фрагментов документов, полученных с помощью ТСС.

В настоящее время можно условно выделить три модельных ряда ТСС, отличающихся друг от друга назначением и, соответственно, уровнем сложности.

К первому модельному ряду следует отнести ТСС для экспресс-анализа документов на контрольных постах типа “DVC Portable (Швейцария), “Регула 4004М” (Беларусь), ТСС-3М (Россия).

Ко второму модельному ряду ТСС, предназначенному для проведения исследований документов в экспертно-криминалистических подразделениях районного и городского звена можно отнести системы типа “VSC-4 (Великобритания), “ВСК-1”, “Эксперт” (Россия).

ТСС, принадлежащими к третьему модельному ряду, предназначенному для углубленных исследований документов в экспертно-криминалистических подразделениях областного и республиканского уровней, следует считать системы типа “VSC-1”,“VSC-2000 (Великобритания) , “Docubox”, “Docuzenter” (Германия), ED-1100” (Беларусь) а также российские Эксперт-К”, “Радуга”.

Большинство ТСС выпускаются в черно-белом или цветном варианте. Достоинством черно-белого варианта является высокая чувствительность.

Цветные телевизионные спектральные системы дополнительно к возможностям черно-белых обеспечивают наблюдение цветных изображений объектов, исследуемых в видимой области спектра при прямом и косопадающем освещении, а также при люминесценции под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Это позволяет проводить сопоставительный анализ исследуемых объектов по цветовым различиям с эталонными образцами и значительно повысить эффективность выявления подделок документов и ценных бумаг, имеющих цветовые элементы защиты, например орловскую и ирисовую печать, фоновую сетку, цветные люминесцентные волокна или изображения и т.п.

Рассмотрим особенности построения ТСС каждого из перечисленного модельного ряда на примере отечественных систем ТСС-3М, «Эксперт» и «Радуга».

Телевизионная спектральная система ТСС-3М

Данная система предназначена для экспресс-анализа документов непосредственно на контрольных постах ГАИ, таможен, различных служб безопасности и т.п.

Рис. 2. Внешний вид телевизионной спектральной системы ТСС -3М.

Особенности системы:

• оперативность, простота и удобство проведения экспресс- анализа документов;
• коррекция видеосигнала для эффективного выявления люминесценции
• возможность измерения линейных и угловых размеров печатей и штампов при помощи съемных стекол с мерными сетками.

Состав системы:

• анализатор
• черно-белый (цветной) монитор с диагональю экрана 9 или 12?

Технические характеристики:

Спектральная чувствительность 365-1000 нм
Разрешающая способность 375 тел.лин
Размер контролируемого поля 32х42 мм
Размер контролируемого документа 297х210 мм
Напряжение питания 220 В
Габаритные размеры:
— анализатора 231х248х260 мм
— монитора 233х225х213 мм
Масса:
— анализатора 7 кг
— монитора 5 кг

Функциональная схема и особенности конструкции анализатора ТСС-3М

Функциональная схема анализатора ТСС-3М приведена на рис.3.

Рис. 3. Функциональная схема анализатора ТСС-3М

1.Фотоприемник;
2.Блок выбора режимов работы с узлом ввода светофильтров С2;
3.Комбинированный ИВЛ со светофильтрами С1;
4.Предметная плоскость с прозрачным окном;
5.Откидной прижим со встроенным источником проходящего света.

Особенностью ТСС-3М [Н. П. Корнышев, О. Ф. Родионов, “Телевизионная система для контроля документов”, патент №2094849, б. и. 30,1997г., Н. П. Корнышев, О. Ф. Родионов, Н. Г. Трошин,

Телевизионная спектральная система”, патент 2066930, б.и. №26, 1996г.] является конструктивное исполнение, обеспечивающее максимальную простоту, высокую оперативность и удобство экспресс-анализа документов.

Исследуемый документ устанавливается на предметную плоскость – 4 с прозрачным окном и прижимается откидным прижимом со встроенным источником – 5 проходящего света, который одновременно защищает исследуемый документ от посторонних засветок. В ТСС-3М обеспечивается фиксированная наводка на резкость в предметной плоскости.

Исследуемый документ освещается через прозрачное окно ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным светом, включаемым в комбинированном источнике возбуждения люминесценции (ИВЛ) – 3 в зависимости от выбранного режима работы блоком – 2. Блок 2 обеспечивает одновременно с включением источника света со спектром поглощения С1 ввод перед фотоприемником –1 светофильтра С2, выделяющего спектр люминесценции .

В комбинированном ИВЛ ТСС-3М имеется УФ-источник света со светофильтром УФС-5 и источник сине-зеленого света со светофильтром СЗС-21.

Набор светофильтров С2 в ТСС состоит из двух светофильтров: типа ЖС11 для выделения люминесценции в видимой области спектра под воздействием ультрафиолетового света и КС-19 для выделения инфракрасной люминесценции под воздействием сине-зеленого света.

Телевизионная спектральная система «Эксперт»

Данная система предназначена для проведения исследований документов в криминалистических лабораториях.

Рис. 4. Телевизионная спектральная система «Эксперт»

Особенности системы:

• наличие светозащитного бокса, обеспечивающего возможность работы с объемными и протяженными объектами;
• пофрагментное исследование крупногабаритных предметов путем установки анализатора непосредственно на исследуемый объект;
• увеличенные размеры поля зрения (60х90мм) и дискретное 4-х кратное изменение масштаба изображения с помощью оперативной смены объективов;
• коррекция видеосигнала для эффективного выявления люминесцирующих следов на документах в видимой и ИК областях спектра;
• наличие выполненных в виде 2-x линеек 20 светофильтров, выделяющих отдельные участки спектра в диапазоне от 400 до 1000 нм, для проведения спектрозональных исследований объектов.

Состав системы:

• анализатор;
• блок питания;
• источник света со светозащитным боксом;
• черно-белый (цветной) монитор 9″, (12”).

Технические характеристики:

Спектральный диапазон 365-1000 нм
Разрешающая способность 375 тел.лин
Размер исследуемого поля зрения 60х90, 15 х 22 мм
Напряжение питания 220 В
Габаритные размеры:
—  анализатора 306х234х256 мм
— блока питания 50х135х74 мм
— источника света 325x240x88 мм
— монитора 223х225х13 мм

Масса:
— анализатора 5,0 кг
— блока питания 1,5 кг
— источника света 2,6 кг
— монитора 5,0кг

Функциональная схема и конструктивные особенности анализатора ТСС Эксперт”

Функциональная схема анализатора ТСС Эксперт” приведена на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема ТСС “Эксперт”

1. Источник проходящего света;
2. Светозащитный бокс с откидными дверцами;
3. Комбинированный ИВЛ со светофильтрами С1;
4. Оптическая приставка с узлом ввода линейки светофильтров С2;
5. Фотоприемник.

Особенностью конструкции ТСС Эксперт” является наличие малогабаритного светозащитного бокса — 2 с откидными дверцами, внутри которого на предметной плоскости источника проходящего света – 1 располагается исследуемый объект.

Комбинированный ИВЛ – 3 аналогичен ИВЛ ТСС-3М. Оптическая приставка – 4 обеспечивает возможность дискретного 4-х кратного масштабирования за счет смены объективов, а также подфокусировку изображения исследуемого объекта, потребность в которой может возникнуть при его размещении в светозащитном боксе.

Узел ввода светофильтров позволяет вводить в задний рабочий отрезок объективов линейки со светофильтрами из стандартного набора цветных стекол.

В качестве фотоприемника используются бескорпусные черно-белые или цветные телевизионные камеры с повышенной чувствительностью фирмы “ЭВС”.

ТСС “Эксперт” за счет увеличенного набора светофильтров С2, выделяющего спектр люминесценции, позволяет по сравнению с ТСС-3М проводить более детальные спектрозональные исследования.

Телевизионная спектральная система «Радуга-2»

Данная система предназначена для проведения углубленных криминалистических исследований документов и других вещественных доказательств в экспертно-криминалистических лабораториях и центрах. Внешний вид системы показан на рис. 6.

Рис. 6. Телевизионная спектральная система «Радуга-2»

Возможности системы:

• Ввод изображения в ЭВМ и дополнительная его обработка;
• Импульсные источники освещения большой мощности;
• Плавное изменение масштаба изображения (6, 10, 16-ти кратный вариообъектив);
• Значительно увеличенные размеры поля зрения.

Особенности системы:

• высокая интенсивность освещения УФ-диапазона, обеспечивает эффективное выявление люминесцирующих объектов (фрагментов) в режиме УФЛ;
• наличие импульсных источников освещения большой мощности видимого и УФ-диапазонов, обеспечивают выявление слаболюминесцирующих объектов (фрагментов) в режиме ИКЛ и УФЛ;
• возможность изменения спектра импульсного источника видимого освещения с помощью замены дополнительных светофильтров из комплекта принадлежностей;
• возможность накопления (интегрирования) изображений при работе с ЭВМ с целью выявления слабоконтрастных фрагментов или элементов исследуемого объекта;
• большие размеры и оригинальная конструкция светозащитного бокса, позволяют исследовать объемные объекты и документы, подшитые папки;
• большие размеры поля зрения (120х160мм) и плавное 6, 10-ти и 16-ти кратным изменением масштаба изображения посредством вариообъектива;
• наличие выполненных в виде линеек 20 светофильтров, выделяющих отдельные участки спектра в диапазоне от 400 до 1000 нм, для проведения спектрозональных исследований объектов;
• ввод изображения в ЭВМ, дополнительная его обработка (в т.ч. с помощью стандартных графических редакторов), создание архива изображений;
• дополнительный источник света на ярких светоизлучающих диодах, обеспечивающий освещение исследуемой поверхности диаметром 20мм.

Состав системы:

• анализатор;
• плата ввода изображения в ЭВМ типа PCI Capture Card;
• программное обеспечение.

Технические характеристики:

Спектральны диапазон 254-1000 нм
Разрешающая способность:
— вариант черно-белого изображения 500 тел.лин.
— вариант цветного изображения 400 тел.лин
Количество светофильтров 20 шт.
Размер исследуемого поля зрения при работе:
— с 6-ти кратным вариобъективом от 112х148 мм до 21х28 мм
— с 10 кратным вариообъективом от 105х140 мм до 12х16 мм
Напряжение питания 220 В
Габаритные размеры анализатора 550х260х410 мм
Масса анализатора 15кг

Функциональная схема и особенности конструкции анализатора ТСС “Радуга”

Функциональная схема анализатора ТСС Радуга” представлена на рис. 7.

Рис. 7. Функциональная схема ТСС “Радуга”

1. Источник проходящего света;
2. Светозащитный бокс с откидными стенками;
3. Комбинированный ИВЛ;
4. Импульсный ИВЛ видимого диапазона;
5. Импульсный ИВЛ УФ-диапазона;
6. БКТ;
7. Комбинированный ИВЛ на светодиодах.

Особенностью конструкции ТСС Радуга” является наличие увеличенного светозащитного бокса , более мощных непрерывных ИВЛ УФ-диапазона ( 2х15 Вт для 254 и 365 нм), а также импульсных ИВЛ для обнаружения слаболюминесцирующих объектов в видимой и инфракрасной областях спектра. ТСС “Радуга имеет дополнительный комбинированный ИВЛ на светодиодах, с помощью которого в светозащитном боксе можно подсветить объект светом с длиной волны 470, 567, 590, 615, 626 или 655 нм в поле с диаметром около 30 мм

Рассмотрим более подробно БКТ ТСС Радуга”, которая приведена на рис. 8 .

Рис. 8. Функциональная схема БКТ ТСС “Радуга”

1.Корректирующая линза;
2.Вариобъектив;
3.Блок управления вариообъективом;
4.Узел ввода светофильтров;
5.Фотоприемник.

В БКТ использован моторизованный вариобъектив –2 фирмы COMPUTAR с кратностью масштабирования 6,10 или 16х.

Перед вариобъективом для обеспечения его работы на полях зрения от 160х120 мм с плавным увеличением масштаба на расстоянии, позволяющем минимизировать потери света от исследуемого объекта, установлена корректирующая линза – 1. С блока –3 производится управление масштабированием, фокусировкой и диафрагмой вариообъектива путем подачи на соответствующие его двигатели управляющих напряжений.

С помощью узла ввода светофильтров 4 в задний рабочий отрезок объектива вводятся светофильтры С2 из дискретного набора (линейки) цветных оптических стекол.

Конструкция узла позволяет при необходимости заменять линейки и тем, самым изменять спектральную характеристику БКТ. В качестве фотоприемника — 5 в БКТ используются бескорпусные телевизионные камеры фирмы “ЭВС” с повышенной чувствительностью черно-белого или цветного изображения.

Камера цветного изображения адаптируется для работы в широком диапазоне спектра от длинноволновой УФ-области (380нм) до ближней ИК-области спектра (1000нм).

Для этого полосовой фильтр ,стоящий перед цветной матрицей удаляется. Правильность цветопередачи при работе в видимом диапазоне спектра достигается за счет установки в дискретный набор соответствующего светофильтра, идентичного удаленному полосовому.

Видеосигнал с БКТ поступает через узел коррекции (УКВС), который позволяет увеличить контраст получаемого изображения за счет дополнительной фиксации уровня черного и усиления видеосигнала, на выход ТСС, подключаемый к устройству ввода изображений в ПЭВМ или к видеопросмотровому устройству.

Особенности работы ТСС в импульсном режиме

Обратимся к рис. 9 с временными диаграммами.

Рис. 9. Временные диаграммы процесса получения
информационного телевизионного кадра в импульсном режиме работы ТСС.

1. Кадровые синхроимпульсы (КСИ);
2. Импульс запуска вспышки;
3. Вспышка;
4. Информационный кадр;
5. Сигнал записи изображения в память.

При импульсном режиме работы ТСС необходимо обеспечить синхронизацию процессов вспышки импульсной лампы и записи следующего за вспышкой одиночного информационного телевизионного кадра.

Для этого с привязкой к КСИ (диагр.1) формируется импульс запуска (диагр. 2), который обеспечивает срабатывание импульсной лампы во время прямого хода кадровой развертки (диагр. 3) и формирование потенциального рельефа от освещенной сцены в секции накопления матрицы ПЗС.

Следующий за вспышкой телевизионный кадр является информационным (диагр. 4) и должен быть зафиксирован в устройстве памяти (диагр. 5).

Одиночный кадр особенно при визуализации малоконтрастного изображения является весьма зашумленным. Подавление шума для статичного сюжета может быть осуществлено методом суммирования сигнала в цифровой памяти за несколько циклов импульсного экспонирования с последующим усреднением по их количеству.

Несмотря на некоторые сложности в достижении синхронизации, описанный выше алгоритм может быть реализован путем управления импульсной лампой через СОМ-порт ПЭВМ и записью изображения через стандартное устройство ввода изображений, в котором поддерживается режим аппаратного просмотра OVERLAY.

В этом случае импульс запуска вспышки можно привязать к моментам обновления изображения в видеобуфере ПЭВМ и считать их некими системными кадрами, длительность которых зависит от параметров ПЭВМ и устройства видеозаписи. Для обеспечения устойчивого попадания момента вспышки в прямой ход кадровой развертки телевизионного датчика импульс запуска должен иметь регулируемую программную задержку.

Кроме этого, для фиксации информационного кадра необходимо обеспечить программный выбор одного из нескольких системных кадров, обновляющихся в видеобуфере ПЭВМ после формирования сигнала управления вспышкой.

Данный вариант управления показал себя достаточно устойчиво при работе ТСС с ПЭВМ различных модификаций, начиная от Intel PII 300 МГц, однако, для каждой системы необходимо подбирать величины задержек индивидуально.

Телевизионная лупа «Видеомышь ВМ-2»

Телевизионная лупа предназначена для исследования фрагментов документов с увеличением 40-60х .

Рис. 10. Телевизионная лупа «Видеомышь ВМ-2»

Телевизионная лупа имеет следующие режимы работы:

• широкий спектр, создаваемом путем смешивания голубого (470 нм), зеленого (567 нм) и желтого (590 нм) цветов;
• голубая область спектра (470 нм);
• в зеленая область спектра (567 нм);
• желтая область спектра (590 нм);
• красная область спектра (655 нм);
• ИК область спектра (810 нм);
• косопадающий свет в зеленой области спектра (567 нм);
• косопадающий свет в ИК области спектра (810 нм);
• ИК люминесценция.

Технические характеристики:

Разрешающая способность 375 тел.лин
Размер контролируемого поля 3х4 мм
Напряжение питания 12 В
Ток потребления, не более 250 мА
Габаритные размеры 120х75х65 мм
Масса 0,5 кг

Подключается непосредственно:

• к анализатору черно-белой ТСС любого из базовых вариантов;
• к телевизионному микроскопу;
• к коммутатору видеосигналов;
• или используется автономно в комплекте с блоком питания и монитором.

Функциональная схема и особенности конструкции ВМ-2

Функциональная схема ВМ-2 приведена на рис. 11.

Рис. 11. Функциональная схема ВМ-2

1. Фотоприемник;
2. Узел ввода светофильтра С2;
3. Комбинированный источник света на светодиодах;
4. Исследуемая поверхность документа.

Особенностью ВМ-2 является конструктивное исполнение [С. А. Архипов, А.Н. Герасимов, Н. П. Корнышев, “Устройство для считывания”, патент № 2134932, б. и. 23, 1999г.] в виде манипулятора “мышь”, позволяющее путем перемещения по поверхности документа исследовать его фрагменты с минимальными размерами 3х4 мм, что соответствует ,примерно, увеличению 45-х при выводе на монитор с размерами экрана 9 “,. В ВМ-2 предусмотрена возможность визуализации ИК-люминесценции при освещении объекта голубыми светодиодами и введения перед фотоприемником – 1 светофильтра С2 типа КС -19 с помощью узла -2 .

Таблица сравнительных характеристик ТСС для углубленных исследований документов

Анализируя технические параметры, имеющейся на рынке продаж телевизионной аппаратуры для исследования подлинности документов и других вещественных доказательств, можно констатировать наличие достаточно широкой номенклатуры ТСС, которая позволяет потребителю успешно решать его задачи.

В таблице сравнительных характеристик приведены параметры лучших отечественных и зарубежных аналогов аппаратуры для углубленных исследований документов.

При этом можно отметить достаточно высокий технический уровень ТСС российского и беларусского производства, который позволяет данным системам успешно конкурировать на внутреннем рынке с аналогичной импортной аппаратурой.

Основные тенденции развития ТСС направлены в сторону насыщения аппаратуры сервисными функциями, программно задаваемыми от ПЭВМ. В частности, работа в автоматическом режиме по заданному алгоритму исследования документов с фиксацией получаемых в различных режимах изображений, автоматизированное управление позиционированием светофильтров, масштабом и диафрагмой в БКТ.

Другим направлением развития ТСС является повышение их чувствительности, избирательности и разрешающей способности.

Повышение чувствительности связано с улучшением энергетических характеристик ИВЛ и улучшением параметров фотоприемников: чувствительности и отношения сигнал-шум.

Повышение избирательности связано с использованием узкополосных интерференционных светофильтров, позволяющих проводить более тонкую дифференциацию по спектру с целью обнаружения цветовых различий в документах, а также выделения тех или иных участков в спектре люминесценции.

Повышение разрешающей способности связано с применением полноформатных ПЗС — матриц, обеспечивающих соответствие телевизионному вещательному стандарту.

Для получения изображений с более высоким разрешением в ближайшем будущем следует ожидать применение в ТСС цифровых фотоаппаратов, адаптированных для работы в специфических условиях работы системы, в частности, в расширенном по отношению к видимой части спектральном диапазоне.