10005

В компьютере операция растрирования выполняется автоматически при отправке изображения на печать.

Основы цифровой обработки изображений. В практике приме-

нения фотографии при фиксации и исследовании объектов цифровыми средствами довольно часто возникает необходимость коррекции качества получаемых изображений, повышения их информативности. На изображениях, полученных при низкой освещенности или в результате применения методов фотографирования в невидимой зоне спектра, детали могут быть выявлены достаточно слабо. Изображения, полученные в условиях недостаточного освещения, характеризуются невысоким контрастом. Невысок контраст выявляемых деталей при исследовании объектов-документов с выцветшими, вытравленными, залитыми текстами. Иногда при съемке сл едов получают изображение со слишком высоким контрастом, на котором потеряны детали в светах и тенях. Такие изображения можно улучшать цифровой обработкой, применяя методы изменения яркости и контраста, произвольно задавая вид градационной кривой, используя способы фильтрации деталей цифровых изображений. Возможности по обработке изображений обеспечиваются программами – графическими редакторами, самым распространенным из которых является Adobe Photoshop.

Яркость и контраст цифровых изображений можно изменять двумя путями: линейно и нелинейно. При линейной коррекции яркость и контраст изменяются на определенную величину2 по всей площади изображения в пределах от –100 до +100. В программе Adobe Photoshop линейное изменение яркости и контраста осуществляется с помощью функции «Яркость/Контраст». Нелинейная коррекция яркости и контраста осуществляется с помощью функции «Кривые», имеющейся в программе Adobe Photoshop, при этом яркость и контраст цифровых изображений можно изменять, задавая вид градационной кривой.

Градационная кривая в компьютерной фотографии – это про-

извольно моделируемая зависимость (график), применяемая для установления зависимости изменения входных и выходных значений яркостей точек изображения. Выходными значениями являются значения яркости, подвергнутые пересчету. Градационная кривая является компьютерным аналогом характеристической кривой традиционного фотоматериала. В простейшем случае градационная кривая представляет собой прямую линию, проходящую под углом

2 В цифровых изображениях яркость каждого элемента или каждой из его цветовых составляющих выражается численными значениями от 0 до 255.

151

45о (рис. 39). Яркости изображения при этом остаются без измен е- ний, и выходные значения непосредственно соответствуют входным. Изменяя вид градационной кривой, можно в широких пределах изменять яркости и контраст цифрового изображения.

Фильтрация деталей цифровых изображений. Информация,

содержащаяся в фотографическом изображении независимо от средств ее фиксации, подразделяется на различные по величине детали, которые составляют спектр пространственных частот объекта: низкие пространственные частоты (крупные детали) и высокие (мелкие детали).

Частотные свойства видеоинформации используют при цифровой обработке изображений.

Рис. 39. Градационная кривая

Цифровая съемка состоит в измерении яркостей объекта светочувствительным датчиком. При этом чем мельче детали объекта, тем чаще светочувствительные датчики замеряют максимальные и минимальные яркости на границах деталей, тем выше частота аналогового сигнала (см. рис. 40). Аналогично, чем крупнее детали, тем более низкая частота сигнала им соответствует.

Такой способ представления изображения удобен для фильтрации отдельных частот видеоинформации при математической обработке.

152

В программах-графических редакторах содержится большой арсенал цифровых фильтров, применение которых позволяет повышать резкость изображения, выделять контуры деталей, устранять помехи и исправлять пространственные искажения изображений, а также некоторые ошибки в освещении объектов. Среди них различают два основных класса фильтров: фильтры высоких и низких частот.

Рис. 40. Представление деталей цифрового изображения частотами

При решении криминалистических задач большое практическое значение имеют фильтры высоких частот. Они дают возможность выявлять мелкие детали, имеющие высокую идентификационную ценность, и повышать резкость изображения. Для этих целей используют цифровые фильтры, усиливающие незначительные различия в яркостях на границах деталей или в зоне контура объекта.

153

Повышение резкости достигается усилением перепадов яркостей на границах смежных участков изображения и в зоне контура объекта. Значения яркостей, измеренные светочувствительным датчиком в этих участках, представляют сглаженную ступенчатую кривую (рис. 41 а). Для повышения резкости программа находит в изображении зоны, где перепады (изменения) яркостей наиболее значительны, и усиливает их таким образом, чтобы светлые элементы сделать более светлыми, а темные – еще более темными. Последовательность математических преобразований при решении данной задачи следующая: оценивая интенсивность изменения яркостей на двух смежных участках, программа находит первую производную этого значения (рис. 41 б), затем устанавливает зоны с наиболее сильными перепадами яркостей, для чего находит вторую производную (рис. 41 в) этого перепада яркостей, приходящегося на начало и конец зоны перехода. Для усиления вторая производная инвертируется и суммируется с выходным значением (рис. 41 г).

а

б

в

г

Рис. 41. Изменение яркости в зоне контура (а), его первая (б)

и вторая (в) производные. На графике (г) показано изменение яркости после коррекции резкости контуров

154

Такая обработка изображений приводит к появлению светлых и темных контуров на смежных участках двух яркостей, к существенному повышению резкости деталей.

При фильтрации высоких частот программы находят элементы изображения малой протяженности с перепадами яркостей на границах смежных участков и в результате математического преобразования усиливают их, и тем самым делают мелкие детали более различимыми. Применение фильтров высоких частот может приводить к появлению помех (шумов) на изображении, особенно при высокой степени его коррекции.

Шумы представляют собой точки на изображении с произвольными значениями яркостей, которые программа воспринимает как мелкие детали. Повышая резкость полезных деталей, она автоматически повышает резкость и мешающих. К сожалению, данная математическая функция не в состоянии отличать полезные детали от помех. Поэтому при фильтрации высоких частот рекомендуют ограничиваться такой обработкой, при которой полезные детали получают достаточную резкость, а диапазон выявления помех еще не достигнут.

Мелкие детали, являющиеся помехами, например фактура бумаги, тканей, при выявлении слабовидимого устраняются с помощью фильтра низких частот в изображении. Операция фильтрации низких частот устраняет и различные дефекты изображения (пыль, царапины). Применение такого фильтра приводит к смягчению резкости изображения.

Для подавления шумов и устранения отдельных дефектов в изображении применяют рангово-порядковые фильтры низких частот, выравнивающие яркости. Принцип их работы состоит в сортировке значений яркостей на определенном участке изображения (обычно размером не более трех-пяти элементов изображения) и их выравнивания, т. е. снижения яркостей, которые значительно отличаются от среднего значения на данном участке. При этом можно устранить отдельные мешающие детали (дефекты), не изменяя контраста полезных. При использовании таких фильтров можно произвольно задавать область, определяющую количество элементов, в пределах которой значения яркостей усредняются. Чем больше радиус зоны сортировки, тем шире диапазон ошибок, которые могут быть скорректированы. Однако при фильтрации лучше ограничиться областью, радиус которой составляет не более трех элементов, так как ее расширение может привести к возникновению искажений изображения и потере деталей. Следует отметить, что методы циф-

155

ровой фильтрации как низких, так и высоких частот реализуются стандартными функциями программы Adobe Photoshop.

4.Особенности съемки и обработки изображений

сиспользованием средств цифровой фотографии

Появление цифровых фотографических средств значительно модернизировало известные методы криминалистической фотографии (репро-, макро, микрофотографию, съемку в невидимой зоне спектра и контрастирующую фотографию), устраняя из процесса изготовления снимков наиболее сложные и рутинные операции (приготовление растворов, обработка фотоматериалов), упрощая ряд сложных исследовательских методов (суммирование изображений, фотографическое маскирование, фильтрация деталей, спектрозональная съемка). Вместе с тем, необходимо учитывать и ряд особенностей их использования.

Особенности съемки с использованием средств цифровой фотографии. При использовании цифровых средств съемки в криминалистической фотографии неизменными остаются правила и рекомендации размещения объекта, выбора масштаба съемки, установки освещения и т. п. Они достаточно подробно освещены в литературе по криминалистической фотографии. Поэтому в данной лекции рассматриваются только особенности применения компьютерных методов исследовательской фотографии: выбора технических средств для фотографирования объектов, параметров съемки, организации освещения.

Репродукционная съемка плоских объектов (документов) и поверхностных следов осуществляется с помощью планшетных сканеров. Они позволяют с достаточным контрастом воспроизводить штриховые оригиналы, передавать в изображении яркостные и цветовые оттенки полутоновых и многоцветных оригиналов, обеспечивая строгую равномерность освещения. Задачи репродукционной фотографии для оригиналов – черно-белых и цветных, штриховых и полутоновых реализуются при выборе соответствующих параметров съемки для каждого из них.

Сканирование может производиться из любой графической программы (программы обработки изображений в среде Windows) –

Adobe Photoshop, Photo Enhancer, Photo Editor и др., поддержива-

ющей стандарт TWAIN.

Макросъемка объемных предметов и следов производится с использованием цифровых фото-, теле-, видеокамер и проекционных

156

сканеров. Крупногабаритные объекты (длинноствольное огнестрельное оружие, одежду) фотографируют с помощью цифровых любительских фотокамер. Объекты средних размеров (орудия взлома, пистолеты, ножи, замки) и более мелкие (пули, гильзы, пломбы, детали взрывных устройств) фотографируют с помощью студийных цифровых фотокамер, проекционных сканеров, или цифровыми теле- и фотокамерами, установленными на фотографических установках типа «Уларус».

Макросъемка при небольших масштабах от 1:10 до 2:1 посредством указанных средств не вызывает затруднений. Однако большинство из них не рассчитано на производство съемки при больших увеличениях. Так, бытовые телекамеры (системы наблюдения), которыми укомплектованы экспертные лаборатории Волгоградской академии МВД России, рассчитаны на проведение съемки в масштабе от 1:10 до 1:1 и от 4:1 и выше, следовательно, широкий круг объектов выпадает из сферы экспертного исследования. Восполнить этот пробел возможно посредством применения профессиональных цифровых фотокамер, предназначенных для макросъемки, проекционных сканеров, бытовых видеокамер форматов VHS, VHS-C, miniDV и других, имеющихся в экспертных подразделениях МВД. Благодаря объективам с переменным фокусным расстоянием такие видеокамеры могут обеспечивать при съемке диапазон увеличений от 1:10 до 5:1 при достаточно больших предметных расстояниях

(около 30-40 мм).

Светоприемники современных цифровых средств обладают очень высокой чувствительностью (не ниже 400 ед.ISO). При съемке трасологических, баллистических следов и других объектов, где основным средством выявления идентификационных признаков служат различные виды направленного света, качество изображения снижается из-за неравномерности освещения, появления бликов по центру кадра. Вследствие этого недостатка невозможна съемка с их помощью объектов и следов при светлопольном освещении.

При высокой освещенности и наличии на поверхности объекта бликующих деталей светоприемная поверхность матриц или линеек заполняется избыточными зарядами, которые «перетекают» в соседние ячейки, что приводит к дефектам изображения в виде светлых полос. Это явление получило название «блуминг». Оно устраняется при рассеянном освещении, которое получают: экранированием осветителей, молочными фильтрами, помещая объект в «световой колодец», ограничивая световой поток диафрагмой, применяя поляризационные фильтры.

157

Более жесткие, чем в традиционной фотографии, требования предъявляются и к равномерности освещения, поскольку даже незначительные отклонения от равномерности могут привести к значительной «зашумленности» получаемого изображения на отдельных участках.

Для микросъемки объектов используют микрофотографические установки, состоящие из микроскопа (типа МБС или МСК) и соединенной с ним теле -, видеоили цифровой фотокамеры. Они позволяют исследовать объекты в широких пределах увеличений, предъявляя те же требования к освещению, что и при микросъемке.

Спектральная чувствительность светоприемников в цифровой фотографии – от 200 до 1100 нм (некоторые устройства – до 1500 нм в ИК-диапазоне), что позволяет использовать их при проведении исследований в невидимой зоне спектра.

В УФ-фотографии применение цифровых средств возможно как при съемке в отраженных УФ-лучах, так и видимой люминесценции. Результаты, получаемые при съемке в отраженных УФ-лучах, сопоставимы по качеству с результатами на традиционных фотоматериалах, а по ряду показателей их превосходят. Так, элементы штрихов вытравленного текста на изображениях, получаемых с помощью цифровых средств, имеют более высокий контраст, чем основной текст. Традиционный же метод не дает существенных различий между данными элементами исследуемого объекта. С помощью цифровых средств упрощается съемка видимой люминесценции, поскольку светоприемники цифровых фотоаппаратов и видеокамер более интенсивно реагируют на видимое световое излучение, чем на ультрафиолетовое. Поэтому при фотографировании нет необходимости применять заградительные светофильтры. Отсутствие аккумулирующей способности у светоприемников цифровой техники затрудняет регистрацию люминесцентного свечения низкой интенсивности. До некоторой степени устранить этот недостаток можно, используя в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах режим съемки при низкой освещенности, а также методы цифровой обработки изображений.

Съемка в ИК-зоне с использованием цифровых средств дает положительные результаты при съемке объектов в отраженных и проходящих ИК-лучах, позволяя выявлять залитые и заклеенные записи в документах. Однако инфракрасное люминесцентное свечение из-за слабой его интенсивности зарегистрировать достаточно сложно. Для увеличения его энергетической мощности необходимы эффективные источники возбуждающего излучения свечения (люминесцентные газоразрядные лампы, лазеры и др.).

158

Качество получаемых в результате съемки цифровыми средствами изображений зависит от такой характеристики технических средств (видео-, теле-, цифровых фотокамер и печатающих устройств), как разрешающая способность3. Разрешающая способность устройств (ввода и вывода) показывает минимальный размер точки, различаемой устройством ввода и воспроизводимой устройством вывода. Устройства с более высоким разрешением позволяют работать с мелкими деталями и обеспечивают лучшее качество воспроизведения изображения (например, принтер с разрешением 1200 точек на дюйм обеспечивает более высокое качество, чем принтер с разрешением 600 точек на дюйм). Разрешение при съемке с использованием цифровых средств следует выбирать так, чтобы обеспечить выявление всех значимых мелких деталей объектов и следов (трасс следа скольжения, номерных знаков на оружии и т. д.).

Особенности методов цифровой обработки изображений.

Цифровое представление изображения в компьютере позволяет в последующем обработать его программными средствами. Компьютерные программы обработки изображений (например, Adobe Photoshop) позволяют улучшить качество изображения и выделить из имеющейся информации необходимую для расследования.

Потребность улучшения качества изображений определяется как погрешностями (аппаратными ошибками) при вводе изображений (например, светофильтры сканера могут привести к преобладанию красного тона в изображении), искажениями, вызванными оптическим или отображающим оборудованием (например, когда круг выглядит овальным из-за того, что на мониторе масштаб изображения различен по ширине и высоте), так и отличающимися условиями съемки (изменением освещенности, различным спектральным составом источников света и т. д.).

При проведении экспертных исследований очень часто требуется выделить из имеющегося фотографического изображения слаборазличимые и невидимые криминалистические признаки объектов. Подобного рода задачи возникают при фотографировании малоконтрастных объектов (следов), объектов, имеющих широкий интервал яркостей, и при получении изображений в условиях низкой освещенности (например, на месте происшествия).

3 Необходимо различать единицы измерения разрешения: принтер в буквальном смысле наносит на бумагу точки, поэтому и разрешение его измеряется в точках на дюйм (dot per inch – dpi); изображение же состоит из пикселов, а значит, характеризуется числом пикселов на дюйм (pixel per inch – ppi).

159

Для решения этих задач, как и в традиционной технологии, вначале используют первичные методы изменения контраста, так называемые аналоговые методы, применяемые на стадии съемки (особые условия освещения, цветоразличение, люминесцентный анализ и т. п.). Цифровая обработка данных изображений программными методами позволяет довести уровень выявляемых деталей до необходимой степени наглядности.

Программные методы являются компьютерными аналогами традиционных, но основаны на математически воспроизводимых операциях цифровой обработки изображений. Они позволяют увеличивать резкость изображений, выделять контуры деталей, выявлять слабовидимые детали, подавлять помехи, повышать контраст изображения при работе со слабовидимыми следами и записями в документах, исправлять пространственные искажения изображений и т. д.

5.Правовые вопросы применения цифровой фотографии

вследственной и экспертной практике

Использование иллюстраций при оформлении протоколов следственных действий и заключений эксперта основывается на применении норм уголовно-процессуального закона (ст. 166, 190, 204 УПК РФ). Порядок подготовки и оформления этих документов отражается в законодательных и нормативных актах, ведомственных приказах и положениях. Так, ведомственные приказы МВД РФ и иные нормативные акты регламентируют организацию и порядок привлечения специалистов-криминалистов при проведении следственных действий, проведение и характер оформления экспертных исследований, ведение учетов и других видов криминалистической деятельности. В соответствии с ч. 8 ст. 166 УПК к протоколу прилагаются фотографические негативы, снимки, диапозитивы, киноленты, кассеты видеозаписи, носители компьютерной информации, полученные при производстве следственного действия, и согласно ст. 84, 166 УПК находятся в материалах уголовного дела в течение всего срока его хранения.

Протокол следственного действия является процессуальным документом, в котором отражаются ход и порядок проведения следственного действия, технические средства (например, тип фотокамеры, объекты и условия съемки), он скрепляется подписями понятых, следователя и других участников следственного действия. Достоверность результатов съемки (иллюстраций) не вызывает сомнений, если к фототаблице прилагаются негативы. Нега-

160