Глава 19. Основы криминалистической голографии

§ 1. Общие сведения о криминалистической голографии

Научно-технический прогресс оказывает активное воздействие и на криминалистику, призванную давать сфере борьбы с преступностью наиболее эффективные средства и методы деятельности. Кримина­листика появилась и развивается, принося весомую практическую пользу правоохранительным органам, благодаря постоянной перера­ботке достижений естественных и технических наук, созданию и внедрению в практику борьбы с преступностью специальных средств, приемов и методов.

Эффективность работы следственных и оперативно-розыскных органов весьма зависит от объема и качества использования дости­жений естественных и технических наук в раскрытии и расследова­нии преступлений. Это объясняется и тем, что члены организован­ных преступных групп активно берут на вооружение самые послед­ние достижения научно-технического прогресса. Поэтому решать возникающие сложные задачи обнаружения, анализа и использова­ния доказательственной информации практически невозможно, если широко и целенаправленно не использовать точные и надежные научные средства и методы.

Одним из существенных аспектов следственной деятельности яв­ляется фиксация результатов процессуальных действий, отдельных криминалистических объектов, обстановки мест происшествия. Тра­диционно используемые технические методы регистрации информа­ции позволяют получать высококачественные черно-белые и цвет­ные изображения. Выше рассмотрены и специальные методы, по­средством которых запечатлеваются особенности, невидимые в обычных условиях. Однако регистрируемые любым из рассмотрен­ных способов изображения отличаются существенным недостат­ком — запечатленное на них является плоской копией исходной трехмерной картины. Этот недостаток значительно снижает инфор­мативность изображений и возможность анализа зафиксированных данных.

404

Попытки получить объемное изображение чисто фотографичес­кими методами предпринимались с начала текущего века. Г. Липман в 1908 г. разработал метод интегральной фотографии, затем появи­лись растровая и стереоскопическая съемки. Однако все они создают лишь иллюзию объмности изображений. Дать полную информацию об объемной сцене, создать ее оптический аналог до недавнего вре­мени не удавалось. Наиболее удачное решение этой проблемы стало возможным со становлением голографии (от греч. holos — весь, пол­ный и qrapho — пишу, черчу, рисую) — метода регистрации и вос­произведения волнового поля, создаваемого с помощью лазера.

Оптические квантовые генераторы — лазеры были созданы около 30 лет назад. Если все ранее известные источники электромаг­нитных волн оптического диапазона дают их беспорядочную смесь, то лазер действует иначе. Луч, который он испускает, имеет когерент­ный характер. Чтобы свет обладал когерентностью, он должен состо­ять либо из волн одной строго определенной длины, либо иметь регулярную фазу волны по ее фронту. Кроме того, лазерное излуче­ние отличается необычайной яркостью; сосредоточением в очень ограниченном интервале длин волн, а кроме того, может быть сжато в сверхузкий параллельный пучок, обладающий острой направлен­ностью.

Уникальные свойства лазерного излучения, которое способно сохранять постоянную частоту, фазу и поляризацию, высокая на­дежность квантовых генераторов, их доступность, целевое разно­образие выпускаемых типов стали важными факторами их широ­кого применения в криминалистике, в том числе для целей голо-графирования.

Голографию проще всего охарактеризовать как объемную фото­графию с лазерным освещением. Она позволяет регистрировать и восстанавливать информацию об объекте на основе интерференци­онной записи и дифракционного воспроизведения волновых фрон­тов излучения. Процесс сложения двух волн, в результате которого образуется новая волна, называется интерференцией. Если волны совпадают по фазе, интерференция усиливается, а если они находят­ся в противофазе, — ослабляется. Система перемежающихся темных и светлых полос (фаза — противофаза) называется интерференцион­ной картиной. Свет разных цветов будет создавать интерференцион­ные картины с различным расположением полос.

Голография позволяет регистрировать волновой фронт, отражен­ный от предмета, а затем восстанавливать его таким образом, что у наблюдателя возникает ощущение, будто он видит реальный пред-

405

мет. Трехмерность изображения обусловливается дифракцией, т.е. заходом лучей в область тени в результате огибания предмета.

Лазерное излучение возникает от воздействия внешнего источни­ка энергии (так называемой накачки) на активное вещество, перехо­дящее вследствие этого в возбужденное состояние и испускающее упорядоченные кванты энергии. Активным веществом лазера слу­жит среда с определенной системой энергетических уровней, состоя­щая из частиц (атомов, ионов или молекул). В зависимости от вида используемого активного вещества выпускаются газовые, твердо­тельные и жидкостные лазеры. По режиму работы они в свою очередь подразделяются на генераторы импульсного и непрерывного дейст­вия. Последние характеризуются постоянным режимом накачки (по­дачи энергии) и непрерывно излучают когерентный свет. В импульс­ных лазерах энергия, запасенная активным веществом, высвобожда­ется за очень короткий промежуток времени, образуя мощный и практически мгновенный световой импульс.

Активной средой газовых лазеров, оптимальных для целей голо­графии, служат чистые газы, их смеси, а также смеси газа и паров металла. Наиболее употребимы гелий-неоновые, аргоновые, азотные квантовые генераторы. Их отличает ряд достоинств: высокие моно­хроматичность и когерентность, малая расходимость пучка, низкая потребляемая мощность. Работают они как в импульсном, так и в непрерывном режиме, излучая свет в диапазоне от инфракрасной до ультрафиолетовой зоны спектра.

Взаимодействуя с веществом голографируемого объекта, свето­вой поток лазера рассеивается, поглощается, дифрагирует и интерфе­рирует. Эти довольно сложные процессы формируют изображения запечатлеваемых объектов как в когерентном (голограмма), так и в обычном свете. Они же запускают фотохимические реакции, создаю­щие скрытое изображение этих объектов в светочувствительных фо­тоэмульсионных слоях.

В последние годы голография стала широко известной тем, что позволяет получать эффектные объемные цветные изображения раз­личных объектов, в том числе криминалистических. Действительно, если записать и воспроизвести со всеми подробностями поле излуче­ния, рассеянное объектом, то глаз не отличит восстановленное поле от реального объекта. Возникнет иллюзия присутствия запечатлен­ного объекта перед наблюдателем, причем в ярком цветном изобра­жении. Более того, нельзя не отметить, что голограмма способна воспроизводить свыше миллиона оттенков яркости, в то время как для обычной фотографии этот показатель не превышает сотни.

406

Голографию предложено определять как фотографический метод записи и воспроизведения световых, звуковых и других электромаг­нитных полей. Ее основы были заложены в работах английского физика Д. Габора в 1948 г. Он первый теоретически показал, что фотографическая регистрация интерференционной картины, возни­кающей при взаимодействии сложной волны, рассеянной запечатле­ваемым объектом, с простой волной (обычно эту волну именуют опорной), способна восстанавливать волну объекта, если на такую запись — голограмму — снова направить опорную волну. В отличие от обычной фотографии, регистрирующей информацию только об интенсивности объектной волны, голограмма фиксирует еще и ее фазу, записывает и воспроизводит спектральный состав образовав­шего ее излучения. Отсюда, собственно, и' произошел термин «голо­грамма», означающий полная, всесторонняя запись.

Рассмотрим принципиальные основы голографии. Все освещае­мые объекты поглощают, отражают и рассеивают свет. Формирую­щееся при этом световое поле содержит полную информацию об объектах, их форме, взаимном расположении и даже материале, из которого они состоят. При осмотре объекта именно на это поле реагирует глаз наблюдателя. Полученную информацию анализурует мозг, в результате человек видит. В каждом из направлений переме­щения зрачков наблюдателя структура светового поля, формируемо­го объектом, несколько отличается от соседнего. Поэтому смена ра­курса осмотра приводит к изменению наблюдаемого взаимного по­ложения объектов. Следовательно, для наиболее полной регистрации информации нужно фиксировать не изображение объекта, а форми­руемое им световое поле. Научившись регистрировать это поле, а затем восстанавливать его, можно «увидеть» образ объекта таким же, каким он был в момент фиксации.

Суть предложенного Д. Табором метода состоит в регистрации интерференционной картины двух лучей, освещающих объект: опорного и объектного. Для получения голограммы луч лазера делят на два, причем опорный направляют непосредственно на фотослой, а другим освещают объект. Отраженный от объекта свет тоже попа­дает на фотопластинку. Образующаяся у ее поверхности картина интерференции световых волн (опорной и объектной) регистрирует­ся фотоэмульсией. Таким образом, при телеграфировании происхо­дит взаимодействие двух когерентных волн, а возникающая при этом интерференционная картина — периодическая структура темных и светлых полос или пятен — содержит полную информацию о запе­чатленном объекте. Именно эта картина и регистрируется на свето­чувствительном материале.

407

Голограммы бывают двух основных типов: просветные и отража­тельные. Освещение первых комплексно-сопряженной волной при­водит к восстановлению действительного изображения объекта. При установке проявленной фотопластинки на место, где она экспониро­валась, (если убрать объект и делитель луча) при включении лазера наблюдатель увидит объемное цветное изображение объекта. Проис­ходит это потому, что световая волна взаимодействует со сложной структурой, зарегистрированной в эмульсионном слое, а в результате формируется изображение запечатленного объекта. Другими слова­ми, голограмма отражает свет так же, как реальный объект, а возни­кающее световое поле в точности соответствует объектному.

Несмотря на отличия в схемах записи, голограммы характеризу­ются рядом общих свойств, обусловленных единством метода реги­страции:

1. Голограмма — это не изображение объекта, а зарегистрирован­ное распределение интерференционной картины объектного и опор­ного волновых полей. Для голографического метода не существует понятий «негатив —позитив».

2. Голограмма точно воспроизводит поле объектной волны лишь при строго определенных условиях. Это позволяет на одну регистра­ционную среду последовательно записать, а затем воспроизвести несколько различных интерференционных картин. Число голограмм определяется свойствами регистрирующей среды и голографической схемой.

3. При записи голограммы каждая точка объекта рассеивает излу­чение практически на всю поверхность регистрирующей среды. Поэ­тому в любой точке голограммы содержится информация обо всем объекте. Отсюда следует несколько особенностей голографического процесса. Во-первых, любой участок голограммы способен воспроиз­водить образ всего объекта. Уменьшение размера голограммы при­водит лишь к некоторому ухудшению качества изображения. Во-вто­рых, отдельные дефекты голограммы (трещины и царапины на эмульсии), в отличие от фотонегативов, практически не отражаются на качестве восстанавливаемого изображения.

Поскольку экспозиция при голографировании может длиться до нескольких минут, голографическая установка должна быть надежно защищена от механических воздействий. В противном случае не будет обеспечена стабильность пространственного положения ин­терференционных полос по отношению к регистрирующей среде, необходимая в течение всего времени экспонирования. Продолжи­тельность экспозиции определяется требуемой яркостью получаемо-

го изображения и зависит от мощности лазера. При сравнительно малой мощности время экспозиции составляет несколько секунд.

Одним из основных элементов любой голографической системы служит источник излучения. В большинстве случаев при голографи­ровании в качестве такого источника используют гелий-неоновый или аргоновый лазер. Гелий-неоновый лазер, например, представля­ет собой длинную тонкую стеклянную трубку с электродами, запол­ненную смесью этих инертных газов. Возле концов трубки установ­лены зеркала, положение которых отрегулировано так, что свет, от­ражаясь от них, многократно проходит по трубке вперед и назад без отклонения. В результате возникает когерентное световое излучение. Поскольку излучаемый пучок имеет малый диаметр, для равномер­ного освещения объектов съемки и регистрирующей среды его рас­ширяют до нужных размеров посредством специальных микро­объективов.

Необходимыми элементами голографической системы являются зеркала и светоделители. Распространены зеркала с алюминиевым или серебряным покрытием, коэффициент отражения которых в видимом диапазоне близок к 90%. Светоделители служат для разде­ления излучения на пучки, которые затем используются для освеще­ния объекта и формирования опорного луча. При проведении голо-графических съемок наиболее удобны светоделители с переменным коэффициентом деления. В этом качестве могут выступать специаль­ные зеркала, светоделительные кубики и объемные голографические решетки. При соответствующих условиях глубина голографируемой сцены может достигать нескольких метров.

Непременным компонентом любой голографической системы служит регистрирующая среда. Она определяет качество восстанов­ленного изображения, его яркость, соотношение сигнал/шум, требуе­мую экспозицию. В голографии используются среды обратимые и необратимые. Обратимыми считаются те, голографическая инфор­мация с которых может быть стерта. Запись и стирание в таких средах могут повторяться многократно без заметного снижения качества восстанавливаемого изображения. Особый интерес к таким средам объясняется тем, что они обычно не требуют «мокрой» обработки, а записанная информация визуализируется сразу после регистрации голограммы.

К обратимым средам относятся: электрооптические и полупро­водниковые кристаллы, халькогенидные стекла и пленки, жидкие кристаллы, фототермопластические, магнитооптические и фото-хромные среды, растворы органических красителей и проч. Шире

27-171

408

409

других применяются фототермопластические среды, которые по своей светочувствительности не уступают галогенидосеребряным, в то время как их спектральная чувствительность перекрывает весь видимый спектр.

Необратимые регистрирующие среды позволяют осуществлять однократную запись голографического поля и многократное его вос­становление. К ним относятся пленки слоистых полупроводников, фоторезисторы, бихромированная желатина (БХЖ), диазотипные и галогенидосеребряные метериалы. Наиболее эффектные голограм­мы получают на БХЖ, однако самыми распространенными при про­ведении голографирования стали галогенидосеребряные среды. Они отличаются широкой спектральной и высокой энергетической чув­ствительностью, большой разрешающей способностью. В России и за рубежом имеется довольно широкий ассортимент галогенидосе-ребряных материалов для голографирования, сенсибилизированных на различные длины волн. Помимо стеклянных пластинок размером от 4x4 мм до 280x406 см для голографирования применяются также гибкие пленки, которые можно делать размером до 6 м², что позволя­ет получать очень большие голограммы. Это особомелкозернистые пластинки ВРЛ, ПЭ, ЛОИ, пленки ФПСВ и ФПП. Хорошо зарекомен­довали себя также материалы, выпускаемые фирмами «Кодак», «АгфаТеверт» и др.

Обработка галогенидосеребряных материалов состоит из: 1) про­явление (проявители Д-19, УП-2М, Кодак-71) — 3—4 мин; 2) первая промывка — 1 мин; 3) фиксирование — 10 мин; 4) вторая промыв­ка — 12 мин; 5) споласкивание в растворе поверхностно-активного вещества — 30 с; 6) сушка.

Оба приведенных в табл. 39 проявителя являются концентриро­ванными растворами. Нормальный проявитель получают из расчета 37,5 мл концентрированного раствора на 1000 мл дистиллированной воды, т.е. из 1 л проявляющего состава получается 26,7 л рабочего раствора. Проявление лучше осуществлять в вертикальной кювете при непрерывном ее покачивании. Процесс ведется до полного исто­щения проявителя. Необходимо учитывать, что рабочий раствор нестоек, а потому подлежит приготовлению перед использованием. Обработка в фиксаже необходима лишь тогда, когда нужно добиться усадки фотоэмульсионного слоя. Одновременно с этим происходит смещение цвета изображения в желто-зеленую зону спектра.

Появился новый светочувствительный материал «реоксан», кото­рый позволяет записывать голограммы на большую глубину и затем фиксировать запись. Этот материал представляет собой полимерную

410

Таблица 39

Рецептура обрабатывающих растворов для голограмм на галогенидосеребряных материалах

Состав	Проявитель
	ГП-2	ФМГ
Метилфенидон	0,2 г	—
Гидрохинон	5,0 г	5,0 г
Сульфит натрия безводный	100 г	40,0 г
Метол	—	2,0 г
Поташ	—	20,0 г
Натрий тетраборнокислый	—	15,0 г
Едкое кали	5,0 г	5,0 г
Роданистый аммоний	12,0 г	3,0 г
Калий бромистый	—	2,0 г
Вода	До 1л	До 1л
Фиксаж ORWO-303
Метабисульфит калия или натрия 50,0 г
Гипосульфит 400,0 г
Вода до 1 л

матрицу, в которую введено рабочее вещество. Его светочувствитель­ность основана на принципе сенсибилизированной реакции фото­окисления. Материал используют для получения объемных голо­грамм, т.е. тех, у которых интерференционная картина фиксируется не только по поверхности фотослоя, но и в его глубине. Для восста­новления (реконструкции) изображения пучок направляется точно под тем же углом, под каким он падал при регистрации, и того же цвета. Меняя угол падения опорного луча, на одной пластинке можно зарегистрировать до ста различных изображений. И каждое их них затем можно отдельно рассматривать, направляя луч под соответст­вующим углом. Объемная голограмма дает трехмерное изображение даже при освещении ярким белым светом, поскольку она сама «вы­бирает» из спектра падающего на нее излучения и отражает именно ту монохроматическую составляющую, которая экспонировала ее при съемке.

411

27*

Как уже отмечалось, голограмма формирует, по сути, объемную оптическую копию реального объекта. Это открывает новые возмож­ности в решении ряда криминалистических задач, и тем не менее в экспертной и особенно следственной практике голография не полу­чила пока должного применения. Первые попытки внедрения состо­яли в голографическом распознавании образов при идентификации пальцев рук человека. Рабочей установки, однако, создано не было.

Из вышеизложенного очевидно, что голография могла бы стать качественно новым способом фиксации в первую очередь веществен­ных доказательств (получения производных вещественных доказа­тельств). Особую актуальность голографические методы приобрета­ют тогда, когда криминалисту приходится иметь дело с недолговеч­ными, скоропортящимися объектами, размеры и детали которых необходимо неоднократно сопоставлять с образцами и проверяемы­ми предметами. Возможности голографии способствуют созданию информационного фонда различных орудий преступления, а на этой основе своеобразных «музеев», используемых в оперативных и учеб­ных целях.

Наблюдатель воспринимает голографическое изображение как «оптический слепок» объекта, запечатленного на голограмме. В на­стоящее время достаточно хорошо отработана методика получения голограмм размером до 69 ^х 80 см. Однако для «полевого» примене­ния голографии, например в ходе осмотра места происшествия, не­обходимо создание мобильных лазерных голографических устано­вок с индивидуальным энергообеспечением. Это пока сдерживает использование голографии для фиксации криминалистических объ­ектов, ограничивая ее стенами специальных лабораторий. Трудно осуществить голографирование натурных сцен, например производ­ство сложного следственного эксперимента, обыска и других процес­суальных действий.

Правда, в последние годы предложен метод, позволяющий полу­чить голограммы объектов, освещенных естественным светом. Тех­ника регистрации таких голограмм довольно сложна и сводится к следующему. На первом этапе необходимый сюжет запечатлевают обычными фотографическими методами. Съемка ведется последо­вательно со многих точек, в результате чего получается множество фотографий-ракурсов, на которых сюжет запечатлен с разных сто­рон. На втором этапе осуществляется синтез композиционной голо­граммы. Для этого фотографии-ракурсы одну за другой регистриру­ют на светочувствительной пластинке, используя одно положение опорной волны. Последовательность записи таких голограмм долж-

412

на точно повторять очередность съемки фотографий-ракурсов, со­впадающих с каждым из положений реального сюжета. При этом эксплуатируется свойство голографии, позволяющее регистриро­вать на одном носителе большое число голограмм.

Иллюзия объемности создается потому, что каждая из голограмм восстанавливает изображение зарегистрированного на ней ракурса в той же последовательности, как и при осмотре реального сюжета. Правильная смена ракурсов наблюдателя, изменяющего свое поло­жение, создает иллюзию рассматривания реального предмета. По­средством многоракурсной голографии можно получить голограм­мы крупномасштабных натурных сцен, в частности, сложного места происшествия. Важным достоинством рассматриваемого метода, по­мимо запечатления трехмерных образов крупных объектов, является возможность формирования объемных изображений несуществую­щих картин, ракурсы которых рассчитаны на ЭВМ. Здесь открывают­ся широкие возможности для оптимизации поиска и распознавания криминалистических объектов, а также для моделирования и рекон­струкции обстановки места происшествия по показаниям очевидцев.