Стереотеневая фотограмметрия при судебно-медицинском отождествлении орудия травмы

В последнее десятилетие судебные медики проявляют большой интерес к применению физикоматематических приемов и методов при исследовании объектов судебно-медицинской экспертизы, к алгоритмизации процессов и явлений, построениям математических моделей, коррелированию результатов наблюдений и экспериментов.

При формулировании объективных выводов эксперту необходимы не только исследовательские данные об отдельных областях тела человека, характере, особенностях, деталях обнаруженных на них повреждений, а также нередко геометрические и цифровые выражения получаемой в процессе проведения экспертизы обширной и многоплановой информации. Математическая фиксация идентифицирующих признаков объекта исследования предполагает прежде всего широкие возможности для сравнительного исследования этих признаков с экспериментальными следами, оставленными идентифицируемым предметом (предполагаемым орудием травмы). Ценность цифровой информации неоспорима вследствие имеющихся перспектив ее статистической обработки, которая обеспечивает высокую объективность и достоверность экспертного заключения.

В настоящее время возможности практического судебно-медицинского эксперта в отношении источников получения математического выражения исследовательских данных относительно невелики и сводятся в основном к использованию общепринятых немногочисленных измерительных приемов и методов. Большинство этих методов, к тому же нередко неоправданно упрощаемых с целью сокращения временных затрат, а иногда и в силу нежелания экспертов создавать дополнительные сложности, позволяют получать информацию только в двухмерном измерении. В то же время на современном этапе развития науки и практики информация в плоскостных координатах уже далеко не всегда отвечает все возрастающим экспертным требованиям. Это определяет поиск новых высокоэффективных методик исследования, предполагающих возможность математического анализа в трехмерном пространственном измерении.

Этой задаче отвечает метод стереотеневой фотограмметрии (СФМ), который базируется на использовании френелевской дифракционной картины, образующейся на поверхностях объекта исследования при теневой проекции на него сетки с ортогональной системой нитей. Оптимальным методом получения цифровой и графической информации является ближняя симультанная стереофотограмметрия, позволяющая проводить в последующем сопоставимые измерения поверхностей тела человека или предметов (и их частей) по заранее разработанной программе [1, 2] и с помощью относительно простых устройств получать достоверные результаты.

Изучение специальной литературы убедило нас в том, что метод СФМ в судебно-медицинской практике до настоящего времени еще не применялся. В историческом аспекте отдаленным прототипом метода получения графической и цифровой информации по плоскостному фотоснимку можно считать некоторые виды судебной фотографии — съемку с квадратным и квадратно-круговым масштабами и простейшую фотограмметрию как способ метрической съемки на месте происшествия. В то же время указанные методы оказались совершенно неприемлемыми при исследовании даже относительно небольших объектов (части тела человека, орудия травмы, детали транспортного средства и т. п.). Они позволяют определить лишь пространственное метрическое соотношение предметов, но не их объемные параметры. Метод СФМ был разработан применительно к задачам прикладной антропологии для изучения размеров и форм тела человека при производстве стандартной одежды [4, 5]. Применению проекции не теневого, а светового сечения посвятили свои труды отдельные исследователи [3, 6]. Они предложили оригинальные установки, основанные на фиксации с помощью фото- и кинотехники фотоизображений световых сечений объектов с последующим проекционным увеличением их до истинных размеров. Это приводило к погрешностям в измерениях и невозможности получения истинных пространственных координат [5]. В то же время СФМ основана на теневой проекции и позволяет получать именно необходимые координаты.

Рис. 1. Стереотеневая фотограмметрия (общие принципы исследования).
П — плоскость фотоснимка; А — оптический центр объектива фотокамеры; С — сетка; Е — объект исследовании. X, Y, Z — пространственные координаты и их оси; В — балке; S — осветитель; f_k — фокусное расстояние камеры; 0—0' — главная оптическая ось камеры; L — расстояние от точки схождения лучей до плоскости сетки; К—К' — координатные точки объекта исследовании; Р_k — параллакс точки К; r — преобразованная на фотоснимке величина параллакса точки К, подлежащая измерению; j — точка пересечении главной оптической оси камеры с сеткой; N, N' — проекции координатных точек К и К' на сетке; Y_k — расстояние от координатной точки К' объектаисследования.

Основными приборами для стереофотограмметрического исследования являются фототеодолит и широкоформатная фотокамера, специально приспособленная для этих целей. Фотокамеры должны иметь специально перекалиброванную оптику и быть весьма точно ориентированными в пространстве с помощью угломерного инструмента (относительно вертикальной и горизонтальной осей). Оптическая ось камеры должна находиться строго перпендикулярно плоскости сетки, помещаемой между камерой и объектом исследования. Камера размещается стационарно на штативе, жестко связанном с базисом, на котором закрепляется осветитель с направленным регулируемым пучком световых лучей. Перед объективом камеры на предварительно установленном и регистрируемом расстоянии размещается объект, перед которым помещается сетка с ортогональной системой нитей и одномоментно определяемыми заданными расстояниями между ними. При освещении объекта исследования направляемым через сетку ориентированным пучком света на его поверхности отображается проекция этой сетки. Причем теневая картина каждой из ее нитей представляет собой профиль того или иного выбранного сечения изучаемого объекта (рис. 1, 2). Снимки выполняются на форматной фотографической пленке или пластинке. Отпечатки не следует подвергать глянцеванию, поскольку они подлежат расчерчиванию карандашом. На полученном фотографическом снимке можно выполнить графические построения по отработанной системе, произвести с помощью высокоточного измерительного устройства метрические измерения в его плоскости и затем получить пространственные координаты X, Y и Z избранных точек, располагающихся на линиях профилей сечения объекта либо оставленного таковым следа (повреждения). Сопровождая исследование математическими расчетами по постоянным рабочим формулам определения каждой из пространственных координат, исследователь может получить подробную цифровую информацию, на основании которой построить математическую модель изучаемого объекта по одному из произведенных СФМ-сечений. Изменение фокусного расстояния камеры или же расстояния от нее до объекта (последнее выполняется более просто) позволяет получить несколько сечений через небольшие заданные промежутки, которые в этом случае будут являться отдельными элементами, составляющими единое целое исследуемого предмета.

Рис. 2. Фотограмма дырчатого перелома кости черепа.
а — обшая схема исследования. А — фотокамера. В — осветители, С — сетка; б — получение плоскостных сечений (1, 2, 3, 4) и векторного плана (X) объекта (перелома кости черепа).

Цифровая информация слагается из определения местоположения каждой координатной точки в плоскости фотоснимка с последующим поэтапным восстановлением цельной картины каждого сечения объекта. Координаты Y, Z, X любой точки (например, точки К на рис. 1) устанавливают по формулам, предложенным В.Д. Пуховым [5]. Они отличаются простотой и были приняты нами

Полученные цифровые данные следует перенести на бумагу в виде векторного плана (схематическое изображение — см. рис. 2, а, б), который служит для воссоздания физико-морфологической модели изучаемого объекта при последующем идентификационном исследовании. Однако последнее не считается непременным условием, поскольку исходным материалом для сравнительного исследования могут быть только математические модели исследуемого объекта и образованного им в эксперименте следа. Это сокращает временные затраты при производстве конкретных экспертиз. Таким же сравнительным материалом могут служить векторные планы исследуемого и экспериментального объектов. В этом случае планы следует выполнить на прозрачном материале (кальке, отмытой негативной фотопленке, полиэтиленовой пленке и т. п.) и на конечном этапе исследования воспользоваться методами наложения и совмещения (на просвет).

Математическое сравнение может быть произведено по одной или нескольким избранным произвольным программам, в которых исходным материалом будут служить: таблицы с цифровыми выражениями одноименных координатных точек на исследуемом и экспериментальном объектах; логарифмические соотношения между одноименными координатными точками на объектах; перфокарты с закодированными координатами. Достоверность сделанного вывода может быть подтверждена результатами статистической обработки (методом корреляционного анализа или по Фишеру-Стьюденту), сопровождающей любой из приведенных методов.

В экспертных исследованиях всегда предпочтительнее получать информацию о сечениях изучаемого объекта строго параллельными плоскостями, следующими одна за другой через равные, минимально возможные промежутки. Такой способ позволяет создать наиболее точные копии и модели объемной формы или же произвести математическое описание объекта исследования. В этом случае создание копий и математической модели является чрезвычайно желательным в качестве материала для последующих идентификационных исследований. Указанным задачам наиболее полно отвечает вариант ортогонального проецирования теневой картины сетки на объект с получением информации, считываемой через равные интервалы [5]. Сечения располагают в параллельных плоскостях, причем чем меньше промежутки между нитями сетки, тем большее количество сечений можно получить и, следовательно, информация будет более детальной. Использование даже одной фотокамеры и обработка получаемых фотограмм с помощью монокулярных измерительных устройств значительно упрощают практические работы. Однако в экспертной практике всегда предпочтительнее в процессе измерений получать данные не об отдельных участках поверхности раздельно (по этапам), а одновременно обо всем объекте в целом. СФМ предполагает получение целого как суммы его отдельных частей. Это требует перемещения аппаратуры, что является нежелательным. В связи с этим наилучшим вариантом [5] является стационарное расположение еще одной СФМ-установки (фотокамера, осветитель, сетка).

В процессе изучения возможностей практического применения СФМ в судебно-медицинских целях была произведена ее апробация на поврежденных костях черепа с вдавленными и дырчатыми переломами сложной конфигурации в результате воздействия различными орудиями (в том числе деталями автомобиля) и воспроизведенными в экспериментах. Исследовали также условные орудия травмы и следы, образованные ими на следовоспринимающих материалах. Результаты исследования показали, что СФМ отвечает всем положениям теории и практики криминалистической идентификации, может оказаться перспективной при установлении орудия травмы, экспертизе частей трупа неизвестного лица и костных останков.

Из отечественных приборов для целей СФМ могут быть использованы фототеодолиты типа «Геодезия», С-3 в, С-5 в, установки с измерительным устройством на базе фотоаппарата «Старт» или микроскопов МБИ и УИМ-21. На начальном этапе исследований мы пользовались широкоформатной фотокамерой типа ФКД с перекалиброванной оптикой, микроскопом МИР-12 и проецирующей частью микрофотометра МФ-4 (на линию проекции щели помещали микрометрическую линейку). Дальнейшие эксперименты убедили нас в том, что можно проводить исследования с помощью фотокамер типа «Салют» или «Киев-6». В этом случае следует рекомендовать применение фотопленок с низкой чувствительностью (16— 32 ед. ГОСТ) и обработку их в мелкозернистых проявителях. Измерения можно производить под стереомикроскопом с окуляром-микрометром и с помощью закрепленного на штативе микроскопа МИР-2. В судебно-медицинских лабораториях оптимальным является применение двойного регистрирующего микрофотометра типа ИФО-451. Весьма удобен для проведения измерительных работ спектропроектор СПП-2, дающий возможность осуществлять целенаправленное маркирование определяемых координатных точек и значительно увеличить снимок.

Внедрение предложенного метода СФМ в повседневную экспертную практику вполне доступно любому физико-техническому отделению судебно-медицинской лаборатории.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беленький В.Е., Широкова Л.И. — Ортопед. травматол., 1969, № 4. с. 6—7.
2. Зыбин Ю.П. Фукин В. А. — Труды Моск, технол. ин-та легкой пром-сти, 1965, т. 32, с. 5.
3. Пархомец Н.К. — Изв. высш. учеб. заведений. Сер.: Технологии легкой пром-сти. 1970, № 3. с. 7.
4. Пухов В. Д., Заитов И. Р. — Вопр. антропол., 1970, вып. 35, с. 4-13.