Фетисов В.А.

ФГБУ "Российский центр судебно-медицинской экспертизы" Минздравсоцразвития России, Москва

Макаров И.Ю.

ФГБОУ ВО «Амурская государственная медицинская академия» Минздрава России, Благовещенск, Россия

Гусаров А.А.

ФГБУ «Российский центр судебно-медицинской экспертизы» Минздрава России, Москва, Россия, 125284

Лоренц А.С.

ФГБУ "Российский центр судебно-медицинской экспертизы" Минздрава России, Москва

Смиренин С.А.

ФГБУ "Российский центр судебно-медицинской экспертизы" Минздрава России, Москва

Страгис В.Б.

ФГБУ «Российский центр судебно-медицинской экспертизы» Минздрава России, Москва, Россия, 125284

Современные возможности использования фотограмметрии в судебно-медицинской практике и научных исследованиях

Журнал: Судебно-медицинская экспертиза. 2016;59(6): 41‑47

Просмотров : 1472

Загрузок : 48

Как цитировать

Фетисов В.А., Макаров И.Ю., Гусаров А.А., Лоренц А.С., Смиренин С.А., Страгис В.Б. Современные возможности использования фотограмметрии в судебно-медицинской практике и научных исследованиях. Судебно-медицинская экспертиза. 2016;59(6):41‑47.
Fetisov VA, Makarov IYu, Gusarov AA, Lorents AS, Smirenin SA, Stragis VB. The modern possibilities for the application of photogrammetry in the forensic medical practice and scientific researches. Sudebno-Meditsinskaya Ekspertisa. 2016;59(6):41‑47. (In Russ.).
https://doi.org/10.17116/sudmed201659641-47

Авторы:

Фетисов В.А.

ФГБУ "Российский центр судебно-медицинской экспертизы" Минздравсоцразвития России, Москва

Все авторы (6)

Фотограмме́трия (ФМ) — научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям. Существует два основных направления в ФМ: фототопография — создание карт и планов Земли (и других космических объектов) и решение прикладных задач в архитектуре, строительстве, военном деле, медицине, криминалистике и др. (наземная, прикладная ФМ​1​᠎). Ее появление относится в середине XIX века (около 1840 г.), практически одновременно с возникновением фотографии. Идея использования фотоизображений для создания топографических карт впервые была предложена французским политическим деятелем, физиком и астрономом D. Arago (1786—1853), увлекающимся научными опытами с магнетизмом и оптикой.

В современных условиях ФМ находит широкое применение в различных видах деятельности: при создании топографических карт, геологических изысканиях, охране окружающей среды (изучение ледников, снежного покрова и почв, исследование процессов эрозии, наблюдения за изменениями растительного покрова, изучение морских течений), проектировании и строительстве зданий и сооружений, археологических раскопках, в киноиндустрии (совмещение игры актеров с компьютерной анимацией), автоматизированном построении пространственных моделей объектов и др.

К основным достоинствам методов ФМ относятся большая производительность, так как измеряют не сами объекты, а их изображения; высокая точность измерений​2​᠎, а также наличие строгих способов контроля и обработки полученных результатов; возможность изучения как неподвижных, так и движущихся объектов; полная объективность выполненных исследований; возможность автоматизации процесса измерения, в том числе на дистанционном удалении от объекта, что имеет особое значение в условиях, когда объект исследования физически недоступен или когда пребывание в его зоне является небезопасным для человека.

При производстве ФМ-исследований основными данными являются координаты, определяющие положение точек объекта в пространстве; координаты на фотографии, устанавливающие положение точек объекта на аналоговом или цифровом снимке; элементы внешнего ориентирования фотоаппарата (сканер), определяющие его положение в пространстве и направление съемки; элементы внутреннего ориентирования, устанавливающие геометрические характеристики процесса съемки​3​᠎. Все многообразие методов, с помощью которых производят измерения по фотоснимкам, делится на две группы. Метод измерения объектов, основанный на использовании свойств одиночного снимка, называется монофотограмметрическим​4​᠎, а на использовании свойств пары снимков — стереофотограмметрическим. Суть метода фотосъемки с использованием специальных мерных объектов, или тест-объектов, заключается в том, что на месте происшествия (МП) устанавливают специальный масштабный объект, параметры которого заранее известны, при этом фотографирование обстановки производят так, чтобы данный объект каждый раз попадал в кадр. Затем, зная размерные характеристики параметров данного тест-объекта, можно вычислять расстояние между другими присутствующими в кадре предметами и их размеры (для этого разработаны специальные методы расчета и соответствующее программное обеспечение).

Математические основы ФМ обусловили ее применение в отечественной и зарубежной судебной медицине (судебная патология) в решении практических задач, стоящих главным образом перед медико-криминалистическими (физико-технические) подразделениями государственных судебных экспертных учреждений страны, в работе которых значительная роль традиционно отводится иллюстративному материалу, выполненному по правилам судебной фотографии.

Изучение специальной литературы выявило минимальный интерес отечественных судебных медиков к использованию методов ФМ в своей работе во второй половине XX века [1—8]. Это было обусловлено различными причинами, исследование которых не входит в задачи данной публикации. Значительный интерес к данной тематике возник уже в начале XXI столетия, главным образом в связи с возрастающими возможностями компьютерной техники, математического программирования и автоматизации самых различных видов деятельности. Известные иностранные литературные издания и публикации в открытой печати свидетельствуют, что за рубежом, в странах Евросоюза и США, судебная медицина (судебная патология) и криминалистика не стали исключением из этого правила.

Цель исследования — анализ публикаций отечественных и зарубежных авторов, отражающих собственный опыт применения ФМ в решении прикладных судебно-медицинских задач; оценка качества таких исследований, доступности материально-технического оснащения и программного обеспечения; экономическая целесообразность и возможность использования ФМ-методов и соответствующего оборудования в широкой экспертной практике.

Материал и методы

При подготовке публикации использовались интернет-ресурсы: данные научной электронной библиотеки диссертаций и авторефератов (Dissercat), научной электронной библиотеки (elibrary), SciVerse (Science Direct), Scopus, PubMed, Discover и Cyberleninka. Для поиска источников информации использовали ключевые слова: судебная фотограмметрия, оптическое сканирование поверхности, судебная медицина, дорожно-транспортные происшествия (ДТП), место происшествия, 3D-визуализация, 3D-моделирование, 3D-графическая модель, 3D/CAD-фотограмметрия, лазерное сканирование, обработка 3D-изображений, судебная реконструкция, виртуальная модель повреждения, 3D-модель травмирующего предмета (инструмента).

В статье рассмотрены публикации и научные работы, в которых обсуждались как преимущества, так и ограничения использования судебной фотограмметрии (СФМ) в работе отдельных авторов и экспертных комиссий на МП, при исследовании трупов, живых лиц, транспортных средств и иных вещественных доказательств, представленных правоохранительными органами.

Результаты и обсуждение

В первую очередь заслуживают внимания публикации о ФМ отечественных авторов. Так, В.Ф. Ковбасин [3, 4, 6] уже в 1987 г. отмечал: «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)». По мнению автора, ценность цифровой (математическая) информации неоспорима вследствие имеющихся перспектив ее статистической обработки, которая обеспечивает высокую объективность и достоверность экспертного заключения. С точки зрения В.Ф. Ковбасина, «в настоящее время экспертные возможности в отношении математического выражения исследовательских данных относительно невелики и сводятся в основном к использованию общепринятых измерительных приемов и методов. Большинство этих методов 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» [6].

Кроме этого, автор обращал внимание на то, что при экспертных исследованиях 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 произвести математическое описание объекта исследования. В этом случае создание копий и математической модели является чрезвычайно желательным в качестве материала для последующих идентификационных исследований [6].

В процессе изучения возможностей практического применения СФМ в судебно-медицинских целях В.Ф. Ковбасиным была произведена апробация методов стереотеневой ФМ на поврежденных костях черепа с вдавленными и дырчатыми переломами сложной конфигурации от воздействия различных предметов (в том числе детали автомобиля) и в экспериментах (рис. 1). Автор исследовал орудия травмы и их следы на различных следвоспринимающих материалах. Результаты работы показали, что СФМ отвечает всем положениям теории и практики криминалистической идентификации.

Рис. 1. Использование стереотеневой ФМ на примере дырчатого перелома плоской кости (слева) и раны кожи (справа) с изложением общих принципов исследования в публикации В.Ф. Колбасина [6].

Таким образом, по мнению В.Ф. Кобвасина, «… судебную ФМ можно рассматривать как перспективный метод для установления орудия травмы, при исследовании частей трупа и костных останков, а внедрение ее методов в повседневную экспертную практику вполне доступно любому физико-техническому отделению страны»​5​᠎.

С использованием методов ФМ и специальных мерных тест-объектов в советский период разрабатывались специальные экспериментальные комплекты для фотографирования М.П. Так, Ю.В. Перелыгин и Л.Д. Родионов [9] создали фотокомплект ФИУМ-1, предназначенный для фиксации обстановки ДТП и предложили ряд методик для изучения полученных фотоснимков. В комплект вошли широкоформатная профессиональная фотокамера, фотоштатив, комплект мерных тест-объектов, измерительный микроскоп (для изучения полученных фотографий), калькулятор для инженерных расчетов или комплект таблиц-номограмм.

Л.Д. Родионов (1986) выделил следующие преимущества стерео-ФМ:

— высокая точность измерений (не более 1—2 см для расстояний до 30 м);

— большая экономия времени за счет того, что на МП объекты не измеряют, а размеры их устанавливают по полученным изображениям;

— полная объективность и достоверность результатов измерений (изображения объектов на МП остаются в неизменном виде, при этом внести в них какие-либо изменения невозможно, а обстановку МП можно воссоздать через любой промежуток времени);

— возможность исследования объектов бесконтактным способом (если объект недоступен либо по причинам безопасности);

— возможность получения всей информации об объекте или отдельных его частей, а также об окружающей объект обстановке;

— возможность изучения как неподвижных, так и движущихся объектов либо быстро протекающих процессов;

— сохранность всех следов и объектов на МП с исключением возможности их порчи либо уничтожения;

— возможность проведения дополнительных и повторных исследований (измерения) фотографий специалистами, осуществляющими контролирующие и инспектирующие функции.

Метод стерео-ФМ имел недостатки, которые не позволили широко внедрить его в следственную и медико-криминалистическую практику [10—12]:

— зависимость качества изображений требовала использования только дорогих и высокопрофессиональных фотоаппаратов с максимальным разрешением;

— невозможность контроля качества полученного изображения непосредственно на МП (ДТП);

— громоздкость аппаратуры для исследования стереоснимков;

— оператор должен был уметь видеть стереоизображение.

Стоит отметить, что с середины 90-х годов прошлого века при всех положительных отзывах о ФМ она так и не нашла широкого применения в отечественной судебной медицине и криминалистике. С «уходом» из практического использования аналоговой техники для фотосъемки на смену ей пришла цифровая, преимущества которой не вызывают ни у кого сомнений. Возможности оперативного получения изображений, контроль их качества при визуализации, а также использование соответствующего программного обеспечения, позволяющего осуществлять необходимые математические вычисления и измерения на цифровых изображениях, значительно расширили интерес к цифровой фотографии не только у профессионалов, но и у обычных пользователей.

Реализация новых возможностей в области компьютерных технологий с использованием цифровых изображений для фиксации следов и объектов на МП, а также в ходе различных следственных действий нашли самое широкое применение у оперативно-следственных работников и криминалистов не только за рубежом, но и в России.

По данным С.А. Смирновой и соавт. [13], в настоящее время основным методом работы следственных и экспертно-криминалистических групп в странах Евросоюза (на примере Германии) при фиксации следов на МП является фотографирование объектов. В российской практике основным методом фиксации информации является описание следов и объектов в протоколе следственного действия. Цифровая фотография применяется германской полицией с 1997 г. Немецкие специалисты [14] считают, что многие криминалистические задачи успешно решаются с использованием цифровых камер с размером матрицы от 4 Мpix, способной формировать качественное изображение даже при малой освещенности. В работе немецкие эксперты используют главным образом фотоаппараты производства фирм «Nicon», «Canon», «Olympus». Эти фотоаппараты имеют широкий спектр сменной оптики, набор специализированных вспышек, различных насадок, позволяющих использовать фотоаппаратуру с различными микроскопами.

Анализ современных отечественных публикаций и научно-методической литературы показал, что в России Ф.М. и другие методики бесконтактного исследования и измерения объектов в судебно-следственной практике используются недостаточно. Они применяются преимущественно в работе следственно-криминалистических групп при расследовании ДТП. Традиционными средствами фиксации обстановки МП в большинстве случаев служат протокол (с графическим приложением схемы изображения объектов «от руки»), фотоаппарат и классические «эталоны» контактных методов измерений расстояний, размеров, углов и объемов — измерительная рулетка и линейка​6​᠎.

В правоприменительной практике используют бесконтактные способы измерения объектов и расстояний с помощью оптических, ультразвуковых и лазерных дальномеров, которые значительно точнее контактных методов измерения, но они имеют ряд ограничений. Эти ограничения должны учитывать следователи и специалисты при работе на М.П. Например, лазерный дальномер плохо работает в запыленных объемах, во время дождя и тумана; измерения можно производить только по прямой, исходящей непосредственно от исследователя, а не от стационарно закрепленного прибора, что создает определенные неудобства в работе следователя или криминалиста; существенно ограниченный диапазон самих измерений (от 1 до 30—40 м), указанный в паспорте прибора; оптические дальномеры требуют предварительной настройки под индивидуальные особенности зрения конкретного человека.

Современное использование компьютерных технологий позволило преодолеть технические затруднения и сложности, свойственные аппаратно-техническим средствам предыдущего поколения, и разработать новые модели специальной техники​7​᠎, предназначенной для фиксации обстановки на МП с помощью цифровой измерительной съемки. В состав данных комплексов входят калиброванный цифровой фотоаппарат, мерный объект, марки (для обозначения наиболее значимых, но визуально плохо различимых на снимке ситуационных точек), персональный компьютер и специальное программное обеспечение, объектно-ориентированный графический редактор, предназначенный для построения схемы М.П. Съемку М.П. производят не менее чем с двух точек (I этап), создавая искусственный стереоэффект, позволяющий использовать стереопару (два кадра) для измерений координат ситуационных точек, а также расстояний между ними. При компьютерной обработке обоих снимков (II этап) помечают опорные точки мерного объекта (программа определяет элементы внешнего ориентирования снимков в прямоугольной системе координат). На каждом снимке оператор последовательно отмечает все значимые ситуационные точки, по координатам которых компьютерная программа осуществляет автоматическое вычисление расстояния (между ситуационными точками и другими элементами места ДТП или МП). Далее составляют схему (III этап) по данным ФМ-обработки снимков с помощью инструментов графического интерфейса компьютерной программы, позволяющей накладывать на ситуационные точки условные изображения транспортных средств, дорожных знаков и других объектов из базы данных программы, которая может пополняться специалистом (рис. 2) [15].

Рис. 2. Однокамерный способ фотограмметрической съемки места ДТП. а—мерный объект; б— марки в виде прямоугольных уголков; в, г — снимки одной стереопары с помеченным ситуационными точками положением объектов на месте ДТП; д, е—условия и схема измерительной съемки места ДТП.

Таким образом, благодаря современным научно-техническим разработкам в области передовых цифровых технологий у оперативно-следственных работников, следователей-криминалистов Следственного Комитета Р.Ф. и специалистов ГИБДД появилась возможность составлять максимально приближенные к реальности планы мест ДТП и иных МП, включая места совершения уголовных преступлений.

В последнее время цифровая фотография и особенно компьютерное программирование шагнули далеко вперед: пользователям предложен широкий спектр относительно доступных по стоимости и значительно высоких по качеству аппаратно-технических средств и инструментов.

В продолжение совершенствования практических задач в области применения ФМ-технологий на МП наряду с другими комплексами положительную оценку получил и ФМ-аппаратно-программный комплекс «Ракурс» [16, 17]. К его неоспоримым преимуществам относится возможность максимально точной фиксации всех повреждений на транспортных средствах, образовавшихся в результате ДТП. Все ФМ-измерения в данном комплексе осуществляются в автоматическом режиме с помощью специализированного программного обеспечения, что значительно облегчает работу пользователя. Включенные в комплекс настройки позволяют изготовить и распечатать схему места ДТП, а также подготовить справку о ДТП и иные документы.

Бурное развитие компьютерной техники последнего десятилетия открыло новые и ранее недоступные возможности по созданию специализированных технических средств и программных продуктов, к которым относятся 3D-технологии. Использование лазерного 3D-сканирования любых объектов и следов максимально приблизило к реальности осуществление полной реконструкции элементов обстановки на МП (ДТП). Примером может служить ФМ-комплекс Faro Focus 3D, который посредством осуществления трехмерного лазерного сканирования окружающей обстановки (местности) позволяет фиксировать на МП (ДТП) взаимное расположение автомобилей и пострадавших с «привязкой» их к реальным условиям окружающей местности, следы торможения транспортных средств, осыпи грунта и битого стекла, повреждения автомобилей и т. д. (рис. 3).

Рис. 3. Лазерный 3D-сканер Faro Focus 3D, демонстрирующий возможности кругового сканирования (слева); созданная 3D-модель поврежденного в ДТП автомобиля (справа).

С помощью 3D-сканера можно определять любые расстояния между объектами: автомобилями, метками, зданиями, столбами освещения и т. п. — с точностью до 2 мм, а также устанавливать взаимное расположение объектов на МП (ДТП). Отличительная особенность данного оборудования — возможность создания трехмерных моделей элементов МП (ДТП), характеристики которых полностью соответствуют реальным объектам на момент их осмотра и регистрации. Разработчики комплекса заявили, что фальсификация данных при составлении схемы МП (ДТП) полностью исключена, так как сама схема, созданная в виде уникального «облака точек», сохраняется единым файлом, который невозможно изменить [18]. Последовательность действий при использовании средств 3D-фиксации места ДТП может быть представлена в виде следующего алгоритма: сборка и включение сканера; установка сфер-маркеров; выход оборудования на рабочий режим (поиск «нулевой точки», активация лазера); начало, проведение и завершение сканирования; при необходимости перенос оборудования на следующую точку сканирования без демонтажа оборудования (в сборе); передача полученных цифровых сканов (файлов) из памяти 3D-сканера в портативный компьютер, отключение аппаратуры, демонтаж изделия, помещение составных частей сфер-маркеров в транспортный контейнер. Время полного процесса сканирования МП составляет в среднем 15 мин. Временны́е параметры обработки результатов сканирования на персональном компьютере с выводом формализованного бланка схемы ДТП посредством печатающего устройства (принтер) зависят от наличия у оператора опыта подготовки схем ДТП с помощью соответствующей компьютерной программы. После формирования определенных навыков использования имеющегося инструментария для выполнения данной задачи опытному оператору требуется не более 5—7 мин.

Заключение

Таким образом, опубликованные данные свидетельствуют, что применение современных технических средств, включая новейшие ФМ-аппаратно-программные комплексы, предоставляют широкие возможности повышения качества экспертного сопровождения следственных действий при работе специалистов, в основном экспертов-криминалистов, на МП (ДТП). Очевидно, что возможность использования передовых ФМ-технологий должна быть предоставлена и экспертам других специальностей, в первую очередь судебно-медицинским экспертам. Результаты этих уникальных ФМ-исследований, а также алгоритм производства реальных судебно-медицинских экспертиз и исключительных научных исследований будут представлены в следующем сообщении.

Конфликт интересов отсутствует.

1По данным высшей аттестационной комиссии (ВАК) Министерства образования и науки РФ, фотограмметрия является составной частью следующих научных специальностей: 25.00.35 — «Геоинформатика»; 25.00.34 — «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия»; 25.00.32 — «Геодезия»; 25.00.31 — «Гляциология и криология Земли» 25.00.26 — «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель»; 25.00.16 — «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр» с использованием ФМ в физико-метематических, географических, технических, биологических, юридических, сельскохозяйственных и геолого-минералогических науках.

2ФМ в своей основе использует способы и приемы, заимствованные из оптики и проективной геометрии.

3К элементам внешнего ориентирования относятся трехмерные координаты центра проекции, продольный и поперечный углы наклона снимка и угол поворота; к элементам внутреннего ориентирования фокусное расстояние объектива фотоаппарата и двухмерные координаты главной точки.

4К монофотограмметрическим методам относится съемка с глубинным масштабом, квадратным масштабом, с использованием специальных фотоаппаратов и мерных объектов (тест-объекты); некоторые авторы к методам моно-ФМ относят традиционную плановую съемку с линейным масштабом.

5По мнению автора, из отечественных приборов для целей СФМ можно использовать фототеодолиты типа «Геодезия», С-3 В, С-5 В, установки с измерительным устройством на базе фотоаппарата «Старт» или микроскопов МБИ, УИМ-21, МИР-12; широкоформатную фотокамеры ФКД или фотоаппараты типа «Салют» и «Киев-6». Измерительные работы автор проводил с помощью спектропроектора СПП-2, позволяющего осуществлять целенаправленное маркирование определяемых координатных точек [6].

6По мнению С.А. Ялышева и П.С. Ялышева, единственным достоинством контактных методов измерения является простота их использования, к недостаткам относятся небольшая точность (погрешность измерения рулеткой в пределах 4,5—5%), большая трудоемкость, вероятность непроизвольного уничтожения либо порчи необнаруженных или невыявленных следов в ходе осмотра места преступления [11].

7За последние 15 лет специалистами ГУ НПО «Специальная техника и связь» МВД России, ФКУ НИИ «Спецтехника» и др. разработаны фотограмметрические комплексы ФОМП-1, ФОМП-Э, ФОМП-К, ФОМП-КС, ФОТОКОМ, ФотоМер и др.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail