CC BY
8СОЦИАЛЬНЫЕ И ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ
ПРАВО
Научная статья
УДК 343.98.063 ББК 67.539
https://doi.org/10.24412/2687-0185-2022-3-54-57
NIION: 2007-0083-3/22-124
MOSURED: 77/27-005-2022-03-323
Особенности исследования криминалистических объектов на цифровых носителях при производстве портретных и других криминалистических экспертиз
Юрий Николаевич Александров
Московский университет МВД России имени В.Я. Кикотя, Москва, Россия, [email protected]
Аннотация. Рассматриваются этапы формирования цифрового изображения в контексте фоторегистрации следов при осмотре места преступления, а так же возникающие возможные искажения фотоизображения, особенности работы алгоритмов сжатия в наиболее популярном формате цифрового изображения JPEG и опасности его использования. Ставиться вопрос о степени соответствия полученного цифрового изображения следа фотографируемому объекту, возможности и точности измерений, производимых в рамках экспертно-крими-нологических исследований. В завершение сформулированы предложения по изменению тактики экспертных исследований с целью уменьшить негативное влияние искажений, вносимых в цифровое изображение при сохранении его в формате JPEG, а также по совершенствованию экспертно-криминалистической деятельности МВД России в условиях цифровизации.
Ключевые слова: цифровая фотография, фильтр Байера, форматы RAW и JPEG, фотофиксация следов, цифровизация экспертно-криминалистической деятельности
Для цитирования: Александров Ю. Н. Особенности исследования криминалистических объектов на цифровых носителях при производстве портретных и других криминалистических экспертиз // Криминологический журнал. 2022. № 3. С. 54-57. https://doi.org/10.24412/2687-0185-2022-3-54-57.
Original article
Yuri N. Aleksandrov
Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot', Moscow, Russia
Abstract. The article discusses the stages of digital image formation in the context of photo registration of traces during the examination of the crime scene. Possible distortions of the photo image, the features of the compression algorithms in the most popular JPEG digital image format and the dangers of its use are considered. The question is raised about the degree of conformity of the obtained digital image of the footprint to the photographed object, the possibility and accuracy of measurements made within the framework of expert criminological research. In conclusion, proposals are formulated to change the tactics of expert research in order to reduce the negative impact of distortions introduced into a digital image while saving it in JPEG format, as well as to improve the forensic activities of the Ministry of Internal Affairs of Russia in the conditions of digitalization.
Keywords: digital photography, Bayer filter, RAW and JPEG formats, photofixation of traces, digitalization of forensic activities
For citation: Aleksandrov Yu. N. Features of the study of forensic objects on digital media in the production of portrait and other forensic examinations // Criminological journal. 2022. (3):54-57. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2687-0185-2022-3-54-57.
© Александров Ю. Н., 2022 54 _ - Криминологический журнал - № 3 / 2022
Features of the study of forensic objects on digital media in the production of portrait and other forensic examinations
SOCIAL AND HUMAN SCIENCES LAW SCIENCES
Ям
При производстве различного вида криминалистических экспертиз в условиях цифровизации объектом исследования часто становится цифровая фотография, полученная, например, при фоторегистрации следов при осмотре места преступления, или цифровая фотография - портрет подозреваемого лица. Методики проведения соответствующих экспертиз, например, трасологических, портретных и др; разработаны и проверены. Чаще всего это классические
Этапы формиров
методики, разработанные в эпоху традиционной (га-логенидосеребрянной) фотографии. Однако, цифровая фотография, в отличие от традиционной фотографии, как объект исследования обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при проведении такого рода экспертных исследований.
При создании и традиционной фотографии и цифровой фотографии можно выделить условные три этапа (см. Табл. 1).
Таблица 1
ния изображения
Этап формирования изображения Цифровая фотография Традиционная фотография
1. «Оптический» этап Формирование с помощью системы линз образа фотографируемого изображения на фоторегистрирующем элементе (пленке в случае традиционной фотографии и фотоматрице в случае цифровой).
2. Формирование «негатива» Формирование изображения на фотоматрице. Формирование изображения на фотопленке.
3. Завершающий этап Сохранение полученного изображения в файл. Печать фотографии.
Принцип работы и технологии, используемые на «оптическом» этапе формирования изображения не сильно отличаются и поэтому возможные искажения и потеря информации о фотографируемом объекте практически не отличаются.
В рамках данной статьи будут рассмотрены особенности формирования цифровой фотографии на втором и третьем этапах с точки зрения возникновения возможных искажений и потерь информации о фотографируемом объекте и как следствие влияющих на достоверность, качество и выводы экспертных исследований, которые выполняются на их основе.
Большинство существующих сейчас цифровых фотоаппаратов при формировании изображения на фотоматрице для создания цветного изображения используют классическую матрицу Байера [1] или ее различные модификации.
G R G R
B G B G
G R G R
B G B G
Рис. 1. Фильтр Байера
Без потери общности, рассмотрим классическую матрицу Байера, а именно систему светофильтров светочувствительных элементов фотоматрицы, пропускающие основные цвета красный (R, Red), зеленый (G, Green) и синий (B, Blue) в следующем порядке: зеленый, красный, зеленый, красный и т. д. в 1 ряду фотоэлементов и синий, зеленый, синий, зеленый и т. д. во 2 ряду фотоэлементов (см. рис. 2).
Таким образом, получается, что каждый пиксель записывает интенсивность светового потока только одного цветового канала, причем 25 % таких пикселей записывает интенсивность синего цвета, 25 % - интенсивность красного цвета и 50 % - интенсивность зеленого цвета. Однако, в итоговом изображении для каждого пикселя записаны интенсивности всех трех цветовых компонент (одна цветовая компонента «честно» измеренная при фотографировании, а две другие цветовые компоненты получаются с помощью интерполяции значений соседних пикселей того же цвета).
Процесс восстановления недостающих цветовых компонент называется дебайеризацией. Математических методов интерполяции существует множество, часть из них являются итерационными и адаптивными. Производители цифровых фотокамер и RAW-конверторов держат их в секрете. Таким образом, на итоговые значения цветовых компонент конкретного пикселя готового цифрового изображения влияют минимум 8 соседних с ним пикселей (фактически на эти значения могут влиять и пиксели, расположенные на расстоянии 4-5 пикселей от исходного, причем на
СОЦИАЛЬНЫЕ И ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ
ПРАВО
„¿¿¡Мм*» им
итоговое значение, например, синего цвета влияют не только пиксели, которые также «измеряли» синий цвет, но и пиксели накрытые фильтрами других цветов).
Производители фотокамер вместо классической схемы размещения фильтров Байера разрабатывают и другие схемы размещения фильтром, например, накрывая фильтром группы светочувствительных элементов размером 2 на 2, изменяя набор используемых цветов, используя некоторые светочувствительные элементы для совершенствования работы системы автофокуса (в результате эти элементы не участвуют в формировании итогового изображения и их значения не на 2/3 заменяются на интерполированные значения, а на все 100 %).
Таким образом, на втором этапе формирования цифрового изображения формируется массив данных снятых со светочувствительных элементов фотоматрицы. Этот массив можно записать на носитель информации без каких-либо изменений. Это получится файл формата RAW, который принято называть «цифровым негативом». Этот формат зависит от марки и модели фотокамеры, занимает много места на носителе информации (флеш-карте) и для просмотра и дальнейшей обработки требуется использование RAW-конверторов.
Большинство современных фотокамер предоставляют возможность сохранения цифровой фотографии в формате RAW, а также возможность одновременного сохранения фотографии и в формате RAW и в формате JPEG. Такая возможность отсутствует у бюджетных фотоаппаратов или у очень старых фотокамер.
Согласно результатам анкетирования сотрудников экспертно-криминалистических подразделений МВД России [2] у почти 60 % опрошенных экспертов-криминалистов есть возможность сохранять фотоизображения следов в формате RAW, однако только 5 % из них встречались со следами, зафиксированными в этом формате. Наиболее часто встречающийся формат при этом JPEG.
Данный формат был предложен в 1992 году Объединенной группой экспертов по фотографии (Joint Photographic Experts Group) используется повсеместно. Основными достоинствами данного формата является алгоритм сжатия изображения с потерей качества (версия со сжатием без потери качества существует, но встречается крайне редко), который позволяет осуществлять сжатие в 10 и более раз, при этом изменения малозаметны для человеческого глаза.
Кратко опишем основные этапы формирования файла формата JPEG:
1. Переход от цветового пространства RGB к цветовому пространству YCbCr.
2. Субдискретизация цветовых компонент Cb и Cr.
3. Сжатие с использованием дискретного косинусного преобразования.
4. Сжатие алгоритмами без потери качества.
Цветовое пространство YCbCr кроме формата
JPEG также активно используется в компонентном видео и состоит из яркостного компонента Y и двух цветовых компонет Cb и Cr.
Учитывая особенности строения человеческого глаза, яркостный компонент Y играет более значимую роль в формировании человеческого восприятия изображения в сравнении с цветовыми компонентами, поэтому для уменьшения объема данных используют субдискретизацию цветовых компонент. Для этого разбивают изображения на квадраты 2 на 2 пикселя и заменяют их на один увеличенный субпиксель с усредненным значением цветовых компонет Cb и Cr. Таким образом, для такой группы из 4 пикселей вместо 12 значений (по три значения Y, Cb и Cr для каждого из 4 пикселей) сохраняется всего 6 значений (4 значения Y для каждого пикселя и по одному значению Cb и Cr).
На третьем этапе изображение в каждом канале разбивается на квадраты 8 на 8, к которым применяется дискретное косинусное преобразование, которое представляет каждый такой квадрат как сумму с некоторыми коэффициентами стандартных изображений, основанных на колебаниях разной частоты. Далее, с помощью так называемых «матриц квантования» выбираются, какие из получившихся коэффициентов являются значимыми (их оставляют), а какие - нет. Аналогично второму этапу при сжатии яркостного компонента Y применяются более «щадящие» матрицы квантования, а при сжатии цветовых компонент более «агрессивные» матрицы квантования. При этом на изображении могут разнообразные «артефакты». Например, на монотонной части изображения рядом с контрастным переходом могут появляться характерные узоры, петли размером до 16 пикселей, в результате сильного сжатия цветовых субпикселей, полученных в результате субдискретизации.
На последнем этапе получившиеся данные записывают с применением алгоритмов без потери информации.
Учитывая все вышесказанное, на цветном цифровом изображении, полученным с помощью цифровой фотокамеры и сжатым с помощью алгоритма JPEG может происходить смещение области контрастности на 4-5 пикселя за счет процесса дебайеризации и 8-16 пикселей за счет алгоритма сжатия, что может привести к потере точности измерений производимых по цифровому изображению в ходе экспертного исследования, особенно на фотографиях не высокого разрешения, а также образовываться некоторые узо-
56
Криминологический журнал
№ 3 /2022
SOCIAL AND HUMAN SCIENCES
LAW SCIENCES
ры, которые эксперт может ошибочно посчитать ложными частными признаками. Наибольшие возможные искажения изображения происходят в цветных компонентах цветовой модели YCbCr.
Поэтому эксперт-криминалист при проведении экспертного исследования должен учитывать особенности формирования цифрового изображения. А именно, нельзя относиться к каждому пикселю полученного на исследование цифрового изображения как к достоверной фиксации следа. Надо понимать уровень возможного соответствия/несоответствия цифрового фотоизображения фотографируемому объекту, в том числе с учетом оптических искажений, получающихся на первом «оптическом» этапе формирования цифрового изображения и которые не обсуждались в рамках данной статьи.
Необходимо переработать методические рекомендации по фотофиксации следов таким образом, чтобы большинство материалов на экспертизу приходило в формате RAW, что упрощает проверку фотоматериалов на отсутствие редактирования, позволяет получить более информативный материал для исследования (у современных фотоаппаратах используется 12-14 бит на один цветовой канал вместо 8 бит в стандартной цветовой модели RGB).
При необходимости исследования фотоматериалов, полученных в формате JPEG, желательно отказаться от исследования собственно цветного изображения, а вместо этого исследование предлагается проводить по монохромному изображению, полученному из исходного, так как искажения цветных компонент значительнее и, если на монохромном изображении видны определенные признаки и экспертные методики позволяют сделать выводы на основе только монохромного изображения, то эти выводы будут более надежными.
Также необходимо обновлять парк фотоаппаратов в экспертно-криминалистических подразделениях, чтобы все эксперты-криминалисты могли производить фотофиксацию следов в формате RAW, что по-
зволит превратить рекомендацию производить фотофиксацию в формате RAW в требование.
Список источников
1. Байер Б., Патент США № 3 971 065.
2. Рябинкина С. М. Анализ используемых фотоаппаратов при фотофиксации следов в экспертных подразделениях МВД России / С. М. Рябинкина // Правопорядок в России: проблемы совершенствования: Международная научно-практическая конференция, приуроченная к 20-летию образования Московского университета МВД России имени В.Я. Кикотя (14-18 марта 2022 г.) : сборник научных трудов. - М. : Московский университет МВД России имени В.Я. Кикотя. - 2022. - С. 363-367.
References
1. B. Bayer, U. S. Patent No. 3 971 065.
2. Ryabinkina S. M. Analysis of cameras used in the photo fixation of traces in the expert units of the Ministry of Internal Affairs of Russia / S. M. Ryabinkina // Law and order in Russia: problems of improvement: International scientific and practical conference dedicated to the 20th anniversary of the formation of the Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot (March 14-18, 2022) : collection of scientific papers. - Moscow: Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot', - 2022. Pp. 363-367.
Библиографический список
1. Курочкин А. Е. Кодирование изображений с потерями. Стандарт JPEG. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск. 2017.
Bibliographic list
1. Kurochkin A. E. Lossy image encoding. JPEG standard. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. Minsk, 2017.
Информация об авторе
Ю. Н. Александров - заместитель начальника кафедры информатики и математики Московского университета МВД России имени В.Я. Кикотя.
Information about the author Yu. N. Aleksandrov - Deputy Head of the Department of Computer Science and Mathematics of the Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot'.
Статья поступила в редакцию 17.10.2022; одобрена после рецензирования 01.11.2022; принята к публикации 08.11.2022. The article was submitted 17.10.2022; approved after reviewing 01.11.2022; accepted for publication 08.11.2022.
