Цифровая фотография в криминалистике
Цифровая фотография — способ фиксации криминалистических объектов, при котором фотохимические процессы получения изображения заменены электромагнитными.
Процесс цифровой фотографии заключается в получении цифрового изображения, его редактировании и печати копий на твердом носителе. Для этого разработаны специальные технические (фотографические) средства. К ним относятся цифровые устройства ввода, устройства вывода и устройства хранения изображений. Редактирование изображений осуществляется с помощью программных средств - графических редакторов. Наряду с использованием современных технологий получения изображений, ранее не рассматривавшихся в криминалистической литературе, способ цифровой фотографии вместе с тем не исключает применения уже известных методов традиционной криминалистической фотографии (мокрой фотографии).
Как известно, методы в криминалистической фотографии подразделяются на запечатлевающие и исследующие. Первые служат для фиксации объектов, видимых глазом без применения специальных устройств. Вторые - в основном для выявления и фиксации деталей, цветовых и яркостных различий, не видимых глазом при обычных условиях. Для экспертов-криминалистов важны и те и другие методы. С помощью запечатлевающих методов осуществимы фиксация общего вида объектов криминалистических экспертиз, получение репродукций, получение стереоскопического изображения. К исследующим методам относятся цветоделительная и контрастирующая фотография, фотографирование в невидимых лучах, микрофотосъемка.
При работе с цифровыми изображениями появляются новые возможности обработки изображений, и фотографические исследования могут быть проведены за короткое время, при этом отпадает необходимость в подборе специальных фотоматериалов и методов их обработки. В то же время отсутствие дополнительных аксессуаров к цифровым камерам пока не позволяет использовать их для некоторых специальных видов съемки, традиционно применяемых в криминалистике.
Цифровая камера (digital camera) относится к цифровым устройствам ввода (digital input device) и предназначена для получения полутоновых или цветных изображений объектов съемки. В отличие от традиционной фотографии, где изображение воспринимается светочувствительным слоем фотопленки, в цифровой фотографии роль светоприемника выполняет линейка или матрица ПЗС.
ПЗС-матрица - это микросхема, содержащая многочисленные равномерно распределенные рецепторы, преобразующие свет в электрические сигналы. В дальнейшем эти сигналы преобразуются в цифровое описание изображения для компьютерной обработки и печати. Производство матриц с безупречно точным расположением каждого рецептора относится пока к разряду трудоемких и дорогостоящих технологий, поэтому количественное увеличение рецепторов, прямо влияющее на разрешающую способность изображения, пропорционально увеличивает стоимость изделия. Полученное "скрытое" изображение с помощью специальных схем внутри камеры сохраняется на носителе. В качестве носителя может использоваться полупроводниковая память или магнитный диск.
В настоящее время производятся два типа ПЗС-матриц: сканирующие матрицы (называемые также линейками) - микросхемы, которые перемещаются параллельно плоскости объекта, и статические матрицы - неподвижные микросхемы, фиксирующие кадр одномоментно. Несомненным преимуществом фотокамер со статическими матрицами является возможность запечатления объектов в динамике и использования импульсных источников света. Однако недорогие камеры, использующие малогабаритные ПЗС-матрицы, имеют невысокую разрешающую способность.
К цифровым устройствам ввода помимо цифровых фотокамер можно отнести и сканеры (планшетные или проекционные). Для ввода плоских объектов (документов, поверхностных следов и др.) предпочтительнее использовать планшетные сканеры. Для ввода объемных, в том числе и крупногабаритных, предметов применяются цифровые фотокамеры и проекционные сканеры.
Принцип действия камер зависит от типа приемного устройства. Камеры на основе линейных ПЗС используют принцип полинейного сканирования изображения горизонтальными линиями. Для практической реализации данного принципа необходимо использовать источники света с непрерывным излучением в течение всего времени сканирования. Это сопряжено со значительным энергопотреблением и с повышенным тепловым фоном (к примеру, если используются лампы накаливания). Поэтому следует соблюдать осторожность при съемке объектов, чувствительных к воздействию высоких температур. По данной технологии сканирование может занимать несколько минут, что не дает возможности фиксировать движущиеся объекты, но позволяет получить высокое разрешение изображения при относительно невысокой стоимости микросхемы.
Так называемые three-shot камеры, также как и камеры на базе линейных ПЗС, пригодны лишь для фиксации неподвижных объектов, но при этом дают возможность получать цветные изображения и используют матричные ПЗС. Цветоделение проводят с помощью трех фильтров - красного, зеленого, синего. Съемка одного объекта производится 3 раза подряд с каждым из трех фильтров по отдельности. В результате получаются три полутоновых изображения, из которых в последующем формируется цветное изображение. При данном способе можно использовать импульсные источники света, включая лампу-вспышку, а также монохромные камеры для получения цветоделенных картин.
Оn-shot камеры действуют аналогично традиционным переносным фотокамерам и пригодны для получения цветных изображений перемещающихся объектов. Многие производители используют даже корпуса и объективы традиционных камер, изготавливая лишь цифровые приставки. Можно использовать импульсные источники света и короткие экспозиции.
Цветоделение осуществляется двумя способами - расчетно-цветным и трехматричным. В расчетно-цветном способе используется одна ПЗС-матрица с областями, имеющими полосковые фильтры (красный, зеленый, синий). На фотоэлементы каждой области попадает только один цвет. Далее принятое изображение интерполируется, и получается цветное изображение, в котором RGB-pixel рассчитывается от первоначальных пикселов с разрешением, равным разрешению матрицы (итоговое значение определяется сложением первоначальных значений в определенных пропорциях).
Трехматричный способ заключается в получении трех одинаковых полутоновых изображений, полученных цветоделением. В качестве цветоделителя часто используют призму. Свет в призме разделяется на три составляющие и направляется на три соответствующие ПЗС-матрицы. Описанный способ позволяет получать изображения с высоким разрешением, однако высокая стоимость технических средств ограничивает его распространение. Некоторые производители предлагают использовать матрицы с невысоким разрешением, а затем проводить программную интерполяцию для повышения качества изображений.
Цифровая фотография пригодна для фиксации объектов криминалистических экспертиз. При помощи устройств ввода возможно получение цифрового изображения высокого разрешения, которое после обработки в графических редакторах можно либо поместить непосредственно в текст заключения эксперта (без использования фототаблиц), либо вывести на печать отдельно (в форме фототаблиц). Во втором случае качество печати за счет применения специальных бумажных носителей и принтеров может быть существенно увеличено.
Цифровая технология расширяет исследовательские возможности судебной фотографии. Использование компьютерной обработки значительно повышает наглядность при выявлении слабовидимых и невидимых следов, изучении залитых, зачеркнутых записей, установлении способа изменений и восстановлении первоначального содержания документов. Для этих целей может использоваться широкий спектр компьютерных фильтров из графических редакторов.
Техника криминалистической цифровой фотографии.
При съемке с камерами, использующими ПЗС-линейки, необходимо помнить о непрерывности освещения во время сканирования изображения. В качестве доступных источников света для фиксации общего вида объектов криминалистических экспертиз можно рекомендовать набор ламп дневного света.
В технологии цифровой фотографии по аналогии с традиционным фотопроцессом можно выделить следующие основные этапы: подготовка к съемке, экспозиция, обработка и получение фотоизображения на прозрачной или непрозрачной (бумажной) основе.
На первой стадии, помимо установки освещения и визуального определения интервалов яркостей, следует оценить объект съемки и выбрать необходимое оборудование. Правильный выбор оборудования позволит с наименьшими затратами получить требуемое изображение. Например, для получения репродукций таких объектов криминалистических экспертиз, как документы, целесообразнее использовать не цифровую камеру, а планшетный сканер. Вместе с тем, если в документе требуется выявить детали (удаленные записи, вдавленные штрихи), планшетный сканер вряд ли пригоден вследствие ограниченных возможностей в подборе режимов освещения, спектральной фильтрации. На подготовительном этапе необходимо учесть согласованность по спектральным характеристикам источника света и ПЗС-матрицы устройства ввода.
На следующей стадии осуществляется собственно фотосъемка объектов: предметов, документов, материалов, веществ, объемных или поверхностных следов.
Для этих целей необходимо знать и уметь правильно применять цифровую фотоаппаратуру. Это возможно при наличии двух основных условий:
а. Знание технических характеристик и возможностей используемого фотоаппарата;
б. Умением правильно выбрать экспозицию при фотографировании.
Знание технических характеристик и возможностей фотоаппаратуры необходимо устанавливать для каждого конкретного фотоаппарата ознакомившись с техническим паспортом, а при выборе экспозиции пользуются следующими общими правилами.
Экспозиция в цифровой фотографии — включает в себя три основных понятия: выдержка, диафрагма и светочувствительность (ISO). Экспозиция — это количество света, попадающего на матрицу цифрового фотоаппарата в момент съемки, необходимое и достаточное для получения качественного кадра. Чтобы получить качественный снимок необходимо правильно определить: выдержку, диафрагму и светочувствительность матрицы.
Выдержка. Это количество времени, когда открыт затвор фотоаппарата, пропускающий свет на матрицу. Чем дольше он открыт, тем больше света попадет и тем светлее будет снимок.
Диафрагма. Это отверстие, через которое попадает свет. Чем больше диаметр отверстия, тем больше света попадет внутрь.
Светочувствительность (или ISO). Это свойство матрицы цифрового фотоаппарата, позволяющее в одних и тех же условиях освещения принимать больше или меньше света.
Для получения хорошего экспонированного кадра необходимо научиться управлять диафрагмой, выдержкой и светочувствительностью. Дело в том, что помимо регулирования количества пропускаемого света, каждый из трех элементов выполняет еще одну, характерную только для него функцию. Рассмотрим подробнее:
Выдержка отвечает за движение в кадре. Она может либо «заморозить» движение (очень короткая выдержка), либо наоборот показать динамику в виде смазанной картинки (длинная выдержка).
Диафрагма отвечает за художественный характер картинки. Чем шире она открыта, тем меньше деталей фотографии попадают в фокус (меньше резких деталей). Широко открытая диафрагма позволяет, что называется, отделить основной объект от фона, сделав последний размытым, а объект четким. И наоборот, чем сильнее закрыта диафрагма, тем больше деталей попадает в фокус.
Светочувствительность позволяет регулировать уровень сигнала на матрице, и необходима в тех случаях, когда возможностей выдержки и диафрагмы явно не хватает. Например, когда диафрагма сильно закрыта и одновременно выдержка выставлена очень короткая. В этом случае удается компенсировать недостаток света повышением чувствительности.
Современные фотокамеры оснащены как ручным управлением экспозиции так и автоматическим, необходимо включить автоматический режим съемки (P) и камера сама все эти три параметра выставит так, как посчитает нужным и правильным. Но есть более интересные варианты: приоритеты выдержки и диафрагмы. На всех цифровых зеркальных и на многих компактных фотокамерах эти режимы есть.
Диафрагма. Пишется обычно как дробь f/1,8, f/4, f/11 и т.д. Либо просто цифры без буквы f и значка дроби. Часто в описании речь идет об отношении фокусного расстояния объектива к размеру отверстия. То есть чем больше цифра, тем меньше диаметр отверстия. Соответственно, меньше проходит света. А выражение «большая диафрагма» наоборот означает меньшее число, цифра в знаменателе дроби увеличивается — само число уменьшается.
Выдержка (англ. Shutter) – это время, в течение которого свет попадает на матрицу зеркальной фотокамеры, когда нажимаем на спусковую кнопку. Меряется в долях секунды. Соответственно, чем дольше выдержка, тем больше света попадет на матрицу. Чем короче выдержка, тем меньше света попадает на матрицу. Тем самым регулируется экспозиция – количество света, необходимое для успешной съемки кадра.
Как и в случае с диафрагмой, настройка величины выдержки происходит ступенчато. Обычно каждая последующая ступень изменяет скорость выдержки таким образом, что количество попадающего на матрицу света меняется вдвое.
Классическая шкала выдержек выглядит следующим образом:
8000, 4000, 2000, 1000, 500, 250, 125, 60, 30, 15, 8, 4, 2, 1 и т.д.
Цифры (как и в случае с диафрагмой) даются в сокращенном виде. На самом деле цифра 8000 означает, 1/8000 секунды. То есть, на шкале показан лишь знаменатель дроби. Соответственно, с противоположного конца цифра 1 на шкале будет означать ровно 1 секунду.
8000-(1/8000c); 4000-(1/4000c); 2000-(1/2000c); 1000-(1/1000c); 500-(1/500с)
250-(1/250с); 125-(1/125с); 60-(1/60с); 30-(1/30с); 15-(1/15с); 8-(1/8с); 4-(1/4с)
2-(1/2с); 1-с; и т.д.
Существуют и более длительные выдержки. Современные зеркальные фотоаппараты имеют выдержку до 30 секунд, а ручная выдержка (на шкале она имеет название bulb), работает, пока вы удерживаете спусковую кнопку нажатой.
Регулировка выдержки может происходить как автоматически, так и в ручном режиме. Например, при фотографировании в полностью автоматическом, программном или в режиме приоритета диафрагмы, выдержку камера настраивает самостоятельно. Если же переключить в режим S или Tv (приоритет выдержки) или М (полностью ручной режим), то значение выдержки устанавливается вручную.
Автоматический режим служит для нормального экспонирования каждого кадра.
Ручной режим настройки необходим в основном для художественной фотосъемки и съемки быстро текущих процессов.
Диафрагма, или апертура (англ. Aperture) — это, перегородка с отверстием в объективе фотокамеры. Служит для регулировки количества света, попадающего на матрицу во время съемки. Величину отверстия можно регулировать, причем как вручную, так и автоматически. Максимальное относительное отверстие называется светосилой объектива.
Регулировка величины диафрагмы происходит ступенчато. Каждое новое значение — это одна ступень (англ. f-stop). Изменение величины отверстия диафрагмы на одну ступень меняет количество света, попадающего на матрицу, ровно в 2 раза.
Величина диафрагмы указывается на цифровом табло, чем меньше цифра, тем больше диафрагма. Это отношение величины фокусного расстояния объектива к отверстию диафрагмы.
Но чтобы не загромождать объективы или цифровые табло камер неудобными дробными числами, указывают в качестве значения лишь знаменатель дроби. Таким образом, в действительности диафрагма f/22 намного меньше, чем диафрагма f/2,8.
Шкала диафрагм имеет стандартный ряд чисел: 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32; 45; 64. Может возникнуть закономерный вопрос: почему цифры меняются не кратно 2? Дело в том, что в качестве значений диафрагм используется размер площади проходящего пучка света. То есть, умножение идет не на двойку, а на корень из двух.
Кроме стандартного ряда используются также два промежуточных, меняющие количество света при переходе на следующую ступень в 1/2 и 1/3 раза. В современных камерах может использоваться следующая шкала значений диафрагмы: 3,5; 4; 4,5; 5; 5,6; 6,3; 7.1; 8; 9; 10; 11; 13; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 29; 32; 36 (Nikon D3000 с китовым объективом 18 – 55 mm).