-
Technisches
Fachgebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
für das
Identifizieren von Schuhabdrücken
oder von anderen Abdrücken,
die zum Beispiel an Orten zurückgelassen
wurden, an denen Verbrechen verübt
worden sind. Obwohl die vorliegende Beschreibung Schuhabdrücke als
spezifisches Beispiel angibt, würde
das System auch für
Abdrücke
anwendbar sein, die zum Beispiel durch Fahrzeugreifen oder Werkzeuge
zurückgelassen
wurden.
-
Hintergrund
-
Es
sind bereits Systeme zum Aufzeichnen und Katalogisieren von Schuhabdruckmustern
vorgeschlagen worden, die von Fußabdrücken abgenommen wurden, welche
an Verbrechens-Tatorten zurückgelassen
wurden. Ein "Fußabdruck-Kodierungs-
und Wiederauffindungssystem" (SICAR)
wurde von Philipps, M. auf der European Convention on Security and
Detection (Konferenz-Veröffentlichungs-Nr.
408) in Brighton, Großbritannien
vom 16–18.
Mai 1995, ISBN 0-85296-640-7, 1995, London, UK, IEE, UK, Seite 267–271, XP000672461
veröffentlicht.
Die Nützlichkeit
solcher Systeme ist jedoch durch die Tatsache eingeschränkt, daß viele Schuhe
dieselben Sohlenmuster besitzen.
-
Die
vorliegende Erfindung versucht ein neuartiges und erfinderisches
System zur Identifikation von Abdrücken zur Verfügung zu
stellen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein Verfahren zur Abdruck-Identifikation
vor mit:
- – Erzeugen
eines digitalen Bildes von einem durch einen Gegenstand erzeugten
Abdruck;
- – Anzeigen
des Bildes auf einem Computer-Bildschirm;
- – Aufzeichnen
von Identifikations-Daten, die in dem Bild vorhandene Merkmale betreffen,
in einem Computer-Speicher;
- – Speichern
der Identifikations-Daten in einer Datenbank zusammen mit Identifikations-Daten,
die auf ähnliche
Weise von anderen Bildern erzeugt wurden; und
- – Vergleichen
der Identifikations-Daten unter Verwendung eines automatischen Datenbank-Abtast-Systems,
um Gegenstände
zu identifizieren, die ähnliche
Merkmale haben;
dadurch gekennzeichnet, daß - – die
digitalen Bilder mit einem bestimmten Reproduktions-Verhältnis erzeugt
werden; und
- – die
Identifikations-Daten die Koordinaten einzigartiger Identifikations-Merkmale
in dem Bild enthalten, die durch Verwendung des Gegenstandes oder
durch Herstellungsfehler des Gegenstandes verursacht sind.
-
Das
Bild wird mit einem bestimmten Reproduktions-Verhältnis aufgenommen,
d. h. mit einem bestimmten Verhältnis
zwischen der Größe des digitalen
Bildes und der Größe des Originalbildes,
um zu sichern, daß das
System ausreichend zuverlässig
ist, um als Beweismaterial in juristischen Prozessen verwendet zu
werden.
-
Das
Bild wird vorzugsweise durch Aufzeichnen eines Lichtbildes erzeugt,
das direkt von dem Abdruck stammt und nicht, zum Beispiel, durch
Nehmen eines Abgusses. Das Entfallen jeglicher Notwendigkeit der
Durchführung
von Messungen von einem Abguß oder
des Herstellens einer Zwischenkopie von dem Bild, die physikalisch
verzerrt sein kann (z. B. Streckung oder Schrumpfung) oder Fehler
des die Messungen Ausführenden
aufweisen kann, erhöht die
Genauigkeit und die Zuverlässigkeit
des Systems.
-
Die
Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Identifikation
von Abdrücken
zur Verfügung,
wie sie in den beigefügten
Patentansprüchen
definiert ist.
-
Eine
Ausführung
der Erfindung kann die beanspruchten Merkmale in jeder Kombination
enthalten.
-
Definitionen
-
Der
Begriff "Abdruck" umfaßt jede
Form eines körperlichen
Abdruckes, entweder geformt als eine Vertiefung in einer biegsamen
Oberfläche
oder als eine Ablagerung oder als eine andere körperliche Veränderung
auf einer starren Oberfläche,
gleich ob sichtbar oder unsichtbar.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, auf die hierin
Bezug genommen wird, sind als nicht-ausschließendes Beispiel enthalten,
um zu erläutern,
wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. In den Zeichnungen ist:
-
1 eine Seitenansicht einer
Kamera-Anordnung für
die Verwendung in dem Verfahren der Erfindung;
-
2 ein Computer für die Verwendung
in dem Verfahren;
-
3 eine transparente Darstellung
eines Teils einer Sohle, die verschiedene Formen von Beschädigungen
zeigt;
-
4 eine transparente Platte
für die
Verwendung mit der Kamera-Anordnung;
-
5 ein Satz von Symbolen
zur Identifikation der Art der vorhandenen Beschädigung;
-
6 ein Histogramm, welches
in grafischer Form die Koordinaten-Daten darstellt, die von einem Bild
erhalten werden;
-
7 ein vertikaler Schnitt
durch eine Lichtbox für
die Verwendung beim Erhalten der Bilder von Schuhwerk für Vergleichszwecke;
und
-
8 ein Strahlendiagramm,
das die Funktion der Lichtbox darstellt.
-
Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
-
Bezug
auf 1 nehmend, ist eine
Kamera 1 mit einem Stativ 2 einer Form, welche
die Kamera fest über
einem Fußabdruck 3 halten
kann, vorgesehen. Der Fußabdruck
kann durch Eindrücken
in ein nachgiebiges Substrat gebildet sein oder könnte auf einer
Oberfläche
als sichtbarer Abdruck abgelagert sein oder später durch Auftragen eines Pulvers
oder eines chemischen Färbemittels
sichtbar gemacht sein. Das Stativ enthält vorzugsweise eine rechtwinklige
Basis oder einen Rahmen 4 für die genaue Positionierung über dem
Fußabdruck,
um eine konstante Querpositionierung der Kamera zu sichern. Der
Rahmen positioniert auch die Kamera in einer festgelegten Entfernung
von dem Bild, um zu sichern, daß ein bestimmtes
Reproduktions-Verhältnis
zwischen der Größe des von
der Kamera erzeugten Bildes und der Größe des Originalbildes vorhanden
ist. Das ist wichtig, wenn das System für das Herstellen von Beweismaterial
in juristischen Prozessen verwendet werden soll, da es jede Notwendigkeit
ausschließt,
eine erneute Größenbestimmung
der digitalen Bilder vorzunehmen. Bei erhöhten Kosten könnte die
Kamera mit einem Abtastsystem versehen werden, um automatisch je
nach Entfernung zwischen der Kamera und der Oberfläche, welche
den Abdruck trägt,
die Größe des erhaltenen
Bildes relativ zu der Größe des Abdruckes
einzustellen.
-
Nach
der korrekten Aufstellung wird die Kamera betätigt, um ein Lichtbild des
Fußabdruckes aufzuzeichnen.
Das Bild kann in verschiedener Weise aufgezeichnet werden. So kann
zum Beispiel eine Videokamera verwendet werden, um die Bilder auf einem
Videoband zu speichern, von dem ein ruhendes Bild unter Verwendung
eines Digitalisiergerätes oder
eines Bildraffers erzeugt werden kann. Eine andere Möglichkeit
wäre, eine
digitale Kamera zu verwenden, welche ein ladungsträgergekoppeltes
Bauelement enthält
und welche das durch das ladungsträgergekoppelte Bauelement erhaltene
Bild im inneren RAM für
das spätere
Herunterladen speichert. Obwohl eine fotografische Kamera verwendet
werden könnte,
um das Bild auf einem Fotofilm aufzuzeichnen, der später entwickelt
und abgetastet wird, um ein digitales Bild zu erzeugen, oder ein
Positivabzug von dem Negativ hergestellt und abgetastet werden könnte, ist
diese Variante unvorteilhaft, da die Möglichkeit einer Verzerrung
in dem Zwischennegativ oder Abzug entsteht. Das gewünschte Endergebnis ist
ein hochgenaues Digitalbild mit bitweiser Abbildung des Original-Fußabdruckes
in einem bekannten Reproduktions-Verhältnis.
-
Das
Bild mit bitweiser Darstellung wird in einen Computer 30 (2) geladen, der mit einer
speziell erzeugten Grafik-Software betrieben wird und auf dem Bildschirm
eines Monitors mit hoher Auflösung 31 angezeigt.
Die Software zeigt einen Zeiger an, der unter Verwendung einer Maus 32,
einer Rollkugel oder einer ähnlichen
Eingabeeinrichtung über das
Bild bewegt werden kann. Wie gut bekannt ist, werden bitweise dargestellte
Bilder als Rechteckmatrix von einzelnen Pixeln (Bildelementen) gespeichert und
angezeigt, welche einzeln durch ihre x- und y-Koordinaten identifiziert
sind. Die obere linke Ecke des Bildes ist in herkömmlicher
Weise die x-, y-Koordiante 0, 0. Die genaue Positionierung des Fußabdruck-Bildes
wird durch das Vorsehen einer Reihe von rechtwinkligen Kästen für die Anzeige
erreicht, die so dimensioniert sind, daß sie zu den bekannten Standardgrößen des
Fußabdruckbildes
passen. Die Kästen
können
durch die Maus angewählt
und auf dem angezeigten Bild positioniert werden, um es zu ermöglichen,
den kleinsten Kasten zu wählen,
der das gesamte Bild umschließt.
Der Bereich des Bildes innerhalb des Kastens wird dann von dem Bild
getrennt (es ist zu bemerken, daß das Trennen kein erneutes
Dimensionieren des Fußabdruck-Bildes
erforderlich macht). Das Fußabdruck-Bild
wird nun oben links in dem angezeigten Kasten positioniert. Die
Position jeder charakterisierenden Markierung in der Sohle wird
visuell identifiziert und im RAM des Computers aufgezeichnet, indem
der Cursor über
dem Merkmal positioniert und die Maustaste gedrückt wird, wobei die Koordinaten
von der linken oberen Ecke des abgetrennten Bildes gerechnet werden.
-
3 zeigt eine transparente
Ansicht eines typischen Abschnittes der Sohle eines Schuhes. Mehrere
Beispiele von Merkmalen, die aufgezeichnet werden können, sind
in der Figur benannt, nämlich:
- A – Verschleißfläche
- B – Beschädigungsstellen
(z. B. Einschnitte)
- C – Einschlüsse (im
allgemeinen Stein- oder Metallstücke)
- D – Herstellungsfehler
(Formpreßfehler)
-
In
den meisten Fällen
ist zumindest eines der Merkmale vorhanden. Der dadurch erhaltene
Satz von Koordinaten liefert ein einzigartiges digitales Profil
der Sohle, von welcher der Abdruck erzeugt wurde.
-
Die
Merkmale können
durch eine geeignete Bildverarbeitung durch die Software verstärkt werden.
Ein einfaches Beispiel dafür
ist, daß die
Verringerung der Anzahl der Graustufen in einem Bild oft Merkmale
erzeugen kann, die eine klarere Definition des Bildes erzielen.
-
Wenn
die grafische Darstellung abgeschlossen ist, wird der Koordinatensatz
einer Datenbank zugefügt,
die Idealerweise an einer zentralen Stelle geführt wird (33 – 2) und auf die ein Fernzugriff unter
Verwendung eines geeigneten Modems und eines Zugangscodes möglich ist.
Durch Vergleich und Korrelation der von den verschiedenen Tatorten
erhaltenen Aufzeichnungen, können
Straftaten verknüpft
und die Aktivitäten
eines Einzelstraftäters über einen
Zeitraum verfolgt werden. Obwohl alte Einschnitte oder Fehler dazu
neigen, sich abzuschwächen,
da eine Sohle einem Verschleiß unterliegt,
und neue Beschädigungsbereiche
hinzugefügt
werden, sollte zu erkennen sein, daß der größte Teil der Verbrechens-Aufdeckungsarbeit
sich mit einer großen Anzahl
von Verbrechen befaßt,
die von einer geringen Anzahl von Einzelpersonen verübt werden
und nicht mit einer großen
Anzahl von Straftaten ohne Bezug. Es ist daher in den meisten Fällen möglich, genug
Aufzeichnungen zu erhalten, um eine kontinuierliche Historie eines
Schuhes zur Verfügung
zu stellen. In Fällen,
in denen nur Teilabdrücke
erhalten werden können,
ist es im allgemeinen noch möglich, nützliche
Vergleichsdaten zu rekonstruieren.
-
Die
Nützlichkeit
des Systems wird weiterhin durch das Erzeugen bitweise dargestellter
Bilder vom Schuhwerk bekannter Einzelpersonen erhöht. Eine geeignete
Vorrichtung für
das Erzeugen solcher Bilder ist nachfolgend unter Bezug auf 7 und 8 beschrieben. Die von solchen Bildern
erhaltene Koordinaten-Information wird dann einer zweiten Datenbank
zugefügt,
die Informationen von bekannten Straftätern enthält, mit denen die von den Abdrücken am
Tatort entnommene Koordinaten-Information verglichen werden kann,
um eine Identifikation des Straftäters zu erleichtern.
-
Wenn
eine Datenbank bei dem Versuch eines Abgleiches mit einer neuen
Aufzeichnung abgetastet wird, wird sie mehrmals abgetastet. Nach
jeder erfolglosen Abtastung werden die Positionskoordinaten alle
um eine Einheit (x- oder y-Wert) inkrementiert oder dekrementiert
und die Datenbank wird dann erneut abgetastet, um zu versuchen,
einen übereinstimmenden
Satz von Koordinaten zu lokalisieren. Der Prozeß wird wiederholt, bis ein übereinstimmender
Satz von Koordinaten gefunden ist oder bis eine bestimmte Anzahl
von Abtastungen erfolglos durchgeführt wurde. Tatsächlich schiebt
dieser Prozeß das Bild
umher, bis eine Übereinstimmung
erzielt wird, wobei eine geringfügige
Fehlregistrierung zwischen dem neuen Bild und dem Bild, von dem
ein entsprechender Satz von charakteristischen Koordinaten erhalten
wurde, gestattet ist. Die maximale Verschiebung wird entsprechend
dem Maximalwert der Fehlregistrierung, die wahrscheinlich auftreten
wird, festgelegt, wobei diese in jedem Fall wegen der Verwendung
von Trennkästen
mit festgelegter Größe klein sein
sollte.
-
Es
ist zu bemerken, daß das
Verfahren vollkommen zerstörungsfrei
ist, so daß der
Original-Abdruck in einem vollkommen unveränderten Zustand erhalten bleibt.
Nachdem das digitalisierte Bild erhalten wurde, kann die den Abdruck
tragende Oberfläche
als Primär-Beweismaterial
erhalten bleiben, wenn der Träger
des Abdruckes für
die Lagerung entfernt werden kann. Wenn der Abdruck auf einer festen
Oberfläche
zurückgelassen
wurde, kann eine Lage eines Gels oder eines Klebstoffes aufgetragen werden,
ein Abguß vorgenommen
oder ein Foto angefertigt werden, um das Primär-Beweismaterial für eine spätere Aufklärung oder
für eine
Vorlage bei einem Gericht zu erhalten.
-
Es
ist bereits vorher bemerkt worden, daß die Kamera relativ zu dem
Fußabdruck
korrekt positioniert sein sollte. 4 zeigt
eine Rasterplatte 10, die an dem Rahmen 4 (1) befestigt und dem Abdruck überlagert
werden kann, um die genaue und wiederholbare Querpositionierung
der Kamera in bezug auf den Abdruck zu gestatten. Die Rasterscheibe trägt einen
Satz von konzentrisch eingeätzten
oder eingravierten Rechtecken, von denen jedes einer speziellen
Sohlengröße entspricht.
Es könnten
auch andere geeignete Positionsmarkierungen verwendet werden.
-
Es
sollte gleichermaßen
bemerkt werden, daß die
Auflösung
(Anzahl der Pixel in dem Fußabdruck-Bild)
ebenfalls konstant sein sollte, um direkt vergleichbare Positionsdaten
zu erhalten. Das wird durch ein bestimmtes Reproduktions-Verhältnis gesichert.
-
Im
allgemeinen wird das bitweise dargestellte Bild auf einer Speicherplatte
oder auf einem anderen semi-permanenten Medium für eine spätere Bezugnahme gespeichert,
wird jedoch üblicherweise nicht
der Datenbank zugefügt.
Ein Vorteil des Verfahrens ist, daß die Koordinaten-Daten im
Vergleich zu einem bitweise dargestellten Bild sehr wenig Speicherplatz
benötigen.
Die Datenverarbeitung unter Verwendung der Koordinaten-Information
ist daher sehr schnell, so daß eine
große
Anzahl von Aufzeichnungen gesucht und in einem sehr kurzen Zeitraum verglichen
werden kann.
-
Zusätzlich zu
dem Aufzeichnen der Koordinaten der charakterisierenden Merkmale
können weitere
nützliche
Daten aus dem Bild erhalten und in der Datenbank gespeichert werden.
So können
zum Beispiel grafische Symbole angezeigt werden, die verschiedene
Arten eines charakterisierenden Merkmals darstellen (zum Beispiel
Einschnitt, Einstich, Verschleiß,
Einschluß,
Riß, wie
in 3 gezeigt). Beispiele
solcher Symbole sind in 5 dargestellt. Es
ist zu bemerken, daß jedes
Symbol einen Bezugspunkt enthält
(dargestellt durch einen kleinen Kreis), welcher der Koordinaten-Bezugsposition
entspricht. Durch Wahl des geeigneten Symbols mit der Maus, Positionieren
des Bezugspunktes des Symbols in dem entsprechenden Bereich und
Anklicken der Maus, kann die Art des Merkmals im RAM des Computers
aufgezeichnet und erforderlichenfalls der Datenbank zugefügt werden,
damit detailliertere Vergleiche durchgeführt werden können.
-
Eine
andere nützliche
Information, die der Datenbank zugefügt werden kann, ist die Gesamtfläche jedes
Merkmals. Sie wird erhalten, indem die entprechende Fläche des
Bilder ausreichend vergrößert wird,
um die einzelnen Pixel sichtbar zu machen und indem die Pixel manuell
gezählt
werden. Ein anderes Verfahren wäre,
die Fläche
mit der Maus zu umrunden und dann ein Unterprogramm innerhalb des
Programms aufzurufen, um die Anzahl der eingeschlossenen Pixel zu
berechnen.
-
Es
ist möglich,
den sich ergebenden Satz von Koordinaten in Form eines Histogramms
darzustellen, wie es in 6 gezeigt
ist. Die Grundlinie stellt die Entfernung jedes Merkmals entlang
der y-Achse des Bildes dar und jedes aufgezeichnete Merkmal ist
durch eine vertikale Linie dargestellt, die in ihrer Höhe der x-Koordinate
des Merkmals entspricht. Eine solche grafische Darstellung ermöglicht einen
leichten Vergleich der Koordinaten-Sätze durch
unqualifiziertes Personal. Die Höhe
und die Position einer Linie verändert
sich nicht mit dem Verschleiß,
obwohl einige Linien eventuell verloren gehen, wenn die Merkmale
mit dem Verschleiß verschwinden.
Gleichermaßen
erzeugen andere Merkmale infolge einer zusätzlichen Beschädigung zusätzliche
Linien in der Histogramm-Darstellung. Vorausgesetzt, daß eine Reihe
von Abdrücken
erhalten werden kann, ist jedoch normalerweise eine ausreichende
Anzahl von Identifikationspunkten vorhanden, um zu gestatten, daß die Historie
eines Schuhwerkstückes
verfolgt werden kann.
-
Die
Vorrichtung für
das Erzeugen eines bitweise dargestellten Bildes von einem Schuh
ist in 7 dargestellt.
Um zu ermöglichen,
daß das
Bild direkt mit den Bildern verglichen werden kann, die von den
Abdrücken
erhalten werden, ist das Bild der Sohle spiegelbildlich. Die Vorrichtung
enthält
eine lichtdichte Box 20 mit einer rechtwinkligen Öffnung 21,
die mit einer durchsichtigen Platte 22 versehen ist, um
ein Stück
Schuhwerk zu halten. Die Größe der Öffnung 21 kann
durch lichtundurchlässige
Abdeckungen 23 eingestellt werden, die verschiebbar entlang
den vier Seiten der Öffnung
angeordnet sind, damit die Fläche
der Öffnung
genau eingestellt werden kann, um die verfügbare Fläche des Bildaufzeichnungsmediums
maximal auszunutzen. Dadurch wird gesichert, daß das Bild mit einer maximalen
Auflösung
aufgenommen wird. An den inneren Rändern der Abdeckungen ist eine
Skala markiert, um zu ermöglichen,
daß das
Bild mit einem bekannten Reproduktions-Verhältnis erhalten wird.
-
In
der Lichtbox ist eine lichtdichte Wand 24 mit einer unter
der Öffnung 21 positionierten Öffnung 25 angebracht.
Die Wand ist mit einem weiteren Satz von in Querrichtung einstellbaren
Abdeckungen 26 versehen, die eingestellt sind, um die Größe und die Form
der Öffnung 25 an
die Öffnung 21 anzupassen. Ein
Satz von Lichtquellen 27 (vorzugsweise Band-Lichtquellen)
ist zwischen den beiden Sätzen von
Abdeckungen 23 und 26 an den Seiten der Öffnungen 25 und 21 angebracht,
um eine Schrägbeleuchtung
eines Schuhes auf der Platte 22 zu erhalten.
-
Unterhalb
der Wand 24 ist ein Spiegel 27 unter einem Winkel
von 45° zu
der Öffnung 25 angebracht,
um ein Bild des Schuhes zu einer Öffnung 28 zu richten,
die in der Seite der Lichtbox 20 ausgebildet ist. Hinter
dieser Öffnung
ist ein geeignetes Bildaufzeichnungsmedium 29, wie zum
Beispiel eine Kamera, die hochempfindlichen Film verwendet oder ein
ladungsträgergekoppeltes
Bauelement angeordnet.
-
Bei
Anwendung wird ein Schuh auf der Platte 22 mit seiner Sohle
zu der Platte gerichtet angeordnet und mit lichtundurchlässigem Material
abgedeckt, um das Außenlicht
auszuschließen.
Die Sohle wird durch die Lichtquellen 27 gleichmäßig beleuchtet und,
wie in 8 in dem Strahlendiagramm
gezeigt, ist das Bild, das von dem Aufzeichnungsmedium erhalten
wird, lateral seitenverkehrt. Das aufgenommene, bitweise dargestellte
Bild kann für
direkte Vergleichszwecke und/oder für die Vorlage als Beweismaterial
gespeichert werden. Die Koordinaten-Daten von jedem identifizierenden
Merkmal können
wiederum von dem Bild erhalten werden, wie es vorher erläutert wurde,
um es in der Datenbank der bekannten Straftäter zu speichern.
-
Es
ist zu erkennen, daß die
Bilder von den Schuhen auch durch andere Einrichtungen aufgenommen
werden könnten,
zum Beispiel durch Verwendung einer Laser-Abtasteinrichtung oder ähnliche
Einrichtungen.