RU2595181C2 - Method for selecting images for identification of weapon from striker trace - Google Patents

Method for selecting images for identification of weapon from striker trace Download PDF

Info

Publication number
RU2595181C2
RU2595181C2 RU2014141806/02A RU2014141806A RU2595181C2 RU 2595181 C2 RU2595181 C2 RU 2595181C2 RU 2014141806/02 A RU2014141806/02 A RU 2014141806/02A RU 2014141806 A RU2014141806 A RU 2014141806A RU 2595181 C2 RU2595181 C2 RU 2595181C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
trace
images
image
striker
traces
Prior art date
Application number
RU2014141806/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014141806A (en
Inventor
Владимир Александрович Федоренко
Максим Владиславович Корнилов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2014141806/02A priority Critical patent/RU2595181C2/en
Publication of RU2014141806A publication Critical patent/RU2014141806A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595181C2 publication Critical patent/RU2595181C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.
SUBSTANCE: invention relates to identification of firearms from traces of striker with individual feature spot of arbitrary shape by processing digital images of traces of strikers and their further analysis. Investigated shell is scanned to produce original digital image of investigated striker trace in grayscale. Local variations of gradations are smoothed. Smoothed initial digital image of striker trace is converted into binary black-and-white image, in which background has one colour, and individual attribute of other. Individual feature descriptors are measured, which do not depend on orientation of image, represented by area S perimeter P, maximum Imax and minimum Imin moments of inertia. Method includes selecting similar images of striker trace with individual feature in form of spot of arbitrary shape from database of trace images. From traces selected from image database, sampling images of traces with closest values of descriptors S, P, Imax, Imin. Method includes presenting a loop of individual attribute of analysed trace and traces, selected from trace image database in form of N standard complex vectors. Finding magnitude of normalised scalar product of loop of analysed trace with loops selected from a database of traces. For identification of firearm, selecting from a database of images of traces with greatest value of maximum magnitude of normalised scalar product of loops.
EFFECT: higher efficiency of formation of priority of a list of images based on degree of similarity thereof with analysed trace by eliminating effect of orientation of images on comparison result, as well as accelerated selection of images based on degree of similarity thereof with the analysed by simplifying calculations.
2 cl, 7 dwg, 9 tbl

Description

Изобретение относится к идентификации огнестрельного оружия по следам бойка путем обработки цифровых изображений следов бойков и последующего их анализа.The invention relates to the identification of firearms in the footsteps of strikers by processing digital images of traces of strikers and their subsequent analysis.

Известен способ выбора цифровых изображений следов от бойков (Jie Zhou, Fanglin Chen, Jinwei Gu, A Novel Algorithm for Detecting Singular Points from Fingerprint Images, Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on Vol.31, No. 7, July 2009 pp. 1239 - 1250.; Крестинин И.А., Середин О.С. Метод особых точек в задачах поиска лиц на графических изображениях //Известия ТулГУ. Технические науки. 2008. №3., 265 c.), основанный на распознавании изображений по особым точкам, путем выделения особых точек по одному из правил (точки перегибов, максимальные градиенты, линии и углы и т.д.). Такое выделение осуществляют с помощью различных детекторов, например упрощенного детектора Харриса-Лапласса, детектора Собела и т.п. Далее производят сопоставление особых точек на исследуемом и тестовом изображениях путем нахождения функции взаимной корреляции (ФВК) или вычисление различных оценок.There is a method for selecting digital images of traces of strikers (Jie Zhou, Fanglin Chen, Jinwei Gu, A Novel Algorithm for Detecting Singular Points from Fingerprint Images, Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on Vol.31, No. 7, July 2009 pp. 1239 - 1250 .; Krestinin I.A., Seredin O.S. The method of singular points in the search for faces on graphic images // Izvestiya TulGU. Engineering. 2008. No. 3., 265 c.), Based on image recognition by special points, by highlighting special points according to one of the rules (inflection points, maximum gradients, lines and angles, etc.). Such extraction is carried out using various detectors, for example, a simplified Harris-Laplace detector, Sobel detector, etc. Next, they compare the special points on the test and test images by finding the cross-correlation function (PCF) or calculating various estimates.

К недостаткам этого способа можно отнести то, что не все дескрипторы оказываются инвариантными к повороту, изменению масштаба, освещенности изображения. Дополнительные трудности создает вариативность изображений следа бойка, полученных от одного и того же экземпляра оружия. В результате при работе по большим массивам цифровых изображений невозможно корректно сформировать приоритетный список по степени совпадения исследуемых изображений для проведения идентификации оружия.The disadvantages of this method include the fact that not all descriptors are invariant to rotation, zooming, and illumination of the image. Additional difficulties are created by the variability of the striker footprint images received from the same weapon instance. As a result, when working on large arrays of digital images, it is impossible to correctly form a priority list according to the degree of coincidence of the studied images for identifying weapons.

Известен способ выбора цифровых изображений следов от бойков путем нахождения функции корреляции, основанный на определении максимума или минимума ФВК двух изображений путем перемещения одного относительного другого как по осям оХ и oY, так и вращением одного относительного другого (Theodore, V. Vorburger, James, H. Yen, B., Bachrach, Thomas, B. Renegar, Li Ma, Hyug-Gyo Rhee, Xiaoyu, A. Zheng, Jun-Feng, Song; Charles, D. Foreman, Surface topography analysis for a feasibility assessment of a National Ballistics Imaging Database, NIST Interagency/Internal Report (NISTIR). 2007).There is a method of selecting digital images of tracks from strikers by finding the correlation function, based on determining the maximum or minimum of the FVC of two images by moving one relative to the other along the axes oX and oY, and rotating one relative to the other (Theodore, V. Vorburger, James, H .Yen, B., Bachrach, Thomas, B. Renegar, Li Ma, Hyug-Gyo Rhee, Xiaoyu, A. Zheng, Jun-Feng, Song; Charles, D. Foreman, Surface topography analysis for a feasibility assessment of a National Ballistics Imaging Database, NIST Interagency / Internal Report (NISTIR). 2007).

К недостаткам такого способа можно отнести необходимость проведения трудоемких вычислений, большое время для проведения поиска по большим массивам данных, низкую эффективность из-за наличия на поверхности капсюля различных микронеоднородностей, связанных с их производством. В результате метод не позволяет корректно формировать приоритетный список для проведения идентификации оружия.The disadvantages of this method include the need for time-consuming calculations, a long time to conduct a search on large data arrays, low efficiency due to the presence of various microinhomogeneities on the surface of the capsule associated with their production. As a result, the method does not allow to correctly form a priority list for the identification of weapons.

Известен способ выбора цифровых изображений следов от бойков, основанный на вычислении коэффициента близости (Fabiano Riva, Christophe Champod, Automatic comparison and Evaluation of Impressions Left by a Firearm on Fired Cartridge Cases//J Forensic Sci, Vol.59, No 3, 2014, pp. 637-647). В данном способе разработаны три численных критерия оценки схожести изображений на основании: Евклидова среднего расстояния между совмещенными изображениями; функции кросс-корреляции между совпадающими областями изображения; среднего угла между векторами нормали к поверхностям сравниваемых изображений. На их основе вводится коэффициент близости, который оценивает отношение вероятности того, что цифровые изображения бойков получены от одного и того же экземпляра оружия, к вероятности, что изображения получены для разных экземпляров оружия. Для его вычисления оценивают «совместное» распределение, которое строится на основе изображений от одного и того же известного следа бойка и «раздельное» распределение, для которого используют известные изображения следов от заведомо различных бойков.A known method for selecting digital images of tracks from strikers, based on the calculation of the proximity coefficient (Fabiano Riva, Christophe Champod, Automatic comparison and Evaluation of Impressions Left by a Firearm on Fired Cartridge Cases // J Forensic Sci, Vol. 59, No. 3, 2014, pp. 637-647). In this method, three numerical criteria are developed for assessing the similarity of images based on: Euclidean average distance between combined images; cross-correlation functions between coincident areas of the image; the average angle between the normal vectors to the surfaces of the compared images. Based on them, a proximity coefficient is introduced, which estimates the ratio of the probability that digital images of the strikers are received from the same weapon instance to the probability that the images are obtained for different weapons. For its calculation, a “joint” distribution is estimated, which is based on images from the same known striker trace and a “separate” distribution, for which known images of traces from deliberately different strikers are used.

Недостатком этого способа является то, что для построения совместного и раздельного распределения (на основе которых и проводится оценка коэффициента подобия) необходимо оперировать большим числом статистических данных. Авторы тестировали данный метод по 60 изображениям следов одного бойка и по такому же числу изображений разных экземпляров оружия. Кроме этого на начальном этапе требуется выравнивание исследуемых изображений относительно друг друга. К недостаткам также следует отнести зависимость результатов расчетов от ориентации сравниваемых изображений. В конечном счете, данный метод не позволяет корректно сформировать приоритетный список для проведения идентификации оружия.The disadvantage of this method is that to build a joint and separate distribution (on the basis of which the similarity coefficient is estimated), it is necessary to operate with a large number of statistical data. The authors tested this method on 60 images of traces of one striker and on the same number of images of different weapons. In addition, at the initial stage, alignment of the studied images with respect to each other is required. The disadvantages should also include the dependence of the calculation results on the orientation of the compared images. Ultimately, this method does not correctly form a priority list for the identification of weapons.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выбора цифровых изображений следов от бойков (Song J. Proposed “NIST Ballistics Identification System (NBIS)” Based on 3D Topographic Measurements on Correlation Cells //AFTE Journal, Volume 45 Number 2 - Spring 2013, pp. 184-194), основанный на получении цифрового изображения исследуемого следа бойка в градациях серого, сглаживании локальных перепадов яркости. Далее производят выбор схожих изображений следа из базы изображений следов, для этого формируют 3-мерные изображения исследуемого и тестового объекта, исключают из рассмотрения области, не пригодные к идентификации, разбивают изображения на корреляционные ячейки, находят ФВК для каждой ячейки. Идентификацию проводят, если совпадает не менее 6 ячеек подряд (на этих ячейках максимум функции взаимной корреляции больше заданного уровня) или не менее 3х ячеек в каждой из двух комбинаций (в сумме не менее 6).Closest to the proposed one is a method for selecting digital images of tracks from strikers (Song J. Proposed “NIST Ballistics Identification System (NBIS)” Based on 3D Topographic Measurements on Correlation Cells // AFTE Journal, Volume 45 Number 2 - Spring 2013, pp. 184 -194), based on obtaining a digital image of the investigated track of the striker in grayscale, smoothing out local differences in brightness. Next, similar images of the trace are selected from the database of trace images; for this, 3D images of the test and test objects are formed, areas that are not suitable for identification are excluded from consideration, the images are divided into correlation cells, and FVCs are found for each cell. Identification is carried out if at least 6 cells in a row coincide (on these cells the maximum of the cross-correlation function is greater than a given level) or at least 3 cells in each of the two combinations (in total not less than 6).

Однако построение функции взаимной корреляции для 3-мерных изображений является достаточно трудоемкой задачей, а поиск по большой базе данных таких изображений требует большого времени. Результаты расчетов зависят от ориентации сравниваемых изображений, рекомендательный список, сформированный по степени совпадения изображений, допускает пропуски (непопадание в первую пятерку рекомендательного списка следов, имеющихся в тестовом массиве и оставленных тем же бойком, что и исследуемый след).However, constructing a cross-correlation function for 3-dimensional images is a rather time-consuming task, and searching through a large database of such images requires a lot of time. The calculation results depend on the orientation of the compared images, the recommendation list, formed according to the degree of coincidence of the images, allows for omissions (not falling into the top five of the recommended list of tracks that are in the test array and left in the same strikethrough as the track under study).

Технический результат заключается в повышении эффективности формирования приоритетного списка изображений по степени их схожести с исследуемым следом за счет исключения влияния ориентации изображений на результат сравнения, ускорении выбора изображений по степени их схожести с исследуемым за счет упрощения вычислительных операций.The technical result consists in increasing the efficiency of forming a priority list of images according to the degree of their similarity with the investigated trace by eliminating the influence of image orientation on the comparison result, accelerating the selection of images by the degree of their similarity to the studied by simplifying computational operations.

Технический результат достигается путем выделения изображений следов бойков с индивидуальными признаками в виде пятен произвольной формы; измерения дескрипторов признаков, не зависящих от ориентации изображения, таких как площадь (S), периметр (P), максимальный и минимальный моменты инерции (Imax; Imin); проведения выборки изображений следов с наиболее близкими значениями дескрипторов S, P, Imax, Imin; представления контура индивидуального признака исследуемого следа в виде N стандартных комплекснозначных векторов, нахождения модуля нормированного скалярного произведения контура исследуемого следа с контурами выбранных следов; выбора изображения с наибольшим значением максимума модуля нормированного скалярного произведения контуров для идентификации оружия.The technical result is achieved by highlighting the traces of the strikers with individual signs in the form of spots of arbitrary shape; measuring descriptors features that do not depend on the orientation of the image, such as area (S), the perimeter (P), the maximum and minimum moments of inertia (I max; I min); selection of images of traces with the closest values of descriptors S, P, I max , I min ; presenting the contour of an individual feature of the trail under study in the form of N standard complex-valued vectors, finding the module of the normalized scalar product of the contour of the trail under investigation with the contours of the selected traces; selection of the image with the maximum value of the maximum modulus of the normalized scalar product of contours for the identification of weapons.

При необходимости осуществляют дополнительное измерение на бинарном изображении исследуемого следа бойка характеристики Эйлера; изменение уровня бинаризации изображения исследуемого следа бойка в сторону увеличения или уменьшения до тех пор, пока не изменится характеристика Эйлера; выбор изображений из базы изображений следов по новым значениям дескрипторов.If necessary, carry out an additional measurement on a binary image of the investigated trace striker Euler characteristics; a change in the binarization level of the image of the investigated striker trace in the direction of increasing or decreasing until the Euler characteristic changes; selection of images from the image database of traces according to new descriptor values.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где:The claimed invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлен след бойка с индивидуальным признаком в виде пятна произвольной формы;in FIG. 1 shows the trace of a striker with an individual sign in the form of a spot of arbitrary shape;

на фиг. 2 представлен след бойка с индивидуальным признаком в виде набора дуг и окружностей;in FIG. 2 shows a striker trace with an individual attribute in the form of a set of arcs and circles;

на фиг. 3 представлена система координат комплексных единичных векторов;in FIG. 3 shows the coordinate system of complex unit vectors;

на фиг. 4 приведен пример описания границы объекта комплексными единичными векторами, граница объекта обозначена пунктиром;in FIG. 4 shows an example of describing the boundary of an object by complex unit vectors, the boundary of the object is indicated by a dotted line;

на фиг. 5 представлено исходное тестовое изображение следа бойка, представленное в градациях серого, и его бинарное изображение, имеющее характеристику Эйлера χ=1 при уровне бинаризации Z=Z0;in FIG. 5 shows the initial test pattern track pin represented in grayscale, and a binary image having Euler characteristic χ = 1 when binarization level Z = Z 0;

на фиг. 6 представлено исходное исследуемое изображение следа бойка, представленное в градациях серого, и его бинарное изображение, имеющее характеристику Эйлера χ=2 при уровне бинаризации Z=Z0;in FIG. Figure 6 shows the initial investigated image of the striker trace represented in gray gradations and its binary image having the Euler characteristic χ = 2 at the binarization level Z = Z 0 ;

на фиг. 7 представлено изображение следа бойка, полученное в результате бинаризации методом Ниблэка исходного исследуемого изображения по уровню Z=Z0-0.08.in FIG. Figure 7 shows the image of the striker trace obtained as a result of binarization by the Niblack method of the initial image under study at the level Z = Z 0 -0.08.

Способ реализован следующим образом.The method is implemented as follows.

Исследуемые гильзы сканируют с помощью баллистического сканера или другой цифровой техники с возможностью макросъемки следов бойков. Из множества цифровых изображений следов бойков, находящихся в электронной базе данных, выбирают изображения следов с индивидуальными признаками в виде пятен (областей) произвольной формы. Это позволяет исключить из последующего анализа изображения с индивидуальными признаками с явно другими морфологическими характеристиками. Например, нет смысла сравнивать между собой два следа, у одного из которых индивидуальные признаки в виде пятен произвольной формы (фиг. 1), а у второго в виде набора окружностей и дуг (фиг. 2).The test cartridges are scanned using a ballistic scanner or other digital technology with the possibility of macro photography traces of strikers. From the set of digital images of the tracks of the strikers located in the electronic database, images of the tracks with individual signs in the form of spots (areas) of arbitrary shape are selected. This allows us to exclude from the subsequent analysis images with individual characteristics with clearly different morphological characteristics. For example, it makes no sense to compare two tracks with each other, one of which has individual signs in the form of spots of arbitrary shape (Fig. 1), and the second as a set of circles and arcs (Fig. 2).

Для уменьшения отрицательного влияния шероховатостей поверхности капсюля и следов механизмов его производства исходные изображения сглаживают путем применения медианного фильтра с маской не менее 7х7 ячеек. Затем, сглаженное изображение преобразуют в бинарное, где черный цвет является, например, фоном, а белый - признаком. Адаптивная бинаризация изображений проводится методом Ниблэка с маской не менее 25х25 ячеек. В итоге получается черно-белое изображение с четко выделенной границей индивидуальных признаков. Применение адаптивной бинаризации позволяет существенно уменьшить влияние неравномерности освещения следа бойка на выделение признаков. Формирование бинарных изображений позволяет однозначно и быстро определить такие дескрипторы (характеристики) признаков, как их площадь, периметр и др.To reduce the negative impact of the roughness of the surface of the capsule and the traces of the mechanisms of its production, the initial images are smoothed by applying a median filter with a mask of at least 7 × 7 cells. Then, the smoothed image is converted to binary, where black is, for example, the background, and white is a sign. Adaptive binarization of images is carried out by the Niblack method with a mask of at least 25x25 cells. The result is a black and white image with a clearly defined border of individual characteristics. The use of adaptive binarization can significantly reduce the effect of uneven illumination of the striker trace on the selection of signs. The formation of binary images makes it possible to unambiguously and quickly determine such descriptors (characteristics) of attributes as their area, perimeter, etc.

Далее измеряют следующие дескрипторы признаков: S (площадь); P (периметр); Imax (максимальный момент инерции); Imin (минимальный момент инерции). Каждому исследуемому объекту присваивают координаты в пространстве признаков, соответствующие значению его дескрипторов (S, P, Imax, Imin). Рассчитывают Евклидово расстояние от исследуемого объекта до каждого тестового по формуле (1) и далее из тестового массива выбирают наиболее близко расположенные объекты. Из этих объектов формируется приоритетный (рекомендательный) список по правилу: чем меньше расстояние dj, тем ближе к началу списка располагается тестовый объект (тем больше он схож по дескрипторам с исследуемым объектом). Сравнение изображений по дескрипторам, не зависящим от ориентации и представляющих собой численные значения, позволяет быстро и эффективно исключить из дальнейшего анализа изображения, которые сильно отличаются от исследуемого следа. Это позволит существенно сократить время последующего анализа изображений следов.Next, the following attribute descriptors are measured: S (area); P (perimeter); I max (maximum moment of inertia); I min (minimum moment of inertia). Each object under study is assigned coordinates in the attribute space corresponding to the value of its descriptors (S, P, I max , I min ). The Euclidean distance from the test object to each test object is calculated according to the formula (1), and then the nearest objects are selected from the test array. From these objects a priority (recommendation) list is formed according to the rule: the smaller the distance d j , the closer to the top of the list the test object is located (the more it is similar in descriptors to the object under study). Comparison of images by descriptors that are independent of orientation and representing numerical values allows us to quickly and efficiently exclude from further analysis images that are very different from the trace being studied. This will significantly reduce the time for subsequent analysis of trace images.

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (one)

где А и В - исследуемый и тестовый объекты соответственно; i - i-я компонента вектора признаков (один из дескрипторов: площадь, периметр, и т.д.); j - порядковый номер объекта из тестового массива.where A and B are the test and test objects, respectively; i - i-th component of the feature vector (one of the descriptors: area, perimeter, etc.); j is the serial number of the object from the test array.

Контуры признаков исследуемого следа и следов приоритетного списка описывают N единичными комплексными векторами, которые соединяют точки в соответствии с направлениями 8-связной системы (фиг. 3). Единичным векторам присваиваются координаты в виде комплексных чисел: i; 1+i; 1; 1-i; -i; -1-i; -1; -1+I (Фурман Я.А. и др. Введение в контурный анализ и его приложения к обработке изображений и сигналов//М. Физматлит. 2003. С. 25-32.). Максимальное значение модуля нормированного скалярного произведения |η| контуров Г и N, кодируемых таким образом (фиг. 4), инвариантно их повороту, положению на плоскости и масштабу. При этом модуль нормированного скалярного произведения (НСП) указывает на степень сходства контуров. Далее находят максимум модуля нормированного скалярного произведения |η| контуров признаков исследуемого и тестового следов бойка по формуле (2). Применение более 70 единичных комплексных векторов позволяет достаточно точно описать границы признаков, а значит, и определить степень их сходства по модулю НСП.The contours of the traces of the studied trace and the traces of the priority list are described by N unit complex vectors that connect the points in accordance with the directions of the 8-connected system (Fig. 3). Unit vectors are assigned coordinates in the form of complex numbers: i; 1 + i; one; 1-i; -i; -1-i; -one; -1 + I (Furman, YA.A. et al. Introduction to contour analysis and its applications to image and signal processing // M. Fizmatlit. 2003. P. 25-32.). The maximum value of the modulus of the normalized scalar product | η | contours G and N, encoded in this way (Fig. 4), is invariant to their rotation, position on the plane and scale. Moreover, the module of the normalized scalar product (NSP) indicates the degree of similarity of the contours. Next, find the maximum modulus of the normalized scalar product | η | contours of signs of the test and test tracks of the striker according to the formula (2). The use of more than 70 unit complex vectors allows us to fairly accurately describe the boundaries of features, and therefore, to determine the degree of their similarity modulo NSP.

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

Окончательный приоритетный список формируют по правилу: чем больше значение максимума модуля НСП, тем выше в приоритетном списке располагается изображение тестового объекта, тем больше формы признаков (исследуемого и тестового следа) схожи друг с другом. Представление границ сравниваемых признаков в виде комплексных векторов позволяет легко и быстро в автоматическом режиме определить степень сходства формы признаков независимо от ориентации изображений путем применения простой операции - расчета модуля нормированного скалярного произведения.The final priority list is formed according to the rule: the higher the maximum value of the NSP module, the higher the image of the test object is in the priority list, the more the shape of the signs (the test and the test trace) are similar to each other. Representation of the boundaries of the compared features in the form of complex vectors allows you to quickly and easily automatically determine the degree of similarity of the shape of the characters regardless of the orientation of the images by using a simple operation - calculating the normalized scalar product module.

В случае, если эксперт не находит в первых номерах приоритетного списка парных следов, то измеряют характеристику Эйлера бинарного изображения исследуемого следа бойка, затем изменяют уровень бинаризации изображения исследуемого следа в сторону увеличения или уменьшения с шагом 0.01 до тех пор, пока не изменится характеристика Эйлера (фиг. 5-7). После этого определяют новые значения дескрипторов признака исследуемого следа бойка. Далее по описанной выше методике по новым значениям дескрипторов и новой форме признака проводят сравнение исследуемого следа со следами тестового массива и формируют новый приоритетный список. Изменение уровня бинаризации до тех пор, пока не изменится характеристика Эйлера, позволяет учесть вероятную вариативность отображения на исследуемом изображении индивидуальных особенностей рельефа поверхности бойка и, как следствие этого, вариативность выделения признаков при бинаризации изображения.If the expert does not find in the first numbers of the priority list of pair traces, then the Euler characteristic is measured for the binary image of the studied trace of the striker, then the binarization level of the image of the investigated trace is changed in the direction of increasing or decreasing in steps of 0.01 until the Euler characteristic changes ( Fig. 5-7). After that, new values of the descriptors of the trait of the striker under investigation are determined. Then, according to the method described above, according to the new descriptor values and the new sign form, the studied trace is compared with the traces of the test array and a new priority list is formed. A change in the level of binarization until the Euler characteristic changes, allows one to take into account the probable variability of displaying on the image under study individual characteristics of the surface relief of the striker and, as a result, the variability of feature extraction during image binarization.

Работоспособность данного способа была апробирована на тестовом массиве цифровых изображений следов бойков, включающем 210 объектов. По результатам анализа дескрипторов, не зависящих от ориентации изображений, был сформирован рекомендательный список изображений по степени близости дескрипторов. По первым 20 изображениям рекомендательного списка с близкими значениями дескрипторов был проведен поиск парных следов по максимуму модуля нормированного скалярного произведения и сформированы приоритетные списки. Результаты представлены в таблицах 1-9, которые сформированы из первых 15 номеров приоритетных списков. Следы имеют следующую нумерацию: первое число означает экземпляр оружия, число в скобках - порядковый номер гильзы, стреляной в данном экземпляре оружия. Видно, что во всех случаях парный след попал в первую тройку объектов приоритетного списка за исключением следа 9(1), для которого в базе данных отсутствует парный след.The operability of this method was tested on a test array of digital images of the tracks of strikers, including 210 objects. According to the results of the analysis of descriptors that are not dependent on the orientation of the images, a recommendation list of images was formed according to the degree of proximity of the descriptors. Using the first 20 images of the recommendation list with similar descriptor values, a pair of traces was searched for by the maximum of the normalized scalar product module and priority lists were generated. The results are presented in tables 1-9, which are formed from the first 15 numbers of priority lists. Traces are numbered as follows: the first number means a weapon instance, the number in brackets is the serial number of the cartridge case shot in this weapon instance. It can be seen that in all cases the pair trace was in the first three objects of the priority list with the exception of trace 9 (1), for which there is no pair trace in the database.

Табл.1. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 1(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 1. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 1 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 1(1)Mach NSP 1 (1) 00 1(1)1 (1) 1one 1one 1(2)1 (2) 0.940.94 22 6(1)6 (1) 0.820.82 33 5(2)5 (2) 0.810.81 4four 6(2)6 (2) 0.800.80 55 5(1)5 (1) 0.800.80 66 39(1)39 (1) 0.790.79 77 39(2)39 (2) 0.770.77 88 13(1)13 (1) 0.740.74 99 4(1)4 (1) 0.580.58 1010 31(1)31 (1) 0.560.56 11eleven 47(1)47 (1) 0.560.56 1212 4(2)4 (2) 0.550.55 1313 21(2)21 (2) 0.500.50 14fourteen 21(1)21 (1) 0.450.45

Парный след 1(2) на первом месте приоритетного списка.Paired track 1 (2) in the first place of the priority list.

Табл.2. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 39(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 2. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 39 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 1(1)Mach NSP 1 (1) 00 39(1)39 (1) 1one 1one 6(1)6 (1) 0.820.82 22 39(2)39 (2) 0.800.80 33 1(1)1 (1) 0.790.79 4four 1(2)1 (2) 0.790.79 55 5(1)5 (1) 0.790.79 66 5(2)5 (2) 0.780.78 77 6(2)6 (2) 0.770.77 88 13(1)13 (1) 0.700.70 99 47(1)47 (1) 0.570.57 1010 4(1)4 (1) 0.550.55 11eleven 4(2)4 (2) 0.540.54 1212 31(1)31 (1) 0.520.52 1313 21(2)21 (2) 0.420.42 14fourteen 1(1)1 (1) 0.380.38

Парный след 39(2) на втором месте приоритетного списка.Paired track 39 (2) in second place on the priority list.

Табл.3. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 5(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 3. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 5 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 5(1)Mach NSP 5 (1) 00 5(1)5 (1) 1one 1one 6(1)6 (1) 0.8280.828 22 5(2)5 (2) 0.8230.823 33 1(2)1 (2) 0.8200.820 4four 1(1)1 (1) 0.800.80 55 6(2)6 (2) 0.800.80 66 39(1)39 (1) 0.790.79 77 39(2)39 (2) 0.770.77 88 13(1)13 (1) 0.740.74 99 4(2)4 (2) 0.620.62 1010 4(1)4 (1) 0.580.58 11eleven 47(1)47 (1) 0.560.56 1212 31(1)31 (1) 0.550.55 1313 21(2)21 (2) 0.430.43 14fourteen 21(1)21 (1) 0.420.42

Парный след 5(2) на втором месте приоритетного списка.Pair track 5 (2) in second place on the priority list.

Табл.4. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 31(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 4. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 31 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 31(2)Mach NSP 31 (2) 00 31(2)31 (2) 1one 1one 31(1)31 (1) 0.810.81 22 21(1)21 (1) 0.800.80 33 21(2)21 (2) 0.770.77 4four 4(1)4 (1) 0.690.69 55 4(2)4 (2) 0.600.60 66 47(1)47 (1) 0.570.57 77 1(1)1 (1) 0.530.53 88 6(2)6 (2) 0.530.53 99 39(2)39 (2) 0.500.50 1010 1(2)1 (2) 0.500.50 11eleven 5(2)5 (2) 0.450.45 1212 39(1)39 (1) 0.420.42 1313 13(1)13 (1) 0.420.42 14fourteen 5(1)5 (1) 0.410.41

Парный след 31(1) на первом месте приоритетного списка.Paired track 31 (1) in first place on the priority list.

Табл.5. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 6(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 5. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 6 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 6(1)Mach NSP 6 (1) 00 6(1)6 (1) 1one 1one 5(2)5 (2) 0.850.85 22 6(2)6 (2) 0.840.84 33 5(1)5 (1) 0.820.82 4four 39(1)39 (1) 0.820.82 55 1(1)1 (1) 0.820.82 66 1(2)1 (2) 0.800.80 77 39(2)39 (2) 0.780.78 88 13(1)13 (1) 0.680.68 99 4(1)4 (1) 0.580.58 1010 47(1)47 (1) 0.570.57 11eleven 4(2)4 (2) 0.550.55 1212 31(1)31 (1) 0.520.52 1313 21(2)21 (2) 0.430.43 14fourteen 21(1)21 (1) 0.420.42

Парный след 6(2) на втором месте приоритетного списка.Pair track 6 (2) in second place on the priority list.

Табл.6 Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 13(2). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 6 The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 13 (2). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 13(2)Mach NSP 13 (2) 00 13(2)13 (2) 1one 1one 13(1)13 (1) 0.730.73 22 1(2)1 (2) 0.660.66 33 5(2)5 (2) 0.650.65 4four 1(1)1 (1) 0.650.65 55 39(1)39 (1) 0.650.65 66 5(1)5 (1) 0.640.64 77 6(2)6 (2) 0.640.64 88 39(2)39 (2) 0.630.63 99 6(1)6 (1) 0.630.63 1010 4(2)4 (2) 0.590.59 11eleven 4(1)4 (1) 0.570.57 1212 47(1)47 (1) 0.550.55 1313 21(2)21 (2) 0.500.50 14fourteen 31(1)31 (1) 0.470.47

Парный след 13(1) на первом месте приоритетного списка.Pair track 13 (1) in first place on the priority list.

Табл.7. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 4(1). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Table 7. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 4 (1). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 4(1)Mach NSP 4 (1) 00 4(1)4 (1) 1one 1one 4(2)4 (2) 0.720.72 22 47(1)47 (1) 0.610.61 33 5(2)5 (2) 0.590.59 4four 5(1)5 (1) 0.580.58 55 1(1)1 (1) 0.580.58 66 1(2)1 (2) 0.570.57 77 13(1)13 (1) 0.560.56 88 39(1)39 (1) 0.550.55 99 39(2)39 (2) 0.530.53 1010 31(1)31 (1) 0.530.53 11eleven 6(2)6 (2) 0.530.53 1212 6(1)6 (1) 0.510.51 1313 21(2)21 (2) 0.510.51 14fourteen 21(1)21 (1) 0.480.48

Парный след 4(2) на первом месте приоритетного списка.Pair track 4 (2) in the first place of the priority list.

Табл.8. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 47(2). Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Tab. 8. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 47 (2). Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 47(2)Mach NSP 47 (2) 00 47(2)47 (2) 1one 1one 47(1)47 (1) 0.730.73 22 31(1)31 (1) 0.620.62 33 4(1)4 (1) 0.590.59 4four 6(2)6 (2) 0.580.58 55 21(2)21 (2) 0.580.58 66 21(1)21 (1) 0.560.56 77 5(2)5 (2) 0.530.53 88 4(2)4 (2) 0.520.52 99 39(2)39 (2) 0.520.52 1010 6(1)6 (1) 0.510.51 11eleven 5(1)5 (1) 0.500.50 1212 39(1)39 (1) 0.500.50 1313 1(1)1 (1) 0.500.50 14fourteen 13(1)13 (1) 0.480.48

Парный след 47(1) на первом месте приоритетного списка.Paired track 47 (1) in first place on the priority list.

Табл.9. Первые 15 номеров приоритетного списка для исследуемого следа 9(1), не имеющего в базе данных парного следа. Нулевой номер представлен для контроля корректности расчетов. N - порядковый номер изображения в приоритетном списке.Tab. 9. The first 15 numbers of the priority list for the investigated trace 9 (1), which does not have a pair trace in the database. Zero number is presented to control the correctness of calculations. N - serial number of the image in the priority list.

NN Тест. следTest. track Мах НСП 9(1)Mach NSP 9 (1) 00 9(1)9 (1) 1one 1one 21(2)21 (2) 0.660.66 22 31(1)31 (1) 0.560.56 33 21(1)21 (1) 0.540.54 4four 47(1)47 (1) 0.440.44 55 4(1)4 (1) 0.420.42 66 4(2)4 (2) 0.350.35 77 6(2)6 (2) 0.350.35 88 13(1)13 (1) 0.320.32 99 1(2)1 (2) 0.310.31 1010 5(1)5 (1) 0.280.28 11eleven 1(1)1 (1) 0.270.27 1212 39(2)39 (2) 0.270.27 1313 6(1)6 (1) 0.260.26 14fourteen 5(2)5 (2) 0.250.25

Достаточно низкое значение максимумов модуля НСП контуров в табл.9 сигнализирует о возможном отсутствии в базе данных изображения парного следа бойка. Для исследуемого следа 9(1) в базе данных парный след отсутствует.The rather low value of the maxima of the NSP module of the loops in Table 9 signals the possible absence of a pair of striker tracks in the image database. For the studied trace 9 (1), the pair trace is absent in the database.

Достигнутый технический результат заключается в повышении эффективности формирования приоритетного списка изображений по степени их схожести с исследуемым следом за счет исключения влияния ориентации изображений на результат сравнения, ускорения выбора изображений по степени их схожести с исследуемым за счет упрощения вычислительных операций.The achieved technical result consists in increasing the efficiency of forming a priority list of images according to the degree of their similarity with the investigated trace by eliminating the influence of image orientation on the comparison result, accelerating the selection of images according to the degree of their similarity with the studied by simplifying computational operations.

В тестовых испытаниях использовался компьютер со следующими характеристиками: 1 гигабайт оперативной памяти, 512 мегабайт видеопамяти, процессор Пентиум Е655, видеокарта GeForce 210. База данных включала 210 однотипных изображений следов бойков с признаками (индивидуальными особенностями рельефа) в виде пятен произвольной формы. Время поиска в автоматическом режиме по исследуемому следу по базе данных и формирования приоритетного списка в среднем не превышало 5 минут. Следует отметить, что программное обеспечение было реализовано в среде «Matlab 7.7.0», а при переходе на язык программирования типа «Си++» время поиска может сократиться еще в несколько раз.In the test tests, we used a computer with the following characteristics: 1 gigabyte of RAM, 512 megabytes of video memory, Pentium E655 processor, GeForce 210 graphics card. The database included 210 similar images of striking marks with signs (individual features of the relief) in the form of spots of arbitrary shape. The search time in the automatic mode by the track under study in the database and the formation of the priority list did not exceed 5 minutes on average. It should be noted that the software was implemented in the Matlab 7.7.0 environment, and when switching to a programming language such as C ++, the search time can be reduced by several times.

Выводыfindings

Тестовые испытания показали работоспособность предложенного способа, эффективность его применения для корректного выбора изображений по степени их схожести с исследуемым следом, а также малое время, необходимое для проведения в автоматическом режиме анализа изображений по всей базе данных.Test tests showed the efficiency of the proposed method, the effectiveness of its application for the correct selection of images according to the degree of their similarity with the investigated trace, as well as the short time required for automatic analysis of images throughout the database.

Claims (2)

1. Способ идентификации оружия по следу бойка с индивидуальным признаком в виде пятна произвольной формы, включающий сканирование исследуемой гильзы с получением исходного цифрового изображения исследуемого следа бойка в градациях серого, сглаживание локальных перепадов градаций и выбор схожих изображений следа бойка с индивидуальным признаком в виде пятна произвольной формы из базы изображений следов, отличающийся тем, что полученное сглаженное исходное цифровое изображение следа бойка преобразуют в бинарное черно-белое изображение, в котором фон имеет один цвет, а индивидуальный признак другой, измеряют дескрипторы индивидуального признака, не зависящие от ориентации изображения, в качестве которых используют площадь S, периметр Р, максимальный Imax и минимальный Imin моменты инерции, из отобранных из базы изображений следов проводят выборку изображений следов с наиболее близкими значениями дескрипторов S, Р, Imax, Imin, представляют контур индивидуального признака исследуемого следа и следов, отобранных из базы изображений следов, в виде N стандартных комплекснозначных векторов, находят модуль нормированного скалярного произведения контура исследуемого следа с контурами выбранных из базы следов, а для идентификации оружия выбирают из базы изображения следов с наибольшим значением максимума модуля нормированного скалярного произведения контуров.1. A method for identifying weapons on the track of a striker with an individual sign in the form of a spot of arbitrary shape, including scanning the test sleeve to obtain an initial digital image of the investigated trace of the striker in gray gradations, smoothing out local gradients and selecting similar images of the trace of the striker with an individual sign in the form of a spot of arbitrary shape forms from the database of trace images, characterized in that the resulting smoothed original digital image of the striker trace is converted into a binary black and white image e, wherein the pattern has one color, and the individual attribute other measured descriptors individual feature not depending on the orientation of the image, which is used as S area, perimeter P, a maximum I max and minimum I min moments of inertia of the selected from a database of images traces traces carried sampled images closest descriptor values S, P, I max, I min, represent individual contour characteristic of the test trace and trace, selected from the database of images of tracks in a standard N kompleksnoznach s vectors are unit normalized scalar product of the test circuit trace the contours of the selected base tracks and arms to identify selected from the database image with the largest module tracks the maximum value of the normalized inner product circuit. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно измеряют на бинарном изображении исследуемого следа бойка характеристику Эйлера, изменяют уровень бинаризации изображения исследуемого следа бойка в сторону увеличения или уменьшения до изменения характеристики Эйлера, а затем осуществляют выбор изображений из базы изображений следов по новым значениям дескрипторов. 2. The method according to p. 1, characterized in that it additionally measures the Euler characteristic on the binary image of the investigated strike trace, changes the binarization level of the image of the studied strike trace to increase or decrease until the Euler characteristic changes, and then select images from the trace image database new descriptor values.
RU2014141806/02A 2014-10-17 2014-10-17 Method for selecting images for identification of weapon from striker trace RU2595181C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014141806/02A RU2595181C2 (en) 2014-10-17 2014-10-17 Method for selecting images for identification of weapon from striker trace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014141806/02A RU2595181C2 (en) 2014-10-17 2014-10-17 Method for selecting images for identification of weapon from striker trace

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014141806A RU2014141806A (en) 2016-05-10
RU2595181C2 true RU2595181C2 (en) 2016-08-20

Family

ID=55959638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014141806/02A RU2595181C2 (en) 2014-10-17 2014-10-17 Method for selecting images for identification of weapon from striker trace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595181C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022235241A1 (en) * 2021-05-03 2022-11-10 Bahcesehir Universitesi A ballistic solution system and a method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4175346A (en) * 1977-09-16 1979-11-27 Zemsky Michael D Firearm and bullet identification
RU2015492C1 (en) * 1992-03-31 1994-06-30 Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения Method of marking of firearm
RU2166748C1 (en) * 2000-04-10 2001-05-10 Зайцев Павел Анатольевич Technique forming images and defining relief of objects of complicated form
UA21813U (en) * 2006-07-21 2007-04-10 Kyiv Nat Inst Of Interior Affa Method for identification of fire arms by striker prints on shells
UA28791U (en) * 2007-07-18 2007-12-25 Київський Національний Університет Внутрішніх Справ Method for identification of fire arms by bore track on bullets
RU2431104C2 (en) * 2009-09-02 2011-10-10 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Институт управления" Identification method of fire arms as per mark of striker on case

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4175346A (en) * 1977-09-16 1979-11-27 Zemsky Michael D Firearm and bullet identification
RU2015492C1 (en) * 1992-03-31 1994-06-30 Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения Method of marking of firearm
RU2166748C1 (en) * 2000-04-10 2001-05-10 Зайцев Павел Анатольевич Technique forming images and defining relief of objects of complicated form
UA21813U (en) * 2006-07-21 2007-04-10 Kyiv Nat Inst Of Interior Affa Method for identification of fire arms by striker prints on shells
UA28791U (en) * 2007-07-18 2007-12-25 Київський Національний Університет Внутрішніх Справ Method for identification of fire arms by bore track on bullets
RU2431104C2 (en) * 2009-09-02 2011-10-10 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Институт управления" Identification method of fire arms as per mark of striker on case

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014141806A (en) 2016-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8994723B2 (en) Recognition and pose determination of 3D objects in multimodal scenes
CN109857254B (en) Pupil positioning method and device, VR/AR equipment and computer readable medium
CN108268838B (en) Facial expression recognition method and facial expression recognition system
US8830229B2 (en) Recognition and pose determination of 3D objects in 3D scenes
TWI579777B (en) Data fusion analysis for maritime automatic target recognition
US9367758B2 (en) Feature extraction device, feature extraction method, and feature extraction program
CN109583357B (en) Face recognition method for improving LBP (local binary pattern) and lightweight convolutional neural network cascade
US8705795B2 (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
CN106485651B (en) The image matching method of fast robust Scale invariant
JP2012168941A (en) Method for representing 3d objects or objects with descriptors
CN110942473A (en) Moving target tracking detection method based on characteristic point gridding matching
CN113298146A (en) Image matching method, device, equipment and medium based on feature detection
CN110555348A (en) Fingerprint identification method and device and computer readable storage medium
KR101916460B1 (en) Object recognition method and apparatus using depth information
RU2595181C2 (en) Method for selecting images for identification of weapon from striker trace
US10311332B2 (en) Orientation-based subject-matching in images
Popov Multicomponent Model of Objects Attributive Signatures on Color Pictures
JP6075238B2 (en) Character recognition device and character recognition method
KR101849933B1 (en) Apparatus of Covariance-matching-based Model for musical-symbol recognition
Wang et al. An aircraft target detection method based on regional convolutional neural network for remote sensing images
JP6540577B2 (en) Object recognition device
JP5723301B2 (en) Subject recognition device and subject recognition program
JP2013114381A (en) Object identification device and object identification method
CN110222666A (en) A kind of signature false distinguishing method and system
JP4311278B2 (en) Object recognition method

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
TC4A Altering the group of invention authors

Effective date: 20161215