"Problemy Kryminalistyki"
Nr 256 (II z 2007 r.)
Wydawnictwo Centralnego Laboratorium Kryminalistycznego KGP
00-583 Warszawa
Al. Ujazdowskie 7
tel.: [phone]
Fotografia cyfrowa w kryminalistyce - aspekty techniczno-prawne
Arkadiusz Sobolewski Waldemar Nowicki
Wykorzystanie fotografii cyfrowej w kryminalistyce, czy nawet szerzej -w całym procesie
postępowania karnego, od dłuższego czasu budzi duże kontrowersje. Gdy w 2003 roku minister
sprawiedliwości wydał na podstawie art. 147 ż 5 k.p.k. rozporządzenie w sprawie rodzaju urządzeń
i środków technicznych służących do utrwalania obrazu lub dz
więku dla celów procesowych oraz
sposobów ich przechowywania, odtwarzania i kopiowania zapisów, jego głównym zamierzeniem
było dopuszczenie do wykorzystania fotografii cyfrowej, która już wówczas dysponowała
możliwościami bardzo przydatnymi w procesie wykrywczym.
Paragraf 1 niniejszego rozporządzenia - zupełnie nowatorski w polskim prawie karnym - pozwala
na cyfrowy zapis czynności procesowych, w tym oględzin miejsc zdarzeń. Gdy przyjrzeć się bliżej
treści paragrafu 1, można zauważyć, że jego myślą przewodnią jest nieograniczone
wykorzystywanie zapisu cyfrowego. Ten aspekt budzi jednak najwięcej kontrowersji - na pierwszy
plan wysuwa się bowiem kwestia "manipulowania materiałem dowodowym rejestrowanym".
Pojawia się tu pozorna sprzeczność między ideą wprowadzenia tego przepisu a jego realizacją.
Ustawodawca, zamieszczając w paragrafie 1 rozporządzenia zapis pozwalający na używanie
cyfrowych urządzeń rejestrujących obraz i dz
więk, miał na uwadze przede wszystkim łatwość i
duże możliwości obróbki materiału zapisanego w formie plików cyfrowych. Dotyczy to np.
korygowania, wyostrzania, kopiowania, przenoszenia czy przesyłania zapisanego materiału
cyfrowego. Wszechstronne korzystanie z tego materiału jest stosunkowo łatwe, a przede wszystkim
szybkie i niewymagające nakładów materialnych czy technicznych. Jednak te zalety pozornie
przemawiają na niekorzyść tego typu materiału dowodowego, właśnie ze względu na
niebezpieczeństwo manipulacji. Ta sprzeczność wynika z niezrozumienia tematu.
Ustawodawca, opierając się na doświadczeniach związanych z dotychczasowym, analogowym
sposobem zapisu (jego wykonania i utrwalenia), utożsamia fotografie cyfrowe z ich nośnikiem, jak
ma to miejsce w przypadku naświetlania błony fotograficznej. Ta jednoznaczność powinna
dotyczyć jednak tylko fotografii analogowej, w przypadku której obraz zostaje naświetlony na
błonie negatywowej. Obraz ten powstaje przez wywołanie reakcji chemicznej na materiale
światłoczułym, który jest integralną częścią kliszy. Następuje tu nieodwracalne zniekształcenie
podłoża (nośnika), które już na stałe nabierze nowych cech. Zniekształcenie stanowi właśnie
utrwalony obraz. W przypadku fotografii cyfrowej zdjęcia są formą pliku cyfrowego, który z
nośnikiem (nawet pierwotnym) jest powiązany stosunkowo luz
no. Zasadnicza różnica polega na
technicznej (fizycznej) formie utrwalenia obrazu. W przypadku zapisu cyfrowego następuje
bowiem naniesienie danych na podłoże (nośnik), a nie - jak w przypadku fotografii analogowej
-stałe odkształcenie podłoża (nośnika). Ujawnia się przy tym bardzo ważna właściwość nośnika
cyfrowego, który jak się okazuje, nie może być gwarantem oryginalności zapisanego na nim
materiału. W przypadku fotografii cyfrowej powinno mówić się nie tyle o nośniku pierwotnym, ile
o zapisie pierwotnym lub pliku z
ródłowym. Jest to zasadnicza różnica, ponieważ zapis z
ródłowy
jest w tym przypadku odseparowany od jego nośnika. Implikacja wynikająca z takiego ujęcia
tematu prowadzi do słusznego wniosku, że zapis pierwotny nie jest tożsamy z nośnikiem
pierwotnym, mimo że jest on właściwością nośnika, na którym się, jednak tylko w danej chwili,
znajduje.
Powołując się na cytowane wyżej rozporządzenie, które nośnikami nazywa "inne materiały
właściwe dla danego rodzaju urządzenia", należy uznać za taki właśnie nośnik powszechnie
stosowaną np. w cyfrowych aparatach fotograficznych kartę pamięci. Spełnia ona warunki zawarte
w rozporządzeniu, chociaż nie gwarantuje oryginalności zapisanego na niej obrazu. Karty pamięci
cyfrowych aparatów fotograficznych są tak samo zapisywalne jak inne nośniki cyfrowe, np. płyta
CD lub DVD. Innymi słowy, na karcie pamięci cyfrowego aparatu fotograficznego może być
zapisany już przetworzony (zmieniony) obraz (plik), który będzie mógł być uważany za obraz
pierwotny -nie będzie widocznych śladów ingerencji.
W związku z powyższym wydaje się, że kluczowym zagadnieniem jest nie nośnik, ale format
zapisu pliku cyfrowego. Materiał pierwotny (z
ródłowy) musi być zapisany w formacie, który w
najwyższym stopniu gwarantuje jego niezmienność. Powszechnie stosowane formaty cyfrowych
plików fotograficznych (np. JPEG czy TIFF) pozwalają na dokonanie zmian w ich kodzie
z
ródłowym, polegające na zastąpieniu pierwotnych plików plikami zmodyfikowanymi, przy czym
te pierwsze zostają całkowicie wymazane. Najlepszy sposób zapisu, który w najwyższym stopniu
utrudnia modyfikację bez zatarcia kodu pierwotnego, oferuje format RAW DATA. Wszelkie zmiany
w obrazie pliku fotograficznego zostają nadpisane i dodane do pliku obrazu bez konieczności
wymazania pliku pierwotnego. Jest to najbezpieczniejsza forma zapisu danych niewymuszająca
użycia dodatkowych (zewnętrznych) zabezpieczeń. Nie da się oczywiście wykluczyć możliwości
dokonania zmiany zapisu z
ródłowego bez pozostawienia śladu ingerencji, jednak trudności, jakie
trzeba przy tym pokonać, są porównywalne (jeżeli nie większe) z tymi, jakie stwarza fałszowanie
błony negatywowej. Zapis cyfrowy w formacie RAW ma ponadto wiele innych zalet, które razem
tworzą z niego idealne narzędzie utrwalania obrazu dla potrzeb kryminalistyki. Bezpośredni obraz
zapisu RAW jest mało czytelny i jeżeli ktoś chciałby go obejrzeć, byłby nim rozczarowany. Zdjęcia
są z reguły ciemne, słabo nasycone, wręcz nieostre, często mają niewłaściwe (z
le ustawione)
kolory. Dzieje się tak dlatego, że obraz zapisu jest bezpośrednim zrzutem danych zebranych z
matrycy światłoczułej i zapisanych bez żadnej obróbki. Format RAW (surowy) jest określany
mianem "cyfrowego negatywu". Zbiór danych zawiera tylko informacje o natężeniu światła, które
pada na poszczególne piksele matrycy w momencie otwarcia migawki. Nie ma tu danych o
kolorach, ponieważ poszczególne komórki matrycy aparatu fotograficznego (z wyjątkiem matrycy
Foveon X31) rejestrują tylko jeden z podstawowych kolorów - R (czerwony), G (zielony), B
(niebieski). Wszystkie inne informacje dotyczące zarejestrowanego obrazu są interpolowane
póz
niej2. W przypadku pliku RAW interpolacja jest dokonywana na komputerze, rzadko przez
aplikacje w aparatach cyfrowych3. Przy zapisie w innych formatach interpolacja i kompresja (z
reguły stratna) jest dokonywana bezpośrednio w aparacie i dopiero tak przetworzony obraz jest
zapisywany jako zdjęcie.
Obraz jest poddawany wielu operacjom, które przekształcają informacje zapisane na matrycy
aparatu. Najpierw dokonywana jest korekcja kolorów i ustalany poziom kontrastu wraz z balansem
między światłami i cieniami, póz
niej są usuwane błędy, które powstały podczas odczytu danych z
matrycy - tzw. szumy4. Kolejne operacje to delikatne rozmycie konturów, następnie wyostrzenie,
wreszcie określenie stopnia nasycenia kolorów i zapisanie obrazu w postaci pliku cyfrowego - np.
JPEG.
Zapis w formacie RAW pomija te czynności, umieszczając na nośniku plik o rozmiarze większym
niż JPEG, ale mniejszym niż TIFF. Konwersja obrazu z matrycy do formatu JPEG powoduje, że
plik formatu zapisu koloru ma postać 8-bitową, tzn. obejmuje zakres tonalny, jaki mieści się między
bielą a czernią, czyli po 255 możliwych wartości przypadających na każdy kanał RGB. Zapis RAW
rejestruje natomiast 16-bitową rozpiętość tonalną (gradację) dla każdego piksela matrycy CCD czy
CMOS, tj. aż 48-bitową paletę kolorów. Przy prawidłowo naświetlonym obrazie rozpiętość tonalna
8- czy 16-bitowa nie jest znacząca, ponieważ końcowy obraz musi zmieścić się w zakresie od
czerni do bieli (8-bitów na kanał). Tylko taki zakres jest widzialny na monitorze i możliwy do
wydrukowania. Kiedy jednak obraz jest z
le naświetlony lub z innych powodów nie mieści się w
zakresie tonalnym palety RGB, zwiększenie ilości danych w formacie JPEG powyżej 255 wartości
na kanał spowoduje całkowite wybielenie obszarów powyżej tej wartości i zaczernienie wartości
poniżej 0. Zapis 16-bitowej gradacji tonalnej pozwala uratować takie wadliwe ujęcia. Zapis całego
zakresu tonalnego zarejestrowanego przez matrycę w formacie RAW powoduje powstawanie
dużego marginesu tonalnego. Pozwala on na takie eksponowanie informacji tonalnej, aby obraz
ukazywał szczegóły, ] które nas interesują, przy czym tego I typu zmiany są dopisywane niejako
obok pliku podstawowego RAW i nie powodują jego przekształcenia. Takich możliwości w
fotografii kryminalistycznej nie da się przecenić.
Zdarzają się przypadki, gdy w ekspozycji z różnych przyczyn są skrajnie nierównomiernie
naświetlone fragmenty obrazu. Załóżmy, że w różnych miejscach zdjęcia są trzy takie obszary, np.
ujęcie dwóch samochodów z kierowcami, z którego chcemy uzyskać dokładny obraz twarzy
kierowców i tablic rejestracyjnych. Przy stosowaniu powszechnie używanych formatów zapisu są
różne sposoby, aby czytelnie wyeksponować każdy z tych obszarów. W uproszczeniu wszystkie
sprowadzają się do trzykrotnego naświetlania tego samego ujęcia z każdorazową zmianą
parametrów i ich korygowaniem dla każdego interesującego nas obiektu. W każdym ujęciu nie ma
jednak jedności (stałości) obrazu, gdyż w zasadzie jedna ekspozycja jest naświetlana wielokrotnie,
co wiąże się ze zmianą w czasie rejestrowanego obrazu, nie mówiąc już o zmianach (nawet
niewielkich) miejsca wykonywania ujęcia. A co w sytuacji, gdy obiekt przemieszcza się lub gdy nie
ma możliwości wykonania ponownego ujęcia? Odpowiedzią jest zapis w formacie RAW DATA.
Zdjęcie w formacie RAW pozwala na wielokrotną zmianę parametrów zarejestrowanej, tej samej
pojedynczej ekspozycji w celu oddzielnego wyeksponowania poszczególnych, z
le widocznych
obszarów zdjęcia i ich oddzielny zapis bez zmiany pierwotnego pliku. Ten format umożliwia także
weryfikację wprowadzonych zmian w stosunku do pierwowzoru. Pliki wynikowe mogą być
zapisane w formacie JPEG, TIFF lub innym, jest to jednak operacja jednokierunkowa - nie można
np. zdjęcia w formacie TIFF zapisać do formatu RAW. Dowolne wybieranie i korygowanie
szczegółów zdjęcia (w zależności od okoliczności) jest bardzo przydatnym i komfortowym
aspektem pracy kryminalistyków i nie niesie niebezpieczeństwa zniszczenia oryginału. Praca z
plikami RAW zwiększa również możliwości korekcji podczas ekspozycji wykonywanych w innych
widmach światła - np. podczerwieni czy ultrafiolecie.
Aspekt bezpieczeństwa plików cyfrowych ma dwa wymiary. Pierwszy to kwestia bezpieczeństwa
formalnego, materialnego nośnika plików cyfrowych, drugi - bezpieczeństwo procesowe
zabezpieczonego dowodowego materiału fotograficznego plików cyfrowych.
Bezpieczeństwo materialne nośnika plików cyfrowych jest określone w paragrafach 2 i 3
cytowanego rozporządzenia Ministra Sprawiedliwości z 2 czerwca 2003 r. Polega ono na
dołączeniu do nośnika wypełnionej metryki identyfikacyjnej i zabezpieczeniu ich odciskiem
okrągłej pieczęci. Z kolei paragraf 4 określa, że "nośnik powinien być (...) zabezpieczony,
zwłaszcza przed utratą, szkodliwym działaniem środków chemicznych, termicznych, światła,
promieniowania, pola magnetycznego lub elektrycznego oraz przed uszkodzeniami
mechanicznymi".
Drugi aspekt bezpieczeństwa cyfrowego, fotograficznego materiału dowodowego to zabezpieczenia
formalnoprocesowe. Ten aspekt będzie dotyczył okresu od wykonania materiału dowodowego na
miejscu zdarzenia do chwili zapakowania i zabezpieczenia technicznego nośnika z materiałem
z
ródłowym. Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie formatu RAW. Zasada budowy i
tworzenia tego formatu powoduje, że jest on sam w sobie wstępną formą zabezpieczenia. Należy
wspomnieć, że format RAW DATA nie jest ujednolicony jak np. JPEG. Każdy producent aparatu
fotograficznego, w którym stosuje się format RAW DATA, ma swój własny program do jego
obróbki. Programy te nie są ze sobą kompatybilne, co więcej, nawet oprogramowanie różnych
modeli aparatów tego samego producenta może być niezgodne! Brak jednolitego standardu zapisu
plików RAW, w innych okolicznościach uznany za utrudnienie, w tym przypadku jest zaletą,
ponieważ stanowi przeszkodę dla osób niepowołanych do dokonywania zmian w materiale
z
ródłowym.
Istnieje wiele sposobów indywidualizacji i stygmatyzacji plików cyfrowych, nie tylko graficznych.
Jednym z łatwiejszych jest wygenerowanie sumy kontrolnej i zapisanie jej razem z plikiem, a jej
cyfr skrajnych w dokumentacji procesowo-technicznej. Operacja generowania sumy kontrolnej
pliku jest wykonywana automatycznie przez oprogramowanie komputera. Jej wykorzystywanie nie
jest licencjonowane. Innym sposobem jest kupno licencji do oznaczania pliku cyfrowego znakiem
wodnym, czyli matematycznym algorytmem umieszczanym wraz z plikiem cyfrowym. W
zależności od rodzaju licencji będzie on każdorazowo generowany podczas zapisu pojedynczego,
oryginalnego obrazu lub np. dla danej serii obrazów, dla wszystkich zdjęć albo dla określonego
aparatu fotograficznego. Od tego momentu taki znak będzie integralną częścią zdjęcia cyfrowego
(pliku). Przytoczone przykłady ukazują możliwość zmiany zapisu z
ródłowego, jednak wówczas
zmienią się również wartości zabezpieczające te pliki cyfr. Wtedy to, podczas kontroli
zabezpieczeń, będzie pojawiał się komunikat o niezgodności oglądanego (nowego) obrazu z
oryginałem.
Analizując argumenty przemawiające za wprowadzeniem fotografii cyfrowej do dokumentowania
czynności dowodowych wykonywanych w kryminalistyce, nie wolno zapomnieć o czynniku
ludzkim. Żadne zabezpieczenia formalnomaterialne nie odegrają swojej roli, jeżeli osoba
wykonująca te czynności nie wykaże się uczciwością. Całkowite bezpieczeństwo zdjęć (nie tylko
cyfrowych) oraz gwarancję oryginalności może zapewnić jedynie osoba (najczęściej technik
kryminalistyki), która obsługuje sprzęt i dokonuje zabezpieczeń techniczno-procesowych. Jest ona
najważniejszym ogniwem w łańcuchu dowodowym - z jednej strony kimś, kto może w sposób
zasadniczy ograniczyć dostęp osób trzecich do materiału z
ródłowego, a z drugiej we właściwy
sposób dokonać bezstratnej edycji materiału wyjściowego na potrzeby postępowania dowodowego.
Odpowiedzialne zachowanie będzie również gwarancją zawężenia domniemania odpowiedzialności
za zabezpieczony fotograficzny materiał dowodowy.
PRZYPISY
1. Matryce światłoczułe to inaczej przetworniki, które zamieniają fotony (cząstki światła) na
impulsy elektryczne. Cała matryca jest złożona z tysięcy (milionów) pojedynczych
elementów (komórek półprzewodnikowych), które przekazują przetworzony impuls
elektryczny do procesora w aparacie fotograficznym. Większość matryc jest wykonana w
oparciu o technologie CCD lub CMOS, których zasada działania jest taka sama. Wszystkie
rejestrują tylko natężenie padającego światła. Różnice polegają na sposobie pomiaru
wynikowego ładunku elektrycznego, który w rezultacie decyduje o zapamiętanej wartości
natężenia światła padającego na fotodiody matrycy. W standardowych matrycach
wykorzystuje się identyczne przetworniki, które na przemian przykryte są kolorowymi
filtrami RGB. Producenci, w celu polepszenia parametrów odczytu z matrycy, modyfikują
niektóre jej elementy np. zmianę kształtu przetworników, ich wzajemnego ułożenia lub
dodanie czwartego filtra szmaragdowego (SONY). Matryca FOVEON X3 jest zespołem
trzech ułożonych warstwowo fotodetektorów RGB. Każdy element światłoczuły jest
przykryty nałożonymi na siebie warstwowo trzema kolorowymi filtrami, co oznacza, że
każdy punkt matrycy rejestruje jednocześnie wszystkie składowe RGB. Matryca ta ma
również swoje wady, ale podstawową zaletą jest rzeczywiste, a nie interpolowane
odwzorowywanie przejść tonalnych i samych kolorów;
2. Interpolacja to proces, który ma na celu stworzenie nowego, wcześniej nieistniejącego
piksela na podstawie pikseli sąsiadujących z nowo tworzonym tak, by był on jak najlepiej
dopasowany optycznie do tworzonego obrazu. Istnieją trzy podstawowe rodzaje interpolacji.
Są to: 1) interpolacja metodą "najbliższego sąsiada" 2) interpolacja dwuliniowa 3)
interpolacja dwusześcienna, a także zbliżona do niej interpolacja algorytmem Lanczosa.
Niezależnie od rodzaju interpolacji, może być ona wykonywana przez procesor w aparacie
fotograficznym lub przez oprogramowanie komputera. Aparat fotograficzny wykonuje
interpolację w przypadku zapisu obrazów w formatach innych od RAW DATA;
3. Wbrew pozorom interpolacja wymaga znacznych mocy obliczeniowych, a jest tylko jednym
z kilku podstawowych (ale zintegrowanych) procesów wykonywanych przez procesor
aparatu fotograficznego. Ze względu na charakter graficzny wykonywanych operacji w
cyfrowych aparatach fotograficznych zwykle stosuje się programowalne procesory
sygnałowe DSP (Digital Signal Processing) o wysokiej skali integracji LSI (Large-Scale
Integrated). Podczas obróbki zdjęcia cyfrowego o rozdzielczości jednego megapiksela
procesor musi wykonać około 25 milionów operacji, przy obrazie 6-megapikselowym - 150
milionów. Korzysta on przy tym z oprogramowania zapisanego w podręcznej pamięci flash.
Są tam niezbędne algorytmy, które pozwalają na przetworzenie i skompresowanie obrazu do
pliku JPG czy TIFF (bezstratnie). Pliki zarejestrowane w formacie RAW DATA nie są
poddawane żadnej obróbce, ponieważ ze względu na ogromną ilość informacji zawartą w
pliku jego obróbka trwałaby niewspółmiernie długo w stosunku do potrzeb fotografującego.
Edycja zdjęcia zapisanego w formacie RAW wykonywana jest zwykle na komputerach
stacjonarnych, których procesor ma dużo większą moc obliczeniową;
4. Szumy są zjawiskiem samoistnym. Na złączu półprzewodnikowym matrycy cyfrowego
aparatu fotograficznego, w momencie generowania przez foton impulsu elektrycznego,
pojawiają się dodatkowe (niezależne) impulsy elektryczne - tzw. szumy, nazywane również
prądem ciemnym. Zauważono, że większe szumy powstają przy wyższej temperaturze
otoczenia. Dodatkowe ładunki elektryczne oddziałują na prawidłowy prąd wygenerowany
przez fotodetektory, zniekształcając prawidłowy obraz sfotografowanego obiektu. Takie
zniekształcenie ma na zdjęciach postać różnokolorowych, przypadkowo rozmieszczonych
punktów. Szumy są mniejsze, gdy zwiększeniu ulega stosunek prądu generowanego przez
padające na matrycę światło do prądu ciemnego. W przypadku zwiększania wartości
czułości ISO zwiększa się również prąd wzmocnienia, co z kolei zwiększa ilość szumów.
Dzieje się tak, gdy fotokomórki mają małą powierzchnię czynną. Z tego powodu matryce o
większej liczbie megapikseli generują obraz o większej i liczbie szumów.
BIBLIOGRAFIA
1. Bieńkowski ML: Uchwycić fotony, [w:] "Chip" 2005, nr 6.
2. Bójko ML: Cyfrowy negatyw, http//www.zoom.idg.pl.
3. Budny NI.: Scalaki do zadań specjalnych, [w:] "Chip" 2005, nr 6.
4. Dębek P.: Aparaty cyfrowe, [w;] "Chip" 2005, nr 6.
5. Dębek R: Bity nie kłamią, [w:] "Chip" 2004, nr 4.
6. Hołyst B.: Kryminalistyka, Warszawa 2007.
7. Imieliński P.: Więcej niż negatyw, [w:] "Chip" 2003, nr 12.
8. Orłowski J.: Cyfrowy negatyw, [w;] "Chip" 2004, nr 12.
9. Ormowski H.: Zmierzch hybryd, [w:] "Chip" 2005, nr 6.
10. Budowa detektorów światła i matryc CCD/CMOS, http//www.sensorsmag.com/.
11. Działanie procesorów w cyfrakach, http//www.nikon.co.jp/.../indem.htm.
12. Format DNG, http//www.adobe. com/products/dng/main.html.
13. Jak działa aparat cyfrowy, http//elek-tronics.howstuffworks.com/digital-came-ra.tm.
14. Porównanie wybranych konwerterów, http//canonians.com/rawconverter-scomp.htm.
15. http://pl.wikipedia.org/wiki/interpolacja.
16. http//www.canon.com/.