Příloha č. 1 Rozhodnutí Počet listů: 34
Projekt „Rozvoj vybraných metod pro kriminalistickou identifikaci osob a věcí“ 1. Předmět řešení Předmětem řešení je vymezení vybrané oblasti kriminalistické znalecké činnosti k zefektivnění již používaných metod a zavedení postupů, které umožní zpracování dosud obtížně upotřebitelných nebo zcela neupotřebitelných typů stop v oblasti kriminalistické identifikace osob a věcí jako jsou: • objektivizace kvantitativního měření barevnosti pro kriminalistickou identifikaci, • zkoumání otisků nohou v obuvi, • projektivní transformace 3D zobrazení v portrétní identifikaci osob, • stanovení kannabinoidních látek v netradičních matricích, • identifikace steroidních anabolických látek chromatografickými metodami.
2. Řešením projektu budou naplněny následující výzkumné aktivity programu Bezpečnostní výzkum pro potřeby státu v letech 2010 až 2015 • Zajistit rozvoj teorie kriminalistické vědy a kriminalistické praxe ke zvýšení bezpečí občanů před projevy kriminality. • Zvýšit úroveň ochrany společnosti před teroristickými útoky novými metodami a prostředky pro potírání organizované kriminality. • Zajistit ochranu občanů proti sociopatologickým jevům a protispolečenskému jednání.
3. Cíl projektu Cílem projektu je zvýšení validity znaleckých a kriminalistickotechnických postupů využívaných znaleckými pracovišti Policie ČR pro potřeby orgánů činných v trestním řízení ve vybraných odvětvích znalecké činnosti prostřednictvím aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje. Jedná se o: • nalezení závislosti vybraných základních mechanickými charakteristik materiálu na tvaru, velikosti a tepelném ovlivnění, eventuálně deformačním zpevnění analyzovaného vzorku, • zavedení moderního komplexního měřícího systému pro kvantitativní měření barevnosti širokého spektra kriminalistických stop a multikomponentních vzorků do znalecké praxe PČR, 1
• zavedení systému typování vozidel na základě fragmentů automobilových laků s využitím mezinárodní forenzní databáze EUCAP spravované BKA Wiesbaden, • rozšíření možností identifikace osob o další metodu zkoumání v odvětví trasologie, • zpřesnění výstupů portrétní identifikace s využitím 3D virtuálních modelů lebky a obličeje, • stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech (matricích) a vytvoření analytické databáze syntetických kannabinoidů, • komplexní zpracování postupů identifikace neznámé látky v oblasti steroidů používaných v dopingu a ověření možnosti jejich předběžné identifikace.
4. Požadované výsledky Subúkol Projektivní transformace • SW pro nastavení superprojekce lebky nebo 3D zobrazení obličeje do portrétní fotografie, 3D zobrazení částí lebky do rtg snímku lebky a pro vyhodnocení shody překrytých obrazů (3D a 2D obrazů) (vyloučení falešných výsledků s ohledem na možnou distorzi 2D a 3D zobrazení obličejů snímaných za nestandardních fotografických podmínek), • certifikovaná metodika portrétní identifikace s využitím virtuálních modelů lebky a obličeje; superprojekce, stanovení shody – prokrústovská vzdálenost (podklad pro SOP). Subúkol Zkoumání otisků nohou v obuvi - Identifikace osoby podle otisku bosých nohou • certifikovaná metodika zkoumání otisků nohou v obuvi, • certifikovaná metodika zkoumání v odvětví trasologie - rozšíření možností identifikace osob. Subúkol Mechanické charakteristiky běžných technických konstrukčních materiálů • certifikovaná metodika pro odvětví technické havarijní diagnostiky při řešení případů závažných nehod, které mají charakter mimořádných událostí. Subúkol Analýza steroidních a kannabinoidních látek v komplexních matricích • certifikovaná metodika stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech (matricích) a vytvoření analytické databáze syntetických kannabinoidů, • certifikovaná metodika neznámého vzorku vybraných steroidních látek. Subúkol Komplexní kvantitativní měření barevnosti krim. stop a zavedení databáze EUCAP • certifikovaná metodika pro komparaci barevných odstínů multikomponentních vzorků,
2
• SW modul pro kvantitativní měření barevnosti, operace se spektrem a komparace kompatibilní se systémem obrazové analýzy, • certifikovaná metodika systému typování fragmentů automobilových laků s využitím mezinárodní forenzní databáze EUCAP.
5. Výzkumný tým Příjmení, jméno, titul 1.Mgr. Bendl Petr– vedoucí týmu 2.RNDr. Kotrlý Marek 3.RNDr. Eliášová Hana, Ph.D 4.Mgr. Turková Ivana 5.Ing. Oćkay Štefan 6.Mgr. Vomáčka Martin 7.Ing. Nováková Dagmar 8.Ing. Mareška Zdeněk 9.RNDr. Tomíček Pavel 10.Ing. Komorousová Ludmila 11.Ing. Franěk Lukáš 12.RNDr. Svoboda Miroslav, CSc. 13.RNDr. Roman Michael, CSc. 14.RNDr. Beroun Ivo,CSc. 15.Ing. Fojtášek Lubor
6. Postup realizace Zakázka bude realizována 5 subúkoly: 6.1 Projektivní transformace Cílem úkolu je zvýšení validity znaleckých postupů využívaných znaleckým pracovištěm Policie ČR pro potřeby OČTŘ v oblasti portrétní identifikace. Konkrétně se jedná o zpřesnění výsledků portrétní identifikace osob s využitím 3D virtuálních modelů obličeje a lebky. Portrétní identifikace zahrnuje dvě významné, speciální metody, komparaci obličejů živých osob zachycených na statických a dynamických záznamech a superprojekci lebky do portrétní fotografie. Jedná se o vysoce frekventované požadavky ze strany orgánů činných v trestním řízení. Pro jednoznačný závěr identifikace je důležité, aby materiál předložený ke zkoumání, v našem případě fotografie určené pro fotokomparaci či pro
3
superprojekci, splňoval standardní kritéria. Výpovědní hodnota fotografií je dána kvalitou obrazů, která závisí na celé škále faktorů spojených na jedné straně s fotografovaným objektem, na druhé straně s optickým systémem snímacího zařízení a podmínkami při pořizování záznamu. V mnoha případech se stává, že fotografie byly pořízeny za nestandardních podmínek, přičemž došlo k distorzním změnám zobrazených portrétů.
Příklad distorze obličeje: obličej fotografovaný ze vzdálenosti 4 m (nevykazuje distorzi) a obličej fotografovaný ze vzdálenosti 0,60 m
. Vizualizace změn projekce obličeje z předchozích obr. pomocí deformačních mřížek.
Získání sekvenčních fotografií za přesně daných parametrů a definování změn obličejových rysů při měnících se podmínkách (úhel snímání, vzdálenost obličeje od objektivu, ohnisková vzdálenost objektivu) je velice technicky i časově náročný postup. Rovněž v některých případech, kdy máme k dispozici větší počet sporných fotografií, je problematické získat srovnávací materiál, tj. obličej relevantní osoby vyfotografovaný ve stejných pozicích. Uvedené problémy by vyřešilo získání 3D virtuálního modelu obličeje v požadované kvalitě. Eliminovalo by se tak komplikované, mnohonásobné fotografování obličeje relevantní osoby. 3D virtuální modely obličeje lze využít v rámci portrétní identifikace pro aspektivní i metrické hodnocení srovnávaných znaků, při superprojekci 3D modelu obličeje do 2D portrétních fotografií a při simulaci deformačních změn.
4
K vytvoření kvalitního 3D modelu obličeje s vysokým rozlišením jsou v současné době nejvhodnější vícekamerové snímací zařízení, kdy kamery (2,4,6) simultánně snímají obličej z různých úhlů. SW následně synchronizuje snímky a rekonstruuje 3D model obličeje. 3D virtuální modely budou v rámci projektu podkladem ke zkoumání deformačních změn simulovaných vhodným SW při zadání konkrétních parametrů. Hodnoceny budou měnící se konfigurace význačných bodů definované na portrétních fotografiích, a dále trajektorie posuvu vybraných význačných bodů. Vytvořený SW bude možno využít pro automatické/semiautomatické superprojekční nastavení 3D modelů do portrétní fotografie vytipované osoby na podkladě překrytí nadefinovaných antropometrických homologních bodů. Metodika pro kvantitativní hodnocení odchylky metrických znaků mezi spornou fotografií a 3D modelem obličeje bude definována. Metodiku bude možno využít také při superprojkečním překrytí virtuálního modelu lebky a fotografie pohřešované osoby. Kvalitní 3D model obličeje a vytvořený SW jsou předpokladem zpřesnění znaleckých výstupů portrétní identifikace ve forenzní praxi. 6.1.1 Dílčí cíle úkolu • kalibrace kamerového systému Vectra • optimalizace postupů vytvoření 3D virtuálního modelu obličeje kamerovým systémem Vectra M2 • vytvoření referenčního datového souboru – 3D modelů obličejů vybraných osob • definování změn (distorze) obličeje při fotografování za nestandardních podmínek na 3D virtuálních modelech hlavy/obličeje (variabilita úhlů snímání, vzdálenost tváře od objektivu) • vytvoření SW pro automatickou distorzi virtuálního 3D modelu obličeje na základě zadaných parametrů • implementace (do SW) automatické/semiautomatické superprojekce (registrace) 3D modelů obličeje do portrétní fotografie a 3D modelů lebky* do portrétní fotografie vytipované osoby • analýza 3D virtuálních modelů pomocí SW AMIRA® 5** jako podklad pro komparační zkoumání (metrická analýza, aplikace geometrické morfometrie, definování trajektorií definovaných antropometrických bodů při pohybu modelu ve 3D prostoru) • vypracování metodologie pro kvantitativní hodnocení odchylky metrických znaků mezi spornou fotografií a 3D modelem obličeje a mezi 3D modelem lebky a portrétní fotografií pohřešované osoby • akreditace metody pro vytvoření 3D modelů obličeje a jeho porovnání se sporným materiálem (fotografie, sekvence videozáznamů) a metody pro porovnání 3D modelů lebky s fotografií vytipované osoby * 3D modely lebky budou získány laserovým skenerem Konica Minolta, který je využíván v laboratoři forenzní antropologie KÚP ** SW AMIRA® 5 je využíván v laboratoři forenzní antropologie KÚP v rámci výzkumného úkolu MORFO
5
6.1.2 Návrh používaných metod, technologií a postupů Základní metody portrétní identifikace jsou znaleckými postupy aplikovanými v Kriminalistickém ústavu Praha. Zavedení nového, sofistikovanějšího, postupu do oblasti portrétní identifikace (fotokomparace a superprojekce) v rámci kriminalistické praxe povede nejen ke zkvalitnění a zpřesnění získaných informací, ale také umožní udržet toto znalecké zkoumání na mezinárodní úrovni. Řešení projektu bude založeno jak na potřebách Policie ČR, tak na mezinárodně uznávaných postupech a bude splňovat nároky kladené na výzkum v oblasti forenzní antropologie. Metodika výzkumu bude vycházet z poznatků a doporučení uvedených v odborných publikacích a na mezinárodních konferencích zaměřených na identifikaci osob , např. IACI (International Association for Craniofacial Identification), EAFS. Uchazečka u se aktivně zúčastnila několika mezinárodních konferencí, kde byly prezentovány aktuální trendy ve forenzní portrétní identifikaci. Tématem disertační práce uchazečky byly transformační změny, vznikající při projekci lebky za variabilních podmínek (různé vzdálenosti od kamery,variabilní úhly pohledu a různé typy kamer). Výsledky jsou využívány při hodnocení superprojekčních snímků. Zde je nutno zdůraznit možnost využití poznatků získaných v rámci řešení zmíněné studie při řešení projektu výzkumného projektu. V rámci úkolu budou realizovány postupy zaměřené na optimalizaci získávání 3D virtuálních modelů obličeje pomocí kamerového systému Vectra M2 a na vytvoření SW pro simulaci distorzních změn na 3D modelu včetně implementace automatické/semiautomatické registrace (superprojekce).
6
Obr. B
Obr. A:
Obr. C
Obr.D
Obr. A: Fotografie probanda. Obr. B, C, D: Extrahované části 3D modelů obličeje probanda získané kamerou Vectra M2.
Softwarové vybavení Vyvíjený software bude implementován v programovém prostředí Matlab. Jedná se o základní systém a jeden přídavný modul (toolbox). Kalibrace kamery Kamery používané v bezpečnostních aplikacích jsou typicky kamery s širokým úhlem pohledu, které se vyznačují výrazným radiálním zkreslením obrazu. Dostatečně přesné kalibrační údaje radiálního zkreslení nemusí být od výrobce k dispozici, je proto třeba konkrétní kameru (která pořídila spornou fotografii) zkalibrovat. To zahrnuje: Rešerši matematických modelů formování obrazu vhodných pro kamery v bezpečnostních aplikacích. Je pravděpodobné, že různé aplikace vyžadují různé metody. Přizpůsobení pomůcek pro kalibraci kamer dříve vyvinutých na pracovišti (kalibrační obrazec, modifikace existujícího software). Vytvoření poloautomatického SW pro kalibraci kamery z obrazů kalibračního obrazce. Pro kalibraci se vyfotografuje dodaný kalibrační obrazec danou
7
kamerou, SW následně vypočte vnitřní kalibrační parametry kamery (dle typu kamery automaticky nebo za asistence obsluhy). Simulovaný obraz Pro fotokomparaci je obtížné porovnávat obrazy pořízené kamerami s výrazně odlišnými parametry. Typické je zejména silná perspektiva a radiální zkreslení (viz obrázek). Proto je potřeba ke srovnání předložit fotografie pořízené kamerami se stejnými parametry. Toho docílíme simulací kamery, která pořídila spornou fotografii. Vytvoření SW, který umožní zadání parametrů kamery (kalibrační data, poloha a orientace pozorovaného subjektu). Následně pro zadaný 3D model tváře subjektu vytvoří simulovaný obraz odpovídající sporné fotografii pro porovnání.
Normální pohled na 3D model.
Příklad simulovaného obrazu – kamera s velmi krátkou ohniskovou vzdáleností.
Metodologie pro kvantitativní fotokomparaci Bude vypracována metodologie pro kvantitativní hodnocení odchylky metrických znaků mezi spornou fotografií a 3D modelem. To upřesní další požadavky na vyvíjený SW. Registrace (superprojekce) 3D modelu obličeje a sporné fotografie I za předpokladu známé kalibrace kamery může být obtížné manuálně nalézt polohu a orientaci 3D modelu odpovídající sporné fotografii. Proto je vhodné implementovat automatickou a semiautomatickou registraci: 1. Anotace 3D modelu – vytvoření SW pro načtení a interaktivní označení anatomických markerových bodů na 3D modelu změřeného přístrojem Vectra a týchž markerů ve sporné fotografii. 2. Automatická registrace 3D modelu a sporné fotografie – SW za použití anotovaných markerů automaticky spočte vnější parametry snímku (vzdálenost subjektu od kamery a jeho orientace). Tyto parametry se následně použijí pro vytvoření simulované fotografie. 3. Interaktivní registrace 3D modelu – SW nástroj umožňující manuálně nastavovat vnější parametry, upravovat automaticky nalezené a nastavovat omezení pro automatickou registraci (např. rozsah úhlů a vzdáleností, případně modifikace parametrů kamery).
8
Implementace kvantitativní fotokomparace Na základě vypracované metodologie plánujeme rozšíření funkcionality SW o měření odchylek metrických znaků anotovaných markerů mezi spornou fotografií a 3D modelem. Interpretace výsledků portrétní identifikace Budou definovány interpretace výsledků portrétní identifikace pro orgány činné v trestním řízení. K vyjádření pravděpodobnosti shody/ rozdílů mezi srovnávanými objekty anebo mezi ante a post mortem údaji (metrické charakteristiky, superprojekce) bude stanoven matematický algoritmus. (pozn. vyjádření stupně shody nebo pravděpodobnosti je požadavkem OČTŘ, soudu). Akreditace metod Na základě výsledků zkoumání bude akreditována metoda pro vytvoření 3D modelů obličeje a jejich porovnání se sporným materiálem (fotografie, sekvence videozáznamů) a 3D modelů lebky s portrétem vytipované osoby. Publikace výsledků Publikace "Portrétní identifikace ve forenzní praxi" v elektronické i písemné podobě, která bude obsahovat kromě obecné části (morfologie a variabilita obličejových znaků) i metody a limity fotokomparativního zkoumání s implementací výsledků výzkumného projektu. V průběhu řešení projektu budou dílčí výsledky prezentovány formou článků nebo prezentací na konferencí. 6.1.3 Specifikace výsledků Portrétní identifikace je významným identifikačním procesem v kriminalistické praxi vyžadovaný od orgánů činných v trestním řízení. Výsledky úkolu budou vycházet z vyhodnocení 3D modelů obličeje pořízených z vybraného souboru jedinců. 1. Budou definovány certifikované postupy/metody získání optimálních 3D modelů obličeje. 2. Budou definovány certifikované postupy/metodiky hodnocení virtuálních 3D modelů a jejich komparace s fotografiemi relevantních osob.Všechny výzkumem ověřené postupy/metody budou aplikovány na případy, kdy bude požadována identifikace jedinců podle většího počtu portrétních fotografií pořízených za různých podmínek (pornografie, neoprávněné výběry bankomatů, loupežná přepadení finančních ústavu, krádeže v metru, újezdy z čerpacích stanic. Výsledky stupně shody vyplývající z komparace budou vyjádřeny matematickými vztahy. Získané výsledky zaručí spolehlivost a vysokou výpovědní hodnotu komparativního zkoumání a zpřesní interpretaci výsledků. 3. Vytvořen bude SW pro realizaci distorzí 3D modelů obličeje podle zadaných parametrů s implementovanou funkcí automatické/semiautomatické superprojekce. 4. Bude realizována odborná publikace Portrétní identifikace ve forenzní praxi V průběhu řešení projektu budou dílčí výsledky prezentovány formou publikací (článků).
9
5. Navržené metody portrétní identifikace s využitím 3D virtuálních modelů budou zavedeny v Kriminalistickém ústavu Praha formou komplexního standardního operačního postupu (SOP).V Kriminalistickém ústavu Praha bude navržená metoda validována/verifikována dle normy kvality ČSN EN ISO/IEC 17025:2005 „Posuzování shody – Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří“, dále dle ILAC-G19:2002 „Směrnice pro forenzní laboratoře“ a dle „Příručky kvality KÚP PČR“. Následně budou akreditovány (certifikovány) Českým institutem pro akreditaci ve formě „Standardních operačních postupů“ (SOP). Standardní operační postup je metoda definovaná v normě kvality ČSN EN ISO/IEC 17025:2005 v kap. 5.4 „Zkušební a kalibrační metody a validace metod“. 6. Výzkumný projekt podpoří rozvoj kriminalistické vědy a kriminalistické praxe, budou zavedeny nové metody a postupy k získávání informací. V neposlední řadě projekt rozšíří znalosti kriminalistiky v oblasti forenzní portrétní identifikace.
6.2 Zkoumání otisků nohou v obuvi - Identifikace osoby podle otisku bosých nohou 6.2.1 Návrh používaných metod, technologií a postupů Současný stav Mezi základní obory kriminalistického zkoumání patří trasologie zabývající se identifikací objektů a osob, které zanechaly stopu na místě činu. Z pohledu trasologického zkoumání lze osoby identifikovat, mimo jiné, na základě zkoumání otisků bosých nohou, a to buď přímo či ve formě otisků zanechaných ve stélkách uvnitř obuvi. Identifikace osoby podle otisků bosých nohou (plantogramů) v obuvi je v odborné zahraniční literatuře i v praxi některých forenzních laboratoří uváděna jako jedna z možností v oblasti trasologického zkoumání. Jde zpravidla o případy, kdy osoba popírá vlastnictví obuvi, jejíž otisky byly nalezeny na místě činu a ztotožněny s obuví. Vzhledem k tomu, že se zkoumají otisky uvnitř obuvi vzniklé nošením obuvi, tzn. působením váhy osoby, způsobem chůze, vlivem nečistot apod. a nejedná se o jednorázové otištění, jde o problematiku poměrně složitou, a to zvlášť s ohledem na stanovení individuální identifikace. Na základě předchozích zahraničních studií bylo zjištěno, že nestačí pouhá komparace otisků (plošných i plastických) a obuvi (obr. 1 – 4), pořízení 3D otisku bosé nohy
odlitek v matrici
10
zkoumaná obuv základní komparace
ale že je nutné sledovat i biomechanické parametry chůze, přenos sil při chůzi a jejich vliv na opotřebení obuvi, a to jak zevně, tak i uvnitř (obr. 5 a 6). Vliv na konečný výsledek má i typ a hlavně materiál, ze kterého je obuv vyrobena. V kožených stélkách a svršcích je pravděpodobnost vzniku tvarových změn vyšší než u látkové obuvi nebo sandálů.
snímání na pedometru
výsledek snímání na pedometru
Metoda zkoumání otisků uvnitř obuvi je nejvíce rozpracována polským kolegou K. Borkowski (v Polsku se ročně zkoumá přibližně deset případů), který na toto téma letos dokončuje doktorandské studium a po obhajobě se chystá výsledky publikovat na mezinárodních trasologických konferencích. Dosavadní výsledky zahraničních studií prokázaly, že lze identifikovat konkrétní osobu podle tvaru bosé nohy a že v určitých případech lze také identifikovat osobu ze stopy, která vznikla během nošení uvnitř obuvi. Identifikace však značně závisí na případných výrazných odlišnostech či anomáliích chodidla osoby jako jsou např. kladívkové prsty apod. Na rozdíl od některých forenzních laboratoří v zahraničí není u nás (znalecká pracoviště OKTE a KUP) problematika zkoumání otisků nohou v obuvi včetně metodiky dosud řešena, ačkoliv se požadavky na zkoumání ze strany orgánů činných v trestním řízení již vyskytly. 6.2.2 Způsob dosažení výsledků Hlavním záměrem výzkumného úkolu je praktické ověření možnosti identifikace osoby podle otisků bosé nohy v obuvi na vzorku 15ti osob, provedení kompletního znaleckého zkoumání u každé osoby, vypracování certifikované metodiky zkoumání a uvedení metodiky do praxe.
11
Jako reprezentativní vzorek pro testování bude vybráno 15 osob. Výběr vhodných osob bude proveden tak, že budou snímány kontrolní otisky bosých nohou pomocí soupravy pro nešpinavé snímání min. 80 osob, následně bude vybrána množina 10 a 5 osob s přibližně stejnou délkou chodila. Volba stejné délky chodidla je výrazným limitujícím faktorem, protože hlavní problém zkoumání je rozlišit osoby na základě tvarových rozdílů bosé nohy (polohy prstů, tvaru metatarzálního rozhraní apod.), protože rozlišení na základě délkových rozdílů je zřejmé. Deset osob bude zkoumáno jako osoby známé vůči obuvi, 5 osob bude poté testováno „naslepo“. Osoby poskytnou min. 2 páry obnošené obuvi (obuv bude zkoumáním zničena) a umožní sejmutí kontrolních otisků svých nohou různými způsoby (plošné, plastické, na speciálním zařízení – podometru) včetně pořízení video a fotografické dokumentace. Pořizování kontrolních otisků předpokládá určité časové vytížení testovaných osob. Současně budou osoby nosit novou zakoupenou obuv, která bude následně zkoumána. Vlastní zkoumání bude prováděno komparací obuvi, kontrolních otisků pořízenými několika způsoby a odlitků nohou za využití geometrických metod, překrýváním na prosvětlovacím pultu a digitálním zpracováním obrazu pomocí grafických programů. Z výše uvedeného plynou náklady na spotřební materiál (obuv, souprava pro nešpinavé snímání otisků, soupravy pro snímání otisků v ponožkách, posuvné měřítko, průhledné fólie, fotografický váleček skalpely, archy a role papíru, odlévací hmota Zetalabor, sádra, otiskovací hmota Biofoam, želatinové fólie aj.), které se pohybují přibližně 6. 000 Kč. na osobu. Pro detailní fotografickou dokumentaci opotřebení uvnitř i zevně obuvi bude pořízen fotografický aparát s vysokým rozlišením a kvalitou zobrazení, k záznamu chůze je zapotřebí videokamera. Po konzultaci se specialisty z oddělení audio-video a dokumentace KÚP byl zvolen fotoaparát Nikon D 7000 včetně nezbytného příslušenství (blesk, spoušť, karty, hlava ke stativu), který zároveň umožňuje pořízení digitálního kamerového záznamu v HD kvalitě, takže není nutné pořizovat obě zařízení zvlášť. Zakoupení prosvětlovacího pultu umožní jednak komparaci kontrolních otisků in natura pořízených různými způsoby a zároveň poslouží jako součást (pozadí) fotografické stanice. Světelné pozadí výrazně eliminuje nežádoucí stíny a odlesky, čímž se zkvalitňuje pořízená dokumentace. Vzhledem k tomu, že během úkolu budou shromaždována data ve velkém objemu (otisky fotografické záznamy, videozáznamy, výstupy z podometru), je třeba řešit zálohu a nezávislý přenos dat. Z tohoto hlediska bylo jako záloha zvoleno datové pole s příslušnými datovými disky, přenosu slouží Flash disky. Součástí zkoumání budou měření prováděná na speciálním přístroji podometr Win-Track (francouzského výrobce Medicapteurs), umožňujícím stanovení dynamických charakteristik chůze a záznam přenosu sil při chůzi, včetně vyznačení oblastí s maximálním tlakem. Tyto oblasti korespondují s plochami opotřebení obuvi, a to jak uvnitř, tak i zevně. Bez stanovení dynamických charakteristik se možnost identifikace osoby výrazně snižuje. Biometrický záznam chůze rozpracoval specialista K. Borkowski z Centrální forenzní laboratoře polské Policie ve Varšavě (CFLP), se kterým byla předběžně domluvena spolupráce ve formě konzultací.
12
V rámci úkolu identifikace osoby podle otisků nohou v obuvi bude před trasologickým zkoumáním uskutečněna analýza DNA. Stěry budou provedeny pracovníky oddělení genetiky KÚP, a to z vnitřku obuvi u všech testovaných osob. Možnost identifikace osoby na základě genetického zkoumání je častou námitkou oproti trasologickému zkoumání otisků nohou v obuvi. Je třeba obě varianty identifikace osoby ověřit v praxi a porovnat jejich elektivnost. Současně bude zvážena možnost komparace obuvi a nohou využitím 3D scanneru (oddělení antropologie a biologie KÚP). V případě pozitivních výsledků by se tímto způsobem mohlo nahradit časově náročnější snímání plastických kontrolních otisků nohou v dalších případných projektech nebo v praxi.
6.2.3 Postup řešení úkolu Zkoumání otisků nohou v obuvi z genetického hlediska • volba místa výskytu DNA v obuvi, • časové hledisko výskytu DNA v obuvi (vznik a trvání), • používání obuvi více osobami – výskyt DNA, • provedení DNA u nové obuvi pravidelně po 10 hodinách nošení, • zajištění srovnávacího materiálu u testovaných osob. Zkoumání otisků nohou v obuvi z trasologického hlediska a) Komparace dvou párů použité obuvi patřící jedné osobě • snímání kontrolních otisků obuvi – zjišťování opotřebení podešve • pořízení fotografií obuvi a fotografií podešví obuvi • zkoumání obuvi: vnější charakteristiky vnitřní charakteristiky – rozříznutí obuvi b) Komparace obuvi a srovnávacího materiálu (otisky, odlitky) • snímání kontrolních otisků nohou • snímání kontrolních otisků (KO) bosých nohou ve stoji, za chůze • snímání KO nohou v ponožce ve stoje, za chůze • zajišťování odlitků bosých nohou (nárt, chodilo) • KO pomocí pedometru - chůze • videozáznam chůze • fotografie nohou c) Proměření získaných veličin, statistické zpracování naměřených údajů, d) Provedení kompletního zkoumání - znalecký výstup včetně dokumentace. Ověření možnosti využít při komparaci obuvi a chodidla 3D scanner • možnost skenování bosé nohy • možnost skenování odlitku bosé nohy • možnost skenování stélky obuvi • možnost komparace za využití grafických programů Cíle úkolu a) praktické ověření možnosti individuální identifikace osoby podle otisků nohou v obuvi, b) ověření možnosti identifikace osoby z obuvi podle analýzy DNA, c) posouzení a zhodnocení výše vedených dvou metod, a to z hlediska:
13
možnosti nalezení stop, časového hlediska vzniku stopy, časového hlediska uchování stopy, typu obuvi, stanovení závěrů, spolehlivosti metody, získání srovnávacího materiálu, ceny expertizy, časové náročnosti, vytíženosti pracovišť´, kontaminace, úmyslné zahlazení stop, apod., 6.2.4 Specifikace výsledků Vypracování metodiky zkoumání otisků nohou v obuvi a zavedení certifikované metodiky zkoumání v odvětví trasologie pro identifikaci osob.
6.3 Mechanické charakteristiky běžných technických konstrukčních materiálů Cílem úkolu je studium závislosti mechanických charakteristik běžných technických konstrukčních materiálů na tvaru, velikosti a případném deformačním nebo tepelném ovlivnění vzorku, který byl zajištěn jako stopa na místě mimořádné události pro účely trestního řízení. 6.3.1 Návrh používaných metod, technologií a postupů Současný stav V souvislosti s objasňováním vzniku mimořádných událostí, za které jsou považovány průmyslové havárie, výbuchy, požáry, dopravní nehody velkého rozsahu nebo ohrožení životního prostředí (obr. č. 1 a 2), je vyšetřujícími orgány často kladena otázka, zda událost nebyla způsobena výrobní vadou.
Příklad zřícené konstrukce haly
14
Havárie vrtulníku
V technické praxi se obecně považuje za vadu každá odchylka od vlastností výrobku, které po dobu předpokládané životnosti určují jeho schopnost plnit požadované funkce v podmínkách, pro které byl navržen, vyroben nebo schválen. Mezi nejčastěji se vyskytující příčiny mimořádných událostí patří vady kovových materiálů. Vlastnosti kovových materiálů jsou stanoveny technickými předpisy – normami, které se nazývají materiálové listy. V těchto normách jsou předepsány základní mechanické vlastnosti kovových materiálů, kterými jsou mez pevnosti, mez kluzu, tažnost, tvrdost, modul pružnosti. V případě ocelí, které jsou nejrozšířenějším konstrukčním kovovým materiálem se ještě uvádí vrubová houževnatost. Vedle těchto vlastností, tzv. mechanických charakteristik, jsou však zde uváděny i některé vlastnosti fyzikální a technologické. Uvedené charakteristiky jsou výchozím konstrukčním parametrem a stanovují se na základě zkoušky tahem, která tvoří jádro mechanického zkoušení kovů. Odběr vzorků materiálu, rozměry a tvar zkušebních těles i samotné provedení zkoušky a vyhodnocování výsledků je předepsáno řadou technických norem. Zkouška tahem patří mezi zkoušky destruktivní, a proto je zařazena do předvýrobní etapy, kdy se kontrolují vstupní parametry materiálu. Provádění mechanických zkoušek v rámci kriminalisticko-technického zkoumání má odlišný charakter než v různých technických oborech, neboť na místě mimořádných událostí se vyskytují většinou deformované nebo lomem porušené části konstrukcí a zařízení (obr. č. 3).
15
Kolo osobního automobilu
Rovněž stav nebo rozměry havarovaných konstrukcí a zařízení nedovolují odebrat vhodné vzorky materiálu k mechanickému zkoušení, ze kterých by bylo možné vyrobit zkušební tělesa tak, aby podle příslušných technických norem měla předepsaný tvar a rozměry (viz obr. výše).
Stav zkoumaných součástí
Během provozu nebo havarijního děje často dochází ke změnám ve vnitřní stavbě materiálu, z něhož byly součásti vyrobeny, což má za následek i změnu jeho mechanických vlastností. Nejčastějším případem těchto změn je degradace struktury materiálu, který byl mechanicky namáhán nebo po určitou dobu vystaven působení vysoké teploty.
16
Tepelná degradace ocelí
Vliv rázového namáhání na strukturu mědi
6.3.2 Způsob dosažení výsledků Cílem úkolu je na základě kvantitativního vyhodnocení experimentálních dat vypracovat vhodné metody pro kriminalisticko-technické zkoumání, podle kterých by bylo možné odvodit, jaký byl stav materiálu a jeho mechanické vlastnosti před havarijním (nehodovým) dějem a zda materiál z tohoto hlediska vyhovoval příslušným technickým normám. Jako nejjednodušším prostředkem k řešení tohoto problému se ukazuje využití statické zkoušky materiálu tahem. Protože vzorky zajištěné na místě události nedovolují ve všech případech, jak vyplývá ze zkušeností znaleckých pracovišť, vyrobit zkušební tělesa normalizovaných rozměrů, budou experimentální data získávána prostřednictvím kvantitativního vyhodnocení tahových zkoušek zkušebních těles nestandardních rozměrů. Při těchto zkouškách budou zatěžovány statisticky reprezentativní soubory zkušebních těles a následně bude vyhodnocován vliv jednotlivých faktorů na mechanické vlastnosti. Pozornost bude zaměřena na vliv tvaru průřezu, vzájemného poměru průměru a délky, popř. deformace nebo teploty, kterým byl vzorek vystaven před zkouškou. Zkušební tělesa budou vyrobena z vhodných polotovarů hutního materiálu (ocel obvyklé jakosti, která je nejrozšířenějším konstrukčním materiálem, měď nebo hliník). Při realizaci úkolu se předpokládá využití stávajícího přístrojového vybavení, které je k dispozici v Kriminalistickém ústavu Praha.
17
6.3.3 Experimentální postup 1. stanovení chemického složení vzorků metodou optické emisní spektrometrie, 2. příprava metalografických vzorků, 3. analýza struktury optickou mikroskopií, 4. kvantitativní stanovení strukturních parametrů (tvarový faktor, plošný podíl), 5. statická zkouška tahem, 6. kvantitativní vyhodnocení naměřených výsledků. 6.3.4 Specifikace výsledků • certifikovaná metodika stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech (matricích) a vytvoření analytické databáze syntetických kannabinoidů, • certifikovaná metodika neznámého vzorku vybraných steroidních látek. 6.4 Analýza steroidních a kannabinoidních látek v komplexních matricích Cílem úkolu je zvýšení validity znaleckých postupů využívaných znaleckým pracovištěm Policie ČR pro potřeby OČTŘ v oblasti chemického zkoumání. Konkrétně se jedná o stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech (matricích), vytvoření analytické databáze syntetických kannabinoidů a identifikace steroidních anabolických látek chromatografickými metodami. Podle archeologů patří konopí mezi rostliny pěstované v samých počátcích zemědělství, ale nesporné hmotné důkazy o tom existují už z doby přibližně před 6 tisíci lety z Číny. Čína je původní lokalita, odkud se konopí rozšířilo s výjimkou Arktidy a tropických deštných pralesů do celého zbytku světa. Na otázku, proč patří konopí mezi nejstarší zemědělské plodiny, si snadno odpovíme, když uvážíme široké možnosti využití této rostliny. Nejprve se asi konopí pěstovalo pro vlákno, které se využívalo na výrobu provazů a oděvů. Kromě toho se mohlo současně pěstovat i na semena, která obsahují vysoký obsah olejů a mají vysokou nutriční hodnotu. V tomto ohledu konopí uspěje i vedle takových rostlin, jako je rýže, sója nebo proso. Velmi záhy se objevil další fenomén konopí a to jsou jeho psychotropní účinky, které předurčily tuto rostlinu k šamanskému využití a následně k zneužití. Konopná pryskyřice mohla být pozřena náhodou, ale pokud se dostavily psychotropní účinky a byly asociovány rostlinou konopí, další vývoj je nasnadě. Uctívání magické rostliny, její používání k rituálům a objevení jejich léčivých schopností. Proto konopné drogy doprovázej lidstvo od pradávna. Patřily k nestarším užívaným látkám sloužícím k vyvolání změněných stavů vědomí a k léčebným účelům. Značné zneužívání konopných drog v celosvětovém měřítku v posledních 50 letech vedlo na jedné straně k restriktivním opatřením, kterými se společnost brání masovému zneužívání látek, jež jsou schopny ovlivnit psychiku člověka, ale na druhé straně vedly ke zvýšení pozornosti o tuto rostlinu v souvislosti s jejím lékařským uplatněním. Zvýšil se zájem vědců a možné pozitivní uplatnění této rostliny pro zkvalitnění života nemocných pro paliativní léčbu.
18
V souvislosti s tendencí použití kannabinoidních produktů pro lékařské účely se zvyšuje množství vzorků v netradičních matricích, jako jsou různé masti, vazelíny šampony, které jsou většinou na bázi tukového základu. Vzhledem k tomu, že kannabinoiní látky jsou rovněž lipofilního charakteru, vzniká problém jejich kvantitativní izolace a následného stanovení. Tento problém často nastává i v případech zneužívání kannabinoidních produktů zpracovaných ve formě potravin a pokrmů, které jsou rovněž na bázi tuků (dorty, sladkosti atd.) Od roku 2010 byl v ČR zaznamenán nárůst dovozu nových OPL (omamných a psychotropních látek). Jednalo se hlavně o syntetické kannabinoidy a stimulační drogy s účinkem podobným oblíbenému pervitinu. Mezi syntetické kannabinoidy patří látky syntetizované J.W.Huffmanem (tzv. JWH látky). I když mají tyto látky zcela odlišnou strukturu než přírodní kannabinoidy, mají podobný agonistický efekt na CB1/CB2 receptory jako přírodní látka THC (účinná látka konopí). Mezi nejvíce zneužívané JWH látky patří například sloučeniny označované JWH-018, -073, -250, -175. Všechny mají společné indolové jádro a liší se způsobem jeho substituce.
JWH - 018
Řada nových drog se v různých státech světa dostává pod legislativní kontrolu. JWH látky jsou v posledních letech v mnoha zemích zařazovány do seznamů zakázaných drog. V České republice byla řada těchto látek zařazena do seznamu kontrolovaných substancí zákonem č.106/2011Sb., kterým se novelizuje zákon č.167/1998 Sb. o návykových látkách. Mezi návykové látky bylo tak zařazeno 33 nových syntetických drog, které jsou nebo potenciálně mohou být zneužívány, mezi nimiž je i 7 JWH látek. Pro prokazování nových drog nejsou k dispozici ověřené analytické postupy. V lednu roku 2010 byl přijat nový trestní zákoník 40/2009, který v § 288 zahrnuje trestnost držby látek s anabolickým a jiným hormonálním účinkem a současně začalo platit NV č. 454/2009 Sb., které ve své příloze č. 1 uvádí seznam látek, které se považují za látky s anabolickým a jiným hormonálním účinkem. Vzhledem k současnému trendu v oblasti životního stylu a stále masivnější reklamě zaměřené na užívání preparátů pro formování postavy (tzv. bodybuilding), „zdravou výživu“ a hubnutí došlo k značnému rozšíření obchodu s látkami, které řadíme mezi anabolické steroidy. Dalším negativním fenoménem dnešního obchodu s anaboliky je jejich falšování, které souvisí s poměrně vysokou cenou i spotřebou těchto preparátů.
19
6.4.1 Dílčí cíle úkolu 1. Stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech (matricích) a vytvoření analytické databáze syntetických kannabinoidů: • vypracování postupů stanovení kannabinoidních látek v komplikovaných matricích; • vypracování postupů stanovení kannabinoidních látek v olejích a mastích, jak na bázi minerální, tak rostlinné či živočišné, v nízkých koncentracích; • vytypování a optimalizace vhodných extrakčních postupů, včetně recovery; • vytypování a optimalizace chromatografických podmínek a to i za využití gelové permeační chromatografie k získání a zakoncentrování kannabinoidních látek ve stanovených vzorcích; • vypracování a optimalizace chromatografických podmínek ke kvantifikaci využitím isotopomerů; • získání (vypracování, validace) certifikované metodiky stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech; • vypracování postupů stanovení JWH látek, jejich kvalitativní a kvantitativní analýzy zejména v rostlinných matricích; • výběr vhodného extrakčního postupu z těchto rostlinných směsí; • vytypování vhodných chromatografických podmínek a signifikantních iontů; • vytvoření spektrální MS databáze. 2. Identifikace steroidních anabolických látek chromatografickými metodami: • vytypování a optimalizace vhodných extrakčních postupů, včetně recovery; • vytypování a optimalizace chromatografických podmínek a to i za využití gelové permeační chromatografie k získání a zakoncentrování anabolických látek ve stanovených vzorcích; • vytvořením certifikované metodiky analytických postupů identifikace anabolických steroidů, rozšíření databáze DROGIS. 6.4.2 Návrh používaných metod, technologií a postupů Základní metody analytické chemie jsou znaleckými postupy aplikovanými v Kriminalistickém ústavu Praha. Zavedení nového, sofistikovanějšího, postupu do oblasti chemického zkoumání v rámci kriminalistické praxe povede nejen ke zkvalitnění a zpřesnění získaných informací, ale také umožní udržet toto znalecké zkoumání na mezinárodní úrovni. Řešení projektu bude založeno jak na potřebách Policie ČR, tak na mezinárodně uznávaných postupech a bude splňovat nároky kladené na výzkum v oblasti forenzní chemie. Metodika výzkumu bude vycházet z poznatků a doporučení uvedených v odborných publikacích a na mezinárodních konferencích zaměřených na analýzu drog a steroidů, např. ENFSI, DEA, UNDCP a dalších renomovaných mezinárodních institucí. EAFS. Uchazeči projektu se aktivně zúčastnili několika mezinárodních konferencí, kde byly prezentovány aktuální trendy ve forenzní toxikologické analýze.
20
Při řešení výzkumných postupů bude nutné nejprve najít vhodné extrakční postupy, chromatografické podmínky a to i za využití gelové permeační chromatografie k získání a zakoncentrování kannabinoidních látek ve stanovených vzorcích včetně recovery. Dále bude nutné vypracovat a optimalizovat chromatografické podmínky, přičemž se počítá s využitím isotopomerů. Výsledkem bude certifikovaná metodika stanovení kannabinoidních látek v netradičních materiálech.
OH
O
d-9-THC - ∆9 – tetrahydrocannabinol
V další části výzkumného úkolu bude vypracování postupů stanovení JWH látek, jejich kvalitativní a kvantitativní analýzy zejména v rostlinných matricích, neboť tyto látky jsou často přidávány do rostlinných směsí, které jsou zneužívány kouřením obdobně jako konopí. Součástí projektu musí být nalezení vhodného extrakčního postupu z těchto rostlinných směsí tak, aby získané extrakty byly jen minimálně zatíženy balastními látkami, které ztěžují provedení chemické analýzy. Projekt počítá s využitím metody GC/MS s uzamčeným retenčním časem. Bude nutné tedy nalézt vhodné chromatografické podmínky a signifikantní ionty. Po identifikaci a ověření struktury budou spektra zařazena do databáze. Kvantifikace bude zacílena pouze na látky, které jsou doposud uvedeny v zákoně (vysoké finanční náklady k zajištění CRM). Výstupem úkolu této části bude certifikovaná metoda stanovení JWH látek a to jak kvalitativní tak kvantitativní.
21
Pro účely identifikace anabolických steroidů (AS) z hlediska jeho chemického složení, je možné použít instrumentální metody, jako je např. infračervená spektroskopie, hmotnostní spektroskopie, plynová, kapalinová a tenkovrstvá chromatografie. Vzhledem k tomu, že lze očekávat další nárůst počtu expertíz, jak na Kriminalistickém ústavu Praha tak i na pracovištích OKTE, je nutné vytvořit metodiky pro identifikaci anabolik a kvantitativní stanovení nejběžnějších anabolických látek, dále zařazení přípravků do databáze farmaceutických preparátů DROGIS se všemi získanými údaji. Součástí projektu bude navázání spolupráce s pracovišti, které se problematikou anabolik zabývají (NPC, Endokrinologický ústav Praha, SZPI a další) a vytvořit takový analytický postup, který by vedl k identifikaci anabolických steroidů. Nejdříve budou analyzovány standardy anabolických steroidů. K jejich identifikaci budou využity různé instrumentální metody. Např. metody GC/MS s uzamčeným retenčním časem, kdy bude nutné optimalizovat chromatografické podmínky a signifikantní ionty. Bude řešena např. problematiky izobar - látky o stejné molekulové hmotnosti lišících se pouze strukturou molekuly. např.: Mestanolon x Mesterolon (molekulová hmotnost 304.467 g/mol)
Mestanolon
Mesterolon
Po identifikaci a ověření struktury budou spektra zařazena do databáze spekter. Pro stanovení AS bude dále využita metoda kapalinové chromatografie HPLC a optimalizace podmínek (volba vhodné kolony, mobilní fáze, gradient, atd.) a metoda infračervené spektrometrie. Součástí projektu budou zároveň extrakční postupy AS z komerčních preparátů a to jak z pevné, tak i kapalné formy (tablety, olejové ampule) pro různé druhy analýz.
22
Výsledkem projektu bude zařazení preparátů s obsahem anabolických steroidů do stávající databáze farmaceutických preparátů DROGIS, včetně jejich popisu (vzhled), informací o analytických datech těchto látek, jejich fyzikální konstanty, a další důležité informace využitelné pro kriminalistickotechnickou expertizní činnost a certifikovaná metoda stanovení steroidních látek v neznámém vzorku. Zároveň bude metodika a doplněná databáze rozšířena na všechna pracoviště chemie odborů krajských technických expertiz (OKTE), kde by po zapojení do běžné rutinní praxe, měla přinést zefektivnění a usnadnění práce. 6.4.3 Specifikace výsledků Identifikace kannabinoidní a steroidních látek, které jsou zařazeny na seznamu kontrolovaných látek je významným identifikačním procesem v kriminalistické praxi vyžadovaný od orgánů činných v trestním řízení. Výsledky projektu budou vycházet z vypracovaných analytických postupů pro identifikaci těchto látek. 1. Budou definovány certifikované postupy/metody k získání validních analytických výsledků. 2. Budou realizovány odborná publikace k příslušným tématům a látkám. V průběhu řešení projektu budou dílčí výsledky prezentovány formou publikací (článků). 3. Navržené metody analytických postupů stanovení vybraných látek (kannabinoidy, steroidy) budou zavedeny v Kriminalistickém ústavu Praha formou komplexního standardního operačního postupu (SOP).V Kriminalistickém ústavu Praha bude navržená metoda validována/verifikována dle normy kvality ČSN EN ISO/IEC 17025:2005 „Posuzování shody – Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří“, dále dle ILAC-G19:2002 „Směrnice pro forenzní laboratoře“ a dle „Příručky kvality KÚP PČR“. Následně budou akreditovány (certifikovány) Českým institutem pro akreditaci ve formě „Standardních operačních postupů“ (SOP). Standardní operační postup je metoda definovaná v normě kvality ČSN EN ISO/IEC 17025:2005 v kap. 5.4 „Zkušební a kalibrační metody a validace metod“. 4. Výzkumný projekt podpoří rozvoj kriminalistické vědy a kriminalistické praxe, budou zavedeny nové metody a postupy k získávání informací. V neposlední řadě projekt rozšíří znalosti kriminalistiky v oblasti forenzní chemie.
6.5 Komplexní kvantitativní měření barevnosti krim. stop a zavedení databáze EUCAP 6.5.1 Návrh používaných metod, technologií a postupů Současný stav Metody optické a elektronové mikroskopie a mikroanalýzy jsou základním pilířem forenzní anorganické analýzy. Pro přesnou identifikaci pigmentů a barevných vrstev jsou však jejich možnosti nedostatečné a je nutné je doplnit dalšími metodami fázové mikroanalýzy – mikrodifrakce pXRD a FTIR
23
v transmisním modu. Pro pigmenty a laky je dalším základním charakterizačním kritériem barva, resp. její přesná kvantitativní charakterizace. Smyslový vjem barvy vzniká v lidském oku a je dále zpracovávaný nervovým systémem. Světlocitlivé buňky (fotoreceptory) zachycují elektromagnetické záření o vlnové délce 380 – 760 nm. Tyto buňky se nazývají tyčinkami a čípky. Tyčinky nereagují na barvu (tzn. nerozlišují vlnové délky), ale reagují pouze na intenzitu dopadajícího světla, a jsou velice citlivé. Způsobují černobílé vidění i za velmi slabého osvětlení. Vjem není předáván jednotlivou buňkou, ale jejich skupinami, což zapříčiňuje sníženou rozlišovací schopnost při malém osvětlení. Vidění tyčinkami je nazýváno skotopické. Čípky reagují i na vlnovou délku. Existují tři typy čípků - reagující na modrou, zelenou a červenou část spektra. Tyto buňky způsobují barevné, tzv. fotopické vidění. Tyčinky a čípky pokrývají sítnici oka s dvěma výjimkami. V oblasti tzv. žluté skvrny jsou pouze čípky. Tato skvrna se nachází v místě průchodu osy oka (fovea) sítnicí. Zde je nejostřejší, tzv. foveální vidění. Druhou výjimkou je tzv. slepá skvrna, místo, kde z oka vychází zrakový nerv. Zde nejsou přítomny ani čípky, ani tyčinky. Kvalitní vnímání barvy je závislé i na intenzitě osvětlení. S poklesem osvětlení klesá zapojení čípků do vidění a roste zapojení tyčinek, navíc celková citlivost se posunuje ke kratším vlnovým délkám, tzv. Purkyňův fenomén. Citlivost lidského oka při skotopickém a fotopickém vidění není stejná. Při denním světle je oko nejcitlivější na světlo o λ=555 nm, při skotopickém vidění se citlivost posune k nižším vlnovým délkám a její maximum je při λ=507 nm. Charakteristickou vlastností lidského oka je velmi velká přizpůsobivost jasu. Oko vnímá a porovnává především relativní rozdíly, tím dochází „k oddělení jasu od barevného vnímání“. Lidské oko lze z hlediska skutečné barvy snadno obelhat. Barva předmětu je dána jeho schopností určitou část viditelného spektra absorbovat a určitou odrazit. Výsledná vnímaná barva je pak dána kombinací odražených vlnových délek. Pokud ale v osvětlení, které na pozorovaný objekt dopadá, některá vlnová délka chybí a nemůže se tedy ani odrazit, lidské oko zpracuje signály fotoreceptorů do „falešné“ barevné představy. Na subjektivitě vizuálního posudku se podílí i adaptační schopnost oka, která může být silně ovlivněna únavou. S únavou oka souvisí i tzv. simultánní barevný kontrast, který nastává při pozorování více barev najednou. Jestliže například pozorujeme stejný odstín na různých pozadích vedle sebe, tyto barvy se pak jeví jako rozdílné. Pokud mluvíme o vlastnostech pozorovatele, objektivní posuzování barev dále komplikuje i ta skutečnost (kromě poruchy barvocitu), že se naše smysly nechávají oklamat očekáváním a pamětí - při běžném pohledu nevnímáme barevné změny známých předmětů v závislosti na změnách okolního osvětlení. Člověk si totiž automaticky dorovnává jak intenzitu osvětlení, tak i hodnotu bílé barvy. Z výzkumů je rovněž známo, že vnímání barvy ovlivňují barvy v okolí pozorovaného místa. Důsledkem třísložkového barevného vidění může být i tzv. barevná metamerie. Tzn., že dva pigmenty s různými průběhy absorpčních křivek mohou způsobit totožný barevný vjem. Na obrázku je naznačeno, jak 24
třísložkové barevné materiály reprodukují šedou barvu. Reálná šedá (např. standardní expozimetrická tabulka) pohlcuje část dopadajícího světla rovnoměrně v celé viditelné oblasti. Třísložková reprodukce takovéto tabulky naproti tomu pohlcuje světlo jen v klíčových oblastech, které odpovídají spektrálním citlivostem jednotlivých typů senzorů lidského oka. Přestože má tedy reprodukce naprosto odlišnou absorpční křivku od originálu, lidské oko žádný rozdíl nepozná. Moderní systémy vyžadují přesné matematické metody pro popisování barev. Založení CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) v roce 1931, zodpovědné za stanovení a udržování mezinárodních standardů, bylo odpovědí na poptávku po standardizaci modelů barev. Výstupy práce CIE jsou, kromě jiného, definice barevných prostorů, normy, definující metodologii měření, vlastnosti pozorovatele a vlastnosti osvětlení. V roce 1931 přijala Mezinárodní komise pro osvětlování CIE pět doporučení, která položila základ moderního měření barevnosti: • standardní zdroje světla A, B, C , • podmínky osvětlování a pozorování, • standardy odrazivosti, • CIE 1931 - standardní pozorovatel definovaný hodnotami , y λ , z λ soustava trichromatických složek XYZ. CIE 1931 (x,y) - chromatický diagram, označovaný i jako Yxy - jas je vyjádřen hodnotou Y a barvy s tímto jasem jsou uspořádány v chromatickém diagramu (x,y). Odstíny (Hue) jsou rozloženy podél obvodu diagramu, sytost se za pohybu mění směrem k centrální neutrální oblasti. Model se lépe transformuje na modely CIE - LAB a LUV, a další z nich vycházející. Nevýhodou je, že vzdálenost barev v diagramu neodpovídá pokaždé rozdílu v jejich působení na pozorovatele. V roce 1964 byl přijat CIE 1964 doplňkový standardní pozorovatel - tzv. desetistupňový pozorovatel, který se dnes používá prakticky ve všech aplikačních oblastech a použití standardního pozorovatele CIE 1931 se dnes omezuje téměř výhradně na případy, kdy je sledována návaznost na dřívější měření. Předností systému CIE XYZ je, že tvoří doposud jediný základ fyzikálního a matematického vyjádření barvy. Hodnoty trichromatických složek jsou definovány jako:
Eλ je činitel poměrného spektrálního složení světelného zdroje, podle kde vlnové délky, 25
Rλ
je spektrální činitel odrazu, podle vlnové délky, xλ yλ z λ , , jsou hodnoty trichromatických složek,
k je normalizační faktor, který je dán rovnicí :
Integrály v rovnicích jsou obvykle nahrazeny součty. Hodnoty součinů E λ z λ , Eλ y λ , E λ z λ pro jednotlivé používané standardní světelné zdroje jsou tabelovány při současném respektování normalizační podmínky z rovnice (viz výše rovnice pro normalizační faktor):
Trichromatické složky XYZ jsou zároveň definovány jako systém souřadnic, kde osy X a Z mají nulový jas. Vynesou-li se všechny reálné barvy do této soustavy, vznikne barevné těleso CIE XYZ.
Trojúhelník trichromatických složek XYZ (tzv. Maxwellův XYZ trojúhelník) Promítneme-li jednotkový trojúhelník XYZ do roviny XY, získáme dvourozměrný diagram označovaný jako CIE xy diagram, viz. obr., pro který platí následující vztahy :
26
Barvu v CIE xy diagramu lze charakterizovat nejen pomocí hodnot x a y, ale také pomocí Helmholtzových čísel pe a λD (pe je excitační čistota, λD je dominantní vlnová délka). Pro vyjadřování barevných odchylek však tyto hodnoty nemají v současnosti význam. Jak již bylo řečeno, systém CIE XYZ představuje základ matematicko - fyzikálního popisu barev. Brzy po jeho zavedení do praxe se však objevily dvě základní nevýhody, které mají právě pro popis barevných diferencí zásadní význam. První nevýhodou je malá názornost systému CIE XYZ. Navíc bývá CIE xy diagram obvykle zobrazován v jasných barvách a na první pohled lze někdy jen velmi obtížně odhadnout, které body v diagramu budou odpovídat nepestrým odstínům. Jasová složka těchto odstínů často leží pod úrovní jasu daného standardního zobrazení, tak jak klesá jasová úroveň sledovaných odstínů, dochází k přeměně bodu nepestrosti z běžně zobrazované bílé přes různé stupně šedi až po čerň. Jinými slovy je nutno stále mít na zřeteli, že barva je třírozměrná veličina a pro úplnou charakterizaci patří ještě třetí údaj, a sice hodnota Y. V praxi proto dosti často pracujeme kromě prostoru CIE XYZ i s prostorem CIE xyY. Druhou, podstatnější nevýhodou systému CIE XYZ ( i CIE xyY) je jeho vizuální nestejnoměrné odstupňování. To znamená, že vizuálně stejně vnímané barevné rozdíly jsou v tomto prostoru znázorněny různě velkými vzdálenostmi. Tato skutečnost velmi komplikuje jednotné vyjádření barevných diferencí pro účely kontroly kvality dodržování barevných odstínů. Pokud bychom měli k dispozici "ideální vizuálně jednotný barevný prostor", pak by tyto vzdálenosti byly pro jakýkoliv barevný pár stejné. A za předpokladu platnosti Eukleidovské metriky bychom mohli stanovit určitou hodnotu vzdálenosti v tomto prostoru (∆E) jako toleranční kritérium pro posudky vyhovuje/nevyhovuje (PASS/FAIL). ∆E = 1 Všechny barvy, které vykazují stejnou hodnotu vzdálenosti, např. tol , pak vytvářejí v "ideálním vizuálně jednotném barevném prostoru" povrch toleranční ∆E koule, se středem v předloze a poloměrem tol . Barvy, které leží uvnitř této koule, jsou přijatelné - PASS. A naopak barvy, které leží mimo tuto kouli, jsou nepřijatelné - FAIL a je nutno je v rámci možností korigovat. Vzhledem k tomu, že systém CIE XYZ není ideálním barevným prostorem, byla v průběhu 70-ti let navržena řada postupů jak řešit tento problém. V prvním období (přibližně do roku 1980) byly výzkumné práce zaměřeny především na tvorbu barevného prostoru, který by se pokud možno maximálně blížil svými vlastnostmi ideálnímu barevnému prostoru. V posledních 20 letech se výzkum zaměřuje především na tvorbu rovnic pro výpočty barevných diferencí v rámci již akceptovaných a mezinárodně uznaných barevných prostorů. Systém CIE1976 L*u*v* Na základě řady testů mezi lety 1964 až 1975 byla definována zatím poslední verze UCS podle CIE s označením CIE L*u*v, někdy také CIELUV. A i když se ukázala rovnice pro výpočty barevných diferencí u barevných povrchů jako méně vhodná, používá se dnes standardně v oboru barevných světel, např. k charakterizaci luminoforů u barevných televizních obrazovek nebo monitorů počítačů:
27
kde L*=116(Y/Y0)1/3-16 pro Y0 /Y > 0,008856 pro
Hodnoty s indexem 0 patří ideálně bílému tělesu při daném standardním osvětlení. CIE 1976 UCS (u'v') - chromatický diagram, označovaný i jako Yu'v', svou definicí odstraňuje nerovnoměrnosti diagramu Yxy a lépe odpovídá modelu CIELAB. Kvatitativní měření barev v makroměřítku dnes nepředstavuje velký problém, ale výrazně obtížnější je situace, když ve forenzní oblasti musíme přesně měřit barvy na mikrofragmentech. Pro tyto účely již je nezbytná speciální technika, která umožňuje přesné měření z ploch o velikosti mikrometrů. Typickým forenzním příkladem jsou minerální fáze zemin, fragmenty laků (např. automobilových) apod. Dalším problémem při analýze laků a pigmentů je zajištění celého komplexu analýz z identického materiálu. Klasický způsob dělení vzorků pro různé metody nevyhovuje s ohledem na nehomogenitu vrstevního sledu. Proto byl v minulosti testován postup, který by umožnil provedení optické mikroskopie, SEM/EDS(WDS), mikrodifrakce pXRD a FTIR nedestruktivním způsobem, z identického místa jediného fragmentu. Řešení nabízí využití zalévaných vzorků a mikrotomových řezů. Pro fixaci vzorků pro SEM, micro pXRD a transmisní FTIR byly vyvinuty vodivé bezdifrakční/zero-background/ monokrystalové křemíkové podložky. Úspěšnost zhotovení tenkých mikrotomových řezů z nábrusu vzorku barevné vrstvy je ovlivněna řadou faktorů – typem použité zalévací hmoty, materiálem vzorku (tedy složením barevných vrstev), materiálem nože, úhlem řezu atd. Cílem mikrotomového řezání je, aby byly barevné vrstvy na řezu co nejlépe zachovány a byla tak umožněna jejich analýza, například transmisní FTIR. Z nábrusů je sice možné získat FTIR reflexní spektra, ovšem jejich kvalita není tak dobrá jako kvalita FTIR transmisního měření. K transmisnímu měření je třeba z nábrusu připravit řez dostatečně tenký, aby příliš nezeslabil měřící paprsek. Významným parametrem, kterým lze ovlivnit výsledný řez je úhel sklonu nože.
28
Vzorek barevné vrstvy v pryskyřici Bylapox: nahoře - nábrus, odraz, vlevo dole – řez 5 µm , odraz, vpravo dole – řez 5 µm , průchod. Řez je dostatečně reprezentativní. Rozdíl stratigrafie řezu a nábrusu je dán rozdílnou hloubkou řezu.
Velký vliv na možnost a kvalitu získaných řezů má hmota sloužící pro zalévání vzorku. Bohužel optimální hmota nebyla prozatím nalezena. Zalévacích hmot, kromě mechanických vlastností musí také vykazovat potřebné vlastnosti pro optickou mikroskopii – tedy zejména nevykazovat fluorescenci v UV, viditelné, ani blízké IR oblasti. Zalévací hmota by měla mít ideálně stejné pevnostněpřetvárné charakteristiky jako zalévaný mikrovzorek. Studované vzorky jsou ovšem velmi často nehomogenní, proto je takřka nemožné tuto podmínku splnit. K dosažení stabilních pevnostně – přetvárných vlastností zalévací hmoty je nutné nechat hmotu dostatečně dlouhou dobu vyzrát (minimálně týden). Časté případy porušení jsou - vypadnutí vzorku nebo jeho části, nebo oddělení jedné vrstvy vzorku od pryskyřice a jeho následné ohnutí. Řezy mají ve všech případech tendenci k rolování v důsledku tlaku nože. Vlivem řezného pohybu vznikají na řezech viditelné vertikální rýhy (ve směru řezu). Dále v důsledku vyrovnávání tlaku ostří na nábrus vznikají v řezech horizontální (tedy kolmé na tlak) mikroskopické vrásy. Oba tyto defekty lze předurčit jako očekávané plochy nesoudržnosti. Velikost a počet mikroskopických vrás jsou dány zejména rychlostí řezu. Rozdíly v deformacích při stejných podmínkách jen při změně úhlu sklonu nože jsou minimální.
29
Deformace pryskyřice při použití tvrdokovového nože při různých úhlech sklonu nože a stejných rychlostech, síla řezů je 5 µm. Porovnávány jsou dvojice fotografií, fotografie v procházejícím světle. Fotografie vpravo jsou se zkříženými nikoly. Úhel sklonu nože je 1° (horní dvoji ce) a spodních 8° (spodní dvojice). Rozdíly v deformacích jsou zanedbatelné.
Všechny provedené pokusy se ale zabývaly klasickými barevnými vrstvami a automobilové laky nebyly testovány. Proto bude nezbytné, s ohledem na výrazně odlišné mechanické vlastnosti moderních automobilových laků, provést nové testování. Dalším cíle je rutinní nasazení mezinárodní databáze EUCAP, která umožňuje typování modelu vozidla, podle fragmentu laku. Pro její využití je potřeba nejen komplexní analytiky, ale i kvalitní zaškolení znalců, kteří s ní budou pracovat. Ostatně výsledky jednoho z nedávných okružních testů mezi evropskými forenzními pracovišti ukázaly, že práce s tímto systémem není zcela triviální, když neprošlo 30% testovaných laboratoří. Z ČR se žádná laboratoř neúčastnila, protože systém EUCAP není dosud využíván. Pro jeho zasazení bude nezbytné zaškolení znalců na některém partnerském zahraničním pracovišti. 6.5.2 Dílčí cíle úkolu a specifikace výsledků 1. zavedení moderního komplexního měřícího systému pro kvantitativní měření barevnosti širokého spektra kriminalistických stop a multikomponentních vzorků do znalecké praxe PČR,
30
2. zavedení systému typování vozidel na základě fragmentů automobilových laků s využitím mezinárodní forenzní databáze EUCAP spravované BKA Wiesbaden. • vypracování postupů přípravy vzorků pro kvantitativní komplexní měření barevnosti v mikroskopických fragmentech a multikomponentních vzorcích; • vytypování a optimalizace vhodných měřících postupů; • vytypování a optimalizace další manipulace se vzorky, tak aby byla zajištěna jejich důkazní hodnota, ale současně bylo možné provédení komplexní analytiky; • testování optimálního postupu prohledávání databáze EUCAP na základě zjištěních analytických dat; • vypracování a validace certifikované metodiky pro kvantitativní měření barevných charakteristik forenzních vzorků; • vypracování a validace certifikované metodiky pro analýzu fragmentů automobilových laků; • vypracování a validace certifikované metodiky pro typování modelu vozidla na základě fragmentu laku; • prezentace a publikace dosažených výsledků; • doplňování databáze EUCAP o data z modelových řad vyráběných v ČR (Škoda, PSA/Toyota, Hunday). 7. Přínosy a dopady projektu Zvýšení hodnoty znaleckých výstupů, které jsou využívány útvary Policie ČR a orgány činnými v trestním řízení v operativní činnosti a vyšetřování trestné činnosti ve vysoce aktuálních oblastech (průmyslové havárie, identifikace osob, analýza omamných a psychoptropních látek) nebo v oblastech s nevyužívaným potenciálem informačního obsahu stop (využití zkoumání mikroskopických fragmentů materiálů pro objasňování násilné a organizované trestné činnosti) a propojení tradičních a „nových“ znaleckých odvětví pro identifikaci osob (např. trasologie a genetika). Zavedení nových certifikovaných postupů, SW aplikací a zefektivnění pracovních procesů znaleckého dokazování na pracovištích PČR a zavedení metod, které umožní zpracování dosud neupotřebitelných stop v kriminalistické identifikaci osob a věcí.
8. Předpokládaní uživatelé výsledků Policie ČR – kriminalisticko-technická a znalecká pracoviště, SKPV. Orgány činné v trestním řízení. Partnerské organizace Evropské sítě forenzních institucí.
31
9. Způsob využití výsledků v praxi Předpokládá se bezprostřední využívání průběžných výsledků projektu v kriminalistickotechnické a znalecké činnosti PČR na pracovištích Kriminalistického ústavu Praha a odborů kriminalistické techniky a expertiz KŘ PČR. Po skončení projektu je předpoklad zavést výsledky ve formě certifikovaných metod a dalších prostředků bezprostředně do praktické kriminalistické činnosti v rámci PČR.
10. Specifikace majetku 10.1 Subúkol Projektivní transformace Dlouhodobý hmotný majetek – částka 850.000 Kč • systém VECTRA M 3 pro získání 3D modelů obličeje a příslušenství Navrhovaný dodavatel: MCAE Systems, s.r.o. Knínická 1771 664 34 Kuřim IČO : 60755431 DIČ : CZ60755431 Nabídková cena: 849.600 Kč Odpisová skupina: 1 s odpisovou dobou 3 roky Dlouhodobý nehmotný majetek – částka 107.000 Kč • SW systém Matlab + 1 toolbox 10.2 Subúkol Zkoumání otisků nohou v obuvi Dlouhodobý hmotný majetek – částka 270.000 Kč • pedometr - pedometrická deska Win-Pod (francouzský výrobce Medicapteurs), pro stanovení dynamických charakteristik chůze a záznam přenosu sil při chůzi, včetně vyznačení oblastí s maximálním tlakem, vliv na vnitřní a vnější opotřebení obuvi Navrhovaný dodavatel: LT SEZAM s.r.o. Karlovarská 378/30 161 00 Praha 6 - Ruzyně IČO: 27258122 DIČ: CZ27258122 Nabídková cena: 243.372 Kč Odpisová skupina: 1 s odpisovou dobou 3 roky Drobný hmotný majetek - částka 107.000 Kč • fotoaparát NIKON D 7000+16-85 A-SDXVR – k dokumentaci opotřebení podešví, stélek uvnitř obuvi, svršků obuvi, včetně pořizování detailních obrazů, zvolený typ obsahuje i videokameru v požadovaném HD rozlišení - 39.490 Kč • blesk k fotoaparátu NIKON SB-910 nebo SB-700 – příslušenství k fotoaparátu - 11.390 Kč
32
• kabelová spoušť k NIKON D 7000 – příslušenství k fotoaparátu, (nutné k dálkovému ovládání fotoaparátu umístěným na stativu) - 790 Kč. • paměťové karty LEXAR SDHC PREMIUM 8GB - 2x – příslušenství k fotoaparátu, záznam dat - 730 Kč • hlava ke stativu na upevnění fotoaparátu MANFROTTO 410 – ke stabilnímu upevnění a přesnému nastavení fotoaparátu/kamery na stativu k záznamu chůze - 4840 Kč • prosvětlovací pult KAISER Prolite Basic 2, typ 2436 (50 x 60 cm) – ke komparaci kontrolních otisků 2D a k vytvoření světelného pozadí pro zkvalitnění pořizované dokumentace, tj. eliminace nežádoucích stínů - 25.190 Kč • datové pole THECUS N4200 ECO – k zálohování a nezávislému přenosu dat o velkém objemu mezi týmem řešitelů, 10.500 Kč • příslušné disky do datového pole THECUS N4200 ECO - 2x, nezbytné příslušenství k datovému poli - 13.000 Kč • přenosný disk USB-2 (flash) 16 GB, ADATA 16GB S805 - 2x, mobilní přenos dat mezi jednotlivými koncovými stanicemi (PC, notebook) - 840 Kč 10.3 Subúkol Mechanické charakteristiky běžných technických konstrukčních materiálů Drobný hmotný majetek • drobné vybavení pro přípravu testovacích vzorků - nástroje, nářadí nože, vrtáky, frézy k finální úpravě vzorků hodnocení strukturních fázových faktorů Drobný nehmotný majetek • rozšíření stávajícího SW vybavení - Software pro metalografii - rozšíření stávající obrazové analýzy ZEISS AxioVision o moduly pro kvantitativní hodnocení strukturních fázových faktorů
10.4 Subúkol Analýza steroidních a kannabinoidních látek v komplexních matricích Dlouhodobý nehmotný majetek - částka 230.000 Kč • spektrální databáze hmotnostních spekter, NIST či Willey, edice min. 2010 Drobný hmotný majetek – částka 60.000 Kč • odstředivka na přípravu vzorků 10.5 Subúkol Komplexní kvantitativní měření barevnosti krim. stop a zavedení databáze EUCAP Dlouhodobý hmotný majetek • univerzální mikrospektrofotometrické zařízení MSP400 TIDAS (Forensic) s nezbytnou optikou, které umožňuje univerzální měření kvantitativních chromatických charakteristik z multikomponentních mirkovzorků, jak v procházejícím, tak i dopadajícím světle Navrhovaný dodavatel:
33
firma MIKRO, která je výhradním zástupcem fy Leica pro ČR, dodavatel je spolehlivý a prověřený a garantuje záruční i pozáruční servis celého kompletu MIKRO, spol. s r.o. Lísky 1022/94 624 00 Brno IČO: 41604326 provozovna: Dolnokrčská 54, 140 00 Praha 4 – Krč Nabídková cena: 3 218.571 Kč Odpisová skupina: 1 s odpisovou dobou 3 roky Drobný hmotný majetek • certifikované standardy pro SEM a XRD a další plánované metody, které budou využity pro kalibrace analytického zařízení Drobný nehmotný majetek • SW vybavení pro další operace s naměřenými daty a konverzi FTIR spekter pro databázi EUCAP • upgrade stávajícího analytického a dalšího softwaru, který bude využit pro řešení projektu a jehož morální zastaralost neumožňuje jeho využití pro předkládaný projekt
34
