plik

"Problemy

Kryminalistyki"

Nr 256 (II z 2007 r.)

Wydawnictwo

Centralnego

Laboratorium

Kryminalistycznego

KGP

00-583

Warszawa

Al.

Ujazdowskie

tel.: 601-55-48, 601-45-30

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 § 5 k.p.k. rozporządzenie w sprawie rodzaju urządzeń

i środków technicznych służących do utrwalania obrazu lub dźwięku 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

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 dźwięk, 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 luźno. 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 źródłowym. Jest to zasadnicza różnica, ponieważ zapis źródłowy

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 (źródłowy) 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

źródłowym, 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 źródłowego 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 (źle 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 X3

) rejestrują tylko jeden z podstawowych kolorów - R (czerwony), G (zielony), B

(niebieski). Wszystkie inne informacje dotyczące zarejestrowanego obrazu są interpolowane

później

. W przypadku pliku RAW interpolacja jest dokonywana na komputerze, rzadko przez

aplikacje w aparatach cyfrowych

. 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, później są usuwane błędy, które powstały podczas odczytu danych z

matrycy - tzw. szumy

. 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 źle 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

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, źle 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

źródłowym. 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

źródłowym.

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 źródłowego, 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 źródłowego, 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.