FOTOMASS Fotogrammetri Till hjälp för kriminalteknikern?

Transkript

1 FOTOMASS Fotogrammetri Till hjälp för kriminalteknikern? Specialarbete utfört i samband med Kriminalteknisk grundkurs Författare: Lars Lennartsson Handledare: Björn Christensen FOTOMASS

2 SAMMANFATTNING Med anledning av att det ofta är tidskrävande att skapa skisser som behövs för kriminaltekniska protokoll ville jag hitta något hjälpmedel för att underlätta detta arbete. Jag fick höra talas om ett fotogrammetri-program, FOTOMASS, som jag ville utvärdera lite närmare. Genom att försöka lära mig handhavandet, själv använda programmet och ta del av den information som återförsäljaren tillhandahöll hoppades jag kunna skapa en egen uppfattning om dess användbarhet. FOTOMASS är så långt jag kan bedöma, ett kompetent program som med rätt användning kan prestera mycket bra slutprodukter. Som med många olika hjälpmedel krävs utbildning och vana för att rätt kunna använda det. Mitt svar på specialarbetets rubrik FOTOMASS Fotogrammetri, Till hjälp för kriminalteknikern? blir därför så här: Jag tycker att det skulle vara värdefullt om ett mindre antal tekniker får utbildning i och tillgång till programmet, för att sedan kunna bistå övriga kollegor vid behov. II FOTOMASS

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Tillgänglig Programmets SAMMANFATTNING... II INNEHÅLLSFÖRTECKNING...III FÖRORD......IV BAKGRUND......V SYFTE...1 VERKTYG OCH METOD FOTOMASS tidigare användningsområden Hårdvarukrav... 2 utbildning funktion Arbetsgången...5 Ett eget litet FOTOMASS-projekt...6 Noggrannhet...8 III

4 RESULTAT...9 ANALYS OCH DISKUSSION...10 KÄLLFÖRTECKNING...11 FÖRORD Jag vill här passa på att tacka dem som gjort det möjligt att genomföra detta specialarbete. Till att börja med gäller det Lennart Nore och övriga vid företaget NANOPULS i Uppsala som introducerat mig i programmet FOTOMASS, upplåtit sin tid, sina lokaler och utrustning som behövts. Tack också till min handledare Björn Christensen som svarat på mina frågor angående datorer, program och fotografering och lämnat synpunkter på text och bilder samt till övriga kollegor vid Tekniska roteln som fått sköta den löpande verksamheten utan mitt bistånd den tid specialarbetet tagit. IV

5 Sist men inte minst ett stort tack till min familj som under några veckor ofta blivit försakade under kvällar och helger till förmån för kriminaltekniken. BAKGRUND I samband med många brottsplatsundersökningar är det nödvändigt eller i varje fall värdefullt att tillsammans med protokollet beskriva någonting med hjälp av en skiss. Det kan vara en plats, ett skeende, en kulbana etcetera. Jag tycker personligen att det kan vara en relativt underhållande sysselsättning att försöka producera en så noggrann och lättförståelig skiss som möjligt. Men vilket tidskrävande arbete det kan vara. Jag vill som exempel nämna ett tillfälle, hösten 1999, när jag fick i uppgift att rita en skiss över ett trapphus där ett mord inträffat. Där skulle en beräknad kulbana ritas in, från ett halvplan till nästa. Avstånden mellan trapphusets väggar i horisontalplan skulle mätas in. Dörrarna på det aktuella våningsplanet skulle mätas in. Särskilt noga var det naturligtvis med den dörr som kulan passerat igenom. Höjdskillnaden mellan vilplanen, höjden, bredden och djupet på varje separat plansteg skulle också mätas in med hjälp av måttband och tumstock. Kulbanan syftades in och markerades med hjälp av en röd tråd. Denna dokumenterades naturligtvis genom fotografering från olika vinklar. Därefter skulle så kulbanan mätas in i förhållande till golv och väggar. Efter allt detta mätande letade jag upp en byggnadsritning hos fastighetsägaren. Med ritningen som underlag kunde jag så äntligen börja arbeta med skissen i datorn. Efter ett idag okänt antal timmar framför datorskärmen, lyckades jag så producera en skiss som jag tyckte kunde vara godtagbar. Sedan dess har jag många gånger funderat på om det inte finns något ritprogram som skulle göra det enklare för oss att skapa de skisser över brottsplatser som ofta krävs för att klargöra våra protokoll. Corel Draw, det grafikprogram som används vid flertalet tekniska rotlar i Sverige, är ett mycket bra program. Det är inte så lätt att hitta något program av samma typ som är bättre för våra behov. Möjligen skulle något CAD-program kunna vara bättre för att rita en skiss över en lägenhet. (CAD = Computer Aided Design som i National-encyklopedin översatts med: Datorstödd konstruktion). Däremot är kanske ett sådant inte lika bra för att rita upp en plats i naturen med diverse asymmetriska föremål som V

6 stenar, buskar och liknande. Så småningom fick jag via en kollega höra talas om programmet FOTOMASS som kanske skulle kunna vara ett program som kan användas för det här ändamålet. Det här specialarbetet är därför tänkt att vara ett försök att beskriva och utvärdera dess värde för oss kriminaltekniker. SYFTE Syftet med arbetet är att beskriva datorprogrammet FOTOMASS funktioner i stora drag. Försöka få tillräcklig kunskap i programmets användande, dess funktioner och möjligheter för att göra en egen bedömning av FOTOMASS användbarhet. Framför allt vill jag genomföra och presentera en utvärdering av om det är ett program som är lämpligt för varje enskild tekniker att använda i det dagliga arbetet. Utvärderingen blir min egen subjektiva uppfattning av FOTOMASS egenskaper. En mer objektiv utvärdering skulle kräva att ett antal personer måste utbildas och praktiskt få använda det, för att sedan lämna sina synpunkter. Ett sådant projekt ryms tyvärr inte inom tids-ramarna för detta specialarbete. VERKTYG OCH METOD Jag har tillbringat ett antal dagar hos företaget NANOPULS i Uppsala som är återförsäljare i Sverige för FOTOMASS. Lennart Nore har varit den vid NANOPULS som introducerat mig i programmet och tillhandahållit en mängd informationsmaterial om detta. Han har berättat att programmet är framtaget vid företaget VIDIT Gmbh i Herdecke, Tyskland. Det har tills nyligen endast funnits i en version som hanterats av operativsystemet MS- DOS, och därför varit relativt besvärligt att använda. Den 6 december 2001 kom en Windows-baserad version till Sverige. Denna version är betydligt mer användarvänlig än den gamla. 1

7 Programversionen som använts vid denna utvärdering är speciellt anpassad för polisiär användning och heter FOTOMASS UBA. UBA står för Unfall, Bankraub, Attentat, vilket fritt översatt från tyskan skulle betyda Olycksfall, Bankrån, Attentat/Överfall. FOTOMASS tidigare användningsområden. Till en början användes FOTOMASS av arkitekter för rekonstruktion och restaurering av byggnader. FOTOMASS har sedan flera år använts av bland andra den tyska och österrikiska polisen, framför allt vid skissritning i samband med redovisning av trafikolyckor. Både i Sverige och utomlands har programmet använts som ett hjälpmedel för att beräkna signalementsuppgifter på till exempel bankrånare som videofilmats av bankens övervakningskamera. Om bildkvalitén från kameran är tillräckligt bra är det, under vissa förutsättningar, möjligt att bedöma gärningsmannens längd. Det kan även vara möjligt att till exempel bedöma 2

8 avståndet från hakspetsen till hårfästet, underarmens längd, längden på pipan hos gärningsmannens vapen, etcetera. Hårdvarukrav NANOPULS anger i specifikationerna för programmet att den hårdvara som krävs är: PC Pentium eller bättre med Windows NT. 2 st bildskärmar, helst 21 eller större, med bra upplösning. Skrivare/plotter beroende på hur resultatet ska presenteras. Under den tid jag arbetade med programmet hos NANOPULS använde jag en dator med Pentium 800 Megahertz processor och 128 megabyte internminne tillsammans med två 19 bildskärmar. Denna utrustning var fullt tillräcklig för att använda programmet men upplevdes långsam när det gällde att hämta, flytta och på annat sätt hantera bilder. Enligt Mikael, datatekniker vid NANOPULS, var denna dator inte optimalt konfigurerad för att använda FOTOMASS och hastigheten skulle kunna ökas betydligt med en mer ändamålsenlig konfigurering. NANOPULS hade begärt offert från VIDIT på datorutrustning lämplig för FOTOMASS. Därifrån hade man föreslagit följande utrustning: Dator med 1,7 Ghz Pentium 4 processor. 767 Mb internminne. 40 Gb hårddisk. Matrox G550 Dual Head 32 Mb grafikkort. Framegrabberkort för inläsning av videobilder. Dubbla CD-R-enheter för läsning och skrivning av CD skivor. Compact Flash läsare för inläsning av bilder från digitalkamera. 2 st 17 TFT bildskärmar. (Dessa flata bildskärmar motsvarar ungefär 19 skärm med bildrör av äldre konventionell typ.) Denna utrustning är enligt NANOPULS datatekniker mer än tillräcklig för att effektivt hantera FOTOMASS och tillhörande CAD-program. Priset för denna delvis lätt begagnade utrustning skulle enligt offerten vara ungefär :- Kr (februari 2002). 3

9 Tillgänglig utbildning VIDIT anordnar regelbundet tredagars kurser i bland annat Wien i Österrike för användare av FOTOMASS. Kursen är kostnadsfri för representanter för kunder som köpt programmet, för övriga kursdeltagare är kursavgiften 5 200:- Kr (oktober 2001). Kostnaden för resa och logi tillkommer dock i båda fallen. Att flertalet kurser anordnas i Wien beror på att Österrikiska polisen köpt ett större antal användarlicenser och därför har ett stort antal användare av programmet. Programmets funktion Den funktion som jag här beskriver är FOTOMASS användning för att från bilder skapa två- eller tredimensionella skisser. Det arbetar med fotogrammetri, som i Nationalencyklopedin förklaras med: bildmätning, mätning i fotografiska bilder av storlek, form och läge hos fotograferade objekt. Beskrivningen på arbetssättet utgår framför allt från att platsen som ska beskrivas är ett rum, en lägenhet eller ett antal sammanhängande lokaler inomhus. Utgångsmaterial som krävs är en eller helst flera bilder. Detta kan vara negativ, fotografi (papperskopia), digital bild eller videofilm etc. Bilden måste dock vara i ett digitalt läsbart format. Om den inte redan är digital kan detta ju ordnas genom att bilden/bilderna skannas in eller att ett digitaliseringsbord används för att arbeta med papperskopior. Det är inte nödvändigt att bilderna är fotograferade med någon speciell typ av kamera eller ens att det är känt vilken kamera eller vilken typ av objektiv som använts. Om det är okänt vilken typ av kamera som använts eller om man vet att en kamera med optik av lägre kvalitet använts, bör man vara extra uppmärksam på risken för optisk förvrängning av lin- jer och avstånd i bilden. I bilderna måste finnas ett antal punkter med inbördes kända avstånd. Om man exempelvis har höjd och längd på två mot varandra vinkelräta väggar kan man, genom att mata in avstånden som koordinater, låta FOTOMASS beräkna övriga önskade avstånd med hjälp av bilderna. Har man inte tillgång till hela väggens storlek kan man till exempel använda en dörröppning med kända mått för att med dess hjälp beräkna övriga mått. 4

10 Programmet är uppbyggt så att man arbetar med ett antal olika öppna fönster. Detta är huvudorsaken till att man behöver två bildskärmar. Huvudfönstret innehåller en manöversida med 11 olika flikar där man utgår från fliken MAIN-Coord. Denna flik används för att öppna de olika bilderna, lägga in kända koordinater och spara de data man matat in. Huvudfönstrets manöversida med fliken MAIN-Cord De övriga flikarna används vid olika arbetsmoment, till exempel när man vill skapa ett nytt plan för att kunna mäta på nästa vägg i rummet. Se nedan under rubriken arbetsgång hur olika plan läggs i bilden för att programmet ska veta vilka referensmått som ska användas. Ytterligare flikar är bland annat Street som har en ledbild innehållande vägmarkeringar som kan användas som referenspunkter vid skissritning med en vägbana som utgångspunkt. Vidare finns bland annat en flik för beräkning av focal point vilket i det här sammanhanget skulle innebära kameraposition. Övriga fönster är Digital illustration där man markerar punkternas läge i den aktuella bilden. Control där man kan avläsa och utföra kontrollmätningar i bilden och slutligen Control 2 som fungerar på samma sätt som Control, men där man samtidigt kan arbeta i två bilder bredvid varandra. Arbetsgången När man har bilder och referensmått kan arbetet med FOTOMASS börja. Det första man gör är att skapa ett projekt där man samlar de bilder man vill använda. Bilderna struktureras logiskt och registreras med projektnamn, nummer etc. på det sätt man själv tycker fungerar bäst. Med utgångspunkt från bilderna anger man de nödvändiga referensmåtten. Dessa mått kan vara i form av koordinater eller punkter i samma plan där endast det inbördes avståndet mellan punkterna är känt. När punkterna tilldelats matematiska värden en- Olika plan läggs in i bilden och konturerna på dessa ritas in i fönstret Digital illustration Bilderna i exemplet är som framgår exteriörbilder trots att beskrivningen främst gäller inomhuslokaler. Jag har ändå valt att använda de här illustrationerna eftersom de tydligare åskådliggör hur planen lagts in. Arbetssättet är dock detsamma i båda fallen. 5

11 beräkningar som FOTOMASS automatiskt utför och därigenom uppvisa ett större och tydligt fel i slutresultatet. ligt ovan, markeras de i fönstret Digital image. För att programmet ska kunna använda de givna värdena för tredimensionella skisser måste man också lägga in olika plan som anger djupledden i bilden. De olika planen kan motsvara en vägg, en golvyta, en bordsskiva etc. För att kunna upprätta en tredimensionell bild krävs därför att man har minst 6 punkter med inbördes kända avstånd och vinklar. Det är här viktigt att man är noggrann när punkterna markeras i bilden. Ett litet fel vid inläggningen kan ju komma att multipliceras i de Genom att bilderna kan göras ljusare eller mörkare i programmet kan man öka kontrasten efter behov. Framför allt är det möjligt att zooma in i bilden i oändlighet så att punkterna kan läggas in mycket exakt i bilden. Begränsningen ligger i bildens kvalitet. Denna process låter komplicerad när den beskrivs i text men är snabbt utförd för en van användare. Så snart som ett plan skapats och markerats i bilden kan man i Control-fönstret markera och få koordinater för olika detaljer som finns på detta plan i bilden. Delförstoring ur Control-fönstret där X-, Y- och Z-koordinaterna för några markerade punkter finns specificerade. I den högra rutan finns de markerade planen på denna bild. Därefter används de inmatade värdena för att beräkna intersection korsningen mellan planen och Focal point den position kameran haft när bilden togs. Detta utförs automatiskt av programmet efter två knapptryckningar, eller snarare klickningar med musen. Med utgångspunkt från de nu skapade planen kan detaljer med sina koordinater enkelt markeras in i bilden via Control-fönstret. Vid behov kan även nya plan skapas med hjälp av de befintliga inmatade värdena. Nästa steg är att öppna CAD-programmet, Felix-CAD 4.01 som är kopplat till FOTOMASS. Direkt i Felix CAD väljer man det fönster ur FOTOMASS med bilden som man vill arbeta med, till exempel Control 1. I bilden är det sedan bara att rita in det man vill ha med på sin skiss. Exempelvis hörnen som begränsar väggarnas och golvets yta, fönster, dörrar, lösa föremål och så vidare. Man måste bara komma ihåg att tala om för programmet när man under ritandet byter från ett plan till nästa. 6

12 Om man väljer referenspunkter som syns på flera bilder tagna från olika riktningar kan man sedan fortsätta att bygga upp sin skiss. Man utgår från de data man redan har och bygger på med nästa vägg och vidare in i nästa rum om man så önskar. Har man varit noggrann och lagt in riktiga data från början så ska man nu ha en skiss som kan visas rakt uppifrån som en tvådimensionell planskiss eller som en tredimensionell skiss från valfri riktning. Ett eget litet FOTOMASS-projekt. För att pröva programmet med mina egna utgångspunkter gjorde jag ett antal mätningar i vårt daktningsrum (ett rum som används för upptagning av fingeravtryck och fotografering vid signalementsupptagning av misstänkta) på Tekniska Roteln i Stockholm. I det här fallet noterade jag 9 olika mått som användes i det fortsatta arbetet. Fyra mindre föremål och en kartong för kopieringspapper placerades ut inom ett par kvadratmeters yta på golvet. Föremålens läge mättes in liksom även storleken på kartongen. Ytterligare ca 30 mått mättes in och användes för kontrollmätning efter att skissen färdigställts. Dessa mått hade alltså inte varit nödvändiga för att upprätta skissen men har funktionen att kontrollera de avstånd som mäts fram ur FOTOMASS och dess slutliga skiss. Jag tog sedan ett 30-tal bilder med digitalkamera. Samlade ihop materialet och begav mig till NANOPULS och FOTOMASS-datorn. Bilderna överfördes från kamerans minne till datorn och arbetet kunde börja. Arbetsgången var densamma som jag tidigare beskrivit. 7 bilder valdes ut och olika plan skapades i bilderna med namn som till exempel Norr-vägg, golv, etcetera. Man kan under arbetets gång lägga till flera bilder om det behövs, men då 7

13 måste man ju markera nya plan även i dessa bilder. Det är därför arbets- och tidsbesparande om man från början har tänkt igenom hur man ska ta bilderna. Jag började med en kortvägg och fortsatte sedan moturs att bearbeta bilderna tills hela rummet täckts in. Därefter börjar den intressanta arbetsuppgiften att i bilderna, som öppnats från Felix CAD, rita in det som man vill ha med i skissen. Den här processen tycker jag är spännande eftersom varje linje som man ritar i bilden, samtidigt syns i CAD-programmet på den andra bildskärmen. Här får man kvittens på om man utfört handgreppen rätt eller om någon linje far iväg i totalt fel riktning. Föremålen som lagts ut på golvet kunde tydligt redovisas i skissen. De utgör endast små punkter i skissen som helhet, men genom att skissen kan zoomas in oändligt kan även de minsta detaljerna göras synliga. Ovan finns en skärmbild från Felix-CAD som visar en skiss över hela daktningsrummet. föremål inritade på golvet i daktningsrummet. Om man vill utföra en enklare tvådimensionell skiss och har bra bilder med referensmått Till vänster en del ur samma skiss med små som utgångsmaterial, kan detta enligt min mening utföras både relativt snabbt och enkelt. I det här fallet behöver kanske bara ett plan skapas. Med bilder som är tagna i så rät vinkel som möjligt mot golvet kan sedan golvets avgränsningar och övriga föremål ritas in i bilden i FOTOMASS. Något förenklat kan man säga att skissen därmed är skapad. Noggrannhet I demonstrationssyfte och framför allt för att få ett mått på FOTOMASS noggrannhet tejpade jag i daktningsrummet upp centimetergraderad tejp i ena hörnet och på golvet. Tejpen på väggen applicerades i en vågrät 2000 mm linje med början vid ett hörn. På samma vägg sattes en 1000 mm lång, lodrät tejp och på väggen till höger i bilden sattes 8

14 ytterligare en 1500 mm lång vågrät tejp. Tejperna kontrollmättes sedan med ett måttband av fabrikat Stanley Fiberglass III. Oskärpan i delförstoringen i bilden visar på svårigheterna att markera en exakt punkt. Detta kan förklara skillnader i mätningen jämfört med de faktiska avstånden. Bilden som användes fotograferades med en kameraposition ca 8 m från hörnet och med ca 60 o vinkel mot den vänstra väggen. Kamerans vidaste brännvidd, 7 mm användes. Denna liksom alla övriga bilder från daktningsrummet fotograferades med en ca 2½ år gammal digitalkamera: Nikon COOLPIX950 med 3 x optisk zoom (7mm-21mm) och upplösning på 2,11 megapixel. Efter att bilden behandlats i FOTOMASS med den beskrivna arbetsgången gjordes kontrollmätning på bilden i dataprogrammet. Resultatet blev att den 2 m långa vågräta tejpen uppmättes till 2,008 m och den 1 m långa lodräta tejpen mättes till 1,002 m. Detta är alltså 8 mm respektive 2 mm längre än de faktiska avstånden. Differenserna beror sannolikt mest på oskärpa i bilden med medföljande svårigheter att markera de exakta punkterna i bilden. Det här visar på att en kamera med bättre upplösning än 2,11 megapixel är önskvärd för att få så stor noggrannhet i skissen som möjligt. Som vid all översiktsfotografering inomhus är det närmast nödvändigt med optik med större vidvinkel än vad den här aktuella kameran hade. RESULTAT Programmet kan hjälpligt användas även av den som inte har djupare kunskaper i dess funktion. För att FOTOMASS ska vara tidsbesparande för användaren krävs dock utbild-9

15 ning och vana att arbeta med det. Det informationsmaterial med exempel på skisser producerade i FOTOMASS tillsammans med resultaten vid min egen användning av programmet på nybörjarnivå, talar för att det har kapacitet att ge goda slutresultat. Med rätt handhavande kan produkten bli mycket informativa skisser och som till exempel i nedanstående skiss ge information som inte ens ett stort antal bilder kan visa. En skiss av den här typen skulle kunna hjälpa till att illustrera till exempel hur en gärningsman förflyttat sig mellan olika rum i en större lokal. Detta skulle inte framgå lika klart om man bara har ett antal bilder från lokalerna. En annan värdefull användning är möjligheten att i efterhand kunna upprätta en skiss eller rekonstruktion av en plats med hjälp av tidigare tagna bilder eller filmer. Mycket gamla utredningar som av någon anledning aktualiseras på nytt, kan bli hjälpta framåt med denna teknik. CAD-programmet Felix-CAD är lättanvänt och kopplingen till FOTOMASS fungerade utmärkt under den tid jag prövat programmen. Manövreringen på ritytan, till exempel zoomning och förflyttning inom skissen, kändes dock lite onödigt komplicerad. Även det kan dock vara orsakat av bristande användarrutin. ANALYS OCH DISKUSSION Min målsättning att lära mig programmet har kanske inte infriats så långt som jag hoppats. Jag känner bara att jag lyckats lära mig de allra viktigaste basfunktionerna och att det finns 10

16 en hel del fina funktioner som kan underlätta handhavandet för användaren. Orsaken till detta är att Windowsversionen är så ny att det ännu saknas manual. När några problem eller frågor angående hanteringen har uppkommit har vi därför fått fråga Ron Wheeler hos VIDIT i Tyskland via telefon eller fax, om vi inte själva lyckats pröva oss fram till rätt lösning. Enligt VIDIT håller man för närvarande på att utarbeta en manual. Jag känner mig lite osäker på hur tidskrävande det är att använda programmet eftersom det för mig som nybörjare tar ganska lång tid att framställa en tredimensionell skiss. Däremot kan jag tänka mig att det för en van användare kan gå relativt fort och framför allt verkar resultatet bli mycket bra om användaren är noggrann. En utbildning motsvarande den tredagars utbildning som VIDIT erbjuder behövs säkert för att kunna använda grunderna i programmet. Som med de flesta dataprogram behöver användarna säkert också praktisera sina kunskaper regelbundet för att inte tappa den uppnådda färdigheten. Jag tror att endast ett mindre antal av de skisser som upprättas vid de tekniska rotlarna är så avancerade att de har fördel av att utföras i FOTOMASS. Det är därför inte rimligt att alla landets tekniker utbildas för detta. Min mening är dock att det skulle vara en tillgång om några få personer vid varje länsmyndighet hade kunskapen, tillgång till programmet och nödvändig hårdvara för att vara behjälpliga när behovet uppstår. KÄLLFÖRTECKNING Skrivna källor Exempelsamling med bilder från VIDIT Gmbh i Herdecke, Tyskland. Photogrammetrie mit FOTOMASS programbeskrivning av äldre version av FOTOMASS på tyska. FOTOMASS en presentation en Power-Point presentation sammanställd av Lennart Nore, NANOPULS. Ytterligare 14 sidor information om FOTOMASS sammanställda vid NANOPULS. Arbetsbeskrivning på 12 sidor via fax från Ron Wheeler, VIDIT, Tyskland. Muntliga källor Lennart Nore, NANOPULS AB, Uppsala som delgivit sina kunskaper i och om programmet och dessutom förmedlat frågor och svar till Ron Wheeler i Tyskland. Min handledare Björn Christensen, gruppchef vid Fotoenheten, Tekniska roteln i Stockholm, som bistått med råd, definitioner och tips. 11