JP6366344B2 - ツールマーク照合システム - Google Patents
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Description
照合演算処理部は、照合断面データと第二のツールマークの三次元データとの類似度を算出するものである。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の実施形態であるツールマーク照合システム101の全体構成を示すブロック図である。
ツールマーク照合システム101は、レーザ共焦点顕微鏡102と、これに接続されるツールマーク照合処理装置103よりなる。
レーザ共焦点顕微鏡102は、例えば特開2006−133499号公報等に開示される、レーザ光と、マイクロマシン(Micro Electro Mechanical System)の一つであるMEMSミラーアレイを利用して、短時間で広範囲の測定部位をスキャンして、測定部位の三次元形状を数値データとして出力する装置(三次元測定装置)である。
例えばUSBケーブル104にてレーザ共焦点顕微鏡102に接続される、ツールマーク照合処理装置103の実体は一般的なパソコンであり、これにツールマークデータ照合プログラムを実行することで、パソコンをツールマーク照合処理装置103として機能させる。
算出した類似度は、被照合テーブル411の並べ替えのキーとして使用する。類似度で降順にて並べ替えた被照合テーブル411の内容は、被照合ツールマーク106の詳細情報と共に、ツールマーク照合処理装置103の表示部112に表示される。被照合テーブル411のうち、最も顕著な類似度を示したレコードの被照合ツールマーク106が、照合ツールマーク111と一致する可能性が高いツールマークであると推測できる。照合ツールマーク111と被照合ツールマーク106との類似度の高さが、押収品である工具110が犯行に使われた可能性の高さに繋がる。
図2は、レーザ共焦点顕微鏡102の概略を示すブロック図である。
図2において、光源201は例えばタングステンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード又はレーザ光源(各種レーザと光束を拡大・集束する光学系とレーザ光の位相をランダム化する拡散回転板とを用いたもの)である。光源201から出射した光は、集光光学系202によってMEMSミラーアレイ205に集光される。集光光学系202とMEMSミラーアレイ205との間には波長選択フィルタ203及びダイクロイックミラー204が配置されている。このため、MEMSミラーアレイ205に到達する光は、波長選択フィルタ203によって蛍光を励起するための波長が選択された、励起光である。図2では図面が煩雑になるため、一部の光束の光路しか記載していないが、集光光学系202はMEMSミラーアレイ205の二次元面全体にほぼ一様均一に光が当たるように構成されている。
電磁駆動部がオンの駆動状態のマイクロミラー301に反射した励起光は、対物レンズ206に向かって進み、対物レンズ206によりステージ207上に載置された試料208に集光される。
電磁駆動部がオフの駆動状態のマイクロミラー301に反射した励起光は、光トラップ212に入射して吸収される。この光トラップ212を設けることによって、迷光が試料208に入射することを極力防止することができる。
撮像素子211の出力信号は、A/D変換器222によってデジタルデータに変換され、USBインターフェース223を通じて外部に出力される。出力されるデータの形式は任意である。本実施形態では一例として、データ互換性の高いCVS(カンマ区切り形式)テキストデータを用いるものとする。
図3Bは、試料208上に照射される光スポットの状態を示す概略図である。
前述の通り、MEMSミラーアレイ205上に設けられる、各々のマイクロミラー301の傾斜角度は、制御部220の制御の下に、MEMSミラー駆動部221により制御される。各々のマイクロミラー301は制御部220によって、それぞれ独立にオン/オフ状態に制御される。オン状態のマイクロミラー301(ON)は、対物レンズ206へ極小スポットの光を発する、一種のピンホールであるとみなすことができる。したがって、複数のマイクロミラー301を同時にオン状態とすることは、複数のピンホールカメラを設けることに相当する。しかし、共焦点ピンホールの効果を得るためには、オン状態である1個のマイクロミラー301の周囲の、所定範囲内のマイクロミラー301が全てオフ状態とする必要がある。そうしないと、被写界深度を大きくできるピンホールの効果が得られなくなってしまう。この制約によって、同時にオン状態にできるマイクロミラー301の間隔が決まる。例えば、図3Aに示すように、あるマイクロミラー301Cについて、その周囲の範囲304では遮光を行う必要がある場合について考えると、同時にオン状態とするマイクロミラー301の間隔を、図3AのX方向及びY方向とも2個空けるものとする。
図4Aは、ツールマーク照合処理装置103のハードウェア構成を示すブロック図である。
周知のパソコンよりなるツールマーク照合処理装置103は、CPU401、ROM402、RAM403、ハードディスク装置等の不揮発性ストレージ404、表示部112、操作部405、USBインターフェース406(図4中「USB I/F」と略記)がバス407に接続される。
USBインターフェース406を通じてレーザ共焦点顕微鏡102から受信したツールマークのデータは、入出力制御部410を通じて、被照合テーブル411または照合テーブル412のいずれかに記憶される。その際、受信したツールマークのデータをどちらのテーブルに記憶させるかは、入出力制御部410と表示部112と操作部405が構成するGUI(Graphical User Interface)にて、ユーザの選択操作によって決定する。また、入出力制御部410が提供するGUIの機能には、照合テーブル412から被照合テーブル411のデータと照合するためのデータを選択して抜き出すための、照合範囲特定処理部413も含まれている。
照合演算処理部414は、複数種類の多変量解析関数にて、入出力制御部410によって特定された照合テーブル412のデータと、被照合テーブル411のデータとを照合し、類似度を算出する。照合演算処理部414が機能として備える多変量解析関数は例えば、標準化ユークリッド距離、ピアソンの積率相関係数、Tanimoto係数、Dice係数、コサイン係数、スピアマンの順位相関係数、平均値比及び標準偏差比を備える。勿論、これらに限られず、マハラノビス距離や単純な乗算処理であってもよい。各々の多変量解析関数は公知の技術であるので、詳細は省略する。これら多変量解析演算は演算量が多いので、必要に応じて近年普及しているGPGPU(general-purpose computing on graphics processor units:GPUを用いる汎用目的計算処理)を利用することが好ましい。
図5は、ツールマークの構造を示す概略図である。
図5において、ツールマークの一例として、プレート107の表面を空き巣犯罪に使用される代表的な工具110であるマイナスドライバー108にて犯行現場105やプレート107を削った場合に、犯行現場105やプレート107の表面に生じるツールマーク501を想定して、ツールマーク501の構造と、このツールマーク501を表現するツールマークデータの構成を説明する。
マイナスドライバー108の先端は、一見すると平坦であるように見えるが、肉眼では識別し難い凹凸が存在する。この凹凸が、ツールマーク501の線状の凹凸となって現れる。
マイナスドライバー108の先端の移動方向、すなわち線状のツールマーク501に平行な方向をX軸、プレート107の表面上にてこのX軸方向に直交する方向をY軸とする。そして、ツールマーク501の凹凸の高さ方向をZ軸とする。
ツールマーク501を、Y−Z面にて切断すると、ツールマーク501の断面の凹凸形状を観察できる。このツールマーク501の断面の凹凸形状を二次元平面のグラフにしたものが、凹凸形状グラフ502である。凹凸形状グラフ502は、横軸がY軸、縦軸がZ軸の、ツールマーク501の断面の凹凸形状を表すグラフである。
断面の凹凸形状をX軸方向に積分すると、ツールマーク501をプレート107の上面から見下ろした、平面凹凸形状になる。このツールマーク501をプレート107の上面から見下ろした状態で、ツールマーク501の深さを色で表現したカラーマップ画像が、平面凹凸マップ503である。平面凹凸マップ503は、横軸がY軸、縦軸がX軸の、ツールマーク501の深さ(Z軸)を色で表現したカラーマップ画像である。
ツールマークデータ601は、ツールマークのX軸方向の座標をフィールドとして、Y軸方向の座標をレコードとして、X軸とY軸の交点におけるZ軸の高さを値とする、テーブルである。なお、第一フィールドはY軸の座標情報を示す値であり、第一レコードはX軸の座標情報を示す値である。すなわち、図6Aのツールマークデータ601は、図5の平面凹凸マップ503の実体に等しい。
照合テーブル412は、このツールマークデータ601が格納される。
被照合テーブル411は、このツールマークデータ601が、犯行現場105の数に応じて複数、格納される。
ツールマークは、Z軸方向の値(高さ)を、X軸方向で見るか、Y軸方向で見るかで、大きく異なる。Z軸方向の高さは、X軸方向で見ると殆ど変化がない。しかし、Y軸方向で見ると、ツールの凹凸形状そのものを表す変化を示す。したがって、ツールマークデータ601同士を比較するには、X軸方向の値は無視して、Y−Z平面同士で比較すると、計算量が少なく済む。これ以降、このY−Z平面で表されるデータをYZ抜粋データ602と呼ぶ。YZ抜粋データ602をグラフにしたものが、図5の凹凸形状グラフ502である。
始めに、照合範囲特定処理部413は、表示部112に平面凹凸マップ503を表示させ、この平面凹凸マップ503上にY軸方向に平行な線を表示する。ユーザは、この線をマウス等のポインティングデバイスを用いて、適切な位置に移動させる。そして、図示しない決定ボタンをクリックする等の動作を行うことで、線上に該当するX軸方向の位置のフィールドに存在するYZ抜粋データ602を抜粋して、照合YZ抜粋データを作成する。これ以降、このツールマークデータ601に対するX軸方向の選択動作をX方向抜粋と呼ぶ。なお、照合YZ抜粋データの対になる存在として、被照合テーブル411に含まれるツールマークデータ601から抜粋したYZ抜粋データ602を、被照合YZ抜粋データと呼ぶ。
次に、X軸方向のフィールドの照合YZ抜粋データに基づく凹凸形状グラフ502を表示する。そして、この凹凸形状グラフ502の両端に、Z軸方向に平行な線を二本、表示する。ユーザは、この線をポインティングデバイスを用いて、適切な位置に移動させる。凹凸形状グラフ502の両端部分は道具のエッジに相当し、この部分は道具の欠損が生じ易い。結果として、エッジの部分は不安定なデータになり易い傾向があるので、必要に応じて照合対象から除外する。また、マイナスドライバー108の先端部分が一部欠けている等の、ツールマークが極めて特徴的であり、十分な照合結果が得られるのであれば、計算量を少なくする効果も期待できる。これ以降、この照合YZ抜粋データに対するY軸方向の選択動作をトリミングと呼ぶ。
なお、X方向抜粋は、本実施形態のツールマーク照合処理装置103には必須であるが、トリミングは必ずしも必須ではない。
図7Aは、ツールマークの一例として、プレート107に対し、マイナスドライバー108を斜めに配置してツールマークを形成する状況を説明する概略図である。
図7Bは、図7Aにおいてマイナスドライバー108を斜めに配置して形成されたツールマークの、凹凸形状グラフである。
図7Cは、図7Bの凹凸形状グラフに対して正規化処理を施した、正規化凹凸形状グラフである。
図7Dは、ツールマークの一例として、プレート107に対し、マイナスドライバー108を並行に配置してツールマークを形成する状況を説明する概略図である。
図7Eは、図7Dにおいてマイナスドライバー108を平行に配置して形成されたツールマークの、凹凸形状グラフである。
図7Fは、図7Eの凹凸形状グラフに対して正規化処理を施した、正規化凹凸形状グラフである。
図7Aにおいて、ツールマークの幅はd1である。一方、図7Dにおいて、ツールマークの幅はd2である。
図7Bにおいて、ツールマークの最大深さはV1である。一方、図7Eにおいて、ツールマークの最大深さはV2である。
そこで、照合演算処理部414は、多変量解析に先立ち、図7Cに示すように、幅d1をd3に拡大し、最大深さV1をV3に拡大する。また同様に、図7Fに示すように、幅d2をd3に拡大し、最大深さV2をV3に拡大する。このように、多変量解析による照合演算処理をより精緻に実行できるように、データを揃える。
図8において示される正規化被照合ツールマーク803の基となる被照合ツールマーク106は、犯行現場105一件分のデータである。被照合テーブル411には、この被照合ツールマーク106のデータが犯行現場105の数だけ複数個存在する。それら被照合ツールマーク106は、X軸方向に複数の被照合YZ抜粋データ802を有する。図8の正規化被照合ツールマーク803は、被照合ツールマーク106に正規化処理を施したものである。
照合テーブル412は、被照合ツールマーク106と同じ、犯行現場105一件分のデータに相当する。図8の照合YZ抜粋データ801は、照合テーブル412からX方向抜粋を行い、トリミングを施し、更に正規化を施した照合YZ抜粋データである。
正規化被照合ツールマーク803と、正規化されトリミングされた照合YZ抜粋データ801を比較すると、トリミングの効果により、正規化YZ抜粋データのY軸方向の幅が、正規化被照合ツールマーク803のY軸方向の幅と比べて狭くなっている。もし、被照合ツールマーク106と照合YZ抜粋データ801が、同一の工具110で作成されたツールマーク同士であれば、照合YZ抜粋データ801をY軸方向に移動しながら被照合ツールマーク106と比較すると、高い類似度を示す位置が現れる確率が高まる。
処理を開始すると(S901)、入出力制御部410はUSBインターフェース406を通じてレーザ共焦点顕微鏡102から照合ツールマーク111のデータを受信して、照合テーブル412に記憶する(S902)。そして、受信した照合ツールマーク111のデータを、平面凹凸マップ503として表示部112に表示すると共に、平面凹凸マップ503上にカーソルを表示して、当該カーソル上の凹凸形状グラフ502を表示部112に表示する(S903)。そして、ユーザによるX軸方向の位置の指定操作と、Y軸方向のトリミング位置の指定操作を待つ(S904)。ユーザからX軸方向及びY軸方向の位置の指定を受けると、入出力制御部410は当該X軸座標情報及びY軸座標情報を基に、照合YZ抜粋データを作成する(S905)。
次に、被照合テーブル411内に存在する被照合YZ抜粋データの、Y軸方向の幅が、トリミングされていない照合YZ抜粋データの幅よりも極端に小さい場合も、照合の対象から除外する。すなわち、照合テーブル412の基となる工具110の先端の形状から、物理的に作成できない被照合ツールマーク106は照合対象から外す。そして、照合対象となった被照合ツール マーク106の、Y軸方向の幅の最大値と、Z軸方向の高さの最大値を取得する。更に、照合YZ抜粋データのY軸方向の幅と、Z軸方向の高さも含めて、Y軸方向の幅の最大値と、Z軸方向の高さの最大値を得る。こうして、照合YZ抜粋データのY軸方向の幅と、Z軸方向の高さを、Y軸方向の幅の最大値と、Z軸方向の高さの最大値に合わせるべく、係数を算出して、正規化する。
照合演算処理部414が照合処理を終了したら、入出力制御部410は、被照合ツールマーク106に存在する全ての被照合YZ抜粋データの類似度の最大値を、当該被照合ツールマーク106の類似度とする。そして、被照合テーブル411に複数存在する被照合ツールマーク106を、類似度で並べ替えて(S908)、表示部112に表示し(S909)、一連の処理を終了する(S910)。
図10の画面イメージ中、類似度を表すフィールドに、百分率単位の類似度と、棒グラフが表示されている。また、コメントを表すフィールドには試験用データの詳細情報が記されているが、この項目に犯行現場105に関する諸情報を記載することで、犯罪捜査に役立てることができる。
(1)上述の実施形態では、押収された工具110がどの犯行現場105で利用されたかを照合するために、工具110が作成した照合ツールマーク111を測定し、犯行現場105から測定した被照合ツールマーク106を比較照合するものであった。犯罪捜査にツールマークを照合する場面は、これに限られない。例えば、複数の犯行現場105の被照合ツールマーク106同士を照合する。類似度が極めて高い複数の被照合ツールマーク106があった場合、それら被照合ツールマーク106同士は同じ工具が使用されたもの、すなわち同一犯の犯行であると判断することができる。この場合、被照合テーブル411内に格納されている複数の被照合ツールマーク106を、照合の対象とする。
(3)本実施形態のツールマーク照合処理装置103は、YZ抜粋データの作成を省略することで、そのまま指紋照合処理装置として転用が可能である。すなわち、二次元平面の画像情報の類似度を、多変量解析処理にて算出することで、客観的な指紋照合の機械的処理を実現できる。
ツールマーク照合処理装置103は、犯行現場105から採取した被照合ツールマーク106を複数格納する被照合テーブル411に対し、照合対象となる工具110で作成したツールマークを格納する照合テーブル412から、ツールマークの特徴的な部分である、ツールマークの断面形状に該当する照合YZ抜粋データを抜き出す。その上で、形状が一定になり難いツールマークの照合YZ抜粋データに対し、正規化処理を施す。そして、この照合YZ抜粋データと、被照合テーブル411内の被照合抜粋データとを、多変量解析等の類似度演算処理にて、類似度を算出する。そして、被照合ツールマーク106を類似度に応じて並べ替え、表示部112に表示する。
このように本実施形態によれば、人間の目視に頼らず、ツールマークの機械的照合を実時間で実現する、ツールマーク照合システムを提供することができる。
例えば、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (2)
- ツールマークの三次元形状を数値データとして出力する三次元測定装置と、
前記三次元測定装置が出力する第一のツールマークの三次元データと、前記三次元測定装置が出力する第二のツールマークの三次元データとを正規化して、両者の類似度を算出する照合演算処理部と、
前記第一のツールマークの三次元データから断面形状を表す照合断面データを取得する入出力制御部と
を具備し、
前記照合演算処理部は、前記照合断面データと前記第二のツールマークの三次元データとの類似度を算出するものである、
ツールマーク照合システム。 - 更に、
表示部を備え、
前記入出力制御部は、前記照合演算処理部が算出した前記類似度に応じて、複数の前記第二のツールマークの三次元データを並べ替えて、前記表示部に表示する、
請求項1に記載のツールマーク照合システム。
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