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BILDANALYSE & -BEARBEITUNG 3D-Rekonstruktion in Forensik und Kriminaltechnik

| Autor / Redakteur: Jörg Subke* / Gerd Kielburger

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Gesamtkörperdokumentation
Gesamtkörperdokumentation
( Archiv: Vogel Business Media )

Eine der Hauptaufgaben der Rechtsmedizin und Kriminalistik ist die detaillierte Rekonstruktion traumatischer Vorgänge auf der Basis pathologischer Veränderungen der Opfermorphologie. Mit Hilfe moderner Computerverfahren werden digitaleSimulationsmodelle dahingehend generiert, so dass die dreidimensionale Modellierung des individuellen Opfers und der traumatisierenden Werkzeuge wie auch die Simulation der Kinetik und Dynamik der aktuellen traumatischen Vorgänge möglich werden.

Die Voraussetzung für die Generierung valider Simulationsmodelle für die forensische Rekonstruktion ist die geometrisch und farblich exakte dreidimensionale Dokumentation des gesamten Körpers des individuellen Opfers mitsamt seiner oberflächlichen und inneren Verletzungen und der Spuren.

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Die Anwendung der Streifenlichttopometrie (SLT)-Methode bietet eine Dokumentation in optimaler Weise, die die Generierung dreidimensionaler, digital farbechter Modelle der Opfer mit den geometrisch exakten Verletzungstopometrien ermöglicht. Im Gegensatz zu anderen Dokumentationsmethoden, wie z.B. der klassischen Photogrammetrie speichert die SLT die Farbinformation gleichzeitig mit den 3-dimensionalen Koordinaten der Oberflächenpunkte ab. Diese Daten werden anschließend mit Hilfe eines CAD-Systems in ein biomechanisches Mehrkörpersystem (MKS)-Modell transferiert, das für die Simulation und Rekonstruktion der traumatisierenden Vorgänge eingesetzt wird.

Was verbirgt sich hinter der Streifenlichttopometrie (SLT)-Methode?

Die SLT-Methode basiert auf der Projektion eines äquidistanten Streifenmusters auf das zu messende Objekt und der digitalen Aufnahme des Objekts mit den gemäß den Tiefen und Höhen der Objektoberfläche verzerrten Streifen mittels eines speziellen Projektors und Kamerasystems.

Die Abweichung der Streifen von ihrer Geradlinigkeit ist ein Maß für die Tiefe, so dass bei einer eindeutigen Unterscheidbarkeit der Streifen eine exakte dreidimensionale Messung aus dem aufgenommenen zweidimensionalen Bild möglich ist. Um die Verzerrung der einzelnen Streifen auf dem Objekt aufnehmen zu können, müssen der Projektor, die Kamera und das Objekt ein Dreieck bilden. Dies wird Triangulationsverfahren genannt. Liegt eine Kante am Messobjekt oder eine lokale Abschattung des Streifenmusters vor, lassen sich die einzelnen Streifen unter Umständen nicht über diese Diskontinuitäten hinweg verfolgen. Hier kann keine Aussage über die Tiefenänderung des Messobjekts getroffen werden. Eine Verfolgung der einzelnen Streifen ist erst dann möglich, wenn jeder Streifen über eine eindeutige Kennung, wie z.B. in Abbildung 2 als Nummer angedeutet, verfügt. Diese Kennung oder Codierung der einzelnen Streifen wird mit Hilfe des codierten Lichtansatzes durchgeführt.

Die Methode des codierten Lichtansatzes beruht auf der räumlich versetzten Projektion verschiedener Streifenmuster auf das Messobjekt und der sequentiellen Analyse der aufgenommenen Bilder. Da die Streifen über eine gewisse Streifenbreite verfügen, ist damit die lokale Ortsauflösung am Messobjekt begrenzt. Um die lokale Ortsauflösung zu erhöhen, wird der Übergang zwischen den hellen und dunklen Streifen betrachtet. Die Ortsauflösung ist auf den Übergangsbereich zwischen hell und dunkel eingegrenzt, der um ein Vielfaches kleiner ist als die Streifenbreite. Um dies für die Auswertung einer Streifenbreite einsetzen zu können, wird nun dieser Übergangsbereich in mehreren Schritten über die Streifenbreite geschoben und wiederum aufgenommen. Dies wird Phasen-Shift genannt. Damit werden die dreidimensionalen Koordinaten (x, y, z) der Messobjektoberfläche im Submillimeterbereich ermittelt, und als Ergebnis der Messung liegt die Objektoberfläche als Punktewolke vor. Für die Zuordnung der natürlichen Farbe werden im Anschluss an die 3-D-Messung die Farbwerte (r, g, b) den dreidimensionalen Koordinaten zugeordnet, so dass jeder Messpunkt einem Vektor mit sechs Werten (x, y, z, r, g, b) entspricht. Die Streifenlichttopometrie ist ein sehr schnelles Verfahren (30000 Mess-punkte/sec.), das über die Vermessung der Objektgeometrie hinaus die natürliche Farbe des Objekts aufnimmt und auf diese Weise eine dreidimensionale, nahezu photorealistisch farbige Dokumentation des Messobjekts liefert.

Die Gesamtkörperverletzungstopographie

Um die gesamte Körperoberfläche eines Opfers aufzunehmen, ist für die Streifenlichttopometrie eine Grundauflösung festzulegen, anhand derer die Messparameter der Apparatur einzustellen sind. Mit einem festgelegten Messvolumen von 400mm x 400mm x 200mm wird eine Auflösung von 0,5mm erreicht. Das bedeutet für eine Gesamtkörperdokumentation, dass ca. 80 Messungen durchgeführt werden müssen. Die Gesamtkörperhülle wird dadurch aufgebaut, dass diese 80 Datensätze mit Hilfe von Markern zusammengeführt werden. Damit lassen sich die Lage und die Form der Wunden in ihrer Dreidimensionalität fassen (Abb. 1: Wunde am Rumpf: 1120mm von Sohlenebene; 66mm vertikale Ausdehnung; 272mm Wundenumfang; 1144 mm2 Flächeninhalt). Auf diese Weise lassen sich nun alle oberflächlichen Wunden sehr genau dreidimensional vermessen und durch ihre Farbe entsprechend der Kraftintensität klassifizieren (z.B. Einblutungsstärke).

Anhand dieser Gesamtkörperdokumentation wird ein animierbares Modell für die geometrische und dynamische Rekonstruktion generiert. Über die vor der Streifenlichttopometrie-Messung markierten und ebenfalls dokumentierten Gelenke wird der Körper in die einzelnen Segmente aufgeteilt. Ein einfaches Modell verfügt über 15 Segmente (zwei Füße, zwei Unterschenkel, zwei Oberschenkel, Becken, Oberkörper, Kopf, zwei Oberarme, zwei Unterarme, zwei Hände). Die für die dynamische Rekonstruktion wichtigen physikalischen Größen der Teilkörper (Masse, Massenschwerpunkt, Trägheitsmomente) werden mit Hilfe der Segmentoberflächen und der bekannten Gewebsdichten bestimmt. Über die einzelnen Gelenkachsen lassen sich nun die Segmente zueinander bewegen, um den Verletzungshergang rekonstruieren zu können.

Ausblick

Das modulare Konzept des Messsystems ermöglicht den flexiblen und vielfältigen Einsatz der Streifenlichttopometrie. Ein komplexes Messsystem wird aus mehreren Basissystemen, die je aus einem Projektor und einer Kamera bestehen, aufgebaut. Beispielsweise ist ein für die Pathologie entwickeltes Messsystem mit zwei Messköpfen ausgerüstet worden. Ein Messkopf mit zwei Projektoren und drei Kameras wird mit einem Linearantrieb über den Obduktionstisch verfahren, um die Gesamtkörperoberfläche aufzunehmen. Der zweite Messkopf, bestehend aus einem Projektor und Kamera befindet sich an der mobilen Messrechner-Station und kann für Detailaufnahmen eingesetzt werden.

Die örtliche Auflösung der Streifenlichttopometrie, die über das geforderte Messvolumen und die Kameraeigenschaften festgelegt wird, kann so verändert werden, dass z.B. die Hautstruktur eines Fingers aufgelöst werden kann.

Die dreidimensionale Messung und computergestützte Verarbeitung wird in der Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen. Sei es zu Dokumentationszwecken in der Medizin, für die Rekonstruktion in der forensischen Biomechanik, zur Spurensicherung in der Kriminaltechnik oder zur Qualitätsprüfung in der industriellen Produktion. Dies sind einige Einsatzgebiete der Streifenlichttopometrie.

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