Digi-Dak Digitale Fingerspuren1 Der Einsatz von Mustererkennungstechniken in der kriminalistischen Forensik wie z.B. für die Daktyloskopie (Auswertung von Fingerspuren) durch das Automatisierte Fingerabdruck-Identifizierungssystem AFIS (SAGEM group) hat in den letzten Jahren zu deutlich verbesserten Fahndungserfolgen geführt. Allerdings hat die derzeitige, ausschließlich manuelle Suche nach daktyloskopischen Spuren (Fingerspuren/-abdrücke) diverse Nachteile. Dazu zählen durch die physikalische oder chemische Behandlung (z.B. Bedampfung) bedingte Veränderung oder gar Zerstörung weiterer Spuren (z.B. DNA) oder der Objekt-Oberfläche, sowie die unvollständige Detektion möglicher Spuren aufgrund des aufwändigen Prozesses oder die Nichtbestimmbar-keit des Alters von Fingerspuren, wie auch der Fakt, dass Überlagerungen diese un-brauchbar machen. Aus technisch-wissenschaftlicher Sicht gab es in den letzten Jahren deutliche Fort-schritte in der optischen Sensortechnik für Oberflächenanalysen, in der Biometrie sowie der Klassifikation von unstrukturierten Informationen auf großen Datenbestän-den, die Ausgangspunkt des Vorhabens sind. Das Ziel dieses Projektes ist die Zusammenführung und Erforschung von berüh-rungsloser optischer 3D Oberflächensensortechnik, Bildverarbeitung, Biometrie, Fo-rensik und Mustererkennungstechnik, um die Fingerspuren zerstörungsfrei aufzufin-den und zu sichern als auch digital weiterzuverarbeiten, um zum Beispiel überlagerte Spuren separieren oder eine Alterstendenz ableiten zu können.

DigiDak+ Sicherheits-Forschungskolleg Digitale Formspuren2 Das allgemeine Forschungsziel fokussiert auf die Mustererkennung für digitale Formspuren mittels optischer 3D-Oberflächensensoren und adressiert spezielle For-schungsfragen zu latenten Fingerspuren auf nicht-planaren Substraten, Mikrospuren und technischen Formspuren an Waffen und Schlössern. Im Projekt sollen hier mit kontaktlosen, optischen 3D Oberflächenuntersuchungen Möglichkeiten und Grenzen im 2!m Bereich erforscht werden. Weiterhin werden Reproduzierbarkeitstests betrachtet, wobei unter Aufbringung kon-trollierter, typischerweise künstlicher aber realitätsnaher Spuren, die Eignung und Wirksamkeit von den neuen optischen und kontaktlosen Techniken als kriminaltech-nisches Verfahren getestet werden. Zum Zweck einer datenschutzrechtlich unbe-denklichen Testmenge von Fingerabdruckspuren wurde ein Datensatz mit 48 kon-

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taktlos erfassten, gedruckten und computergenerierten Fingerabdrücken erstellt. Für technische Details und Modalitäten zur Bereitstellung sei auf die Projektwebseite3 verwiesen. Ein Benchmarking unter Einsatz von kontrollierten, typischerweise syn-thetischen aber realitätsnahen Spuren wird deshalb erforscht. Jedoch muss darüber hinaus jederzeit sichergestellt werden, dass synthetische Spuren von realen Spuren getrennt werden können. Im Forschungskolleg werden deshalb auch Ansätze er-forscht, um eine zweifelsfreie Unterscheidung beider Spuren und somit am Tatort künstlich gelegte Spuren zu erkennen. Beim Einsatz von Spurensicherungs- und Auswertesystemen muss eine lückenlose Beweiskette seit Untersuchungsbeginn sichergestellt werden. Jedoch ist die methodische Bestimmung des Restrisikos bzgl. der Wahrung dieser lückenlosen Beweiskette eine identifizierte Forschungslücke, welche ebenfalls mitbetrachtet wird. Weiterhin werden Aspekte der effizienten und präzisen Suche in typischerweise hochdimensionalen optischen 3D Oberflächendaten erforscht. Ein bedeutsames For-schungsfeld ist die Wahrung des Datenschutzes in forensischen Untersuchungen. Eine Herausforderung ist dabei die Notwendigkeit, selektiv Daten Unbeteiligter zu detektieren und zu löschen bzw. zu sperren, welche derzeit mit Methoden der IT-Forensik partiell oder vollständig wiederherstellbar sind. Eine Vielzahl an Untersuchungen konnten bereits erfolgen, so zeigen beispielsweise folgende, exemplarisch ausgewählte Ergebnisse das Potential der Arbeiten:

• Kontrastverstärkung zwischen Oberfläche und Fingerabdruckspur und Tren-nung der Fingerspur auf für die eingesetzte kontaktlose, optische Oberflä-chenmesstechnik herausfordernden Substraten mittels Mustererkennungs-techniken

Abbildung 1: Fingerspurausschnitt (5x5mm) des Digi-Dak Teams auf gebürstetem Edelstahl (links) und Ergebnis der Mustererkennungskette zur Darstellung der Fingerspur (rechts), erfasst mit 2540dpi durch FRT Microprof 200 CWL 600 [FRT13] aus [HKDV14]

• Erforschung der Alterung von Fingerspuren durch Zeitreihenversuche mittels kontaktloser, optischer Oberflächenmesstechnik und Mustererkennung

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Abbildung 2: Fingerausschnitt (5x5mm) des Digi-Dak Teams, kontaktlos optisch erfasst mit 2540dpi durch FRT Microprof 200 CWL 600 [FRT13] in der Erforschung der Langzeitalterung - am Erfassungs-tag (links) und nach 126 Tagen (rechts) aus [MD11]

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• Separation von übergriffenen Fingerabdruckspuren mittels kontaktloser, opti-scher Oberflächenmesstechnik und Mustererkennung

Abbildung 3: Übergriffene Fingerspur, kontaktlos optisch erfasst mit 2540dpi durch FRT Microprof 200 CWL 600 [FRT13], mittels Mustererkennungsansätzen separiert – a) nach [CFJ11], b) nach [QSS12] und c) unter Einbeziehung von Kontextinformationen [QSZ14]

• Unterscheidung zwischen realen und gedruckten Fingerabdruckspuren (zur Erforschung der Reproduzierbarkeit von forensischen Methoden)

Abbildung 4: Ausschnitt eines optisch kontaktlos erfassten Fingerabdrucks des Digi-Dak Teams (links) und eines gedruckten Fingerabdrucks nach [KHDV11] (rechts), Erfassung unter Verwendung eines Konfokalmikroskops VKX-110 [Key13] mit 10x Linse

• vollautomatische Segmentierung von technischen Formspuren auf Schließzy-linderkernstiften (Schlösser und Schließanlagen) unter Ausschluss von Fabri-kations- und Gebrauchsspuren mittels kontaktloser, optischer Oberflächen-messtechnik und Mustererkennung

Abbildung 5: Oberfläche eines Kernstifts, semi-automatisch erfasst mittels optisch kontaktloser Erfas-sung unter Verwendung eines Konfokalmikroskops VKX-110 [Key13] und farbliche Hervorhebung der Werkzeugspuren des unautorisierten Schließvorgangs, vollautomatisch analysiert mittels Musterer-kennungstechniken nach [CV14]

Allen Arbeiten ist gemein, dass sie die jeweiligen Oberflächen kontaktlos und optisch akquirieren und demzufolge forensische Untersuchungen unter anderen Gesichts-punkten (z.B. DNA-Analyse) nicht behindern bzw. ausschließen.

Referenzen [HKDV14] M. Hildebrandt, S. Kiltz, J. Dittmann, C. Vielhauer, "An enhanced feature set for pattern recognition based contrast enhancement of contact-less captured la-tent fingerprints in digitized crime scene forensics", In Proc. SPIE 9028, Media Wa-termarking, Security, and Forensics 2014, San Francisco, USA, 02.02.2014, pp 902808-902808-15, SPIE, 2014 [MD11] R. Merkel, J. Dittmann, "Resolution and size of measured area influences on the short- and long-term aging of latent fingerprint traces using the binary pixel fea-ture and a high-resolution non-invasive chromatic white light (CWL) sensor", In Pro-ceedings of 7th International Symposium on Image and Signal Processing and Ana-lysis (ISPA), 4-6 Sept. 2011, pp.644-649, 2011 [CFJ+11] F. Chen, J. Feng, A. K. Jain, J. Zhou, J. Zhang, “Separating overlapped Fingerprints,” IEEE Transactions on information forensics and security, vol. 6(2), pp. 346-359, 2011.

[QSS+12] K. Qian, M. Schott, W. Schöne, M. Hildebrandt, “Separation of High-Resolution Samples of Overlapping Latent Fingerprints Using Relaxation Labeling,” Proc. SPIE 8436, 84361A, 2012. [QSZ+14] K. Qian, M. Schott, W. Zheng, J. Dittmann, “A context-based approach of separating contactless captured high-resolution overlapped fingerprints”, IET Biome-trics, 2014. doi:10.1049/iet-bmt.2013.0057 [KHDV11] S. Kiltz, M. Hildebrandt, J. Dittmann, C. Vielhauer, C. Krätzer, "Printed fin-gerprints: a framework and first results towards detection of artificially printed latent

fingerprints for forensics", In Image Quality and System Performance VIII, 24.01-26.01.2011, Proc. SPIE 7867, 78670U (2011), doi:10.1117/12.872329, 2011. [CV14] E. Clausing and C. Vielhauer, “Digitized locksmith forensics: automated de-tection and segmentation of toolmarks on highly structured surfaces”, In Proc. SPIE Media Watermarking, Security, and Forensics 2014, vol. 9028, February 19 2014, pp. 90 280W–90 280W–13. [Key13] Keyence America, “3D Laser Scanning Microscope, VK-X100/X200 Se-ries” [Online] http://www.keyence.com/products/microscope/laser/vkx100_200/vkx100_200.php (27/03/2013) [FRT13] Fries Research and Technology GmbH, “CWL-FRT” [Online] http://www.frt-gmbh.com/en/CWL.aspx (27/03/2013)