Evaluating a Novel Approach for Fiber Analysis in Forensic Applications

Abstract

Das Ziel dieser Studie besteht darin, die Realisierbarkeit eines neuen Ansatzes zur automatisierten Fasernanalyse mittels Raman-Spektroskopie zu evaluieren. Um eine automatisch gesteuerte Kollektion von Raman-Spektren zu ermöglichen, beschäftigt sich der erste Teil dieser Arbeit mit Bildverarbeitung. Das Ziel hierbei ist es, durch geschickte Anwendung von morphologischen Operationen in verschiedenen Farbräumen mikroskopische Bilder zu segmentieren und Fasern zu erkennen. Somit soll das Mikroskop derart gesteuert werden können, dass Spektraldaten ausschließlich an lokalisierten Fasern mit dem Raman- Mikroskop erhoben werden. Im zweiten Teil der Studie wurden Raman-Spektren für mehrere Fasern verschiedener Herkunft und unterschiedlicher Farben gemessen. Die Versuchsanordnung hierbei entsprach einer realitätsnahen Situation, wie sie in der forensischen Beweisanalyse angetroffen wird. Die empirische Datenerhebung erfolgte in Zusammenarbeit mit der Universität für Bodenkultur Wien und dem Büro für Kriminaltechnik des Bundeskriminaltamtes. Die Ergebnisse dieser Studie lassen den Schluss zu, dass die Implementierung des untersuchten Algorithmus zur Erkennung relevanter Fasern und zur Identifikation von Fasern bestimmter Farbe sinnvoll ist, um die momentan stattfindende manuelle Bearbeitung großer Mengen von Beweismitteln auf ein Minimum zu reduzieren. Die Untersuchung der Fasern mittels Raman-Spektroskopie in den vorgegebenen Rahmenbedingungen führte allerdings zu einer Reihe von Problemen, welche zum größten Teil auf die thermische Zersetzung der Fasern zurückzuführen sind.

This study is an initial attempt to investigate the feasibility of automating fiber analysis in forensic science using Raman spectroscopy. To enable self-directed collection of spectral data a sequence of image processing steps is presented in the first part of this thesis. Its purpose is to allow for image segmentation and separation of fibers from the background to reduce the amount of measuring locations. Raman measurements have been conducted for various fibers of different fabrics and different dyes in an experimental setting which mimics real crime scenes rather than conventional sample preparation in spectroscopy. The empirical part of this study was conducted in cooperation with the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna and the Criminal Investigation Service Austria. The results support the implementation of the algorithm presented to recognize fibers and search for fibers of a specific color to reduce the time consuming manual examination of a large set of evidence tapes. However the outcome of spectral examinations outlines several obstacles in using automated Raman spectroscopy, the majority of which are a direct result of thermal decomposition.