Ny algoritme undersøger kugler fra gerningssted segment for segment

Om morgenen den 22. marts kl. 1915, indbyggere i den lille by West Shelby, New York, vågnede til en forfærdelig scene. En kvinde kun klædt i en blodig natkjole lå skudt ihjel i sneen på dørtrinnet til en indvandret gårdmand, Charles Stielow. På tværs af gaden, i stuehuset, hvor Stielow for nylig var begyndt at arbejde, og hvor den døde kvinde havde holdt hus, Den 70-årige landmand Charles Phelps blev fundet skudt og bevidstløs. Han døde et par timer senere.

Efter at have fundet ud af, at Stielow løj, da han fortalte efterforskerne, at han ikke ejede en pistol, politiet anholdt ham den 21. august, 1915. Under Stielows retssag, en selverklæret kriminolog, Albert Hamilton, vidnede om, at de ni bump, han sagde, han fandt inde i løbet af Stielows kaliber .22 revolver, matchede de ni ridsemærker, han havde identificeret på kuglerne af samme kaliber på gerningsstedet. Selvom Hamilton aldrig viste sine beviser til juryen, erklærer, at resultaterne var så tekniske, at de kun kunne ses af en ekspert, Stielow blev fundet skyldig i mord i første grad. Han blev dømt til døden i den elektriske stol og sendt til Sing Sing-fængslet for at afvente henrettelse.

Flere personer med kendskab til sagen, inklusive viceinspektøren på Sing Sing, blev overbevist om, at Stielow var uskyldig, og at hans tilståelse indeholdt ord om, at gårdmanden, som var mentalt udfordret, ikke kunne have forstået endsige udtalt. Blot en uge før Stielow var planlagt til at blive elektrocuteret den 11. december, 1916, guvernøren i New York opfordrede til en genundersøgelse. En skydevåbenekspert fra New York City politiafdeling sammenlignede kuglerne fra mordstedet med dem, der blev testaffyret fra Stielows pistol. Selv med øjet, markeringerne på de to sæt kugler lignede ikke, men for at sikre, optiker Max Poser studerede dem under mikroskopet. Kuglerne fra mordstedet kunne ikke være blevet affyret fra Stielows pistol, erklærede han.

Posers analyse satte ikke kun Stielow fri, det blev til historie som et af de første eksempler på anvendelse af moderne retsmedicinske teknikker til at identificere skydevåben.

I dag, retsmedicinere bruger stadig en type mikroskop, udviklet og perfektioneret af to af Posers kolleger i 1920'erne, at undersøge gerningsstedets kugler eller patronhylstre - metalcylindrene, der holder pulveret og kuglerne, før de affyres. Kendt som et sammenligningsmikroskop, enheden består af to mikroskoper forbundet med en optisk bro.

Mikroskopets delte skærm giver mulighed for en side om side sammenligning af de minimale ridsemærker, eller striber, på kugler eller patronhylstre fundet på gerningsstedet med markeringerne på kugler eller etuier prøvefyret fra en bestemt pistol. Disse striber påføres kugler, når de presses gennem spiralviklingerne, kaldet rifling, ned ad et geværløb med høj hastighed og tryk.

Våbeneksaminatoren justerer positionen af ​​den testaffyrede kugle, indtil dens striber bedst matcher dem på gerningsstedets kugle. På denne måde, undersøgeren kan give sin ekspertudtalelse om, hvorvidt gerningsstedets kugler kom fra den samme pistol, der blev prøveskudt.

Metoden er meget vellykket, men sammenligningsresultaterne er subjektive, afhængig af eksaminatorens ekspertise. Den visuelle sammenligning giver ikke skydevåbeneksperten mulighed for objektivt at kvantificere usikkerhedsniveauet i sammenligningen. For eksempel, hvad er sandsynligheden for at opnå sammenligningsresultatet, hvis kuglerne faktisk kom fra det samme skydevåben eller fra forskellige skydevåben? Domstole foretrækker nu sådanne statistiske oplysninger, som er, for eksempel, rutinemæssigt leveret af DNA-eksperter, når de vidner om genetisk bevis.

Sidste år, NIST-forskere havde premiere på en computerbaseret sammenligningsmetode, der kan give denne numeriske information. Algoritmen, kendt som kongruente matchende profilsegmenter (CMPS), er afhængig af detaljerede 3D-kort.

"Skydevåbeneksperter er faktisk ret gode til at sammenligne, så det er ikke et spørgsmål om at erstatte menneskelig dømmekraft med en computeralgoritme, " bemærkede NIST-forsker Robert Thompson, medlem af NIST-teamet. "Algoritmen giver en måde at matematisk vurdere pålideligheden af ​​ekspertens resultater."

Vigtigt, i stedet for at sammenligne det overordnede kort, eller profil, af en kugle til en anden, Algoritmen opdeler først profilen af ​​hver gerningsstedkugle i små, ikke-overlappende segmenter. Derefter, det ser ud for at se, om nogen af ​​de individuelle segmenter stemmer overens med en hvilken som helst sektion af en test-affyret kugle.

Segmenteringen er en vigtig egenskab, fordi kugler på gerningsstedet normalt deformeres eller fragmenteres efter at have rikochetteret fra en fast overflade eller hurtigt decelereret i menneskekroppen. Som en konsekvens, riflingstriber kan slettes, udvidet eller flyttet i position. Hvis man sammenligner hele profilen af ​​en sådan deformeret kugle med de uberørte markeringer af en kugle, der prøves affyret i en vandtank, kan det indikere en lav sandsynlighed for en kamp – selvom kuglerne kan være blevet skudt af den samme pistol. At søge efter matchende funktioner segment for segment giver en meget mere præcis måde at sammenligne gerningssted og testkugler på.

Før holdet anvendte deres sammenligningsmetode, forskerne brugte billedrekonstruktionsteknikker til at "rette ud" og vise som parallelle ridsemærker, der var blevet forvrænget eller skråtstillet, da kuglerne deformerede. Men selv efter at markeringerne på gerningsstedets kugler er rettet, de må ikke være på linje med placeringen af ​​lignende markeringer på prøvekuglerne. Det er her CMPS kommer ind, siger PML-forsker Johannes Soons. Algoritmen tager et lille udsnit af markeringerne på den deformerede kugle og jagter et hvilket som helst sted på testkuglerne, der kan bevise en match. Softwaren evaluerer derefter, hvor mange segmenter der blev fundet på en korrekt position i forhold til markeringerne på den testaffyrede kugle. Metoden bygger på en ældre algoritme, udviklet af PML-forsker John Song, der sammenligner imponerede skydevåbenmærker på patronhylstre.

I den indledende undersøgelse, som det NIST-ledede hold rapporterede i december sidste år i Forensic Science International, videnskabsmændene brugte kun CMPS-metoden til at sammenligne ikke-deformerede kugler affyret fra kendte våben. Holdet skød 35 9-mm Luger-kugler ind i en vandtank fra 10 pistolløb, der var blevet fremstillet i træk.

Hver tønde i undersøgelsen påtrykte skrabemærker på kuglerne. Forskerne fandt ud af, at CMPS mere præcist bestemte oprindelsen af ​​hver kugle end en sammenligningsmetode, der ikke opdelte kuglemarkeringerne i segmenter.

I holdets nyeste undersøgelse, offentliggjort i January Forensic Science International, forskerne brugte for første gang CMPS-metoden til at undersøge deformerede kugler. Holdet affyrede 57 kugler med varierende grad af fragmentering fra den samme 9 mm pistol ind i en vandtank. For at skabe kuglefragmenter med forskellige grader af deformation, forskerne rettede pistolen i en lille vinkel, så kuglerne ramte siderne af et kraftigt stålrør placeret foran vandtanken i stedet for at skyde direkte i vandet.

Holdet udførte to slags tests ved hjælp af billedgenopbygningssoftwaren og CMPS-algoritmen. Forskerne sammenlignede stærkt forvrængede markeringer på kugler med dem, der var præget på næsten uberørte referencekugler, der blev skudt direkte ind i vandtanken. De sammenlignede også deformerede kugler før og efter billedrekonstruktion, der rettede de forvrængede markeringer. Forskerne fandt sammen, billedrekonstruktion og CMPS forbedrede markant evnen til at matche markeringerne på deformerede kugler med hinanden og med de uberørte kugler.

Holdet planlægger nu at udføre yderligere undersøgelser for at teste CMPS-metoden. Med friheden – og måske livet – for en anklaget hængende i balancen, disse undersøgelser er afgørende for at afgøre, om – og hvornår – CMPS rutinemæssigt kan inkorporeres i skydevåbeneksperters analyser og vidnesbyrd, siger Soons.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NIST. Læs den originale historie her.