Methods and applications for forensic sciences

La scienza forense è quella branca della scienza che si occupa dell’analisi del ma- teriale probatorio. Lo scopo di questa analisi è quello di comprendere le dinamiche del delitto, al fine di trovare il colpevole. In questo lavoro sono stati studiati tre nuovi metodi per affrontare alcuni dei problemi che devono affrontare gli esperti di scienze forensi. Il primo è un sistema per l’identificazione automatica delle calzature, al fine di trovare la marca e il modello della scarpa che ha lasciato l’impronta sulla scena del crimine. Un algoritmo basato sulla distanza di Mahalanobis è stato impiegato per lo scopo ed è stato confrontato con altri sistemi disponibili in letteratura sia su tracce di scarpa sintetiche che su tracce di scarpa reali, ovvero sia tracce prodotte aggiungende sinteticamente rumore che tracce provenienti dalla scena del crimine, rispettivamente. In un secondo sistema studio è stato analizzato lo spettro di terzo ordine, cioè il bispettro. Il bispettro può essere utilizzato per restaurare segnali corrotti, ma molti degli algoritmi disponibili soffrono per la comparsa di una traslazione sconosciuta nel segnale ricostruito. L’algoritmo proposto esegue la ricostruzione utilizzando direzioni parallele del dominio del bispettro e offre una soluzione semplice per risolvere e dimostrare la soppressione del problema nel caso di segnali 1D. Nell’ultimo sistema studiato, viene svolta l’analisi di impronte digitali utiliz- zando tecniche non standard. Un microspettrometro a trasformata di Fourier nel- l’infrarosso (FT-IRMS) viene utilizzato per analizzare il contenuto delle impronte digitali. L’FT-IRMS produce un’immagine iperspettrale, ed il sistema proposto elabora ognuno degli spettri prima stimando il numero di gruppi funzionali che lo compongono e poi individuando i loro parametri. A completamento del qua- dro, sono state impiegate diverse metodiche basate sui raggi x per lo studio degli eventuali contaminanti presenti nell’impronta. Forensic science is the branch of science dealing with the analysis of evidence material. Its aim is to understand the dynamics of the crime, in order to find the culprit. In this work three new methods have been studied as an aid for the forensic experts. The first one is a system for the automatic retrieval of footwear to find the make and model of the shoe that left its mark on the crime scene. A Mahalanobis distance based algorithm is employed for the purpose and is compared with other systems available in literature on both synthetic and real shoe marks, i.e. on both computer generated shoe marks and on marks coming from crime scene. In a second study the third order spectrum, i.e. the bispectrum, is analyzed. The bispectrum can be used to restore corrupted signals but many available al- gorithms suffer for the emergence of an unknown translation in the reconstructed signal. Here the procedure is performed using two parallel paths in the domain of the bispectrum and a simple solution to the unwanted translation is found and demonstrated in the case of a 1D signal. Finally, fingerprint analysis is performed using non standard techniques. A Fourier transform infrared microspectroscope (FT-IRMS) is used to analyze the content of fingerprints. The FT-IRMS produces a hyperspectral like image and the proposed system processes each spectrum to estimate the number of func- tional groups and to give their parameters. Finally contained contaminants have been studied with several x-ray based techniques to give a comprehensive picture of the fingerprint evidence.