Progetto e sviluppo di una procedura per il rilevamento e l'identificazione di tracce biologiche in ambito forense mediante tecnologia iperspettrale: il caso delle macchie di sangue.

Le tracce biologiche, in particolare le macchie di sangue, sono tra le più importanti evidenze ricercate nell’ambito di un’investigazione forense per l’elevato contributo informativo che possono fornire e sono spesso decisive ai fini processuali. Gli attuali metodi di rilevamento e identificazione delle macchie di sangue prevedono una combinazione di indagini visive e test presuntivi basati sull’impiego di reagenti chimici e particolari forme di illuminazione. Tali metodi, pur rappresentando una efficace soluzione di prima linea, non sono privi di svantaggi. Questo lavoro di tesi si è inserito nell’ambito di un progetto di ricerca sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche dell’Università Politecnica delle Marche finalizzato allo sviluppo di una procedura per il rilevamento e l’identificazione di tracce ematiche sulla scena di un crimine mediante un dispositivo iperspettrale commerciale operante nel range del visibile e vicino infrarosso. Il primo obiettivo del lavoro è stata la messa a punto di un procedimento per la caratterizzazione radiometrica e spettrale della camera iperspettrale Senop HSC-2 con range di funzionamento tra i 512 nm e i 900 nm. La successiva lunga fase di test ne hanno caratterizzato la tipologia ed entità del rumore digitale e confermato il comportamento lineare e l’adeguatezza della risposta spettrale per l’impiego in questo progetto. Il secondo obiettivo, ossia lo sviluppo della procedura, è avvenuto per gradi. Definite le caratteristiche che questa dovesse avere, si è previsto di ricorre all’utilizzo di più metodi combinati per tenere in considerazione la natura tempo-variante, fortemente condizionata dal contesto e dal substrato di deposizione dello spettro del sangue. Per il rilevamento si sono impiegati: il rapporto tra bande spettrale, la Principal Component Analysis (PCA) e l’algoritmo “SIMPLe-to-use Interactive Self-modeling Mixture Analysis” (SIMPLISMA). Per l’identificazione si è previsto l’utilizzo di due metodi basati su indici spettrali, definiti NDBI e RBD, ricavati dalla letteratura ed adattati alle prestazioni del dispositivo iperspettrale in uso e dell’algoritmo di anomaly detection Reed-Xiaoli (SSRX) applicato in modo locale in un sottospazio con caratteristiche gaussiane. Sviluppati i relativi algoritmi, la loro applicazione nel corso di una simulazione di laboratorio ha mostrato le eccellenti prestazioni delle tecniche di rilevamento implementate, che sono riuscite nell’obiettivo di individuare tutte le tracce biologiche presenti sul campione. La fase di identificazione ha registrato risultati meno concordi. Sul campione di cotone bianco con bassa presenza di pixel di sangue l’algoritmo SSRX e l’indice RDB sono stati in grado di discriminare correttamente le due macchie di sangue con un AUC di oltre lo 0,99, mentre l’indice NDBI è risultato meno prestazionale. Infine, si è introdotta e verificata l’ipotesi di utilizzo di un metodo alternativo basato sull’impiego di un’interpolazione polinomiale di ottavo grado degli spettri rilevati, ricavando le informazioni di discriminazione dagli errori quadratici medi. I risultati ottenuti, pur necessitando di verifica su una casistica più ampia al fine di acquisire una valenza statistica, hanno dimostrato la possibilità di impiegare la procedura sviluppata per rilevare e identificare le tracce ematiche direttamente su una scena del crimine mediante tecnologia non distruttiva e senza contatto dell'imaging iperspettrale, preservando in tal modo tutte le evidenze per successive analisi.