簽名筆跡特征顯現(xiàn)方法的比較范文

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《中國(guó)司法鑒定雜志》2014年第二期

1材料與方法

1.1書寫工具考慮到書寫工具是影響正常簽名書寫的主要因素，本研究需考察不同書寫工具下筆壓特征的表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)材料制備選擇了色料為油性、中性和水性，筆尖為硬質(zhì)和軟質(zhì)的常見(jiàn)書寫工具，包括：圓珠筆、中性筆、滾珠筆（水基墨）、鋼筆、纖維筆尖筆。實(shí)驗(yàn)所用各種書寫工具的筆尖形態(tài)及其墨跡形態(tài)如圖1所示。紙張：上海牌薄型復(fù)寫紙（型號(hào)113，單面黑色）；金旗艦A4復(fù)印紙（70g）

1.2樣品制備過(guò)程2名實(shí)驗(yàn)人員分別使用多種筆進(jìn)行多份正常簽名書寫，其中一位的簽名屬于筆壓起伏變化較為豐富的簽名（書寫人具有書法功底，見(jiàn)圖2），另一位的簽名相對(duì)簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖3）。這些簽名字跡也在研究筆壓的輔助實(shí)驗(yàn)———摹仿簽名實(shí)驗(yàn)中作為被摹仿對(duì)象。為獲取高仿真簽名的實(shí)驗(yàn)材料，2名書法愛(ài)好者和4名文件檢驗(yàn)人員作為摹仿者參與了摹仿簽名實(shí)驗(yàn)。他們均分別使用上述相同的書寫工具，經(jīng)過(guò)反復(fù)練習(xí)后進(jìn)行摹仿。所有實(shí)驗(yàn)筆跡均書寫在特殊設(shè)計(jì)的承受物上：一張薄型復(fù)寫紙夾在兩張上下重疊的A4復(fù)印紙中間。書寫人在第一張紙上簽名，在第二張紙上形成復(fù)寫字跡。假設(shè)復(fù)寫字跡主要反映的是書寫時(shí)筆尖與紙張的接觸面和書寫壓力，實(shí)驗(yàn)采集的復(fù)寫字跡是為了提取筆壓特征，作為其他顯現(xiàn)方法所形成影像的參照物而有意收集的。

1.3儀器與條件在本研究中，為了將筆壓特征脫離其他特征而顯現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察了多種顯現(xiàn)方法。（1）體視顯微鏡下側(cè)光觀察法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DiscoverV12視頻顯微鏡系統(tǒng)，KL2500LCD光源（Zeiss）；實(shí)驗(yàn)條件：放大倍數(shù)8X。（2）側(cè)光紅外影像法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：VCS-6000（Foster&Freeman）；實(shí)驗(yàn)條件：光源-側(cè)光，截止濾色鏡-830，放大倍數(shù)-13X。（3）靜電壓痕顯現(xiàn)法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DocustatDS-220（Projectina）；實(shí)驗(yàn)條件：滾珠顯現(xiàn)方式。美國(guó)AGSCO公司特制超細(xì)玻璃珠（直徑：180-250μm），加濕箱濕度為68%RH。（4）顯微圖像三維重建法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DSX500視頻顯微鏡系統(tǒng)（Olympus）；實(shí)驗(yàn)條件：50X物鏡。（5）激光共聚焦掃描顯微鏡法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：LEXTOLS4000視頻顯微鏡系統(tǒng)（Olymbus）；實(shí)驗(yàn)條件：20X物鏡。

1.4方法（1）顯現(xiàn)方法：體視顯微鏡下側(cè)光觀察法；側(cè)光紅外影像法；靜電壓痕顯現(xiàn)法；顯微圖像三維重建法；激光共聚焦掃描顯微鏡法；（2）利用上述方法抽取并記錄實(shí)驗(yàn)簽名筆跡的筆壓特征；（3）將復(fù)寫紙獲得的筆壓特征影像與上述各種方法獲得的書寫壓痕影像進(jìn)行比較分析。

2討論

2．1復(fù)寫字跡作為實(shí)驗(yàn)條件下提取筆壓特征的手段

2.1.1復(fù)寫字跡中可見(jiàn)書寫工具不同造成個(gè)人筆壓特征的反映有所變化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用的纖維筆尖筆幾乎不留復(fù)寫字跡，無(wú)論書寫抑壓力如何，軟筆尖很少造成紙張向下局部形變。鋼筆的復(fù)寫字跡最為淺淡，水性墨水的簽字筆比中性筆和圓珠筆形成的復(fù)寫字跡較淺。這是因?yàn)橛补P書寫時(shí)抑壓力的控制主要與所需克服的摩擦力大小有關(guān)。硬筆的著墨筆尖在紙張上運(yùn)行時(shí)，摩擦力大小受到紙張光滑度和墨水特性的影響。實(shí)驗(yàn)用紙種類一致，可以排除紙張的影響因素，而墨水粘稠性對(duì)筆壓形成的影響較為顯著。圓珠筆使用油性墨，在紙張上移動(dòng)時(shí)摩擦力較大，書寫時(shí)需要較大的力量來(lái)克服，中性筆次之。如果使用水性墨水，同樣是金屬筆尖（如鋼筆），摩擦力便較小；加上書寫者的視覺(jué)監(jiān)督防止墨水過(guò)分洇散，墨水下水量較大時(shí)，較輕的壓力足以形成筆跡，因此不易留下壓痕。但是，如果墨水下水不暢，一般人會(huì)施加較大力度進(jìn)行書寫。未留下凹痕或凹痕很淺的簽名筆壓特征的提取不適用本研究的顯現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)中盡管各種筆形成的復(fù)寫字跡深淺有所不同，但是這種差異只是整體上較深或較淺，所反映的個(gè)人簽名運(yùn)筆動(dòng)態(tài)、壓力分布和節(jié)奏沒(méi)有因書寫工具不同而改變。

2.1.2簽名墨跡與其復(fù)寫字跡的線條寬窄、墨色深淺方面的對(duì)應(yīng)比較以往文件檢驗(yàn)人員通過(guò)放大觀察墨跡中筆劃線條寬窄的變化來(lái)判斷筆壓的大小變化。但是，筆劃寬度及其變化、墨色深淺（包括漏白）等二維形態(tài)與許多因素相關(guān)，除了筆壓，還包括書寫工具出墨量的多少、墨水在紙張上的滲透作用、書寫摩擦力的大小、書寫速度的快慢等。比較結(jié)果表明，簽名墨跡與其復(fù)寫字跡對(duì)應(yīng)線條的寬窄深淺不相一致（見(jiàn)圖2）。值得注意的是，復(fù)寫字跡中筆劃線條寬窄變化較為顯著。筆者認(rèn)為，這是因?yàn)楣P尖與紙張接觸面大小決定了線條寬窄，排除側(cè)鋒書寫方式的因素，筆壓大小與硬筆尖接觸紙張的面積大小成正比。復(fù)寫樣本能夠通過(guò)字跡線條寬窄變化和著色深淺較為清晰而單純地反映筆壓特征。

2.1.3突顯筆壓特征的復(fù)寫字跡筆者通過(guò)復(fù)寫字跡所反映的筆壓特征，從四個(gè)方面考察了筆壓特征的特點(diǎn)和穩(wěn)定性，它們分別是：（1）分布于整個(gè)簽名的運(yùn)筆輕重習(xí)慣；（2）分布于單字或偏旁中的運(yùn)筆輕重分布特點(diǎn)；（3）連筆動(dòng)作中運(yùn)筆輕重力度的分布和節(jié)奏；（4）單個(gè)筆劃中運(yùn)筆力度變化特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中高水平摹仿者在摹仿簽名時(shí)刻意注重運(yùn)筆力度變化，盡可能使摹仿字跡自然流利，不留筆劃生澀、抖動(dòng)等現(xiàn)象。裸眼不易辨識(shí)被摹仿簽名與摹仿簽名墨跡上的筆壓特征差異，而兩者在復(fù)寫字跡上筆壓特征差異清晰可辨。即使是針對(duì)筆壓變化不大的簡(jiǎn)單型簽名，也是如此（見(jiàn)圖3）。由此可見(jiàn)，個(gè)人簽名筆壓特征既穩(wěn)定且獨(dú)特，可以反映在筆跡中。然而，僅僅分析筆跡的二維形態(tài)特點(diǎn)，多重混雜的信息將干擾筆壓特征的利用。簽名筆跡檢驗(yàn)中對(duì)其充分利用的前提是筆壓特征的完整清晰顯現(xiàn)。本文重點(diǎn)探討筆壓特征顯現(xiàn)的方法，對(duì)于個(gè)人簽名筆壓特征的獨(dú)特性和穩(wěn)定性在此不做過(guò)多贅述。

2.2顯現(xiàn)筆壓特征方法的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1體視顯微鏡側(cè)光觀察法目前最常見(jiàn)的筆壓特征分析方法是在體視顯微鏡下側(cè)光觀察。側(cè)光光源是通過(guò)形成立體凹痕的光與影來(lái)突出壓痕，因此單方向的側(cè)光效果最好。組成漢字的諸多筆劃的方向卻是多樣的，單方向側(cè)光的弊病在于無(wú)法同時(shí)顯現(xiàn)各個(gè)方向的筆劃壓痕的深淺。如果拍攝整個(gè)簽名，放大倍數(shù)較低，不足以顯示細(xì)節(jié)，加上側(cè)光投射方向單一，單幅影像不能充分反映筆壓特征（見(jiàn)圖4-B）。利用較大的放大倍數(shù)，同時(shí)按照筆劃線條的方向調(diào)整側(cè)光光源的投射方向，能夠幫助分析單個(gè)筆劃中的運(yùn)筆壓力分布，但是這些支離破碎的印象很難形成對(duì)偏旁、單字和整個(gè)簽名上筆壓分布情況的分析，通過(guò)與復(fù)寫字跡比較，其弱點(diǎn)較為突出（見(jiàn)圖4）。另一問(wèn)題在于，體視顯微鏡下側(cè)光觀察壓痕時(shí)，無(wú)法排除墨色干擾。實(shí)驗(yàn)中使用的黑色墨水有3種：油性墨、水性墨和中性墨。圓珠筆形成的墨跡條痕明顯，中性筆墨跡線條有漏白和擠墨現(xiàn)象，水性筆墨色均勻，筆劃邊緣有洇散。由于墨水特性不同，對(duì)于在體視顯微鏡下側(cè)光觀察書寫壓痕的干擾也有所不同。

2.2.2側(cè)光紅外影像顯現(xiàn)法去除墨色干擾的方法之一是利用紅外線攝影。一些黑色書寫墨水，尤其是染料墨水，具有反射或透過(guò)紅外線的性能。因此，其紅外影像中墨跡變得無(wú)色。結(jié)合文件檢驗(yàn)儀中的側(cè)光光源和紅外濾光鏡，可以便捷地獲取簽名墨跡的紅外影像，從而達(dá)到去除墨色而顯現(xiàn)筆跡壓痕的目的。一些實(shí)驗(yàn)樣品的墨跡在紅外影像中變得無(wú)色，突顯整個(gè)簽名中的壓痕，但側(cè)光紅外影像法不適用于吸收紅外線的黑色墨跡。文件檢驗(yàn)儀采集的側(cè)光紅外影像的視場(chǎng)較體視顯微鏡大，可以觀察整個(gè)簽名，有效去除墨色干擾。如果沒(méi)有文件檢驗(yàn)儀，側(cè)光光源下進(jìn)行紅外攝影可以獲得同樣的效果。但是，兩種設(shè)備都存在共同的缺陷：沒(méi)有改善體視顯微鏡下光源的方向單一的問(wèn)題。圖5中可見(jiàn)文件檢驗(yàn)儀的兩個(gè)側(cè)光光源各自形成的影像有所差異，尤其是圓弧形筆劃中的壓痕。按照一些筆劃的方向適當(dāng)調(diào)整側(cè)光投射方向，獲得多幅圖片，應(yīng)該可以幫助較準(zhǔn)確地分析簽名筆壓。紅外影像法在顯現(xiàn)單字、偏旁和筆劃之間的筆壓變化方面均具有優(yōu)勢(shì)。紅外壓痕影像與復(fù)寫字跡比較，可見(jiàn)兩者所反映的筆壓特征基本一致。本文重點(diǎn)研究顯現(xiàn)黑色墨跡的另一個(gè)原因是：常見(jiàn)的藍(lán)色墨水或油墨的顏色較淺，肉眼易于分辨其變化，而人眼對(duì)黑色的色彩分辨力較差。再者，彩色墨跡大多對(duì)紅外線反射或透過(guò)，側(cè)光紅外影像法基本能夠解決顯現(xiàn)壓痕問(wèn)題。顯現(xiàn)吸收紅外線的黑色墨跡中的壓痕就需要更多的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2.3靜電壓痕儀顯現(xiàn)法靜電壓痕儀顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)是對(duì)簽名墨跡所在的紙張背面進(jìn)行壓痕顯現(xiàn)，獲得的影像只反映壓痕的凸凹，沒(méi)有墨色的干擾。對(duì)于無(wú)法在紅外攝影中去除墨色的黑色簽名筆跡，不失為一個(gè)可取的顯現(xiàn)方法。為了克服靜電壓痕影像分辨率不高的問(wèn)題，本研究采用超細(xì)玻璃珠為顯影粉的載體，同時(shí)，較為嚴(yán)格地控制紙張濕度，獲得的顯現(xiàn)效果較好。靜電壓痕影像中筆劃線條的寬窄深淺能夠反映整個(gè)簽名、單字、偏旁、筆劃各方面的運(yùn)筆壓力分布，與復(fù)寫字跡中反映的筆壓特征基本一致（見(jiàn)圖6）。此法缺陷在于一方面靜電壓痕儀顯現(xiàn)對(duì)紙張的濕度要求較為苛刻，另一方面，如簽名部位紙張上存在其他壓痕或汗液指紋等干擾，或者顯影不均勻等情況，筆壓特征的分析將受到不利影響。

2.2.4顯微圖像三維重建法更加精確的壓痕顯現(xiàn)需要放大倍數(shù)較高的顯微鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。視頻金相顯微鏡系統(tǒng)已能夠通過(guò)圖像處理軟件的景深擴(kuò)展和自動(dòng)拼接功能，實(shí)現(xiàn)高倍放大且高分辨率，并克服視場(chǎng)小且景深小的問(wèn)題。本研究中利用了這樣的現(xiàn)代顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行了顯微圖像的三維重建來(lái)顯現(xiàn)簽名筆跡的三維形態(tài)。顯微鏡自帶軟件可以動(dòng)態(tài)顯示簽名筆跡的可視化三維數(shù)據(jù)。圖7是分析這種三維重建圖像時(shí)的截屏圖片。此類三維重建圖像的制作過(guò)程為：先Z軸上自動(dòng)連續(xù)、等步進(jìn)聚焦拍攝一組顯微照片，利用每張圖像焦點(diǎn)的高度信息重建三維圖像；然后XY軸平移拍攝這樣的多組照片自動(dòng)拼接合成一張視場(chǎng)較大的三維圖像（見(jiàn)圖7-B）。此法優(yōu)勢(shì)在于清晰描繪簽名筆跡的真實(shí)立體形態(tài)，適合顯現(xiàn)和分析單一筆劃、連筆動(dòng)作、偏旁等局部的筆壓特征。缺點(diǎn)是設(shè)備較為昂貴，拍攝時(shí)間較長(zhǎng)，影像中墨色干擾仍然存在。

2.2.5激光共聚焦掃描顯微鏡法要獲得簽名墨跡的高清晰度三維圖像同時(shí)去除墨色，本研究嘗試?yán)昧思す夤簿劢箳呙栾@微鏡。它是顯微鏡利用共軛聚焦原理和裝置，采用激光作為光源逐點(diǎn)掃描物體表面，并通過(guò)電子攝像和數(shù)字化手段生成圖像。激光共聚焦掃描顯微鏡圖像獲取的是物體表面不同高度層面的信息，而不是顏色信息。其影像反映紙上墨跡的三維表面性狀，也是精確定量分析壓痕深度的一種方法。但更重要的是，激光共聚焦掃描顯微鏡系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字處理可以將壓痕深度信息進(jìn)行可視化顯示，準(zhǔn)確展現(xiàn)壓痕深淺的分布狀況，可供筆跡檢驗(yàn)人員分析利用筆壓特征。圖8-B是將激光共聚焦掃描顯微鏡所獲得的部首“非”處紙張的高度信息轉(zhuǎn)化為灰度信息來(lái)顯示的圖像，即用灰度值的明暗對(duì)應(yīng)紙張上高度值的大小，直觀顯示高度信息。可見(jiàn)，它能夠精確顯現(xiàn)簽名中筆劃、偏旁的壓痕深淺分布，與復(fù)寫字跡的筆壓特征表現(xiàn)一致（見(jiàn)圖8）。圖像沒(méi)有顏色信息，達(dá)到去除筆跡墨色干擾的目的。盡管新型激光共聚焦掃描顯微鏡結(jié)合高速掃描機(jī)構(gòu)和處理軟件，可以擴(kuò)大其視場(chǎng)直至整個(gè)字的范圍，但耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。此外，由于儀器設(shè)備較為高端，此法不易普及。

3結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)上述設(shè)備所獲得的顯現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)表明五種方法在展現(xiàn)筆壓特征上各有優(yōu)缺點(diǎn)。體視顯微鏡加配側(cè)光光源可借助光與投影呈現(xiàn)壓痕，但由于光源方向的限制，不同行筆方向的筆劃壓痕無(wú)法同時(shí)全部展示，而且筆跡墨色影響了筆壓特征的分析利用。側(cè)光紅外攝影圖像可以克服墨色的干擾，但光源方向單一的問(wèn)題仍然存在。靜電壓痕顯現(xiàn)影像盡管分辨率較低，但通過(guò)線條寬度和顏色深淺的變化能夠輕易顯示簽名各方面的筆壓特征。更高清晰度的顯現(xiàn)就需要高分辨率顯微鏡。配上電動(dòng)平臺(tái)和圖像處理軟件，視頻金相顯微鏡可以捕捉多幅顯微照片，并進(jìn)行三維重建，展現(xiàn)簽名筆跡中局部的筆壓特征，但是墨跡顏色無(wú)法去除。激光共聚焦掃描顯微鏡圖像及其準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)提供筆跡的三維表面性狀，克服了墨水顏色的干擾。筆者認(rèn)為，文件檢驗(yàn)人員應(yīng)該盡可能利用多種可利用的設(shè)備，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能確保簽名筆壓特征的客觀準(zhǔn)確的分析和利用，從而為筆跡鑒定提供可靠的依據(jù)。

作者：劉寧裴雷吳亦單位：江蘇警官學(xué)院公安科技系南京市公安局物證鑒定所 江蘇省公安廳物證鑒定中心