楊旭，施少培，徐徹，卞新偉，陳曉紅，羅儀文

（司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海200063）

印刷圖文特征測量系統(tǒng)的研究

楊旭，施少培，徐徹，卞新偉，陳曉紅，羅儀文

（司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海200063）

通過對選擇的50余款國內外圖像、圖形分析處理軟件、圖像測量軟件和測量工具系統(tǒng)的比較研究，根據(jù)文件鑒定中印刷文件鑒定的實踐需求，通過有效的整合，建立了一套適用于印刷文件鑒定實際需求的，能有效對印刷圖文特征進行比較測量和精確測量及量化分析的技術平臺，并對印刷圖文特征的量化分析在印刷文件鑒定中的應用做了初步探索。

印刷文件鑒定；印刷圖文特征；比較測量；精確測量；特征量化

Abstract：On the basis of comparative researches on approximately 50 sets of image processing software，image measuring software and measuring system，an integrated technical platform for measuring，comparing and quantitative analysis of printed features is established in view of forensic printed document examination practice.Preliminary application of quantitative feature analysis in printed document examination is introduced.

Key words：printed document examination；printed feature；comparative measurement；precise measurement；quantitative feature

1 引言

隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)代辦公自動化系統(tǒng)越來越普及，各類印刷文件已經(jīng)在人們的經(jīng)濟活動中被普遍使用。由于印刷文件的普遍使用，其作為在各類訴訟案件的審理和有關公共事務處理中的證據(jù)地位越顯突出。當前我國文件鑒定實踐中，印刷文件的來源及真?zhèn)舞b定已經(jīng)成為文件鑒定中極其重要的檢驗/鑒定項目，如印刷文件制作工具的種類鑒定、同機鑒定，換頁、添加等篡改印刷文件鑒定、印刷文件制作時間鑒定等。而在印刷文件鑒定的司法實踐中，一方面由于辦公自動化系統(tǒng)有關的硬件（如各類打印設備、復制設備和傳真設備等）和軟件（如各類文字、圖形、圖片、數(shù)據(jù)處理軟件等）更新?lián)Q代速度較快，新的設備和新的軟件層出不窮，其形成文件的類型、特點及由其形成的各類篡改文件的特點也在變化；另一方面，由于目前主要采用的是形態(tài)比對的技術，在印刷特征量化分析方面還未見有系統(tǒng)的研究，雖然能夠解決一些實際問題，但其鑒別的效率不高，證明力較差，鑒定結論容易發(fā)生分歧和爭議。因而，印刷文件鑒定中如何通過特征的量化技術克服鑒定中主要依靠形態(tài)觀察進行經(jīng)驗判斷的弊端，提高印刷文件鑒定的鑒別率和證明力，是目前急需研究解決的關鍵問題。本文正是從我國印刷文件鑒定的實踐需求出發(fā)，通過對國內外圖像、圖形處理、分析、測量軟件和各類測量工具系統(tǒng)的比較研究，擬建立一套滿足印刷文件鑒定實踐需求的對印刷圖文特征進行比對、編輯和測量及定量分析的系統(tǒng)方法，在印刷圖文特征量化及統(tǒng)計分析方法研究方面做一些有益的探索。

2 印刷圖文特征量化系統(tǒng)框架分析

印刷文件鑒定中（如印章印文鑒定）采用的方法主要以形態(tài)觀察、拼接比對、重疊比對等為主，對印文特征價值的分析主要靠經(jīng)驗判斷，對特征往往采用描述性語言進行表述，很少有對特征進行量化分析的。經(jīng)驗判斷固然是印刷文件同一認定的重要方法，但如缺乏必要的對特征的量化分析，不僅使我們對某些特征價值的判斷過于主觀，鑒定結論的科學性和說服力也大打折扣。特別是在法庭質證過程中，如缺乏對特征必要的量化分析，采用的鑒定方法和所作的鑒定意見就很容易受到質疑，也難以取信于人，如印章印文鑒定書中經(jīng)常見到的表述“檢材與樣本印文的大小規(guī)格、搭配比例等相同或存在明顯差異”，如果鑒定人在檢驗過程中未對印文特征進行過仔細的量化分析，針對提出的“檢材和樣本印文的大小規(guī)格、搭配比例是如何量化，兩者差多少是差異或符合？如何對特征性質進行界定？”等問題，就可能措手不及或無從回答，質證效果可想而知。

如何從印刷文件司法鑒定的實際出發(fā)，建立一套既包含傳統(tǒng)比較檢驗方法也能對特征進行精確測量并對測量數(shù)據(jù)進行有效的量化分析的系統(tǒng)？首先從理論上分析，為滿足印刷文件特征量化分析的需要，我們認為一套完整的特征量化系統(tǒng)應包括五大基本系統(tǒng)（圖1）：圖文處理和編輯系統(tǒng)；圖文特征的比較測量系統(tǒng)；圖文特征的精確測量系統(tǒng)；圖文特征的統(tǒng)計分析系統(tǒng)以及鑒定文書制作和案件信息管理系統(tǒng)等，從而完成從圖文質量優(yōu)化（為下一步測量做準備）→粗略的比較測量→精確測量和計算→對測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析→將數(shù)據(jù)及分析結果制作成鑒定文書的整個過程。

圖1 印刷圖文特征量化系統(tǒng)結構圖

根據(jù)以上印刷圖文特征量化系統(tǒng)的理論框架，我們對精選的50余款國內外圖像、圖形處理、分析、測量軟件和各類測量工具進行系統(tǒng)的比較研究，發(fā)現(xiàn)其中任何一款軟件（工具）中都很難滿足印刷文件鑒定實踐的需求，于是我們研究將不同軟件（工具）中的適用功能進行有效的整合形成了一套基本能滿足印刷文件鑒定實踐需求的，能對印刷圖文進行處理編輯、比較測量、精確測量及統(tǒng)計分析的綜合系統(tǒng)（圖2），初步形成了一套在印刷圖文特征量化分析方面較適用的技術平臺。該系統(tǒng)由一款圖像處理、編輯軟件為基礎，再通過其“外部程序編輯”功能，將經(jīng)過系統(tǒng)的比較研究選擇出的10余款圖像處理、圖形制作、圖層應用及圖像、圖形測量軟件整合而成，個別測量工具為另外獨立的系統(tǒng)。下面主要以印刷文件鑒定中最常見也是最特殊的印章印文鑒定為例，概略地介紹本系統(tǒng)的印刷圖文處理和編輯、特征的比較測量和精確測量等主要功能及在圖文特征的比對和測量中的初步運用。

圖2 印刷圖文綜合系統(tǒng)圖示

3 印刷圖文的處理和編輯系統(tǒng)

印刷圖文的處理和編輯系統(tǒng)主要包括圖片的裁切、編輯、拼接和圖文背景分離及邊緣提取功能，其主要目的一是為對圖文特征的比較測量和精確測量創(chuàng)造理想的測量條件，便于更直觀、更準確地對圖文特征進行比對和測量；二是為最終制作圖文特征比對表打下基礎。

3.1 圖文的裁切和拼接

圖文獲取后，根據(jù)圖文的情況及之后進行比對、測量的軟件（工具）的要求，通常應對其進行必要的統(tǒng)一的裁切和編排，為進一步測量提供條件。在對圖文的編排中，如何根據(jù)需要，在保證所有比對的圖片在相同條件下能方便、快捷的達到所需要的結果是關鍵，本系統(tǒng)選用的圖像處理軟件在這方面就有較好的功能（圖3）。將不同規(guī)格、布局的圖片根據(jù)需要方便、精確地裁切編排成統(tǒng)一的規(guī)格和布局，且能進一步在不改變大小的情況下對所選取的單字進行任意的拼接組合，便于進一步對所選擇的單字進行直觀的比較測量或精確測量（圖4）。

圖3 圖文方向精確調整圖示

圖4 圖文拼接組合圖

3.2 圖文背景分離及邊緣提取

在印文鑒定中，圖文背景對印文特征的觀察、測量有非常大的干擾，在不對圖文進行適當處理的情況下往往難以得到理想的測量結果。因此，如何有效的分離圖文背景和提取到印文邊緣輪廓圖像，是能否滿足檢驗鑒定技術要求的關鍵。通過對國內外多款圖像處理軟件的系統(tǒng)的對比研究，發(fā)現(xiàn)不同軟件分離圖文背景和提取到印文邊緣輪廓圖像的效果有很大的差異，能達到滿足印刷文件鑒定要求效果的不多。本系統(tǒng)針對不同的鑒定對象選擇了其中幾款作為備用軟件，通過實驗對分離紅色印文中干擾背景均能達到理想的效果，分離后也能提取到較清晰和完整的邊緣輪廓圖像。如圖5對打印字跡處理效果，如圖6對黑色墨水筆字跡的處理效果均較理想。

圖5 打印字跡處理效果圖示

圖6 黑色墨水筆跡處理效果圖示

4 印刷圖文特征的比較測量系統(tǒng)

印刷圖文特征的測量，從測量的方式和精確程度上可分為比較測量和精確測量兩大類，其中比較測量是目前印刷文件鑒定中最常用的一種測量方式，雖然比較測量不能得出特征精確的測量數(shù)據(jù)，但其能直觀地反映出比較對象之間特征的變化情況及吻合程度。而比較測量中，最普遍采用的是網(wǎng)格的比較測量和重疊比較測量。

圖7 常見印章印文的各種形狀網(wǎng)格測量圖形

4.1 網(wǎng)格的比較測量

網(wǎng)格的比較測量在印刷文件鑒定中，特別是印章印文鑒定中被普遍采用，本系統(tǒng)選擇的圖形、圖層制作和控制工具，可方便地實現(xiàn)對各種規(guī)格、形狀的客體特征進行多種形式的網(wǎng)格比較測量。

（1）利用本系統(tǒng)的圖形制作工具可制作印章印文鑒定實踐中常見的各種形狀和規(guī)格的網(wǎng)格圖形（其中網(wǎng)格間距和角度都能進行比較精確的控制）（圖7）。然后再用本系統(tǒng)的圖層工具建立所需網(wǎng)格的透明圖層，直接在印文上進行比較檢測。

（2）直接在被鑒定對象圖片上利用圖形、圖層制作工具，根據(jù)被鑒定對象的規(guī)格、形狀及選擇特征點的分布，制作相應的網(wǎng)格圖形進行比較測量，或將該網(wǎng)格圖形制作成透明圖層，便于對多個比較對象之間進行比較測量（圖8）。

圖8 圖文網(wǎng)格測量圖示

（3）利用本系統(tǒng)中圖層制作工具，可以根據(jù)需要方便地建立常用的規(guī)則網(wǎng)格并可精確地控制其位置、間隔、線數(shù)、線寬及透明程度等（圖9）。這一功能在對多個比對對象或整篇印刷圖文規(guī)格進行比較測量時非常實用，利用本系統(tǒng)同時還可便捷標示相應的比例尺或標尺（單位可以為像素、mm等），以粗略顯示比較對象形態(tài)、規(guī)格變化情況、并滿足特征比對表制作的要求（圖10）。

圖9 網(wǎng)格規(guī)格控制圖示

圖10 多個比對圖文比較測量圖

4.2 重疊比較測量

重疊比較測量也是目前印章印文鑒定中最常用的手段，它可將進行比較的印文之間在印文規(guī)格、形狀、面積、輪廓的變化情況及吻合程度直觀表現(xiàn)出來，比較的方法包括圖文的直接重疊和圖文輪廓的重疊比較。

4.2.1 圖文直接重疊比較測量

傳統(tǒng)的重疊比較方式是通過透射光進行直接比較，或運用一般的比對軟件進行簡單的重疊比對，而本系統(tǒng)提供的重疊比較方式主要有以下幾方面的特點。

（1）運用圖層制作和控制功能，通常利用檢材圖文建立圖片、線條、網(wǎng)格等透明圖層，可分別建立4層圖層，或通過本系統(tǒng)的圖層制作工具，建立帶標尺的透明圖層，再與基礎圖層的圖文進行重疊比較（圖11）。

圖11 多圖層制作圖示

（2）在進行重疊比較測量時，基礎圖層可用圖層控制工具進行精確的旋轉，調整其位置，以實現(xiàn)與上層圖層的精確重合，調整的精度可精確到小數(shù)點后多位數(shù)，且可對調整效果直接進行預覽（圖12）。

圖12 圖層方向精確調整圖示

（3）各圖層可以通過圖像處理軟件，調整圖像顏色（一般可使上下圖層為互補顏色），重疊時可通過顏色和浮雕效果表現(xiàn)相互間的重合程度，且可將上層圖層置頂后通過鼠標滾輪輪換下層圖層的圖文，達到檢材與不同樣本之間的快速依次重疊比對。圖13為檢材印文（上帶標尺的圖層）與不同時期樣本印文的重疊比對情況，從中可直觀觀察到印文規(guī)格的歷時性變化特點。

圖13 多圖文動態(tài)重疊比對圖

4.2.2 圖文輪廓的重疊比較測量

圖文輪廓的重疊比較測量關鍵是能通過各種圖像處理軟件提取到清晰、完整的圖文輪廓。本系統(tǒng)選擇的幾款圖像處理軟件對各種情況的圖文均能提取的較好圖文輪廓，如3.2干擾圖文輪廓的提取所述。

（1）圖14為無干擾圖文建立的帶標尺圖（橫為mm標尺、豎為像素標尺）。

圖14 圖文標尺圖

（2）圖15為本系統(tǒng)中一款圖像處理軟件提取的圖文輪廓圖。

圖15 圖文輪廓標尺圖

（3）圖16為提取圖文輪廓線與原圖文進行重疊比對效果圖（下部分為整體重疊情況，上部分是鼠標處在本系統(tǒng)提供的放大觀察窗口內的顯示情況，該窗口內顯示的放大倍率可以事先設定）。

（4）圖17為提取的圖文輪廓與其中一份樣本印文進行重疊比較的結果，表明兩者在線條粗細、寬窄及比例上均有較明顯的差異。輪廓重疊比較，還可采用以下精確測量方法對各部分圖文輪廓的面積精確測量，并運用統(tǒng)計分析方法對兩部分比較圖文的重合程度進行定量分析。

圖16 圖文輪廓與原圖重疊比對效果圖

圖17 圖文輪廓與樣本印文重疊效果圖

5 印刷圖文特征的精確測量系統(tǒng)

印刷圖文特征的比較測量雖然便捷、直觀，但對圖文特征不能得出精確的測量數(shù)據(jù)，也就無法對特征的變化情況和吻合程度進行定量分析。如需對圖文特征進行定量的統(tǒng)計分析，就必須得到特征規(guī)格、形態(tài)、分布等精確的測量數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)經(jīng)過對多款圖文測量軟件（工具）進行系統(tǒng)的對比分析，根據(jù)印刷文件鑒定中特征量化的需求，選擇了三款圖文測量軟件（工具），運用三種測量方式對印刷圖文特征進行精確測量，基本能滿足印刷圖文特征測量的實際需要。

（1）第一種測量方式是一款影像式測量軟件，它提供了機器運動控制、基本幾何量測量、基本幾何關系計算、坐標轉換、形狀和位置公差評定、理論模型導入、測量程序、測量結果的顯示和編輯、圖文并茂的報表內容、CAD鏈接等多種功能，能通過攝像頭對被測實物直接進行測量，并將測量數(shù)據(jù)導出，便于進一步對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。如圖18為測得印文內外圓的邊緣輪廓CAD圖形（包含具體數(shù)據(jù)），表1為內外圓的圓心坐標及直徑的測量數(shù)據(jù)。

圖18 印文內外圓的邊緣輪廓CAD圖

表1 內外圓的圓心坐標及直徑測量數(shù)據(jù)（單位：mm）

（2）第二種測量方式是一款對導入圖片或通過顯微鏡、掃描儀直接獲取的圖像元素進行精確測量的測量分析軟件，可以對圖像內容進行手工精確測量，并進行自動對象識別；圖像可以是掃描圖片、顯微照片等，支持JPG、GIF、TIFF、BMP、PNG、WMF和EMF多種格式；測量數(shù)據(jù)可導出excel文件，便于進一步對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。圖19為利用該軟件對導入的印文圖像的規(guī)格、邊框及圖文輪廓測量圖示及印面附著、疵點、缺損等特征點坐標定位分析圖示，其測量方法簡單便捷且測量數(shù)據(jù)可直接導出。表2為自動測量的印面圖文各元素（提取圖文元素輪廓）的面積、周長等部分數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可對比對圖文之間的吻合程度在比較測量的基礎上作進一步量化分析。

表2 自動測量印面圖文各元素數(shù)據(jù)（部分）（單位：mm）

圖19 圖文各特征測量分析圖示

（3）第三種測量方式是基于高分辨掃描系統(tǒng)的一套全自動印刷圖文質量測量系統(tǒng)，可對打印紙張、打印圖文質量、打印斑點等進行量化檢測；測量評估打印機的共性和不同打印機個體特性。對印刷圖文可自動檢測點、線、面進而自動得出圖文的規(guī)格、面積、布局（各元素的位置、角度及平行度等相互關系）的測量數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)既可在圖片上直觀顯示，也可導出表格數(shù)據(jù)）。如圖20中a、b、c、d四幅圖，分別系對印文、單字、五角星等的規(guī)格、布局及相互關系、線條質量進行測量的結果圖示。該系統(tǒng)還可測量印刷圖文雜色、斑點；測量條帶和均勻性；測量筆畫邊緣星點數(shù)量分布（如圖20第e幅圖）；測量重復性的打印缺陷；測量重像、殘像、鬼影等；評估固定區(qū)域的斑點（如圖20第f幅圖）等，這些測量數(shù)據(jù)也均可導出，以便對測量數(shù)據(jù)進行進一步的統(tǒng)計分析。

圖20 圖文規(guī)格質量測量分析圖示

6 結論

綜上所述，本項目通過對精選的50余款國內外圖像、圖形分析處理軟件、圖像測量軟件和各類測量工具系統(tǒng)的比較研究，根據(jù)文件鑒定中印刷文件鑒定的實踐需求，通過有效的整合，建立了一套系統(tǒng)的適用于印刷文件鑒定實踐需求的，能有效對印刷圖文特征進行比較測量和精確測量及統(tǒng)計分析的平臺。在這個平臺上能對印刷圖文進行編輯、處理進而對圖文特征進行各種方式的比較測量、精確測量及初步的統(tǒng)計分析，并可根據(jù)需要導出測量數(shù)據(jù)進行進一步的量化分析，為印刷圖文特征的量化分析提供了條件，在探索印刷圖文特征量化分析在印刷機具的種類和個體識別及各類篡改文件檢驗、機制文件制作時間鑒定等方面的具體運用都有著廣闊的前景，這方面的應用筆者仍在作進一步深入研究，部分研究結果將另文闡述。

（本文編輯：凌敬昆）

Study on the Measuring System for Printed Documents

YANG Xu，SHI Shao-pei，XU Che，BIAN Xin-wei，CHEN Xiao-hong，LUO Yi-wen
（Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine，Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，Shanghai 200063，China）

DF793.2

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2011.02.005

1671-2072-（2011）02-0021-06

2010-12-02

中央級科研院所公益研究基金資助（GY0806）

楊旭（1966-），男，高級工程師（正高級），主要從事文檢、痕跡等物證技術方向研究工作。E-mail：yangx@ssfjd.cn。