陳建濤，陳維娜（中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100038）

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基于顯微三維立體成像技術(shù)的朱墨時序鑒別方法

陳建濤，陳維娜
（中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100038）

摘 要：基于顯微三維立體成像技術(shù)，探索一種檢驗(yàn)手寫字跡與蓋印印文的朱墨時序的新方法。利用奧博6000層析顯微鏡的三維立體成像功能對不同類型的印章蓋印印文與書寫色料的朱墨交叉部位進(jìn)行三維立體成像，分析每一種朱墨組合的三維圖像中的規(guī)律。對12種不同類型的朱墨時序組合中的朱墨交叉部位和鄰近筆畫段的筆畫溝痕深度的差異程度進(jìn)行對比，結(jié)果顯示先墨后朱文件的朱墨交叉部位和鄰近筆畫段的筆畫溝痕深度的差異程度要比先朱后墨的差異程度大。此外，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了紙張、襯墊物以及蓋印時壓力的大小對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，得出了以此方法判斷朱墨時序的閾值。先朱后墨文件的朱墨交叉部位與鄰近筆畫段的平均溝痕深度差異不明顯，先墨后朱文件的朱墨交叉部位與鄰近筆畫段的平均溝痕深度存在著較為明顯的差異，可由此鑒別手寫字跡與蓋印印文的朱墨時序。

關(guān)鍵詞：三維立體成像；筆畫溝痕；朱墨時序

朱墨時序，是指印章印文與文字筆畫交叉重疊部位形成的先后順序［1］，這一類問題在文件檢驗(yàn)領(lǐng)域中非常常見。朱墨時序的檢驗(yàn)按照印文與字跡的形成方式來劃分可分為蓋印印文與手寫字跡時序檢驗(yàn)、蓋印印文與打復(fù)印字跡時序檢驗(yàn)、印刷印文與手寫字跡時序檢驗(yàn)和印刷印文與手寫字跡時序檢驗(yàn)［3］。由于手寫字跡與蓋印印文能夠在紙面上形成比較直觀的立體圖像，所以本文只討論對這一類型樣本的朱墨時序檢驗(yàn)。

一、顯微三維立體成像的基本原理

顯微三維立體成像技術(shù)，是指在顯微環(huán)境下，利用顯微鏡的自動變焦系統(tǒng)對同一個客體拍攝一組連續(xù)的不同物距的圖片，再按照已經(jīng)設(shè)定好的數(shù)據(jù)模型將這些圖片進(jìn)行融合，最終得到一個使人眼有立體感覺的圖像。如圖1所示是一張空白靜電復(fù)印紙張通過奧博6000數(shù)字視頻層析顯微鏡形成的局部三維圖。

圖1 一空白靜電復(fù)印紙的局部三維圖（顯微鏡放大倍數(shù)為622倍，視野范圍約為0.7mm2）Figure 1.A topic three-dimensional map of a blank electrostatic copy paper（magnification of the microscope is 622 times，and the field of vision is about 0.7mm2）

要研究印章印文與書寫色料的交叉順序，首先要了解一下它們各自的組成成分，以及交叉之后可能發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)。印章從形成印文的成分的組成形式可分為兩大類：印油和印泥。印油有水溶性印油和油溶性印油兩種，而印泥通常都是水溶性的。書寫用筆的墨水種類按其組成成分的性質(zhì)分類也可分為水溶性墨水、油溶性墨水和不溶性墨水（碳素墨水）三種。根據(jù)油水相拒的原理，油溶性的書寫材料與油溶性印油（泥）相遇會發(fā)生融合，而水性書寫色料與油性印油（泥）相遇會相互排斥，具體表現(xiàn)為水性墨水在油性印油（泥）之上書寫時會出現(xiàn)筆畫變細(xì)或者斷筆的現(xiàn)象［2］。在這兩種情況中，前者比較難以判斷。即便如此，由于在書寫和蓋章的過程中，都會對紙張施加一個壓力以確保字跡和印文的清晰，這就會造成紙張表面三維結(jié)構(gòu)的變化，尤其是軸向高度值（即Z值的改變）?；谶@一點(diǎn)，本文設(shè)計了如下的實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選用含有水溶性、油溶性和不溶性墨水的三種筆，分別與含油溶性印油的印章、含水溶性印泥的印章（品牌、編號詳見表1）在同品牌同批次的靜電復(fù)印紙上進(jìn)行朱墨交叉實(shí)驗(yàn)，將交叉部位置于奧博6000數(shù)字視頻層析顯微鏡下觀察，進(jìn)行三維立體成像，并記錄各組朱墨組合下的特征。然后，在離交叉部位不遠(yuǎn)處（這是為了避免不同筆畫或者距離較遠(yuǎn)的筆畫段書寫壓力明顯改變對結(jié)果造成干擾）取一個只有書寫色料的筆畫，在同樣的景深區(qū)間內(nèi)做三維立體成像。合成12種朱墨時序。為了便于記錄，以代號的組合來表示，分別是：UQ（先印油后簽字筆筆畫）、QU（先簽字筆筆畫后印油）、UY（先印油后圓珠筆筆畫）、YU（先圓珠筆筆畫后印油）、UG（先印油后鋼筆筆畫）、GU（先鋼筆筆畫后印油）、NQ（先印泥后簽字筆筆畫）、QN（先簽字筆筆畫后印泥）、NY（先印泥后圓珠筆筆畫）、YN（先圓珠筆筆畫后印泥）、NG（先印泥后鋼筆筆畫）、GN（先鋼筆筆畫后印泥）。三維立體成像的選點(diǎn)以筆畫連貫和印跡清晰為標(biāo)準(zhǔn)，顯微鏡放大倍數(shù)為622倍，切片數(shù)量為5片。圖2所示是先用圓珠筆書寫后蓋印印油的朱墨交叉部位及其鄰近筆畫段的三維立體圖像。

圖2 圓珠筆筆畫和印油的朱墨交叉部位及其鄰近筆畫段的三維立體圖像The 3D figures of cross site and its adjacent strokes from the sample formed with Stamp-pad ink and stroke of ball-pen（figure a is from the cross site，figure b is from the adjacent stroke of the cross site.）

表1 實(shí)驗(yàn)材料Table 1.Experimental materials

圖3 Z值測量點(diǎn)選取部位示意圖（以圓珠筆溝痕為例）Figure 3.measuring point of the value of Z in a 3D figure （taking ball-pen stroke for instance）

以上材料中包括2種不同性質(zhì)的印油和印泥以及3種不同性質(zhì)的書寫材料，那么它們總共可以組

為了研究不同朱墨時序類型中紙張表面軸向高度的變化，在各個三維圖中溝痕隆兩側(cè)隆起處和中間凹陷處隨機(jī)選取10個點(diǎn)，提取三維坐標(biāo)中的Z值并記錄，選點(diǎn)部位如圖3所示。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2是12種朱墨交叉處及其鄰近筆畫段中溝痕邊緣隆起處和中間凹陷處的平均高度值（Z值），其中h1表示溝痕隆起處的平均Z值，h2表示溝痕中間凹陷處的平均Z值。

為了更清楚地分析朱墨交叉部位及其鄰近筆畫段的三維結(jié)構(gòu)的變化，下面從數(shù)據(jù)分析的角度對每一種朱墨組合下的平均軸向高度變化的程度進(jìn)行對比。

表2 12種朱墨交叉處及其鄰近筆畫段中溝痕邊緣隆起處和中間凹陷處的平均高度值（Z值，單位μm）Table 2.the average value of Z in 3D figures from 12 kinds of samples of crossed stoke and stamp impression（using h1 to express the average value of Z on the edge of the strokes and h2 to express the average value of Z in the center of the strokes）

圖4 12種朱墨時序組合的平均溝痕深度差異度的對比Figure 4.comparison of the average groove depth variability between 12 kinds of samples of crossed stoke and stamp impression

從表2以及圖4中的數(shù)據(jù)可以看出，相同的朱墨組合下，先墨后朱的平均溝痕深度差異度要遠(yuǎn)大于先朱后墨。這12種朱墨時序組合中先墨后朱的平均溝痕深度差異度在12.1%～82.5%之間，而先朱后墨的平均溝痕深度差異度都不超過8%。這說明在不同的書寫、蓋印順序下紙張表面的三維立體結(jié)構(gòu)的變化是有區(qū)別的，與色料的種類無關(guān)。具體表現(xiàn)為：先墨后朱的時序下，朱墨交叉部位的溝痕要比鄰近筆畫段的溝痕淺許多；而先朱后墨的時序下，兩處溝痕不能體現(xiàn)明顯的差別。

人們在紙上書寫時，手部的力量要通過筆尖施加到紙張上，而紙張是一種質(zhì)地松軟的物質(zhì)，因此無論是先朱后墨還是先墨后朱書寫的筆畫都會在紙張表面形成或深或淺的溝痕。先墨后朱時，書寫過程首先會在紙張上留下一個較深的溝痕，再蓋印印章時，印章的印文部分直接作用于紙張，使得朱墨交叉部位的溝痕受壓而變淺（但是肉眼無法觀察到）；而先朱后墨時，由于筆畫是后寫的，所以不存在筆畫溝痕變淺的情況。這與圖中的數(shù)據(jù)恰恰是相互印證的。

（二）相關(guān)影響因素的探討

1.誤差分析

本實(shí)驗(yàn)所用儀器的精準(zhǔn)度取決于顯微鏡的放大倍率以及進(jìn)行三維成像時景深拓展所用切片的數(shù)量，切片數(shù)量越多數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，但與此同時，制圖所需的時間也越長。所以綜合考慮實(shí)驗(yàn)效率與精度，本文采用的是622倍的放大倍率，切片數(shù)量為5片，測量Z值時可精確到0.1μm，從理論上來說實(shí)驗(yàn)誤差對平均溝痕深度差異度的影響不會超過5%。

2.紙張對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

為了探索不同紙張對平均溝痕深度差異度的影響，選取了市面上常用的四種靜電復(fù)印紙作為單一變量，蓋印時使用1kg的重物置于印章頂部作為壓力控制，書寫用筆均為晨光Dong-A 3-zero 0.38mm中性筆，蓋印印章均為激光雕刻印章且都使用利百代MS-60印泥，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 四種不同紙張上朱墨交叉處與鄰近筆畫段的平均溝痕差異度Table 3.the average groove depth variability between the crossed site and its adjacent stroke from the samples in four different kind of papers

從表中數(shù)據(jù)可見，在其他條件相同的前提下，雖然不同紙張上形成的朱墨組合文件中朱墨交叉處與鄰近筆畫段的平均溝痕差異度有所不同（具體原因和其中規(guī)律目前尚不明確），但是先墨后朱的γ值都遠(yuǎn)高于先朱后墨。

3.襯墊物對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

由于蓋印過程中印章的印面直接作用于紙張上，間接作用于被蓋印文件的襯墊物上，筆畫溝痕的差異度還可能受襯墊物的影響，所以本文又在控制其他變量的基礎(chǔ)上，分別在書刊、課桌（木制）、光滑玻璃板和講臺（金屬制）上制作了相關(guān)實(shí)驗(yàn)樣本，共8組。各組的γ值如表4所示。

表4 不同襯墊物上形成的實(shí)驗(yàn)樣本中朱墨交叉處與鄰近筆畫段的平均溝痕差異度Table 4.the average groove depth variability between the crossed site and its adjacent stroke from the samples stamping on different underlays

表4中的數(shù)據(jù)顯示，先墨后朱的γ值隨著襯墊物塑性的增強(qiáng)有逐漸升高的趨勢，而先朱后墨的γ值不呈現(xiàn)此規(guī)律。

4.蓋印壓力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

如前所述，蓋印活動是改變紙張立體結(jié)構(gòu)的因素之一，因此蓋印壓力的大小對筆畫溝痕差異度的影響實(shí)驗(yàn)也是十分必要的。實(shí)驗(yàn)控制蓋印壓力為單一變量，分別以2.5N、5N、7.5N、10N和12.5N的壓力在一臺平面壓力傳感器（其上表面為光滑的玻璃板）上制作實(shí)驗(yàn)樣本，承印紙張均為安皓70g/m2的靜電復(fù)印紙，書寫用筆均為晨光Dong-A 3-zero 0.38mm中性筆，蓋印印章均為激光雕刻印章且都使用利百代MS-60印泥，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同蓋印壓力下形成的實(shí)驗(yàn)樣本中朱墨交叉處與鄰近筆畫段的平均溝痕差異度對比圖Figure 5.the average groove depth variability between the crossed site and its adjacent stroke from the samples stamping with different pressure

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蓋印力度較小時，不同時序的γ值有所重疊。隨著蓋印壓力的逐漸加大，先墨后朱的γ值呈現(xiàn)出線性增大的趨勢，而先朱后墨的γ值基本維持在較低的水平。

（三）γ的閾值分析

對本實(shí)驗(yàn)中所有平均溝痕差異度γ值進(jìn)行統(tǒng)計，得到以下結(jié)果。

先墨后朱的γ值變化區(qū)間為｛8.3%，88.2%｝，先朱后墨的γ值變化區(qū)間為｛1.4%，14.8%｝，二者的交集為｛8.3%，14.8%｝。考慮實(shí)驗(yàn)誤差，以此方法測得的γ值大于20%時可認(rèn)為是先墨后朱，γ值小于3%時可認(rèn)為是先朱后墨，γ值介于3%和20%之間時不能用此方法鑒別。

四、結(jié)論

（一）對蓋印印文與手寫字跡形成的朱墨交叉部位進(jìn)行三維立體成像時，一般情況下能在寫有字跡的部位看到凹陷的筆畫溝痕。

（二）對2種不同性質(zhì)的印油（泥）和3種含不同性質(zhì)的書寫色料的筆形成的朱墨交叉材料進(jìn)行三維立體成像并測量朱墨交叉部位和鄰近筆畫段的平均溝痕深度，結(jié)果顯示所有先墨后朱的材料中朱墨交叉部位的溝痕都要比鄰近筆畫段溝痕淺，而先朱后墨材料中的上述兩處溝痕深度無明顯差異。

（三）對12種不同類型的朱墨時序組合中的朱墨交叉部位和鄰近筆畫段的筆畫溝痕深度的差異程度進(jìn)行對比，結(jié)果顯示先墨后朱時朱墨交叉部位和鄰近筆畫段的筆畫溝痕深度的差異程度要比先朱后墨的差異程度大。

顯微立體成像也是一種無損的檢驗(yàn)方法，通過三維立體成像得到朱墨交叉立體圖形即能從直觀上觀察朱墨交叉部位的特征，還可以從數(shù)據(jù)的角度加以輔助判斷，在一定程度上彌補(bǔ)了體式顯微鏡的不足。尤其是當(dāng)印油（泥）與書寫色料溶解性質(zhì)相同時，印油（泥）與書寫色料發(fā)生融合，無論是有損還是無損的方法都難以辨別其朱墨時序，使用此方法能夠?qū)ιw印印文和手寫字跡的朱墨時序進(jìn)行鑒別。

參考文獻(xiàn)：

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［3］李彪，馮明帥.朱墨時序檢驗(yàn)方法綜述［J］.廣東公安科技，2012（1）：10-17.

責(zé)任編輯：賈永生

中圖分類號：D918

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3192（2016）02-0036-05

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：陳建濤，男，江西樟樹人，中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)樾淌驴茖W(xué)技術(shù)；陳維娜，女，遼寧沈陽人，博士，中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)樾淌录夹g(shù)。

基金項目：本文為中國人民公安大學(xué)2015年中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項資金項目（2015JKF01237）的階段性成果。