常見(jiàn)噴墨打印機(jī)打印文件的同機(jī)識(shí)別特征研究

賈曉光 張凌云 王 迪 林素娥 楊業(yè)全

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

常見(jiàn)噴墨打印機(jī)打印文件的同機(jī)識(shí)別特征研究

賈曉光 張凌云 王 迪 林素娥 楊業(yè)全

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

選用愛(ài)普生(Epson)、佳能(Canon)、惠普(Hp)品牌共27臺(tái)彩色噴墨打印機(jī)制備實(shí)驗(yàn)樣本并收集平時(shí)樣本，采用宏觀檢驗(yàn)、顯微檢驗(yàn)和測(cè)量檢驗(yàn)的方法，分析歸納了字符橫向白線、字符拼接錯(cuò)位、字符偏斜等噴墨打印文件同機(jī)識(shí)別特征，為噴墨打印機(jī)的同機(jī)識(shí)別提供了客觀依據(jù)。

噴墨打印機(jī) 同機(jī)識(shí)別 打印文件

1 噴墨打印技術(shù)和噴墨打印機(jī)概述

噴墨打印技術(shù)是20世紀(jì)70年代末80年代初被成功研發(fā)的，目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)制圖、辦公文印、電子影像輸出和廣告制作等領(lǐng)域。

基于印刷三原色原理，早期常見(jiàn)的三色墨盒打印機(jī)通常就是采用性質(zhì)比較穩(wěn)定的黃色、品紅色、青色墨水混合出不同的顏色。而四色打印機(jī)，增加上一種黑色墨盒用于純黑色的打印。打印頭上一般至少有48個(gè)或48個(gè)以上的獨(dú)立噴嘴，每個(gè)噴嘴又能夠噴出3種以上不同的顏色。這些噴出來(lái)不同顏色的小墨滴落于同一點(diǎn)上，就形成不同的復(fù)色。隨著色彩調(diào)和技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)增加色彩數(shù)量、改變噴出墨滴的大小、降低墨盒的基本色彩濃度等方法，可實(shí)現(xiàn)更完美的彩色噴墨打印。其中增加色彩及噴嘴數(shù)量，是最直接的實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)驗(yàn)用的佳能PIXMA MP180打印機(jī)，噴嘴數(shù)量總計(jì)1472個(gè)，其中顏料黑色320個(gè)，青、品紅黃色各384×3個(gè)；佳能PIXMA MP810比前者高端，噴嘴數(shù)量總計(jì)4608個(gè)，其中顏料黑色512個(gè)，青、品紅色各512×3個(gè)，黃、染料黑色各512個(gè)。一般來(lái)說(shuō)，噴嘴越多，完成噴墨過(guò)程和打印速度越快，色彩還原效果越好。

噴墨打印機(jī)是基于噴墨打印技術(shù)的較為精密的機(jī)電一體化設(shè)備，其主板控制芯片在各個(gè)精密機(jī)械配件的互相配合下才能準(zhǔn)確執(zhí)行進(jìn)紙、走紙、出紙以及打印頭移動(dòng)操作，進(jìn)而準(zhǔn)確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)噴墨打印。噴墨打印機(jī)種類(lèi)多樣，限于研究的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，樣本采集所選用的27臺(tái)噴墨打印機(jī)，均為戶內(nèi)型、臺(tái)式、按需供墨、小幅面（A4或A3）的噴墨打印機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)包括機(jī)械和電路兩部分，機(jī)械部分主要由打印頭、墨盒、清洗系統(tǒng)、字車(chē)和供紙器組成，電路分為邏輯控制電路和電源兩部分。

按照噴墨打印原理來(lái)劃分，實(shí)驗(yàn)用噴墨打印機(jī)可以分為壓電式和熱泡式噴墨打印兩種。壓電式噴墨技術(shù)是由愛(ài)普生（Epson）公司獨(dú)創(chuàng)使用的，其生產(chǎn)的一系列噴墨打印機(jī)在影像行業(yè)素有口碑。壓電噴墨技術(shù)是將許多小的壓電半導(dǎo)體放置到打印頭噴嘴附近，利用它在電壓作用下會(huì)發(fā)生形變的原理，用計(jì)算機(jī)圖文信息控制壓電半導(dǎo)體變形擠出墨滴并使之噴出，在紙張等介質(zhì)表面形成圖文。其特點(diǎn)是打印頭結(jié)構(gòu)合理成本較高，控制墨滴能力強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)高精度打?。粸榱私档陀脩舻氖褂贸杀?，一般將打印頭和墨盒制作成分離的結(jié)構(gòu)，更換墨水時(shí)不必更換打印頭。佳能(Canon)、惠普(Hp)公司采用的是熱泡式噴墨打印技術(shù)，這種技術(shù)是在打印頭噴嘴處設(shè)置特殊電阻，用計(jì)算機(jī)圖文信息控制的脈沖電流使電阻發(fā)熱，瞬間將噴頭管道中的一部分墨水氣化，形成氣泡并從噴嘴中射出墨滴，在紙張等介質(zhì)表面形成圖文。其特點(diǎn)是打印頭工藝成熟、成本低廉，通常把打印頭與墨盒固定在一起，更換墨盒時(shí)即同時(shí)更新打印頭。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

愛(ài)普生(Epson)、佳能(Canon)、惠普(Hp)主流品牌噴墨打印機(jī)27臺(tái)（自備、租用或借用），放大鏡，ZEISS stemi 2000C顯微鏡、CCD及其圖像采集系統(tǒng)和測(cè)量工具軟件。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣本制作與采集

2.2.1 實(shí)驗(yàn)樣本電子文檔制作

在Microsoft Office Word2003字處理軟件環(huán)境下建立實(shí)驗(yàn)樣本電子文檔1份6頁(yè)，內(nèi)容包括生活中使用頻率比較高的常用字詞、數(shù)字符號(hào)及簡(jiǎn)單圖像，字體使用宋體、仿宋體，分別有六號(hào)、五號(hào)、小四號(hào)、四號(hào)、三號(hào)、小二、初號(hào)字，字間距設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)，行間距分別為單倍、1.5倍和2倍。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)樣本制作

使用同一品牌的A4復(fù)印紙，用上述三大品牌不同型號(hào)的27臺(tái)打印機(jī)打印實(shí)驗(yàn)樣本電子文檔2份，打印方式設(shè)置為黑白標(biāo)準(zhǔn)和彩色標(biāo)準(zhǔn)兩種模式分別打印，打印機(jī)和制作的實(shí)驗(yàn)樣本分別對(duì)應(yīng)編號(hào)標(biāo)記。

2.2.3 平時(shí)樣本收集

課題組在上述三大品牌不同型號(hào)的27臺(tái)打印機(jī)中選取13臺(tái)，定期收集其日常使用中打印的平時(shí)樣本各12份，并作好標(biāo)記。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

依次分別采用宏觀檢驗(yàn)、顯微檢驗(yàn)和測(cè)量檢驗(yàn)的方法，重點(diǎn)針對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本上的相同字、相同筆畫(huà)、相同部位的特征進(jìn)行觀察分析研究。首先通過(guò)肉眼或借助放大鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本宏觀的打印特征進(jìn)行觀察和分析，其次借助ZEISS stemi 2000C顯微鏡對(duì)微觀的打印特征進(jìn)行觀察和分析，必要時(shí)借助ZEISS圖像采集系統(tǒng)的測(cè)量工具軟件，對(duì)打印特征的位置、形態(tài)及相互關(guān)系進(jìn)行測(cè)量和分析，最后將觀察、測(cè)量以及分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸納，篩選總結(jié)噴墨打印機(jī)同機(jī)識(shí)別的主要特征。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 噴墨打印文件共性特征

實(shí)驗(yàn)用噴墨打印機(jī)均使用液態(tài)油墨，有別于激光、熱敏、針式等打印機(jī)的打印文件，噴墨打印文件的主要共性特征包括：字符墨跡平實(shí)，字符筆畫(huà)邊緣常見(jiàn)噴濺狀墨點(diǎn)，油墨色澤較暗淡，在紙張上會(huì)有不同程度的洇散，易溶于水；彩色打印模式下，圖文可見(jiàn)多色混合現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)樣本還反映出，由于噴墨打印機(jī)噴墨頭工作原理不同，各品牌打印機(jī)打印文件所表現(xiàn)出的特點(diǎn)也不盡相同。排除機(jī)具新舊程度、機(jī)具檔次差別等因素，較為明顯的規(guī)律性特征，表現(xiàn)在筆畫(huà)線條邊緣飛濺墨點(diǎn)的有無(wú)。愛(ài)普生（Epson）噴墨打印樣本的文字筆畫(huà)墨跡均勻，筆畫(huà)線條邊緣的飛濺墨點(diǎn)幾乎沒(méi)有；而佳能(Canon)、惠普(Hp)打印機(jī)樣本上，多呈現(xiàn)筆畫(huà)線條邊緣飛濺墨點(diǎn)較多、筆畫(huà)邊緣發(fā)虛的特點(diǎn)。分析這種品牌之間的規(guī)律性差異，是由于愛(ài)普生（Epson）獨(dú)有的壓電式噴墨技術(shù)在控制墨點(diǎn)噴射的精度上更有優(yōu)勢(shì)，解決了墨點(diǎn)亂飛和墨點(diǎn)不均勻的問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。

圖1 熱泡式（左）與壓電式（右）噴墨打印文件筆畫(huà)邊緣墨點(diǎn)現(xiàn)象比較

3.2 噴墨打印機(jī)同機(jī)識(shí)別特征

噴墨打印機(jī)在不斷的使用過(guò)程中，或經(jīng)維修、調(diào)試，加之使用的墨盒不同，會(huì)出現(xiàn)該機(jī)臺(tái)特有的個(gè)體特征，這些特征反映在打印文件上，可以作為同機(jī)識(shí)別的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，雖然由于噴墨打印機(jī)噴墨技術(shù)原理有別，加之機(jī)具價(jià)位、使用頻度、新舊及維修情況不同，所打印文件表現(xiàn)出的特點(diǎn)也不盡相同，但還是可以發(fā)現(xiàn)以下特征，一旦規(guī)律再現(xiàn)，具有較高的噴墨打印機(jī)同機(jī)識(shí)別價(jià)值。

3.2.1 字符橫向白線特征

圖2 字符橫向白線特征

圖3 字符拼接錯(cuò)位特征

圖4 字符偏斜特征

字符橫向白線特征，是指由于噴墨頭功能缺陷造成的打印字符筆畫(huà)內(nèi)部出現(xiàn)的細(xì)小橫向白線，這一特征通常在某一階段的打印文件中較為穩(wěn)定地規(guī)律性再現(xiàn)（見(jiàn)圖2）。噴墨頭是噴墨打印機(jī)中運(yùn)動(dòng)最頻繁的元件，容易磨損或出現(xiàn)故障，如墨水干涸導(dǎo)致的噴墨嘴堵塞、電路故障導(dǎo)致某個(gè)或某些噴墨嘴喪失功能，造成打印字符的列陣出現(xiàn)空缺，反映在打印文件上就會(huì)呈現(xiàn)橫向貫通的白線特征，并且在頁(yè)面的多行打印字符上，呈現(xiàn)一定周期性。當(dāng)然，在打印小字號(hào)文字時(shí)，字符橫向白線特征可能表現(xiàn)為字符某些細(xì)小的橫筆筆畫(huà)缺失；加粗或精細(xì)打印時(shí)貫通性略差。墨盒有分離式結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)兩種，當(dāng)墨水耗盡需更換墨盒時(shí)，使用一體化墨盒的機(jī)臺(tái)，打印頭會(huì)被同時(shí)更換，該特征在接下來(lái)的打印文件上就會(huì)消失；使用分離式墨盒的機(jī)臺(tái)，特別是打印量較大、自行外加墨水的用戶，不輕易更換打印頭，該特征會(huì)相對(duì)穩(wěn)定地呈現(xiàn)。

3.2.2 字符拼接錯(cuò)位特征

字符拼接錯(cuò)位特征，是指打印字符出現(xiàn)的拼接對(duì)位不準(zhǔn)現(xiàn)象（見(jiàn)圖3）。噴墨打印機(jī)是串行式打印而非頁(yè)式打印，當(dāng)打印超過(guò)打印頭印字元件排列高度的字符時(shí)，是采用以行為單位的分段拼接打印。出現(xiàn)字符拼接錯(cuò)位特征，往往是因?yàn)樽周?chē)存在反向間隙造成的。由于帶動(dòng)字車(chē)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不可避免地存在一定的機(jī)械間隙，隨著使用中的磨損，間隙逐漸加大。當(dāng)打印頭打印完一截字符再執(zhí)行反向打印時(shí)，雖然打印控制信號(hào)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，但字車(chē)要待傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過(guò)機(jī)械空程之后才能回動(dòng)，這個(gè)機(jī)械空程即為反向間隙。反向間隙越大，字符錯(cuò)位、脫節(jié)或重疊越明顯。大多數(shù)噴墨打印機(jī)都采用雙向打印的方式，舊機(jī)臺(tái)打印樣本多出現(xiàn)拼接錯(cuò)位特征，也有1臺(tái)低端的全新佳能打印機(jī)樣本出現(xiàn)該特征。研究中還發(fā)現(xiàn)，有個(gè)別機(jī)型可以將雙向打印切換為單向打印，也有的機(jī)型可人工或自動(dòng)校正反向間隙，使這一特征消失或減弱。

3.2.3 字符偏斜特征

字符偏斜特征，是指打印文件上的同一行字符不在同一水平線上平行，出現(xiàn)一定角度的偏斜現(xiàn)象（見(jiàn)圖4）。偏斜的角度不大時(shí)，需要借助顯微鏡及測(cè)量軟件，觀察偏斜方向并測(cè)量偏斜的角度，也可通過(guò)觀察接續(xù)打印的縱向線條有無(wú)偏斜加以判斷。串行式打印機(jī)的打印頭，一般是安裝在導(dǎo)軌上做往返運(yùn)動(dòng)。由于安裝或磨損等原因，在打印過(guò)程中被傳動(dòng)帶拖拽，打印頭會(huì)略偏斜，從而造成打印字符的列陣與字行軸線不垂直。

3.2.4 字符左右不對(duì)稱(chēng)特征

字符左右不對(duì)稱(chēng)特征易出現(xiàn)在行首或行尾處，是指字符呈現(xiàn)出的左右不均勻，即左緊右松或左松右緊現(xiàn)象。打印頭每一次運(yùn)動(dòng)有一個(gè)從靜止、加速運(yùn)動(dòng)到勻速運(yùn)動(dòng)，再由勻速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)到靜止的過(guò)程。打印頭正常打印時(shí)應(yīng)處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。有的打印機(jī)由于沒(méi)做好同步調(diào)整，打印頭還在作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)即開(kāi)始打印，或還在打印時(shí)便減速，就會(huì)使打印出的字符出現(xiàn)左右不對(duì)稱(chēng)的變形，一般加速過(guò)程中打印的字符左緊右松，減速過(guò)程中打印的字符左松右緊。

3.2.5 字符拖擦污染特征

字符拖擦污染特征，一般多出現(xiàn)在打印文件的頂部或背面，是由于打印機(jī)使用過(guò)程中，走紙系統(tǒng)發(fā)生污染、磨損、老化等輕微故障時(shí)，反映在打印文件上的拖擦痕跡特征。這種特征易出現(xiàn)在比較陳舊的打印機(jī)制作的打印樣本上，要注意觀察分析字符拖擦污染的位置、間隔、寬度、長(zhǎng)度、形狀等特點(diǎn)。當(dāng)對(duì)打印機(jī)進(jìn)行調(diào)試或更換部件后，該特征一般都會(huì)消失或變化，較長(zhǎng)時(shí)間跨度樣本的特征穩(wěn)定性不是很好，檢驗(yàn)時(shí)要盡量收集與檢材同一時(shí)間段的打印樣本進(jìn)行比較。

4 結(jié)論與討論

字符橫向白線特征、字符拼接錯(cuò)位特征、字符偏斜特征是噴墨打印機(jī)同機(jī)識(shí)別的重要特征。這三類(lèi)特征均可通過(guò)觀察、測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在本次研究樣本中呈一定規(guī)律性，其形成機(jī)理基本明晰，穩(wěn)定性較好，出現(xiàn)率較高，部分樣本特征還得到進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或調(diào)查證實(shí)。

字符左右不對(duì)稱(chēng)特征、字符拖擦污染特征是噴墨打印機(jī)同機(jī)識(shí)別的參考特征。這兩類(lèi)特征也可通過(guò)觀察、測(cè)量發(fā)現(xiàn)，形成機(jī)理基本明晰，在本次研究樣本中有一定穩(wěn)定性，出現(xiàn)率相對(duì)較低。分析與部分實(shí)驗(yàn)機(jī)臺(tái)全新有關(guān)，但尚有部分樣本特征沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，條件許可時(shí)應(yīng)進(jìn)一步研究。

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注：本文系文件檢驗(yàn)鑒定公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)刑警學(xué)院）資助課題，項(xiàng)目編號(hào)：10KFKT006。