噴墨打印文件上成趟星形輪壓痕顯現(xiàn)方法的實(shí)驗(yàn)研究

劉寧（江蘇警官學(xué)院 江蘇 南京 210031）

噴墨打印文件上成趟星形輪壓痕顯現(xiàn)方法的實(shí)驗(yàn)研究

劉寧
（江蘇警官學(xué)院 江蘇 南京 210031）

星形輪壓痕是噴墨打印機(jī)較為穩(wěn)定和有價(jià)值的特征之一。利用顯微鏡配以側(cè)光光源，可見星形輪留在噴墨打印文件上的數(shù)個(gè)齒痕。但是,由于顯微鏡視場(chǎng)較小，無法顯示整個(gè)紙面上的星形輪壓痕分布特點(diǎn)，限制了對(duì)星形輪壓痕特征的利用，特別是不利于其個(gè)體特性的發(fā)現(xiàn)和分析。通過利用文件檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室常見設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探索顯現(xiàn)分布于 A4幅面紙張上的星形輪壓痕的有效方法。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)和比較了顯現(xiàn)成趟星形輪壓痕的多種方法，為此特征的有效利用提供了基礎(chǔ)。

打印文件檢驗(yàn) 噴墨打印機(jī) 星形輪壓痕 顯現(xiàn)方法

星形輪壓痕是噴墨打印機(jī)走紙系統(tǒng)中的星形壓紙輪 （Star Wheel） 在打印文件上留下的棘孔或凹痕（正面凹陷，如圖1），成趟的星形輪壓痕與輸紙方向平行。多數(shù)噴墨打印機(jī)內(nèi)部采用了星形輪作為導(dǎo)紙輪和出紙壓紙輪，以防止紙張?jiān)趥鬏斶^程中未干墨跡的轉(zhuǎn)移而弄臟打印件。這種壓痕特征不易受到墨水特性和打印模式等因素的影響，是較為穩(wěn)定的特征。一些研究已經(jīng)探討了星形輪壓痕作為噴墨打印機(jī)特征的價(jià)值。Gerald Laporte討論噴墨打印機(jī)的機(jī)械壓痕時(shí)提及星形輪壓痕。[1]Yoshinori Akao等研究人員將此特征稱為齒輪痕（Spur Gear Mark），在他們的文章中討論分析齒間距 （Pitch） 和雙輪間距 （Mutual Distance） 兩方面特征可以用于鑒別打印機(jī)的品牌和型號(hào)。[2]

星形輪壓痕較為微細(xì)，不易被肉眼辨識(shí)。一般采用顯微鏡下側(cè)光觀察打印文件正面，可以發(fā)現(xiàn)有序排列的數(shù)個(gè)棘孔或凹痕，其間距基本相等。此間距反映了打印機(jī)所配備星形輪金屬齒的固有物理尺寸，可以作為打印機(jī)特征。但是，由于顯微鏡的市場(chǎng)較小，限制了對(duì)星形輪壓痕特征的利用，尤其是對(duì)個(gè)性特點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和分析。在此論文之前，作者已發(fā)現(xiàn)此特征在較大面積上的分布特點(diǎn)可以反映打印機(jī)的種類和個(gè)體特性，主要反映在星形輪金屬齒變形所形成的不規(guī)則齒痕排列、各壓痕線分布的相對(duì)位置、各壓痕線的相對(duì)深度等方面 （如圖 2）。

充分分析和利用這種特征的關(guān)鍵在于將成趟壓痕特征顯現(xiàn)出來。因此，有必要研究成趟星形輪壓痕的有效顯現(xiàn)方法。顯現(xiàn) A4幅面上的細(xì)微點(diǎn)狀壓痕一般需要兩個(gè)步驟：①采集壓痕信號(hào)；②圖像增強(qiáng)。本文重點(diǎn)在于優(yōu)化第一個(gè)步驟，畢竟圖像增強(qiáng)是有限的，需要具備一定的條件。作者嘗試?yán)梦募z驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的常見設(shè)備來顯現(xiàn)成趟星形輪壓痕。

因星形輪滾動(dòng)，特征會(huì)重復(fù)反映，那么采集特征所需要的幅面在走紙方向上可以縮小，大于星形輪周長(zhǎng)的若干倍即可。但是，A4紙張寬度上的幅面必須全部包括在采集范圍內(nèi)，以免遺漏一些星形輪壓痕線。因此，采集范圍至少為 21cm（A4紙寬度） × nπd（n＞2，d=星形輪直徑）。

圖1 Canon S200的出紙機(jī)構(gòu)、星形輪的特寫和顯微鏡下星形輪壓痕的例子

圖 2 兩臺(tái) Epson SC61打印機(jī)在照片紙上形成的星形輪壓痕的比較（上下圖均經(jīng)圖像增強(qiáng)）

1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

1.1 樣品制備

本研究選取了 16臺(tái)噴墨打印機(jī)在 3種打印介質(zhì)上的打印樣本作為實(shí)驗(yàn)材料。3種打印介質(zhì)分別為：普通打印紙（金旗艦70克多用途紙、雙A80克復(fù)印紙）、噴墨紙 （Epson經(jīng)濟(jì)型噴墨打印紙、五木彩噴紙80g和120g）和光面照片紙（Epson經(jīng)濟(jì)照片紙正品與假冒品）。根據(jù)打印介質(zhì)的種類設(shè)置對(duì)應(yīng)的打印模式，即普通紙用“普通紙/標(biāo)準(zhǔn)”模式打印，彩噴紙用“彩噴紙 /標(biāo)準(zhǔn)”模式，照片紙用“照片紙 /標(biāo)準(zhǔn)”模式。用于實(shí)驗(yàn)的16臺(tái)打印機(jī)有13個(gè)型號(hào)，如表所示。

表 實(shí)驗(yàn)用13種噴墨打印機(jī)機(jī)型

1.2 使用的設(shè)備

數(shù)碼相機(jī)：EOS 1000D（Canon）；側(cè)光光源：3臺(tái)鹵素?zé)襞_(tái)式光源（燈泡：FMW+C，35W/12V）；透光光源：12×18英 吋專業(yè)觀片器 LP-1218N（美達(dá)亮）； 寬 幅 側(cè) 光 源 ： 柯 萊 82L寬 幅 側(cè) 光 源（Crime-lit）； 靜 電壓 痕 儀 ： Docustat DS-220 （Projectina）；膠片掃描儀：Perfection V700 Photo （Epson）。

2 方法

一般這種無色、細(xì)微、正面凹陷的潛在壓痕會(huì)在打印介質(zhì)上表現(xiàn)為一定的形變。對(duì)于普通打印紙而言，這種形變可能是刺穿紙張，而對(duì)于涂層紙（照片紙和彩噴紙），這種形變表現(xiàn)為涂層表面的微小損傷。使用側(cè)光光源或者透光光源有利于突出這種形變而使壓痕顯現(xiàn)出來。

然而，在較大幅面上有效揭示這種細(xì)微壓痕的分布特點(diǎn)，需要重點(diǎn)考慮的首先是成像的分辨率。因此，由于多光譜視頻比對(duì)儀的分辨率較低，不適合顯現(xiàn)大幅面上的星形輪壓痕。多幅系列顯微圖像的拼接可以獲得較大幅面上的壓痕信息，但是，這種方法耗時(shí)太長(zhǎng)，且有拼接出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。靜電壓痕儀能夠顯現(xiàn)本研究中壓痕信號(hào)最強(qiáng)的普通紙樣本。但是，分辨率和信噪比較低 （如圖 3）。

基于以上幾個(gè)事實(shí)，作者借助文件檢驗(yàn)常用設(shè)備，設(shè)計(jì)了一些顯現(xiàn)星形輪壓痕的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。它們分別是：

方法 1：透光光源 +數(shù)碼相機(jī)拍攝記錄 （3888× 2592像素）。

方法2：膠片掃描模式下掃描采集（分辨率：2400點(diǎn) /英吋 ）。

方法 3：寬幅側(cè)光光源 +數(shù)碼相機(jī)拍攝記錄（3888×2592像素）。

方法4：靜電壓痕儀+寬幅側(cè)光光源+數(shù)碼相機(jī)記錄 （3888×2592像素）。

方法4操作過程為：將樣品紙張放于靜電壓痕儀的真空板和聚脂薄膜之間，開啟真空泵使薄膜和紙張平整帖服無氣泡，接下來，無需充電過程，不用碳粉顯影，而是用寬幅側(cè)光照射薄膜表面。

3 討論

3.1 照片紙上的星形輪壓痕的顯現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 3種打印介質(zhì)中，照片紙上的成趟星形輪壓痕最易于顯現(xiàn)，而且顯現(xiàn)出的壓痕信號(hào)最為清晰，反映最為全面。方法1、方法2和方法3均能成功顯現(xiàn)照片紙正面的成趟壓痕。因?yàn)檎掌堻c(diǎn)狀壓痕處往往形成涂層膜的局部損傷，使其透光率或反光方向與未損傷部位反差較大，透光和側(cè)光照明可以將其突顯出來。其中，方法2膠片模式掃描所獲得的壓痕信號(hào)信噪比較高，且影像光線均勻，如圖3所示；而方法 3側(cè)光拍攝法難以避免灰塵和其他異物的反光所造成的噪音。方法1和方法3使用的數(shù)碼相機(jī)在拍攝A4寬度范圍的照片時(shí)，最大分辨率相當(dāng)于470點(diǎn)/英 ，特征細(xì)節(jié)損失較大，需要較近距離拍攝數(shù)幅影像拼接后才能達(dá)到方法 2的清晰度。

為了突出細(xì)微壓痕線，圖2、3、4均經(jīng)過圖像增強(qiáng)處理。主要方法為運(yùn)用Image Pro Plus6.0軟件中形 態(tài) 學(xué) 濾 鏡 （Morphological Filters） 的 “ 膨 脹 ”（Dilate）功能增強(qiáng)壓痕信號(hào)。

圖3 一臺(tái)Epson ME1+在同一張照片紙上的星形輪壓痕經(jīng)方法2和方法3顯現(xiàn)效果的比較

3.2 普通紙上的星形輪壓痕的顯現(xiàn)

與照片紙比較，顯現(xiàn)普通紙上的成趟星形輪壓痕難度較大，顯現(xiàn)結(jié)果較差。顯微鏡下可以觀察到星形輪壓痕的普通紙打印件，其A4幅面上的成趟壓痕未必能用以上 4種方法顯現(xiàn)。

首先，因普通紙不能像照片紙那樣在側(cè)光照明下形成較強(qiáng)的反光差別。其次，普通紙上的壓痕只是紙張纖維和其他成分的微小形變，如果這種形變沒有造成現(xiàn)有方法可檢測(cè)到的痕跡，則無法顯現(xiàn)。再者，透光條件下，普通紙上的壓痕如未穿孔，有壓痕和無壓痕處的透光率差別不大。透光照明的方法只適用于厚度較厚的紙張，或有大面積深色圖像覆蓋的普通紙。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)側(cè)光照明適合普通紙上的壓痕顯現(xiàn)。然而，紙背凸起的壓痕顯現(xiàn)效果優(yōu)于正面凹陷的痕跡。圖4比較了顯現(xiàn)同一張普通紙打印材料上壓痕的結(jié)果，包括方法 3、4和常規(guī)靜電壓痕儀碳粉顯影法。作者認(rèn)為，其中靜電壓痕儀結(jié)合寬幅側(cè)光源顯現(xiàn)的效果最佳（見圖4的下圖），因?yàn)榇朔椒ú粌H能克服紙張平整度不佳在側(cè)光下光影不均勻的弱點(diǎn)，而且有利于突顯各星形輪壓力的相對(duì)大小所形成的各壓痕線相對(duì)深淺（打印機(jī)的個(gè)體特征之一）。

3.3 彩噴紙上星形輪壓痕的顯現(xiàn)

4種方法均可用于彩噴紙打印樣品。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，在打印設(shè)備相同的情況下，通過方法 1、2提取的彩噴紙上壓痕，其特征反映和信號(hào)強(qiáng)度一般不如照片紙上所提取的，但優(yōu)于普通紙。利用透光法時(shí)，透光率是獲得較高信噪比圖像的關(guān)鍵。厚度不同的彩噴紙有不同的顯現(xiàn)結(jié)果，較薄噴墨紙 （如 80g/m2） 上的信號(hào)幾乎淹沒在噪音之中無法體現(xiàn)。而利用方法3、4時(shí)，從彩噴紙上采集的壓痕信號(hào)可能不及普通紙上所獲得的，這主要與壓痕在紙張上的正面凹陷和背面凸起的程度有關(guān)。

圖4 比較3種方法對(duì)1臺(tái)Epson ME1+的同一張普通紙打印件上壓痕顯現(xiàn)效果

4 結(jié)論

綜上所述，膠片掃描儀能夠方便、快速地提取照片紙上的成趟星形輪壓痕。而借助靜電壓痕儀，寬幅側(cè)光光源是揭示普通紙打印件上星形輪壓痕分布特點(diǎn)的較為有利的設(shè)備。對(duì)于彩噴紙來說，可適用的顯現(xiàn)方法多于照片紙和普通紙，顯現(xiàn)效果介于照片紙和普通紙之間。

實(shí)驗(yàn)研究表明，文件檢驗(yàn)常見設(shè)備的創(chuàng)造性使用，可以有效提取分布于A4幅面上的、細(xì)微潛在的星形輪壓痕。為了文件檢驗(yàn)人員充分利用星形輪壓痕這個(gè)穩(wěn)定而獨(dú)特的噴墨打印機(jī)特征，更多有效的顯現(xiàn)方法有待進(jìn)一步研究開發(fā)。

[1]Gerald M．Laporte．The Use of an Electrostatic Detection Device to Identify Individual and Class Characteristics on Documents Produced by Printers and Copiers-A Prelim inary Study [J]．Journal Forensic Science，May2004，49（3）：610～620．

[2]Yoshinori Akao,Kazuhiko Kobayashi,Yoko Seki．Exam ination of SpurMarksFound on Inkjet-printed Documents[J]．Journalof Forensic Sciences，2005，50 （4）：915～923．

（責(zé)任編輯：于萍）

DF794．2

A

2095-7939(2015)03-0062-03

2015-04-15

江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目專項(xiàng)資金（編號(hào)：20110838）；江蘇警官學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：13Y03）。

劉寧 （1968-），女，江蘇鹽城人，江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系副教授，碩士，主要從事打印文件檢驗(yàn)。