運(yùn)用筆跡三維信息提取分析儀對(duì)摹仿簽名筆力特征的實(shí)驗(yàn)研究

申　思韓丹巖俞　綱

（1　浙江警察學(xué)院　浙江　杭州　310053；2　中國(guó)刑事警察學(xué)院　遼寧　沈陽　100035；3　杭州市公安局西湖分局　浙江　杭州　310000）

運(yùn)用筆跡三維信息提取分析儀對(duì)摹仿簽名筆力特征的實(shí)驗(yàn)研究

申思1韓丹巖2俞綱3

（1浙江警察學(xué)院浙江杭州310053；2中國(guó)刑事警察學(xué)院遼寧沈陽100035；3杭州市公安局西湖分局浙江杭州310000）

對(duì)三維筆跡信息的探索與研究，有利于鑒定人從檢材字跡中發(fā)現(xiàn)更多筆跡特征。運(yùn)用筆跡三維信息提取分析儀，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，探索套摹、臨摹簽名和被摹仿簽名之間筆力分布和變化規(guī)律的異同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該方法能夠直觀展現(xiàn)摹仿筆跡與被摹仿筆跡的筆力特征差異，為鑒定人提供客觀依據(jù)。

筆跡三維信息摹仿簽名筆力特征

筆跡檢驗(yàn)學(xué)科發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟，鑒定人對(duì)筆跡特征的理解和運(yùn)用都較為深入，但是這些認(rèn)識(shí)大多都圍繞二維層面的筆跡特征。雖然大部分筆跡鑒定人對(duì)三維筆跡特征的認(rèn)識(shí)和理解都不夠全面，但是其對(duì)于筆跡鑒定工作的價(jià)值已被許多高水平鑒定人認(rèn)可，并開展過一系列討論［1-4］。

筆跡三維特征是指書寫過程中，書寫器官通過筆尖作用于承受物的力的大小和方向的變化規(guī)律，外化成筆跡后的具體征象，即筆尖擠壓承受物使之變形后，形成的筆跡壓痕的形態(tài)和深度的變化。相比傳統(tǒng)的筆跡特征，筆跡三維特征具備更強(qiáng)的隱蔽性，這一特性對(duì)于摹仿筆跡檢驗(yàn)意義更為重大，因?yàn)槟》氯送ǔＶ魂P(guān)注被摹仿字跡的二維形態(tài)，卻很難關(guān)注到筆跡三維信息。若以此為突破口，也許能夠降低摹仿筆跡的檢驗(yàn)難度。

在本文中，筆者設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用筆跡三維信息提取分析儀采集和分析套摹、臨摹簽名筆跡與被摹仿簽名的三維筆跡信息，探討摹仿簽名與被摹仿簽名之間筆力特征的異同。

1　實(shí)驗(yàn)設(shè)備

筆跡三維信息提取分析儀（由中國(guó)刑事警察學(xué)院文件檢驗(yàn)技術(shù)系和北京天遠(yuǎn)三維科技有限公司聯(lián)合開發(fā)），中性圓珠筆，復(fù)印紙，投影燈箱。

2　實(shí)驗(yàn)方案和樣本制作

為方便探索摹仿筆跡的特征和規(guī)律，所有書寫人均摹仿或冒寫2枚指定簽名，1枚筆畫少且簡(jiǎn)單，1枚筆畫多且復(fù)雜。

2.1套摹簽名實(shí)驗(yàn)

選擇最理想的書寫條件（下文簡(jiǎn)稱理想條件），即書寫工具為中性圓珠筆，承受物為空白復(fù)印紙，襯墊物厚度適中（5張復(fù)印紙），正常書寫速度與書寫姿勢(shì)，書寫人心理與生理狀態(tài)平和。

為了提高本次實(shí)驗(yàn)中套摹簽名樣本的書寫質(zhì)量，采用投影燈箱作為輔助工具，書寫人借助紙面下的投影燈光可以清晰地看到摹本字跡的形態(tài)與細(xì)節(jié)；除此之外，還要求每位書寫人經(jīng)過充分的練習(xí)，熟練掌握要領(lǐng)之后才開始書寫樣本。

在此前提下，針對(duì)每個(gè)被摹仿簽名套摹20次，作為一組。

2.2臨摹簽名實(shí)驗(yàn)

書寫人在熟練掌握套摹他人簽名的基礎(chǔ)上做臨摹練習(xí)，待熟練后選用理想書寫條件，針對(duì)每個(gè)被摹仿簽名臨摹20次，作為1組。

2.3冒寫簽名實(shí)驗(yàn)

為探究書寫人在套摹、臨摹他人簽名時(shí)與正常書寫時(shí)筆力特征的差異，還需采集書寫人正常書寫的被摹仿簽名（即冒寫簽名），作為比較依據(jù)。

在理想書寫條件下，摹仿人依照自身書寫習(xí)慣，針對(duì)每個(gè)被摹仿簽名，自然書寫20次，作為1組。2.4樣本制作

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方案，本實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)30位本科學(xué)生，年齡介于20歲至28歲之間，參與實(shí)驗(yàn)樣本的制作，每人在不同的書寫條件下完成6組簽名，每組20枚，每人總計(jì)書寫簽名120枚。

由于本系統(tǒng)精度較高，紙張本身的褶皺和向下凹陷的紙張格線都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集造成影響。考慮到本次實(shí)驗(yàn)只是系統(tǒng)的初次研發(fā)與探索，在實(shí)驗(yàn)中僅選用平整的空白復(fù)印紙為書寫承受物，并要求志愿者在書寫樣本時(shí)保證紙張平整不被褶皺和污染。各組實(shí)驗(yàn)樣本的詳細(xì)書寫條件見表1。

表1　實(shí)驗(yàn)樣本分類列表

2.5實(shí)驗(yàn)原理

筆跡三維信息提取儀是本文的主要設(shè)備，該設(shè)備能夠準(zhǔn)確提取筆跡的三維數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，具備壓力彩色圖顯、壓痕去墨色圖顯、筆痕深度曲線分析和Z軸極值分析等功能。

3　套摹簽名筆力變化規(guī)律

套摹也稱透光套摹，是把被摹仿字跡墊在下面，根據(jù)透光觀察到的字跡影像逐行逐字逐畫進(jìn)行套寫。因此，相比其他摹仿手法，套摹簽名與本人簽名的形態(tài)最為接近。

3.1壓力彩色圖顯

圖1是被摹仿人書寫和他人套摹的“衛(wèi)”字。從筆畫形態(tài)上看，套摹字跡與本人字跡極其接近，但通過壓力彩色圖可以看到，每位摹仿者的書寫力輕重分布和變化都與被摹仿者不同：摹仿者1筆力幾乎沒有變化，始終維持較大的書寫力，運(yùn)筆死板，是筆力平緩的典型代表；摹仿者2只有剛起筆時(shí)筆力稍大，之后的部分均力量偏?。荒》抡?雖然筆力有輕有重，但筆力分布規(guī)律恰與本人簽名相反。其他摹仿人書寫的套摹簽名均呈現(xiàn)出類似的差異點(diǎn)。由此可知，壓力彩色圖顯能夠直觀地展現(xiàn)出筆力平緩、運(yùn)筆抖動(dòng)等摹仿筆跡的特點(diǎn)。

圖1　“衛(wèi)”字本人簽名與套摹簽名壓力彩色圖顯

3.2Z軸極值分析

每個(gè)簽名樣本經(jīng)攝像頭采集后都以點(diǎn)云矩陣的方式存儲(chǔ)在電腦中，每個(gè)字甚至每一畫都被分解為數(shù)以萬計(jì)的點(diǎn)，想要完全統(tǒng)計(jì)每個(gè)點(diǎn)的Z坐標(biāo)明顯不可行。因此，想通過量化方式掌握筆跡壓痕的變化規(guī)律，應(yīng)當(dāng)首先從海量數(shù)據(jù)中選出價(jià)值較高的數(shù)據(jù)。

三維檢測(cè)軟件Geomagic Qualify可以在簽名筆跡的三維模型與紙平面間做減法，從而獲得筆跡模型中各點(diǎn)與紙平面間的距離，該值小于零時(shí)可以視為該點(diǎn)處紙面凹陷的深度值，大于零時(shí)則視為筆跡兩側(cè)的紙張受力突起后高于紙平面的數(shù)值。通過該軟件得出每個(gè)簽名樣本中最低點(diǎn)和最高點(diǎn)與紙平面的距離（下文簡(jiǎn)稱為Z軸極值），是某一條件下紙張變形程度的最佳體現(xiàn)。

為了探索正常筆跡與套摹簽名筆痕的整體深度關(guān)系，筆者匯總每位書寫人的套摹簽名和冒寫簽名的Z軸極值，分別計(jì)算最高點(diǎn)和最低點(diǎn)平均值，然后對(duì)兩者進(jìn)行比對(duì)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)：套摹簽名紙張向下凹陷和向上凸起的高度明顯高于冒寫簽名，數(shù)十位摹仿者書寫的套摹簽名無一例外。表2列出了4名摹仿者套摹簽名和冒寫簽名的Z軸極值平均值，由于書寫造成紙張變形程度與書寫壓力的大小成正比，故知雖然每位摹仿者在套摹時(shí)書寫力大小不一，但是均明顯大于其冒寫他人簽名的書寫力。

依據(jù)檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)鑒定人普遍認(rèn)為摹仿筆跡的書寫力較正常筆跡輕，原因在于：摹仿者為了使摹仿簽名與被摹仿簽名盡可能地相似，在書寫過程中較為謹(jǐn)慎，不敢發(fā)力，對(duì)書寫工具施加的力量越大越難控制行筆方向，因此只能“輕描淡寫”地完成摹仿動(dòng)作。這一觀點(diǎn)在許多案件中得到了印證，也逐步發(fā)展為鑒定人的共識(shí)。

為此，本作者排除了書寫條件的干擾，確保每位書寫人在相同的書寫條件下套摹和冒寫簽名，所得結(jié)果依然如此。各中原因，有待進(jìn)一步地探索和討論。

表2　套摹簽名與冒寫簽名Z軸極值比較

3.3壓痕深度曲線分析

壓痕深度曲線可以通俗的理解為某一筆畫中各像素點(diǎn)的Z坐標(biāo)構(gòu)成的二維曲線，在平面坐標(biāo)系中表現(xiàn)為：X軸是某一點(diǎn)在選定筆畫中的相對(duì)位置，Y軸是該點(diǎn)的紙張凹陷深度。

在比較過程中，發(fā)現(xiàn)原始簽名和套摹簽名之間存在一些相似之處。例如圖2中顯示的是“衛(wèi)”字最后一橫畫的深度曲線，左邊是本人簽名，右為套摹簽名筆跡。橫字尾部上行，筆力由重到輕，近似于提畫；兩曲線在筆畫轉(zhuǎn)彎之后一點(diǎn)產(chǎn)生差異——套摹筆跡在此處突然加重，而摹本簽名卻平滑過渡；自該點(diǎn)以后的部分，兩者幾乎沒有差別，均呈明顯的上升走勢(shì)。

圖2　“衛(wèi)”字橫畫深度曲線比較

類似的現(xiàn)象在本人簽名與套摹簽名的比較過程中并不少見，分析認(rèn)為這種現(xiàn)象是書寫習(xí)慣共同性的體現(xiàn)。一些被大多數(shù)人共同掌握的書寫習(xí)慣，如撇畫、懸針豎和提筆收筆筆力漸輕，橫畫起筆或收筆頓壓等，均會(huì)在壓痕深度曲線中呈現(xiàn)相似的走勢(shì)，不能簡(jiǎn)單將其判定為同一人的書寫習(xí)慣，而應(yīng)歸結(jié)為社會(huì)共同書寫習(xí)慣。

與此同時(shí)，壓痕深度曲線的對(duì)比過程中也發(fā)現(xiàn)了套摹筆跡與本人筆跡之間筆力分布的差異。如圖3所示，“茹”字女部撇畫與橫畫連筆的深度曲線，左邊是本人簽名，右為套摹簽名。從筆畫形態(tài)上看兩者較為接近，但比對(duì)筆痕的深度布局就發(fā)現(xiàn)諸多差異：曲線中紅線所指處對(duì)應(yīng)上方圖片中紅色箭頭指向的點(diǎn)，摹本簽名在該處筆力加重，而套摹簽名卻與之相反，筆力上揚(yáng)；黑線標(biāo)示處和黑色箭頭所指處對(duì)應(yīng)，兩簽名同樣呈現(xiàn)相反的筆力分布，左圖在拐點(diǎn)處筆力加重，右圖卻變輕。橫向比較摹本書寫人書寫的其他簽名，發(fā)現(xiàn)上述兩點(diǎn)穩(wěn)定體現(xiàn)在每個(gè)簽名之中，是穩(wěn)定的書寫習(xí)慣，但轉(zhuǎn)而比較該摹仿人書寫的其他套摹簽名卻無法在該處得到相同的結(jié)果，證明這兩個(gè)差異點(diǎn)是由不同的書寫力習(xí)慣導(dǎo)致的本質(zhì)差異。

圖3　“茹”字女部壓痕深度曲線比較

總而言之，壓痕深度曲線分析涉及的數(shù)據(jù)信息精細(xì)，可以幫助鑒定人更加深入地比較可疑簽名與樣本簽名之間的筆力分布的細(xì)節(jié)。但是，鑒定人也需學(xué)會(huì)分辯差異點(diǎn)的形成原因和類型，避免武斷判定，做出錯(cuò)誤的鑒定結(jié)論。

4　臨摹簽名筆力變化規(guī)律

臨摹筆跡，是將被摹仿人的字跡置于一旁，邊觀察邊摹仿寫成的字跡。高水平摹仿者既可以做到外形相似，也可以弱化抖動(dòng)彎曲、筆力平緩等摹仿筆跡特點(diǎn)，達(dá)到“以假亂真”的效果。

4.1壓力彩色圖顯

圖4是被摹仿簽名與某位摹仿人臨摹簽名的比對(duì)效果，由圖可知：被摹仿人書寫的“衛(wèi)”字僅第一筆畫筆力大，其他部分均筆力輕，而臨摹的“衛(wèi)”字的筆力有輕—重—輕—重幾次變化；本人書寫的“燕”字口部筆力最輕，但臨摹筆跡“燕”中的口部力量較重，豎畫尤重。

如果鑒定人能夠通過觀察多枚被摹仿人簽名的壓力彩色圖片，從中掌握其筆力分布的大致規(guī)律，就有可能從臨摹簽名中發(fā)掘出筆力分布不符合常規(guī)的特征點(diǎn)，進(jìn)而降低辨別高仿真簽名的難度。

圖4　本人簽名與臨摹簽名筆力分布比對(duì)

4.2Z軸極值分析

表3中記錄的是4名摹仿者書寫的臨摹簽名與冒寫簽名的Z軸極值的平均值，仔細(xì)觀察數(shù)據(jù)可知：前兩位摹仿者臨摹簽名的書寫力度小于冒寫簽名的書寫力，而后兩位卻與前者恰恰相反。本實(shí)驗(yàn)收集到的30人的樣本中，22人臨摹簽名的力度大于冒寫簽名，其余8人與之相反。這一結(jié)果與壓力彩色圖顯的結(jié)果一致，卻與鑒定人的常規(guī)認(rèn)識(shí)相左。

總之，依實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示臨摹他人簽名與正常書寫時(shí)的書寫力變化因人而異，未發(fā)現(xiàn)適用于所有人的共同規(guī)律。

表3　臨摹簽名與冒寫簽名Z軸極值比較

4.3壓痕深度曲線分析

在分析比較被摹仿簽名和臨摹簽名的壓痕深度曲線的過程中，發(fā)現(xiàn)了不少差異點(diǎn)，值得關(guān)注的是，由同一人書寫的數(shù)枚臨摹簽名不僅都與摹本字跡不同，并且相互之間規(guī)律近似。

圖5是將“燕”字的4個(gè)點(diǎn)畫拼接為一條曲線（為方便觀察用紅色線段分隔開）。3幅圖中的臨摹筆跡均由同一人書寫，分別與被摹仿筆跡的點(diǎn)畫對(duì)比。從外形上很難找出明顯的差別，但是深度曲線卻呈現(xiàn)了極為顯著的差異，兩者筆力的大小分布幾乎完全相反，前者由重變輕時(shí)，后者由輕加重，反之亦然。

綜合來講，臨摹簽名與被摹仿簽名的壓痕深度曲線之間存在由書寫習(xí)慣共同性形成的相同之處，也存在諸多差異點(diǎn)，差異點(diǎn)的形成原因可能是摹仿人自身書寫習(xí)慣的體現(xiàn)，也可能是運(yùn)筆抖動(dòng)、停筆待摹等動(dòng)作造成的差異，需結(jié)合其他筆跡特征綜合分析。

圖5　“燕”字四個(gè)點(diǎn)畫拼接曲線的比較

5　小結(jié)

根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在樣本簽名數(shù)量充足的情況下，鑒定人可以按照以下步驟將筆跡三維信息提取分析儀運(yùn)用于筆跡檢驗(yàn)工作：

第一步，分析檢材，采集檢材簽名的三維信息，利用壓力彩色圖顯和筆痕深度曲線尋找簽名中穩(wěn)定存在且價(jià)值較高的特征點(diǎn)，分別標(biāo)注和記錄；

第二步，分析樣本，采集多枚樣本簽名的三維信息，采用與上一步相同的方法發(fā)掘樣本簽名中的三維特征；

第三步，制作包含三維特征的筆跡特征比對(duì)表；

第四步，綜合評(píng)判，分析檢材與樣本之間符合點(diǎn)與差異點(diǎn)的形成原因，全面衡量?jī)烧叩臄?shù)量與質(zhì)量。

［1］劉寧，等.簽名筆跡筆壓特征顯現(xiàn)方法的比較研究［J］.中國(guó)司法鑒定，2014（1）：25-29.

［2］王少仿.筆跡動(dòng)態(tài)特征研究［J］.中國(guó)司法鑒定，2014（6）：59-63.

［3］賈治輝，等.筆跡書寫動(dòng)作節(jié)奏特點(diǎn)及其鑒定價(jià)值［J］.刑事技術(shù)，2014（3）：33-36.

［4］李震.簽名筆跡筆力特征量化分析模型的構(gòu)建［J］.中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（2）：46-48.

（責(zé)任編輯：孟凡騫）

DF794.2

A

2095-7939（2016）03-0066-04

10.3969/j.issn.2095-7939.2016.03.015

2016-02-26

浙江警察學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（編號(hào)：20150643）。

申思（1989-），女，河南開封人，浙江警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系助教，主要從事文件檢驗(yàn)與聲紋鑒定研究。