基于顏色數(shù)字化特征的朱墨時序判斷研究

衡 磊， 孟朝陽

(遼寧警察學(xué)院， 遼寧大連 116036)

基于顏色數(shù)字化特征的朱墨時序判斷研究

衡 磊， 孟朝陽

(遼寧警察學(xué)院， 遼寧大連 116036)

目的 建立朱墨時序的量化、數(shù)字化研判方法。朱墨時序判斷的依據(jù)不是基于外觀特征和理化性質(zhì)，而是將肉眼難以辨識的朱墨交疊區(qū)域的顏色特征進行數(shù)字化，從而實現(xiàn)數(shù)字化模式下的朱墨時序科學(xué)研判。方法 采用RGB、Lab兩種顏色模式方法，將顏色信息轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)字，應(yīng)用多元參數(shù)的方法進行顏色表征。采用統(tǒng)計學(xué)的原理和方法對大量的數(shù)據(jù)進行處理，直接得到朱墨時序的判定結(jié)論。結(jié)果 通過黑色簽字筆書寫字跡、打印字跡分別與印泥、印油印文的朱墨時序?qū)嶒灡砻?，只要選定適當(dāng)?shù)念伾Ｊ奖韰?shù)，根據(jù)顯著性差異P值就可以進行朱墨時序的研判。結(jié)論 這種基于顏色數(shù)字化特征的朱墨時序研判方法，為朱墨時序的檢驗提供新方法，為文件檢驗數(shù)字化提供借鑒。

文件檢驗； 朱墨時序； 顏色模式； RGB； Lab

0 引言

目前,朱墨時序的研究和應(yīng)用基于外觀特征和理化性質(zhì)兩個方向。外觀特征是交叉點處色料表觀的顏色變化、層次結(jié)構(gòu)等表觀特征。理化性質(zhì)是指溶解性、光學(xué)特性、吸附能力和化學(xué)成分等[1-2]。檢驗方法包括：光學(xué)(電子)顯微鏡法、電子探針(EPMA)和能譜(EDAX)法[3]、顯微分光光度法[4]、顯微紅外光學(xué)成像技術(shù)[5]、拉曼光譜陣列掃描成像技術(shù)[6-7]、三維光譜法[8-9]、熒光檢測法[10]、剝離法、脫色法[11]等。

各類不同朱墨交疊中，“墨”和“朱”彼此之間存在著程度不同的交融、覆蓋等相互作用，這些內(nèi)在的作用體現(xiàn)在表觀上就是顏色的差異性，這些極微弱的差異性肉眼難以進行辨識。通過數(shù)字化提取過程，將顏色由感官表象轉(zhuǎn)為具體的數(shù)據(jù)。再采用科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法，直接得到研判結(jié)論。

本文采用的是數(shù)字化特征檢驗方法。將顏色特征數(shù)據(jù)化，采用多元參數(shù)表征，用數(shù)據(jù)挖掘原理和方法進行結(jié)果研判，保證結(jié)論的科學(xué)性，有效地避免檢驗者個體原因?qū)е碌钠睢?/p>

1 基本原理

1.1 Lab和RGB顏色模式

Lab和RGB顏色模式是色度學(xué)的理論體系。Lab顏色模式是國際照明委員會(CIE)制定的與設(shè)備無關(guān)的顏色模式。Lab顏色由亮度(或亮度分量L)和兩個色度分量(a和b)構(gòu)成。亮度分量L范圍從0～100，a分量(從綠到紅)和b分量(從藍到黃)范圍為-120～+120。L值決定了顏色的亮度。而色度分量決定了色彩，a值越大,越接近紅色,b值越大,越接近黃色。

RGB是基于自然界紅、綠、藍3種基色光的混合原理，將紅(R)、綠(G)、藍(B)3種光線按照不同數(shù)值進行混合產(chǎn)生圖像的顏色。RGB的取值范圍分別都是0～225。當(dāng)取值都是255時產(chǎn)生純白色，取值都是0時產(chǎn)生純黑色，按照RGB不同的取值組合就可以得到大約1670萬種色彩。

這兩種顏色模式都可以對顏色進行表征，二者之間的區(qū)別在于構(gòu)成不同。Lab模式是由亮度和顏色分量構(gòu)成；紅、綠、藍3種顏色構(gòu)成RGB模式。由于這兩種顏色模式可以表達非常豐富的顏色內(nèi)容，日常所見的色彩，尤其是難以分辨的顏色可以應(yīng)用上述兩種顏色模式表征。由于這兩種顏色模式使用數(shù)字形式進行表達，因此肉眼難以辨識的很接近的顏色，用Lab或RGB模式都能夠有效地進行區(qū)分和辨識。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

由于數(shù)據(jù)復(fù)雜且量大，實驗數(shù)據(jù)處理應(yīng)用SPSS統(tǒng)計分析軟件進行。SPSS軟件是目前國際學(xué)術(shù)界重要的數(shù)據(jù)處理軟件，SPSS能夠通過數(shù)據(jù)挖掘，揭示出不同事物之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)彼此間內(nèi)在的規(guī)律[12-13][14-15]。

在進行“先朱后墨”，“先墨后朱”的研判中，采用的是統(tǒng)計學(xué)中的顯著性檢驗原理。顯著性差異(P值)是統(tǒng)計學(xué)上對數(shù)據(jù)差異性的評價，當(dāng)數(shù)據(jù)之間有了顯著性差異，就說明參與比對的數(shù)據(jù)不是來自同一總體，而是來自有差異性的兩個不同總體。統(tǒng)計學(xué)上差異性技術(shù)標準(P值)是，P>0.05差異性不顯著，0.01

由于分析樣本的數(shù)據(jù)是非連續(xù)型的級數(shù)類，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的分布特點，采用非參數(shù)檢驗法。根據(jù)檢驗樣本差異的兩組樣本之間的關(guān)系，選擇獨立樣本模式。

2 材料與方法

2.1 實驗器材

EPSON office 510掃描儀(精工愛普生株式會社，菲律賓)；HP P1106激光打印機(惠普中國有限公司，中國)；歐標Mate-1印油印臺(上海辦公伙伴貿(mào)易發(fā)展有限公司，上海)；工字681印泥(上海汽槍廠，上海)；得力思達6600ES中性筆(得力集團有限公司，寧波)；Photoshop軟件(Adobe公司，美國)；SPSS 19軟件(SPSS公司，美國)。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗樣本制作

用上述實驗器材，分別制作印油、印泥和簽字筆字跡，印油、印泥和激光打印字跡形成的不同朱墨時序的樣本。本實驗首先選擇不同的“墨”與不同的“朱”之間分別形成的樣本，其中，“墨”選擇了12種簽字筆，一種激光打印機，“朱”分別選擇印泥和印油。文中所體現(xiàn)只是其中的一個樣本數(shù)據(jù)。這12種簽字筆如表1所示。

表1 簽字筆品牌型號

2.2.2 樣本掃描

將樣本進行掃描，掃描分辨率1 200 dpi，圖像類型設(shè)置為24位全彩。掃描中要進行覆蓋遮蔽，避免由于光照不均勻在數(shù)據(jù)采集中所帶來的背景干擾。掃描文件存儲為JPEG格式。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集方法

將掃描圖片在Photoshop的“導(dǎo)航器”中設(shè)置為60%，圖像調(diào)整為16位/通道，顏色模式分別設(shè)置為Lab，RGB模式。采用“吸管工具”進行采樣，取樣大小為3×3像素平均。選取朱墨交疊區(qū)域，用上述方法選取任意50～80個位置分別采集Lab，RGB不同的顏色模式條件下的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 Lab顏色模式數(shù)據(jù)的采集和處理分析

在朱墨交疊區(qū)域隨機對50個位置進行Lab數(shù)據(jù)的采集，在朱墨不同的時序兩個樣本分別采集50組數(shù)據(jù)，其中1標號的是“先墨后朱”，2標號的是“先朱后墨”(下面實驗標號相同)。應(yīng)用SPSS19對數(shù)據(jù)進行Mann-Whitney檢驗。

3.1.1 黑色書寫字跡與印油印文的朱墨時序的檢驗

Mann-Whitney檢驗結(jié)果包括秩表2和檢驗統(tǒng)計量表3。表2中L，a，b的秩均值一組大一組小，說明朱墨時序不同的兩組樣本總體可能不同。進一步的檢驗統(tǒng)計量中L、a、b的漸進顯著性分別是0.374，0 和0 。其中a和b的漸進顯著性均小于0.05，說明檢驗的兩組不同時序的數(shù)據(jù)中，a和b的這兩個色度分量存在著顯著性差異，可以通過Lab色彩模式中a和b的色度分量數(shù)據(jù)，判定朱墨時序。而L的P>0.05，沒有統(tǒng)計學(xué)意義，朱墨交疊區(qū)域的明度沒有顯著差異。

表2 秩

表3 Mann-Whitney檢驗統(tǒng)計量

3.1.2 黑色書寫字跡與印泥印文的朱墨時序的檢驗

Mann-Whitney檢驗結(jié)果包括秩表4和檢驗統(tǒng)計量表5，秩均值有差異，說明朱墨時序不同的兩種樣本總體可能不同。進一步的檢驗統(tǒng)計量中L,a這兩項數(shù)據(jù)組的漸進顯著性P<0.05，不同的朱墨時序中L和a兩項參數(shù)具有顯著性差異，而b參數(shù)沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

表4 秩

表5 Mann-Whitney檢驗統(tǒng)計量

朱墨時序所呈現(xiàn)的顏色，是紅色的印文和黑色的字跡彼此疊加交融的效果，影響其外觀顏色的因素有：先后時序，印文材料和書寫材料的融合性能，文件形成的時間等。不同時序條件下所形成的顏色差異性非常小，用肉眼難以對顏色的微弱差異進行分辨。因此，采用數(shù)字化的顏色分析方法，將顏色分解為不同的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計學(xué)的計算結(jié)果，可以直接進行朱墨時序研判。突破了肉眼對于顏色辨識的局限性，以及人為因素對檢驗結(jié)論的影響。

黑色書寫字跡和印油印文形成的朱墨文件的Lab顏色模式中，L亮度分量數(shù)據(jù)沒有差異性，而a和b這兩個色度分量的數(shù)據(jù)具有明顯差異，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的計算結(jié)論，可以作為黑色書寫字跡與印油印文朱墨時序的研判數(shù)據(jù)。而黑色書寫字跡和印泥印文形成的朱墨文件的Lab顏色模式中，作為朱墨時序判斷的數(shù)據(jù)是L和a。這說明黑色書寫字跡和印油、印泥形成的朱墨顏色特征不同。印油形成的不同時序的朱墨區(qū)域，亮度相同，而色度不同，可以根據(jù)色度數(shù)據(jù)進行時序的研判。印泥形成的不同時序的朱墨區(qū)域亮度和從綠色到紅色區(qū)域的色度都不同，只是從藍色到黃色部分沒有差異，可以根據(jù)朱墨交疊部分的亮度L和a(從綠色到藍色的色度)進行朱墨時序的研判。利用Lab顏色模式，將顏色進行數(shù)據(jù)量化，通過統(tǒng)計處理方法，直接得朱墨時序的科學(xué)研判結(jié)論。

3.1.3 激光打印字跡與不同印文的朱墨時序檢驗

激光打印字跡采樣是在朱墨交疊區(qū)域隨機對80個位置進行Lab數(shù)據(jù)的采集，在朱墨不同的時序兩個樣本分別采集80組數(shù)據(jù)。表6是打印字跡分別與印泥和印油形成的朱墨時序的Mann-Whitney檢驗結(jié)果中漸進顯著性數(shù)據(jù)。

表6 Mann-Whitney檢驗P值

表6中Lab各組參數(shù)的P值，均小于0.05，這表明激光打印字跡無論與印泥還是印油形成的朱墨，不同的時序間具有極顯著的差異性。

3.2 RGB數(shù)據(jù)的采集和處理分析

在朱墨交疊區(qū)域隨機對80個位置進行RGB參

數(shù)的采集，在兩種不同的時序分別采集80組數(shù)據(jù)，其中1標號的是“先墨后朱”，2標號的是“先朱后墨”。應(yīng)用SPSS19對數(shù)據(jù)進行Mann-Whitney檢驗。

3.2.1 黑色書寫字跡與印油印文的朱墨時序的檢驗

Mann-Whitney檢驗結(jié)果包括秩表7和檢驗統(tǒng)計量表8。秩均值存在差異說明二者樣本總體可能不同。進一步檢驗R，G ,R+G+B，R/R+G+B，G/R+G+B，B/R+G+B的P<0.05，通過上述各組數(shù)據(jù)的比較，不同的朱墨時序具有顯著性差異。黑色書寫字跡與印油印文的朱墨時序，可以通過R，G,R+B+G，R/R+G+B，G/R+G+B，B/R+G+B這些數(shù)據(jù)進行研判。

表7 秩

表8 Mann-Whitney檢驗統(tǒng)計量

3.2.2 黑色書寫字跡與印泥印文的朱墨時序的檢驗

檢驗結(jié)果包括秩表9和檢驗統(tǒng)計量表10。秩均值存在差異，說明二者樣本總體可能不同。進一步檢驗結(jié)果表明所有參數(shù)的P都小于0.05，RGB檢驗參數(shù)對印泥印文與書寫字跡的朱墨時序檢驗是一種很有效的方法。

表9 秩

3.2.3 激光打印字跡與印泥、印油印文的檢驗

在激光打印和不同印文朱墨交疊區(qū)域隨機對80個位置進行RGB數(shù)據(jù)的采集，在朱墨不同的時序兩個樣本分別采集80組數(shù)據(jù)，用SPSS 19進行處理。表11是激光打印字跡分別與印泥、印油交疊區(qū)域的RGB參數(shù)P值。

R，G和G/R+B+G，B/R+G+B數(shù)據(jù)的P值均小于0.05，激光打印和印泥印油形成的朱墨時序，可以采用上述幾類參數(shù)進行時序的判斷。

4 結(jié)語

通過大量的實驗數(shù)據(jù)表明，這種“先朱后墨”或“先墨后朱”的顏色數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征具有穩(wěn)定性?；诓煌炷珪r序交疊區(qū)域顏色的Lab和RGB數(shù)據(jù)，采用Mann-Whitney檢驗方法，依據(jù)顯著性差異P值，直接利用統(tǒng)計學(xué)結(jié)果對印油、印泥與書寫字跡、激光打印字跡形成的朱墨時序進行科學(xué)研判。

激光打印字跡形成的朱墨時序中，相對RGB顏色模式，其Lab模式的3個參數(shù)都具有明顯差異性，可以根據(jù)L,a,b的具體數(shù)據(jù)，通過Mann-Whitney檢驗結(jié)論，直接進行朱墨時序的判斷。

黑色字跡與印泥、印油印文形成的朱墨時序中，采用RGB顏色模式數(shù)據(jù)的分析，針對不同分析對象，有的數(shù)據(jù)需要進行加和處理，有的則需要比值處理。所有的數(shù)據(jù)都可以通過統(tǒng)計結(jié)論直接對分析對象進行研判，也可以根據(jù)印文的材料分別采用Lab顏色模式的L和a數(shù)據(jù)(印泥)，a和b數(shù)據(jù)(印油)進行研判。

表10 Mann-Whitney檢驗統(tǒng)計量

表11 檢驗統(tǒng)計量(P值)

文件檢驗的量化、數(shù)字化以及文件檢驗方法的科學(xué)研判是一個不斷探索的過程。本文針對朱墨時序進行檢驗的依據(jù)是定量分析，研判結(jié)論更為客觀，避免了檢驗者個體主觀因素對結(jié)論的影響，為文件檢驗數(shù)字化進程提供了借鑒。

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(責(zé)任編輯 于瑞華)

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目“基于數(shù)據(jù)挖掘的朱墨時序研判方法研究”(L2015247)。

衡 磊(1967—)，女，遼寧大連人，碩士,教授。研究方向為刑事技術(shù)。

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