反射變換成像技術(shù)在打印變?cè)煳募械膽?yīng)用

吳曉 林紅

摘 要 在文件檢驗(yàn)工作中，檢驗(yàn)人員時(shí)常會(huì)遇到鑒別打印變?cè)煳募@類案件。關(guān)于打印變?cè)煳募惏讣杏幸活愄厥獍讣?，即在已?jīng)簽名的紙張背面重新打印修改過的內(nèi)容，偽造出一份新的文件，這就涉及到打印內(nèi)容與簽名的時(shí)序問題，檢驗(yàn)人員對(duì)判斷是先打印后簽名還是先簽名后打印的時(shí)序問題難以下結(jié)論，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法難以將文件背面筆跡壓痕與打印文字交錯(cuò)部位的細(xì)節(jié)特征清晰呈現(xiàn)出來，本文將利用反射變換成像（Reflectance Transformation Imaging，簡(jiǎn)稱RTI）技術(shù)來顯現(xiàn)筆跡壓痕與打印文字交錯(cuò)部位的細(xì)節(jié)特征，此方法可有效提高清晰度，將特征的三位形態(tài)清晰顯現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 文件檢驗(yàn) 反射變換成像 添加打印變?cè)煳募?筆跡壓痕

中圖分類號(hào)：DF794.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.027

Abstract In the document inspection work， the inspector often meets the case of identifying the printing and changing documents. There is a kind of special cases about print forged document cases， i.e. changes in the back has signed paper to print the contents， forge a new document， which relates to the content and timing issues printed signature， inspection personnel to determine the first printed signature is the signature print timing problem to the conclusion， this is because it is difficult for the traditional method of file and print text goes back indentation handwriting parts of the details clearly presented， this paper will use reflection transform imaging （Reflectance Transformation Imaging， referred to as RTI） technology to show the details and features of handwriting indentation print text staggered position， this method can effectively improve the clarity of the three morphological features clear.

Keywords document inspection； reflection transform imaging； add print file； handwriting indentation

0 引言

打印變?cè)煳募猩婕暗胶灻c打印時(shí)序問題的案件是目前各類文檢案件中較難處理的一類案件，主要因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀測(cè)壓痕的方法，如側(cè)光紅外影像法、靜電壓痕顯現(xiàn)法、顯微圖像三維重建法等都無法展現(xiàn)出壓痕的紋理細(xì)節(jié)，因而文檢人員就無法觀察到先簽名后打印與先打印后簽名的添加變?cè)煳募诠P壓痕跡與打印文字交匯處的細(xì)微區(qū)別。本研究摒棄了傳統(tǒng)觀測(cè)方法，將采用計(jì)算攝影方法（Computational Photographic）中的反射變換成像技術(shù) （Reflectance Transformation Imaging，簡(jiǎn)稱RTI）來顯現(xiàn)不同簽名時(shí)序的變?cè)煳募泄P跡壓痕與打印文字交匯處的三維形態(tài)特征，此特征將為文檢人員的鑒定過程提供一定的幫助，提高鑒定結(jié)論的可靠性。

反射變換成像技術(shù)是一種數(shù)字圖像技術(shù)，它基于數(shù)字?jǐn)z影和表面反射成像模型（Lambertian模型和Phone模型），通過記錄和處理被攝物體的顏色信息和表面紋理信息，獲得的影像比單張攝影圖像信息豐富，適用于非透明、非金屬、表面漫反射的物體。傳統(tǒng)意義上，攝影圖像通過光與投影來反映立體形態(tài)，每個(gè)像素值記錄顏色（灰度）信息。與傳統(tǒng)攝影不同，RTI的每一個(gè)像素不僅記錄物體顏色信息，還記載物體表面法向量信息。Adobe Photoshop等圖像處理軟件可以運(yùn)用數(shù)學(xué)變換來增強(qiáng)圖像中像素和像素間的對(duì)比度、銳度、色調(diào)等，而RTI技術(shù)不僅處理圖像像素的RGB顏色信息，也對(duì)表面法向量進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，兩者可以一同處理， 也可以分別進(jìn)行處理。[1]

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣本制作

筆者使用黑色中性筆在多張背面印有文字內(nèi)容的A4打印紙上簽寫自己的名字，以及在多張空白A4紙上先簽下自己名字再在背面打印上文字。書寫紙下襯墊物為一疊打印紙。一共制作了十二份實(shí)驗(yàn)樣本。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）硬件：Canon EOS 6D相機(jī)、SIGMA微距鏡頭（105mm F2.8）、文件翻拍架、RTI設(shè)備主機(jī)、遙控器、快門連接線、壓紙板、14cm穹頂燈臂（LED光源）、直徑2mm黑色陶瓷珠。

（2）軟件： Adobe Photoshop CS6、RTIbuilder、RTIviewer。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先設(shè)置相機(jī)參數(shù)：手動(dòng)對(duì)焦，光圈選為F8，快門為1/80秒，感光度為400，圖片存儲(chǔ)格式為RAW。相機(jī)參數(shù)設(shè)置完成后，將Canon相機(jī)以鏡頭垂直與被攝物體表面的方式固定在翻拍架上，用快門連接線將RTI設(shè)備遙控器與相機(jī)連接，用以控制相機(jī)操作。將穹頂狀光源定位架放置在相機(jī)與被攝物之間，并將相機(jī)鏡頭盡可能置于定位架中間。

將設(shè)備安置好之后使用遙控器控制相機(jī)快門，采集拍攝48張格式為RAW的簽名筆跡背面的筆跡壓痕圖像，使用Photoshop CS6軟件轉(zhuǎn)換成JPEG格式圖像。將48張照片導(dǎo)入RTIbuilder軟件合成RTI影像，經(jīng)過Highlight Based（HSH Fitter）模式進(jìn)行算法合成，再通過RTIviewer軟件觀察和處理影像，在“鏡面反光增強(qiáng)”（Specular Enhancement）模式下移動(dòng)虛擬光源按鈕來觀察最佳立體效果，直至獲得最清晰的筆跡壓痕圖像，并通過“法向量可視化” （Normal Visualization）模式合成表面三維圖像。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 使用RTI技術(shù)觀察比較筆跡壓痕與打印文字交叉部位

RTI技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，與傳統(tǒng)觀測(cè)方法相比較，它能夠捕捉被攝物表面細(xì)微的三維形態(tài)，其中一個(gè)具有高價(jià)值的功能就是法向量可視化模式。法向量是數(shù)學(xué)中空間解析幾何的概念，RTI技術(shù)是將二維圖像每個(gè)像素點(diǎn)上建立垂直于該平面的矢量，使原有的二維圖像轉(zhuǎn)化為更立體的三維圖像，由此，可以使用法向量來表現(xiàn)這個(gè)平面的朝向。RTI影像的合成需要來自同一被攝物的幾十張數(shù)字?jǐn)z影照片的數(shù)據(jù)，每一個(gè)光位獲得一張照片，再通過RTIviewer軟件中的法向量可視化模式，將每個(gè)像素的法向量進(jìn)行偽彩色渲染，將“淺浮雕類”物體的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)得更加豐富，而實(shí)驗(yàn)中筆跡壓痕和打印的文字都屬于“淺浮雕類”。同時(shí)，這種偽彩色渲染是分別使用紅、綠、藍(lán)色顯示每個(gè)像素點(diǎn)上法線的X、Y和Z軸，用以表示每個(gè)像素點(diǎn)的表面朝向，能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)紙張上壓痕的真實(shí)三維形態(tài)。反射變換成像技術(shù)克服了傳統(tǒng)觀察方法的局限性，能夠使被攝物表面結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)更清晰地展現(xiàn)出來。

圖1并列了兩張法向量可視化模式下顯現(xiàn)的文字細(xì)節(jié)，通過軟件將文字放大之后，可以更清晰的看見兩個(gè)打印文字與筆跡壓痕交叉處的區(qū)別，即圓圈標(biāo)注處。圖1左圖為先打印再在文件背面簽字的文件，可以看出與壓痕交叉處的文字筆畫是凸起且彎曲的，具有一定弧度，圖1右圖為先簽字后打印文件，可以看出圖中與壓痕交叉處的文字筆畫雖然也凸起但是并沒有彎曲，為了更明顯地區(qū)分兩張圖中交叉處筆畫的差別，用黑色線條將交叉處的彎曲程度標(biāo)注出來，以便對(duì)比。造成這種區(qū)別的原因在于先打印后（在紙張背面）簽字會(huì)對(duì)墨粉造成直接壓力，使平整的墨粉受壓凸起變形，如果相機(jī)倍數(shù)足夠大，還可以觀察到由于筆尖壓力作用造成的字跡筆畫邊緣的墨粉有沿著壓痕方向被“帶出”的痕跡，而先簽字后打印文件則不會(huì)有此現(xiàn)象，這是因?yàn)槟壑苯哟蛴〉焦P跡壓痕上，同時(shí)岀紙輪的壓力作用也會(huì)將筆跡壓痕相對(duì)壓淺一些，使壓痕相對(duì)平整一些，所以觀察不到墨粉被壓痕“帶出”的現(xiàn)象。

2.2 關(guān)于運(yùn)用RTI技術(shù)鑒定添加打印變?cè)煳募木窒扌缘挠懻?/p>

雖然RTI技術(shù)在觀測(cè)壓痕細(xì)節(jié)方面相較于傳統(tǒng)方法有很大進(jìn)步，但是并非所有打印變?cè)煳募暮灻麜r(shí)序問題這類案件都能使用RTI技術(shù)解決，我們應(yīng)該看到RTI技術(shù)在一些案件上的局限性。根據(jù)幾組不同樣本的顯現(xiàn)效果發(fā)現(xiàn)RTI技術(shù)并非對(duì)所有深淺壓痕的顯現(xiàn)效果都能做到非常清晰，對(duì)于低倍鏡頭拍攝的影像和極淺的壓痕（如圖2、圖3）的觀測(cè)并不理想。

圖4紅色圓圈內(nèi)為壓痕與打印字跡筆畫交匯處，可以看出細(xì)節(jié)的表現(xiàn)效果并不好，無法看出先簽字后打印變?cè)煳募奶攸c(diǎn)，這是由于筆跡壓痕過淺，所用相機(jī)的分辨率無法滿足RTIviewer軟件對(duì)此類深淺壓痕的觀測(cè)要求，壓痕越淺對(duì)相機(jī)分辨率的要求也就越高，但是當(dāng)壓痕極淺時(shí)，先簽字后打印文件與先打印后簽字文件的區(qū)別特征本身就不明顯，即使鏡頭倍數(shù)夠高也無法使用RTI技術(shù)進(jìn)行鑒定，所以使用RTI技術(shù)鑒別打印變?cè)煳募@類案件上具有一定的局限性。

3 結(jié)論

將RTI技術(shù)應(yīng)用到打印變?cè)煳募臋z驗(yàn)中，可有效的幫助文檢人員解決類似于鑒定簽名時(shí)序這類疑難案件，為文檢人員提供更科學(xué)的依據(jù)和手段。同時(shí)，RTI技術(shù)的配套設(shè)備攜帶方便，軟件操作簡(jiǎn)單，便于文檢人員學(xué)習(xí)使用，它可以做到傳統(tǒng)觀測(cè)方法，比如測(cè)光觀測(cè)法做不到的方面。RTI技術(shù)能夠更細(xì)致更立體地顯現(xiàn)物體的表面紋理，能夠更有效地顯現(xiàn)筆跡壓痕、打印的字跡等“淺浮物體”的特征更有效，但同時(shí)我們也應(yīng)注意到RTI技術(shù)的局限性，它對(duì)客觀條件也有一定的要求，例如在拍攝過程中要確保相機(jī)與光源設(shè)備的穩(wěn)定以及壓痕越淺對(duì)相機(jī)像素要求就越高等。RTI技術(shù)在文件檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用具有進(jìn)步性和不可替代性，具有很大的發(fā)展空間，有待進(jìn)一步開發(fā)利用，為更多類案件服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉寧.運(yùn)用反射變換成像技術(shù)顯現(xiàn)黑色簽名字跡書寫筆壓[J].刑偵技術(shù)，2015（5）：32-34.