印文油墨的擴(kuò)散過(guò)程研究

李開開

(中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 北京 100038)

0 引言

印章在我國(guó)的使用率較高，犯罪分子往往會(huì)通過(guò)偽造印章印文以達(dá)到偽造文件的目的。因此，印文的蓋印時(shí)間的確定往往成為判定文件真?zhèn)蔚闹匾罁?jù)[1-3]。印文蓋印時(shí)間的確定是當(dāng)今刑事科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題，目前常見的檢驗(yàn)方法主要有：可變性印跡特征法、雙溶劑提取法、顯微分光光度法、轉(zhuǎn)印法、油漬擴(kuò)散法等[4]。利用印文色料油漬擴(kuò)散程度來(lái)對(duì)印文的蓋印時(shí)間進(jìn)行推斷的原理是印章印痕形成于紙張上后，印文油墨中的油脂會(huì)在紙張中逐漸擴(kuò)散，其擴(kuò)散的距離隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。通常印油的擴(kuò)散在前期較為明顯，在后期擴(kuò)散速度較為緩慢[5]。

推斷印文相對(duì)蓋印時(shí)間的難點(diǎn)在于印油的擴(kuò)散過(guò)程會(huì)受到包括印油種類、印油成分、紙張種類、印文保存環(huán)境、印油蓋印量及蓋印力度等多種因素的影響。從印油的種類來(lái)說(shuō)，不同印油按照所采用的溶劑種類不同而分為水性印油和油性印油[6]。水性印油粘稠度大，溶劑易揮發(fā)。因此其擴(kuò)散速度較油性印油慢。在印油成分方面，舊式印泥的附著劑主要是蓖麻油，其油痕較深、擴(kuò)散較明顯。而目前印油廣泛使用合成油脂取代蓖麻油作為附著劑，這種油脂的快速揮發(fā)使得印痕快速固化，其油痕顏色較淡，擴(kuò)散現(xiàn)象不明顯，從而難以對(duì)印油的擴(kuò)散距離進(jìn)行測(cè)量，因此需要利用圖像處理軟件對(duì)油痕圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理[7-12]。

不同種類的紙張由于其紙漿成分、造紙工藝、纖維排列等方面的不同，直接影響印油在紙張中的擴(kuò)散速度，因此有必要探討同一樣品在不同紙張中的擴(kuò)散過(guò)程。此外，印油的擴(kuò)散速度還會(huì)受到印文保存環(huán)境的溫度、濕度及光照強(qiáng)度的影響，通常溫度越高，濕度越小，光照強(qiáng)度越大，印油的擴(kuò)散速度越快，反之亦然。因此需要嚴(yán)格控制印油樣本的保存條件，保證與實(shí)驗(yàn)樣本的保存條件一致，以排除此類環(huán)境因素的干擾。

本研究擬利用油漬擴(kuò)散法，對(duì)不同種類、品牌的印油在兩類紙張上的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行研究。首先，將印文油痕在紫外光下進(jìn)行觀察和拍照，再對(duì)印文進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，使印文的油痕更加清晰。隨后，對(duì)不同蓋印時(shí)間對(duì)應(yīng)的印文擴(kuò)散距離進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行曲線擬合，以獲得印油的擴(kuò)散距離隨時(shí)間變化的規(guī)律，從而為推斷未知樣品印文的相對(duì)蓋印時(shí)間奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、樣品和步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與軟件

本研究使用的實(shí)驗(yàn)儀器與軟件主要包括：

Forster Freeman VSC6000文件檢驗(yàn)儀。該儀器可以選擇光源的波長(zhǎng)及照射角度，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行觀察，同時(shí)也可以調(diào)整放大倍率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)印文形態(tài)特征的拍照固定；

Photoshop CS6圖像處理軟件。對(duì)文檢儀拍照獲得的圖片進(jìn)行調(diào)節(jié)和灰度處理，使印油擴(kuò)散的邊界更加明顯，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)散距離的準(zhǔn)確測(cè)量；

Origin 8.5數(shù)據(jù)分析軟件。本軟件主要有兩大類功能：數(shù)據(jù)分析和繪圖。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以進(jìn)行線性回歸等曲線擬合，通過(guò)繪制散點(diǎn)或線狀圖，可以較為直觀地分析印油的擴(kuò)散距離隨時(shí)間變化的規(guī)律。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

收集不同種類共14種品牌的印油，在A4復(fù)印紙和票據(jù)紙兩種不同的紙張上進(jìn)行蓋印。通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)觀察的時(shí)間內(nèi)，1號(hào)、2號(hào)印油的擴(kuò)散效果很不明顯，因此選擇3～14號(hào)共計(jì)12種印油樣品進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。印油的型號(hào)、外包裝上標(biāo)稱的印油性質(zhì)及生產(chǎn)廠家如表1所示。

表1 印油型號(hào)、性質(zhì)及廠家

將14種印油分別于2017年1月18號(hào)、2月28日進(jìn)行蓋印獲得實(shí)驗(yàn)樣本，于3月28日(即間隔天數(shù)為60天、30天)進(jìn)行統(tǒng)一觀察。然后從中選取擴(kuò)散較為明顯的12種印油，于4月10日蓋印，并于4月11日、12日、13日、14日、17日、20日、25日(即間隔天數(shù)為1天、2天、3天、4天、7天、10天、15天)進(jìn)行觀察。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 印文圖像的獲取

把少許印油倒在印臺(tái)上，以印油覆蓋面積能夠超過(guò)印章面積為準(zhǔn)；用印章蘸取少量印油，在紙張上蓋印形成印文，注意保持蓋印力度和油墨量的一致性。

圖1 365 nm紫外光下放大32倍的印文 (距離蓋印時(shí)間為60天)

將實(shí)驗(yàn)樣本放在文檢儀下，將相機(jī)設(shè)置為自動(dòng)模式，用普通燈光進(jìn)行照射，將實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行32倍放大觀察，觀察印油是否有油脂洇散的情況，從而將印油種類大致區(qū)分為油性印油和水性印油兩種；然后選用波長(zhǎng)為365 nm的紫外光照射印油樣本。首先，將實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行8倍放大，對(duì)其印文全貌進(jìn)行拍照固定；其次，進(jìn)行16倍放大，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本印文的局部進(jìn)行放大觀察；最后，進(jìn)行32倍放大，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本印油洇散局部特征進(jìn)行拍照固定。

1.3.2 利用Photoshop進(jìn)行圖像增強(qiáng)

將圖片導(dǎo)入到Photoshop中，為了加強(qiáng)油痕與印油的反差，需要使用Photoshop中的曲線、色階功能增加印文初始邊界和擴(kuò)散后油痕的反差，利用黑白功能降低油痕的灰度級(jí)[7]。首先打開Photoshop中“圖像”— “調(diào)整”— “曲線”菜單，將鼠標(biāo)放在輸入輸出灰度值為160～170之間的位置上，點(diǎn)擊曲線向下拉，觀察圖片中的反差，直至印文與油痕出現(xiàn)明顯反差，此時(shí)輸出值一般在0～70之間(圖2)。如果對(duì)比仍然不明顯，可以利用色階功能對(duì)圖像進(jìn)行色階調(diào)整，打開Photoshop中“圖像”— “調(diào)整”— “色

階”菜單，發(fā)現(xiàn)其直方圖分布類似于正態(tài)分布，將其高光值降低，中間調(diào)向右移動(dòng)，暗調(diào)值調(diào)高，同時(shí)觀察圖片，直至反差更為明顯(圖3)。

圖2 利用Photoshop調(diào)整曲線的結(jié)果

圖3 利用Photoshop調(diào)整色階的結(jié)果

最后，為了使圖片更加清晰，使用Photoshop的黑白功能來(lái)調(diào)整，打開Photoshop中“圖像”— “調(diào)整”— “黑白”菜單，由于是在紫外燈下進(jìn)行拍照，因此只需調(diào)整其中的“青色”和“藍(lán)色”即可達(dá)到對(duì)比明顯的目的(圖4)。把處理過(guò)的圖片導(dǎo)入到Photoshop中，點(diǎn)擊標(biāo)尺工具，將測(cè)量單位設(shè)置為毫米，勾選“使用測(cè)量比例”，選取質(zhì)量特征較好的特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量(圖5)，由于同一印章不用的特征點(diǎn)印油洇散距離不同，所以應(yīng)注意相同印章選取同一特征點(diǎn)。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并制作表格。

圖4 利用Photoshop調(diào)整為黑白模式后的結(jié)果

圖5 利用Photoshop中的標(biāo)尺工具測(cè)量擴(kuò)散距離

1.3.3 數(shù)據(jù)處理和繪圖

利用origin軟件，以間隔天數(shù)為橫坐標(biāo)，以印油的擴(kuò)散距離為縱坐標(biāo)繪制圖形并進(jìn)行分段擬合。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的分段擬合時(shí)，首先選中第一段數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選取“遮罩- 應(yīng)用”，再點(diǎn)擊“分析- 擬合- 線性擬合”對(duì)圖像的第一段進(jìn)行線性擬合；然后將遮罩去除，選取第二段數(shù)據(jù)，用同樣的方法進(jìn)行線性擬合。最后將所要保存的圖表進(jìn)行輸出保存，點(diǎn)擊“文件- 輸出”菜單，選取保存格式、名稱和位置。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)印油中是否含有油脂成分，可以將印油分為水性印油和油性印油兩類。在蓋印到紙張后，油性印油中的油脂成分會(huì)沿著印文邊緣洇散，呈無(wú)色透明狀，通過(guò)觀察印文邊緣是否有油脂洇散可以把本研究中所涉及的印油分為水性印油和油性印油兩類，分類結(jié)果如表2所示。

表2 印油的分類

2.1 紙張類型對(duì)印油擴(kuò)散過(guò)程的影響

多數(shù)紙張是由含纖維的植物制造而成的，在紙張上蓋印形成印文后，其印油中的物質(zhì)會(huì)隨著紙張中的纖維的紋路擴(kuò)散，由于不同種類的紙張其纖維的密度、排列方式不同，因此印油的擴(kuò)散過(guò)程也會(huì)受到紙張類型的影響。

本研究選用了復(fù)印紙和票據(jù)紙兩類紙張進(jìn)行研究。其中復(fù)印紙紙張纖維密度大，較為細(xì)膩，印油在其中擴(kuò)散速度較慢，相同時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散距離短，顯現(xiàn)出的印文洇散邊緣較為規(guī)整(圖6)。票據(jù)紙紙張纖維密度小，較為粗糙，印油擴(kuò)散速度快，相同時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散距離長(zhǎng)，顯現(xiàn)出的洇散邊緣較為不規(guī)整(圖7)。

圖6 Photoshop處理后3號(hào)印油在復(fù)印紙上的擴(kuò)散圖像(時(shí)間間隔為60天)

圖7 Photoshop處理后3號(hào)印油在票據(jù)紙上的擴(kuò)散圖像(時(shí)間間隔為60天)

利用1.3.2中所述的方法對(duì)不同印油樣品在不同蓋印時(shí)間下的擴(kuò)散距離進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于除8號(hào)、9號(hào)樣品以外的大多數(shù)樣品來(lái)說(shuō)，在同一時(shí)間里票據(jù)紙上印油擴(kuò)散距離符合大于復(fù)印紙上的印油擴(kuò)散距

離的趨勢(shì)，這一結(jié)論在蓋印與測(cè)量間隔時(shí)間從1～60天的范圍內(nèi)始終成立，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由3號(hào)印油的擴(kuò)散距離-時(shí)間相關(guān)曲線可以看出，印油的擴(kuò)散曲線有著明顯的特點(diǎn)：在前期(印文蓋印15天內(nèi))擴(kuò)散速率較快，后期(印文蓋印15～60天)逐漸趨于平緩，然后逐漸不再擴(kuò)散；且在這兩段區(qū)域內(nèi)距離和時(shí)間具有線性關(guān)系，且在擴(kuò)散時(shí)間15天內(nèi)線性關(guān)系良好，如圖8所示。

將所獲得的擴(kuò)散距離數(shù)據(jù)代入到“油痕擴(kuò)散差值百分比”公式中，所獲得的結(jié)果如表4所示。計(jì)算油痕擴(kuò)散差值百分比的目的是利用印文本身的印油擴(kuò)散規(guī)律，來(lái)計(jì)算印文的蓋印時(shí)間。以排除印油的種類、紙張的種類、形成印文時(shí)的主觀因素、以及形成印文后的保存情況對(duì)印油的擴(kuò)散產(chǎn)生的影響，為推斷印文的蓋印時(shí)間提供參考。印文擴(kuò)散百分比在蓋印時(shí)間為1～15天時(shí)有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，在蓋印時(shí)間為15～60天時(shí)有逐漸減小的趨勢(shì)。通過(guò)比較同一印文的印油擴(kuò)散差值百分比可以為推算印文的蓋印時(shí)間提供參考。

表3 印油樣品在復(fù)印、票據(jù)兩類紙張上的擴(kuò)散距離與時(shí)間的關(guān)系

圖8 3號(hào)印油在復(fù)印紙和票據(jù)紙上的擴(kuò)散曲線

油痕擴(kuò)散差值百分比=[(本次測(cè)量的印油擴(kuò)散距離-上次測(cè)量的油痕擴(kuò)散距離)/上次測(cè)量的油痕擴(kuò)散距離]×100%

表4 3號(hào)印油在不同紙張上的油痕擴(kuò)散差值百分比

2.2 不同品牌印油的擴(kuò)散過(guò)程

在2.1工作的基礎(chǔ)上，分別測(cè)量了復(fù)印紙和票據(jù)紙上3～14號(hào)樣品在不同時(shí)間的擴(kuò)散距離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9、圖10所示。從圖中可以看出印油的擴(kuò)散曲線在蓋印時(shí)間為1～15天時(shí)較為陡峭，表明印油在前期擴(kuò)散速率較快。在蓋印時(shí)間為15～60天時(shí)，擴(kuò)散曲線逐漸趨于平緩，表明此時(shí)擴(kuò)散速率較慢。不同品牌印油的擴(kuò)散過(guò)程均符合這一規(guī)律。

圖9 復(fù)印紙上不同品牌印油的擴(kuò)散距離隨時(shí)間的變化

圖10 票據(jù)紙上不同品牌印油的擴(kuò)散距離隨時(shí)間的變化

圖11 3號(hào)印油在票據(jù)紙上擴(kuò)散曲線的分段擬合結(jié)果

圖12 3號(hào)印油在復(fù)印紙上擴(kuò)散曲線的分段擬合結(jié)果

利用origin軟件對(duì)印油的擴(kuò)散曲線進(jìn)行分段線性擬合，可以分別獲得印油擴(kuò)散不同階段的方程及其斜率，3號(hào)樣品在復(fù)印紙和票據(jù)紙上擴(kuò)散曲線的擬合結(jié)果如圖11、圖12所示。利用該方法可以分別獲得在印油擴(kuò)散初始階段和印油擴(kuò)散逐漸達(dá)到平衡時(shí)的擴(kuò)散方程，在有多個(gè)來(lái)源于同一印章、保存條件一致的樣本存在時(shí)，為定量推斷未知樣品的蓋印時(shí)間提供了可能。對(duì)各個(gè)品牌的印油在復(fù)印紙、票據(jù)紙上的擴(kuò)散曲線進(jìn)行擬合之后的斜率如表5、表6所示，可以看出，不論對(duì)于水性印油還是油性印油，其第一段擴(kuò)散曲線的斜率總是明顯大于第二段擴(kuò)散斜率，除7號(hào)樣品外，各樣品第一段擴(kuò)散曲線線性擬合的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.95，表明了擴(kuò)散距離與時(shí)間具有良好的線性關(guān)系。

3 結(jié)論

本研究對(duì)印油的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，分別探討了紙張種類、印油類型、印油品牌對(duì)于其擴(kuò)散速度的影響，并且對(duì)擴(kuò)散距離—時(shí)間相關(guān)曲線進(jìn)行了擬合，定量獲得了不同品牌印油擴(kuò)散曲線的斜率，為印文蓋印時(shí)間的推斷提供理論依據(jù)。主要獲得了以下結(jié)論：

表5 復(fù)印紙上的印油擴(kuò)散曲線分段擬合斜率

表6 票據(jù)紙上的印油擴(kuò)散曲線分段擬合斜率

首先，紙張種類會(huì)影響印油的擴(kuò)散，復(fù)印紙紙張纖維密度大，較為細(xì)膩，在一定時(shí)間內(nèi)印油擴(kuò)散距離短，即擴(kuò)散速度較慢。票據(jù)紙紙張纖維密度小，較為粗糙，在一定時(shí)間內(nèi)印油擴(kuò)散距離長(zhǎng)，即印油擴(kuò)散速度快。其次，印油的種類也會(huì)影響到印油的擴(kuò)散速度，通常水性印油的擴(kuò)散速度慢，擴(kuò)散曲線斜率小。油性印油擴(kuò)散速度快，擴(kuò)散曲線斜率大。不同品牌的印油擴(kuò)散斜率有較大差別。此外，印油的擴(kuò)散隨時(shí)間變化大致可分為兩個(gè)階段，第一階段即蓋印后15天內(nèi)，印油的擴(kuò)散速度快，擴(kuò)散曲線斜率大；第二階段即蓋印后15～60天，印油的擴(kuò)散速度逐漸趨于平緩，擴(kuò)散曲線斜率較小。其擴(kuò)散距離隨時(shí)間變化的曲線符合線性關(guān)系，特別是在擴(kuò)散時(shí)間15天內(nèi)線性關(guān)系良好。因此，對(duì)于環(huán)境條件較好且蓋印時(shí)間不超過(guò)兩個(gè)月，尤其是蓋印時(shí)間不超過(guò)15天的檢材，可以通過(guò)建立擴(kuò)散標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，為準(zhǔn)確判斷印文蓋印時(shí)間提供依據(jù)。