不同電容屏上的電子簽名筆跡特征規(guī)律*

鄒亦 王相臣 欒儀

（中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110035）

引言

近年來(lái)，電子簽名的使用日益普及，從檢驗(yàn)鑒定的角度研究電子簽名的筆跡特征規(guī)律頗有必要。

電子簽名須使用電子簽名板，電子簽名板按照原理不同可分為三種：電阻屏、電磁屏及電容屏。電阻屏因?yàn)殪`敏度不高早已被淘汰，電容屏和電磁屏使用相對(duì)比較廣泛。電容屏常用在很多工作和交易中，例如：工作確認(rèn)完成、合同簽批等等，近幾年廣泛使用的POS機(jī)也由原來(lái)的電阻屏更換為電容屏。本文主要研究的是電容屏上的電子簽名的筆跡特征規(guī)律。

1 電容屏與電容筆的原理

1.1 電容屏的原理

電容屏也叫電容式觸摸屏，其原理是對(duì)人體的電流進(jìn)行熱感應(yīng)，從而進(jìn)行成像的一類(lèi)電子屏。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，由于人體的電場(chǎng)，手指和導(dǎo)體之間形成了一個(gè)耦合電容，觸摸屏四角上的電極與手指觸點(diǎn)的電流互成比例，利用控制器對(duì)四個(gè)電流的比例進(jìn)行精確計(jì)算，即可得出觸摸點(diǎn)的位置。

電容屏與電磁屏不同，只有筆跡形態(tài)的呈現(xiàn)，并不會(huì)產(chǎn)生任何參數(shù)。

1.2 電容筆的原理

電容觸控筆是利用導(dǎo)體材料（模仿人體）制作的具有導(dǎo)電特性，用來(lái)觸控電容式屏幕完成人機(jī)對(duì)話的輔助裝置，分為主動(dòng)式電容筆和被動(dòng)式電容筆。

主動(dòng)式電容筆內(nèi)部有傳感器，可以吸收和轉(zhuǎn)變電流，通過(guò)與屏幕接觸改變電流來(lái)運(yùn)作，筆尖不需要很粗就可以引起反應(yīng)，精度較高，例如：Apple pencil、M-Pen。

被動(dòng)式電容筆主要是利用導(dǎo)體材料模仿人體（通常是手指）的接觸效應(yīng)，只要筆尖足夠影響電容變化即可，所以筆尖較大、精度差。

本實(shí)驗(yàn)使用的主要是主動(dòng)式電容筆。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

2.1.1 書(shū)寫(xiě)載體

普通書(shū)寫(xiě)紙、iPad Air、iPad2018版、華為M5青春版。

2.1.2 書(shū)寫(xiě)工具

水性筆、手指、iPad2018版原裝筆Apple pencil、華為M5青春版原裝筆M-Pen。

2.1.3 書(shū)寫(xiě)工具規(guī)格參數(shù)

水性筆：晨光黑色水性筆0.5mm。

華為M-Pen：筆尖至筆帽尾部的長(zhǎng)度為134.4mm、直徑為8.5mm、重量約14g、壓力感應(yīng)級(jí)為4096級(jí)。

Apple pencil：筆尖至筆帽尾部的長(zhǎng)度為175.7mm、直徑為8.9mm、重量約20.7g、壓力感應(yīng)級(jí)未知。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣本收集

選定20名在校生為實(shí)驗(yàn)書(shū)寫(xiě)人，書(shū)寫(xiě)工具分別為水性筆、手指、Apple pencil、M-Pen，分別在普通書(shū)寫(xiě)紙（紙質(zhì)）、iPad Air、iPad2018版、華為M5青春版上書(shū)寫(xiě)自己的簽名。其中手指在iPad Air上書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)H，用Apple pencil在iPad2018版上書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)為A，用M-Pen在華為M5青春版上書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)為M。

實(shí)驗(yàn)主要收集每個(gè)實(shí)驗(yàn)書(shū)寫(xiě)人在坐姿狀態(tài)下的3種書(shū)寫(xiě)速度（正常速度、快速、慢速），基于不同的載體每種條件書(shū)寫(xiě)3次，得到樣本720份。

3 結(jié)果與分析

3.1 在不同電容屏上書(shū)寫(xiě)的電子簽名筆跡特征比較

比較不同電容屏之間的電子簽名筆跡特征規(guī)律，為保證條件的唯一性，此處選取正常速度書(shū)寫(xiě)的情況作為比較樣本。

3.1.1 相同點(diǎn)

在三種電容屏上所簽字跡的基本形態(tài)、字間距基本一樣，單個(gè)字的筆順基本保持不變。

3.1.2 不同點(diǎn)

iPad 2018版：Apple Pencil電容筆感應(yīng)最為靈敏，書(shū)寫(xiě)速度快，比iPad Air的連筆特征增多，字跡的筆鋒等細(xì)小特征都可以在簽名中顯現(xiàn)出來(lái)。簽名字跡壓力基本不變，筆畫(huà)粗細(xì)變化較少，多體現(xiàn)在起收筆以及筆畫(huà)連接處。

iPad Air：用手指書(shū)寫(xiě)，因其感應(yīng)不靈敏，在書(shū)寫(xiě)時(shí)要增大書(shū)寫(xiě)壓力，導(dǎo)致字跡字形整體放大，同時(shí)還會(huì)丟失一些細(xì)小筆跡特征（例如：起收筆特征）。

華為M5青春版：M-Pen感應(yīng)能力不如Apple Pencil，書(shū)寫(xiě)水平明顯降低，運(yùn)筆紊亂，連筆增多。少數(shù)人簽名的字行方向還會(huì)有不同程度的向上或向下傾斜。簽名字跡的壓力變化和筆畫(huà)粗細(xì)表現(xiàn)更為明顯。如表1所示。

表1 不同電容屏電子簽名筆跡特征比對(duì)列表

3.2 在電容屏和紙張上書(shū)寫(xiě)的簽名筆跡特征比較

表2 不同電容屏電子簽名筆跡與紙張上簽名筆跡特征比對(duì)表

3.2.1 相同點(diǎn)

雖然載體和書(shū)寫(xiě)工具改變，但是筆順特征基本上沒(méi)有改變。字的寬窄、大小比例基本一致。

3.2.2 不同點(diǎn)

iPad2018版：在iPad2018版上正常速度的書(shū)寫(xiě)簽名與在紙張上快速的書(shū)寫(xiě)簽名字跡的運(yùn)筆形態(tài)最為相似（除了本人簽名有快速的特殊寫(xiě)法）；字行方向與紙張上簽名基本保持一致，基本無(wú)變化；起收筆特征會(huì)比紙張上簽名明顯。

iPad Air：壓力增大導(dǎo)致丟失了較多起收筆特征；筆畫(huà)變短；搭配比例特征也會(huì)有所改變，例如筆畫(huà)的長(zhǎng)短比例、相鄰筆畫(huà)之間的距離；有些筆畫(huà)會(huì)變短或被簡(jiǎn)化，例如“宇”字中“丶”變短或被簡(jiǎn)化為“.”。

華為M5青春版：使用M-Pen在華為M5青春版電容屏上書(shū)寫(xiě)的簽名字跡會(huì)比紙張上簽名略顯潦草，書(shū)寫(xiě)水平有所降低。運(yùn)筆形態(tài)是在三種電容屏上表現(xiàn)最完整的，例如起收筆特征等都能顯現(xiàn)出來(lái)。筆畫(huà)的長(zhǎng)短變化影響著字的寬窄，在華為M5青春版上簽名的某些字中會(huì)出現(xiàn)筆畫(huà)變短的情況，使得簽名中的字也會(huì)隨之變窄。如表2所示。

3.3 不同書(shū)寫(xiě)速度對(duì)不同電容屏電子簽名筆跡特征的影響

書(shū)寫(xiě)速度不同，書(shū)寫(xiě)者呈現(xiàn)出的簽名形式也有所不同。不過(guò)不論是在紙張上還是在電容屏上簽名，有特殊書(shū)寫(xiě)習(xí)慣的人，在快速書(shū)寫(xiě)中都會(huì)使用特殊寫(xiě)法。如圖1所示。例如藝術(shù)字等。對(duì)于沒(méi)有特殊書(shū)寫(xiě)習(xí)慣的人，在快速書(shū)寫(xiě)中只是在正常速度的基礎(chǔ)上加快速度書(shū)寫(xiě)簽名。所以對(duì)于有特殊習(xí)慣書(shū)寫(xiě)的人，只能與紙張上的簽名對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其特征規(guī)律。此處僅討論在不同電容屏上減慢和加速書(shū)寫(xiě)簽名之間的對(duì)比。

圖1 實(shí)驗(yàn)書(shū)寫(xiě)人在iPad 2018版上快速書(shū)寫(xiě)

3.3.1 慢速書(shū)寫(xiě)

iPad 2018版：連筆筆畫(huà)多能較好地反映出來(lái)，運(yùn)筆特征的表現(xiàn)會(huì)比華為M5青春版稍好一些，“朱”字的連筆筆畫(huà)可以如實(shí)反映，“倉(cāng)”字收筆向上提的筆鋒明顯。

iPad Air：由于書(shū)寫(xiě)人的筆畫(huà)有時(shí)難以控制，導(dǎo)致字形偏大，部分起收筆形態(tài)消失，連筆減少，有些筆畫(huà)之間距離變大，如“倉(cāng)”字的“人”字頭。

華為M5青春版：與iPad 2018版近似，連筆筆畫(huà)都能較好地反映出來(lái)，但有些筆畫(huà)的細(xì)節(jié)特征不能很好地表現(xiàn)出來(lái)，如“倉(cāng)”字的第一筆小回勾消失，末筆收筆的提筆筆鋒尖銳感消失。如表3所示。

表3 不同電容屏電子簽名慢速書(shū)寫(xiě)筆跡特征比對(duì)列表

3.3.2 快速書(shū)寫(xiě)

iPad2018版：快速書(shū)寫(xiě)的筆跡普遍比較凌亂，連筆特征明顯，有些筆畫(huà)會(huì)被省略、或變形；起收筆特征明顯。

iPad Air：因手指書(shū)寫(xiě)不夠流暢，所以在快速簽名中會(huì)丟失了一些連筆特征，整體會(huì)比其他兩種電子簽名板顯得更為規(guī)整。如在“周”字的中的“吉”，基本可以看出完整的筆跡形態(tài)，沒(méi)有完全連筆。

華為M5青春版：字形、字間距等與iPad2018版基本一致，但有時(shí)更稍凌亂一些，且不存在在iPad Air上一筆一劃書(shū)寫(xiě)的形態(tài)，運(yùn)筆流暢，起、收筆特征反映不充分。

表4 不同電容屏電子簽名快速書(shū)寫(xiě)筆跡特征比對(duì)列表

4 結(jié)論

4.1 相比于普通紙張，在電容屏上書(shū)寫(xiě)時(shí)，載體和書(shū)寫(xiě)工具都不是日常書(shū)寫(xiě)所經(jīng)常使用的，會(huì)對(duì)書(shū)寫(xiě)的字跡產(chǎn)生一定干擾。所以在普通紙上的簽名比電容屏上的簽名書(shū)寫(xiě)水平更高、字跡相對(duì)工整。而在電容屏上書(shū)寫(xiě)電子簽名時(shí)總是會(huì)丟失一些特征，尤其是用手指在iPad Air上的簽名。

4.2 檢驗(yàn)鑒定時(shí)，應(yīng)了解確認(rèn)檢材筆跡的形成方式。不同的電容屏及不同的書(shū)寫(xiě)工具，其靈敏度和其他參數(shù)均不相同，從而影響了簽名字跡的形態(tài)及特征。本文討論的三種電容屏中，iPad 2018版最為靈敏，華為M5青春版次之；使用Apple Pencil在iPad 2018版上的簽名與在普通紙張上的簽名特征最為相似，而用手指在iPad Air上的簽名則會(huì)丟失較多細(xì)節(jié)特征。