激光打印字跡與書寫字跡形成時序研究

吳 曉，王長亮

（1.廣東南天司法鑒定所，廣東 深圳 518000；2.上海市刑事科學(xué)技術(shù)研究院，上海 200000）

隨著激光打印機(jī)成為人們?nèi)粘＾k公機(jī)具，激光打印文件成為當(dāng)前文件的主要存在形式，辦案機(jī)關(guān)在工作中越來越多地遇到涉及偽造、變造文件的案件，對文件各部分內(nèi)容形成時序的判定有助于確認(rèn)該份材料是否存在偽造、變造事實(shí)，其中書寫字跡與激光打印字跡形成時序的判定一直是困擾鑒定人的技術(shù)難點(diǎn)，因?yàn)橐环莺贤募泻灻舟E往往由黑色簽字筆書寫，其墨跡顏色與激光打印字跡均為黑色，對鑒定產(chǎn)生一定的視覺干擾[1]。因此，本文運(yùn)用反射變換成像技術(shù)（以下簡稱“RTI 技術(shù)”）對激光打印字跡與書寫字跡形成時序問題進(jìn)行研究，用不同粗細(xì)黑色簽字筆以較輕和較重的筆壓分別與激光打印字跡進(jìn)行筆畫交叉實(shí)驗(yàn)，分析交叉部位的特征，為涉案文件中兩種字跡交叉時序的檢驗(yàn)提供分析依據(jù)。

一、反射變換成像技術(shù)原理和優(yōu)勢

RTI 技術(shù)是計算攝影方法中的一種，它基于數(shù)字?jǐn)z影和表面反射成像模型，通過記錄和處理被攝物體的顏色信息和表面紋理信息，獲得比單張攝影圖像信息更豐富的影像。RTI 組成設(shè)備由一組可 360 度旋轉(zhuǎn)的穹頂光源及一部高倍微距攝像機(jī)組成，記錄不同光照方向下形成的影像圖片，一般為36 張或48 張，拍攝環(huán)境為暗場條件。拍攝完成后，產(chǎn)生了一組由不同高光和陰影交錯組成的同一物體的圖像[2-3]。將上述原始圖片導(dǎo)入RTI builder 軟件，并對物體的入射光線和反射光線信息加以算法合成，生成關(guān)于物體表面每一像素的算法模型，即法向量反射函數(shù)，然后通過對被攝物重新進(jìn)行交互式布光，最終實(shí)現(xiàn)多組影像再現(xiàn)。將采集到的物體表面多個反射方向上的光信號進(jìn)行編碼，計算圖像中每個像素上反射光的反射函數(shù)，進(jìn)而計算出反射函數(shù)的系數(shù)，最后得到整個物體表面的3D 信息。

1.對被拍攝物體的尺寸適用范圍廣，且為無損檢驗(yàn)。RTI 技術(shù)對于被拍攝物體的尺寸適用范圍較廣，能夠?qū)崿F(xiàn)目前大多數(shù)3D 掃描儀無法達(dá)到的采樣密度和精度。

2.多種視圖模式，細(xì)節(jié)顯現(xiàn)清晰。RTI 技術(shù)中的法線可視化模式（RTI viewer 軟件中重要的一個功能）可以完美排除掉顏色（黑色）的干擾，更清晰地顯現(xiàn)激光打印字跡與書寫字跡交叉部位的細(xì)節(jié)特征。

3.補(bǔ)充文檢在證據(jù)方面的不足，為鑒定人出庭提供有力的技術(shù)支持。文件檢驗(yàn)中常用的一些檢驗(yàn)手段和方法主要依靠檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏量化性和科學(xué)性，RTI 技術(shù)在一定程度上解決了上述難題，為鑒定人出庭提供科學(xué)的技術(shù)支持和客觀、直觀的可視化證據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）材料與設(shè)備

1.材料：0.38 mm、0.5 mm、1.0 mm 筆尖晨光牌中性筆、Double A 復(fù)印紙（80 g）。

2.硬件：Canon EOS 6D 相機(jī)、SIGMA 微距鏡頭（105 mm 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、14 cm 穹頂燈臂（LED 光源）、直徑2 mm 黑色陶瓷珠、DT V3.1 RTI 智能成像系統(tǒng)、筆記本電腦、佳能（Canon）激光打印機(jī)。

3.軟件：Adobe Photoshop CS6、RTI builder、RTI viewer。

（二）實(shí)驗(yàn)方法

1.制作每組實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)樣本。在載有激光打印字跡的紙張上用不同粗細(xì)的黑色簽字筆分別以較輕和較重兩種筆壓書寫字跡，并且書寫字跡與激光打印字跡存在交叉部位。在空白紙張上先用不同粗細(xì)的黑色簽字筆分別以較輕和較重兩種筆壓書寫上字跡，然后經(jīng)過激光打印機(jī)打印，且打印字跡與書寫字跡之間存在交叉部位。

2.將實(shí)驗(yàn)樣本置于 RTI 主機(jī)設(shè)備拍照區(qū)間內(nèi)，用DTV3.1 RTI 智能成像系統(tǒng)及高倍微距鏡頭進(jìn)行拍攝，將待觀察部分位于鏡頭中央并對焦，均只對兩組實(shí)驗(yàn)樣本中的交叉部位進(jìn)行拍攝，拍攝張數(shù)為36 張，獲得照片組后將其導(dǎo)入RTI builder 軟件進(jìn)行RTI 圖像處理，將處理后得到的圖片通過RTI viewer 軟件進(jìn)行觀察。

3.提取放大RTI 圖像，以便觀察交叉部位細(xì)節(jié)特征，對不同形成時序下細(xì)節(jié)特征進(jìn)行總結(jié)，分析影響因素及各因素對細(xì)節(jié)特征的影響程度。

4.分析每組實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對呈現(xiàn)出的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行描述刻畫，通過比對不同時序下交叉部位細(xì)節(jié)特征的差異，總結(jié)RTI 技術(shù)能否有效的運(yùn)用在此類文檢鑒定中。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

（一）激光打印字跡與書寫字跡形成時序的檢驗(yàn)

RTI 法向量模式可以計算出每一像素的表面法向量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行偽彩色渲染，創(chuàng)建一幅描繪表面三維形態(tài)的影像。RTI 鏡面反射增強(qiáng)模式可以通過調(diào)節(jié)反光強(qiáng)度、飽和度以及反射光斑大小來增強(qiáng)圖像鏡面反射光效果。經(jīng)過RTI 軟件去色處理和法向量計算后的圖像，排除了黑色和光線的干擾，更加突出激光打印字跡與書寫字跡交叉部位的細(xì)節(jié)特征。

1.先打印后書寫的情況下，交叉部位打印字跡的表觀特征表現(xiàn)為筆畫連貫性被破壞，墨粉顆粒存在被筆尖劃破、刮蹭、碾壓的痕跡（圖1）。

圖1 先打印后書寫情況下交叉部位表觀特征

當(dāng)筆尖經(jīng)過打印字跡時會對其施加作用力，這個力既有垂直也有平行于紙面方向的，表現(xiàn)效果即為碾壓、刮蹭、劃破墨粉顆粒。但是，當(dāng)筆壓較輕時，墨粉顆粒被碾壓、刮蹭、劃破的效果遠(yuǎn)不如筆壓大時明顯，甚至可能僅有輕微的碾壓痕跡而無明顯刮蹭、劃破的痕跡，表現(xiàn)為書寫墨跡覆蓋于打印字跡之上。由此可以看出，筆壓對交叉部位的特征反映及觀測效果有重要的影響。2.先書寫后打印的情況下，交叉部位打印字跡的表觀特征表現(xiàn)為筆畫連貫性完整，無“斷裂”現(xiàn)象，墨粉顆粒平整地覆蓋在筆痕凹陷處。將交叉部位與未交叉部位的墨粉顆粒進(jìn)行對比，觀察到墨粉顆粒的形態(tài)并無明顯差異，但高度差明顯不同（圖 2）。筆跡凹痕先于打印字跡形成于紙張表面，后形成的打印字跡無筆尖的外力破壞，因此其筆畫連貫性保持完好，經(jīng)熱定影吸附在筆痕凹陷處與紙張空白處的墨粉顆粒不在同一個水平面上，視覺上可觀察到二者的高度差。

圖2 先書寫后打印情況下交叉部位表觀特征

（二）筆尖粗細(xì)對檢驗(yàn)交叉部位形成時序的影響

本次實(shí)驗(yàn)選取市面上常用的三種不同粗細(xì)筆尖的簽字筆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即0.38 mm、0.5 mm、1.0 mm。筆尖粗細(xì)程度對交叉部位的表觀特征以及觀察效果有一定影響，主要表現(xiàn)為筆尖越細(xì)對墨粉顆粒、紙張纖維的破壞力越強(qiáng)，筆痕邊緣越鋒利[4]。

1.先打印后書寫的情況下（圖 3），筆尖越細(xì)筆痕邊緣紙張纖維斷裂的情況越明顯，筆痕邊緣越銳利、鮮明、界限感強(qiáng)。相同筆壓下，較細(xì)筆尖對墨粉顆粒的刮蹭、劃破痕跡更明顯，即打印字跡筆畫斷裂、連貫性被破壞得更明顯，而較粗筆尖制造的筆痕寬度雖然更寬，與打印字跡交疊的面積更大，但筆痕邊緣不如較細(xì)筆尖的銳利，甚至當(dāng)筆尖過粗時，較難觀察到明顯的刮蹭或劃破痕跡，筆痕邊緣處墨粉顆粒有類似于被切割的痕跡（圖 4），被碾壓后的墨粉顆粒其光澤度、立體感都遠(yuǎn)不如未被碾壓的墨粉顆粒。

圖3 先打印后書寫情況下不同粗細(xì)筆尖筆痕處墨粉顆粒形態(tài)對比圖

圖4 較粗筆尖筆痕與打印字跡交叉部位表觀特征

筆尖粗細(xì)不同對墨粉顆粒造成的摩擦力性質(zhì)及大小不同[5]。筆尖越粗則筆尖內(nèi)部滾珠越大、出墨量越大，書寫時筆尖對墨粉顆粒的摩擦力就越小，此時滾動摩擦多于滑動摩擦，因此對打印字跡的破壞力較弱，筆尖越細(xì)則反之。

2.在先書寫后打印的情況下（圖 5），較粗筆尖形成的筆痕凹陷處觀察到墨粉顆粒平整、完好地堆疊在其上，表現(xiàn)出較強(qiáng)的立體感，并且交叉部位與未交叉部位的墨粉顆粒形態(tài)、色澤、光澤均無明顯差異，此時交叉部位打印字跡筆畫在筆痕邊緣與筆痕凹陷處的過渡自然、連貫性完好；而較細(xì)筆尖形成的筆痕凹陷處可觀測到的墨粉顆粒堆疊面積較小，不便于觀察。

圖5 先書寫后打印情況下不同粗細(xì)筆尖筆痕處墨粉顆粒形態(tài)對比圖

筆尖越粗制造的筆痕寬度越大，交叉部位筆痕凹陷處可觀察到的墨粉顆粒平鋪面積越大，越便于觀察和對結(jié)果的判斷。但是，即使是較細(xì)筆尖形成的筆痕，通過對比，還是可以發(fā)現(xiàn)，在不同形成時序下交叉部位的表觀特征依舊存在明顯差異（圖6），仍可通過調(diào)節(jié)RTI 圖像找到這些差異點(diǎn)并判斷出形成時序。

圖6 不同時序下交叉部位較細(xì)筆尖筆痕特征對比圖

（三）筆壓輕重對檢驗(yàn)交叉部位形成時序的影響

本次實(shí)驗(yàn)使用較輕和較重兩種力度的筆壓來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。筆壓輕重對交叉部位的表觀特征以及觀察效果有一定的影響，主要表現(xiàn)為筆壓越重對墨粉顆粒以及對紙張纖維破壞力越強(qiáng)、筆痕邊緣越鋒利，同等粗細(xì)筆尖書寫的情況下，筆壓越重交叉部位的表觀特征越明顯、觀測效果越好。

1.在先打印后書寫的情況下（圖 7），筆壓越重對墨粉顆粒的破壞程度越大，墨粉顆粒被碾壓、刮蹭的效果越明顯，交叉部位打印字跡筆畫斷裂情況越明顯，較小筆壓則反之。雖然較小筆壓對墨粉顆粒的破壞力不如較重筆壓強(qiáng)，但是通過RTI 法向量圖像（圖8）對比可以看出，不同形成時序下，不同筆壓形成的筆痕與打印字跡交叉部位的墨粉顆粒表觀特征依舊存在明顯差異，因此，筆壓較輕不影響對形成時序結(jié)果的判斷。

圖7 先打印后書寫情況下不同筆壓筆痕處墨粉顆粒形態(tài)對比圖

圖8 不同時序下交叉部位較輕筆壓筆痕處墨粉顆粒形態(tài)對比圖

2.在先書寫后打印的情況下（圖 9），筆壓越重制造的筆痕越深、筆痕寬度在一定范圍內(nèi)越大，此時在交叉部位筆痕凹陷處可以明顯觀察到平整堆疊的墨粉顆粒，且墨粉顆粒立體感、層次感強(qiáng)，便于觀察。

圖9 先書寫后打印情況下不同筆壓筆痕處墨粉顆粒形態(tài)對比圖

當(dāng)筆壓較輕時，筆痕較淺，此時交叉部位與未交叉部位的墨粉顆粒的高度差不明顯，不便于觀察到墨粉顆粒在書寫油墨之上這一特征。但是通過對比圖10 可以看出，即使是較輕筆壓書寫的情況下，仍可以通過墨粉顆粒是否存在被刮蹭、破壞的痕跡這一特征來判斷形成時序。

圖10 不同筆壓形成的筆痕與打印字跡的交叉部位對比圖

實(shí)驗(yàn)研究表明，通過RTI 技術(shù)可以判斷激光打印字跡與書寫字跡的形成時序，觀察效果清晰立體。鑒定人在檢驗(yàn)過程中，不同情況下通過選用不同特征、不同觀察模式，可以有效排除筆尖粗細(xì)和筆壓輕重對觀測效果的影響，得到特征反映最好的RTI 圖像，為解決此類激光打印字跡與書寫字跡的時序檢驗(yàn)問題提供直觀、科學(xué)依據(jù)。