劉寧（江蘇警官學院 江蘇 南京 210031）

噴墨打印文件上成趟星形輪壓痕顯現(xiàn)方法的實驗研究

劉寧
（江蘇警官學院 江蘇 南京 210031）

星形輪壓痕是噴墨打印機較為穩(wěn)定和有價值的特征之一。利用顯微鏡配以側光光源，可見星形輪留在噴墨打印文件上的數(shù)個齒痕。但是,由于顯微鏡視場較小，無法顯示整個紙面上的星形輪壓痕分布特點，限制了對星形輪壓痕特征的利用，特別是不利于其個體特性的發(fā)現(xiàn)和分析。通過利用文件檢驗實驗室常見設備進行實驗，探索顯現(xiàn)分布于 A4幅面紙張上的星形輪壓痕的有效方法。實驗研究發(fā)現(xiàn)和比較了顯現(xiàn)成趟星形輪壓痕的多種方法，為此特征的有效利用提供了基礎。

打印文件檢驗 噴墨打印機 星形輪壓痕 顯現(xiàn)方法

星形輪壓痕是噴墨打印機走紙系統(tǒng)中的星形壓紙輪 （Star Wheel） 在打印文件上留下的棘孔或凹痕（正面凹陷，如圖1），成趟的星形輪壓痕與輸紙方向平行。多數(shù)噴墨打印機內部采用了星形輪作為導紙輪和出紙壓紙輪，以防止紙張在傳輸過程中未干墨跡的轉移而弄臟打印件。這種壓痕特征不易受到墨水特性和打印模式等因素的影響，是較為穩(wěn)定的特征。一些研究已經探討了星形輪壓痕作為噴墨打印機特征的價值。Gerald Laporte討論噴墨打印機的機械壓痕時提及星形輪壓痕。[1]Yoshinori Akao等研究人員將此特征稱為齒輪痕（Spur Gear Mark），在他們的文章中討論分析齒間距 （Pitch） 和雙輪間距 （Mutual Distance） 兩方面特征可以用于鑒別打印機的品牌和型號。[2]

星形輪壓痕較為微細，不易被肉眼辨識。一般采用顯微鏡下側光觀察打印文件正面，可以發(fā)現(xiàn)有序排列的數(shù)個棘孔或凹痕，其間距基本相等。此間距反映了打印機所配備星形輪金屬齒的固有物理尺寸，可以作為打印機特征。但是，由于顯微鏡的市場較小，限制了對星形輪壓痕特征的利用，尤其是對個性特點的發(fā)現(xiàn)和分析。在此論文之前，作者已發(fā)現(xiàn)此特征在較大面積上的分布特點可以反映打印機的種類和個體特性，主要反映在星形輪金屬齒變形所形成的不規(guī)則齒痕排列、各壓痕線分布的相對位置、各壓痕線的相對深度等方面 （如圖 2）。

充分分析和利用這種特征的關鍵在于將成趟壓痕特征顯現(xiàn)出來。因此，有必要研究成趟星形輪壓痕的有效顯現(xiàn)方法。顯現(xiàn) A4幅面上的細微點狀壓痕一般需要兩個步驟：①采集壓痕信號；②圖像增強。本文重點在于優(yōu)化第一個步驟，畢竟圖像增強是有限的，需要具備一定的條件。作者嘗試利用文件檢驗實驗室的常見設備來顯現(xiàn)成趟星形輪壓痕。

因星形輪滾動，特征會重復反映，那么采集特征所需要的幅面在走紙方向上可以縮小，大于星形輪周長的若干倍即可。但是，A4紙張寬度上的幅面必須全部包括在采集范圍內，以免遺漏一些星形輪壓痕線。因此，采集范圍至少為 21cm（A4紙寬度） × nπd（n＞2，d=星形輪直徑）。

圖1 Canon S200的出紙機構、星形輪的特寫和顯微鏡下星形輪壓痕的例子

圖 2 兩臺 Epson SC61打印機在照片紙上形成的星形輪壓痕的比較（上下圖均經圖像增強）

1 實驗材料和設備

1.1 樣品制備

本研究選取了 16臺噴墨打印機在 3種打印介質上的打印樣本作為實驗材料。3種打印介質分別為：普通打印紙（金旗艦70克多用途紙、雙A80克復印紙）、噴墨紙 （Epson經濟型噴墨打印紙、五木彩噴紙80g和120g）和光面照片紙（Epson經濟照片紙正品與假冒品）。根據(jù)打印介質的種類設置對應的打印模式，即普通紙用“普通紙/標準”模式打印，彩噴紙用“彩噴紙 /標準”模式，照片紙用“照片紙 /標準”模式。用于實驗的16臺打印機有13個型號，如表所示。

表 實驗用13種噴墨打印機機型

1.2 使用的設備

數(shù)碼相機：EOS 1000D（Canon）；側光光源：3臺鹵素燈臺式光源（燈泡：FMW+C，35W/12V）；透光光源：12×18英 吋專業(yè)觀片器 LP-1218N（美達亮）； 寬 幅 側 光 源 ： 柯 萊 82L寬 幅 側 光 源（Crime-lit）； 靜 電壓 痕 儀 ： Docustat DS-220 （Projectina）；膠片掃描儀：Perfection V700 Photo （Epson）。

2 方法

一般這種無色、細微、正面凹陷的潛在壓痕會在打印介質上表現(xiàn)為一定的形變。對于普通打印紙而言，這種形變可能是刺穿紙張，而對于涂層紙（照片紙和彩噴紙），這種形變表現(xiàn)為涂層表面的微小損傷。使用側光光源或者透光光源有利于突出這種形變而使壓痕顯現(xiàn)出來。

然而，在較大幅面上有效揭示這種細微壓痕的分布特點，需要重點考慮的首先是成像的分辨率。因此，由于多光譜視頻比對儀的分辨率較低，不適合顯現(xiàn)大幅面上的星形輪壓痕。多幅系列顯微圖像的拼接可以獲得較大幅面上的壓痕信息，但是，這種方法耗時太長，且有拼接出錯的風險。靜電壓痕儀能夠顯現(xiàn)本研究中壓痕信號最強的普通紙樣本。但是，分辨率和信噪比較低 （如圖 3）。

基于以上幾個事實，作者借助文件檢驗常用設備，設計了一些顯現(xiàn)星形輪壓痕的方法進行實驗。它們分別是：

方法 1：透光光源 +數(shù)碼相機拍攝記錄 （3888× 2592像素）。

方法2：膠片掃描模式下掃描采集（分辨率：2400點 /英吋 ）。

方法 3：寬幅側光光源 +數(shù)碼相機拍攝記錄（3888×2592像素）。

方法4：靜電壓痕儀+寬幅側光光源+數(shù)碼相機記錄 （3888×2592像素）。

方法4操作過程為：將樣品紙張放于靜電壓痕儀的真空板和聚脂薄膜之間，開啟真空泵使薄膜和紙張平整帖服無氣泡，接下來，無需充電過程，不用碳粉顯影，而是用寬幅側光照射薄膜表面。

3 討論

3.1 照片紙上的星形輪壓痕的顯現(xiàn)

實驗發(fā)現(xiàn) 3種打印介質中，照片紙上的成趟星形輪壓痕最易于顯現(xiàn)，而且顯現(xiàn)出的壓痕信號最為清晰，反映最為全面。方法1、方法2和方法3均能成功顯現(xiàn)照片紙正面的成趟壓痕。因為照片紙點狀壓痕處往往形成涂層膜的局部損傷，使其透光率或反光方向與未損傷部位反差較大，透光和側光照明可以將其突顯出來。其中，方法2膠片模式掃描所獲得的壓痕信號信噪比較高，且影像光線均勻，如圖3所示；而方法 3側光拍攝法難以避免灰塵和其他異物的反光所造成的噪音。方法1和方法3使用的數(shù)碼相機在拍攝A4寬度范圍的照片時，最大分辨率相當于470點/英 ，特征細節(jié)損失較大，需要較近距離拍攝數(shù)幅影像拼接后才能達到方法 2的清晰度。

為了突出細微壓痕線，圖2、3、4均經過圖像增強處理。主要方法為運用Image Pro Plus6.0軟件中形 態(tài) 學 濾 鏡 （Morphological Filters） 的 “ 膨 脹 ”（Dilate）功能增強壓痕信號。

圖3 一臺Epson ME1+在同一張照片紙上的星形輪壓痕經方法2和方法3顯現(xiàn)效果的比較

3.2 普通紙上的星形輪壓痕的顯現(xiàn)

與照片紙比較，顯現(xiàn)普通紙上的成趟星形輪壓痕難度較大，顯現(xiàn)結果較差。顯微鏡下可以觀察到星形輪壓痕的普通紙打印件，其A4幅面上的成趟壓痕未必能用以上 4種方法顯現(xiàn)。

首先，因普通紙不能像照片紙那樣在側光照明下形成較強的反光差別。其次，普通紙上的壓痕只是紙張纖維和其他成分的微小形變，如果這種形變沒有造成現(xiàn)有方法可檢測到的痕跡，則無法顯現(xiàn)。再者，透光條件下，普通紙上的壓痕如未穿孔，有壓痕和無壓痕處的透光率差別不大。透光照明的方法只適用于厚度較厚的紙張，或有大面積深色圖像覆蓋的普通紙。

實驗發(fā)現(xiàn)側光照明適合普通紙上的壓痕顯現(xiàn)。然而，紙背凸起的壓痕顯現(xiàn)效果優(yōu)于正面凹陷的痕跡。圖4比較了顯現(xiàn)同一張普通紙打印材料上壓痕的結果，包括方法 3、4和常規(guī)靜電壓痕儀碳粉顯影法。作者認為，其中靜電壓痕儀結合寬幅側光源顯現(xiàn)的效果最佳（見圖4的下圖），因為此方法不僅能克服紙張平整度不佳在側光下光影不均勻的弱點，而且有利于突顯各星形輪壓力的相對大小所形成的各壓痕線相對深淺（打印機的個體特征之一）。

3.3 彩噴紙上星形輪壓痕的顯現(xiàn)

4種方法均可用于彩噴紙打印樣品。經比較發(fā)現(xiàn)，在打印設備相同的情況下，通過方法 1、2提取的彩噴紙上壓痕，其特征反映和信號強度一般不如照片紙上所提取的，但優(yōu)于普通紙。利用透光法時，透光率是獲得較高信噪比圖像的關鍵。厚度不同的彩噴紙有不同的顯現(xiàn)結果，較薄噴墨紙 （如 80g/m2） 上的信號幾乎淹沒在噪音之中無法體現(xiàn)。而利用方法3、4時，從彩噴紙上采集的壓痕信號可能不及普通紙上所獲得的，這主要與壓痕在紙張上的正面凹陷和背面凸起的程度有關。

圖4 比較3種方法對1臺Epson ME1+的同一張普通紙打印件上壓痕顯現(xiàn)效果

4 結論

綜上所述，膠片掃描儀能夠方便、快速地提取照片紙上的成趟星形輪壓痕。而借助靜電壓痕儀，寬幅側光光源是揭示普通紙打印件上星形輪壓痕分布特點的較為有利的設備。對于彩噴紙來說，可適用的顯現(xiàn)方法多于照片紙和普通紙，顯現(xiàn)效果介于照片紙和普通紙之間。

實驗研究表明，文件檢驗常見設備的創(chuàng)造性使用，可以有效提取分布于A4幅面上的、細微潛在的星形輪壓痕。為了文件檢驗人員充分利用星形輪壓痕這個穩(wěn)定而獨特的噴墨打印機特征，更多有效的顯現(xiàn)方法有待進一步研究開發(fā)。

[1]Gerald M．Laporte．The Use of an Electrostatic Detection Device to Identify Individual and Class Characteristics on Documents Produced by Printers and Copiers-A Prelim inary Study [J]．Journal Forensic Science，May2004，49（3）：610～620．

[2]Yoshinori Akao,Kazuhiko Kobayashi,Yoko Seki．Exam ination of SpurMarksFound on Inkjet-printed Documents[J]．Journalof Forensic Sciences，2005，50 （4）：915～923．

（責任編輯：于萍）

DF794．2

A

2095-7939(2015)03-0062-03

2015-04-15

江蘇省高等學校重點學科建設項目專項資金（編號：20110838）；江蘇警官學院科研項目（編號：13Y03）。

劉寧 （1968-），女，江蘇鹽城人，江蘇警官學院刑事科學技術系副教授，碩士，主要從事打印文件檢驗。