韓 偉，黃建同，張玉省

（1.中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038；2.煙臺(tái)市公安局，山東 煙臺(tái) 264003）

電阻測(cè)量法和光譜成像技術(shù)聯(lián)用鑒別添改變?cè)熳舟E

韓 偉1，2，黃建同1，張玉省1

（1.中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038；2.煙臺(tái)市公安局，山東 煙臺(tái) 264003）

目的 黑色含碳筆形成的添改文件的檢驗(yàn)一直是文件檢驗(yàn)領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。對(duì)于原始字跡和添改字跡筆畫均為黑色含碳色料書寫的文件鑒定，通常借助光學(xué)儀器和顯微設(shè)備進(jìn)行形態(tài)學(xué)檢驗(yàn)，易受外界環(huán)境和主體認(rèn)知力的影響和限制。本文將通過(guò)筆畫電阻測(cè)量法和光譜成像技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，為鑒別黑色含碳筆添改字跡變?cè)煳募峁┮环N無(wú)損、便捷、有效的檢驗(yàn)方法。方法 利用電阻測(cè)量?jī)x和多波段光譜成像儀，選擇同標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，分別對(duì)添改字跡與原始字跡筆畫的電阻值和光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、比較和分析。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示不同黑色含碳筆書寫的原始字跡和添改字跡筆畫的電阻值和光譜數(shù)據(jù)存在差異，這種差異可以為鑒別添改字跡形成的變?cè)煳募峁┮罁?jù)。結(jié)論 電阻測(cè)量法和多光譜技術(shù)由于其無(wú)損、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)能夠用于添改字跡的檢驗(yàn)。兩種技術(shù)并用的方法突破了含碳筆添加字跡鑒別中形態(tài)學(xué)檢驗(yàn)的局限性，從定量的角度相互印證，使鑒定意見更為科學(xué)、可靠。

文件檢驗(yàn)；電阻測(cè)量法；光譜成像技術(shù)；添改字跡；黑色含碳筆

DOΙ: 10.16467/j.1008-3650.2015.02.011

黑色含碳筆書寫的字跡具有墨色濃重、附著力強(qiáng)、持色長(zhǎng)久和不易消退等特點(diǎn)，一直是書寫字畫、管理檔案、填寫票據(jù)及簽署合同等正規(guī)活動(dòng)必備的書寫色料。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)階段市場(chǎng)上近70%的黑色簽字筆墨水成分含碳，由于碳化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，對(duì)黑色含碳筆形成的添改文件的檢驗(yàn)一直是文檢領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。對(duì)于原始字跡和添改字跡筆畫均為黑色含碳色料書寫的文件鑒定，目前尚無(wú)法運(yùn)用化學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法通常借助光學(xué)儀器和顯微設(shè)備進(jìn)行形態(tài)學(xué)檢驗(yàn)，其弊端在于缺乏統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)和量化依據(jù)，而更多地依靠鑒定人的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷和形態(tài)學(xué)言語(yǔ)描述，易受外界環(huán)境和主體認(rèn)知力的影響和限制。本文應(yīng)用筆畫電阻測(cè)量法和光譜成像技術(shù)，從量化的角度為這類文件的檢驗(yàn)提供新思路，以期達(dá)到無(wú)損快速鑒別的目的。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 電阻測(cè)量法原理

筆畫電阻測(cè)量法（Electric resistance measurement）以碳原子SP2雜化結(jié)構(gòu)解釋碳的導(dǎo)電性為契入點(diǎn)，從含碳物質(zhì)均可導(dǎo)電的特性衍生出含碳字跡中電阻測(cè)量的可行性為原理。根據(jù)電阻率R=ρ?L/S，其中ρ是電阻率，L是長(zhǎng)度，S是橫截面積。如果待測(cè)量的字跡筆畫L和橫截面積S一定，那么電阻率ρ與電阻具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于不同品牌不同型號(hào)的含碳筆墨水的配方各不相同，電阻率ρ就能反映出不同黑色含碳筆色料的差異。本方法根據(jù)能否測(cè)得筆畫電阻數(shù)值將黑色簽字筆分為含碳的和不含碳的兩類，進(jìn)而根據(jù)測(cè)得筆畫電阻數(shù)值推斷字跡色料中含碳量的多少來(lái)區(qū)分含碳筆色料的不同。因此，通過(guò)測(cè)量檢材中可疑添改筆畫與其他原始筆畫的電阻，可以確定兩者色料種類的異同，達(dá)到識(shí)別同色異譜筆畫添改的目的。

1.2 光譜成像原理

光譜成像技術(shù)（Spectral imaging）也稱化學(xué)成像，是利用物質(zhì)光學(xué)特性差異，通過(guò)成像光譜儀采集檢材在一定光譜范圍內(nèi)的光亮度分布，根據(jù)光譜圖像檢驗(yàn)鑒別物質(zhì)的技術(shù)。光譜成像技術(shù)作為法庭科學(xué)領(lǐng)域新的無(wú)損檢驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了成像檢驗(yàn)與光譜分析的結(jié)合，應(yīng)用于物證的形態(tài)特征檢驗(yàn)和物質(zhì)成分檢驗(yàn)。采用美國(guó) Cambridge Research & Instrumentation，Inc.（CRI）生產(chǎn)的Nuance-macro多波段光譜成像儀。液晶可調(diào)波長(zhǎng)濾光鏡（LCTF）光譜工作范圍是650～1050nm，最小間隔波長(zhǎng)為10nm，致冷CCD數(shù)字照相機(jī)，1.3萬(wàn)像素，以及Nuance version 2.8分析軟件。根據(jù)檢材的實(shí)際情況和檢驗(yàn)?zāi)康?，按照光學(xué)檢驗(yàn)原理，選擇照明光源和照明條件，在檢材上形成實(shí)驗(yàn)所需的反射光亮度分布或熒光亮度分布，即“光譜影像立方體”（Spectral Image Cube）。通過(guò)軟件處理獲得反映物質(zhì)光譜性質(zhì)的光譜曲線和數(shù)據(jù)，依據(jù)字跡可疑筆畫與其他筆畫的光譜信息的差別來(lái)確定兩者黑色含碳筆色料物質(zhì)化學(xué)成分的異同，判斷字跡是否被添改變?cè)臁?/p>

2 方 法

2.1.1 適用條件 日常書寫所使用的黑色簽字筆的書寫色料成分存在差異，有的含碳，有的不含碳，含碳色料的含碳量多少各不相同，因此，不同成分的黑色簽字筆色料的導(dǎo)電率會(huì)存在差異，依據(jù)其電阻大小差異可對(duì)黑色簽字筆色料進(jìn)行區(qū)分。電阻值的測(cè)量結(jié)果存在兩方面衡量標(biāo)準(zhǔn)：一是電阻值的有無(wú)是判斷色料是否含碳的“界限”；二是電阻值的大小是衡量色料含碳量多少的“天平”。對(duì)于檢材中的原始字跡和可疑筆畫均為黑色含碳色料書寫，可以通過(guò)兩者電阻的異同來(lái)判斷是否存在添加變?cè)焓聦?shí)。

2.1.2 測(cè)量點(diǎn)的選擇 標(biāo)準(zhǔn)一致測(cè)量點(diǎn)的選擇是保證鑒定數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的前提。首先，測(cè)量點(diǎn)處的色料要均勻。選擇粗細(xì)、密度和光澤較為均勻的墨跡筆畫。所選部位的墨跡筆畫寬度不宜過(guò)細(xì)，色料不宜過(guò)淡或過(guò)濃，這是因?yàn)樵诩?xì)筆畫上選點(diǎn)，可選部位太少，容易出現(xiàn)誤差；在色料密度小的地方選點(diǎn)，往往會(huì)受純紙張的影響，使實(shí)際阻值偏高。其次，測(cè)量點(diǎn)不能選取有空白、停頓、轉(zhuǎn)折、重疊的筆畫。由于受紙張表面的凹凸不平、粗大纖維的影響，書寫工具在紙張上形成筆畫時(shí)，對(duì)紙張的染色并非均勻一致，而是存在大量明顯的露白點(diǎn)或駐墨點(diǎn)，選擇這些節(jié)點(diǎn)將會(huì)造成阻值的波動(dòng)變化。第三，測(cè)量的原始字跡和可疑筆畫的選點(diǎn)部位應(yīng)保持一致，如果原始筆畫選擇無(wú)交叉的“一”、“丨”或有交叉的“T”、“十”，那么可疑筆畫也應(yīng)選擇相應(yīng)的部位進(jìn)行測(cè)量。

2.1.3 測(cè)量方式 含碳筆鑒別工作站工作狀態(tài)有連續(xù)測(cè)量和單次測(cè)量?jī)煞N模式。一是采取“單次測(cè)量”模式，分別在原始字跡和可疑字跡筆畫中分別選取多個(gè)點(diǎn)手動(dòng)逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲得該色料穩(wěn)定的電阻數(shù)據(jù)。二是采取“連續(xù)測(cè)量模式”，分別在原始字跡和可疑字跡筆畫中分別選取多個(gè)點(diǎn)測(cè)量，儀器對(duì)每個(gè)單點(diǎn)自動(dòng)連續(xù)測(cè)量10次，每個(gè)單點(diǎn)獲得一條電阻值歸一化譜線（見表1和圖1）。

2.1 字跡電阻測(cè)量法判斷添改字跡的方法

表1 五支含碳黑色簽字筆的品牌型號(hào)、筆頭直徑及電阻值Table1 Brands， tip diameter and resistance values of five black gel pens

圖1 五支含碳黑色簽字筆的電阻值歸一化譜線Fig.1 Normalized spectral of resistance value of 5 black gel pens

2.2 光譜成像技術(shù)判斷添改字跡的方法

2.2.1 操作條件 在近紅外光譜區(qū)間內(nèi)對(duì)不同黑色含碳簽字筆字跡筆畫進(jìn)行光譜成像，獲得影像立方體及相應(yīng)的光譜曲線。利用可疑添改筆畫與其他筆畫的光譜信息來(lái)確定兩者成分的異同，依據(jù)反射光亮度-入射光波長(zhǎng)的曲線譜圖分析，判斷字跡是否被添改變?cè)臁?/p>

2.2.2 基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇 多光譜區(qū)分效果反映的信息主要基于物質(zhì)成分差異和物質(zhì)空間分布差異兩方面的特征，因此，筆痕寬窄、深淺，筆畫濃淡、均勻程度都會(huì)影響光譜信息的表現(xiàn)。在使用多光譜技術(shù)檢驗(yàn)添改字跡時(shí)，需要注意對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇。首先，應(yīng)選擇粗細(xì)、密度和光澤較為均勻的墨跡筆畫，避免選擇筆畫中空白、停頓、轉(zhuǎn)折、重疊的區(qū)域。其次，選點(diǎn)應(yīng)該是隨機(jī)多次的，只有每次所得光譜一致，才能保證所測(cè)物質(zhì)確為書寫色料，而不是其他雜質(zhì)，同時(shí)盡量保證可疑筆畫和原筆畫是在同一條件下測(cè)量。

2.2.3 檢驗(yàn)方法 在明場(chǎng)模式下，選擇波長(zhǎng)濾光鏡420～720nm可見光波段范圍、步進(jìn)10nm，自動(dòng)曝光方式，獲得影像立方體。在影像立方體圖像中對(duì)字跡可疑筆畫和其他筆畫分別單獨(dú)選點(diǎn)。選點(diǎn)時(shí)，在該筆畫處移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)，掌握該筆畫反射譜線的基本趨勢(shì)，然后將測(cè)量點(diǎn)位置固定下來(lái)。經(jīng)過(guò)多次選點(diǎn)，可對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行全面分析（見圖2）。

圖2 五支含碳黑色簽字筆的多光譜曲線Fig.2 Spectrograms of 5 black gel pens

3 應(yīng) 用

電阻測(cè)量法和光譜成像技術(shù)對(duì)黑色含碳筆添改字跡的鑒別，是通過(guò)對(duì)原始字跡和添改字跡筆畫分別進(jìn)行電阻值測(cè)量和光譜成像檢驗(yàn)。依據(jù)這兩種方法得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和譜圖可進(jìn)行相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，探討原始字跡和添改字跡均為含碳色料變?cè)煳募臋z驗(yàn)方法的科學(xué)性和可靠性。將建立的方法應(yīng)用于一起檔案篡改案件中，目的是鑒定檢材中的黑色字跡“五”是否是由“三”添改變?cè)煨纬伞?/p>

3.1 檢驗(yàn)過(guò)程

3.1.1 光學(xué)檢驗(yàn) 在強(qiáng)光源725nm和長(zhǎng)通濾色片856nm紅外光源下，“五”字各筆畫完整清晰可見，三條橫筆畫之間、橫筆畫和兩條豎筆畫之間顏色略有差異。由于該顏色差異在原始筆畫之間、原始筆畫和可疑筆畫之間均有所表現(xiàn)，因此不能辨別此差異特征是同一支筆書寫時(shí)受運(yùn)筆條件等因素影響造成的還是兩支不同色料的筆書寫形成的，但是可以判斷“五”字的各筆畫均為含碳黑色筆書寫形成。

3.1.2 電阻測(cè)量法檢驗(yàn) 第一步，對(duì)“五”字各筆畫初步測(cè)量，均測(cè)出電阻數(shù)值，進(jìn)一步印證了“五”字的各筆畫均為含碳黑色筆書寫形成。第二步，將“五”字各筆畫分解進(jìn)行細(xì)致測(cè)量，其中三條橫筆畫的電阻值穩(wěn)定的表現(xiàn)為“100KΩ”，“五”字中的兩條豎筆畫的電阻值穩(wěn)定的表現(xiàn)為“1200～1400KΩ”。第三步，選取檢材中其他字跡（如：“九”、“七”、“十”、“金”、“縣”）筆畫進(jìn)行多次測(cè)量，筆畫的電阻值穩(wěn)定的表現(xiàn)為“100KΩ”（見圖3）。

圖3 “五”字各筆畫電阻測(cè)量點(diǎn)及電阻值歸一化譜線Fig.3 Normalized spectral of resistance value and resistance measurement points of each stroke of “五”

3.1.3 多光譜檢驗(yàn) 將所要進(jìn)行光譜分析的筆畫分為三類：第一類為“五”字中的三條橫筆畫，第二類為“五”字中的兩條豎筆畫，第三類為檢材中其他字跡（如：“七”、“九”）的筆畫。經(jīng)成像譜圖顯示，第一類和第二類筆畫的曲線譜圖基本一致，而與第二類筆畫在650～700nm范圍的曲線譜圖明顯差異（見圖4）。

圖4 “五”字各筆畫光譜曲線圖Fig.4 Spectrograms of each strokes of “五”

3.2 結(jié)果與討論

經(jīng)電阻測(cè)量法檢驗(yàn)，“五”字中各筆畫電阻值穩(wěn)定，其中三條橫 筆畫和二條豎筆畫電阻值差異明顯，反映出兩者色料中含碳量不同；經(jīng)多光譜技術(shù)檢驗(yàn)，“五”字中各筆畫圖譜表現(xiàn)穩(wěn)定，其中三條橫筆畫和二條豎筆畫光譜圖曲線差異明顯，反映出兩者色料的反射光亮度分布不同。上述電阻值和光譜圖的差異均是書寫色料成分不同的表現(xiàn)，可以判斷“五”是由“三”添改變?cè)煨纬伞１景傅臋z驗(yàn)方法證明了檢材存在添改變?cè)斓氖聦?shí)，其鑒定意見為案件定性及法庭訴訟提供了關(guān)鍵證據(jù)。

4 結(jié) 論

電阻測(cè)量法和多光譜技術(shù)由于其無(wú)損、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)能夠用于添改字跡的檢驗(yàn)。兩種技術(shù)并用的方法突破了含碳筆添加字跡鑒別中形態(tài)學(xué)檢驗(yàn)的局限性，從定量的角度相互印證，使鑒定意見更為科學(xué)、可靠。

在添改筆畫和原筆畫均為含碳色料的字跡的檢驗(yàn)中存在三種情況：只要二者電阻值和多光譜圖的差異明顯、穩(wěn)定，就可以說(shuō)明存在添改事實(shí)；如果二者的電阻值或多光譜圖有一方差異不明顯，應(yīng)排除干擾因素，重新隨機(jī)多次選點(diǎn)檢驗(yàn)，利用穩(wěn)定、明顯的電阻值或多光譜圖確認(rèn)是否存在添改事實(shí)。另外，如果二者的電阻值或多光譜圖的差異均不明顯，不能排除使用同一支筆進(jìn)行添改，檢驗(yàn)時(shí)就不能輕易否定存在添改事實(shí)。

［1］ 黃建同.測(cè)量字跡電阻法判斷添加變?cè)熳舟E的原理探討［J］.中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010 （1）: 5-8.

［2］ 王桂強(qiáng).光譜成像檢驗(yàn)技術(shù)［J］.刑事技術(shù)，2004（1）: 7-12.

［3］ 黃建同.添加變?cè)旌谏炞止P字跡的快速鑒別技術(shù)研究［J］.中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007， 13（3）: 19-23.

［4］ 黃威，王桂強(qiáng)，許小京.光譜成像中光譜基準(zhǔn)點(diǎn)選取的研究［J］.刑事技術(shù)，2008（6）: 7-10.

［5］ 黃威，許小京，俞濤.應(yīng)用光譜成像技術(shù)鑒別同色墨水［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2012（6）: 3440-3442.

引用本文格式：韓偉，黃建同，張玉省.電阻測(cè)量法和光譜成像技術(shù)聯(lián)用鑒別添改變?cè)熳舟E［J］.刑事技術(shù)，2015，40（2）：131-134.

Electric Resistance Measurement and Spectral Imaging in the Examination of Added and Overwrite Handwriting

Han Wei1，2， Huang Jian-tong1， Zhang Yu-sheng1
（1.School of Criminal Science and Technology， People’s Public Security University of China， Beijing 100038， China； 2.Yantai Public Security Bureau， Shandong Yantai 264003， China）

Objective Generally， the optical properties， chemical and physical characteristics of writing inks are helpful to identify the added and overwrite handwriting in the examination of questioned document， but it does not work for most carbonaceous ink marks.This paper provides a non-destructive， convenient and effective testing method for identifying the added and overwrite handwriting by black gel ink.Methods Added and overwrite handwritings with black gel ink were examined by electric resistance measurement and spectral imaging technique.The difference of resistance value and spectrograms between questioned carbonaceous ink marks and known black pen marks were analyzed for determining authenticity of the writings.Results The handwritings written by black gel inks made with different types of pigments were classifi ed by their resistance value and spectrograms.Conclusions The electric resistance measurement and spectral imaging technique， which breaks through the limitation of morphology inspection in detecting altered handwriting written by carbonaceous black gel inks， basing on the quantitative detection， can make the fi nal conclusion more scientifi c and reliable.

questioned document examination； electric resistance measurement； spectral imaging； added and overwrite handwriting； black carbonaceous gel ink

DF794.2

A

1008-3650（2015）02-0131-04

韓 偉（1974—），男，山東煙臺(tái)人，高級(jí)工程師，博士研究生，研究方向?yàn)槲募z驗(yàn)。 E-mail：hw-cj@163.com

2014-06-04