于 彬 王帥帥 杜英杰

（中國刑事警察學(xué)院 遼寧 沈陽 110035）

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀的研究

于 彬 王帥帥 杜英杰

（中國刑事警察學(xué)院 遼寧 沈陽 110035）

利用光學(xué)顯微放大原理，運用先進(jìn)的計算機(jī)圖形處理和圖像計算算法對字跡色痕特征進(jìn)行分析，為判定文件制成時間給出一種新的檢驗方法。字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀可以提取分析文件物證感光度的變化，初步具備了判定文件形成時間的能力，為文件制成時間檢驗提供了一種新的檢測儀器。

字跡色痕 紙張色澤 物證感光度 鑒別儀器

1 引言

近年來，隨著社會的快速發(fā)展，無論在民事案件還是在刑事案件中，涉及到需要判定文件制成時間的案件越來越多。從國內(nèi)各鑒定機(jī)構(gòu)歷年受理的案件數(shù)量來看，涉及文件制成時間檢驗的案件數(shù)量呈急劇增加之勢，在各類案件中所占比重也越來越大。對于文件制成時間檢驗來說，由于文件的制作材料、制作工具的龐雜繁多，加之文件物證的保存條件也不盡相同[1-2]，許多民事案件和刑事案件中的文件物證的制成時間問題無法得到解決，而這類文件物證恰恰是定案的關(guān)鍵所在，致使案件遲遲無法進(jìn)行審理和判決，影響了當(dāng)事人的合法權(quán)益。

為了解決這一難題，依據(jù)文件物證的字跡色痕、紙張色澤及其感光度隨時間變化的特點，我們研發(fā)了字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀，開辟了檢驗文件形成時間的新途徑，拓展了案件的檢驗范圍，提高了案件的檢出率。

2 基本原理

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀主要由顯微鏡放大系統(tǒng)、圖像捕獲系統(tǒng)、精密電動平臺、多維微機(jī)運動控制器、計算機(jī)分析與控制系統(tǒng)等部分組成[3]。設(shè)備利用垂直照明光學(xué)顯微放大原理，運用先進(jìn)的計算機(jī)圖形處理和圖像計算算法對字跡色痕特征增強(qiáng)并提取，不僅可以進(jìn)行形態(tài)學(xué)的比對，還可以對字跡色痕與紙張色澤的感光度進(jìn)行定量測量。設(shè)備結(jié)合了光學(xué)顯微鏡、計算機(jī)自動化控制和精密機(jī)械設(shè)計等多項先進(jìn)技術(shù)，是高精度的自動化檢驗儀器，目前已經(jīng)取得了國家實用新型專利。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點是設(shè)備底座上采用S2020型X/Y電動平移臺，電動平移臺后側(cè)的設(shè)備底座上設(shè)置有平移臺控制器和立柱支架，其上有可上下移動定位的橫向承載架，其前端設(shè)置的垂直照明連接器通過C型接口與視頻適配器下端接口相連；物鏡通過螺紋與物鏡轉(zhuǎn)換器相連，物鏡共有三個，型號分別為2X、5X、10X；物鏡轉(zhuǎn)換器下端設(shè)置有豎向物鏡，物鏡的位置與X/Y電動平移臺的位置相對應(yīng)；垂直照明連接器的上端接口通過豎向視頻適配器與數(shù)字?jǐn)z像頭相連，數(shù)字?jǐn)z像頭的型號為PL-B873C型，其輸出端口可與電腦連接；立柱支架上端與橫向支架一端相連，橫向支架另一端設(shè)置有光源控制盒其型號為MF525型光源控制器；光源控制盒有兩個輸出端口，兩個光源燈可分別設(shè)置在X/Y電動平移臺兩側(cè)，可進(jìn)一步提高照明效果；光源控制盒的輸出端口通過蛇形光纖與多波段光源燈相連，立柱支架上沿豎向設(shè)置有齒條，橫向承載架后部一側(cè)設(shè)置有豎向通孔，通孔側(cè)壁設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有豎向齒輪，齒輪軸桿的外端穿出橫向承載架與調(diào)焦手輪相連。垂直照明連接器前下端兩側(cè)均設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸分別與遮光板一端兩側(cè)相連，遮光板橫向一側(cè)的垂直照明連接器上設(shè)置有圓形限位板，限位板上設(shè)置有弧形槽；遮光板上設(shè)置有橫向外螺紋桿，外螺紋桿穿過弧形槽，限位螺帽與限位板端面相抵。立柱支架上沿豎向設(shè)置有齒條，橫向承載架后部一側(cè)設(shè)置有豎向通孔，通孔側(cè)壁設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有豎向齒輪，齒輪軸桿的外端穿出橫向承載架與調(diào)焦手輪相連，軸桿通過軸承與橫向承載架相連；橫向承載架上設(shè)置有橫向螺紋孔，橫向頂絲前端旋入螺紋孔內(nèi)與立柱支架相抵，通過齒條與齒輪嚙合調(diào)節(jié)橫向承載架的高度，便于調(diào)焦。

鑒別儀結(jié)構(gòu)示意圖

4 設(shè)備實現(xiàn)

4.1 顯微放大系統(tǒng)

顯微放大系統(tǒng)由照明器、濾色片輪組、成像鏡筒、電動物鏡轉(zhuǎn)輪、物鏡組和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的顯微鏡調(diào)焦組件及高強(qiáng)度架臺等部件組成。

照明器采用100W的鹵素?zé)衾涔庠矗瑹崃枯^低，可避免對濾色片的損壞；照明器內(nèi)置孔徑光闌和視場光闌，適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光闌和視場光闌，可以提高顯微鏡的成像對比度，避免雜散光引起的成像發(fā)灰和照明不均勻的現(xiàn)象。

濾色片輪組位于照明器光路中，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，可讓特定范圍波長的光譜通過。

顯微鏡具有三只物鏡，均為長工作距離平場復(fù)消色差物鏡，其光學(xué)放大倍率為2倍、5倍和10倍。

電動聚焦組件可由計算機(jī)編程自動控制顯微鏡的聚焦，也可人工通過手柄控制顯微鏡的聚焦。

4.2 圖像捕獲系統(tǒng)

圖像捕獲系統(tǒng)采用了加拿大進(jìn)口的CCD圖像傳感器，使用主流的USB2.0數(shù)據(jù)接口與金相顯微鏡相連接，傳輸速率快；同時，具有高靈敏度、低噪聲圖像的采集能力，因此弱光環(huán)境下，成像效果良好。

4.3 精密電動平臺

電動平臺采用絲桿和導(dǎo)軌相結(jié)合的設(shè)計結(jié)構(gòu)，移動距離長達(dá)200mm，具有運動平滑、阻力輕等特點；可以實現(xiàn)高精度移動、定點移動、視場回看等功能，重復(fù)定位精度優(yōu)于2u；同時，設(shè)置了限位開關(guān)，避免了反復(fù)撞擊。

4.4 多維微機(jī)運動控制器

多維微機(jī)運動控制器通過RS232接口和計算機(jī)通訊，操作手柄可以實現(xiàn)對電動平臺、電動聚焦組件的操作，不僅可以控制顯微鏡載物臺的水平方向運動，還可以控制顯微鏡電動聚集、電動濾光片組和電動物鏡轉(zhuǎn)換器。

4.5 計算機(jī)分析與控制系統(tǒng)

計算機(jī)分析與控制系統(tǒng)基本實現(xiàn)了鑒別儀的智能化和自動化，可通過計算機(jī)控制物鏡的轉(zhuǎn)換器、照明系統(tǒng)的濾色輪、樣品臺的水平移動和調(diào)焦機(jī)構(gòu)的聚焦。同時，可以利用計算機(jī)圖像分析技術(shù)對文件物證上字跡色痕的感光度進(jìn)行定量分析[4-5]。

5 主要功能

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀的核心任務(wù)是提取文件物證上字跡色痕的感光度，感光度的提取是利用計算機(jī)圖像分析技術(shù)與精密顯微鏡技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)的。系統(tǒng)使用的顯微鏡采用了國內(nèi)最先進(jìn)的平場復(fù)消色差物鏡、高亮度冷光源和電動物鏡轉(zhuǎn)換器等部件，可以實現(xiàn)在不同波長入射光照明下，提取文件物證上的字跡色痕感光度。

感光度沒有量綱單位，是一個對數(shù)值，是入射光與透射光比值的對數(shù)或者說是光線透過率倒數(shù)的對數(shù)，計算公式為OD=log10（入射光/透射光）。

為了便于提取不同類型文件物證的字跡色痕，設(shè)備實現(xiàn)了載物臺、物鏡轉(zhuǎn)換器、濾波輪等裝置的自動控制，可以預(yù)設(shè)載物臺的移動軌跡；實現(xiàn)了對攝像頭的精準(zhǔn)控制，配合自動載物臺實現(xiàn)了序列圖像的自動采集和大圖拼接等功能；實現(xiàn)了視場追蹤技術(shù)，即在低放大倍率下進(jìn)行大幅面掃描拼圖，通過人工尋找定位ROI區(qū)域，在計算機(jī)軟件控制下物鏡可自動切換到高放大倍率，并逐個定位選定的ROI區(qū)域，自動聚焦、采集和檢測。

6 結(jié)論

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀具備樣點定位、拍照、放大、自動變焦、自動分析等主要功能，具有適應(yīng)不同文件物證的多波段光源系統(tǒng)，實現(xiàn)了對文件物證感光度的提取與分析，使分析不同時期文件物證的感光度變化成為可能，又因其操作簡單，便于掌握等特點，特別適用于公安基層單位的使用。同時，隨著文件制成時間檢驗的案件越來越多，該儀器的應(yīng)用前景十分廣闊，必將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王彥吉,王世全.刑事技術(shù)學(xué)教材[M].北京：中國人民公安大學(xué)出版社,2006:35-75.

[2]賈玉文.文件檢驗學(xué)導(dǎo)論[M].北京：警官教育出社,2000:160-188.

[3]申思,等.運用筆跡三維信息提取分析儀對摹仿簽名筆力特征的實驗研究[J].中國刑警學(xué)院學(xué)報,2016 (3):40-43.

[4]于彬.筆跡(簽名)量化檢驗鑒定分析評測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].中國刑警學(xué)院學(xué)報,2013(3):44-46.

[5]王相臣,胡鑫.物證檢驗鑒定的數(shù)學(xué)原理與方法研究[J].中國刑警學(xué)院學(xué)報,2016(3):16-19.

（責(zé)任編輯：孟凡騫）

D918.92

A

2095-7939（2016）04-0072-03

10.14060/j.issn.2095-7939.2016.04.016

2016-11-14

2013年度公安部重點研究計劃項目（編號：201302ZDYJ003）。

于彬（1978-），男，遼寧丹東人，中國刑事警察學(xué)院文件檢驗技術(shù)系副教授，主要從事刑事科學(xué)技術(shù)與文件檢驗鑒定研究。