魏 東 甘德安 羅 飛

（1.深圳市公安局技術處，廣東 深圳518000；2.深圳市中達瑞和科技有限公司，廣東 深圳518057）

朱墨時序工作一直是文檢界的難題之一，多年來，國內(nèi)外對此難題進行了不斷地探索研究，主要方法有以下幾種：體式顯微鏡檢驗法、熒光顯微鏡檢驗法、生物顯微鏡檢驗法、文件檢驗儀檢驗法［1，4］。顯微成像及熒光分析方法直觀但難以量化。近些年來，光敏印章與簽字筆被廣泛使用。由于光敏印章印文色料與簽字筆印跡色料滲透性均較強，二者交叉之后色料混合交錯在顯微鏡下觀察表觀特征少，鑒定難度大。光譜成像是通過成像光譜儀記錄被檢物質(zhì)在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構成的光譜影像［5］。光譜成像檢驗技術將光譜技術和成像技術結合在一起，即通過分析物質(zhì)的光譜信息對該物質(zhì)進行檢驗鑒定。本文研究應用透反射光譜成像技術，對朱墨形成的先后順序進行定量計算，并根據(jù)光譜曲線相似程度給出評判標準，從實驗結果看，朱墨時序透反光譜成像方法可以作為朱墨時序鑒定的一個重要補充，并在后續(xù)研究中完善推廣。

1 實驗原理

之所以能夠判斷朱墨時序，是由于印油印文與書寫墨水之間表現(xiàn)出具有規(guī)律性的層次結構。如先寫字后蓋印，則墨水先滲透并填充紙張的纖維及毛細孔，所以墨水的光譜占主導地位。如先蓋印后寫字，則印油先滲透并填充紙張的纖維及毛細孔，所以印油的光譜站主導地位［6］。不同的朱墨時序，交叉部分的反射光譜曲線不同，但在實際鑒定過程中，朱墨時序已經(jīng)確定，僅從交叉部分反射光譜曲線難以獲得具體時序的結論。利用透反光譜成像系統(tǒng)，獲得交叉區(qū)域透射光譜曲線和反射光譜曲線，結合計算方法解算從混合光譜中得到與背景紙張無關的兩種材質(zhì)分離的特征光譜；以分離的光譜數(shù)據(jù)作為輸入條件，利用計算仿真獲得交叉區(qū)域不同先后次序的光譜特征，對仿真的不同先后次序的交叉區(qū)域光譜特征與實測的交叉區(qū)域光譜特征進行相關性檢測，以定量的相關系數(shù)值來確認印跡的先后次序。在整個分析過程中，以實測光譜數(shù)據(jù)及計算數(shù)值作為檢測鑒定結果，排除鑒定人員主觀判定，可獲得確定性的鑒定結論。

2 實驗器材

鑒定設備：中達瑞和科技有限公司生產(chǎn)的D1000凝視型透反高光譜成像儀如圖1所示。

原子印章，亦稱萬次印章，屬于現(xiàn)代高科技產(chǎn)品它印跡清晰，印油均勻鮮艷；防偽性強，不易為一般工具制做，使用方便，蓋印迅速快捷，我國許多省市政府都行文規(guī)定各機關團體工廠企業(yè)必須統(tǒng)一使用原子印章。

鋼筆，使用英雄墨水。

紙張，得力7404打印復印紙，白色A4，單張70g。

圖1 D1000凝視型高光譜成像儀

3 透反光譜成像系統(tǒng)

采集實驗樣本數(shù)據(jù)時，選擇含有印跡、筆跡、交叉部分的區(qū)域進行透反射光譜采集。如圖2所示，寬譜光源準直均勻化后，經(jīng)過50%反射50%透射鏡后，分為兩路，關閉光闌1，打開光闌2，經(jīng)過50%反射50%透射鏡后，以和成像光路同軸的方式對樣品照明，反射光進入光譜成像儀，獲得樣品反射光譜圖像；關閉光闌2，打開光闌1，則提供透射照明，透射光進入光譜成像儀，獲得樣品透射光譜圖像。反射和透射照明光的強度通過光闌來調(diào)節(jié)。

圖2 透反光譜成像系統(tǒng)光路圖

采集完成數(shù)據(jù)后，通過D1000凝視型透反高光譜成像儀的配套SHIS分析軟件進行數(shù)學計算。實際案件中通常無法獲取分離的交叉區(qū)域光譜特征，通過采集交叉區(qū)域及背景紙張的透射光譜和反射光譜，聯(lián)立解算可得到交叉區(qū)域反射和透射光譜，以分離的交叉區(qū)域反射光譜數(shù)據(jù)和透射光譜數(shù)據(jù)，則可進行計算機仿真計算交叉區(qū)域時序的光譜特征和光譜差異，比較仿真計算交叉區(qū)域時序與實測交叉區(qū)域時序的光譜特征，可以進行準確判別。

4 實驗步驟

4.1 制作實驗材料

4.1.1 先蓋印印章，后書寫筆跡

4.1.2 先書寫筆跡，后蓋印印章

4.2 實驗過程

4.2.1 透反光譜成像系統(tǒng)

透反光譜成像系統(tǒng)中，采用400～1000nm的寬譜光源，光譜光源準直均勻化后，經(jīng)過50%反射50%透射鏡1后，分為兩路，關閉光闌1，打開光闌2，經(jīng)過50%反射50%透射鏡2后，以照明和成像同軸的方式對樣品照明，獲得樣品反射光譜圖像；關閉光闌2，打開光闌1，則提供照明，獲得樣品透射光譜圖像。反射和透射照明光的強度通過光闌來調(diào)節(jié)，采用基于液晶可調(diào)諧濾波器的凝視式光譜成像系統(tǒng)采集光譜圖像，凝視式光譜成像的光譜分辨率為10nm×550nm，探測器像素數(shù)為2048×2048。

（1）印跡及背景紙張透射光譜圖像數(shù)據(jù)采集

圖3為紙張、印跡、印章及交叉區(qū)域示意圖。

圖3 紙張、印跡、印章及交叉區(qū)域圖

（2）光源光譜數(shù)據(jù)采集

移除樣品臺上樣品，使均勻的透射照明光直接進入光譜成像儀，光譜成像儀在450～950nm范圍內(nèi)，以10nm步長進行光譜掃描，采集透射光源1光譜圖像，獲得光源各波長對應的強度值。

（3）背景紙張透射光譜數(shù)據(jù)采集

在樣品臺上放入樣品，選取采樣區(qū)域如圖4所示。

圖4 采樣區(qū)域

4.2.2 計算仿真過程

（1）交叉區(qū)域及背景紙張透射光譜圖像數(shù)據(jù)采集

光源光譜數(shù)據(jù)采集，利用光譜成像儀采集透射光源1光譜圖像，獲得光源各波長對應的強度值，記為(λ)；

背景紙張透射光譜數(shù)據(jù)采集，背景紙張是印跡載體，交叉區(qū)域時序鑒別過程中所獲得的交叉區(qū)域透射光譜實是交叉區(qū)域與紙張的混合光譜，因此紙張的光譜特征對交叉區(qū)域時序鑒別的最基礎的數(shù)據(jù)。在采集的透射光譜圖像中選取不含印跡像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)，則背景紙張透射光譜為：

第一種印跡及背景透射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的透射光譜圖像中選取印跡的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)，則印跡的透射光譜為：

第二種印跡及背景投射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的透射光譜圖像中選取字跡的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)，則字跡的透射光譜為：

交叉區(qū)域及背景投射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的透射光譜圖像中選取印跡和字跡交叉區(qū)域的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)，則印跡和字跡交叉區(qū)域的透射光譜為：

（2）交叉區(qū)域及背景紙張反射光譜圖像數(shù)據(jù)采集

a．利用光譜成像儀采集光源2經(jīng)過漫反射白板反射光譜圖像，獲得光源各波長對應的強度值，記為(λ)；

b．背景紙張反射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的反射射光譜圖像中選取不含印跡像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)，則背景紙張反射光譜為：

c．第一種印跡及背景混合反射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的反射射光譜圖像中選取印跡的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)。則有：

d．第二種印跡及背景混合反射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的反射射光譜圖像中選取字跡的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)。則有：

e．交叉區(qū)域及背景反射光譜數(shù)據(jù)采集。在采集的反射射光譜圖像中選取印跡和字跡交叉區(qū)域的像素點或像素區(qū)域，各光譜波段的強度記為(λ)。

（3）交叉區(qū)域時序計算光譜特征確定

印跡先字跡后的仿真計算光譜特征。據(jù)印跡、字跡以及背景紙張的透射光譜以及反射光譜，若印跡先字跡后，則有：

字跡先印跡后的仿真計算光譜特征。據(jù)印跡、字跡以及背景紙張的透射光譜以及反射光譜，若字跡先印跡后，則有：

（4）交叉區(qū)域時序仿真計算光譜與實測光譜相關性檢測

其中，N為光譜波段數(shù)目。

（5）交叉區(qū)域時序確定

若rW1/W2＞rW2/W1，則印跡順序為1先2后；若rW2/W1＞rW1/W2，則印跡順序為2先1后。

結果計算：將采集到的透射、反射數(shù)據(jù)導入SHIS分析軟件，操作鼠標選擇背景、筆跡、印章、交叉區(qū)域。按照先朱后墨和先墨后朱兩種方式代入數(shù)學模型進行計算，將計算的結果與實際測試的光譜曲線進行相關系數(shù)計算比較，取相關系數(shù)大的為鑒定結論。

圖5 實際為先墨后朱的計算結果圖

圖5 的數(shù)據(jù)計算結果為：先朱后墨和實際測量曲線的相關系數(shù)為0.976，先墨后朱和實際測量曲線的相關系數(shù)為0.997，此處結論為：先墨后朱。

圖6 實際情況為先朱后墨的計算結果

圖6 的數(shù)據(jù)計算結果為：先朱后墨和實際測量曲線的相關系數(shù)為0.976，先墨后朱和實際測量曲線的相關系數(shù)為0.997，此處結論為：先朱后墨。

5 實驗結果

本次實驗共收集、制作樣本80份，其中先蓋章后書寫印跡的樣本40份，先書寫印跡后蓋印章的樣本40份，結論正確的樣本為65份，錯誤的樣本為15份，識別率達到了81.25%。實驗表明，基于透反光譜成像技術對朱墨時序鑒定的準確率較高。

6 結論

利用透反光譜成像方法獲得了包含印油、墨水印跡、紙張背景的混合光譜曲線，建立了透反光譜計算模型，解算獲得分離的印油、墨水印跡、紙張背景的光譜特征。通過計算機模擬各種條件下朱墨時序的光譜特征，并與實測光譜特征進行定量對比分析，以相關性數(shù)值大小來評判朱墨時序。朱墨時序透反光譜成像分析方法對朱墨時序鑒定的準確率達到了80%以上，具備了繼續(xù)研究，提高鑒定精度的基礎。

透反光譜成像朱墨時序分析方法的基礎是不同時序的兩種材質(zhì)交叉區(qū)域具有光譜差異。如果兩種材質(zhì)，如印泥與墨水或兩種墨水完全互溶，將導致不同時序交叉區(qū)域的仿真光譜曲線與實測光譜曲線具有相同的相關性，即無法確認交叉印記的時序。

透反光譜成像朱墨時序分析方法具有操作簡單、結論可定量的特點。在計算模型中充分考慮印油與墨水互溶性后，可進一步提高透反光譜成像朱墨時序分析的準確性。