李云鵬，代雪晶，王 猛，王 丹，高 毅，王鳴久，師鑫林，李明澤

中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110854

引 言

隱性字跡的無(wú)損光學(xué)顯現(xiàn)是司法文件檢驗(yàn)鑒定中的難題，其中最典型的三類(lèi)隱性字跡是擦除、密寫(xiě)、掩蓋字跡。隱性字跡顯現(xiàn)的一般原理是根據(jù)隱性字跡的光致發(fā)光特性或在某波段的吸收和反射特性不同，形成字跡與紙張的亮度反差進(jìn)而顯現(xiàn)字跡形態(tài)。但當(dāng)前對(duì)不同類(lèi)型隱性字跡的顯現(xiàn)方法研究中[1-4]，大多使用激光、多波段光源入射檢材，然后通過(guò)切換濾光片進(jìn)行嘗試性顯現(xiàn)的方法進(jìn)行研究。較少通過(guò)字跡光譜特性與微觀形貌對(duì)字跡顯現(xiàn)機(jī)理進(jìn)行深入分析，因而實(shí)際文件檢驗(yàn)工作中隱性字跡顯現(xiàn)效率與檢驗(yàn)精度均不高。

可擦筆擦除字跡常見(jiàn)于票據(jù)等文件的造假。Chayal等[5]采用312～365 nm紫外波段對(duì)支票上的熱敏墨水擦除字跡進(jìn)行顯現(xiàn)，并采用-10 ℃低溫重新使擦除字跡上色恢復(fù)擦除字跡。Ghazy等[6]比較了可擦墨水和消失墨水之間的差異，對(duì)兩種墨水的時(shí)間穩(wěn)定性、表面形貌，以及化學(xué)成分進(jìn)行了深入分析。Eldebss等[7]研究可擦墨水的形態(tài)、成分，及其筆劃和線條特點(diǎn)，并采用紅外成像的方法對(duì)其進(jìn)行顯現(xiàn)；密寫(xiě)字跡主要采用特制的不可見(jiàn)墨水進(jìn)行書(shū)寫(xiě)[8]。Sushma Upadhyay等[9]研究了果汁、蔬菜汁密寫(xiě)字跡的物理和化學(xué)顯現(xiàn)方法。楊玉柱等[10]對(duì)白色A4紙表面遺留的“醋+檸檬”密寫(xiě)字跡、“醋+蔥汁”密寫(xiě)字跡、小蘇打水密寫(xiě)字跡等隱性字跡進(jìn)行了無(wú)損光學(xué)顯現(xiàn)，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，得出采用445 nm激光光致發(fā)光可以比較廣泛的顯現(xiàn)隱性字跡；在掩蓋與涂抹字跡的顯現(xiàn)研究方面，Pandey[11]采用VSC-6000型文檢儀，配合LED聚光燈和投光燈在掩蓋字跡的顯現(xiàn)中得到較好的效果，并使用文檢儀對(duì)擦除字跡和消退字跡的顯現(xiàn)進(jìn)行了研究。侯進(jìn)令等[12]分別采用反射光譜成像技術(shù)對(duì)黑色簽字筆涂抹掩蓋字跡的提取效率進(jìn)行了研究。

為提高擦除、密寫(xiě)、掩蓋三類(lèi)隱性字跡的檢驗(yàn)效率與分類(lèi)精度。提出兩種方法：(1)采用熒光分光光度計(jì)與紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)對(duì)不同種類(lèi)字跡進(jìn)行了光譜特性分析，并采用350倍光學(xué)顯微鏡對(duì)隱性字跡微觀形貌進(jìn)行觀測(cè)，據(jù)此對(duì)三類(lèi)字跡的顯現(xiàn)機(jī)理進(jìn)行深入分析，提出一種無(wú)損、高效的隱性字跡光學(xué)顯現(xiàn)方法。(2)采用基于液晶可調(diào)諧濾光器(liquid crystal tunable filter，LCTF)的高光譜成像儀采集字跡高光譜圖像，并采用支持向量機(jī)(support vector machines, SVM)分類(lèi)算法分析光譜圖像，實(shí)現(xiàn)三類(lèi)不同隱性字跡的同時(shí)顯現(xiàn)與分類(lèi)，并得到較高顯現(xiàn)效率與分類(lèi)精度。前者對(duì)環(huán)境和設(shè)備要求低，適合現(xiàn)場(chǎng)臨場(chǎng)顯現(xiàn)與檢驗(yàn)；后者要求暗環(huán)境和高光譜成像設(shè)備，適合實(shí)驗(yàn)室顯現(xiàn)與檢驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 隱性字跡的樣品

擦除字跡、密寫(xiě)字跡、掩蓋字跡顯現(xiàn)方法的樣品，詳情如表1所示。

表1 三類(lèi)隱性字跡樣品明細(xì)

擦除字跡采用熱敏可擦筆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。熱敏可擦筆的原理是熱敏反應(yīng)[13]，字跡經(jīng)摩擦生熱后發(fā)生油墨分離，顏色變?yōu)橥该?。分別選用市面常見(jiàn)的兩種熱敏可擦筆晨光AKP61115和百樂(lè)LFBK-23EF-B進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。密寫(xiě)字跡一般采用無(wú)色熒光筆或者無(wú)色果汁進(jìn)行密寫(xiě)，本工作采用昂彩隱形熒光筆AS9和檸檬汁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。掩蓋字跡的樣本采用晨光中性筆AGP13608涂抹覆蓋百樂(lè)走珠筆V5書(shū)寫(xiě)的字跡，進(jìn)行百樂(lè)走珠筆字跡的顯現(xiàn)。此外，還準(zhǔn)備有寶克中性筆PC-880、白雪走珠筆PVN-166、得力記號(hào)筆6824、奧德美可擦筆GP-3106。

1.2 字跡的熒光光譜與反射光譜測(cè)量

采用美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Cary Eclipse型熒光分光光度計(jì)檢測(cè)字跡的熒光和發(fā)射光譜。激發(fā)狹縫為5 nm、發(fā)射狹縫為5 nm，PMT電壓為550 V。采用PerkinElmer Lambda1050+紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)進(jìn)行樣品的反射和透射光譜測(cè)量。

1.3 字跡的顯現(xiàn)設(shè)備

基于佳能60D開(kāi)發(fā)的獵鷹紅紫外數(shù)碼相機(jī)1臺(tái)；多波段光源1套，光源波段：365, 415, 440, 465, 490, 515, 540, 565, 590和615 nm；濾光片中心波長(zhǎng)分別是365, 700, 730, 800, 850和950 nm。

1.4 字跡的微觀形貌表征

字跡微觀形貌的表征采用日本HIROX三維數(shù)字顯微鏡RX-100。

1.5 高光譜成像與分類(lèi)

采用成像光譜儀對(duì)字跡進(jìn)行光譜成像。成像光譜儀型號(hào)：美國(guó)Cambridge Research & Instrumentation，Inc.(CRI)公司Nuance Multispecreal Imaging System；液晶可調(diào)波長(zhǎng)濾光鏡(LCTF)，波段范圍：420～720 nm，最小間隔波長(zhǎng)1 nm；配備有科學(xué)級(jí)CCD數(shù)字照相機(jī)，具體參數(shù)為：140萬(wàn)像素，像元大?。?.45 μm。

采用ENVI光譜圖像處理軟件處理光譜圖像，采集不同特征點(diǎn)的光譜曲線，并用監(jiān)督分類(lèi)方法中支持向量機(jī)分類(lèi)器對(duì)擦除字跡、密寫(xiě)字跡、掩蓋字跡三類(lèi)字跡進(jìn)行顯現(xiàn)與分類(lèi)。

2 隱性字跡顯現(xiàn)與光譜分析

2.1 熱敏可擦筆字跡的顯現(xiàn)與光譜分析

熱敏可擦筆的原理是熱敏反應(yīng)，這種筆油墨有三種成分：生色材料、顯色劑和變色溫度調(diào)整劑。常溫時(shí)，生色材料和顯色劑結(jié)合，字跡正常顯示油墨顏色。當(dāng)油墨因摩擦溫度升高到40 ℃以上時(shí)，溫度調(diào)整劑會(huì)抑制生色材料和顯色劑的結(jié)合，油墨顏色在生色材料和顯色劑分離時(shí)消失。如圖1(a)和(d)為擦除前的字跡，經(jīng)過(guò)橡皮摩擦生熱后字跡消失，如圖1(b)和(e)所示。

圖1 百樂(lè)、晨光熱敏可擦筆字跡擦除前(a),(d); 擦除后(b),(e)；熒光顯現(xiàn)效果(c),(f)

為有效顯現(xiàn)擦除字跡，采用Cary Eclipse型熒光分光光度計(jì)對(duì)兩種品牌字跡的激發(fā)和熒光光譜進(jìn)行測(cè)量。如圖2所示，熱敏可擦筆的熒光譜中心波長(zhǎng)主要是716 nm，采用716 nm進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到的熱敏可擦筆激發(fā)譜中主要有三個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)：255, 335和367 nm。從圖2可以看到，在相同的測(cè)試參數(shù)下，百樂(lè)的激發(fā)譜和熒光譜強(qiáng)度均高于晨光，但中心波長(zhǎng)峰位一致，說(shuō)明兩種可擦筆油墨的主要成分是一致的，可以采用相同顯現(xiàn)方法進(jìn)行顯現(xiàn)。常用的紫外光源主要有254和365 nm兩個(gè)波長(zhǎng)，本實(shí)驗(yàn)選用365 nm作為激發(fā)光源，紅紫外相機(jī)配合730 nm濾光片進(jìn)行成像。得到熒光字跡顯現(xiàn)效果如圖1(c)和(f)所示，兩個(gè)樣本均呈現(xiàn)“暗背景、亮字跡”的顯現(xiàn)效果，百樂(lè)可擦筆由于熒光強(qiáng)度更強(qiáng)，得到字跡反差效果更明顯。由于熱敏可擦筆的擦除字跡的原理并不是去除有色油墨，而是通過(guò)摩擦生熱讓顯色劑失效，所以字跡經(jīng)過(guò)橡皮摩擦變色后，油墨仍滲透于紙張之內(nèi)，經(jīng)過(guò)365 nm紫外光激發(fā)可產(chǎn)生強(qiáng)烈熒光。采用HIROX三維數(shù)字顯微鏡觀測(cè)字跡的擦除位置，如圖3(a)所示為筆跡擦除和未擦除交界位置的顯微照片，擦除位置仍可觀測(cè)到滲透入紙張內(nèi)未充分變色的油墨，其他擦除油墨已經(jīng)完全變?yōu)橥该魃Ｈ鐖D3(b)所示為墨跡完全擦除區(qū)域的微觀形貌，可見(jiàn)油墨基本變?yōu)橥该魃?，局部位置還有沒(méi)有變色的墨跡點(diǎn)。

圖2 熱敏可擦筆的激發(fā)譜與熒光譜，激發(fā)譜是在716 nm監(jiān)測(cè)下測(cè)量的，熒光譜是在365 nm光源激發(fā)下測(cè)量的

圖3 筆跡后半段被擦除位置微觀形貌(a)，擦除筆跡位置的微觀形貌(b)，顯微鏡350倍放大

2.2 密寫(xiě)字跡的顯現(xiàn)與光譜分析

常見(jiàn)密寫(xiě)字跡主要使用檸檬汁、蔥汁等水果蔬菜汁液，以及熒光筆、小蘇打水等化學(xué)藥劑[10]，這類(lèi)藥劑也叫不可見(jiàn)墨水，被用于情報(bào)傳遞或者賭場(chǎng)中對(duì)卡牌進(jìn)行標(biāo)記[11，14]。本工作主要研究檸檬汁和熒光筆兩種密寫(xiě)字跡的顯現(xiàn)方法。檸檬汁和熒光筆的墨跡在可見(jiàn)光下是透明的，如圖4(a)和(c)分別為昂彩密寫(xiě)筆字跡原貌、檸檬汁字跡原貌，兩種字跡用肉眼無(wú)法直接觀測(cè)。

為有效顯現(xiàn)密寫(xiě)字跡，采用熒光分光光度計(jì)對(duì)兩種字跡的激發(fā)和熒光光譜進(jìn)行測(cè)量。如圖5(a)所示，黑色曲線為昂彩密寫(xiě)筆447 nm檢測(cè)下激發(fā)譜，從300～400 nm長(zhǎng)波紫外波段，都可以產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光，紅色曲線為365 nm激發(fā)下密寫(xiě)筆的熒光譜，其熒光范圍主要分布在400～500 nm，熒光中心波長(zhǎng)為447 nm。根據(jù)上述光譜曲線研究，選用365 nm作為激發(fā)光對(duì)昂彩AS9密寫(xiě)筆進(jìn)行光學(xué)顯現(xiàn)，采用450 nm濾光片觀測(cè)，如圖4(b)所示，字跡可以清晰顯現(xiàn)出來(lái)。

圖4 昂彩筆跡原貌(a)，昂彩筆跡熒光顯現(xiàn)(b)；檸檬汁字跡原貌(c)，檸檬汁字跡熒光顯現(xiàn)(d)

值得注意的是，與正常光致發(fā)光攝影“暗背景亮字跡”的現(xiàn)象不同，該檢材是“亮背景暗字跡”，這是因?yàn)榘准堅(jiān)谧贤夤饧ぐl(fā)下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈熒光，如圖5(a)藍(lán)色曲線所示，白紙?jiān)?65 nm激發(fā)下在400～500 nm產(chǎn)生強(qiáng)烈熒光，且熒光強(qiáng)度是字跡熒光強(qiáng)度的2.5倍，因而熒光顯現(xiàn)為“亮背景暗字跡”。檸檬汁與白紙?jiān)?65 nm的熒光曲線如圖5(b)所示，檸檬汁在700～740 nm有較強(qiáng)的熒光，而白紙?jiān)谶@一波段范圍并沒(méi)有熒光，因此采用365 nm紫外光源激發(fā)，使用730 nm濾光片成像可以有效的對(duì)檸檬汁密寫(xiě)字跡進(jìn)行顯現(xiàn)，如圖4(d)所示，“暗背景亮字跡”的“檸檬汁”三個(gè)字清晰可見(jiàn)。此外，采用長(zhǎng)波紫外反射成像的方式對(duì)檸檬汁字跡進(jìn)行顯現(xiàn)也可以得到較好的效果。如圖6(a)所示為檸檬汁和白紙?jiān)?50～700 nm波段的反射譜，可見(jiàn)白紙和檸檬汁在250～420 nm波段反射率差異較大，采用365 nm長(zhǎng)波紫外成像，可以有效顯現(xiàn)檸檬汁字跡，如圖6(c)所示，該方法與光致發(fā)光方法得到的圖4(d)比較，紫外反射成像字跡反差效果略遜于光致發(fā)光攝影。此外，圖6(c)右側(cè)略暗是因?yàn)楣庠丛跈z材一側(cè)照射造成的，檢材近光源的一側(cè)光強(qiáng)會(huì)較強(qiáng)，遠(yuǎn)光源的一側(cè)會(huì)暗一些。

圖5 昂彩密寫(xiě)筆和白紙的熒光激發(fā)譜和熒光發(fā)射譜(監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)447 nm，激發(fā)波長(zhǎng)365 nm)

圖6 白紙與檸檬汁的反射光譜(a)，檸檬汁字跡原貌(b)，365 nm波長(zhǎng)激發(fā)與觀測(cè)下，檸檬汁字跡(c)

2.3 掩蓋字跡的顯現(xiàn)與光譜分析

對(duì)于同色涂抹掩蓋字跡，由于不同字跡的顏色、成分、理化特性較為接近，所以該類(lèi)字跡的檢驗(yàn)鑒定一直是文件檢驗(yàn)領(lǐng)域的難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同品牌涂抹字跡的光譜顯現(xiàn)進(jìn)行了深入研究[15]，但較少通過(guò)分析字跡光譜特性來(lái)研究掩蓋字跡的顯現(xiàn)機(jī)理。本工作對(duì)晨光中性筆AGP13608和百樂(lè)走珠筆V5兩種黑色簽字筆進(jìn)行了研究。圖7(a)為晨光中性筆AGP13608所書(shū)寫(xiě)字跡原貌，采用百樂(lè)走珠筆V5進(jìn)行涂抹掩蓋，掩蓋后字跡如圖7(b)所示，字跡覆蓋后肉眼對(duì)字跡完全無(wú)法分辨。采用HIROX三維數(shù)字顯微鏡對(duì)圖7(b)紅色圈所標(biāo)記位置進(jìn)行觀測(cè)，如圖8所示，兩種字跡完全混合在一起滲入紙纖維中無(wú)法分辨，常規(guī)方法很難將兩種字跡分離。

圖7 晨光字跡原貌(a)，百樂(lè)掩蓋后(b)，紅外850 nm顯現(xiàn)(c)

圖8 掩蓋字跡顯微鏡×350倍局部放大

采用分光光度計(jì)對(duì)晨光中性筆、百樂(lè)走珠筆等6種不同品牌黑色簽字筆墨跡進(jìn)行了250～2 500 nm透過(guò)率測(cè)試。圖9(a)為不同墨跡涂抹在玻璃片上的樣品所測(cè)得的通過(guò)率曲線，如圖9(a)所示，6種筆在250～700 nm透過(guò)率均在10%以下，所以在可見(jiàn)光范圍內(nèi)所有筆的墨跡均呈現(xiàn)黑色。但在700～2 500 nm紅外波段，百樂(lè)走珠筆、白雪走珠筆、得力記號(hào)筆、奧德美可擦筆透過(guò)率均在60%，百樂(lè)走珠筆在該波段的透過(guò)率甚至接近100%，說(shuō)明上述墨跡對(duì)于700～2 500 nm紅外線來(lái)說(shuō)是透明或半透明的。而晨光中性筆與寶克中性筆在700～2 500 nm波段透過(guò)率均在20%以下，晨光中性筆在250～2 500 nm的透過(guò)率甚至接近0%，說(shuō)明中性筆墨跡對(duì)250～2 500 nm波段范圍內(nèi)的光均強(qiáng)烈吸收。

圖9 玻璃上不同品牌筆墨跡樣品透過(guò)率曲線(a)，紙上不同品牌筆墨跡樣品反射率曲線(b)

圖9(b)為上述6個(gè)不同品牌筆的墨跡在紙樣品上的反射率曲線，該曲線和圖9(a)玻璃上透過(guò)率曲線規(guī)律十分相似。6種筆在250～700 nm的反射率均較低。700～2 500 nm紅外線穿過(guò)百樂(lè)走珠筆、白雪走珠筆、得力記號(hào)筆、奧德美可擦筆4種筆的字跡后到紙上幾乎完全反射回來(lái)，因此這四種筆在700～2 500 nm紅外波段有較高的反射率，在1 500 nm之后反射率有所波動(dòng)和下降是原因?yàn)榘准垖?duì)大于1 500 nm波段的光波有所吸收。晨光和寶克中性筆依然在250～2 500 nm波段反射率低于20%。其中晨光中性筆在紙上反射率相對(duì)于在玻璃上透過(guò)率有所提升，這是因?yàn)槌抗庵行怨P在紙上涂抹沒(méi)有完全覆蓋白紙所致。

綜上所述，中性筆墨跡強(qiáng)烈吸收遠(yuǎn)紫外-可見(jiàn)光-近紅外波段光線，而走珠筆、記號(hào)筆、可擦筆等黑色簽字筆在近紅外波段有“透明窗口”。因此基于中性筆和其他筆在近紅外波段的吸收和反射性能不同，可以對(duì)不同類(lèi)型的掩蓋字跡進(jìn)行近紅外波段成像顯現(xiàn)。對(duì)百樂(lè)走珠筆所掩蓋的晨光中性筆字跡，采用700～2 500 nm波段的紅外成像均可以有效顯現(xiàn)。如圖7(c)所示，采用鎢絲燈光源，配合850 nm濾光片成像，晨光中性筆字跡得以有效顯現(xiàn)。此外，如果同種筆掩蓋的字跡，被掩蓋字跡和掩蓋字跡對(duì)紅外線的吸收反射是一樣的，因此無(wú)法有效顯現(xiàn)被掩蓋的字跡。

3 基于高光譜成像的隱性字跡分類(lèi)

第2節(jié)中所述擦除、密寫(xiě)、掩蓋三類(lèi)隱性字跡的顯現(xiàn)主要是采用“多波段光源+干涉濾光片”的攝影方法，這種方法經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高，適合現(xiàn)場(chǎng)臨場(chǎng)顯現(xiàn)與檢驗(yàn)。但是對(duì)不同字跡需要切換不同的攝影方法，無(wú)法用一種方法實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)別隱性字跡的同時(shí)顯現(xiàn)，效率較低。為解決這一問(wèn)題，采用基于LCTF的高光譜成像技術(shù)配合SVM分類(lèi)算法對(duì)可擦筆擦出字跡、熒光密寫(xiě)筆、檸檬汁三種不可見(jiàn)字跡進(jìn)行同時(shí)顯現(xiàn)與分類(lèi)。

3.1 隱性字跡光譜圖像采集與光譜曲線提取

高光譜技術(shù)由于獲得的物質(zhì)光譜信息更為豐富，常用于指紋等痕跡物證的檢驗(yàn)[16-17]。本工作將高光譜技術(shù)用于隱性字跡的檢驗(yàn)，如圖10(a)所示為L(zhǎng)CTF成像光譜儀與控制終端，配備光源為4個(gè)鎢絲燈，并配備一個(gè)紫外光源補(bǔ)充紫外光。圖11(a)所示三個(gè)箭頭所指示位置分別為晨光可擦筆擦出字跡、昂彩密寫(xiě)筆字跡、檸檬汁字跡的原貌。采用成像光譜儀對(duì)該區(qū)域隱性字跡進(jìn)行光譜圖像采集，400～720 nm每隔5 nm采集1張光譜圖像，共采集65張光譜圖像。根據(jù)樣品的高光譜圖像數(shù)據(jù)，采集不同字跡位置的光譜亮度曲線，如圖10(b)所示，白紙、昂彩密寫(xiě)筆、檸檬汁光譜曲線重合度較高、差異較小，晨光可擦筆與寫(xiě)指示箭頭的碳素筆光譜差異較大。

圖10 LCTF成像光譜儀(a)，不同種類(lèi)字跡的光譜曲線(b)

3.2 隱性字跡光譜分類(lèi)

采用ENVI光譜數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)光譜圖像進(jìn)行分析，以對(duì)不同隱性字跡進(jìn)行分類(lèi)顯現(xiàn)。文獻(xiàn)[18]采用ENVI軟件通過(guò)主成分分析等分類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)篡改字跡的檢測(cè)。本文采用監(jiān)督分類(lèi)-支持向量機(jī)算法(SVM)對(duì)三類(lèi)隱性字跡進(jìn)行顯現(xiàn)與分類(lèi)。首先，將3.1中采集的高光譜圖像作為樣本導(dǎo)入，根據(jù)圖像光譜特征，通過(guò)人工判讀把圖像中的區(qū)域分為晨光可擦筆、昂彩密寫(xiě)筆、檸檬汁、碳素筆、白紙5個(gè)類(lèi)別。

然后，通過(guò)繪制多邊形ROI區(qū)域進(jìn)行訓(xùn)練樣本的選取，并對(duì)不同成分ROI區(qū)域進(jìn)行顏色定義。最后，采用SVM算法對(duì)高光譜圖像進(jìn)行分類(lèi)，如圖11(b)，三種隱性字跡得以同時(shí)顯現(xiàn)。計(jì)算出不同樣本的可分離度，這個(gè)參數(shù)的取值范圍在0～2.0之間，大于1.9說(shuō)明樣本可分離性好，1.8～1.9范圍間說(shuō)明樣本可分離性合格，小于1.8說(shuō)明樣本可分離性不高。如表2所示，圖像中不同字跡得成對(duì)成分分離度均大于1.8，除白紙與晨光可擦筆擦出字跡外其他材質(zhì)的成分分離度均接近2，說(shuō)明所采用的基于LCTF光譜儀的字跡分類(lèi)方法可以對(duì)隱性字跡進(jìn)行高效顯現(xiàn)與分類(lèi)。

圖11 晨光可擦筆擦出字跡、昂彩密寫(xiě)筆字跡、檸檬汁字跡(a)，基于高光譜圖像的分類(lèi)結(jié)果(b)

表2 成對(duì)成分分離度

3.3 結(jié)果精度分析

為定量分析“高光譜圖像+SVM算法”對(duì)隱性字跡的分類(lèi)精度，要對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果驗(yàn)證時(shí)選擇驗(yàn)證樣本ROI樣本位置要重新選擇，不可與分類(lèi)樣本重合，再采用混淆矩陣的方法驗(yàn)證本分類(lèi)精度?；煜仃囈跃仃嚨男问搅_列出對(duì)各個(gè)成分分類(lèi)結(jié)果的精度，如表3所示。用戶精度指圖像像素被正確分到A類(lèi)的總數(shù)(對(duì)角線值)與分類(lèi)器將整個(gè)圖像的像素分為A類(lèi)的像素總數(shù)(混淆矩陣中A類(lèi)行的總和)之比，本方法得到的用戶精度中只有晨光字跡的分類(lèi)精度較低85.66%，其中310像素被錯(cuò)誤分類(lèi)到白紙，其余成分分類(lèi)精度都在95%以上。生產(chǎn)者精度是指分類(lèi)器將整個(gè)圖像的像素正確分為A類(lèi)的像素?cái)?shù)(對(duì)角線值)與A類(lèi)真實(shí)參考總數(shù)(混淆矩陣中A類(lèi)列的總和)之比，生產(chǎn)者精度中檸檬汁、晨光可擦筆的分類(lèi)精度較低為92%左右，其余成分均在98%以上。從圖10(b)中不同種類(lèi)字跡的光譜曲線即可看出，晨光可擦筆、檸檬汁、白紙的光譜曲線重合較多，因而這三類(lèi)成分的分類(lèi)精度略低?？偩鹊扔诒徽_分類(lèi)的像素?cái)?shù)與總像素?cái)?shù)之比，經(jīng)計(jì)算可得本方法的分類(lèi)總精度為99.284 4%。Kappa系數(shù)反映了真實(shí)像素與分類(lèi)像素的一致程度，本方法分類(lèi)的Kappa系數(shù)為0.959 1。因此，所提出的“高光譜圖像+SVM算法”可以對(duì)不同種類(lèi)隱性字跡進(jìn)行同時(shí)顯現(xiàn)和高精度區(qū)分。

表3 精度評(píng)價(jià)

4 結(jié) 論

對(duì)可擦筆擦除字跡、密寫(xiě)字跡、掩蓋字跡三類(lèi)隱性字跡的光譜特性、顯現(xiàn)與分類(lèi)的研究，結(jié)論如下：

(1)可擦筆擦除字跡的研究中，晨光、百樂(lè)等可擦筆熱敏可擦筆的激發(fā)譜主要有三個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)255, 335和367 nm，熒光譜中心波長(zhǎng)主要是716 nm，故選用365 nm作為激發(fā)光源，配合730 nm濾光片進(jìn)行成像，可有效顯現(xiàn)晨光和百樂(lè)可擦筆的擦除字跡，百樂(lè)筆由于熒光強(qiáng)度更強(qiáng)，得到字跡反差效果更明顯。

(2)熒光筆、檸檬汁等密寫(xiě)字跡的研究中，昂彩密寫(xiě)筆激發(fā)波長(zhǎng)為354 nm，熒光波長(zhǎng)為447 nm，選用365 nm作為激發(fā)光源，采用450 nm濾光片觀測(cè)，字跡可以有效顯現(xiàn)，但白紙?jiān)谧贤夤饧ぐl(fā)下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈熒光，所以最終顯現(xiàn)為“亮背景暗字跡”。檸檬汁在365 nm激發(fā)下，產(chǎn)生熒光的中心波長(zhǎng)為716 nm。此外，由于檸檬汁對(duì)200～400 nm紫外線有較強(qiáng)的吸收，采用365 nm進(jìn)行長(zhǎng)波紫外攝影也可以有效顯現(xiàn)檸檬汁密寫(xiě)字跡。

(3)掩蓋字跡的研究中，在700～2 500 nm紅外波段，走珠筆、記號(hào)筆、可擦筆字跡透過(guò)率在60%以上，中性筆字跡透過(guò)率在20%以下。因此，可以根據(jù)不同筆跡在近紅外波段的透射和反射率差異，實(shí)現(xiàn)掩蓋字跡顯現(xiàn)。采用近紅外波段850 nm成像有效顯現(xiàn)了百樂(lè)走珠筆所覆蓋的晨光中性筆字跡。

(4)基于LCTF的高光譜成像技術(shù)對(duì)可擦筆擦出字跡、熒光密寫(xiě)筆、檸檬汁三種不可見(jiàn)字跡在400～720 nm范圍進(jìn)行光譜圖像采集，通過(guò)SVM分類(lèi)算法對(duì)圖像中不同筆跡成分進(jìn)行同時(shí)顯現(xiàn)與分類(lèi)，本方法的分類(lèi)總精度為99.284 4%，Kappa系數(shù)為0.959 1。

綜上所述，在隱性字跡的顯現(xiàn)研究中，對(duì)于可擦簽字筆、熒光筆、檸檬汁等不可見(jiàn)字跡采用365 nm長(zhǎng)波紫外線進(jìn)行檢驗(yàn)是首選方法，而對(duì)于掩蓋字跡采用近紅外成像的方式進(jìn)行顯現(xiàn)效果顯著。在隱性字跡的分類(lèi)研究中，本文所提出的基于高光譜成像的SVM分類(lèi)方法可以對(duì)可擦筆擦出字跡、熒光密寫(xiě)筆、檸檬汁三種隱性字跡實(shí)現(xiàn)同時(shí)顯現(xiàn)與分類(lèi)，該方法可以快速、高效的對(duì)隱性字跡進(jìn)行顯現(xiàn)，并且有較高的分類(lèi)精度，在未來(lái)有廣闊的應(yīng)用前景。但由于時(shí)間有限，本文所采集的隱性字跡樣本還不夠豐富，后續(xù)工作中，會(huì)進(jìn)一步建立隱性字跡樣本光譜庫(kù)，實(shí)現(xiàn)隱性字跡的智能化顯現(xiàn)與分類(lèi)識(shí)別。