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(guó)刑事警察學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 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(guó)刑事警察學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

利用光學(xué)顯微放大原理，運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形處理和圖像計(jì)算算法對(duì)字跡色痕特征進(jìn)行分析，為判定文件制成時(shí)間給出一種新的檢驗(yàn)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(shí)間的能力，為文件制成時(shí)間檢驗(yàn)提供了一種新的檢測(cè)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(lái)，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，無(wú)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(shí)間的案件越來(lái)越多。從國(guó)內(nèi)各鑒定機(jī)構(gòu)歷年受理的案件數(shù)量來(lái)看，涉及文件制成時(shí)間檢驗(yàn)的案件數(shù)量呈急劇增加之勢(shì)，在各類(lèi)案件中所占比重也越來(lái)越大。對(duì)于文件制成時(shí)間檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，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(shí)間問(wèn)題無(wú)法得到解決，而這類(lèi)文件物證恰恰是定案的關(guān)鍵所在，致使案件遲遲無(wú)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(shí)間變化的特點(diǎn)，我們研發(fā)了字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀，開(kāi)辟了檢驗(yàn)文件形成時(shí)間的新途徑，拓展了案件的檢驗(yàn)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(dòng)平臺(tái)、多維微機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、計(jì)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(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形處理和圖像計(jì)算算法對(duì)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(duì)，還可以對(duì)字跡色痕與紙張色澤的感光度進(jìn)行定量測(cè)量。設(shè)備結(jié)合了光學(xué)顯微鏡、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制和精密機(jī)械設(shè)計(jì)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是高精度的自動(dòng)化檢驗(yàn)儀器，目前已經(jīng)取得了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jì)的要點(diǎn)是設(shè)備底座上采用S2020型X/Y電動(dòng)平移臺(tái)，電動(dòng)平移臺(tái)后側(cè)的設(shè)備底座上設(shè)置有平移臺(tái)控制器和立柱支架，其上有可上下移動(dòng)定位的橫向承載架，其前端設(shè)置的垂直照明連接器通過(guò)C型接口與視頻適配器下端接口相連；物鏡通過(guò)螺紋與物鏡轉(zhuǎn)換器相連，物鏡共有三個(gè)，型號(hào)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(dòng)平移臺(tái)的位置相對(duì)應(yīng)；垂直照明連接器的上端接口通過(guò)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(hào)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(hào)為MF525型光源控制器；光源控制盒有兩個(gè)輸出端口，兩個(gè)光源燈可分別設(shè)置在X/Y電動(dòng)平移臺(tái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shí)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(dòng)物鏡轉(zhuǎn)輪、物鏡組和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的顯微鏡調(diào)焦組件及高強(qiáng)度架臺(tái)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(duì)濾色片的損壞；照明器內(nèi)置孔徑光闌和視場(chǎng)光闌，適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光闌和視場(chǎng)光闌，可以提高顯微鏡的成像對(duì)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(dòng)，可讓特定范圍波長(zhǎng)的光譜通過(guò)。

顯微鏡具有三只物鏡，均為長(zhǎng)工作距離平場(chǎng)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(dòng)聚焦組件可由計(jì)算機(jī)編程自動(dòng)控制顯微鏡的聚焦，也可人工通過(guò)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(shí)，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(dòng)平臺(tái)

電動(dòng)平臺(tái)采用絲桿和導(dǎo)軌相結(jié)合的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，移動(dòng)距離長(zhǎng)達(dá)200mm，具有運(yùn)動(dòng)平滑、阻力輕等特點(diǎn)；可以實(shí)現(xiàn)高精度移動(dòng)、定點(diǎn)移動(dòng)、視場(chǎng)回看等功能，重復(fù)定位精度優(yōu)于2u；同時(shí)，設(shè)置了限位開(kāi)關(guān)，避免了反復(fù)撞擊。

4.4 多維微機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器

多維微機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)RS232接口和計(jì)算機(jī)通訊，操作手柄可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)平臺(tái)、電動(dòng)聚焦組件的操作，不僅可以控制顯微鏡載物臺(tái)的水平方向運(yùn)動(dòng)，還可以控制顯微鏡電動(dòng)聚集、電動(dòng)濾光片組和電動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器。

4.5 計(jì)算機(jī)分析與控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)分析與控制系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了鑒別儀的智能化和自動(dòng)化，可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制物鏡的轉(zhuǎn)換器、照明系統(tǒng)的濾色輪、樣品臺(tái)的水平移動(dòng)和調(diào)焦機(jī)構(gòu)的聚焦。同時(shí)，可以利用計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)對(duì)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(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)與精密顯微鏡技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)使用的顯微鏡采用了國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡、高亮度冷光源和電動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器等部件，可以實(shí)現(xiàn)在不同波長(zhǎng)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(méi)有量綱單位，是一個(gè)對(duì)數(shù)值，是入射光與透射光比值的對(duì)數(shù)或者說(shuō)是光線透過(guò)率倒數(shù)的對(duì)數(shù)，計(jì)算公式為OD=log10（入射光/透射光）。

為了便于提取不同類(lèi)型文件物證的字跡色痕，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了載物臺(tái)、物鏡轉(zhuǎn)換器、濾波輪等裝置的自動(dòng)控制，可以預(yù)設(shè)載物臺(tái)的移動(dòng)軌跡；實(shí)現(xiàn)了對(duì)攝像頭的精準(zhǔn)控制，配合自動(dòng)載物臺(tái)實(shí)現(xiàn)了序列圖像的自動(dòng)采集和大圖拼接等功能；實(shí)現(xiàn)了視場(chǎng)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(guò)人工尋找定位ROI區(qū)域，在計(jì)算機(jī)軟件控制下物鏡可自動(dòng)切換到高放大倍率，并逐個(gè)定位選定的ROI區(qū)域，自動(dòng)聚焦、采集和檢測(cè)。

6 結(jié)論

字跡色痕與紙張色澤感光度鑒別儀具備樣點(diǎn)定位、拍照、放大、自動(dòng)變焦、自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)文件物證感光度的提取與分析，使分析不同時(shí)期文件物證的感光度變化成為可能，又因其操作簡(jiǎn)單，便于掌握等特點(diǎn)，特別適用于公安基層單位的使用。同時(shí)，隨著文件制成時(shí)間檢驗(yàn)的案件越來(lái)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(huì)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(guó)人民公安大學(xué)出版社,2006:35-75.

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

[3]申思,等.運(yùn)用筆跡三維信息提取分析儀對(duì)摹仿簽名筆力特征的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào),2016 (3):40-43.

[4]于彬.筆跡(簽名)量化檢驗(yàn)鑒定分析評(píng)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào),2013(3):44-46.

[5]王相臣,胡鑫.物證檢驗(yàn)鑒定的數(shù)學(xué)原理與方法研究[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào),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(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201302ZDYJ003）。

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