高光譜成像技術(shù)在黑色中性筆檢測方面的研究

王偉利 趙曰峰

摘要：應(yīng)用高光譜成像技術(shù)識別篡改的字跡，還原原本數(shù)據(jù)，以及重現(xiàn)同色掩蓋的字跡。提取特征波段后，可以對樣本數(shù)據(jù)做出初步的區(qū)分。對每個樣本依次進行降噪、IsoData、建立眼膜、去除背景和PCA分析處理。并結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析提出了識別篡改字跡和重現(xiàn)掩蓋字跡的方法。該方法對18種品牌黑色中性筆的篡改字跡識別率和重現(xiàn)掩蓋字跡識別率分別為75.8%和57.3%。

關(guān)鍵詞：高光譜成像；字跡；篡改；掩蓋；主成分分析

中圖分類號：O433.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）07-0236-02

Abstract： Hyperspectral imaging technology is used to recognize handwriting，to restore the original data，and to reappear the same color masking handwriting.After extracting the characteristic bands， we can make a preliminary distinction between the sample data.Each sample was then subjected to noise reduction， IsoData， the establishment of eye mask， removal of background and PCA analysis.Combined with mathematical statistics analysis， the method of identifying tampering handwriting and reproducing cover handwriting is put forward.The recognition rate and cover up rate of black neutral pens of 18 brands were 75.8% and 57.3% respectively.

Key words：Hyperspectral imaging ；Handwriting；Tampering；cover；principal component analysis

人眼在可見光范圍內(nèi)對光敏感，根據(jù)顏色來區(qū)分材料。然而，人類是無法區(qū)分兩個相同的顏色。黑色中性筆墨水穩(wěn)定，字跡不褪色，很多重要的文件用黑色中性筆書寫，例如合同、收據(jù)、證件、支票等文件，這些文件上面的數(shù)字、時間、文字等，容易被添加或篡改，識別篡改的字跡和重現(xiàn)掩蓋的字跡都是刑事訴訟的重要證據(jù)，因此，在多數(shù)民事以及刑事案件中，很多文件鑒定都需要對黑色中性筆的字跡進行鑒定。鑒別字跡的主要方法有有損檢測和無損檢測兩種方法。高光譜成像是近年來出現(xiàn)的一種有效的非破壞性的工具，已越來越廣泛地應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品種的識別[1-3]。在字跡檢查方面，國外研究者Zohaib Khan等[4]基于高光譜成像技術(shù)研究墨水不匹配檢測，黑色墨水識別率最高達89%，但實驗材料仍然局限在幾種不同品牌的墨水，實驗結(jié)果缺乏普遍性，國內(nèi)一般用黑色中性筆書寫，同時也缺乏在國內(nèi)的實用性。本文以市場熱賣的18種黑色中性筆為對象，探索一種更有效的字跡識別方法，為字跡刑偵鑒定提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與設(shè)備

1.1 實驗材料與實驗樣品制備

實驗樣品為市場熱賣的18種品牌的黑色中性筆，18種品牌中性筆相互篡改和掩蓋。用18種品牌的中性筆分別寫上數(shù)字“1”，24小時后被其他品牌中性筆篡改成數(shù)字“40”，制作了306個篡改實驗樣本。如圖1中（a）、（b）為1號筆被2號筆篡改前和篡改后的圖片。從圖1中可以看出，1號筆被同種顏色的2號筆篡改后，用肉眼完全看不出篡改的痕跡。用18種品牌的中性筆分別寫上各自對應(yīng)的數(shù)字序號，24小時后被其他品牌中性筆分別掩蓋，制作了306個掩蓋實驗樣本，如圖1中（c）、（d）為14號筆被15號筆掩蓋前和掩蓋后的圖片。從圖1中可以看出，掩蓋后的字跡用肉眼完全不能識別。

2 結(jié)果與討論

2.1 字跡篡改和掩蓋重現(xiàn)的識別結(jié)果

以1號筆和17號筆相互篡改為例，圖2中（a）是數(shù)碼照片，（b）是沒有去除背景的主成分分析處理結(jié)果，（c）是去除背景的主成分分析處理結(jié)果，（d）是假彩色合成的處理結(jié)果。從圖2可以看出，去除背景信息的干擾后，處理結(jié)果更清晰。大量數(shù)據(jù)分析得知，假彩色合成對字跡篡改的識別效果最好。沒有見過原數(shù)據(jù)的人，能成功識別篡改后的字跡，即該組樣本可以識別。

以2號中性筆被13號中性筆掩蓋樣本為例，圖3中（a）是樣本的數(shù)碼照片，（b）是沒有去除背景的主成分分析處理結(jié)果，（c）是去除背景的主成分分析處理結(jié)果，（d）是假彩色合成的處理結(jié)果。大量數(shù)據(jù)分析得知，去除背景的主成分分析處理對字跡掩蓋重現(xiàn)的識別效果最好。

3 結(jié)論

1）在720-1000nm波段范圍內(nèi)不同品牌中性筆光譜反射率差異較大，是識別字跡的最佳波段。

2）國產(chǎn)筆和日產(chǎn)筆的識別效果可達100%，這為商品的假冒偽劣提供了理論基礎(chǔ)。

3）研究表明，去除背景信息后，再次進行分析處理，識別效果更新清晰。

4）本文通過降噪、IsoData、建立眼膜、去除背景和PCA分析處理對字跡進行識別，經(jīng)過不同的方法處理后，都會識別出不同的樣本數(shù)據(jù)。306組黑色中性筆的篡改樣本數(shù)據(jù)中，有232組數(shù)據(jù)可以被識別出來，識別率達到75.8%。306組黑色中性筆的掩蓋樣本中，175組數(shù)據(jù)可以被重現(xiàn)出來，識別率達到57.3%。

5）研究的結(jié)果表明高光譜成像技術(shù)可以用于不同品牌的黑色中性筆之間的篡改和掩蓋的識別，為字跡的刑偵鑒定提供了研究基礎(chǔ)。

參考文獻：

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