基于图像无损检测交叉笔画形成顺序的研究

在诸如借据、遗嘱、合同等文件中，确定交叉笔画形成顺序是非常重要的，特别是在添加或变造文件中，准确确定交叉笔画顺序常常成为鉴别文件真伪的依据。笔画交叉线常分为两种，一种是同种书写材料书写形成的，另一种是异种材料书写形成的。 对于交叉笔画的形成顺序的检测以往大都以光学检测和物理特征的观察为基础，这些检验方法具有无损检测的特点，但很容易受到人的主观诠释的影响，有时样品浓度的大小（颜色深浅）可能会导致检测结果与事实截然相反。本研究采用的是近年来发展起来的红外图像技术，该技术是依据交叉线处红外图像反映出的光谱信息和结构信息，消除了上述影响，其检测结果更加客观和真实。红外图像技术已经在法庭科学中得到了成功应用，如喷墨打印墨水色痕检测、朱墨时序的鉴定和纸张等载体上潜指纹的无损分析等。 1 实验部分 1.1 实验仪器和参数 实验仪器：美国PE公司产傅里叶红外图像系统（Spectrum Spotlight 300 Imaging System）。 实验参数：分辨率8cm-1；背景扫描次数60次；图像扫描次数4次；扫描范围4000cm-1～750cm-1；像素尺寸25μm。 1.2 实验样品 收集市场上常见的各种品牌书写材料（见表）。将书写材料按同种交叉和异种交叉书写或打印到打印纸上（旗舰牌）形成交叉笔画作为样品备用。 表 书写材料样品表圆珠笔油墨（黑） 中性笔墨水（黑） 激光打印墨粉（黑）天骄牌 晨光牌 HP1010清华娇子牌 百通牌 HP3500万能通牌 金万年牌 HPD1106卡奇尔牌 乐普升牌 LenovoLG2200 1.3 检测方法与图像处理 1.3.1 检测方法 首先在体视显微镜下观察笔画交叉处，尽可能选择无漏点或漏点少的交叉处作为红外图像采集面，然后分别将样品置于仪器的载物台上，以打印纸为背景采集样品红外图像。 1.3.2 样品红外图像处理 将采集到的样品红外图像分别进行平滑、基线校准、重合处理。 2 结果与讨论 2.1 同种书写材料交叉样品红外图像分析 同种交叉分为同种同品牌和同种不同品牌交叉两种情况。 2.1.1 同种同品牌交叉笔画红外图像分析 图1为晨光牌中性笔墨水形成的交叉笔画处的红外图像。由于为同品牌中性笔墨水，其成分相同，所以其红外图像中光谱信息相同且交叉处笔画均匀，但是观察其红外图像中结构信息，有横被竖覆盖的痕迹，可知其笔画是先横后竖，即竖线在上。 2.1.2 同种不同品牌交叉笔画红外图像分析 图2为圆珠笔油墨天娇牌与卡奇尔牌形成的交叉笔画处的红外图像。红外图像中显示的光谱信息差异较小，而通过结构信息能够观察到竖被横覆盖的痕迹，可确定为先竖后横的形成顺序，即横线在上。 图1 晨光牌中性笔墨水交叉笔画红外图像分析 图2 卡其尔牌与天骄牌圆珠笔油墨交叉笔画红外图像 2.2 异种书写材料交叉笔画红外光谱图像分析 图3为金万年牌中性笔墨水与卡奇尔圆珠笔油墨形成的交叉线。由于是不同种书写材料，其成分相差较大，所以样品红外图像显示的光谱信息差异较多且不均匀，而结构信息显示两笔画交叉处横画完全覆盖竖画，说明为先竖后横的交叉笔顺，即横线在上。 图4为HP1010激光墨粉与乐普升牌中性墨水形成的交叉线处的红外图像，其光谱信息差异较大，而结构信息显示交叉线形成顺序是先竖后横，即横线在上。 图3 金万年牌中性笔墨水与卡其尔牌圆珠笔油墨交叉笔画红外图像 图4 乐普升牌中性笔墨水与HP1010激光墨粉交叉笔画红外图像 2.3 样品存放时间对检验结果的影响 将实验样品装入文件夹中，常温存放1～12个月。每隔一个月对样品采集红外图像并进行图像分析，研究结果表明：一年内存放时间对红外图像检测结果没有影响，均得出相同的交叉笔画形成顺序。 2.4 盲测实验结果 为了验证本研究的检测方法的准确性，选择圆珠笔油墨、中性笔墨水及激光打印墨粉随意组合形成笔画交叉线，共20个盲测样品，用上述检测方法对其进行红外光谱图像分析检测，结果表明：运用上述方法，根据红外图像的光谱信息和结构信息，能够准确判明交叉笔画的形成顺序，检测成功率为100%。如图5光谱信息显示差异性较大，说明为不同种书写材料，结构信息显示为交叉处竖画覆盖横画，表明为先横后竖的形成顺序。实际为HP1010激光打印墨粉与乐普升中性墨水形成；图6红外图像显示为先横后竖的交叉顺序。 图5 乐普升牌中性笔墨水与HP1010激光打印墨粉交叉笔画红外图像 图6 金万年牌与晨光牌中性笔墨水交叉笔画红外 图像 3 结论 交叉笔画形成顺序的检验常常是确定文件是否真实的依据，在文件物证检验中起到关键作用，本研究表明：利用红外图像所显示的光谱信息和结构信息可对交叉笔画的形成顺序进行有效的无损检验。操作方法简便，检测结果科学准确，克服了主观臆断，为准确判断交叉笔画提供了一种新的快捷的检测方法。 在诸如借据、遗嘱、合同等文件中，确定交叉笔画形成顺序是非常重要的，特别是在添加或变造文件中，准确确定交叉笔画顺序常常成为鉴别文件真伪的依据。笔画交叉线常分为两种，一种是同种书写材料书写形成的，另一种是异种材料书写形成的。 对于交叉笔画的形成顺序的检测以往大都以光学检测和物理特征的观察为基础，这些检验方法具有无损检测的特点，但很容易受到人的主观诠释的影响，有时样品浓度的大小（颜色深浅）可能会导致检测结果与事实截然相反。本研究采用的是近年来发展起来的红外图像技术，该技术是依据交叉线处红外图像反映出的光谱信息和结构信息，消除了上述影响，其检测结果更加客观和真实。红外图像技术已经在法庭科学中得到了成功应用，如喷墨打印墨水色痕检测、朱墨时序的鉴定和纸张等载体上潜指纹的无损分析等。 1 实验部分 1.1 实验仪器和参数 实验仪器：美国PE公司产傅里叶红外图像系统（Spectrum Spotlight 300 Imaging System）。 实验参数：分辨率8cm-1；背景扫描次数60次；图像扫描次数4次；扫描范围4000cm-1～750cm-1；像素尺寸25μm。 1.2 实验样品 收集市场上常见的各种品牌书写材料（见表）。将书写材料按同种交叉和异种交叉书写或打印到打印纸上（旗舰牌）形成交叉笔画作为样品备用。 表 书写材料样品表圆珠笔油墨（黑） 中性笔墨水（黑） 激光打印墨粉（黑）天骄牌 晨光牌 HP1010清华娇子牌 百通牌 HP3500万能通牌 金万年牌 HPD1106卡奇尔牌 乐普升牌 LenovoLG2200 1.3 检测方法与图像处理 1.3.1 检测方法 首先在体视显微镜下观察笔画交叉处，尽可能选择无漏点或漏点少的交叉处作为红外图像采集面，然后分别将样品置于仪器的载物台上，以打印纸为背景采集样品红外图像。 1.3.2 样品红外图像处理 将采集到的样品红外图像分别进行平滑、基线校准、重合处理。 2 结果与讨论 2.1 同种书写材料交叉样品红外图像分析 同种交叉分为同种同品牌和同种不同品牌交叉两种情况。 2.1.1 同种同品牌交叉笔画红外图像分析 图1为晨光牌中性笔墨水形成的交叉笔画处的红外图像。由于为同品牌中性笔墨水，其成分相同，所以其红外图像中光谱信息相同且交叉处笔画均匀，但是观察其红外图像中结构信息，有横被竖覆盖的痕迹，可知其笔画是先横后竖，即竖线在上。 2.1.2 同种不同品牌交叉笔画红外图像分析 图2为圆珠笔油墨天娇牌与卡奇尔牌形成的交叉笔画处的红外图像。红外图像中显示的光谱信息差异较小，而通过结构信息能够观察到竖被横覆盖的痕迹，可确定为先竖后横的形成顺序，即横线在上。 图1 晨光牌中性笔墨水交叉笔画红外图像分析 图2 卡其尔牌与天骄牌圆珠笔油墨交叉笔画红外图像 2.2 异种书写材料交叉笔画红外光谱图像分析 图3为金万年牌中性笔墨水与卡奇尔圆珠笔油墨形成的交叉线。由于是不同种书写材料，其成分相差较大，所以样品红外图像显示的光谱信息差异较多且不均匀，而结构信息显示两笔画交叉处横画完全覆盖竖画，说明为先竖后横的交叉笔顺，即横线在上。 图4为HP1010激光墨粉与乐普升牌中性墨水形成的交叉线处的红外图像，其光谱信息差异较大，而结构信息显示交叉线形成顺序是先竖后横，即横线在上。 图3 金万年牌中性笔墨水与卡其尔牌圆珠笔油墨交叉笔画红外图像 图4 乐普升牌中性笔墨水与HP1010激光墨粉交叉笔画红外图像 2.3 样品存放时间对检验结果的影响 将实验样品装入文件夹中，常温存放1～12个月。每隔一个月对样品采集红外图像并进行图像分析，研究结果表明：一年内存放时间对红外图像检测结果没有影响，均得出相同的交叉笔画形成顺序。 2.4 盲测实验结果 为了验证本研究的检测方法的准确性，选择圆珠笔油墨、中性笔墨水及激光打印墨粉随意组合形成笔画交叉线，共20个盲测样品，用上述检测方法对其进行红外光谱图像分析检测，结果表明：运用上述方法，根据红外图像的光谱信息和结构信息，能够准确判明交叉笔画的形成顺序，检测成功率为100%。如图5光谱信息显示差异性较大，说明为不同种书写材料，结构信息显示为交叉处竖画覆盖横画，表明为先横后竖的形成顺序。实际为HP1010激光打印墨粉与乐普升中性墨水形成；图6红外图像显示为先横后竖的交叉顺序。 图5 乐普升牌中性笔墨水与HP1010激光打印墨粉交叉笔画红外图像 图6 金万年牌与晨光牌中性笔墨水交叉笔画红外 图像 3 结论 交叉笔画形成顺序的检验常常是确定文件是否真实的依据，在文件物证检验中起到关键作用，本研究表明：利用红外图像所显示的光谱信息和结构信息可对交叉笔画的形成顺序进行有效的无损检验。操作方法简便，检测结果科学准确，克服了主观臆断，为准确判断交叉笔画提供了一种新的快捷的检测方法。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0322/454.html