电阻测量法和光谱成像技术联用鉴别添改变造字迹

韩 伟，黄建同，张玉省

（1.中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京 100038；2.烟台市公安局，山东 烟台 264003）

电阻测量法和光谱成像技术联用鉴别添改变造字迹

韩 伟1，2，黄建同1，张玉省1

（1.中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京 100038；2.烟台市公安局，山东 烟台 264003）

目的 黑色含碳笔形成的添改文件的检验一直是文件检验领域的难点和热点问题。对于原始字迹和添改字迹笔画均为黑色含碳色料书写的文件鉴定，通常借助光学仪器和显微设备进行形态学检验，易受外界环境和主体认知力的影响和限制。本文将通过笔画电阻测量法和光谱成像技术的联合应用，为鉴别黑色含碳笔添改字迹变造文件提供一种无损、便捷、有效的检验方法。方法 利用电阻测量仪和多波段光谱成像仪，选择同标准的测量点和基准点，分别对添改字迹与原始字迹笔画的电阻值和光谱数据进行测量、比较和分析。结果 实验结果显示不同黑色含碳笔书写的原始字迹和添改字迹笔画的电阻值和光谱数据存在差异，这种差异可以为鉴别添改字迹形成的变造文件提供依据。结论 电阻测量法和多光谱技术由于其无损、快速、准确等优点能够用于添改字迹的检验。两种技术并用的方法突破了含碳笔添加字迹鉴别中形态学检验的局限性，从定量的角度相互印证，使鉴定意见更为科学、可靠。

文件检验；电阻测量法；光谱成像技术；添改字迹；黑色含碳笔

DOΙ: 10.16467/j.1008-3650.2015.02.011

黑色含碳笔书写的字迹具有墨色浓重、附着力强、持色长久和不易消退等特点，一直是书写字画、管理档案、填写票据及签署合同等正规活动必备的书写色料。经调查，现阶段市场上近70%的黑色签字笔墨水成分含碳，由于碳化学性质极其稳定，对黑色含碳笔形成的添改文件的检验一直是文检领域的难点和热点。对于原始字迹和添改字迹笔画均为黑色含碳色料书写的文件鉴定，目前尚无法运用化学方法进行检验。传统的检验方法通常借助光学仪器和显微设备进行形态学检验，其弊端在于缺乏统一的客观标准和量化依据，而更多地依靠鉴定人的主观经验判断和形态学言语描述，易受外界环境和主体认知力的影响和限制。本文应用笔画电阻测量法和光谱成像技术，从量化的角度为这类文件的检验提供新思路，以期达到无损快速鉴别的目的。

1 实验原理

1.1 电阻测量法原理

笔画电阻测量法（Electric resistance measurement）以碳原子SP2杂化结构解释碳的导电性为契入点，从含碳物质均可导电的特性衍生出含碳字迹中电阻测量的可行性为原理。根据电阻率R=ρ•L/S，其中ρ是电阻率，L是长度，S是横截面积。如果待测量的字迹笔画L和横截面积S一定，那么电阻率ρ与电阻具有对应关系。由于不同品牌不同型号的含碳笔墨水的配方各不相同，电阻率ρ就能反映出不同黑色含碳笔色料的差异。本方法根据能否测得笔画电阻数值将黑色签字笔分为含碳的和不含碳的两类，进而根据测得笔画电阻数值推断字迹色料中含碳量的多少来区分含碳笔色料的不同。因此，通过测量检材中可疑添改笔画与其他原始笔画的电阻，可以确定两者色料种类的异同，达到识别同色异谱笔画添改的目的。

1.2 光谱成像原理

光谱成像技术（Spectral imaging）也称化学成像，是利用物质光学特性差异，通过成像光谱仪采集检材在一定光谱范围内的光亮度分布，根据光谱图像检验鉴别物质的技术。光谱成像技术作为法庭科学领域新的无损检验方法，实现了成像检验与光谱分析的结合，应用于物证的形态特征检验和物质成分检验。采用美国 Cambridge Research & Instrumentation，Inc.（CRI）生产的Nuance-macro多波段光谱成像仪。液晶可调波长滤光镜（LCTF）光谱工作范围是650～1050nm，最小间隔波长为10nm，致冷CCD数字照相机，1.3万像素，以及Nuance version 2.8分析软件。根据检材的实际情况和检验目的，按照光学检验原理，选择照明光源和照明条件，在检材上形成实验所需的反射光亮度分布或荧光亮度分布，即“光谱影像立方体”（Spectral Image Cube）。通过软件处理获得反映物质光谱性质的光谱曲线和数据，依据字迹可疑笔画与其他笔画的光谱信息的差别来确定两者黑色含碳笔色料物质化学成分的异同，判断字迹是否被添改变造。

2 方 法

2.1.1 适用条件 日常书写所使用的黑色签字笔的书写色料成分存在差异，有的含碳，有的不含碳，含碳色料的含碳量多少各不相同，因此，不同成分的黑色签字笔色料的导电率会存在差异，依据其电阻大小差异可对黑色签字笔色料进行区分。电阻值的测量结果存在两方面衡量标准：一是电阻值的有无是判断色料是否含碳的“界限”；二是电阻值的大小是衡量色料含碳量多少的“天平”。对于检材中的原始字迹和可疑笔画均为黑色含碳色料书写，可以通过两者电阻的异同来判断是否存在添加变造事实。

2.1.2 测量点的选择 标准一致测量点的选择是保证鉴定数据稳定可靠的前提。首先，测量点处的色料要均匀。选择粗细、密度和光泽较为均匀的墨迹笔画。所选部位的墨迹笔画宽度不宜过细，色料不宜过淡或过浓，这是因为在细笔画上选点，可选部位太少，容易出现误差；在色料密度小的地方选点，往往会受纯纸张的影响，使实际阻值偏高。其次，测量点不能选取有空白、停顿、转折、重叠的笔画。由于受纸张表面的凹凸不平、粗大纤维的影响，书写工具在纸张上形成笔画时，对纸张的染色并非均匀一致，而是存在大量明显的露白点或驻墨点，选择这些节点将会造成阻值的波动变化。第三，测量的原始字迹和可疑笔画的选点部位应保持一致，如果原始笔画选择无交叉的“一”、“丨”或有交叉的“T”、“十”，那么可疑笔画也应选择相应的部位进行测量。

2.1.3 测量方式 含碳笔鉴别工作站工作状态有连续测量和单次测量两种模式。一是采取“单次测量”模式，分别在原始字迹和可疑字迹笔画中分别选取多个点手动逐点进行测量，获得该色料稳定的电阻数据。二是采取“连续测量模式”，分别在原始字迹和可疑字迹笔画中分别选取多个点测量，仪器对每个单点自动连续测量10次，每个单点获得一条电阻值归一化谱线（见表1和图1）。

2.1 字迹电阻测量法判断添改字迹的方法

表1 五支含碳黑色签字笔的品牌型号、笔头直径及电阻值Table1 Brands， tip diameter and resistance values of five black gel pens

图1 五支含碳黑色签字笔的电阻值归一化谱线Fig.1 Normalized spectral of resistance value of 5 black gel pens

2.2 光谱成像技术判断添改字迹的方法

2.2.1 操作条件 在近红外光谱区间内对不同黑色含碳签字笔字迹笔画进行光谱成像，获得影像立方体及相应的光谱曲线。利用可疑添改笔画与其他笔画的光谱信息来确定两者成分的异同，依据反射光亮度-入射光波长的曲线谱图分析，判断字迹是否被添改变造。

2.2.2 基准点的选择 多光谱区分效果反映的信息主要基于物质成分差异和物质空间分布差异两方面的特征，因此，笔痕宽窄、深浅，笔画浓淡、均匀程度都会影响光谱信息的表现。在使用多光谱技术检验添改字迹时，需要注意对基准点的选择。首先，应选择粗细、密度和光泽较为均匀的墨迹笔画，避免选择笔画中空白、停顿、转折、重叠的区域。其次，选点应该是随机多次的，只有每次所得光谱一致，才能保证所测物质确为书写色料，而不是其他杂质，同时尽量保证可疑笔画和原笔画是在同一条件下测量。

2.2.3 检验方法 在明场模式下，选择波长滤光镜420～720nm可见光波段范围、步进10nm，自动曝光方式，获得影像立方体。在影像立方体图像中对字迹可疑笔画和其他笔画分别单独选点。选点时，在该笔画处移动测量点，掌握该笔画反射谱线的基本趋势，然后将测量点位置固定下来。经过多次选点，可对得出的结果进行全面分析（见图2）。

图2 五支含碳黑色签字笔的多光谱曲线Fig.2 Spectrograms of 5 black gel pens

3 应 用

电阻测量法和光谱成像技术对黑色含碳笔添改字迹的鉴别，是通过对原始字迹和添改字迹笔画分别进行电阻值测量和光谱成像检验。依据这两种方法得出的实验数据和谱图可进行相互补充和验证，探讨原始字迹和添改字迹均为含碳色料变造文件的检验方法的科学性和可靠性。将建立的方法应用于一起档案篡改案件中，目的是鉴定检材中的黑色字迹“五”是否是由“三”添改变造形成。

3.1 检验过程

3.1.1 光学检验 在强光源725nm和长通滤色片856nm红外光源下，“五”字各笔画完整清晰可见，三条横笔画之间、横笔画和两条竖笔画之间颜色略有差异。由于该颜色差异在原始笔画之间、原始笔画和可疑笔画之间均有所表现，因此不能辨别此差异特征是同一支笔书写时受运笔条件等因素影响造成的还是两支不同色料的笔书写形成的，但是可以判断“五”字的各笔画均为含碳黑色笔书写形成。

3.1.2 电阻测量法检验 第一步，对“五”字各笔画初步测量，均测出电阻数值，进一步印证了“五”字的各笔画均为含碳黑色笔书写形成。第二步，将“五”字各笔画分解进行细致测量，其中三条横笔画的电阻值稳定的表现为“100KΩ”，“五”字中的两条竖笔画的电阻值稳定的表现为“1200～1400KΩ”。第三步，选取检材中其他字迹（如：“九”、“七”、“十”、“金”、“县”）笔画进行多次测量，笔画的电阻值稳定的表现为“100KΩ”（见图3）。

图3 “五”字各笔画电阻测量点及电阻值归一化谱线Fig.3 Normalized spectral of resistance value and resistance measurement points of each stroke of “五”

3.1.3 多光谱检验 将所要进行光谱分析的笔画分为三类：第一类为“五”字中的三条横笔画，第二类为“五”字中的两条竖笔画，第三类为检材中其他字迹（如：“七”、“九”）的笔画。经成像谱图显示，第一类和第二类笔画的曲线谱图基本一致，而与第二类笔画在650～700nm范围的曲线谱图明显差异（见图4）。

图4 “五”字各笔画光谱曲线图Fig.4 Spectrograms of each strokes of “五”

3.2 结果与讨论

经电阻测量法检验，“五”字中各笔画电阻值稳定，其中三条横 笔画和二条竖笔画电阻值差异明显，反映出两者色料中含碳量不同；经多光谱技术检验，“五”字中各笔画图谱表现稳定，其中三条横笔画和二条竖笔画光谱图曲线差异明显，反映出两者色料的反射光亮度分布不同。上述电阻值和光谱图的差异均是书写色料成分不同的表现，可以判断“五”是由“三”添改变造形成。本案的检验方法证明了检材存在添改变造的事实，其鉴定意见为案件定性及法庭诉讼提供了关键证据。

4 结 论

电阻测量法和多光谱技术由于其无损、快速、准确等优点能够用于添改字迹的检验。两种技术并用的方法突破了含碳笔添加字迹鉴别中形态学检验的局限性，从定量的角度相互印证，使鉴定意见更为科学、可靠。

在添改笔画和原笔画均为含碳色料的字迹的检验中存在三种情况：只要二者电阻值和多光谱图的差异明显、稳定，就可以说明存在添改事实；如果二者的电阻值或多光谱图有一方差异不明显，应排除干扰因素，重新随机多次选点检验，利用稳定、明显的电阻值或多光谱图确认是否存在添改事实。另外，如果二者的电阻值或多光谱图的差异均不明显，不能排除使用同一支笔进行添改，检验时就不能轻易否定存在添改事实。

［1］ 黄建同.测量字迹电阻法判断添加变造字迹的原理探讨［J］.中国人民公安大学学报：自然科学版，2010 （1）: 5-8.

［2］ 王桂强.光谱成像检验技术［J］.刑事技术，2004（1）: 7-12.

［3］ 黄建同.添加变造黑色签字笔字迹的快速鉴别技术研究［J］.中国人民公安大学学报：自然科学版，2007， 13（3）: 19-23.

［4］ 黄威，王桂强，许小京.光谱成像中光谱基准点选取的研究［J］.刑事技术，2008（6）: 7-10.

［5］ 黄威，许小京，俞涛.应用光谱成像技术鉴别同色墨水［J］.光谱实验室，2012（6）: 3440-3442.

引用本文格式：韩伟，黄建同，张玉省.电阻测量法和光谱成像技术联用鉴别添改变造字迹［J］.刑事技术，2015，40（2）：131-134.

Electric Resistance Measurement and Spectral Imaging in the Examination of Added and Overwrite Handwriting

Han Wei1，2， Huang Jian-tong1， Zhang Yu-sheng1
（1.School of Criminal Science and Technology， People’s Public Security University of China， Beijing 100038， China； 2.Yantai Public Security Bureau， Shandong Yantai 264003， China）

Objective Generally， the optical properties， chemical and physical characteristics of writing inks are helpful to identify the added and overwrite handwriting in the examination of questioned document， but it does not work for most carbonaceous ink marks.This paper provides a non-destructive， convenient and effective testing method for identifying the added and overwrite handwriting by black gel ink.Methods Added and overwrite handwritings with black gel ink were examined by electric resistance measurement and spectral imaging technique.The difference of resistance value and spectrograms between questioned carbonaceous ink marks and known black pen marks were analyzed for determining authenticity of the writings.Results The handwritings written by black gel inks made with different types of pigments were classifi ed by their resistance value and spectrograms.Conclusions The electric resistance measurement and spectral imaging technique， which breaks through the limitation of morphology inspection in detecting altered handwriting written by carbonaceous black gel inks， basing on the quantitative detection， can make the fi nal conclusion more scientifi c and reliable.

questioned document examination； electric resistance measurement； spectral imaging； added and overwrite handwriting； black carbonaceous gel ink

DF794.2

A

1008-3650（2015）02-0131-04

韩 伟（1974—），男，山东烟台人，高级工程师，博士研究生，研究方向为文件检验。 E-mail：hw-cj@163.com

2014-06-04