反射变换成像技术在打印变造文件中的应用

吴晓 林红

摘 要 在文件检验工作中，检验人员时常会遇到鉴别打印变造文件这类案件。关于打印变造文件类案件中有一类特殊案件，即在已经签名的纸张背面重新打印修改过的内容，伪造出一份新的文件，这就涉及到打印内容与签名的时序问题，检验人员对判断是先打印后签名还是先签名后打印的时序问题难以下结论，这是因为传统方法难以将文件背面笔迹压痕与打印文字交错部位的细节特征清晰呈现出来，本文将利用反射变换成像（Reflectance Transformation Imaging，简称RTI）技术来显现笔迹压痕与打印文字交错部位的细节特征，此方法可有效提高清晰度，将特征的三位形态清晰显现。

关键词 文件检验 反射变换成像 添加打印变造文件 笔迹压痕

中图分类号：DF794.2 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.027

Abstract In the document inspection work， the inspector often meets the case of identifying the printing and changing documents. There is a kind of special cases about print forged document cases， i.e. changes in the back has signed paper to print the contents， forge a new document， which relates to the content and timing issues printed signature， inspection personnel to determine the first printed signature is the signature print timing problem to the conclusion， this is because it is difficult for the traditional method of file and print text goes back indentation handwriting parts of the details clearly presented， this paper will use reflection transform imaging （Reflectance Transformation Imaging， referred to as RTI） technology to show the details and features of handwriting indentation print text staggered position， this method can effectively improve the clarity of the three morphological features clear.

Keywords document inspection； reflection transform imaging； add print file； handwriting indentation

0 引言

打印变造文件中涉及到签名与打印时序问题的案件是目前各类文检案件中较难处理的一类案件，主要因为传统观测压痕的方法，如侧光红外影像法、静电压痕显现法、显微图像三维重建法等都无法展现出压痕的纹理细节，因而文检人员就无法观察到先签名后打印与先打印后签名的添加變造文件在笔压痕迹与打印文字交汇处的细微区别。本研究摒弃了传统观测方法，将采用计算摄影方法（Computational Photographic）中的反射变换成像技术 （Reflectance Transformation Imaging，简称RTI）来显现不同签名时序的变造文件中笔迹压痕与打印文字交汇处的三维形态特征，此特征将为文检人员的鉴定过程提供一定的帮助，提高鉴定结论的可靠性。

反射变换成像技术是一种数字图像技术，它基于数字摄影和表面反射成像模型（Lambertian模型和Phone模型），通过记录和处理被摄物体的颜色信息和表面纹理信息，获得的影像比单张摄影图像信息丰富，适用于非透明、非金属、表面漫反射的物体。传统意义上，摄影图像通过光与投影来反映立体形态，每个像素值记录颜色（灰度）信息。与传统摄影不同，RTI的每一个像素不仅记录物体颜色信息，还记载物体表面法向量信息。Adobe Photoshop等图像处理软件可以运用数学变换来增强图像中像素和像素间的对比度、锐度、色调等，而RTI技术不仅处理图像像素的RGB颜色信息，也对表面法向量进行数学变换，两者可以一同处理， 也可以分别进行处理。[1]

1 实验材料和方法

1.1 实验样本制作

笔者使用黑色中性笔在多张背面印有文字内容的A4打印纸上签写自己的名字，以及在多张空白A4纸上先签下自己名字再在背面打印上文字。书写纸下衬垫物为一叠打印纸。一共制作了十二份实验样本。

1.2 实验设备

（1）硬件：Canon EOS 6D相机、SIGMA微距镜头（105mm F2.8）、文件翻拍架、RTI设备主机、遥控器、快门连接线、压纸板、14cm穹顶灯臂（LED光源）、直径2mm黑色陶瓷珠。

（2）软件： Adobe Photoshop CS6、RTIbuilder、RTIviewer。

1.3 实验方法

首先设置相机参数：手动对焦，光圈选为F8，快门为1/80秒，感光度为400，图片存储格式为RAW。相机参数设置完成后，将Canon相机以镜头垂直与被摄物体表面的方式固定在翻拍架上，用快门连接线将RTI设备遥控器与相机连接，用以控制相机操作。将穹顶状光源定位架放置在相机与被摄物之间，并将相机镜头尽可能置于定位架中间。

将设备安置好之后使用遥控器控制相机快门，采集拍摄48张格式为RAW的签名笔迹背面的笔迹压痕图像，使用Photoshop CS6软件转换成JPEG格式图像。将48张照片导入RTIbuilder软件合成RTI影像，经过Highlight Based（HSH Fitter）模式进行算法合成，再通过RTIviewer软件观察和处理影像，在“镜面反光增强”（Specular Enhancement）模式下移动虚拟光源按钮来观察最佳立体效果，直至获得最清晰的笔迹压痕图像，并通过“法向量可视化” （Normal Visualization）模式合成表面三维图像。

2 实验结果和讨论

2.1 使用RTI技术观察比较笔迹压痕与打印文字交叉部位

RTI技术属于计算机视觉技术，与传统观测方法相比较，它能够捕捉被摄物表面细微的三维形态，其中一个具有高价值的功能就是法向量可视化模式。法向量是数学中空间解析几何的概念，RTI技术是将二维图像每个像素点上建立垂直于该平面的矢量，使原有的二维图像转化为更立体的三维图像，由此，可以使用法向量来表现这个平面的朝向。RTI影像的合成需要来自同一被摄物的几十张数字摄影照片的数据，每一个光位获得一张照片，再通过RTIviewer软件中的法向量可视化模式，将每个像素的法向量进行伪彩色渲染，将“浅浮雕类”物体的细节呈现得更加丰富，而实验中笔迹压痕和打印的文字都属于“浅浮雕类”。同时，这种伪彩色渲染是分别使用红、绿、蓝色显示每个像素点上法线的X、Y和Z轴，用以表示每个像素点的表面朝向，能够准确再现纸张上压痕的真实三维形态。反射变换成像技术克服了传统观察方法的局限性，能够使被摄物表面结构和细节更清晰地展现出来。

图1并列了两张法向量可视化模式下显现的文字细节，通过软件将文字放大之后，可以更清晰的看见两个打印文字与笔迹压痕交叉处的区别，即圆圈标注处。图1左图为先打印再在文件背面签字的文件，可以看出与压痕交叉处的文字笔画是凸起且弯曲的，具有一定弧度，图1右图为先签字后打印文件，可以看出图中与压痕交叉处的文字笔画虽然也凸起但是并没有弯曲，为了更明显地区分两张图中交叉处笔画的差别，用黑色线条将交叉处的弯曲程度标注出来，以便对比。造成这种区别的原因在于先打印后（在纸张背面）签字会对墨粉造成直接压力，使平整的墨粉受压凸起变形，如果相机倍数足够大，还可以观察到由于笔尖压力作用造成的字迹笔画边缘的墨粉有沿着压痕方向被“带出”的痕迹，而先签字后打印文件则不会有此现象，这是因为墨粉直接打印到笔迹压痕上，同时岀纸轮的压力作用也会将笔迹压痕相对压浅一些，使压痕相对平整一些，所以观察不到墨粉被压痕“带出”的现象。

2.2 关于运用RTI技术鉴定添加打印变造文件的局限性的讨论

虽然RTI技术在观测压痕细节方面相较于传统方法有很大进步，但是并非所有打印变造文件的签名时序问题这类案件都能使用RTI技术解决，我们应该看到RTI技术在一些案件上的局限性。根据几组不同样本的显现效果发现RTI技术并非对所有深浅压痕的显现效果都能做到非常清晰，对于低倍镜头拍摄的影像和极浅的压痕（如图2、图3）的观测并不理想。

图4红色圆圈内为压痕与打印字迹笔画交汇处，可以看出细节的表现效果并不好，无法看出先签字后打印变造文件的特点，这是由于笔迹压痕过浅，所用相机的分辨率无法满足RTIviewer软件对此类深浅压痕的观测要求，压痕越浅对相机分辨率的要求也就越高，但是当压痕极浅时，先签字后打印文件与先打印后签字文件的区别特征本身就不明显，即使镜头倍数够高也无法使用RTI技术进行鉴定，所以使用RTI技术鉴别打印变造文件这类案件上具有一定的局限性。

3 结论

將RTI技术应用到打印变造文件的检验中，可有效的帮助文检人员解决类似于鉴定签名时序这类疑难案件，为文检人员提供更科学的依据和手段。同时，RTI技术的配套设备携带方便，软件操作简单，便于文检人员学习使用，它可以做到传统观测方法，比如测光观测法做不到的方面。RTI技术能够更细致更立体地显现物体的表面纹理，能够更有效地显现笔迹压痕、打印的字迹等“浅浮物体”的特征更有效，但同时我们也应注意到RTI技术的局限性，它对客观条件也有一定的要求，例如在拍摄过程中要确保相机与光源设备的稳定以及压痕越浅对相机像素要求就越高等。RTI技术在文件检验领域的应用具有进步性和不可替代性，具有很大的发展空间，有待进一步开发利用，为更多类案件服务。

参考文献

[1] 刘宁.运用反射变换成像技术显现黑色签名字迹书写笔压[J].刑侦技术，2015（5）：32-34.