印文油墨的扩散过程研究

李开开

(中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京 100038)

0 引言

印章在我国的使用率较高，犯罪分子往往会通过伪造印章印文以达到伪造文件的目的。因此，印文的盖印时间的确定往往成为判定文件真伪的重要依据[1-3]。印文盖印时间的确定是当今刑事科学技术领域亟待解决的问题，目前常见的检验方法主要有：可变性印迹特征法、双溶剂提取法、显微分光光度法、转印法、油渍扩散法等[4]。利用印文色料油渍扩散程度来对印文的盖印时间进行推断的原理是印章印痕形成于纸张上后，印文油墨中的油脂会在纸张中逐渐扩散，其扩散的距离随着时间的延长而增加。通常印油的扩散在前期较为明显，在后期扩散速度较为缓慢[5]。

推断印文相对盖印时间的难点在于印油的扩散过程会受到包括印油种类、印油成分、纸张种类、印文保存环境、印油盖印量及盖印力度等多种因素的影响。从印油的种类来说，不同印油按照所采用的溶剂种类不同而分为水性印油和油性印油[6]。水性印油粘稠度大，溶剂易挥发。因此其扩散速度较油性印油慢。在印油成分方面，旧式印泥的附着剂主要是蓖麻油，其油痕较深、扩散较明显。而目前印油广泛使用合成油脂取代蓖麻油作为附着剂，这种油脂的快速挥发使得印痕快速固化，其油痕颜色较淡，扩散现象不明显，从而难以对印油的扩散距离进行测量，因此需要利用图像处理软件对油痕图像进行增强处理[7-12]。

不同种类的纸张由于其纸浆成分、造纸工艺、纤维排列等方面的不同，直接影响印油在纸张中的扩散速度，因此有必要探讨同一样品在不同纸张中的扩散过程。此外，印油的扩散速度还会受到印文保存环境的温度、湿度及光照强度的影响，通常温度越高，湿度越小，光照强度越大，印油的扩散速度越快，反之亦然。因此需要严格控制印油样本的保存条件，保证与实验样本的保存条件一致，以排除此类环境因素的干扰。

本研究拟利用油渍扩散法，对不同种类、品牌的印油在两类纸张上的扩散过程进行研究。首先，将印文油痕在紫外光下进行观察和拍照，再对印文进行图像增强处理，使印文的油痕更加清晰。随后，对不同盖印时间对应的印文扩散距离进行测量，并进行曲线拟合，以获得印油的扩散距离随时间变化的规律，从而为推断未知样品印文的相对盖印时间奠定基础。

1 实验仪器、样品和步骤

1.1 实验仪器与软件

本研究使用的实验仪器与软件主要包括：

Forster Freeman VSC6000文件检验仪。该仪器可以选择光源的波长及照射角度，对实验样本进行观察，同时也可以调整放大倍率，并实现对印文形态特征的拍照固定；

Photoshop CS6图像处理软件。对文检仪拍照获得的图片进行调节和灰度处理，使印油扩散的边界更加明显，以便实现对扩散距离的准确测量；

Origin 8.5数据分析软件。本软件主要有两大类功能：数据分析和绘图。通过数据分析，可以进行线性回归等曲线拟合，通过绘制散点或线状图，可以较为直观地分析印油的扩散距离随时间变化的规律。

1.2 实验样品

收集不同种类共14种品牌的印油，在A4复印纸和票据纸两种不同的纸张上进行盖印。通过预实验，发现在实验观察的时间内，1号、2号印油的扩散效果很不明显，因此选择3～14号共计12种印油样品进行系统实验。印油的型号、外包装上标称的印油性质及生产厂家如表1所示。

表1 印油型号、性质及厂家

将14种印油分别于2017年1月18号、2月28日进行盖印获得实验样本，于3月28日(即间隔天数为60天、30天)进行统一观察。然后从中选取扩散较为明显的12种印油，于4月10日盖印，并于4月11日、12日、13日、14日、17日、20日、25日(即间隔天数为1天、2天、3天、4天、7天、10天、15天)进行观察。

1.3 实验步骤

1.3.1 印文图像的获取

把少许印油倒在印台上，以印油覆盖面积能够超过印章面积为准；用印章蘸取少量印油，在纸张上盖印形成印文，注意保持盖印力度和油墨量的一致性。

图1 365 nm紫外光下放大32倍的印文 (距离盖印时间为60天)

将实验样本放在文检仪下，将相机设置为自动模式，用普通灯光进行照射，将实验样本进行32倍放大观察，观察印油是否有油脂洇散的情况，从而将印油种类大致区分为油性印油和水性印油两种；然后选用波长为365 nm的紫外光照射印油样本。首先，将实验样本进行8倍放大，对其印文全貌进行拍照固定；其次，进行16倍放大，对实验样本印文的局部进行放大观察；最后，进行32倍放大，对实验样本印油洇散局部特征进行拍照固定。

1.3.2 利用Photoshop进行图像增强

将图片导入到Photoshop中，为了加强油痕与印油的反差，需要使用Photoshop中的曲线、色阶功能增加印文初始边界和扩散后油痕的反差，利用黑白功能降低油痕的灰度级[7]。首先打开Photoshop中“图像”— “调整”— “曲线”菜单，将鼠标放在输入输出灰度值为160～170之间的位置上，点击曲线向下拉，观察图片中的反差，直至印文与油痕出现明显反差，此时输出值一般在0～70之间(图2)。如果对比仍然不明显，可以利用色阶功能对图像进行色阶调整，打开Photoshop中“图像”— “调整”— “色

阶”菜单，发现其直方图分布类似于正态分布，将其高光值降低，中间调向右移动，暗调值调高，同时观察图片，直至反差更为明显(图3)。

图2 利用Photoshop调整曲线的结果

图3 利用Photoshop调整色阶的结果

最后，为了使图片更加清晰，使用Photoshop的黑白功能来调整，打开Photoshop中“图像”— “调整”— “黑白”菜单，由于是在紫外灯下进行拍照，因此只需调整其中的“青色”和“蓝色”即可达到对比明显的目的(图4)。把处理过的图片导入到Photoshop中，点击标尺工具，将测量单位设置为毫米，勾选“使用测量比例”，选取质量特征较好的特征点进行测量(图5)，由于同一印章不用的特征点印油洇散距离不同，所以应注意相同印章选取同一特征点。记录测量数据并制作表格。

图4 利用Photoshop调整为黑白模式后的结果

图5 利用Photoshop中的标尺工具测量扩散距离

1.3.3 数据处理和绘图

利用origin软件，以间隔天数为横坐标，以印油的扩散距离为纵坐标绘制图形并进行分段拟合。在进行数据的分段拟合时，首先选中第一段数据，点击鼠标右键，选取“遮罩- 应用”，再点击“分析- 拟合- 线性拟合”对图像的第一段进行线性拟合；然后将遮罩去除，选取第二段数据，用同样的方法进行线性拟合。最后将所要保存的图表进行输出保存，点击“文件- 输出”菜单，选取保存格式、名称和位置。

2 实验结果与讨论

根据印油中是否含有油脂成分，可以将印油分为水性印油和油性印油两类。在盖印到纸张后，油性印油中的油脂成分会沿着印文边缘洇散，呈无色透明状，通过观察印文边缘是否有油脂洇散可以把本研究中所涉及的印油分为水性印油和油性印油两类，分类结果如表2所示。

表2 印油的分类

2.1 纸张类型对印油扩散过程的影响

多数纸张是由含纤维的植物制造而成的，在纸张上盖印形成印文后，其印油中的物质会随着纸张中的纤维的纹路扩散，由于不同种类的纸张其纤维的密度、排列方式不同，因此印油的扩散过程也会受到纸张类型的影响。

本研究选用了复印纸和票据纸两类纸张进行研究。其中复印纸纸张纤维密度大，较为细腻，印油在其中扩散速度较慢，相同时间内的扩散距离短，显现出的印文洇散边缘较为规整(图6)。票据纸纸张纤维密度小，较为粗糙，印油扩散速度快，相同时间内的扩散距离长，显现出的洇散边缘较为不规整(图7)。

图6 Photoshop处理后3号印油在复印纸上的扩散图像(时间间隔为60天)

图7 Photoshop处理后3号印油在票据纸上的扩散图像(时间间隔为60天)

利用1.3.2中所述的方法对不同印油样品在不同盖印时间下的扩散距离进行测量，对于除8号、9号样品以外的大多数样品来说，在同一时间里票据纸上印油扩散距离符合大于复印纸上的印油扩散距

离的趋势，这一结论在盖印与测量间隔时间从1～60天的范围内始终成立，实验结果如表3所示。由3号印油的扩散距离-时间相关曲线可以看出，印油的扩散曲线有着明显的特点：在前期(印文盖印15天内)扩散速率较快，后期(印文盖印15～60天)逐渐趋于平缓，然后逐渐不再扩散；且在这两段区域内距离和时间具有线性关系，且在扩散时间15天内线性关系良好，如图8所示。

将所获得的扩散距离数据代入到“油痕扩散差值百分比”公式中，所获得的结果如表4所示。计算油痕扩散差值百分比的目的是利用印文本身的印油扩散规律，来计算印文的盖印时间。以排除印油的种类、纸张的种类、形成印文时的主观因素、以及形成印文后的保存情况对印油的扩散产生的影响，为推断印文的盖印时间提供参考。印文扩散百分比在盖印时间为1～15天时有逐渐扩大的趋势，在盖印时间为15～60天时有逐渐减小的趋势。通过比较同一印文的印油扩散差值百分比可以为推算印文的盖印时间提供参考。

表3 印油样品在复印、票据两类纸张上的扩散距离与时间的关系

图8 3号印油在复印纸和票据纸上的扩散曲线

油痕扩散差值百分比=[(本次测量的印油扩散距离-上次测量的油痕扩散距离)/上次测量的油痕扩散距离]×100%

表4 3号印油在不同纸张上的油痕扩散差值百分比

2.2 不同品牌印油的扩散过程

在2.1工作的基础上，分别测量了复印纸和票据纸上3～14号样品在不同时间的扩散距离，实验结果如图9、图10所示。从图中可以看出印油的扩散曲线在盖印时间为1～15天时较为陡峭，表明印油在前期扩散速率较快。在盖印时间为15～60天时，扩散曲线逐渐趋于平缓，表明此时扩散速率较慢。不同品牌印油的扩散过程均符合这一规律。

图9 复印纸上不同品牌印油的扩散距离随时间的变化

图10 票据纸上不同品牌印油的扩散距离随时间的变化

图11 3号印油在票据纸上扩散曲线的分段拟合结果

图12 3号印油在复印纸上扩散曲线的分段拟合结果

利用origin软件对印油的扩散曲线进行分段线性拟合，可以分别获得印油扩散不同阶段的方程及其斜率，3号样品在复印纸和票据纸上扩散曲线的拟合结果如图11、图12所示。利用该方法可以分别获得在印油扩散初始阶段和印油扩散逐渐达到平衡时的扩散方程，在有多个来源于同一印章、保存条件一致的样本存在时，为定量推断未知样品的盖印时间提供了可能。对各个品牌的印油在复印纸、票据纸上的扩散曲线进行拟合之后的斜率如表5、表6所示，可以看出，不论对于水性印油还是油性印油，其第一段扩散曲线的斜率总是明显大于第二段扩散斜率，除7号样品外，各样品第一段扩散曲线线性拟合的相关系数R2均大于0.95，表明了扩散距离与时间具有良好的线性关系。

3 结论

本研究对印油的扩散过程进行了较为系统的研究，分别探讨了纸张种类、印油类型、印油品牌对于其扩散速度的影响，并且对扩散距离—时间相关曲线进行了拟合，定量获得了不同品牌印油扩散曲线的斜率，为印文盖印时间的推断提供理论依据。主要获得了以下结论：

表5 复印纸上的印油扩散曲线分段拟合斜率

表6 票据纸上的印油扩散曲线分段拟合斜率

首先，纸张种类会影响印油的扩散，复印纸纸张纤维密度大，较为细腻，在一定时间内印油扩散距离短，即扩散速度较慢。票据纸纸张纤维密度小，较为粗糙，在一定时间内印油扩散距离长，即印油扩散速度快。其次，印油的种类也会影响到印油的扩散速度，通常水性印油的扩散速度慢，扩散曲线斜率小。油性印油扩散速度快，扩散曲线斜率大。不同品牌的印油扩散斜率有较大差别。此外，印油的扩散随时间变化大致可分为两个阶段，第一阶段即盖印后15天内，印油的扩散速度快，扩散曲线斜率大；第二阶段即盖印后15～60天，印油的扩散速度逐渐趋于平缓，扩散曲线斜率较小。其扩散距离随时间变化的曲线符合线性关系，特别是在扩散时间15天内线性关系良好。因此，对于环境条件较好且盖印时间不超过两个月，尤其是盖印时间不超过15天的检材，可以通过建立扩散标准曲线方程，为准确判断印文盖印时间提供依据。