通过光谱成像技术鉴别签字笔字迹的种类

邹 亦， 谢 鹏

(中国刑事警察学院文件检验技术系， 辽宁沈阳 110035)

0 引言

签字笔具有书写流利、携带方便、价格便宜等优点，早已在世界范围内成为非常普及的书写工具。同时，在各种刑事和民事案件中涉及签字笔字迹的文件物证也占有绝大多数的比例。对签字笔字迹的种类鉴别是文件检验的基础性工作，可为确定伪造或变造文件提供科学的依据。但随着制笔技术的发展，目前的签字笔墨水基本上都是不溶于任何有机和无机溶剂，非常稳定、耐久的色料，给我们的成分分析和检验鉴别带来极大的困难。由于签字笔字迹不能被溶解提取，传统的薄层色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法等化学或仪器分析的方法，均不适用于其色料种类的鉴别。通过物理方法特别是物理光学方法是鉴别此类不溶性色料的不二选择。

光谱成像技术鉴别签字笔色料种类是近年发展起来的融合了光谱技术和成像技术在文件检验领域的应用。光谱成像技术就是把入射的全波段或宽波段的光信号分成若干个窄波段的光束,然后把它们分别成像在相应的探测器上，从而获得不同光谱波段的图像。通过成像光谱仪记录被检验物质在一定光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的反射光亮度分布或荧光亮度分布，形成由许多单色光影像构成的光谱影像集，光谱影像上任意一个像点在各个单色影像中的亮度变化就是这个像点位置物质的光谱亮度曲线。由于这些光谱亮度曲线能够在一定程度上反映被检验物质的化学成分，因此光谱成像又被称为“化学成像”。

签字笔墨水主要由着色剂、溶剂、表面活性剂和树脂等成分组成。由于不同产地、不同牌型号的黑色签字笔墨水中所加入的这些成分种类或配比可能不同，这些组分间的差异会使光谱图中光谱主要反射峰区域、主峰的位置、强度的大小不同，因此可以利用光谱成像技术对签字笔字迹进行种类鉴别。相对传统光谱检验，光谱成像技术具有操作简便、快速，结果准确、可靠，无损检材等明显优势。

1 实验部分

1.1 实验仪器

实验仪器：MST- 2型高级三维光谱成像文检分析系统

光谱采集参数：光谱分辨率24 μm，扫描范围5 mm，光源50 W金属卤素灯，分辨时间600 msec，光谱测量范围450～1 050 nm。

1.2 签字笔样品

共收集了29种不同品牌、不同厂家生产的黑色签字笔，签字笔样品的品牌、产地及编号如表1所示。

1.3 实验方法

分别使用29种签字笔在复印(打印)纸、信稿纸、票据纸3种不同克重的纸张上书写笔画色痕，然后放入MST- 2型高级三维光谱成像文检分析仪中，

表1 签字笔样品的品牌、产地及编号

将光斑置于笔画内部(注意光斑不能有空白部分)检测，扣除纸张载体背景，将系统绘制的图像进行光谱分析。

2 结果与讨论

2.1 笔画色痕上不同部位取点对检测结果的影响

通过对色痕上3个不同部位取点检测所获得的3个光谱波形图进行比较发现，3个谱图的主要反射峰区范围、主峰位置都是一致的，只是在强度上有所不同，图1～3是1#样品笔画色痕上不同部位采集的光谱图。强度的不同是由于笔画色痕的不同部位浓淡不同(笔画色痕不同部位的浓淡不可能完全相同)造成的。由检测结果可见，在笔画色痕上的不同部位取点并不会影响色料种类的鉴别。

图1 1#样品笔画色痕上部位1的光谱图

图2 1#样品笔画色痕上部位2的光谱图

图3 1#样品笔画色痕上部位3的光谱图

2.2 不同纸张载体对检测结果的影响

对复印(打印)纸、信稿纸、票据纸3种不同纸上书写的1#样品笔画色痕进行光谱检测，所得光谱图如图4～6所示。通过对该3个光谱图进行比较发现，同一支笔在不同种类的纸张上书写的色痕主要反射峰区范围和主峰位置也基本一致。说明在鉴别签字笔色料种类时，只要扣除纸张背景，就可以排除不同纸张对检测结果的影响。

图4 1#样品复印(打印)纸上笔画色痕的光谱图

图6 1#样品票据纸上笔画色痕的光谱图

2.3 不同种类签字笔字迹的鉴别

分别对所收集的29种黑色签字笔的笔画色痕进行光谱检测，发现1#、3#、8#、22#、26#、27#样品相近，2#、6#样品相近，5#、9#、10#样品相近，15#、16#、18#样品相近，其他的样品各有不同，从而对29种黑色签字笔字迹实现了有效的区分。部分样品的光谱图如图7～14所示。

图7 2#样品的光谱图(主要反射峰区500～850 nm， 主峰λmax=670 nm)

图8 5#样品的光谱图(主要反射峰区470～850 nm， 主峰λmax=700 nm)

图9 7#样品的光谱图(主要反射峰区470～970 nm， 主峰λmax=760 nm)

图10 11#样品的光谱图(主要反射峰区550～850 nm， 主峰λmax=670 nm和λmax=730 nm)

图11 13#样品的光谱图(主要反射峰区460～960 nm， 主峰λmax=780 nm)

图12 15#样品的光谱图(主要反射峰区510～950 nm， 主峰λmax=730 nm)

图13 19#样品的光谱图(主要反射峰区510～960 nm， 主峰λmax=750 nm)

图14 23#样品的光谱图(主要反射峰区500～880 nm， 主峰λmax=760 nm)

2.4 检测结果的重现性

随机选择样品重复3次光谱检测，发现检测得到的主峰位置和主要反射峰区的标准偏差很小，3个光谱图基本相同。说明通过光谱成像技术鉴别签字笔字迹的种类，具有很好的重现性。