从三维数据模型中分析老年人笔迹的笔力特征*

景佳妮

（广东警官学院，广东 广州510000）

老年人笔迹［1］，通常指人到老年以后，其书写技能因身体机能的退化而形成的笔迹。本文通过三维重现技术，量化老年人笔迹。利用显微镜来组建老年人笔压特征的三维形态，利用笔压特征的空间性完成对比和分析。即先在z轴上，使用连续拍摄功能，聚焦拍摄多组笔迹照片，然后根据每张照片的焦点纵向距离重建笔迹的高度数值，然后再从平面角度完成相应组数的平面图像拍摄，通过软件处理后，自动合成一张视场较大的三维图像。

1 实验设计

1.1 实验器材与软件

本实验器材：笔迹三维信息提取分析仪、黑色0.5mm子弹头式中性笔、A4复印纸。

本实验软件：TYSCAN 软件、三维检测软件Geomagic Qualify11、Microsoft Excel、SPSS等。

1.2 实验方案及过程

1.2.1 “老年人”的设定

本实验随机选取笔迹出现退化现象的30 位50～80岁的老年人为实验对象（见表1）。

1.2.2 老年人笔迹实验样本的收集

本实验选用老年人的签名字样为样本字，样本字和实验对象的年龄（见表1）。随机选取30位老年人以正常坐姿在合适厚度衬垫物的A4复印纸上，用黑色0.5mm 子弹头式中性笔正常、匀速书写自己的签名。每人写5份，共150份签名笔迹。

表1 实验对象年龄表

编号 姓名（样本字） 年龄（岁）16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30为淑珍张建王示安徐冬龙吕冬英钟继群曹红月刘玉琴杜冰洁陈喜明李亚芳景江丽姜武李玉李丽芳63 63 63 59 58 56 56 55 55 54 53 52 51 51 50

2 老年人签名笔迹笔力特征的研究

本研究分别从老年人签名笔迹的单个样本、同一位老年人的5 份不同样本进行比较分析。且两个方面均从笔迹压痕彩色图显、压痕深度曲线、压痕深度数据三个维度进行分析。

2.1 单个样本分析

2.1.1 笔迹压痕彩色图显

压痕彩色图显（见图1）是基于样本文字各像素点的RGB 值与该点的Z 轴坐标之间建立的映射函数，以不同颜色来区分压痕的深度，颜色由红色至蓝色变化，代表压痕深度由浅至深，绿色表示纸平面，红色至黄色部分高于纸平面，蓝色部分低于纸平面。

图1 老年人笔迹压痕彩色图显

通过图1，可以定性地观察到该“景元”样本笔迹压力的变化：

（1）蓝色部分基本位于笔划居中部位，符合正常书写规律。

（2）同一笔划的蓝色、红色、黄色部分分布稳定，表现为单个笔划从始至终其颜色分布均匀。

（3）图1中的1号部位颜色较浅，整体压力偏小，起笔较轻；其余部位压力明显增强，表现笔画颜色加深，说明笔迹深度增大，压力增强；起笔仍然较轻，表现为起笔处颜色浅，笔迹深度小。

（4）图1 中的2 号部位有蓝黄点状交换出现，说明书写笔划的方向是朝打断纸张纤维的方向运笔，因此会出现纸张深度的起伏，同时也说明笔划压力深度较深，速度较慢。

（5）实验对象笔划多为侧运笔，表现为笔划左侧为红黄色，右侧为蓝色，对比与正常角度书写出的笔划“黄蓝黄”彩色图显差异，说明书写人运笔时保持克服纸张纤维的方向用力，但笔划是朝着纸张纤维方向进行，笔划压力使笔划左侧纸张凸起。如图1中的3号部位。

2.1.2 压痕深度曲线

压痕深度曲线（见图2、图3）是某一笔画的空间轨迹中各像素点的纵坐标构成的二维曲线，采样点在选定笔画中的相对位置为X 轴横坐标，该点的纸张凹陷深度数据为Y 轴纵坐标，直观展示笔迹压痕深浅变化趋势，从而推出书写人书写压力的大小及起伏变化，压痕深度曲线图如图2、图3所示，不仅体现了书写时书写压力的总体变化趋势，也展现了书写过程中细微的书写压力变化。

图2 老年人笔迹压痕深度曲线

图3 老年人笔迹局部笔划压痕深度曲线

与笔迹压痕彩色图显不同的是，压痕深度曲线是定量的观察笔迹压力的变化，由于软件在提取笔划信息时，每个笔划提取若干个点的深度值进行反应笔划对应的笔迹压力，因此，通过压痕深度曲线右侧的折线图中上下起伏的点线观察对应笔划压力的深浅。

（1）整体笔迹压力起伏较大，该样本最高点为0.02mm，最低点位-0.089mm，相差0.1mm左右。

（2）同一份签名中，越到后面的笔划，压力深度越大，运笔压力越大。

2.1.3 压痕深度数据

通过研究30 位老年人的150 份样本笔迹，得到30 位老年人各自签名样本笔迹压痕深度的最大值均值、最小值均值、极值差均值、标准差均值、整体均值等数据，以30 人签名笔迹第一个字数据为例，如表2所示。

表2 老年人签名笔迹中第一个字各数据均值表

通过数据分析，得到折线图（见图4），将数据更为直观、形象的表达。

图4 老年人笔迹压力折线图

由图4 可知，10 号、12 号老年人笔迹压力最小值较小，说明这两位老年人书写时笔迹压力较大，笔划深度较深；除10号、12号外，其余28 位老年人笔划深度均约在-0.2～0mm 之间，说明老年人笔迹压力普遍在一定范围内波动，存在笔力变化较小，笔力较为平缓的现象；标准差均值变化幅度小，均在0.01～0.02mm 上下波动，说明该组数据与该组数据平均值相差较小，笔迹压力变化较小，笔力较为平缓。

2.2 同一人样本与自身的比较分析

通过对笔迹的分析，可以看出老年人在相同书写条件下，书写同一个字时具有如下特点：

（1）由于老年人书写习惯已经养成，书写形成动力定型，其笔迹压力变化的趋势大体相近，如图5、图6所示。

图5 同一人笔迹压痕深度曲线比较一

图6 同一人笔迹压痕深度曲线比较二

（2）在某些细小笔划的笔迹压力区间范围内，压力变化存在细微差异。

3 结果与讨论

本实验致力利用笔迹的三维信息，即认识笔迹的压力痕迹特征，尝试深入研究条件变化笔迹中的老年人笔迹，通过利用本实验的笔迹三维信息提取仪，拓展传统笔迹检验领域，得到以下结论：

（1）老年人签名笔迹中，整体的、宏观的来看同一份笔迹的压痕彩色图显及压痕深度曲线，越到后面的笔划，颜色越深，压力深度值越大，运笔压力越大，该现象出现率为83%；（2）同一老年人在正常条件下，其多次书写的相同签名笔迹，即使在字的外观形态上存在差异，但其笔迹压力变化的趋势大体相近；（3）93%的老年人笔迹压力最大值均值、最小值均值变化幅度较为稳定，在一定范围内波动；（4）同一签名中，老年人笔迹会出现使纸张大幅度凸起或凹陷的现象，即在签名过程中，老年人用力不均；（5）老年人笔迹压力标准差均值变化幅度较大，数据的波动较大，即老年人签名仍属于自然的、正常的签名，笔力有起伏变化。