利用三維立體顯微鏡判斷筆畫交叉時(shí)序探究

宋朝陽，白曉峰

（中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110035）

三維立體顯微鏡可用于筆跡檢驗(yàn)中常用書寫工具筆畫交叉時(shí)序的判斷，對同支筆字跡交叉筆畫及不同支筆相同顏色或不同顏色的字跡交叉筆畫的判斷都有很好的效果。該方法快速、準(zhǔn)確、無損，突破了傳統(tǒng)的檢驗(yàn)技術(shù)和方法，在現(xiàn)代檢驗(yàn)技術(shù)方法中成本適中，應(yīng)該被廣泛應(yīng)用于文件物證檢驗(yàn)鑒定中。

三維立體顯微鏡的應(yīng)用原理是根據(jù)人類眼睛形成立體空間圖像，運(yùn)用二組液晶鏡片，通過三維處理控制器，使液晶透光狀態(tài)交替變化，利用頻閃的液晶鏡片精確地將顯微鏡中左右兩組不同角度獲得的光學(xué)影像分別送達(dá)左右眼睛，形成雙目視差，使大腦得到的圖像深度信息提升，從而形成具有三維立體效果的影像。在三維立體顯微鏡中觀察到的交叉筆畫的影像，通過CCD成像技術(shù)，同時(shí)獲得左右光路的觀察結(jié)果，然后利用電腦模擬人腦，結(jié)合pixera圖像處理軟件進(jìn)行三維立體圖像還原。

在三維立體的目鏡下，交叉筆畫呈現(xiàn)出縱深不同的現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)鏡頭聚焦可以觀察到不同深度的物質(zhì)成像清晰點(diǎn)是不同的。處于筆痕邊緣的棱線較高，而處于筆痕中部的筆道較深。當(dāng)筆痕邊緣的棱線處于清晰狀態(tài)時(shí)，筆痕中部的筆道就顯現(xiàn)模糊狀態(tài)，反之亦然。后寫筆畫的筆棱由于處于同一高度而成連續(xù)狀態(tài)；先寫筆畫的筆棱被后寫筆畫推擠，處于交叉部位的筆道部分，因而成不連續(xù)狀態(tài)。據(jù)此可以對筆畫交叉時(shí)序作出判斷。

在三維立體顯微鏡下觀察筆畫交叉部位的筆尖擦壓、色料排斥、油墨光澤、油墨堆積、色料覆蓋等表觀現(xiàn)象，綜合分析其形貌特征，也可以判斷筆畫交叉時(shí)序。

1 材料與方法

1.1 儀器

ZEISS三維立體顯微鏡，pixera圖像處理軟件。

1.2 條件的選擇

1.2.1 放大倍率的選擇

利用三維立體顯微鏡判斷交叉筆畫書寫的先后順序，放大倍率的選擇是非常關(guān)鍵的，直接影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與否。實(shí)驗(yàn)中所用三維立體顯微鏡有50、100、200、500倍四個(gè)放大倍率。放大倍率為50倍時(shí)，調(diào)節(jié)鏡頭焦距，計(jì)算機(jī)顯示屏上不能清晰出現(xiàn)筆畫交叉部位的影像。放大倍率為200倍時(shí)，計(jì)算機(jī)顯示屏上出現(xiàn)的筆畫交叉部位影像不完整。放大倍率為100倍時(shí)，計(jì)算機(jī)顯示屏上出現(xiàn)了完整、清晰的筆畫交叉部位影像。因此，實(shí)驗(yàn)中選擇的放大倍率為100倍。

1.2.2 內(nèi)置燈光檔數(shù)

內(nèi)置燈光檔數(shù)范圍為1～10檔，亮度由暗至明。亮度過暗，不能分辨交叉筆畫的顏色；亮度過明，交叉筆畫的顏色會(huì)出現(xiàn)變色現(xiàn)象。因此，實(shí)驗(yàn)中選擇的內(nèi)置燈光檔數(shù)為5～8檔。

1.3 材料

紙張：名仕牌A4復(fù)印紙，稿紙。

書寫工具：編號為1～8的實(shí)驗(yàn)用筆（表1），油墨含量充分。

表1 實(shí)驗(yàn)用筆類型、顏色、品牌、型號細(xì)目

1.4 方法

1.4.1 樣本制作

使用上述的8種實(shí)驗(yàn)用筆，以復(fù)印紙為書寫載體，形成同支筆書寫的交叉筆畫，得到實(shí)驗(yàn)樣本8份；不同支筆相互書寫的交叉筆畫，得到實(shí)驗(yàn)樣本56份。以稿紙為書寫客體，形成同支筆書寫的交叉筆畫，得到實(shí)驗(yàn)樣本8份；不同支筆相互書寫的交叉筆畫，得到實(shí)驗(yàn)樣本56份。共形成實(shí)驗(yàn)樣本128份。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)過程

將實(shí)驗(yàn)樣本置于載物臺上，打開內(nèi)置燈光開關(guān)。將物鏡對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣本的筆畫交叉部位，調(diào)整好位置、放大倍率、燈光檔數(shù)，調(diào)節(jié)鏡頭焦距，至計(jì)算機(jī)顯示屏上清晰出現(xiàn)筆畫交叉部位的影像。進(jìn)行微調(diào)，直至能分析出交叉筆畫的先后順序，用pixera圖像處理軟件對筆畫交叉部位進(jìn)行顯微照相固定，記錄觀察結(jié)果。按照上述過程對128份實(shí)驗(yàn)樣本逐一進(jìn)行拍照固定并記錄。

2 結(jié)果與討論

2.1 同支筆書寫字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

2.1.1 鋼筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

復(fù)印紙多為雙膠紙，密度、平滑度好。鋼筆筆尖在紙張表面上運(yùn)行時(shí)，紙張纖維不易被劃破，也不易在紙張表面形成洇散。但是當(dāng)先寫筆畫將紙面浸濕后，后寫的筆畫就會(huì)以交叉部位為中心向先寫筆畫筆道洇散。稿紙為單膠紙，密度低于復(fù)印紙。鋼筆筆尖在紙張表面上運(yùn)行時(shí)，紙張纖維易被劃破從而使某些纖維凸起、彎曲，后寫筆畫通過時(shí)，會(huì)將這些纖維帶向筆尖運(yùn)行的方向。

鋼筆筆尖由兩片形狀相同的金屬片組成，筆尖為分叉結(jié)構(gòu)，通過擦壓作用書寫后會(huì)在紙面上留下相應(yīng)的凹陷筆畫溝痕。兩個(gè)筆畫相交后，后寫筆畫的溝痕將先寫筆畫的溝痕沖斷，從而使得后寫筆畫的溝痕比較完整。

筆畫交叉處后寫筆畫的筆棱（或筆道）由于處于同一高度而成連續(xù)狀態(tài)，先寫筆畫的筆棱（或筆道）被后寫筆畫推擠，成不連續(xù)狀態(tài)。調(diào)節(jié)鏡頭焦距，可以觀察到后寫筆畫的筆棱（或筆道）在交叉筆畫處表現(xiàn)為一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶（圖1～2）。

圖1 清晰帶現(xiàn)象

圖2 模糊帶現(xiàn)象

2.1.2 中性筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

中性筆的書寫介質(zhì)的粘度介于水性和油性之間，用其書寫的字跡有一定的油墨光澤。在通過交叉部位時(shí)，后寫筆畫將先寫筆畫的油墨沖斷并帶向其運(yùn)行的方向，從而使得交叉部位的先寫筆畫油墨光澤中斷，而后寫筆畫的油墨光澤呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)。

用中性筆進(jìn)行書寫，筆頭為子彈頭時(shí)，由于壓力的作用使得筆畫中間著墨較少，筆畫的兩邊著墨較多而形成油墨堆積。后寫筆畫經(jīng)過交叉部位時(shí)，將先寫筆畫兩邊堆積的油墨帶向后寫筆畫運(yùn)行的方向，先寫筆畫在交叉部位兩邊堆積的油墨被沖斷，從而使得后寫筆畫在交叉部位兩邊的油墨堆積呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)（圖3）。

圖3 油墨堆積現(xiàn)象

調(diào)節(jié)鏡頭焦距，可以觀察到后寫筆畫的筆棱或筆道在交叉部位表現(xiàn)為一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶（圖 4）。

圖4 模糊帶現(xiàn)象

2.1.3 圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

圓珠筆油墨為干稠性油墨，用其書寫的字跡也有油墨光澤。可以通過油墨光澤判斷圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序。圓珠筆也有筆畫中間著墨少邊緣著墨多的現(xiàn)象，因此可以通過油墨堆積現(xiàn)象判斷圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序。

調(diào)節(jié)鏡頭焦距，可以觀察到后寫筆畫的筆棱或筆道在交叉筆畫處表現(xiàn)為一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶。

2.2 不同支筆書寫字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

2.2.1鋼筆與中性筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

鋼筆墨水為水溶性，中性筆油墨的粘度介于水性和油性之間。根據(jù)油水互不相容原理，若先寫筆畫為中性筆筆畫，后寫筆畫為鋼筆筆畫，則交叉部位墨水筆畫可能會(huì)出現(xiàn)收縮或中斷現(xiàn)象（圖5）。

圖5 筆畫收縮現(xiàn)象

油墨光澤是判斷鋼筆與中性筆字跡筆畫交叉時(shí)序的依據(jù)。若交叉筆畫處有呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)的油墨光澤，則可成為判斷先寫筆畫為鋼筆筆畫，后寫筆畫為中性筆筆畫的依據(jù)。油墨堆積也是判斷鋼筆與中性筆字跡筆畫交叉時(shí)序的依據(jù)（圖6）。若交叉部位兩邊有呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)的油墨堆積，可成為判斷先寫筆畫為鋼筆筆畫，后寫筆畫為中性筆筆畫的依據(jù)。

圖6 油墨光澤現(xiàn)象

調(diào)節(jié)鏡頭焦距，交叉部位呈現(xiàn)出一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶的筆畫為后寫筆畫（圖7）。

圖7 模糊帶現(xiàn)象

2.2.2 中性筆與圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

中性筆油墨的粘度介于水性和油性之間，圓珠筆油墨為油溶性。根據(jù)油水互不相容原理，若先寫筆畫為圓珠筆筆畫，后寫筆畫為中性筆筆畫，交叉部位可能會(huì)出現(xiàn)有收縮或中斷現(xiàn)象的筆畫（圖8）。

圖8 筆畫收縮現(xiàn)象

調(diào)節(jié)鏡頭焦距，交叉筆畫處呈現(xiàn)出一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶的筆畫為后寫筆畫（圖9）。

圖9 模糊帶現(xiàn)象

2.2.3 鋼筆與圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序判斷

鋼筆墨水為水溶性，圓珠筆油墨為油溶性。根據(jù)油水互不相容原理，若先寫筆畫為圓珠筆筆畫，后寫筆畫為鋼筆筆畫，則交叉部位墨水筆畫可能會(huì)出現(xiàn)收縮或中斷現(xiàn)象（圖10）。

圖10 筆畫收縮現(xiàn)象

油墨光澤和油墨堆積都是判斷鋼筆與圓珠筆字跡筆畫交叉時(shí)序的依據(jù)。交叉筆畫處有呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)的油墨光澤或交叉部位兩邊有呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)的油墨堆積，均可成為判斷先寫筆畫為鋼筆筆畫，后寫筆畫為圓珠筆筆畫的依據(jù)（圖11）。

調(diào)節(jié)鏡頭焦距，交叉部位呈現(xiàn)出一條連續(xù)的模糊帶或清晰帶的筆畫為后寫筆畫（圖12）。

圖11 油墨光澤現(xiàn)象

圖12 清晰帶現(xiàn)象

不同顏色的筆相互書寫，還可以通過色料覆蓋判斷交叉筆畫書寫的先后順序。顏色不同的兩種色料相互疊加遵循減色法原理。對于紅色字跡筆畫與藍(lán)色字跡筆畫的交叉，由于藍(lán)色的遮蓋性較紅色強(qiáng)，如果藍(lán)色字跡筆畫后寫，后寫的藍(lán)色筆畫受先寫的紅色筆畫的影響不大，交叉部位的藍(lán)色字跡筆畫變化程度較低。如果紅色字跡筆畫后寫，受后寫的紅色筆畫較強(qiáng)的濾光作用影響，交叉部位的字跡筆畫顏色變暗。因此可以通過筆畫交叉部位顏色變暗的程度來判定交叉筆畫書寫的先后順序。但對于紅色、藍(lán)色字跡筆畫與黑色字跡筆畫的交叉，由于黑色的遮蓋性強(qiáng)，無論何種顏色的字跡筆畫后寫，變色現(xiàn)象均不明顯，所以判斷起來較困難。

3 結(jié)論

（1）三維立體顯微鏡檢驗(yàn)為筆跡檢驗(yàn)中筆畫交叉時(shí)序的判斷提供了一種有效的無損檢驗(yàn)方法。

（2）在放大倍率為100倍，內(nèi)置燈光檔數(shù)為5～8檔的實(shí)驗(yàn)條件下，觀察到交叉筆畫的三維立體效果最佳。

（3）紙張材質(zhì)對筆畫交叉時(shí)序的判斷影響不大。

（4）可以通過筆尖擦壓、色料排斥、油墨光澤、油墨堆積、色料覆蓋、模糊帶、清晰帶等現(xiàn)象判斷交叉筆畫書寫的先后順序。應(yīng)用該方法進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)綜合這些特征對筆畫交叉時(shí)序進(jìn)行判斷。

（5）模糊帶、清晰帶特征在同支筆字跡交叉筆畫、不同支筆相同顏色或不同顏色的字跡交叉筆畫時(shí)序的判斷中均適用。

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