反射變換成像技術在打印變造文件中的應用

吳曉 林紅

摘 要 在文件檢驗工作中，檢驗人員時常會遇到鑒別打印變造文件這類案件。關于打印變造文件類案件中有一類特殊案件，即在已經簽名的紙張背面重新打印修改過的內容，偽造出一份新的文件，這就涉及到打印內容與簽名的時序問題，檢驗人員對判斷是先打印后簽名還是先簽名后打印的時序問題難以下結論，這是因為傳統方法難以將文件背面筆跡壓痕與打印文字交錯部位的細節特征清晰呈現出來，本文將利用反射變換成像（Reflectance Transformation Imaging，簡稱RTI）技術來顯現筆跡壓痕與打印文字交錯部位的細節特征，此方法可有效提高清晰度，將特征的三位形態清晰顯現。

關鍵詞 文件檢驗 反射變換成像 添加打印變造文件 筆跡壓痕

中圖分類號：DF794.2 文獻標識碼：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

打印變造文件中涉及到簽名與打印時序問題的案件是目前各類文檢案件中較難處理的一類案件，主要因為傳統觀測壓痕的方法，如側光紅外影像法、靜電壓痕顯現法、顯微圖像三維重建法等都無法展現出壓痕的紋理細節，因而文檢人員就無法觀察到先簽名后打印與先打印后簽名的添加變造文件在筆壓痕跡與打印文字交匯處的細微區別。本研究摒棄了傳統觀測方法，將采用計算攝影方法（Computational Photographic）中的反射變換成像技術 （Reflectance Transformation Imaging，簡稱RTI）來顯現不同簽名時序的變造文件中筆跡壓痕與打印文字交匯處的三維形態特征，此特征將為文檢人員的鑒定過程提供一定的幫助，提高鑒定結論的可靠性。

反射變換成像技術是一種數字圖像技術，它基于數字攝影和表面反射成像模型（Lambertian模型和Phone模型），通過記錄和處理被攝物體的顏色信息和表面紋理信息，獲得的影像比單張攝影圖像信息豐富，適用于非透明、非金屬、表面漫反射的物體。傳統意義上，攝影圖像通過光與投影來反映立體形態，每個像素值記錄顏色（灰度）信息。與傳統攝影不同，RTI的每一個像素不僅記錄物體顏色信息，還記載物體表面法向量信息。Adobe Photoshop等圖像處理軟件可以運用數學變換來增強圖像中像素和像素間的對比度、銳度、色調等，而RTI技術不僅處理圖像像素的RGB顏色信息，也對表面法向量進行數學變換，兩者可以一同處理， 也可以分別進行處理。[1]

1 實驗材料和方法

1.1 實驗樣本制作

筆者使用黑色中性筆在多張背面印有文字內容的A4打印紙上簽寫自己的名字，以及在多張空白A4紙上先簽下自己名字再在背面打印上文字。書寫紙下襯墊物為一疊打印紙。一共制作了十二份實驗樣本。

1.2 實驗設備

（1）硬件：Canon EOS 6D相機、SIGMA微距鏡頭（105mm F2.8）、文件翻拍架、RTI設備主機、遙控器、快門連接線、壓紙板、14cm穹頂燈臂（LED光源）、直徑2mm黑色陶瓷珠。

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

1.3 實驗方法

首先設置相機參數：手動對焦，光圈選為F8，快門為1/80秒，感光度為400，圖片存儲格式為RAW。相機參數設置完成后，將Canon相機以鏡頭垂直與被攝物體表面的方式固定在翻拍架上，用快門連接線將RTI設備遙控器與相機連接，用以控制相機操作。將穹頂狀光源定位架放置在相機與被攝物之間，并將相機鏡頭盡可能置于定位架中間。

將設備安置好之后使用遙控器控制相機快門，采集拍攝48張格式為RAW的簽名筆跡背面的筆跡壓痕圖像，使用Photoshop CS6軟件轉換成JPEG格式圖像。將48張照片導入RTIbuilder軟件合成RTI影像，經過Highlight Based（HSH Fitter）模式進行算法合成，再通過RTIviewer軟件觀察和處理影像，在“鏡面反光增強”（Specular Enhancement）模式下移動虛擬光源按鈕來觀察最佳立體效果，直至獲得最清晰的筆跡壓痕圖像，并通過“法向量可視化” （Normal Visualization）模式合成表面三維圖像。

2 實驗結果和討論

2.1 使用RTI技術觀察比較筆跡壓痕與打印文字交叉部位

RTI技術屬于計算機視覺技術，與傳統觀測方法相比較，它能夠捕捉被攝物表面細微的三維形態，其中一個具有高價值的功能就是法向量可視化模式。法向量是數學中空間解析幾何的概念，RTI技術是將二維圖像每個像素點上建立垂直于該平面的矢量，使原有的二維圖像轉化為更立體的三維圖像，由此，可以使用法向量來表現這個平面的朝向。RTI影像的合成需要來自同一被攝物的幾十張數字攝影照片的數據，每一個光位獲得一張照片，再通過RTIviewer軟件中的法向量可視化模式，將每個像素的法向量進行偽彩色渲染，將“淺浮雕類”物體的細節呈現得更加豐富，而實驗中筆跡壓痕和打印的文字都屬于“淺浮雕類”。同時，這種偽彩色渲染是分別使用紅、綠、藍色顯示每個像素點上法線的X、Y和Z軸，用以表示每個像素點的表面朝向，能夠準確再現紙張上壓痕的真實三維形態。反射變換成像技術克服了傳統觀察方法的局限性，能夠使被攝物表面結構和細節更清晰地展現出來。

圖1并列了兩張法向量可視化模式下顯現的文字細節，通過軟件將文字放大之后，可以更清晰的看見兩個打印文字與筆跡壓痕交叉處的區別，即圓圈標注處。圖1左圖為先打印再在文件背面簽字的文件，可以看出與壓痕交叉處的文字筆畫是凸起且彎曲的，具有一定弧度，圖1右圖為先簽字后打印文件，可以看出圖中與壓痕交叉處的文字筆畫雖然也凸起但是并沒有彎曲，為了更明顯地區分兩張圖中交叉處筆畫的差別，用黑色線條將交叉處的彎曲程度標注出來，以便對比。造成這種區別的原因在于先打印后（在紙張背面）簽字會對墨粉造成直接壓力，使平整的墨粉受壓凸起變形，如果相機倍數足夠大，還可以觀察到由于筆尖壓力作用造成的字跡筆畫邊緣的墨粉有沿著壓痕方向被“帶出”的痕跡，而先簽字后打印文件則不會有此現象，這是因為墨粉直接打印到筆跡壓痕上，同時岀紙輪的壓力作用也會將筆跡壓痕相對壓淺一些，使壓痕相對平整一些，所以觀察不到墨粉被壓痕“帶出”的現象。

2.2 關于運用RTI技術鑒定添加打印變造文件的局限性的討論

雖然RTI技術在觀測壓痕細節方面相較于傳統方法有很大進步，但是并非所有打印變造文件的簽名時序問題這類案件都能使用RTI技術解決，我們應該看到RTI技術在一些案件上的局限性。根據幾組不同樣本的顯現效果發現RTI技術并非對所有深淺壓痕的顯現效果都能做到非常清晰，對于低倍鏡頭拍攝的影像和極淺的壓痕（如圖2、圖3）的觀測并不理想。

圖4紅色圓圈內為壓痕與打印字跡筆畫交匯處，可以看出細節的表現效果并不好，無法看出先簽字后打印變造文件的特點，這是由于筆跡壓痕過淺，所用相機的分辨率無法滿足RTIviewer軟件對此類深淺壓痕的觀測要求，壓痕越淺對相機分辨率的要求也就越高，但是當壓痕極淺時，先簽字后打印文件與先打印后簽字文件的區別特征本身就不明顯，即使鏡頭倍數夠高也無法使用RTI技術進行鑒定，所以使用RTI技術鑒別打印變造文件這類案件上具有一定的局限性。

3 結論

將RTI技術應用到打印變造文件的檢驗中，可有效的幫助文檢人員解決類似于鑒定簽名時序這類疑難案件，為文檢人員提供更科學的依據和手段。同時，RTI技術的配套設備攜帶方便，軟件操作簡單，便于文檢人員學習使用，它可以做到傳統觀測方法，比如測光觀測法做不到的方面。RTI技術能夠更細致更立體地顯現物體的表面紋理，能夠更有效地顯現筆跡壓痕、打印的字跡等“淺浮物體”的特征更有效，但同時我們也應注意到RTI技術的局限性，它對客觀條件也有一定的要求，例如在拍攝過程中要確保相機與光源設備的穩定以及壓痕越淺對相機像素要求就越高等。RTI技術在文件檢驗領域的應用具有進步性和不可替代性，具有很大的發展空間，有待進一步開發利用，為更多類案件服務。

參考文獻

[1] 劉寧.運用反射變換成像技術顯現黑色簽名字跡書寫筆壓[J].刑偵技術，2015（5）：32-34.