运用紫外光谱成像技术检验可擦中性笔形成的消褪字迹

王丹琳， 杨玉柱

(中国人民公安大学，北京 100038)

0 引言

随着科学技术的进步，各类新型的科技产品也越来越多，可擦笔就是其中一种。可擦笔，顾名思义是字迹可以擦除的笔，它的出现已有一段时间，因为制造工艺、制造技术的不成熟，一直未被人们广泛使用，但随着墨水(或油墨)制造技术的不断发展，可擦笔性能有明显的改善。近几年，可擦笔已经成为一种大众化的书写工具，一些不法分子利用可擦笔伪造、变造文件进行违法犯罪活动的案例也越来越多。例如:2010年初，张家港海事局执法人员在办理船舶进出港签证手续过程中，发现利用可擦笔涂改船舶航次签证单中的签证信息而逃避国家规费征收的情况;2010年山西盂县煤运公司某职工，利用可擦笔在单位发票上作手脚，在4年多时间里连续作案47起，诈骗金额高达400多万元。目前，对于可擦笔形成的消褪字迹的检验方法还没有系统、详细的研究。笔者尝试运用紫外光谱成像技术检验可擦中性笔形成的消褪字迹，旨在为检验该类消褪字迹提供一种有效的方法。

1 可擦笔概述

可擦笔书写的字迹在书写后的一定时间内可以擦除，基本不留痕迹，可以重复多次在纸上书写，主要是通过普通橡皮擦、笔尾的橡胶以及专配的修改液进行消除，可反复修改。可擦笔采用特制油墨，经特殊工艺精制而成，大体上分为可擦圆珠笔、可擦中性笔、可擦钢笔3类。目前，已经有专家学者对可擦性圆珠笔用油墨、可擦墨水的成分及作用机理等进行了研究。可擦圆珠笔是在油墨中加入特种树脂(橡胶)，使书写后的墨迹易成膜，便于用一般的橡皮或笔尾的橡胶擦除，其书写字迹油墨粘度大、易滴墨，重复书写后字迹不美观。可擦中性笔是在墨水制造中加入特种树脂，使墨迹易成膜，便于用一般的橡皮或笔尾的橡胶擦除，与可擦圆珠笔的原理相似，其书写字迹颜色较淡，不够亮丽，字迹看起来很费力。可擦钢笔使用的墨水的主要成分有溶剂、着色剂、成膜剂及其他助剂等。这种墨水书写后形成字迹，随着溶剂挥发，颜(染)料等着色剂被树脂成膜剂包裹，在纸面上形成一层薄的色膜，当使用专配的修改液时，色膜被溶解，字迹消失。可擦中性笔是日常生活中最常见，同时也是犯罪分子利用最频繁的一种，因此，笔者在论文中选择可擦中性笔作为研究对象。

2 紫外光谱成像技术概述

紫外光谱成像技术检验物证的原理是:通过成像光谱仪记录被检验物体在一定紫外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紫外光谱影像集。实际上，可以把紫外照相技术看作是紫外光谱成像技术的最初应用。紫外照相技术作为一种拍照、显现、提取一些肉眼不易观察到的指印、痕迹物证的有效方法已经在办案实践中得到了广泛应用，取得了显著的效果，成为光学检验方法中一种必备的技术手段。我国法庭科学领域对光谱成像技术的研究主要是可见光波段和红外光波段，在对各种客体上潜在汗液、血等痕迹的发现与提取;油墨、油漆、纤维的分类与检测;以及真伪文件检验等多个应用领域取得了较为理想的效果，而光谱成像技术在紫外波段的研究很少，对紫外光谱成像技术的理论和实践技术的研究也还在初步阶段。

运用紫外光谱成像技术检验可擦中性笔形成的消褪字迹原理是:可擦中性笔在纸张上书写的字迹被擦除后，虽然肉眼观察不到原字迹，但是仍然会在纸张中残留少量的笔墨，利用笔墨和纸张对紫外线的反射光亮度或荧光亮度的不同，显现可擦中性笔形成的消褪字迹。

3 实验仪器和设备

3.1 普通照相设备

尼康D2HS数码相机1台、翻拍架、冷光源。

3.2 THEMIS紫外光谱成像系统

实验所使用的THEMIS紫外光谱成像系统为紫外光谱仪和图像采集连用系统，工作的原理是复合光中各单色光通过色散棱镜，按照波长不同彼此分离，通过高敏感CCD芯片，将光信号转换为电信号，并分别成像的过程。该系统由七部分组成，包括封柜、装载图像处理软件的PC机、紫外棱镜分光光谱仪、全反射镜、标准工作台、全波段CCD以及氘灯光源。

3.3 Hyper Visual GUI软件包

通过Hyper Visual GUI(图形用户界面)软件包，终端用户可以与超光谱紫外分析系统通信以及实现对它的控制。Hyper Visual软件具有强大的传统处理功能，如标准化、噪声消除、统计输出、打包处理、项目管理，以及其他多项由原始数据包获取和保持图像的质量和准确数据从而进行数据分析所需要的功能。

4 实验步骤和方法

4.1 样本的制作

实验共收集了不同品牌、两种颜色的可擦中性笔共8种，在普通票据纸上制作消褪字迹的样本，总共8个样本，实验用可擦中性笔的信息如表1所示。

表1 实验用可擦中性笔的信息

4.2 实验方法

(1)将相机固定在翻拍架上，打开冷光源，45°角均匀配光;

(2)将票据纸裁剪成5 cm×5 cm的纸片，用可擦中性笔在纸片上书写字迹制成样本，将样本置于翻拍架上拍摄字迹擦除前的效果照片;

(3)字迹擦除后，再将样本置于翻拍架上拍摄字迹擦除后的效果照片;

(4)调整光谱仪镜头，保证其垂直于载物台，使用暗视场配光方法，氘灯光源与光谱仪成30°角照射;

(5)启动紫外光谱成像系统，将擦除字迹的样本放置在光谱仪镜头下，并使样本置于氘灯光斑的中心位置;

(6)运行紫外光谱分析软件，设置光谱仪上的拍摄参数，主要参数有两个，扫描线数设置为200，曝光时间(Exposure Time)设置为1 000 ms;

(7)点击按钮，对样本进行拍摄，获得紫外光谱影像集;

(8)观察拍摄的影像是否清晰，若不清晰，手动调焦后重新拍摄，重复试验，直至出现清晰的影像;

(9)对实验所得的清晰的紫外光谱影像集，可以连续地翻看在特定紫外波段下样本的影像，选取鉴别消褪字迹效果最好的单幅影像作为结果影像。

(10)在结果影像中选取一小块同时有字迹与空白背景的区域，截取该区域的图像并放大，得到放大的局部图像后，单击选择图像中笔墨和纸张的光谱取样点，得到笔墨与纸张的光谱曲线图。

5 实验结果与分析

5.1 实验结果

1号样本、2号样本、3号样本、4号样本、5号样本、6号样本、7号样本和8号样本实验结果分别如图1、图2、图3、图4、图5、图 6、图 7、图8 所示。

图1 1号样本实验结果

图2 2号样本实验结果

以上图片中，(a)为样本字迹擦除前的普通照相效果，字迹清晰;(b)为样本字迹擦除后的普通照相效果，基本观察不到字迹;(c)为运用紫外光谱成像技术拍摄的，特定紫外波段的结果影像，影像中字迹清晰，显现效果好;(d)为紫外光谱曲线图(蓝色曲线代表笔墨的光谱曲线，红色曲线代表纸张的光谱曲线)。

5.2 结果分析

(1)实验选取的百乐、三菱、无印良品、白雪4个品牌，两种颜色的8种可擦中性笔，在普通票据纸上的擦除效果都较好，擦除后肉眼基本观察不到原书写字迹。

图3 3号样本实验结果

图4 4号样本实验结果

(2)运用紫外光谱成像技术检验百乐、三菱、无印良品、白雪的8种可擦中性笔形成的消褪字迹，显现效果较好，字迹清晰，容易辨别。

(3)根据紫外光谱曲线得出，运用紫外光谱成像技术检验百乐、三菱、无印良品、白雪的8种可擦中性笔形成的消褪字迹，紫外波长在280～400 nm之间，均能检验出消褪字迹。

(4)实验中，三菱可擦中性笔在300～400 nm紫外波段，都有很好的显现效果，字迹与纸张的亮度差很大;白雪可擦中性笔在340～360 nm紫外波段时，显现效果较好，字迹与纸张的亮度差大;无印良品、百乐可擦中性笔在340～380 nm紫外波段时，能有很好的显现效果，字迹与纸张的亮度差大。

(5)百乐、三菱黑、蓝两种颜色的可擦中性笔的紫外光谱特性相似;无印良品、白雪黑、蓝两种颜色的可擦中性笔的紫外光谱特性相差很大。不同品牌、不同颜色的可擦中性笔在紫外光谱特性的差异，可能是因为油墨成分的不同造成的，需要进一步实验验证。

图5 5号样本实验结果

图6 6号样本实验结果

6 结论

实验结果表明，紫外光谱成像技术可以有效地检验可擦中性笔形成的消褪字迹，该方法方便快捷、检验速度快、检验效率高。

图7 7号样本实验结果

图8 8号样本实验结果

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