數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡失真度研究

周桂雪 段海惠 潘自勤

（1 南京森林警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系，國(guó)家林業(yè)局森林公安司法鑒定中心，野生動(dòng)植物物證技術(shù)國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇 南京 210023；2 朔州市公安局平魯分局 山西 朔州 036800；3 西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院，西南政法大學(xué)司法鑒定中心 重慶 401120）

1 引言

線(xiàn)上交易的增多和無(wú)紙化辦公的推廣使得電子簽名有了廣泛的應(yīng)用和需求空間，特別是自2000年以來(lái)，世界各國(guó)相繼頒布電子簽名法案使電子簽名在不同程度上得到了法律效力的確認(rèn)，推動(dòng)了電子簽名應(yīng)用的發(fā)展。世界各國(guó)對(duì)電子簽名的立法模式存在差異，我國(guó)采取折中式電子簽名立法模式，即在法律上指出“可靠的電子簽名” 條件，同時(shí)也不否認(rèn)簽名雙方認(rèn)可的其他形式的電子簽名。因此，從技術(shù)角度看，以PKI為基礎(chǔ)的數(shù)字簽名技術(shù)符合當(dāng)前我國(guó)法律上關(guān)于“可靠的電子簽名”的界定[1]；在日常應(yīng)用領(lǐng)域中，基于人們習(xí)慣于傳統(tǒng)紙筆簽名的確認(rèn)方式，與其類(lèi)似的數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名成為了人們廣泛使用的一種電子簽名表現(xiàn)形式。數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名是手寫(xiě)簽名數(shù)字化的表現(xiàn)形式，其產(chǎn)生方式包括兩種：一是運(yùn)用光學(xué)掃描或數(shù)碼照相進(jìn)行數(shù)字化處理，將紙張等物面上的“物理墨水”簽名筆跡轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像筆跡；二是通過(guò)數(shù)字圖形輸入板捕獲數(shù)字手寫(xiě)簽名筆跡[2]。盡管有些數(shù)字圖形輸入板能夠同時(shí)捕捉到書(shū)寫(xiě)動(dòng)作的動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)筆跡圖像，但是文件檢驗(yàn)人員有時(shí)無(wú)法獲取動(dòng)態(tài)信息，只能得到靜態(tài)簽名圖像信息。

從電子簽名功能實(shí)現(xiàn)角度分析，基于數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡進(jìn)行同一認(rèn)定的條件目前尚未得到充分的確定性研究，所以當(dāng)前該種筆跡在事后責(zé)任認(rèn)定方面的功用仍是不確定的。因此，有必要通過(guò)梳理已有文獻(xiàn)中相關(guān)研究成果及實(shí)證研究對(duì)該種簽名筆跡的失真度進(jìn)行探究，以便明確該種筆跡進(jìn)行人身同一認(rèn)定的條件。

2 紙張表面手寫(xiě)字跡數(shù)字化處理后的失真度分析

2.1 拍照或掃描過(guò)程處理后失真度分析

紙張表面拍照或掃描簽名筆跡的源字跡為傳統(tǒng)紙筆簽名字跡，本研究所談及的“失真”不是書(shū)寫(xiě)動(dòng)作習(xí)慣反映失真，而是已形成的紙張表面“物理墨水”簽名筆跡在數(shù)字化過(guò)程中特征反映信息的失真。經(jīng)對(duì)實(shí)證樣本的觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)拍照或掃描后的簽名筆跡在宏觀二維方面的特征反映穩(wěn)定，如字形、字的大小、字行方向和形態(tài)、字間距、文字寫(xiě)法、搭配比例、筆畫(huà)基本形態(tài)；而在三維特征、微觀二維特征、表明相對(duì)時(shí)間次序特征信息方面存在反映失真現(xiàn)象，并且在不同分辨率下變化程度不同，這些特征包括起收筆特征、連筆特征，筆壓特征、筆痕特征、筆力特征、行筆筆法特征，筆順特征；同時(shí)受二維信息和三維信息表征的特征反映可能在一定程度上受到影響，如書(shū)寫(xiě)水平特征、書(shū)體特征?；诖耍緦?shí)驗(yàn)選取年齡在20～24歲之間的30位中等以上書(shū)寫(xiě)水平的本校男性本科生為調(diào)查對(duì)象，將其簽名樣本分別以100dpi為梯度，在100～1300dpi 范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，通過(guò)與紙張表面源字跡進(jìn)行比較，進(jìn)一步觀察、分析其失真特征反映情況，如表1所示。

表1 不同分辨率下掃描簽名筆跡失真率統(tǒng)計(jì)（%）

2.1.1 三維特征反映信息失真情況分析

如前所述，由三維信息表征的特征包括筆壓特征、筆痕特征、筆力特征、行筆筆法特征。從信息來(lái)源角度看，筆壓特征、筆力特征、行筆筆法特征信息皆包含在筆痕特征之中。經(jīng)掃描處理后的簽名筆跡三維特征消失，但間接反映三維信息的二維信息隨分辨率的變化得到不同程度的反映。這些間接表征三維信息的二維信息包括：筆畫(huà)粗細(xì)、墨水滲散、墨水濃淡、亮度分布差異。在鋼筆、簽字筆簽名字跡中，筆壓、筆力特征主要由筆畫(huà)粗細(xì)、墨水滲散表征，墨水濃淡表征性弱；表征行筆筆法特征的筆尖劃痕主要通過(guò)二維圖像的亮度分辨。在圓珠筆簽名字跡中，墨水流痕更加清晰可辨，筆壓、筆力特征主要通過(guò)筆畫(huà)粗細(xì)、墨水濃淡表征，表征行筆筆法特征的筆尖劃痕主要通過(guò)墨流特征判斷，而其在二維圖像中表現(xiàn)為筆尖經(jīng)過(guò)部位的白線(xiàn)特征和凹痕造成的亮度差異。經(jīng)對(duì)樣本進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)分辨率在300dpi及以下時(shí)，筆尖劃痕、墨水濃淡反映不夠清晰；分辨率在400dpi及以上時(shí)，墨水濃淡反映逐漸清晰，墨流中的白線(xiàn)特征開(kāi)始清晰可見(jiàn)并隨分辨率的提高而增強(qiáng)；分辨率在800dpi及以上時(shí)，筆鋒位置能夠開(kāi)始通過(guò)亮度差異得以反映，并隨著分辨率的提高而增強(qiáng)；分辨率在1200dpi及以上時(shí)，筆畫(huà)粗細(xì)、墨水滲散及濃淡、亮度差異能較清晰地得以反映，如圖1所示。

圖1 三維特征反映失真

經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀察分析，對(duì)于中等及以下書(shū)寫(xiě)水平者書(shū)寫(xiě)的介于行書(shū)和草書(shū)之間的自由體簽名筆跡而言，三維信息失真對(duì)于書(shū)寫(xiě)水平和書(shū)體特征的評(píng)斷影響不大。

2.1.2 微觀二維特征失真情況分析

在掃描或拍照字跡中，存在微觀二維層面失真的特征主要包括起收筆特征和連筆特征。起收筆特征失真主要體現(xiàn)在部分提筆、頓筆筆觸形態(tài)反映不清晰。經(jīng)對(duì)掃描簽名字跡樣本進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)分辨率在100～800dpi區(qū)間時(shí)，掃描字跡可能存在不同程度的失真；當(dāng)分辨率為900dpi及以上時(shí)，未見(jiàn)該種失真現(xiàn)象。但從30份實(shí)證簽名樣本特征反映情況看，失真率和失真程度并不高，且失真程度隨分辨率的提高而降低。連筆特征失真現(xiàn)象主要表現(xiàn)在部分連筆筆畫(huà)模糊，具體形態(tài)及其筆力特征難以分辨，與鄰近筆畫(huà)的區(qū)分度不高，如圖2所示。簽名筆跡圖像分辨率在100～500dpi區(qū)間時(shí)，會(huì)存在連筆特征失真現(xiàn)象；分辨率在600dpi及以上時(shí)未觀察到簽名筆跡失真現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，連筆特征的失真程度同樣隨分辨率的升高而降低。

圖2 掃描紙張表面簽名筆跡連筆特征失真情況

2.1.3 表征時(shí)序信息的特征失真現(xiàn)象

表征時(shí)序信息的特征為筆順特征，包括筆畫(huà)間、結(jié)構(gòu)間、字群中的單字書(shū)寫(xiě)順序。從傳統(tǒng)筆跡鑒定角度，一般通過(guò)觀察連筆特征、起收筆的位置和動(dòng)向、運(yùn)筆趨勢(shì)、筆畫(huà)和偏旁間的搭配關(guān)系、筆畫(huà)交叉部位的順序進(jìn)行筆順判斷[3]。經(jīng)由前述對(duì)微觀二維特征和三維特征失真的分析可知，低分辨率情況下，連筆特征和起收筆形態(tài)存在一定程度失真，但由于兩者出現(xiàn)率和失真程度并不高，且筆順判別對(duì)兩者反映精細(xì)度的要求不高，所以對(duì)含有此類(lèi)表征的筆順判別影響不大。

筆畫(huà)交叉部位表征筆順的信息失真度大。交叉筆畫(huà)次序一般通過(guò)交叉部位顯微觀察實(shí)現(xiàn)，觀察方面包括立體層疊形態(tài)、紙纖維倒伏方向、墨水滲透情況、油墨堆積情況、墨水流痕情況。直接觀察交叉筆畫(huà)立體層疊形態(tài)對(duì)二維筆跡圖像無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故該特征反映缺失；紙纖維倒伏情況、墨水滲透情況、油墨堆積情況作為微觀特征信息，只有在800dpi 以上才可能得到較為清晰地反映，1200dpi以上才可能得到較為全面地反映；因此，對(duì)800dpi以下的簽名筆跡圖像，很難就以上信息進(jìn)行觀察和做出判斷，如圖3所示。另外，特征反映質(zhì)量同時(shí)與紙張質(zhì)量、書(shū)寫(xiě)筆墨水流量與鮮艷度、運(yùn)筆的垂直壓力輕重有關(guān)。

圖3 時(shí)序特征反映失真情況

2.2 二值化處理后失真度分析

在計(jì)算機(jī)筆跡識(shí)別領(lǐng)域，在對(duì)筆跡進(jìn)行掃描或拍照處理后，為計(jì)算方便，通常對(duì)筆跡進(jìn)行二值化處理。從人工筆跡鑒定視角，這種處理則是將本來(lái)已經(jīng)失真的筆跡圖像的特征信息進(jìn)一步削減，可供鑒別的筆跡特征信息所剩無(wú)幾：書(shū)寫(xiě)水平、字形、字體等種類(lèi)特征還可大致辨別，而筆順、運(yùn)筆、搭配、比例等細(xì)節(jié)特征反映性則受到大大削減，并且分辨率越低，失真現(xiàn)象越嚴(yán)重，筆畫(huà)中斷情況越多，如圖4所示。二值化處理的筆跡適于做計(jì)算機(jī)識(shí)別，目前尚不適于做人工筆跡鑒定，原因在于兩者依據(jù)的方法存在差異、依據(jù)的要素不同，很難依據(jù)二值化后的筆跡完成人工筆跡鑒定任務(wù)。

3 數(shù)字圖形輸入板捕獲靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡特征失真度分析

數(shù)字圖形輸入板作為特定的書(shū)寫(xiě)載體，有其特定的書(shū)寫(xiě)活動(dòng)區(qū)域和相適應(yīng)的書(shū)寫(xiě)筆（包括手指）。對(duì)于數(shù)字圖形輸入板捕捉的靜態(tài)簽名筆跡，需要關(guān)注兩方面的反映性問(wèn)題：一方面，書(shū)寫(xiě)工具與傳統(tǒng)紙筆在材料物理屬性、書(shū)寫(xiě)承載物高度、書(shū)寫(xiě)工具甚至對(duì)視覺(jué)狀態(tài)影響方面都存在不同程度差異，這決定書(shū)寫(xiě)者書(shū)寫(xiě)習(xí)慣是否能夠像傳統(tǒng)紙筆簽名那樣自然表達(dá)，即書(shū)寫(xiě)習(xí)慣反映為實(shí)時(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作的情況；另一方面，使用數(shù)字圖形輸入板的最終目的都是以電信號(hào)記錄簽名動(dòng)作，并將簽名應(yīng)用到具體的文件或網(wǎng)絡(luò)界面中，對(duì)于靜態(tài)簽名筆跡圖像而言，需要關(guān)注其記錄的筆跡信息是否真實(shí)反映了實(shí)時(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作情況。

圖4 不同分辨率掃描簽名筆跡二值化結(jié)果

為調(diào)查利用數(shù)字圖形輸入板書(shū)寫(xiě)簽名筆跡的兩重反映性，在綜合分析當(dāng)前已有相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，選取年齡在18～23歲之間的63名在校本科生作為調(diào)查對(duì)象（書(shū)寫(xiě)水平中等，健康狀況良好，右利手書(shū)寫(xiě)），以正常書(shū)寫(xiě)坐姿在wacom CDS610S電磁式手寫(xiě)板（含配套紙、筆）、蒙恬PDK電阻式手寫(xiě)板（所見(jiàn)即所得手寫(xiě)板，含配套書(shū)寫(xiě)筆）、蒙恬PDL電阻式手寫(xiě)板（盲寫(xiě)手寫(xiě)板，含配套書(shū)寫(xiě)筆）上書(shū)寫(xiě)簽名字跡樣本，觀察分析其書(shū)寫(xiě)動(dòng)作情況和筆跡特征反映情況。

3.1 書(shū)寫(xiě)習(xí)慣表達(dá)的失真情況分析

3.1.1 懸腕書(shū)寫(xiě)

利用數(shù)字圖形輸入板書(shū)寫(xiě)的筆跡具有懸腕書(shū)寫(xiě)的特點(diǎn)，其源于兩方面原因：一是市面上出售的用于簽名的數(shù)字圖形輸入板面積有限且書(shū)寫(xiě)屏具有一定高度，書(shū)寫(xiě)者很難在書(shū)寫(xiě)過(guò)程中找到合適的支撐部位，因而懸腕書(shū)寫(xiě)；二是一部分?jǐn)?shù)字圖形輸入板的書(shū)寫(xiě)屏不宜在書(shū)寫(xiě)過(guò)程中與手部發(fā)生無(wú)關(guān)觸碰，否則會(huì)造成信號(hào)紊亂現(xiàn)象或者無(wú)關(guān)筆畫(huà)產(chǎn)生，如電容式手寫(xiě)板和電阻式手寫(xiě)板。依據(jù)生物動(dòng)力學(xué)原理，懸腕書(shū)寫(xiě)相對(duì)于書(shū)寫(xiě)者所熟悉的枕腕書(shū)寫(xiě)，可能影響書(shū)寫(xiě)的速度、精確性和穩(wěn)定性[4]。根據(jù)對(duì)實(shí)證樣本的觀察分析，懸腕書(shū)寫(xiě)給書(shū)寫(xiě)筆跡帶來(lái)的主要影響是字跡變大和行筆不穩(wěn)，易出現(xiàn)彎曲、抖動(dòng)現(xiàn)象。

3.1.2 行筆不穩(wěn)

數(shù)字圖形輸入板的書(shū)寫(xiě)筆跡行筆動(dòng)作不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在筆畫(huà)僵硬、易出現(xiàn)彎曲抖動(dòng)和行筆方向的驟然改變，空間分布上欠缺美感。造成行筆不穩(wěn)的因素除前述的懸腕書(shū)寫(xiě)外，還與書(shū)寫(xiě)載體和書(shū)寫(xiě)筆的物理屬性有關(guān)。第一，在數(shù)字圖形輸入板上書(shū)寫(xiě)筆跡具有硬物表面書(shū)寫(xiě)筆跡的普遍特征，易出現(xiàn)行筆不穩(wěn)、彎曲抖動(dòng)[5]；第二，數(shù)字圖形輸入板與配套書(shū)寫(xiě)筆尖之間的摩擦系數(shù)小于傳統(tǒng)紙筆摩擦系數(shù)，增加了筆尖“打滑”的幾率。因此，書(shū)寫(xiě)者行筆過(guò)程中的抑揚(yáng)動(dòng)作受到影響，筆力的自然變化無(wú)法充分發(fā)揮，并且這種現(xiàn)象在書(shū)寫(xiě)速度慢、垂直壓力大的運(yùn)筆中更為明顯。

3.1.3 視覺(jué)監(jiān)督作用減弱

所見(jiàn)即所得式數(shù)字圖形輸入板能夠?qū)崟r(shí)顯現(xiàn)書(shū)寫(xiě)字跡，而盲寫(xiě)式數(shù)字圖形輸入板書(shū)寫(xiě)字跡不能顯現(xiàn)在書(shū)寫(xiě)活動(dòng)區(qū)域，只能通過(guò)電腦等導(dǎo)出設(shè)備查看。在盲寫(xiě)式數(shù)字圖形輸入板上書(shū)寫(xiě)字跡的過(guò)程視覺(jué)監(jiān)督作用減弱，更多地是依賴(lài)動(dòng)覺(jué)作用完成書(shū)寫(xiě)動(dòng)作。經(jīng)對(duì)63名書(shū)寫(xiě)者在盲寫(xiě)和正常視覺(jué)監(jiān)督狀態(tài)下的簽名樣本進(jìn)行比對(duì)分析后發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于正常視覺(jué)監(jiān)督狀態(tài)，盲寫(xiě)狀態(tài)易導(dǎo)致空間位置處理和精細(xì)動(dòng)作的改變：第一，運(yùn)筆的流暢程度和單字結(jié)構(gòu)的工整嚴(yán)謹(jǐn)程度下降，因而導(dǎo)致書(shū)寫(xiě)水平降低；第二，易出現(xiàn)筆畫(huà)搭配位置不準(zhǔn)或結(jié)構(gòu)搭配失稱(chēng)現(xiàn)象；第三，運(yùn)筆滯澀感增強(qiáng)，筆畫(huà)偏離規(guī)范程度大，更加容易出現(xiàn)筆畫(huà)簡(jiǎn)化、缺失、紊亂和彎曲抖動(dòng)現(xiàn)象；第四，書(shū)寫(xiě)速度有加快趨勢(shì)，書(shū)體由行楷向行草轉(zhuǎn)變；第五，連筆數(shù)量增多，連筆紊亂現(xiàn)象增加，如表2所示。這種特征變化出現(xiàn)率和程度受書(shū)寫(xiě)者的書(shū)寫(xiě)熟練程度和簽名字跡結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)影響，并呈反相關(guān)關(guān)系。

表2 兩種視覺(jué)狀態(tài)下書(shū)寫(xiě)簽名筆跡變化特征統(tǒng)計(jì)

對(duì)于部分所見(jiàn)即所得式數(shù)字圖形輸入板，視覺(jué)與動(dòng)覺(jué)在書(shū)寫(xiě)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也未能充分協(xié)調(diào)。其原因在于數(shù)字圖形輸入板上顯示的簽名筆跡為物理成痕筆跡，而導(dǎo)出設(shè)備上查看的簽名筆跡為采集設(shè)備感應(yīng)傳導(dǎo)的電信號(hào)筆跡，兩者形成方式不同，因此會(huì)存在反映差異。由于數(shù)字圖形輸入板感應(yīng)能力有限，對(duì)于一些輕力書(shū)寫(xiě)動(dòng)作可能感應(yīng)不到，而物理留痕筆跡卻可以顯現(xiàn)出來(lái)；書(shū)寫(xiě)時(shí)的視覺(jué)監(jiān)督作用主要針對(duì)書(shū)寫(xiě)屏幕上實(shí)時(shí)可見(jiàn)的物理留痕筆跡，卻無(wú)法查看到數(shù)字圖像筆跡，因而會(huì)導(dǎo)致所保留的數(shù)字圖像簽名筆跡可能存在筆畫(huà)幅度減小或者個(gè)別筆畫(huà)缺失的現(xiàn)象，如圖5所示，“所見(jiàn)”未必“所得”。

圖5 電信號(hào)筆跡與同步形成的物理留痕筆跡差異

3.1.4 字跡書(shū)寫(xiě)幅度變大

在數(shù)字圖形輸入板上書(shū)寫(xiě)的靜態(tài)簽名筆跡相對(duì)于普通紙筆簽名筆跡，存在書(shū)寫(xiě)動(dòng)作幅度變大的傾向：第一，懸腕書(shū)寫(xiě)易造成筆畫(huà)幅度普遍增大，因此字跡變大；第二，多數(shù)數(shù)字圖形輸入板所配用的書(shū)寫(xiě)筆筆尖較傳統(tǒng)的產(chǎn)生物理墨水或痕跡的筆尖更粗，當(dāng)用手指作為書(shū)寫(xiě)“筆”書(shū)寫(xiě)時(shí)更是如此，已具備書(shū)寫(xiě)技能的書(shū)寫(xiě)者在書(shū)寫(xiě)時(shí)為保持筆畫(huà)間的區(qū)分度和字跡結(jié)構(gòu)的空間美感，會(huì)自然地根據(jù)筆畫(huà)寬度對(duì)所寫(xiě)字跡大小進(jìn)行調(diào)整；第三，目前數(shù)字圖形輸入板的書(shū)寫(xiě)活動(dòng)區(qū)域的面積都較大，常見(jiàn)的有3英寸、4英寸、5英寸或更大，足以容納簽名筆跡，當(dāng)書(shū)寫(xiě)者面臨在數(shù)字圖形輸入板上進(jìn)行簽名的任務(wù)時(shí)，傾向于把整個(gè)書(shū)寫(xiě)屏幕或書(shū)寫(xiě)屏幕的大部分區(qū)域作為簽名字跡分布范圍，有效書(shū)寫(xiě)活動(dòng)范圍的導(dǎo)向作用會(huì)使書(shū)寫(xiě)者簽名字跡增大。

3.2 實(shí)時(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作反映為數(shù)字筆跡的失真情況分析

相對(duì)于實(shí)時(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作或普通紙筆簽名字跡，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出數(shù)字筆跡存在特征信息反映不足或其他失真情況。通過(guò)現(xiàn)有的實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)：在文字布局特征方面，字行方向與形態(tài)，字間間隔反映穩(wěn)定，未見(jiàn)失真現(xiàn)象，其他布局特征未能在數(shù)字圖形輸入板簽名字跡中得到反映；在單字書(shū)寫(xiě)動(dòng)作的一般特征和細(xì)節(jié)特征方面，字的傾斜程度特征、文字寫(xiě)法特征未見(jiàn)明顯失真現(xiàn)象，書(shū)寫(xiě)水平、字體、字形、字的大小、筆壓、筆痕、筆順、搭配比例、運(yùn)筆特征存在特征反映信息缺失或扭曲情況。同時(shí)，簽名筆跡導(dǎo)出格式對(duì)特征反映質(zhì)量存在一定影響。

3.2.1 導(dǎo)出格式對(duì)簽名筆跡反映質(zhì)量的影響

有些數(shù)字圖形輸入板采集簽名字跡只以一種數(shù)字圖像格式直接導(dǎo)入到相關(guān)簽名界面或文檔上，沒(méi)有其他格式選擇；而有些數(shù)字圖形輸入板則在書(shū)寫(xiě)后有多種導(dǎo)出文件格式可供選擇，如jpg、png、pdf等，對(duì)于一次書(shū)寫(xiě)完成的數(shù)字墨水簽名，不同格式導(dǎo)出簽名字跡的特征反映質(zhì)量可能會(huì)存在差別，以wacom CDS610S數(shù)位板采集簽名筆跡為例，pdf.格式導(dǎo)出簽名字跡質(zhì)量?jī)?yōu)于jpg.和png.導(dǎo)出簽名筆跡，如圖6所示，后兩者導(dǎo)出筆跡像素化明顯，筆跡特征失真現(xiàn)象更嚴(yán)重。因此，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名筆跡特征失真情況在一定程度上受簽名筆跡導(dǎo)出格式影響，若將數(shù)字手寫(xiě)簽名筆跡納入筆跡鑒定實(shí)踐，這一點(diǎn)是筆跡鑒定人員在筆跡鑒定實(shí)例中應(yīng)考慮的問(wèn)題。

圖6 同一次簽名字跡以不同輸出格式導(dǎo)出的效果對(duì)比

3.2.2 字體、字形、字的大小特征信息失真情況分析

各類(lèi)數(shù)字圖形輸入板感應(yīng)成字能力不同，可能對(duì)字體特征反映產(chǎn)生影響。對(duì)于感應(yīng)能力差的手寫(xiě)板，輕力或快速接觸的書(shū)寫(xiě)動(dòng)作不能得到充分反映，帶來(lái)筆畫(huà)幅度減小或筆畫(huà)缺失，因而可能造成原書(shū)寫(xiě)動(dòng)作為“行草”字體的簽名導(dǎo)出后變成“行楷”字體；對(duì)于感應(yīng)字跡能力強(qiáng)的手寫(xiě)板，一些非接觸動(dòng)作或輕力接觸動(dòng)作會(huì)形成明顯的筆畫(huà)，因此會(huì)出現(xiàn)由“行楷”字體到“行草”字體轉(zhuǎn)變情況，如圖7所示。

圖7 字體特征失真情況

圖8 字形特征反映失真情況

字形特征是否改變，取決于導(dǎo)出數(shù)字簽名圖像的寬高比是否發(fā)生改變。這一特征信息反映失真情況因不同數(shù)字圖形輸入板而異，所導(dǎo)出簽名字形特征有無(wú)失真及失真程度，也會(huì)因不同型號(hào)的技術(shù)參數(shù)不同而存在差異；有的數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出字跡寬高比與原始輸入字跡相同，有的則會(huì)發(fā)生變化，如圖8所示。

3.2.3 筆壓、筆痕特征信息失真情況分析

傳統(tǒng)紙筆簽名字跡中的筆壓特征和筆痕特征既包含立體信息又包含動(dòng)態(tài)信息。而在數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出的簽名字跡圖像中，立體和動(dòng)態(tài)信息極少能被表現(xiàn)出來(lái)，導(dǎo)致這兩種特征難以得到反映。

第一，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出靜態(tài)簽名筆跡為二維圖像，不具有三維屬性，立體形象特征不能得到反映，無(wú)法目力直接觀察。此外，傳統(tǒng)紙筆簽名字跡檢驗(yàn)還可以借助相關(guān)信息推斷立體性征，主要包括筆畫(huà)粗細(xì)、墨跡濃淡、墨水堆積及滲散、筆畫(huà)分叉情況。但對(duì)于數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出的靜態(tài)簽名筆跡圖像，墨跡濃淡均勻一致，無(wú)墨水堆積和滲散現(xiàn)象，無(wú)反映書(shū)寫(xiě)筆結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和垂直壓力大小的筆畫(huà)分叉現(xiàn)象，只有筆畫(huà)粗細(xì)可能存在變化。此處的筆畫(huà)粗細(xì)變化主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是取決于書(shū)寫(xiě)“筆”與數(shù)字圖形輸入板有效接觸面積的大小，決定成字筆畫(huà)的粗細(xì)，而有效接觸面積同時(shí)決定于“筆”尖粗細(xì)和垂直壓力大?。欢侨Q于數(shù)字圖形輸入板對(duì)垂直壓力的區(qū)分度，即壓感等級(jí)。壓感等級(jí)對(duì)于反映書(shū)寫(xiě)者實(shí)際壓力的能力有限，對(duì)于每一位書(shū)寫(xiě)者，無(wú)論其書(shū)寫(xiě)時(shí)的實(shí)際壓力為多少，同一數(shù)字圖形輸入板都會(huì)將簽名壓力分成特定梯度而為筆畫(huà)粗細(xì)所反映，例如，其壓感等級(jí)為1024，則每一個(gè)簽名壓力變化都介于0～1023之間，這種壓力是一種相對(duì)壓力，只對(duì)一次簽名本身有效[6]。

第二，筆痕特征未得到充分反映，主要體現(xiàn)在墨水流痕、筆尖輪廓、筆鋒位置等反映行筆筆法和執(zhí)筆動(dòng)作的特征未能得到反映；起收筆部位的筆觸一定程度上能夠得到反映，但精準(zhǔn)性有限，與數(shù)字圖形輸入板的技術(shù)參數(shù)相關(guān)，不同設(shè)備間存在差異。就當(dāng)前對(duì)電阻式、電容式[7]、電磁式數(shù)字圖形輸入板的實(shí)證樣本分析情況來(lái)看，筆觸特征總體都較難得到反映或得到精準(zhǔn)反映，失真比率高。

3.2.4 運(yùn)筆特征信息失真情況分析

為明確數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名運(yùn)筆特征差異，選取國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所占份額較大的wacom CDS610S電磁式數(shù)位板和蒙恬PDK電阻式手寫(xiě)板展開(kāi)實(shí)證研究。通過(guò)將兩款數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出靜態(tài)簽名筆跡與同時(shí)形成的物理留痕筆跡進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)筆特征失真方面較多，總體失真程度較大，如圖9所示。

第一，起收筆部位出現(xiàn)特征反映缺失或變異。與物理留痕字跡相比，兩款數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名筆跡在筆畫(huà)起始或終止部位可能出現(xiàn)缺失或增多，因而導(dǎo)致起收筆真實(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作的筆力、筆觸、位置、方式特征反映缺失或扭曲。具體表現(xiàn)為：起收筆部位沒(méi)有得到感應(yīng)和傳導(dǎo)，因而真實(shí)的起收筆動(dòng)作沒(méi)有得到反映；數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡出現(xiàn)電信號(hào)增加情況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像的筆畫(huà)在起收筆部位出現(xiàn)延長(zhǎng)，超出真實(shí)起收筆部位，原有起收筆動(dòng)作仍然未被反映出來(lái)；起收筆方式反映變異，可能在直起（收）筆、頓壓起（收）筆、回轉(zhuǎn)起（收）筆三種方式之間相互轉(zhuǎn)換，感應(yīng)能力弱的手寫(xiě)板由其他起收筆方式轉(zhuǎn)換為直起筆、直收筆的幾率大；起收筆部位的筆力和筆觸特征反映變異，主要表現(xiàn)為形態(tài)由“尖狀”變?yōu)椤捌街薄被蛴伞捌街薄弊優(yōu)椤凹鉅睢保黄鹗展P附近的其他細(xì)微特征發(fā)生變化，主要體現(xiàn)為起收筆部位出現(xiàn)缺口、斷裂、贅余、拖帶。

第二，行筆特征反映失真主要體現(xiàn)在五個(gè)方面。一是平穩(wěn)的行筆動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后出現(xiàn)彎曲抖動(dòng)現(xiàn)象；二是一些自然的轉(zhuǎn)折動(dòng)作可能在數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡中反映生硬，與物理留痕筆跡出現(xiàn)細(xì)微形態(tài)差異；三是數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名字跡筆畫(huà)可能由于電信號(hào)增加或缺失導(dǎo)致筆畫(huà)幅度失真，出現(xiàn)單個(gè)筆畫(huà)延長(zhǎng)、縮短或缺失；四是可能出現(xiàn)行筆方向改變；五是由于筆痕特征反映缺失，觀察不到筆鋒位置，因而行筆筆法特征信息缺失。

圖9 數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡運(yùn)筆失真情況

第三，筆力特征信息反映不足。如前所述，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出靜態(tài)簽名筆跡的垂直壓力信息通過(guò)筆畫(huà)粗細(xì)和有無(wú)體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)證樣本的觀察，即便壓感等級(jí)為1024的數(shù)字圖形輸入板，筆畫(huà)粗細(xì)仍然變化較小，對(duì)不同筆力的區(qū)分度不明顯；存在筆畫(huà)粗細(xì)與筆力變化相矛盾的現(xiàn)象，可見(jiàn)數(shù)字手寫(xiě)簽名筆跡的筆力特征也不能夠通過(guò)筆畫(huà)粗細(xì)變化得到準(zhǔn)確反映。

第四，連筆特征的數(shù)量、幅度及可辨度方面存在失真。其一，連筆特征的數(shù)量和幅度會(huì)因數(shù)字圖形輸入板的感應(yīng)能力發(fā)生相應(yīng)改變：感應(yīng)成字能力強(qiáng)，輕力接觸甚至未接觸的筆畫(huà)可能得到清晰明顯的反映，則連筆的數(shù)量和幅度有增加趨勢(shì)；感應(yīng)成字能力弱，輕筆觸或快速接觸的連筆將不能得到反映，連筆數(shù)量和幅度呈減少趨勢(shì)。其二，由于數(shù)字圖形輸入板的壓感等級(jí)有限，以筆畫(huà)粗細(xì)變化表征筆力變化的能力有限。與物理成痕筆跡相比，輕重筆畫(huà)粗細(xì)區(qū)分度不明顯，因而較多輕力連筆筆畫(huà)呈加粗趨勢(shì)，間隔較近的筆畫(huà)區(qū)分度不明顯，筆畫(huà)密集部位易出現(xiàn)筆畫(huà)重疊和紊亂的視覺(jué)現(xiàn)象，這將使一部分筆畫(huà)特征信息受到掩蓋而削弱，給筆順判別帶來(lái)困難。

以上運(yùn)筆特征失真現(xiàn)象因不同手寫(xiě)板而異，如采用wacom CDS6 10S采集的數(shù)字圖像簽名筆跡樣本在起收筆、連筆、行筆、筆力方面表現(xiàn)出更輕微的失真現(xiàn)象，而蒙恬PDK電阻式手寫(xiě)板導(dǎo)出簽名數(shù)字圖像筆跡則表現(xiàn)出更嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。

3.2.5 搭配比例特征信息失真情況分析

數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出靜態(tài)簽名圖像是否存在搭配比例失真因技術(shù)參數(shù)而異。對(duì)于感應(yīng)較精準(zhǔn)、輸出字跡保持原大小或?qū)捀弑壤臄?shù)字圖形輸入板，搭配比例特征不會(huì)出現(xiàn)失真反映，如wacom CDS610S電磁式數(shù)位板。而存在搭配比例失真的數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名筆跡主要由兩方面原因造成：一是源于筆畫(huà)幅度上的增加、減少和行筆方向的改變，使起收筆的高、低、遠(yuǎn)、近和筆畫(huà)交叉位置與真實(shí)書(shū)寫(xiě)動(dòng)作存在差異，筆畫(huà)間的比例關(guān)系也因筆畫(huà)的長(zhǎng)短關(guān)系變化發(fā)生改變，如圖10所示；二是數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出字跡寬高比放生變化時(shí)，筆畫(huà)和結(jié)構(gòu)的比例整體發(fā)生改變。

圖10 數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡搭配比例失真情況

3.2.6 筆順特征信息失真情況分析

一般情況下，書(shū)寫(xiě)者的簽名筆順并不會(huì)因在數(shù)字圖形輸入板上書(shū)寫(xiě)而有所改變。但數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出簽名圖像對(duì)筆順特征的反映存在信息缺失。第一，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出靜態(tài)數(shù)字圖像筆跡只具備二維屬性，無(wú)垂直方向壓痕和墨水、堆積、滲散現(xiàn)象表征交叉筆畫(huà)的先后順序；第二，依據(jù)連筆特征對(duì)推斷筆順?lè)矫?，?duì)于感應(yīng)成字能力較弱的數(shù)字圖形輸入板，部分實(shí)連筆畫(huà)未能在導(dǎo)出數(shù)字圖像中得到反映，因此以連筆特征表征筆畫(huà)順序的信息缺失。另外，由于數(shù)字圖形輸入板壓感等級(jí)所限，其導(dǎo)出靜態(tài)簽名圖像中，在筆畫(huà)密集部位可能因筆畫(huà)間區(qū)分度差而使連筆特征得不到清楚辨別，因而失去筆順判斷效用，如圖11所示；第三，由于數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡起收筆特征信息存在缺失或扭曲反映，根據(jù)起收筆動(dòng)向特征推斷筆順特征的信息少且不可靠；第四，由于數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡在筆畫(huà)的行筆方向上可能存在反映失真，因此，依據(jù)行筆趨勢(shì)判斷筆順信息可能帶來(lái)誤導(dǎo)。

圖11 數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出筆跡筆順特征信息失真情況

3.2.7 書(shū)寫(xiě)水平特征信息失真情況分析

對(duì)于簽名字跡，書(shū)寫(xiě)水平判定主要基于兩個(gè)方面：一是運(yùn)筆是否流利，起、收筆及行筆有無(wú)法度；二是單字結(jié)構(gòu)及字間組合的工整嚴(yán)謹(jǐn)程度。對(duì)于感應(yīng)成字能力較好、壓感能級(jí)較高的數(shù)字圖形輸入板，書(shū)寫(xiě)水平失真度較小，對(duì)于書(shū)寫(xiě)水平種屬判別影響不大。但一些數(shù)字圖形輸入板感應(yīng)生成電信號(hào)和傳導(dǎo)電信號(hào)不夠精準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致書(shū)寫(xiě)水平的變化，主要體現(xiàn)為運(yùn)筆的抖動(dòng)、彎曲，筆畫(huà)微小曲度未能得到反映或反映生硬，筆力特征信息反映微弱或扭曲，筆畫(huà)局部增加或缺失，個(gè)別筆畫(huà)全部缺失進(jìn)而導(dǎo)致錯(cuò)字出現(xiàn)。在字跡結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)程度方面，筆畫(huà)幅度的失真帶來(lái)搭配比例的變化，數(shù)字圖形輸入板導(dǎo)出字跡的寬高比例失真則會(huì)帶來(lái)筆畫(huà)和結(jié)構(gòu)的比例特征改變。這些特征信息反映的失真會(huì)降低書(shū)寫(xiě)者真實(shí)的書(shū)寫(xiě)水平。

4 結(jié)語(yǔ)

利用數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名進(jìn)行人身同一認(rèn)定涉及兩方面問(wèn)題：一是簽名人身專(zhuān)有性問(wèn)題，即該數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名是否為簽名代表方唯一支配；二是數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名字跡源字跡生成者的認(rèn)定。

本研究更為關(guān)注的是第二個(gè)方面的問(wèn)題。通過(guò)前述研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是通過(guò)拍照、掃描還是數(shù)字圖形輸入板生成的數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡，皆存在一定程度的失真現(xiàn)象，特別是對(duì)鑒定極其重要的三維信息、時(shí)序信息、微觀二維信息、動(dòng)態(tài)信息方面存在普遍缺失；同時(shí)，數(shù)字圖形輸入板采集簽名字跡還存在書(shū)寫(xiě)習(xí)慣表達(dá)的影響。因此，在數(shù)字化靜態(tài)簽名筆跡的鑒定中，對(duì)于鑒定條件的判定、有效特征的選取和特征價(jià)值的評(píng)估，都要以失真情況分析為基礎(chǔ)。紙張表面物理墨水簽名字跡的主要影響因素為分辨率；而數(shù)字圖形輸入板捕捉的數(shù)值化靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡與設(shè)備技術(shù)參數(shù)有關(guān)，由于缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，目前市場(chǎng)上各類(lèi)數(shù)字圖形輸入板呈現(xiàn)技術(shù)參數(shù)多樣化，失真情況不一。在具體的鑒定中，有必要對(duì)生成數(shù)字化靜態(tài)手寫(xiě)簽名筆跡的數(shù)字圖形輸入板技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了解，并且有必要利用其制作實(shí)驗(yàn)樣本供與檢材進(jìn)行比對(duì)分析。同時(shí)，鑒于數(shù)字圖形輸入板采集靜態(tài)簽名筆跡特征反映失真情況，有必要引入動(dòng)態(tài)特征參數(shù)分析[8]，以彌補(bǔ)靜態(tài)簽名筆跡鑒定條件的不足。