激光打印字跡與簽字筆書寫字跡交叉次序判定研究

柴田若梅,張 旭,王長(zhǎng)亮

(1.中國(guó)刑事警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 遼寧沈陽 110854； 2.上海市現(xiàn)場(chǎng)物證重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200000)

0 引言

隨著新時(shí)代社會(huì)的高速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，公安司法工作中的刑事、民事案件里，越來越多的偽造、變?cè)煳募枰昏b定，文件檢驗(yàn)在司法實(shí)踐中也發(fā)揮著更加不可替代的作用。對(duì)文件制成時(shí)間進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定，或者對(duì)文件各部分字跡形成的先后順序進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定，都有助于查明文件是否存在邏輯上的時(shí)空反序現(xiàn)象，從而認(rèn)定文件有無變?cè)臁卧斓氖聦?shí)，進(jìn)而揭示案情。

文件各部分字跡形成的先后次序判定包括同種書寫色料字跡先后次序判定、書寫字跡筆畫與打復(fù)印字跡筆畫先后次序判定和朱墨時(shí)序判定。目前，對(duì)于同種色料字跡先后次序和朱墨時(shí)序判定的論述較多。因此，本文主要就激光打印字跡與簽字筆字跡先后次序判定進(jìn)行研究，以期為同行提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)原理

激光打印機(jī)打印字跡是由碳粉堆積形成，在紙張表面形成微觀上凸起的線條。而在書寫壓力的作用下，書寫筆畫所在位置的紙張會(huì)發(fā)生形態(tài)上的凹凸變化，形成筆畫的溝痕。理論上，先書寫后打印時(shí)，碳粉的堆積會(huì)掩蓋交叉部位的溝痕；先打印后書寫時(shí)，筆尖劃過打印線條會(huì)使得墨粉顆粒跟隨紙張一并凹陷，交叉部位色料的光學(xué)性能因此發(fā)生變化，產(chǎn)生顯微鏡下能觀察到的可用來判定先后次序的顯著特征[1-2]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

運(yùn)用FOSTER+FREEMAN公司出產(chǎn)的VSC- 6000型文檢工作站來觀察檢測(cè)不同激光打印機(jī)打印形成線條的墨粉堆積狀態(tài)和光學(xué)特征，并用其中的顯微分光系統(tǒng)來區(qū)分和選擇市面上常見的簽字筆作為本次實(shí)驗(yàn)用筆。運(yùn)用徠卡M205A體式顯微鏡來觀察書寫與打印交叉點(diǎn)的形態(tài)和顏色特征。

紙張選擇亞太森博(ASIA SYMBOL)公司的亮麗CRYSTAL系列的A4(210 mm×297 mm)多功能復(fù)印紙(70 g/m2)。將市面上搜集到的197種簽字筆依照反射光譜形態(tài)和走勢(shì)的不同分成了三大類[3]。第一類油墨的反射光譜在660～800 nm的范圍呈凸型曲線，第二類油墨在這個(gè)范圍內(nèi)呈凹型曲線，第三類油墨在400～800 nm的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率差別不大。本次實(shí)驗(yàn)從每個(gè)類別中隨機(jī)選擇了不同品牌型號(hào)的黑色簽字筆(見表1)及同種型號(hào)對(duì)應(yīng)的藍(lán)筆和紅筆作為本次實(shí)驗(yàn)用筆。在激光打印機(jī)方面，由于各種打印機(jī)的墨粉致密程度和堆積形態(tài)略有差別，在觀察了實(shí)驗(yàn)室共10臺(tái)打印機(jī)形成的線條后，選擇了差別較大(見圖1)的惠普J(rèn)et Pro 300 color M351a和惠普Laser Jet 1020 plus打印本次實(shí)驗(yàn)材料。

表1 實(shí)驗(yàn)用簽字筆

2.2 樣本制作

為模擬一般文件中書寫字跡的形成條件，制作書寫樣本時(shí)，設(shè)置5張同品牌型號(hào)的復(fù)印紙作為襯墊物。用簽字筆畫直線與打印線條相交叉。畫線時(shí)輔以直尺，運(yùn)筆速度和力度適中。每次畫線前，確保直尺邊清潔，避免簽字筆油墨混合使現(xiàn)象不準(zhǔn)確。

2.2.1 先打印后書寫樣本制作

圖1 打印線條的微觀形態(tài)和反射光譜曲線

用①號(hào)激光打印機(jī)在復(fù)印紙(編號(hào)為A①)上打印豎向分布的一系列實(shí)線(1.25磅)，再分別用簽字筆畫垂直于打印線條的橫向筆道，形成網(wǎng)格，使每一支簽字筆所畫的筆道與打印線條各產(chǎn)生至少30個(gè)交叉點(diǎn)。用②號(hào)激光打印機(jī)以同樣的方式形成樣本A②。

為消除打印機(jī)進(jìn)紙方向?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，用①號(hào)激光打印機(jī)在復(fù)印紙(編號(hào)為C①)上打印橫向分布的一系列實(shí)線(1.25磅)，再用每支簽字筆畫垂直于打印線條的縱向筆道，各產(chǎn)生至少30個(gè)交叉點(diǎn)。用②號(hào)激光打印機(jī)以同樣的方式形成樣本C②。

2.2.2 先書寫后打印樣本制作

分別用14支簽字筆在復(fù)印紙(編號(hào)為B①)上畫橫向筆道，再用①號(hào)打印機(jī)在復(fù)印紙上打印豎向分布的一系列實(shí)線(1.25磅)，使每一支簽字筆所畫的筆道與打印線條各產(chǎn)生至少30個(gè)交叉點(diǎn)。以同樣的方式，用②號(hào)打印機(jī)形成樣本B②。

分別用14支簽字筆在復(fù)印紙(編號(hào)為D①)上畫縱向筆道，再用①號(hào)打印機(jī)打印橫向分布的一系列實(shí)線，使每一支簽字筆所畫的筆道與打印線條各產(chǎn)生至少30個(gè)交叉點(diǎn)。以同樣的方式，用②號(hào)打印機(jī)形成樣本D②。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作

用徠卡顯微鏡對(duì)紙張空白部分啟動(dòng)自動(dòng)白平衡，在LED CXL強(qiáng)度60%、LED RL強(qiáng)度60%、光圈100%、放大倍率為“90×”的條件下對(duì)所有樣本交叉點(diǎn)進(jìn)行觀察。

考慮到書寫中速度和力度的變化以及選點(diǎn)可能存在的偶然性，實(shí)驗(yàn)中對(duì)每一組樣本的30個(gè)交叉點(diǎn)全部用徠卡顯微鏡進(jìn)行觀察和拍照固定。再用文檢儀的顯微分光光度系統(tǒng)測(cè)量其光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為消除進(jìn)紙和打印方向?qū)Y(jié)果的影響，同時(shí)對(duì)紙C和紙D上的點(diǎn)進(jìn)行觀察記錄，并與紙A和紙B上相應(yīng)點(diǎn)位進(jìn)行比較。

黑色激光打印字跡耐干熱性能較好，耐紫外光照性能優(yōu)良，耐水浸、耐酸和耐堿性能優(yōu)良[4]。而實(shí)驗(yàn)的樣本中簽字筆字跡色料與輔料成分受到光、空氣、酸和堿還有潮濕的影響。這些因素會(huì)使字跡褪色的速率增加[5]。為檢驗(yàn)特征的穩(wěn)定性以便于實(shí)際運(yùn)用，樣本形成并觀測(cè)記錄兩個(gè)月后再次進(jìn)行觀察，比較特征現(xiàn)象的變化。

3 結(jié)果與討論

經(jīng)顯微觀察：比較系列A與C、B與D發(fā)現(xiàn)，激光打印機(jī)進(jìn)紙方向?qū)徊纥c(diǎn)特征的有無或出現(xiàn)特征的種類沒有影響；比較系列①與系列②發(fā)現(xiàn)，激光打印機(jī)打印線條的濃淡和墨粉顆粒堆積形態(tài)對(duì)交叉點(diǎn)出現(xiàn)的特征沒有影響；比較9、10、11號(hào)筆與12、13、14號(hào)筆與打印線條在相同時(shí)序交叉點(diǎn)處的特征發(fā)現(xiàn)，筆尖直徑不同對(duì)交叉點(diǎn)處的特征沒有影響。使交叉點(diǎn)的形態(tài)與色澤表出現(xiàn)差異的原因，一為打印與書寫的交叉時(shí)序，二為簽字筆的顏色和種類。

3.1 墨粉堆積特征

圖2 打印線條在交叉部位的位移現(xiàn)象

先打印后書寫時(shí)，交叉部位的打印線條均不同程度地表現(xiàn)出與筆道運(yùn)行方向一致的“位移”現(xiàn)象(見圖2)，這種位移并不隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化。筆者認(rèn)為導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因在于，簽字筆的球珠有一定弧度和硬度，可以很好地傳達(dá)書寫壓力。球珠劃過打印線條時(shí)，接觸部位的墨粉顆粒被帶向筆畫運(yùn)行方向，產(chǎn)生了打印線條的位移。先打印后書寫的另一個(gè)典型特征是，簽字筆所畫筆道邊緣處的墨粉隨時(shí)間推移逐漸脫落，呈現(xiàn)出打印線條的“中斷”現(xiàn)象(見圖3)，但這一現(xiàn)象與書寫壓力和球珠的硬度有關(guān)，書寫壓力偏小、簽字筆球珠硬度較小時(shí)，上述特征的明顯程度會(huì)下降。

圖3 交叉部位打印線條的墨粉脫落現(xiàn)象

先書寫后打印時(shí)，打印線條的位移特征和書寫筆畫邊緣墨粉脫落特征在交叉部位沒有出現(xiàn)，但交叉部位墨粉顆粒堆積的致密程度較非交叉部位明顯降低，表現(xiàn)為墨粉堆積松散(見圖4)，交叉點(diǎn)的打印線條兩邊向內(nèi)凹(見圖5)。原因在于，先書寫的筆墨覆蓋了紙張，且紙張?jiān)诠P畫部位因書寫壓力產(chǎn)生了凹槽，導(dǎo)致附著于交叉部位紙張表面的墨粉顆粒的數(shù)量減少、致密程度降低、邊緣線條形狀改變。且墨粉堆積的松散程度隨保存時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。

圖4 墨粉顆粒堆積的松散

圖5 交叉點(diǎn)的打印線條內(nèi)凹

墨粉堆積形態(tài)的特征并不明顯存在于所有的交叉點(diǎn)上。根據(jù)書寫壓力、筆尖材質(zhì)、襯墊物情況等因素的不同，這一特征在交叉點(diǎn)上的反映也各不相同。且隨時(shí)間推移或外力作用，交叉點(diǎn)墨粉的堆積形態(tài)可能進(jìn)一步發(fā)生變化。因此，一般不將墨粉堆積形態(tài)作為判定交叉時(shí)序的特征之一。

3.2 銀白色亮痕特征

先打印后書寫的交叉部位呈現(xiàn)明顯的銀白色亮痕特征。導(dǎo)致這一特征的原因可能在于，簽字筆球珠劃過打印線條的過程中，對(duì)墨粉顆粒施加了一定壓力的碾壓作用，使墨粉表面相對(duì)平滑并隨紙張表面一并凹陷。相對(duì)于松散堆積的墨粉層和粗糙紙張表面對(duì)光源產(chǎn)生漫反射，交叉部位光滑的墨粉表面對(duì)入射光產(chǎn)生鏡面反射，因此形成銀白色亮痕(見圖6)。在針對(duì)中性筆字跡與墨粉顆粒堆積線條的交叉時(shí)序的研究中表述到，鏡面反射的現(xiàn)象是中性筆與激光打印機(jī)先打后寫交叉點(diǎn)出現(xiàn)的最穩(wěn)定的現(xiàn)象[6]。可以將這個(gè)結(jié)論擴(kuò)充至所有簽字筆與激光打印機(jī)形成的先打后寫的交叉點(diǎn)。

先書寫后打印的交叉部位，墨粉顆粒沒有受到碾壓作用，與非交叉部位墨粉顆粒堆積狀態(tài)沒有明顯差別，對(duì)入射光的反射情況基本一致，所以沒有銀白色亮痕出現(xiàn)(見圖7)。

圖7 先書寫后打印，無銀白色光亮

3.3 橙紅色光亮特征

黑筆中，根據(jù)品牌型號(hào)不同，2號(hào)和3號(hào)筆在先打印后書寫的交叉部位出現(xiàn)明顯的橙紅色的光亮；9號(hào)和12號(hào)筆形成先打后寫的交叉點(diǎn)上出現(xiàn)較微弱的橙紅色。1號(hào)和6號(hào)筆形成同樣時(shí)序的交叉點(diǎn)上沒有橙紅色光亮出現(xiàn)。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)與筆墨所含的溶劑、染料的成分有關(guān)。若筆墨中含有較高比例的油溶性物質(zhì)，在書寫壓力的作用下與墨粉顆粒相融，形成較為平滑的狀態(tài)，在同軸光的照射下反射出特別的顏色(見圖8、圖9)。若筆墨中油性物質(zhì)含量較低或者是水性筆，那么就不易與墨粉顆粒熔融，因此也就看不到交叉點(diǎn)顏色的變化(見圖10)。

先書寫后打印的部位，由于墨粉顆粒堆積在筆畫表面，形成上下兩層的結(jié)構(gòu)[7]。無論下層墨跡成分如何，均無法與上層打印線條中的墨粉顆粒相融。因此所有的先書寫后打印的交叉點(diǎn)，均沒有橙紅色光亮出現(xiàn)(見圖11)。藍(lán)色簽字筆和紅色簽字筆的筆畫墨跡與打印線條的交叉部位在兩種交叉次序下均不出現(xiàn)橙紅色光亮。

圖8 明顯的橙紅色的光亮

圖9 較微弱的橙紅色

圖10 先打后寫不出現(xiàn)橙紅色

圖11 先寫后打無現(xiàn)象

3.4 紫紅色光澤特征

藍(lán)筆中，根據(jù)品牌型號(hào)的不同，部分筆(編號(hào)4、10、13)在先打后寫的交叉部位呈現(xiàn)紫紅色光澤(見圖12)。此特征在7號(hào)藍(lán)筆先打后寫的交叉點(diǎn)上均不出現(xiàn)(見圖13)。筆者認(rèn)為紫紅色出現(xiàn)的原因如下：在書寫墨跡為藍(lán)色時(shí)，由于光的減色原理，入射光中的黃色光及其臨界色光被藍(lán)色筆畫墨跡吸收，根據(jù)油墨的溶劑和染料不同，透過筆畫墨跡的藍(lán)色光被黑色打印線條吸收，少許紅色和紫色的色光被加強(qiáng)并反射[8]，故出現(xiàn)紫紅色亮光。這一現(xiàn)象隨存放時(shí)間延長(zhǎng)未產(chǎn)生明顯變化。先書寫后打印的交叉部位沒有出現(xiàn)紫紅色光亮現(xiàn)象。紅色簽字筆和黑色簽字筆的筆畫墨跡與打印線條的交叉部位在兩種交叉次序下均不出現(xiàn)紫紅的光亮現(xiàn)象。

圖12 紫紅色光澤現(xiàn)象

圖13 先打后寫，不出現(xiàn)紫紅光澤

3.5 黃綠色油膜特征

圖16 間隔兩個(gè)月的黃綠色油膜現(xiàn)象比較

紅筆中，根據(jù)品牌型號(hào)的不同，部分紅筆(編號(hào)5、11、14)先打印后書寫的交叉部位表面出現(xiàn)黃綠色油膜。此特征在8號(hào)紅筆先打后寫的交叉點(diǎn)上不出現(xiàn)。黃綠色油膜形成原因可能有兩個(gè)：一是后寫的筆跡油墨與墨粉熔融，表面形成光滑油膜，對(duì)入射光產(chǎn)生薄膜干涉現(xiàn)象，形成黃綠色油膜；二是根據(jù)光的減色原理，在書寫墨跡為紅色時(shí)，入射光中的青色光及其臨界色被紅色筆畫墨跡吸收，透過書寫筆畫墨跡的紅光被黑色打印線條吸收，只有少許黃色和綠色的光被反射[8]，故此交叉部位出現(xiàn)黃綠色油膜(見圖14)。先書寫后打印時(shí)墨粉顆粒在書寫筆畫墨跡表面堆積，黑色的碳粉吸收所有色光，無法形成致密光滑的黃綠色油膜(見圖15)。兩個(gè)月之后再次對(duì)交叉部位進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)黃綠色油膜現(xiàn)象依然存在，但油膜的光澤變暗、面積縮小(見圖16)。這一特點(diǎn)的變化很可能是由于隨時(shí)間推移，書寫墨跡中溶劑揮發(fā)，油膜變薄，產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象由于油膜厚度的變化而受到影響。

先書寫后打印的交叉部位不出現(xiàn)黃綠色油膜。黑色簽字筆和藍(lán)色簽字筆的筆畫墨跡與打印線條的交叉部位在兩種交叉次序下均不出現(xiàn)黃綠色油膜。

圖14 黃綠色油膜現(xiàn)象

圖15 先書寫后打印，無黃綠色油膜出現(xiàn)

3.6 特征出現(xiàn)率與價(jià)值

對(duì)本次實(shí)驗(yàn)中所有先打后寫的交叉點(diǎn)進(jìn)行觀察，并統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)特征現(xiàn)象在交叉點(diǎn)處的出現(xiàn)率(見表2)。

表2 特征出現(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

本次實(shí)驗(yàn)中簽字筆與激光打印機(jī)先打后寫交叉點(diǎn)上，銀白色亮痕的出現(xiàn)率為99.86%?？梢宰鳛榧す獯蛴C(jī)先打印、簽字筆后書寫的有力鑒定依據(jù)。但如果交叉點(diǎn)不出現(xiàn)明顯的銀白色亮痕，也不能說明此處的時(shí)序?yàn)橄葘懞蟠?，?yīng)該結(jié)合其他特征進(jìn)一步進(jìn)行判斷。

在極少數(shù)情況下，當(dāng)黑色簽字筆筆跡與激光打印線條的交叉點(diǎn)處油墨與墨粉顆粒熔融層厚重，橙紅色光亮較強(qiáng)時(shí)，不利于交叉點(diǎn)產(chǎn)生鏡面反射，此時(shí)銀白色亮痕現(xiàn)象被橙紅色光亮所覆蓋。因此，在針對(duì)黑色簽字筆字跡與激光打印字跡的時(shí)序鑒定中，如果出現(xiàn)橙紅色光亮，應(yīng)將這一特征也納入判定依據(jù)中。即，當(dāng)交叉點(diǎn)出現(xiàn)銀白色亮痕或橙紅色光亮?xí)r，可判定此處的交叉點(diǎn)為先打印后書寫。從表2可以看出，這兩個(gè)特征現(xiàn)象的出現(xiàn)與否與黑色簽字筆的反射光譜類型沒有聯(lián)系。

同理，對(duì)于藍(lán)色簽字筆字跡與激光打印字跡的交叉點(diǎn)出現(xiàn)紫紅色光亮?xí)r，應(yīng)將這一特征納入判定依據(jù)。當(dāng)交叉點(diǎn)出現(xiàn)銀白色亮痕或紫紅色光澤時(shí)，可判定此交叉點(diǎn)的時(shí)序?yàn)橄却蛴『髸鴮?。?dāng)紅色簽字筆字跡與激光打印字跡的交叉點(diǎn)出現(xiàn)銀白色亮痕或黃綠色油膜時(shí)，可判定此交叉點(diǎn)的時(shí)序?yàn)橄却蛴『髸鴮憽?/p>

另外，部分黑色和藍(lán)色簽字筆線條本身在徠卡顯微鏡下會(huì)顯示出銀白色和紫紅色的顆粒。如果書寫壓痕較深，交點(diǎn)處的墨粉顆粒堆積可能較為松散，在檢驗(yàn)過程中需要注意區(qū)分簽字筆線條從墨粉顆粒間隙透出的本身的顏色和先打后寫交叉點(diǎn)出現(xiàn)的成片的亮光和顏色的變化。

當(dāng)所述銀白色亮光、橙紅色光亮、紫紅色光澤、黃綠色油膜等現(xiàn)象在簽字筆字跡與激光打印字跡的交叉點(diǎn)均不出現(xiàn)，且打印線條的墨粉堆積正常時(shí)，該交叉點(diǎn)的時(shí)序傾向?yàn)橄葧鴮懞蟠蛴?，但仍需結(jié)合其他手段進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

顯微鏡觀察法是判定激光打印字跡與簽字筆書寫字跡交叉次序常用的[9-10]，也是有效的無損方法。對(duì)于常見的黑色、藍(lán)色和紅色簽字筆墨水，與激光打印線條在兩種不同時(shí)序條件下交叉，交點(diǎn)的現(xiàn)象有明顯差別。在同軸光的垂直照射下，是否有銀白色亮痕特征出現(xiàn)可作為判定交叉次序的主要特征。對(duì)于黑色簽字筆，可考查交叉部位有無橙紅色光亮出現(xiàn)；對(duì)于藍(lán)色簽字筆，可考查交叉部位是否有紫紅色光澤；對(duì)于紅色簽字筆，可觀察交叉點(diǎn)是否有黃綠色油膜出現(xiàn)。上述特征的出現(xiàn)與否，與激光打印線條濃淡和墨粉顆粒堆積形態(tài)無關(guān)，只與簽字筆的品牌型號(hào)和書寫打印的交叉時(shí)序有關(guān)。

在兩個(gè)月時(shí)間范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象未發(fā)生明顯的變化。交叉點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征和顏色特征是否會(huì)隨著時(shí)間再延續(xù)而發(fā)生變化，有待進(jìn)一步研究。

4.2 展望

實(shí)驗(yàn)觀察部分紅筆先打印后書寫的交叉部位出現(xiàn)的黃綠色油膜會(huì)隨著時(shí)間推移逐漸變淺淡，后續(xù)可繼續(xù)探究黃綠色油膜的變化與保存時(shí)間的關(guān)系，從而為文件制成時(shí)間的檢驗(yàn)提供一種方法。

實(shí)驗(yàn)中觀察到的交叉點(diǎn)的顏色變化和銀白亮痕有無等現(xiàn)象均處在定性觀察階段。這一系列現(xiàn)象理論上的闡釋還需要進(jìn)一步驗(yàn)證或論證。相關(guān)反射曲線的規(guī)律和色度值的異同，還需要在之后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究。