柵格特征在打印文件檢驗中的應用研究

許士國，王 虹，姜 峰

（1.遼寧省公安廳，沈陽 110032；2.中國刑事警察學院，文件檢驗鑒定公安部重點實驗室，沈陽110035）

鑒定利用同型號打印機特別是同臺打印機進行二次添加打印或換頁變造的文件，是文件檢驗工作中的難題[1]。本文通過對打印文字柵格特征進行實驗研究，初步總結了其穩(wěn)定性和引起特征變化的因素，旨在為二次添加打印和換頁變造文件檢驗探索新的思路。

1 光柵圖像處理過程

TrueType Font，簡稱TTF，是曲線輪廓字庫的一種，它采用直線和二次B樣條曲線描述字體的外形輪廓，可以隨意旋轉、縮放、變形而不影響輸出質量[2-3]。針式、噴墨、激光等常見的打印機都是采用光柵方式的輸出設備，這些設備不能直接將字體的輪廓曲線輸出到承印物上，只能處理點陣位圖格式的文件，即根據分辨率設置，將承印物表面分割成若干微小矩形柵格，對應點陣位圖像素是“1”或“0”，在每個柵格內填墨或不填墨。光柵圖像處理器（raster image processor, RIP）是將文字、圖形、圖像等描述的頁面轉換成輸出設備可以處理的點陣位圖的專門設備，有硬件RIP和軟件RIP[4-5]，辦公用打印機通常采用軟件RIP。

中易宋體是Windows操作系統(tǒng)的配置字體，中文名稱為宋體和新宋體，英文名稱為Simsun，是最常見的TTF字體之一。下面，以Lenovo LJ2200打印的300 dpi中易宋體五號“有”字為例，介紹TTF打印生成字符點陣位圖的過程[6-7]。

1）從TTF文件提取“有”字輪廓線（圖1a）。2）根據設備的分辨率和字體大小，將字體輪廓映射到設備柵格空間（圖1b）。

3）填充中心點在字體輪廓內（含輪廓線上）的柵格，生成點陣位圖（圖1c）。

4）按點陣位圖填墨，打印成載體上的文字（圖1d）。

2 打印文字柵格特征分析

根據已采集的打印文字圖像分辨率，繪制相應柵格圖，在柵格空間中分析打印文字筆畫點陣特點。

2.1 柵格圖的繪制方法

1）利用Photoshop軟件，新建適當大小文件，分辨率設置為7 200 dpi，調整縮放比例為100%。

2）新建圖層，利用工具欄中的“單列選框工具”在畫布左側選擇一列，設置前景色為綠色，執(zhí)行“編輯”│“描邊”功能，寬度為1像素。

3) 依次向右移動24（7 200 dpi/300 dpi）像素并描邊，繪制出柵格圖的豎線。

4) 新建圖層，利用工具欄中的“單行選框工具”繪制出柵格圖的橫線。

按以上步驟，完成了300 dpi柵格圖的繪制。如果繪制600 dpi柵格圖，只需將選框移動距離調整為12像素即可。

2.2 柵格特征的種類

用Photoshop軟件的“圖像”│“圖像大小”功能，將三維建模鑒定系統(tǒng)采集的三號宋體300 dpi打印文字圖像的分辨率調整為7 200 dpi，復制粘貼到柵格圖中進行測量。發(fā)現(xiàn)打印文字有如下三類柵格特征（圖2）：

1）橫筆段厚度特征，即水平筆段所占縱向柵格的多少。宋體字橫筆平直，橫筆段較長，該特征較明顯。

2）豎筆段寬度特征，即垂直筆段所占橫向柵格的多少。宋體字一般有多個豎筆畫寬度[8]，同一豎筆畫，因左右兩邊輪廓線多是曲線而非直線，柵格處理后可能出現(xiàn)同一豎筆畫的上下部分寬度不相等現(xiàn)象。

3）斜筆畫階梯特征。

3 打印文字柵格特征的規(guī)律特點

選用惠普、兄弟、三星、富士施樂、聯(lián)想、佳能、松下、理光、基士得耶等品牌的26臺激光打印機，安裝不同打印驅動程序，形成50組打印機與驅動程序組合。以常見500個漢字為主要研究對象，設置不同分辨率或質量模式，打印 中易宋體常用字小五號（9磅）、五號（10.5磅）、小四號（12磅）、四號（14磅）、小三號（15磅）、三號（16磅）、小二號（18磅）等樣本共1 000余份。利用三維建模鑒定系統(tǒng)獲取單字高清圖像，通過比對分析，總結打印文字柵格特征的規(guī)律特點。

3.1 柵格特征具有穩(wěn)定性

同一次打印的文件，同體同號字具有相同的柵格特征；同一臺打印機，同一臺電腦，在未改變打印相關軟件的情況下，多次打印，文字柵格特征相同。

3.2 柵格特征具有共同性

不同品牌打印機、同一品牌不同型號打印機，打印文字筆畫可能表現(xiàn)出共同特點，以下幾種條件下的打印文字柵格特征共同特點比較集中。

1）在相同操作系統(tǒng)的電腦上安裝相同驅動程序，使用同一臺打印機，打印文字往往具有相同的柵格特征。如：將同一臺Lenovo LJ2200打印機的打印驅動程序安裝于4臺64位Windows7操作系統(tǒng)電腦上，打印文字柵格特征相同。圖3是300 dpi打印宋體三號“青”字柵格特征比對圖。

2）相同品牌打印機，安裝同一類打印驅動程序，打印文字往往具有相同的柵格特征。用同一臺Windows10電腦，連接5臺惠普激光打印機，自動安裝打印驅動程序（表1），打印文字具有相同的柵格特征。

表1 5臺惠普激光打印機及打印驅動程序Table 1 Five HP laser printers and the relevant print-driver programs

3）不同品牌打印機，或相同品牌安裝不同打印驅動程序的打印機，打印文字也可能具有相同的柵格特征。如表2中的11臺激光打印機，在各自驅動程序和軟件環(huán)境下，打印文字具有相同的柵格特征，占50組打印機與驅動程序組合的22%。

表2 11臺激光打印機及軟件Table 2 Eleven laser printers and different software

續(xù)表2

3.3 柵格特征具有多樣性

不同品牌打印機、同一品牌不同型號打印機、同一打印機安裝于不同操作系統(tǒng)的電腦，柵格特征有可能不同，柵格特征的差異與以下因素相關。

3.3.1 打印分辨率和質量模式

打印分辨率是每英寸墨點的數目（dot per inch），用dpi表示。激光打印機打印分辨率通常有300、600、1 200 dpi，分辨率越高，筆畫邊緣越平滑。有的激光打印機用默認或標準模式，有的是草稿/較好/最佳等模式，默認、標準、較好模式，通常是600 dpi。在不同的打印分辨率和質量模式下打印同一文檔，由于柵格大小不同，柵格特征差異明顯，如圖4是同一臺打印機設置不同打印分辨率打印的宋體三號字“五”。

有的打印機（如：Brother、Lenovo的部分機型）具有HQ1200（高質量1200）模式，這是一種插值方式，并非真正的1 200 dpi，輸出時需要將1 200 dpi柵格圖形轉換成600 dpi。值得注意的是，HQ1200打印模式下，由于轉換時的舍入處理，相同文字的某個筆畫，可能出現(xiàn)兩種柵格形狀。圖5是位于1 200 dpi柵格內的兩個相同的形狀（圖5a），轉換到600 dpi柵格內，由于相位的不同，具有偶數個1 200 dpi柵格的形狀，可能形成上、下（或左、右）剛好填充整個柵格的情況，也可能形成上、下（或左、右）各占半個柵格的情況（圖5b）。占半個柵格的形狀，需要調整邊緣到柵格線上(圖5c)，從而形成兩個不同的形狀 (圖5d)。

利用Lenovo LJ2200，設置HQ1200模式打印的宋體三號字“田”，部分橫筆段有兩種厚度，部分豎筆段呈現(xiàn)兩種寬度，如圖6。

3.3.2 驅動程序和打印機語言

打印機驅動程序是操作系統(tǒng)和打印機之間的紐帶，Windows操作系統(tǒng)下的打印機驅動程序管理應用程序的所有打印輸出[9]。打印機語言是控制打印機工作的命令，它告訴打印機如何處理接收到的打印數據。不同的打印驅動程序，不同的打印語言，打印文字往往具有不同的柵格特征。用同一臺Brother MFC-7880DN打印機連接同一臺電腦（Windows10x64），分別安裝不同的打印驅動程序（表3），打印文字的柵格特征存在差異（圖7）。

表3 同一臺打印機的不同打印驅動程序Table 3 Three different print-driver programs for the same printer

3.3.3 字體和字體版本

電腦操作系統(tǒng)中安裝的Simsun3.x版本和Simsun5.x版本是兩個字庫，一些文字形態(tài)、結構上存在差別[10]。Simsun5.03版本和Simsun5.1x版本在文字形態(tài)、結構上無明顯差別，但在個別文字的筆畫形狀上存在微小差異。如：在Simsun5.15、Simsun5.16中，“民”“武”“越”字戈勾筆右下部有一個小疵點（圖8a），在Simsun 5.03版本中沒有疵點（圖8b）。

4 打印文字柵格特征的應用

案例：2019年2月，某經偵大隊送檢“股東決議”1份共2頁，要求鑒定2頁檢材是否是一次打印形成的。檢驗發(fā)現(xiàn)：檢材第2頁只有“全體股東親筆簽字或加蓋公章：”“北京××××××科技有限公司”“王××（簽字）”“年月日”宋體小四號打印文字，無正文內容。第1頁為一整頁文字，大部分為宋體小四號文字，重復出現(xiàn)的相同打印文字柵格特征反映一致。經用600 dpi柵格圖進行測量，檢材第1頁與第2頁上的文字在橫筆段厚度特征上存在明顯差異。如：第1頁上的“有限”二字橫筆段厚度一致，均為2柵格（圖9a）；而第2頁上的“有”字第2、3橫筆段，“限”字“阝”旁橫筆段和“艮”旁第3橫筆段較厚，為3柵格，其他橫筆段為2柵格（圖9b）。

同一次打印文字柵格特征具有穩(wěn)定性，不同的打印驅動程序和打印機語言、不同的打印分辨率、不同的字體版本等因素可能造成柵格特征規(guī)律不同。同一次打印，普通使用者一般無法對同一文檔的不同文字，按上述條件進行分別設置[11]。檢材第1頁與第2頁文字柵格特征的差異，反映出是不同機具，或是同一機具、不同軟件環(huán)境打印輸出所致。因此，出具了“檢材第1頁與第2頁文字不是同一次打印形成”的鑒定意見，為案件偵辦和訴訟提供了證據。

5 討論

柵格特征是打印文字筆畫的細微特征，是字符點陣位圖數字化特征的形象化反映。但在打印過程的顯影、轉印、定影環(huán)節(jié)中，墨粉顆粒數量和到達紙面的位置會有誤差，不可能完全反映出點陣位圖的原貌。在300 dpi打印文字中各類柵格特征明顯，在600 dpi以上打印文件中，斜筆畫階梯特征不明顯。檢驗中可優(yōu)先選擇橫筆段厚度特征和豎筆段寬度特征，并注意在重復出現(xiàn)的字中選取穩(wěn)定的特征。

6 結論

柵格特征在同一次打印的文件中具有穩(wěn)定性，在不同硬件和軟件環(huán)境下可能發(fā)生改變，可以為換頁文件和二次添加打印文件檢驗提供新的思路。