喷墨打印文件上成趟星形轮压痕显现方法的实验研究

刘宁（江苏警官学院 江苏 南京 210031）

喷墨打印文件上成趟星形轮压痕显现方法的实验研究

刘宁
（江苏警官学院 江苏 南京 210031）

星形轮压痕是喷墨打印机较为稳定和有价值的特征之一。利用显微镜配以侧光光源，可见星形轮留在喷墨打印文件上的数个齿痕。但是,由于显微镜视场较小，无法显示整个纸面上的星形轮压痕分布特点，限制了对星形轮压痕特征的利用，特别是不利于其个体特性的发现和分析。通过利用文件检验实验室常见设备进行实验，探索显现分布于 A4幅面纸张上的星形轮压痕的有效方法。实验研究发现和比较了显现成趟星形轮压痕的多种方法，为此特征的有效利用提供了基础。

打印文件检验 喷墨打印机 星形轮压痕 显现方法

星形轮压痕是喷墨打印机走纸系统中的星形压纸轮 （Star Wheel） 在打印文件上留下的棘孔或凹痕（正面凹陷，如图1），成趟的星形轮压痕与输纸方向平行。多数喷墨打印机内部采用了星形轮作为导纸轮和出纸压纸轮，以防止纸张在传输过程中未干墨迹的转移而弄脏打印件。这种压痕特征不易受到墨水特性和打印模式等因素的影响，是较为稳定的特征。一些研究已经探讨了星形轮压痕作为喷墨打印机特征的价值。Gerald Laporte讨论喷墨打印机的机械压痕时提及星形轮压痕。[1]Yoshinori Akao等研究人员将此特征称为齿轮痕（Spur Gear Mark），在他们的文章中讨论分析齿间距 （Pitch） 和双轮间距 （Mutual Distance） 两方面特征可以用于鉴别打印机的品牌和型号。[2]

星形轮压痕较为微细，不易被肉眼辨识。一般采用显微镜下侧光观察打印文件正面，可以发现有序排列的数个棘孔或凹痕，其间距基本相等。此间距反映了打印机所配备星形轮金属齿的固有物理尺寸，可以作为打印机特征。但是，由于显微镜的市场较小，限制了对星形轮压痕特征的利用，尤其是对个性特点的发现和分析。在此论文之前，作者已发现此特征在较大面积上的分布特点可以反映打印机的种类和个体特性，主要反映在星形轮金属齿变形所形成的不规则齿痕排列、各压痕线分布的相对位置、各压痕线的相对深度等方面 （如图 2）。

充分分析和利用这种特征的关键在于将成趟压痕特征显现出来。因此，有必要研究成趟星形轮压痕的有效显现方法。显现 A4幅面上的细微点状压痕一般需要两个步骤：①采集压痕信号；②图像增强。本文重点在于优化第一个步骤，毕竟图像增强是有限的，需要具备一定的条件。作者尝试利用文件检验实验室的常见设备来显现成趟星形轮压痕。

因星形轮滚动，特征会重复反映，那么采集特征所需要的幅面在走纸方向上可以缩小，大于星形轮周长的若干倍即可。但是，A4纸张宽度上的幅面必须全部包括在采集范围内，以免遗漏一些星形轮压痕线。因此，采集范围至少为 21cm（A4纸宽度） × nπd（n＞2，d=星形轮直径）。

图1 Canon S200的出纸机构、星形轮的特写和显微镜下星形轮压痕的例子

图 2 两台 Epson SC61打印机在照片纸上形成的星形轮压痕的比较（上下图均经图像增强）

1 实验材料和设备

1.1 样品制备

本研究选取了 16台喷墨打印机在 3种打印介质上的打印样本作为实验材料。3种打印介质分别为：普通打印纸（金旗舰70克多用途纸、双A80克复印纸）、喷墨纸 （Epson经济型喷墨打印纸、五木彩喷纸80g和120g）和光面照片纸（Epson经济照片纸正品与假冒品）。根据打印介质的种类设置对应的打印模式，即普通纸用“普通纸/标准”模式打印，彩喷纸用“彩喷纸 /标准”模式，照片纸用“照片纸 /标准”模式。用于实验的16台打印机有13个型号，如表所示。

表 实验用13种喷墨打印机机型

1.2 使用的设备

数码相机：EOS 1000D（Canon）；侧光光源：3台卤素灯台式光源（灯泡：FMW+C，35W/12V）；透光光源：12×18英 吋专业观片器 LP-1218N（美达亮）； 宽 幅 侧 光 源 ： 柯 莱 82L宽 幅 侧 光 源（Crime-lit）； 静 电压 痕 仪 ： Docustat DS-220 （Projectina）；胶片扫描仪：Perfection V700 Photo （Epson）。

2 方法

一般这种无色、细微、正面凹陷的潜在压痕会在打印介质上表现为一定的形变。对于普通打印纸而言，这种形变可能是刺穿纸张，而对于涂层纸（照片纸和彩喷纸），这种形变表现为涂层表面的微小损伤。使用侧光光源或者透光光源有利于突出这种形变而使压痕显现出来。

然而，在较大幅面上有效揭示这种细微压痕的分布特点，需要重点考虑的首先是成像的分辨率。因此，由于多光谱视频比对仪的分辨率较低，不适合显现大幅面上的星形轮压痕。多幅系列显微图像的拼接可以获得较大幅面上的压痕信息，但是，这种方法耗时太长，且有拼接出错的风险。静电压痕仪能够显现本研究中压痕信号最强的普通纸样本。但是，分辨率和信噪比较低 （如图 3）。

基于以上几个事实，作者借助文件检验常用设备，设计了一些显现星形轮压痕的方法进行实验。它们分别是：

方法 1：透光光源 +数码相机拍摄记录 （3888× 2592像素）。

方法2：胶片扫描模式下扫描采集（分辨率：2400点 /英吋 ）。

方法 3：宽幅侧光光源 +数码相机拍摄记录（3888×2592像素）。

方法4：静电压痕仪+宽幅侧光光源+数码相机记录 （3888×2592像素）。

方法4操作过程为：将样品纸张放于静电压痕仪的真空板和聚脂薄膜之间，开启真空泵使薄膜和纸张平整帖服无气泡，接下来，无需充电过程，不用碳粉显影，而是用宽幅侧光照射薄膜表面。

3 讨论

3.1 照片纸上的星形轮压痕的显现

实验发现 3种打印介质中，照片纸上的成趟星形轮压痕最易于显现，而且显现出的压痕信号最为清晰，反映最为全面。方法1、方法2和方法3均能成功显现照片纸正面的成趟压痕。因为照片纸点状压痕处往往形成涂层膜的局部损伤，使其透光率或反光方向与未损伤部位反差较大，透光和侧光照明可以将其突显出来。其中，方法2胶片模式扫描所获得的压痕信号信噪比较高，且影像光线均匀，如图3所示；而方法 3侧光拍摄法难以避免灰尘和其他异物的反光所造成的噪音。方法1和方法3使用的数码相机在拍摄A4宽度范围的照片时，最大分辨率相当于470点/英 ，特征细节损失较大，需要较近距离拍摄数幅影像拼接后才能达到方法 2的清晰度。

为了突出细微压痕线，图2、3、4均经过图像增强处理。主要方法为运用Image Pro Plus6.0软件中形 态 学 滤 镜 （Morphological Filters） 的 “ 膨 胀 ”（Dilate）功能增强压痕信号。

图3 一台Epson ME1+在同一张照片纸上的星形轮压痕经方法2和方法3显现效果的比较

3.2 普通纸上的星形轮压痕的显现

与照片纸比较，显现普通纸上的成趟星形轮压痕难度较大，显现结果较差。显微镜下可以观察到星形轮压痕的普通纸打印件，其A4幅面上的成趟压痕未必能用以上 4种方法显现。

首先，因普通纸不能像照片纸那样在侧光照明下形成较强的反光差别。其次，普通纸上的压痕只是纸张纤维和其他成分的微小形变，如果这种形变没有造成现有方法可检测到的痕迹，则无法显现。再者，透光条件下，普通纸上的压痕如未穿孔，有压痕和无压痕处的透光率差别不大。透光照明的方法只适用于厚度较厚的纸张，或有大面积深色图像覆盖的普通纸。

实验发现侧光照明适合普通纸上的压痕显现。然而，纸背凸起的压痕显现效果优于正面凹陷的痕迹。图4比较了显现同一张普通纸打印材料上压痕的结果，包括方法 3、4和常规静电压痕仪碳粉显影法。作者认为，其中静电压痕仪结合宽幅侧光源显现的效果最佳（见图4的下图），因为此方法不仅能克服纸张平整度不佳在侧光下光影不均匀的弱点，而且有利于突显各星形轮压力的相对大小所形成的各压痕线相对深浅（打印机的个体特征之一）。

3.3 彩喷纸上星形轮压痕的显现

4种方法均可用于彩喷纸打印样品。经比较发现，在打印设备相同的情况下，通过方法 1、2提取的彩喷纸上压痕，其特征反映和信号强度一般不如照片纸上所提取的，但优于普通纸。利用透光法时，透光率是获得较高信噪比图像的关键。厚度不同的彩喷纸有不同的显现结果，较薄喷墨纸 （如 80g/m2） 上的信号几乎淹没在噪音之中无法体现。而利用方法3、4时，从彩喷纸上采集的压痕信号可能不及普通纸上所获得的，这主要与压痕在纸张上的正面凹陷和背面凸起的程度有关。

图4 比较3种方法对1台Epson ME1+的同一张普通纸打印件上压痕显现效果

4 结论

综上所述，胶片扫描仪能够方便、快速地提取照片纸上的成趟星形轮压痕。而借助静电压痕仪，宽幅侧光光源是揭示普通纸打印件上星形轮压痕分布特点的较为有利的设备。对于彩喷纸来说，可适用的显现方法多于照片纸和普通纸，显现效果介于照片纸和普通纸之间。

实验研究表明，文件检验常见设备的创造性使用，可以有效提取分布于A4幅面上的、细微潜在的星形轮压痕。为了文件检验人员充分利用星形轮压痕这个稳定而独特的喷墨打印机特征，更多有效的显现方法有待进一步研究开发。

[1]Gerald M．Laporte．The Use of an Electrostatic Detection Device to Identify Individual and Class Characteristics on Documents Produced by Printers and Copiers-A Prelim inary Study [J]．Journal Forensic Science，May2004，49（3）：610～620．

[2]Yoshinori Akao,Kazuhiko Kobayashi,Yoko Seki．Exam ination of SpurMarksFound on Inkjet-printed Documents[J]．Journalof Forensic Sciences，2005，50 （4）：915～923．

（责任编辑：于萍）

DF794．2

A

2095-7939(2015)03-0062-03

2015-04-15

江苏省高等学校重点学科建设项目专项资金（编号：20110838）；江苏警官学院科研项目（编号：13Y03）。

刘宁 （1968-），女，江苏盐城人，江苏警官学院刑事科学技术系副教授，硕士，主要从事打印文件检验。