高光谱成像技术在黑色中性笔检测方面的研究

人眼在可见光范围内对光敏感，根据颜色来区分材料。然而，人类是无法区分两个相同的颜色。黑色中性笔墨水稳定，字迹不褪色.很多重要的文件用黑色中性笔书写，例如合同、收据、证件、支票等文件，这些文件上面的数字、时间、文字等.容易被添加或篡改，识别篡改的字迹和重现掩盖的字迹都是刑事诉讼的重要证据，因此，在多数民事以及刑事案件中，很多文件鉴定都需要对黑色中性笔的字迹进行鉴定。鉴别字迹的主要方法有有损检测和无损检测两种方法。高光谱成像是近年来出现的一种有效的非破坏性的工具，已越来越广泛地应用于农产品品种的识别。本文以市场热卖的18种黑色中性笔为对象，探索一种更有效的字迹识别方法，为字迹刑侦鉴定提供研究基础。

本文应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS13进行相关研究。光谱范围在400-1000nm，波长分辨率优于2.5nm，可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS，波段选择后最高3300Hz（支持多区域波段选择）。

1材料与设备

1.1实验材料与实验样品制备

实验样品为市场热卖的18种品牌的黑色中性笔，18种品牌中性笔相互篡改和掩盖。用18种品牌的中性笔分别写上数字“1”,24小时后被其他品牌中性笔篡改成数字“40”,制作了306个篡改实验样本。如图1中(a)、(b)为1号笔被2号笔篡改

前和篡改后的图片。从图1中可以看出，1号笔被同种颜色的2号笔篡改后，用肉眼完全看不出篡改的痕迹。用18种品牌的中性笔分别写上各自对应的数字序号，24小时后被其他品牌中性笔分别掩盖，制作了306个掩盖实验样本，如图1中(c)、(d)为14号笔被15号笔掩盖前和掩盖后的图片。从图1中可以看出，掩盖后的字迹用肉眼完全不能识别。

2结果与讨论

2.1字迹篡改和掩盖重现的识别结果

以1号笔和17号笔相互篡改为例，图2中(a)是数码照片，(b)是没有去除背景的主成分分析处理结果，(c)是去除背景的主成分分析处理结果，(d)是假彩色合成的处理结果。从图2可以看出，去除背景信息的干扰后，处理结果更清晰。大量数据分析得知，假彩色合成对字迹篡改的识别效果最好。没有见过原数据的人，能成功识别篡改后的字迹，即该组样本可以识别。

以2号中性笔被13号中性笔掩盖样本为例，图3中(a)是样本的数码照片，(b)是没有去除背景的主成分分析处理结果，(c)是去除背景的主成分分析处理结果，(d)是假彩色合成的处理结果。大量数据分析得知，去除背景的主成分分析处理对字迹掩盖重现的识别效果最好。

3结论

1)在720-1000nm波段范围内不同品牌中性笔光谱反射率差异较大，是识别字迹的最佳波段。

2)国产笔和日产笔的识别效果可达100%,这为商品的假冒伪劣提供了理论基础。

3)研究表明，去除背景信息后，再次进行分析处理，识别效果更新清晰。

4)本文通过降噪、IsoData、建立眼膜、去除背景和PCA分析处理对字迹进行识别，经过不同的方法处理后，都会识别出不同的样本数据。306组黑色中性笔的篡改样本数据中，有232组数据可以被识别出来，识别率达到75.8%。306组黑色中性笔的掩盖样本中，175组数据可以被重现出来，识别率达到57.3%。

5)研究的结果表明高光谱成像技术可以用于不同品牌的黑色中性笔之间的篡改和掩盖的识别，为字迹的刑侦鉴定提供了研究基础。