本發明涉及一種筆跡鑒定的方法，屬于文件檢驗的技術領域。

背景技術：

驗證筆跡簽名真實性的方法已存在已久。筆跡可定義為由簽名人在紙張上留下的筆墨痕跡。當前痕跡檢驗技術為定性檢驗，主要通過人眼或微觀放大設備觀察痕跡客體表面的形態、形狀、顏色、材質等屬性。由于檢材客體表面不平整以及設備測量精度無法滿足要求，現有設備或儀器無法精確測量客體痕跡如痕跡深度、角度、形態、顏色等屬性特征。

通過對已有筆跡的觀察和練習，或通過更高級的技術如臨模，套模等，筆跡是非常容易被模仿的。

當今存在很多驗證筆跡是否為模仿筆跡的技術。通常情況下，筆跡存在停頓、拐角、震蕩等現象，因此模仿筆跡看上去不連貫，筆跡線條的寬度寬。這種鑒別模仿筆跡方法的缺點在于所需時間較長同時無法實現計算機自動化；為了得到理想和穩定的結果，他們需要大量基礎數據，并且由于這種方法是基于圖像分析的，系統會出現誤差。

技術實現要素：

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種筆跡鑒定的方法，其能解決筆跡鑒定過程中無法實現量化的問題。

本文提到的筆或書寫工具，可以理解為任何如鉛筆，鋼筆，圓珠筆或簽字筆等書寫工具，用于在紙張上書寫。

本文提到的墨跡，可以理解為任何書寫工具的顏料，如墨水和任何干燥物質，如蠟筆、墨粉、墨水、石墨或能被書寫工具使用的相似物質。

根據本發明的一個實施方案，提供一種筆跡鑒定的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在樣本片材上筆跡中選取待進行筆跡鑒定的區域；

2)在所選區域的筆跡中定義測量點與測量方向，其中測量方向垂直于筆畫的書寫方向；

3)將樣本片材固定在載物臺上；

4)利用攝像裝置來獲取所選區域中各測量點的三維視圖；

5)利用所述三維視圖來計算所述樣本片材上各個測量點的參數；

6)在檢材上選取與所述樣本片材的所選區域相對應的區域，并在該區域中定義與上述樣本片材相對應的測量點和測量方向；

7)重復上述步驟3)、4)、5)，獲得所述檢材上各個測量點的參數；

8)根據如下公式，將所獲得的檢材與樣本片材的各參數進行計算比對，得到相關性系數ρx，y，并基于該相關性來鑒定筆跡的真偽：

其中x是樣本片材各個測量點的參數值，y是檢材各個測量點的參數值，μx是樣本片材各個測量點的參數值的平均值，μy是檢材各個測量點的參數值的平均值，σx是樣本片材各個測量點的參數值的標準差，σy是檢材各個測量點的參數值的標準差，e為數學期望。

根據本發明的一個實施方案，其中所述測量點的個數為50-200個。

根據本發明的一個實施方案，其中所述筆跡簽定的區域為整個筆跡的整體或部分。

根據本發明的一個實施方案，其中所述參數為墨跡壓痕深度，墨跡壓痕深度為測量點的墨跡最高點與墨跡最低點之間的距離。

根據本發明的一個實施方案，其中所述參數為紙張壓痕深度，紙張壓痕深度為測量點的紙張左右邊界最高點與墨跡最低點之間的距離。

根據本發明的一個實施方案，其中所述參數為執筆角度，執筆角度為測量點的墨跡最低點到墨跡左邊界或右邊界的水平距離與墨跡左右邊界之間的水平距離二者的比值。

根據本發明的一個實施方案，其中所述攝像裝置包括攝像頭和光學放大鏡，所述三維視圖是通過調節光學放大鏡，以改變攝像頭和光學放大鏡以及待檢測檢材或樣本的之間的距離得到各個焦平面圖像，并進一步融合而成。

根據本發明的一個實施方案，其中將樣本片材或檢材固定在載物臺上包括利用真空吸附裝置或靜電吸附裝置來固定樣本片材或檢材。

根據本發明的一個實施方案，其中當ρx，y大于等于0.5時，判定筆跡為真，否則判定為假。

根據本發明的一個實施方案，所述方法還包括檢測另一個樣本片材，所述樣本片材與所述另一個樣本片材上的筆跡為同一人書寫，計算兩個樣本片材之間相關系數，并且計算所述檢材與所述另一個樣本片材之間的相關系數，進行比較，如果所述檢材與上述兩個樣本片材之間的相關系數均大于兩個樣本片材之間的相關系數，則判定所述檢材與所述樣本片材上的筆跡為同一人所寫，否則判定為假。

本發明的有益效果：

本發明通過氣動控制、機電控制、光電控制、圖像處理、數字層析處理等相關技術，能夠自動、精確、連續測量并呈現痕跡表面各種屬性特征，并能通過量化計算得到的圖片和圖表，將檢材數據與已知樣本數據相互比對，完成定量檢驗過程。

附圖說明

圖1為根據本發明一個實施方案的用于筆跡鑒定的設備示意圖；

圖2為根據本發明一個實施方案的檢材或樣本筆跡進行鑒定的區域示意圖；

圖3為根據本發明一個實施方案的在所選的區域中定義測量點與測量方向的示意圖；

圖4為根據本發明一個實施方案的方法測量得到的某個測量點的三維示意圖；

圖5為基于圖4所示的測量點的三維視圖所得到的二維視圖；

圖6為根據本發明一個實施方案的樣本與檢材中所有測量點筆跡趨勢圖，其中檢材和樣本為同一人書寫；

圖7為根據本發明一個實施方案的樣本與檢材所有點筆跡趨勢圖，其中檢材和樣本為不同人書寫。

圖8為根據本發明一個實施方案的筆跡鑒定方法的流程示意圖。

圖9為根據實施例的漢字“丁”的示意圖，分別標記為1.1、1.2與2.3；

圖10為根據漢字“丁”定義測量點與測量方向的示意圖；

圖11為根據實施例的1.1與1.2漢字“丁”的所有測量點筆跡趨勢圖，其中1.1與1.2為同一人書寫；

圖12為根據實施例的1.1與2.3漢字“丁”的所有測量點筆跡趨勢圖，其中1.1與2.3為不同人書寫；

圖13為根據實施例的1.2與2.3漢字“丁”的所有測量點筆跡趨勢圖，其中1.2與2.3為不同人書寫。

具體實施方式

參考圖1，圖1為根據本發明的一種筆跡鑒定的裝置，包括樣品固定裝置1、攝像裝置、載物臺8、中央處理控制模塊4、顯示模塊5、光源9。

載物臺8包括xy-載物臺8b以及z載物臺8a。xy-載物臺8b能夠在平面上移動例如三維坐標體系中的xy方向移動或轉動，調節方向和角度，z載物臺8a能夠在垂直方向上移動，例如垂直于樣品紙張表面的方向移動。當然，z軸方向載物臺8a也可以為xyz載物臺。能夠在三維方向上移動和轉動，如果是這種情況，xy-載物臺8b不是必須的。

攝像裝置包括攝像頭6以及光學放大鏡7，并固定于載物臺8b上。光學放大鏡7可以將待檢測的目標物的圖像放大，攝像頭6用于拍攝放大后的圖像。該光學放大鏡7也可以稱之為光學物鏡，類似于顯微鏡的物鏡。在本發明中，可以通過旋轉來改變該光學物鏡與待測樣品之間的距離，以及該光學物鏡與攝像頭6之間的距離。也即，光學物鏡中包括了旋轉調距部件，類似于相機中的可調焦的鏡頭。在本發明中，旋轉調距部件可以實現微米級的調節，旋轉調距部件例如為基于螺旋放大的原理的螺旋微調儀，也即類似于螺旋測微器的原理。可以通過手動調節或者與中央處理控制模塊4連接，通過計算機來控制。通過計算機軟件來控制可以實現更加細微的調節，例如1微米、2微米、3微米，實現光學放大鏡7與待測物體和攝像頭6之間的距離的定量變化。

光源9例如可以是任何的燈泡、激光、日光或任何背景燈，置于光學放大鏡7和待檢測的目標物之間，對目標物進行照明，以便于觀測拍攝。在一個實施例中，光源9例如可以為暗場環形光源。

樣品固定裝置1用來固定待檢測的目標物，例如可以是真空吸附裝置或靜電吸附裝置，可以將檢材紙張展平，使檢材結構保持水平。在一個實施方案中，所述樣品固定裝置是真空吸附裝置，該裝置例如可以包括真空吸附泵3與真空吸附臺2，紙張片材等置于真空吸附臺2上進行固定。

樣品固定裝置1可以設置在xy-載物臺8b上，這樣能夠通過移動xy-載物臺8b，來調整待檢測的目標物的拍攝角度方向。

中央處理控制模塊4與攝像裝置、載物臺之間通訊連接，用于接收信息、處理信息、發出指令、輸出結果等等。例如接收攝像裝置所獲取的圖像信息，對圖像信息進行處理，并輸出結果。例如發出指令，控制載物臺的移動等等。中央處理控制模塊4也可以與固定裝置相連接，用于控制固定裝置的操作。

顯示模塊5與中央處理控制模塊4連接，用于顯示結果，輸入指令參數等等。例如顯示模塊5可以是觸屏顯示器。

參考圖2，圖2為選取檢材或樣本筆跡進行鑒定的區域的示意圖，

移動攝像頭和光學放大鏡，定義筆跡筆劃的筆跡鑒定的區域，筆跡鑒定的區域可以定義整個筆跡筆劃的整體或部分。筆跡鑒定的區域最好選取曲線變化較多的部位。

光學放大鏡可以將筆跡圖像放大，并將筆跡線條的一部分或紙張被書寫工具按壓后形成的凹痕結構清晰表現在圖像上，其中書寫工具的墨水或油墨不會在筆跡線條的兩側影響形成筆跡凹痕的結構。當紙張上沒有使用書寫工具書寫時，可以將紙張上表面定義為上邊界。也即，將此上邊界定義為基準面，之后，可以將確定紙張筆跡的凹痕深度，由此比較不同筆跡上的凹痕深度。

圖3為在所選的區域中定義測量點與測量方向的示意圖。

可以根據測量時間和精度要求，在上述筆跡鑒定的區域中來選擇適當數量的測量點，如圖3所示。測量點的個數越多，精度越好，例如可以測量點可達150個。無論筆痕深度深或者淺，增大測量點的數量均可以增加筆劃深度趨勢的準確性。

用戶選取測量點時，可以僅選取起始和結束點，并讓中央處理控制模塊(計算機)自動選取其他所有的中間點。

例如，用戶可以定義測量點的起始點和結束點以及測量點數量。然后中央處理控制模塊(計算機)會自動計算并畫出測量點12的分布間隔和位置。

用戶可定義每個測量點的測量方向，例如此測量方向可以是與筆劃方向垂直，如圖3中所示。由于測量點位置選取保存在中央處理控制模塊中，用戶可以通過顯示模塊在全景圖上劃出箭頭來確定測量方向。中央處理控制模塊(例如其中的計算機軟件)還可自動選取測量方向。選取適當的測量方向，可以保證檢材簽名測量點方向和樣本簽名測量點方向保持一致。例如，測量方向可以對應于在下文中三維圖像中的x軸方向。

掃描過程中可以改變攝像頭和紙張之間的相對距離來進行更詳細的測量，選取測量方向的原因，是為了保證檢材簽名測量點方向和樣本簽名測量點方向保持一致。

測量筆劃在每一個測量點位置的凹痕深度及其變化趨勢，可以解釋為“筆跡dna”。書寫筆跡的筆跡形態是很容易被模仿的。但是由于筆跡壓力，書寫筆跡的連續筆跡深度的參數特征很難被模仿，其在書寫者之間的差別是非常大的。

對于檢材筆跡和樣本筆跡，至少選取一個或多個筆跡鑒定的區域上的相同部分，并且測量部位或測量區域、測量點數量必須保持一致。

參考圖4，圖4為利用本發明的裝置來對所選區域中某一測量點進行攝像獲取的三維圖像，其中沿著x軸方向上的兩個垂直平面19(淺黃色)之間的區域即為測量點所在的區域，測量方向平行于x軸方向。

根據材料不同，紙張的平均厚度為80-150微米之間，凹痕深度的范圍一般為30微米至80微米。當然，紙張凹痕是取決于紙張結構的，也取決于書寫工具、紙張下的襯墊物、書寫壓力，同時還取決于書寫人本身。如果書寫者使用軟質紙張，軟襯墊物，并使用尖銳的書寫工具，凹痕深度較深。而如果書寫者使用硬質紙張，硬襯墊物，并使用不尖銳的書寫工具，凹痕深度較淺。

每一次測量過程中，光學放大鏡與待檢測樣品例如紙張之間的距離可以根據紙張的厚度以及凹痕深度來適當的選擇。例如，對于凹痕深度為50微米的筆跡來說，需要從凹痕上表面到凹痕下表面大約經過20次層析測量后得到凹痕深度值，此深度值能夠準確表現筆跡的凹痕深度。壓痕深度可以定義為書寫工具紙張上形成的壓痕深度的最低點和所定義的紙張上表面最高點之間的距離。通常情況下，壓痕深度的最低點可由墨跡壓痕最低點確定，垂直距離通過墨跡壓痕的最低點和紙張壓痕的最高點計算出。

因此，為了測量每一個測量點凹痕深度，可以根據待檢測的樣品例如紙張的厚度，來設定攝像裝置中的光學放大鏡7(物鏡)在z軸方向上的工作距離，也即物鏡與檢測的樣品二者之間的距離。通常來說工作距離為物鏡焦距的1-2倍。基于該工作距離，設定物鏡移動的最高和最低高度(也即移動的距離)以及移動的次數，以滿足所有測量點位置的高度要求。

例如，可以設定移動的距離為60微米，每次改變光學放大鏡與紙張之間的距離值可設定為3微米，則可以在垂直方向上移動攝像裝置約20次，對單個測量點進行約20次層析測量。

更具體地，中央處理控制模塊控制xy載物臺1移動，使得簽名子感興趣區域上的第一個定義的測量點處于攝像裝置的視野之中，并調整好測量方向。攝像裝置的光學放大鏡在z軸方向上相對于樣品固定裝置1上樣品移動，根據物鏡的焦距將其調節到設定的上邊界(最高高度)。中央處理控制模塊會通過攝像頭6拍攝樣品的放大圖片并保存。然后，光學放大鏡會在定義好的頂部位置和底部位置之間，根據預先設置，向下逐級移動，拍攝并保存新圖片。這個過程一直持續到攝像頭和光學放大鏡移動到設定好的下邊界(最低高度)，并且每移動到一個平面，就會拍攝一幅圖片。圖片的數量是由上邊界到下邊界的距離除以每一層的間距決定的，這個數量可以理解為深度測量的分辨率。

通過改變攝像頭和光學放大鏡之間的距離和相對位置，可以得到一系列相同的筆跡鑒定區域的圖片，這些圖片包含得到筆跡趨勢圖所需要的詳細信息，并能以此確定筆跡鑒定的區域下準確的凹痕深度。

所有圖片保存之后，中央處理控制模塊計算處理并判斷圖片的哪一個部分是聚焦的，并將所有垂直位置的高度和信息保存。也即，當所有圖片保存成功后，中央處理控制模塊會通過這些圖片的聚焦部分計算合成三維圖片，并給出垂直方向上的距離，如圖4所示。

圖5為基于圖4所示的測量點的三維視圖進行平均化處理獲得的測量點的二維視圖。

如圖4所示，兩個垂直平面19之間限定出簽名筆跡中的測量點所在的測量區域。垂直平面19與筆跡相交的趨勢曲線20反映出筆跡中的各個點的壓痕深度。應該理解的是，圖中兩個垂直平面19之間的區域中可以視為存在許多個這樣的垂直平面，所有的這些垂直平面組合起來就反映出該區域中測量點的壓痕深度。

為了減少誤差以及更加精確地反映出測量點的壓痕特征，中央處理控制模塊可以對該測量點的三維視圖進行平均化處理，也即，在所限定的測量區域中取多個類似于垂直平面19的垂直平面，并進行平均化處理，得到代表該測量點的趨勢曲線20’，也即附圖5中反映壓痕參數的二維趨勢曲線。

應該理解的是，垂直平面的個數取得越多，則結果越精確。技術人員可以根據實際情況來確定或者央處理控制模塊中的軟件可以自行處理。

參見附圖5，圖中示出了經過平均化處理之后所獲得的測量點的壓痕的二維趨勢圖，其中趨勢線中顏色較深的部分為墨跡壓痕，較淺的部分為紙張壓痕。并且其中示出了測量點的一些參數，例如紙張壓痕深度、墨跡壓痕深度以及執筆角度。其中，墨跡壓痕深度的是墨跡最高點與墨跡最低點之間的距離；紙張壓痕深度指的是紙張左右邊界最高點與墨跡最低點之間的距離；執筆角度指的是墨跡最低點至墨跡左邊界或右邊界的水平距離與墨跡左右邊界之間的水平距離之間的比值。例如，右手握筆書寫者的筆跡壓痕，其墨跡的右邊緣到中心線的距離往往大于墨跡左邊緣到中心線的距離。

在附圖中，x為墨跡最低點至墨跡左邊界之間的水平距離，y為墨跡左右邊界之間的水平距離，x:y即為執筆角度。

應該理解的是，基于本發明的教導，本領域技術人員也可以定義其他的參數，來反映筆跡的特征。

圖6和圖7為根據本發明實施方案的樣本所有測量點筆跡趨勢圖，其中x軸為各測量點沿著筆劃方向上的距離，y軸表示各測量點的壓痕深度參數值，例如墨跡壓痕深度、紙張壓痕深度或執筆角度等等。

通過移動攝像頭和光學放大鏡或者樣品，可以利用如上文中所述方法來測定筆跡中所有的測量點的壓痕二維趨勢圖以及各壓痕深度參數。然后將所有測量點的各壓痕深度參數值相對于各測量點沿著筆劃方向上的距離來作圖，由此得到圖6和7中的筆跡趨勢圖。注意，該筆跡趨勢圖中的壓痕深度參數可以是跡壓痕深度、紙張壓痕深度或執筆角度，也可以是其他的參數。

在圖6和圖7中，兩條趨勢線27和28分別為樣本和待檢樣品的趨勢線，反映出樣本和待檢樣品二者之間的關聯性。

參考圖8，圖8為根據本發明一個實施方案的筆跡鑒定方法的流程示意圖。

首先，步驟29獲取待檢測的檢材簽名。

在步驟30中，選取筆劃的感興趣區域，也即選取待進行筆跡鑒定的區域。感興趣區域可僅包含筆劃的一部分。為了便于區分簽名之間的差異性，感興趣區域最好選取曲線變化較多的部位。

在步驟31中，通過中央處理控制模塊，使用軟件放大感興趣區域，并讓用戶選取所有測量點，可以僅選取起始和結束點，并讓計算機(中央處理控制模塊)自動選取所有的中間點。然后，用戶可定義每個測量點選取方向，此方向最好與筆劃方向垂直。定義筆劃方向對于從測量點的三維視圖獲取并計算二維視圖來說至關重要，定義筆劃方向對于區分檢材或樣本簽名的縱向左邊界和縱向右邊界高度也是重要的。

在步驟32中，獲取各測量點(采樣點)的三維視圖。當選取完測量點和測量方向后，利用檢測裝置依據本發明的方法進行攝像測量，獲取各采樣點的三維圖像，并保存相關的數據例如距離數據。

在步驟33中，基于三維視圖計算所述樣本片材上各個測量點的參數，例如計算檢材的每一個測量點凹痕深度參數。在該步驟中，可以進一步處理生成測量點的壓痕深度二維曲線圖，并基于壓痕深度二維曲線來得出凹痕深度參數。然后可以進一步生成所有測量點的筆跡趨勢圖。

在該步驟中，凹痕深度參數可以是跡壓痕深度、紙張壓痕深度和/或執筆角度。

步驟34至步驟38為重復針對樣本簽名操作步驟，其中樣本簽名為已知書寫人書寫的簽名。樣本參數會選取與檢材參數類型一致的參數進行計算并展示。換句話說，對于比較過程，如果檢材簽名選取了凹痕深度趨勢圖，則樣本簽名也應該選取凹痕深度趨勢圖。同時，檢材和樣本測量點的選取位置應當保證相互一致。

步驟39比較檢材參數與樣本參數在所有測量點上的趨勢變化。同時，軟件可以計算出檢材參數的趨勢和樣本的參數趨勢之間的相關性。此相關性通過對所有測量點的參數，如凹痕深度參數，也即跡壓痕深度、紙張壓痕深度和/或執筆角度，來計算獲得。

步驟40，用戶可以通過比較檢材和樣本參數、趨勢圖和數據之間的相關性，得出檢材與樣本簽名是否為同一人書寫。

通過統計分析方法計算獲得的檢材和樣本之間的相關性。根據使用人情況的不同，可使用不同統計模型來計算樣本筆跡和檢材筆跡之間的相關性。中央處理控制模塊(例如其中的軟件)可以計算出檢材筆跡的趨勢和樣本筆跡的趨勢之間的相關性。

例如，可以利用如下公式來計算檢材和樣本筆跡二者之間的相關性，也即，反映x和y兩組采樣數據的相關性(其中采樣數據參數可以是墨跡壓痕深度、紙張壓痕深度和執筆角度)：

ρx，y為相關性系數；cov為協方差，x是樣本片材各個測量點的參數值，y是檢材各個測量點的參數值，μx是樣本片材各個測量點的參數值的平均值，μy是檢材各個測量點的參數值的平均值，σx是樣本片材各個測量點的參數值的標準差，σy是檢材各個測量點的參數值的標準差，e為數學期望。

在概率論和統計學中，數學期望(或均值，亦簡稱期望)是試驗中每次可能結果的概率乘以其結果的總和。是最基本的數學特征之一。它反映隨機變量平均取值的大小。

計算相關性系數可以讓人們通過數據知曉檢材筆跡和樣本筆跡之間的相似度，并以此判斷書寫筆跡是否由同一人書寫。同時，檢材筆跡可以與另一個檢材筆跡相比較，并計算出相關性。如果筆跡由同一人書寫，那么其相互間比較得到的相關性會相對較高。如果筆跡由不同人書寫，那么其相互間比較得到的相關性會相對較低。例如可以設定當相關性ρx，y大于等于0.4、例如0.5，0.6時，判定筆跡為真，否則判定為假。

也可以通過間接的方法來進行判斷。例如，檢測兩個樣本筆跡，該兩個樣本筆記均為同一人書寫，確定這兩個筆跡之間相關性。然后檢測一個未知樣本(檢材)。分別計算該未知樣本與上述兩個已知樣本之間的相關性。如果該未知樣本與上述兩個樣本之間的相關性均大于兩個已知樣本之間的相關性，則判定該未知樣本與所述兩個已知樣本為同一人所寫，否則判定為假。

實施例

本實驗根據本方法選取了某些人書寫3個“丁”字樣品，分別標記為1.1、1.2和2.3，如圖9所示。選取120個測樣點，測樣點與測樣方向如圖10所示。利用本發明的系統裝置以及方法測量了上述三個樣品，并獲得各樣品的所有點的墨跡壓痕深度的筆跡趨勢圖以及相關性系數。圖11為1.1與1.2兩者的所有點筆跡趨勢圖，1.1與1.2的相關性系數為51.4％，可得知1.1與1.2為同一人書寫；圖12為1.1與2.3兩者的所有點筆跡趨勢圖，1.1與2.3的相關性系數為12.8％，可得知1.1與2.3為不同人書寫；圖13為1.2與2.3兩者的所有點筆跡趨勢圖，1.2與2.3的相關性系數為14.7％，可得知1.2與2.3為不同人書寫。

以上說明的本發明的詳細說明只不過是為了容易理解本發明而舉出的例子，而不是為了確定本發明的范圍。本發明的范圍通過權利要求而被定義，該范圍內的簡單的變形或變更都屬于本發明的范圍。