一种笔迹鉴定的系统的制作方法

本发明涉及一种笔迹鉴定的系统，属于文件检验的技术领域。

背景技术：

验证笔迹签名真实性的方法已存在已久。笔迹可定义为由签名人在纸张上留下的笔墨痕迹。当前痕迹检验技术为定性检验，主要通过人眼或微观放大设备观察痕迹客体表面的形态、形状、颜色、材质等属性。由于检材客体表面不平整以及设备测量精度无法满足要求，现有设备或仪器无法精确测量客体痕迹如痕迹深度、角度、形态、颜色等属性特征。

通过对已有笔迹的观察和练习，或通过更高级的技术如临模，套模等，笔迹是非常容易被模仿的。

当今存在很多验证笔迹是否为模仿笔迹的技术。通常情况下，笔迹存在停顿、拐角、震荡等现象，因此模仿笔迹看上去不连贯，笔迹线条的宽度宽。这种鉴别模仿笔迹方法的缺点在于所需时间较长同时无法实现计算机自动化；为了得到理想和稳定的结果，他们需要大量基础数据，并且由于这种方法是基于图像分析的，系统会出现误差。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种笔迹鉴定的系统，其能解决笔迹鉴定过程中无法实现量化的问题。

本文提到的笔或书写工具，可以理解为任何如铅笔，钢笔，圆珠笔或签字笔等书写工具，用于在纸张上书写。

本文提到的墨迹，可以理解为任何书写工具的颜料，如墨水和任何干燥物质，如蜡笔、墨粉、墨水、石墨或能被书写工具使用的相似物质。

根据本发明的一个实施方案，提供一种笔迹鉴定的系统，包括：

样品固定装置，用来固定待检测的样本或检材；

摄像装置，包括摄像头以及光学放大镜，用于摄取待检测的样本或检材的各测量点的图像；

载物台，用于支撑摄像装置、调节摄像装置的高度以及角度；

中央处理控制模块，与摄像装置和载物台之间通讯连接，用于控制摄像装置和载物台，并且处理摄像装置所获取的图像信息；以及

显示模块，与中央处理控制模块连接，

其中，处理摄像装置所获取的图像信息包括：

利用所获取的图像信息来合成各测量点的三维图像；

利用所述三维图像来计算各个测量点的参数；以及

根据如下公式，将所获得的待检测的样本和检材的参数进行计算比对，得到相关性系数ρx，y，并基于该相关性来鉴定笔迹的真伪：

其中x是样本各个测量点的参数值，y是检材各个测量点的参数值，μx是样本各个测量点的参数值的平均值，μy是检材各个测量点的参数值的平均值，σx是样本各个测量点的参数值的标准差，σy是检材各个测量点的参数值的标准差，e为数学期望。

根据本发明的一个实施方案，其中所述系统还包括置于光学放大镜和待检测的样本或检材之间光源。

根据本发明的一个实施方案，其中所述载物台还包括用于支撑所述样品固定装置的平面载物台，其能够在平面上移动和转动，以调节所述样本或检材的摄像部位和角度方向。

根据本发明的一个实施方案，其中所述参数为墨迹压痕深度，墨迹压痕深度为测量点的墨迹最高点与墨迹最低点之间的距离。

根据本发明的一个实施方案，其中所述参数为纸张压痕深度，纸张压痕深度为测量点的纸张左右边界最高点与墨迹最低点之间的距离。

根据本发明的一个实施方案，其中所述参数为执笔角度，执笔角度为测量点的墨迹最低点到墨迹左边界或右边界的水平距离与墨迹左右边界之间的水平距离二者的比值。

根据本发明的一个实施方案，其中所述三维视图是通过调节光学放大镜，以改变摄像头和光学放大镜以及待检测检材或样本的之间的距离得到各个焦平面图像，并进一步融合而成。

根据本发明的一个实施方案，其中所述样品固定装置是真空吸附装置或静电吸附装置。

根据本发明的一个实施方案，其中当ρx，y大于等于0.5时，判定笔迹为真，否则判定为假。

根据本发明的一个实施方案，所述样本为至少两个，两个样本上的笔迹为同一人书写，计算两个样本之间相关系数，并且计算所述检材与两个样本之间的相关系数，进行比较，如果所述检材与上述两个样本之间的相关系数均大于两个样本之间的相关系数，则判定所述检材与所述样本上的笔迹为同一人所写，否则判定为假。

本发明的有益效果：

本发明通过气动控制、机电控制、光电控制、图像处理、数字层析处理等相关技术，能够自动、精确、连续测量并呈现痕迹表面各种属性特征，并能通过量化计算得到的图片和图表，将检材数据与已知样本数据相互比对，完成定量检验过程。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方案的用于笔迹鉴定的设备示意图；

图2为根据本发明一个实施方案的检材或样本笔迹进行鉴定的区域示意图；

图3为根据本发明一个实施方案的在所选的区域中定义测量点与测量方向的示意图；

图4为根据本发明一个实施方案的方法测量得到的某个测量点的三维示意图；

图5为基于图4所示的测量点的三维视图所得到的二维视图；

图6为根据本发明一个实施方案的样本与检材中所有测量点笔迹趋势图，其中检材和样本为同一人书写；

图7为根据本发明一个实施方案的样本与检材所有点笔迹趋势图，其中检材和样本为不同人书写。

图8为根据本发明一个实施方案的笔迹鉴定方法的流程示意图。

图9为根据实施例的汉字“丁”的示意图，分别标记为1.1、1.2与2.3；

图10为根据汉字“丁”定义测量点与测量方向的示意图；

图11为根据实施例的1.1与1.2汉字“丁”的所有测量点笔迹趋势图，其中1.1与1.2为同一人书写；

图12为根据实施例的1.1与2.3汉字“丁”的所有测量点笔迹趋势图，其中1.1与2.3为不同人书写；

图13为根据实施例的1.2与2.3汉字“丁”的所有测量点笔迹趋势图，其中1.2与2.3为不同人书写。

具体实施方式

参考图1，图1为根据本发明的一种笔迹鉴定的装置，包括样品固定装置1、摄像装置、载物台8、中央处理控制模块4、显示模块5、光源9。

载物台8包括xy-载物台8b以及z载物台8a。xy-载物台8b能够在平面上移动例如三维坐标体系中的xy方向移动或转动，调节方向和角度，z载物台8a能够在垂直方向上移动，例如垂直于样品纸张表面的方向移动。当然，z轴方向载物台8a也可以为xyz载物台。能够在三维方向上移动和转动，如果是这种情况，xy-载物台8b不是必须的。

摄像装置包括摄像头6以及光学放大镜7，并固定于载物台8b上。光学放大镜7可以将待检测的目标物的图像放大，摄像头6用于拍摄放大后的图像。该光学放大镜7也可以称之为光学物镜，类似于显微镜的物镜。在本发明中，可以通过旋转来改变该光学物镜与待测样品之间的距离，以及该光学物镜与摄像头6之间的距离。也即，光学物镜中包括了旋转调距部件，类似于相机中的可调焦的镜头。在本发明中，旋转调距部件可以实现微米级的调节，旋转调距部件例如为基于螺旋放大的原理的螺旋微调仪，也即类似于螺旋测微器的原理。可以通过手动调节或者与中央处理控制模块4连接，通过计算机来控制。通过计算机软件来控制可以实现更加细微的调节，例如1微米、2微米、3微米，实现光学放大镜7与待测物体和摄像头6之间的距离的定量变化。

光源9例如可以是任何的灯泡、激光、日光或任何背景灯，置于光学放大镜7和待检测的目标物之间，对目标物进行照明，以便于观测拍摄。在一个实施例中，光源9例如可以为暗场环形光源。

样品固定装置1用来固定待检测的目标物，例如可以是真空吸附装置或静电吸附装置，可以将检材纸张展平，使检材结构保持水平。在一个实施方案中，所述样品固定装置是真空吸附装置，该装置例如可以包括真空吸附泵3与真空吸附台2，纸张片材等置于真空吸附台2上进行固定。

样品固定装置1可以设置在xy-载物台8b上，这样能够通过移动xy-载物台8b，来调整待检测的目标物的拍摄角度方向。

中央处理控制模块4与摄像装置、载物台之间通讯连接，用于接收信息、处理信息、发出指令、输出结果等等。例如接收摄像装置所获取的图像信息，对图像信息进行处理，并输出结果。例如发出指令，控制载物台的移动等等。中央处理控制模块4也可以与固定装置相连接，用于控制固定装置的操作。

显示模块5与中央处理控制模块4连接，用于显示结果，输入指令参数等等。例如显示模块5可以是触屏显示器。

参考图2，图2为选取检材或样本笔迹进行鉴定的区域的示意图，

移动摄像头和光学放大镜，定义笔迹笔划的笔迹鉴定的区域，笔迹鉴定的区域可以定义整个笔迹笔划的整体或部分。笔迹鉴定的区域最好选取曲线变化较多的部位。

光学放大镜可以将笔迹图像放大，并将笔迹线条的一部分或纸张被书写工具按压后形成的凹痕结构清晰表现在图像上，其中书写工具的墨水或油墨不会在笔迹线条的两侧影响形成笔迹凹痕的结构。当纸张上没有使用书写工具书写时，可以将纸张上表面定义为上边界。也即，将此上边界定义为基准面，之后，可以将确定纸张笔迹的凹痕深度，由此比较不同笔迹上的凹痕深度。

图3为在所选的区域中定义测量点与测量方向的示意图。

可以根据测量时间和精度要求，在上述笔迹鉴定的区域中来选择适当数量的测量点，如图3所示。测量点的个数越多，精度越好，例如可以测量点可达150个。无论笔痕深度深或者浅，增大测量点的数量均可以增加笔划深度趋势的准确性。

用户选取测量点时，可以仅选取起始和结束点，并让中央处理控制模块(计算机)自动选取其他所有的中间点。

例如，用户可以定义测量点的起始点和结束点以及测量点数量。然后中央处理控制模块(计算机)会自动计算并画出测量点12的分布间隔和位置。

用户可定义每个测量点的测量方向，例如此测量方向可以是与笔划方向垂直，如图3中所示。由于测量点位置选取保存在央处理控制模块中，用户可以通过显示模块在全景图上划出箭头来确定测量方向。央处理控制模块(例如其中的计算机软件)还可自动选取测量方向。选取适当的测量方向，可以保证检材签名测量点方向和样本签名测量点方向保持一致。例如，测量方向可以对应于在下文中三维图像中的x轴方向。

扫描过程中可以改变摄像头和纸张之间的相对距离来进行更详细的测量，选取测量方向的原因，是为了保证检材签名测量点方向和样本签名测量点方向保持一致。

测量笔划在每一个测量点位置的凹痕深度及其变化趋势，可以解释为“笔迹dna”。书写笔迹的笔迹形态是很容易被模仿的。但是由于笔迹压力，书写笔迹的连续笔迹深度的参数特征很难被模仿，其在书写者之间的差别是非常大的。

对于检材笔迹和样本笔迹，至少选取一个或多个笔迹鉴定的区域上的相同部分，并且测量部位或测量区域、测量点数量必须保持一致。

参考图4，图4为利用本发明的装置来对所选区域中某一测量点进行摄像获取的三维图像，其中沿着x轴方向上的两个垂直平面19(浅黄色)之间的区域即为测量点所在的区域，测量方向平行于x轴方向。

根据材料不同，纸张的平均厚度为80-150微米之间，凹痕深度的范围一般为30微米至80微米。当然，纸张凹痕是取决于纸张结构的，也取决于书写工具、纸张下的衬垫物、书写压力，同时还取决于书写人本身。如果书写者使用软质纸张，软衬垫物，并使用尖锐的书写工具，凹痕深度较深。而如果书写者使用硬质纸张，硬衬垫物，并使用不尖锐的书写工具，凹痕深度较浅。

每一次测量过程中，光学放大镜与待检测样品例如纸张之间的距离可以根据纸张的厚度以及凹痕深度来适当的选择。例如，对于凹痕深度为50微米的笔迹来说，需要从凹痕上表面到凹痕下表面大约经过20次层析测量后得到凹痕深度值，此深度值能够准确表现笔迹的凹痕深度。压痕深度可以定义为书写工具纸张上形成的压痕深度的最低点和所定义的纸张上表面最高点之间的距离。通常情况下，压痕深度的最低点可由墨迹压痕最低点确定，垂直距离通过墨迹压痕的最低点和纸张压痕的最高点计算出。

因此，为了测量每一个测量点凹痕深度，可以根据待检测的样品例如纸张的厚度，来设定摄像装置中的光学放大镜7(物镜)在z轴方向上的工作距离，也即物镜与检测的样品二者之间的距离。通常来说工作距离为物镜焦距的1-2倍。基于该工作距离，设定物镜移动的最高和最低高度(也即移动的距离)以及移动的次数，以满足所有测量点位置的高度要求。

例如，可以设定移动的距离为60微米，每次改变光学放大镜与纸张之间的距离值可设定为3微米，则可以在垂直方向上移动摄像装置约20次，对单个测量点进行约20次层析测量。

更具体地，中央处理控制模块控制xy载物台1移动，使得签名子感兴趣区域上的第一个定义的测量点处于摄像装置的视野之中，并调整好测量方向。摄像装置的光学放大镜在z轴方向上相对于样品固定装置1上样品移动，根据物镜的焦距将其调节到设定的上边界(最高高度)。中央处理控制模块会通过摄像头6拍摄样品的放大图片并保存。然后，光学放大镜会在定义好的顶部位置和底部位置之间，根据预先设置，向下逐级移动，拍摄并保存新图片。这个过程一直持续到摄像头和光学放大镜移动到设定好的下边界(最低高度)，并且每移动到一个平面，就会拍摄一幅图片。图片的数量是由上边界到下边界的距离除以每一层的间距决定的，这个数量可以理解为深度测量的分辨率。

通过改变摄像头和光学放大镜之间的距离和相对位置，可以得到一系列相同的笔迹鉴定区域的图片，这些图片包含得到笔迹趋势图所需要的详细信息，并能以此确定笔迹鉴定的区域下准确的凹痕深度。

所有图片保存之后，中央处理控制模块计算处理并判断图片的哪一个部分是聚焦的，并将所有垂直位置的高度和信息保存。也即，当所有图片保存成功后，中央处理控制模块会通过这些图片的聚焦部分计算合成三维图片，并给出垂直方向上的距离，如图4所示。

图5为基于图4所示的测量点的三维视图进行平均化处理获得的测量点的二维视图。

如图4所示，两个垂直平面19之间限定出签名笔迹中的测量点所在的测量区域。垂直平面19与笔迹相交的趋势曲线20反映出笔迹中的各个点的压痕深度。应该理解的是，图中两个垂直平面19之间的区域中可以视为存在许多个这样的垂直平面，所有的这些垂直平面组合起来就反映出该区域中测量点的压痕深度。

为了减少误差以及更加精确地反映出测量点的压痕特征，中央处理控制模块可以对该测量点的三维视图进行平均化处理，也即，在所限定的测量区域中取多个类似于垂直平面19的垂直平面，并进行平均化处理，得到代表该测量点的趋势曲线20’，也即附图5中反映压痕参数的二维趋势曲线。

应该理解的是，垂直平面的个数取得越多，则结果越精确。技术人员可以根据实际情况来确定或者中央处理控制模块中的软件可以自行处理。

参见附图5，图中示出了经过平均化处理之后所获得的测量点的压痕的二维趋势图，其中趋势线中颜色较深的部分为墨迹压痕，较浅的部分为纸张压痕。并且其中示出了测量点的一些参数，例如纸张压痕深度、墨迹压痕深度以及执笔角度。其中，墨迹压痕深度的是墨迹最高点与墨迹最低点之间的距离；纸张压痕深度指的是纸张左右边界最高点与墨迹最低点之间的距离；执笔角度指的是墨迹最低点至墨迹左边界或右边界的水平距离与墨迹左右边界之间的水平距离之间的比值。例如，右手握笔书写者的笔迹压痕，其墨迹的右边缘到中心线的距离往往大于墨迹左边缘到中心线的距离。

在附图中，x为墨迹最低点至墨迹左边界之间的水平距离，y为墨迹左右边界之间的水平距离，x:y即为执笔角度。

应该理解的是，基于本发明的教导，本领域技术人员也可以定义其他的参数，来反映笔迹的特征。

图6和图7为根据本发明实施方案的样本所有测量点笔迹趋势图，其中x轴为各测量点沿着笔划方向上的距离，y轴表示各测量点的压痕深度参数值，例如墨迹压痕深度、纸张压痕深度或执笔角度等等。

通过移动摄像头和光学放大镜或者样品，可以利用如上文中所述方法来测定笔迹中所有的测量点的压痕二维趋势图以及各压痕深度参数。然后将所有测量点的各压痕深度参数值相对于各测量点沿着笔划方向上的距离来作图，由此得到图6和7中的笔迹趋势图。注意，该笔迹趋势图中的压痕深度参数可以是迹压痕深度、纸张压痕深度或执笔角度，也可以是其他的参数。

在图6和图7中，两条趋势线27和28分别为样本和待检样品的趋势线，反映出样本和待检样品二者之间的关联性。

参考图8，图8为根据本发明一个实施方案的笔迹鉴定方法的流程示意图。

首先，步骤29获取待检测的检材签名。

在步骤30中，选取笔划的感兴趣区域，也即选取待进行笔迹鉴定的区域。感兴趣区域可仅包含笔划的一部分。为了便于区分签名之间的差异性，感兴趣区域最好选取曲线变化较多的部位。

在步骤31中，通过中央处理控制模块，使用软件放大感兴趣区域，并让用户选取所有测量点，可以仅选取起始和结束点，并让计算机(中央处理控制模块)自动选取所有的中间点。然后，用户可定义每个测量点选取方向，此方向最好与笔划方向垂直。定义笔划方向对于从测量点的三维视图获取并计算二维视图来说至关重要，定义笔划方向对于区分检材或样本签名的纵向左边界和纵向右边界高度也是重要的。

在步骤32中，获取各测量点(采样点)的三维视图。当选取完测量点和测量方向后，利用检测装置依据本发明的方法进行摄像测量，获取各采样点的三维图像，并保存相关的数据例如距离数据。

在步骤33中，基于三维视图计算所述样本片材上各个测量点的参数，例如计算检材的每一个测量点凹痕深度参数。在该步骤中，可以进一步处理生成测量点的压痕深度二维曲线图，并基于压痕深度二维曲线来得出凹痕深度参数。然后可以进一步生成所有测量点的笔迹趋势图。

在该步骤中，凹痕深度参数可以是迹压痕深度、纸张压痕深度和/或执笔角度。

步骤34至步骤38为重复针对样本签名操作步骤，其中样本签名为已知书写人书写的签名。样本参数会选取与检材参数类型一致的参数进行计算并展示。换句话说，对于比较过程，如果检材签名选取了凹痕深度趋势图，则样本签名也应该选取凹痕深度趋势图。同时，检材和样本测量点的选取位置应当保证相互一致。

步骤39比较检材参数与样本参数在所有测量点上的趋势变化。同时，软件可以计算出检材参数的趋势和样本的参数趋势之间的相关性。此相关性通过对所有测量点的参数，如凹痕深度参数，也即迹压痕深度、纸张压痕深度和/或执笔角度，来计算获得。

步骤40，用户可以通过比较检材和样本参数、趋势图和数据之间的相关性，得出检材与样本签名是否为同一人书写。

通过统计分析方法计算获得的检材和样本之间的相关性。根据使用人情况的不同，可使用不同统计模型来计算样本笔迹和检材笔迹之间的相关性。中央处理控制模块(例如其中的软件)可以计算出检材笔迹的趋势和样本笔迹的趋势之间的相关性。

例如，可以利用如下公式来计算检材和样本笔迹二者之间的相关性，也即，反映x和y两组采样数据的相关性(其中采样数据参数可以是墨迹压痕深度、纸张压痕深度和执笔角度)：

ρx，y为相关性系数；cov为协方差，x是样本片材各个测量点的参数值，y是检材各个测量点的参数值，μx是样本片材各个测量点的参数值的平均值，μy是检材各个测量点的参数值的平均值，σx是样本片材各个测量点的参数值的标准差，σy是检材各个测量点的参数值的标准差，e为数学期望。

在概率论和统计学中，数学期望(或均值，亦简称期望)是试验中每次可能结果的概率乘以其结果的总和。是最基本的数学特征之一。它反映随机变量平均取值的大小。

计算相关性系数可以让人们通过数据知晓检材笔迹和样本笔迹之间的相似度，并以此判断书写笔迹是否由同一人书写。同时，检材笔迹可以与另一个检材笔迹相比较，并计算出相关性。如果笔迹由同一人书写，那么其相互间比较得到的相关性会相对较高。如果笔迹由不同人书写，那么其相互间比较得到的相关性会相对较低。例如可以设定当相关性ρx，y大于等于0.4、例如0.5，0.6时，判定笔迹为真，否则判定为假。

也可以通过间接的方法来进行判断。例如，检测两个样本笔迹，该两个样本笔记均为同一人书写，确定这两个笔迹之间相关性。然后检测一个未知样本(检材)。分别计算该未知样本与上述两个已知样本之间的相关性。如果该未知样本与上述两个样本之间的相关性均大于两个已知样本之间的相关性，则判定该未知样本与所述两个已知样本为同一人所写，否则判定为假。

实施例

本实验根据本方法选取了某些人书写3个“丁”字样品，分别标记为1.1、1.2和2.3，如图9所示。选取120个测样点，测样点与测样方向如图10所示。利用本发明的系统装置以及方法测量了上述三个样品，并获得各样品的所有点的墨迹压痕深度的笔迹趋势图以及相关性系数。图11为1.1与1.2两者的所有点笔迹趋势图，1.1与1.2的相关性系数为51.4％，可得知1.1与1.2为同一人书写；图12为1.1与2.3两者的所有点笔迹趋势图，1.1与2.3的相关性系数为12.8％，可得知1.1与2.3为不同人书写；图13为1.2与2.3两者的所有点笔迹趋势图，1.2与2.3的相关性系数为14.7％，可得知1.2与2.3为不同人书写。

以上说明的本发明的详细说明只不过是为了容易理解本发明而举出的例子，而不是为了确定本发明的范围。本发明的范围通过权利要求而被定义，该范围内的简单的变形或变更都属于本发明的范围。