觸摸板數字手寫簽名與中性筆簽名字跡的比較與分析

戴超蘭, 趙智浩

(1.湖南警察學院，湖南 長沙 410000；2.衡山縣公安局，湖南 衡陽 421000)

觸屏手寫電子簽名，是利用觸摸屏和手寫互動軟件系統，使用特殊筆或直接用手指在屏幕上簽寫的新型電子簽名。從筆跡形成機理來說，觸屏手寫電子同紙筆簽名一樣，理論上是可以鑒定的，因為其產生的筆跡是可以反映個人的書寫能力，從而折射出書寫者的書寫特點[1]。因其書寫流暢，效果逼真，安全高效的特點，在公安筆錄系統中，正在逐步取代傳統筆錄簽字，但由于書寫工具和書寫載體的變化，當事人在使用觸摸手寫板進行簽名時書寫習慣和心理活動都會出現變化，容易造成簽名筆跡變化，從而給筆跡檢驗增加難度[2]。研究該新型筆跡特征變化，為數字手寫簽名筆跡的檢驗提供依據顯得尤為重要。

1 實驗儀器和設備

掃描儀：EPSONGV39，顯微鏡：徠卡125C，圖像處理軟件：Photoshop CS3。

1.1 實驗原理

1.1.1 筆跡檢驗原理

筆跡檢驗是依據書寫人書寫動作技能與日常書寫習慣的痕跡，通過分別與比對檢驗兩個過程，針對兩個或多個筆跡特征的異同點進行判斷，以此分析書寫人的書寫習慣特征，判斷書寫字跡是否由書寫人所寫。而在書寫活動中，若使用不慣用的工具和不適應的承受物，會干擾書寫活動，使筆跡發生變化[3]。

1.1.2 觸摸板數字手寫技術原理

觸摸板數字手寫技術是一項以電磁筆為書寫工具，以電子觸摸屏為書寫承載物，以電磁壓感技術或電流感應技術為核心，將電磁筆筆頭在觸摸屏上的動態軌跡記錄下來的電子技術，能夠反映書寫人的書寫習慣特征[4]。

1.2 實驗內容

1.2.1 實驗材料選取

實驗選取幾種常見中性筆作為本次實驗材料，詳見下表1。

實驗選擇了高漫1060pro和友基EX08兩種電磁感應技術觸摸板制作觸摸板手寫簽名。實驗所用紙張為得力珊瑚海 A4紙。

1.2.2 實驗樣本制作

為保證實驗的客觀性和可行性，實驗樣本收集的對象為5名男性，5名女性；中性筆為黑色0.5mm子彈頭；觸摸手寫板設置為0.5mm黑色實線；掃描儀分辨率均為600dpi。

1.2.2．1 制作觸摸板數字手寫簽名樣本

10名實驗員采取坐姿方式，將觸摸板調至同一設置參數分別使用同一支配套的電磁筆在高博 1060pro觸摸板和友基 EX08觸摸板上分別簽名，每人次制作數字手寫簽名樣本3個，共計收集觸摸板數字手寫簽名樣本60個，樣本式樣見圖1。

圖1 觸摸板數字手寫簽名樣本

圖2 中性筆手寫簽名樣本

1.2.2.2 制作中性筆手寫簽名樣本

10名實驗員采取坐姿方式，分別使用3種不同型號的中性筆在平滑的書桌上的A4紙上分別簽名，每個人次制作中性筆簽名樣本3個，共計收集90個中性筆簽名樣本，樣本式樣見圖2。

高博1060pro觸摸板數字手寫簽名統稱YB1，友基EX08觸摸板數字手寫簽名統稱YB2，真彩GR-009中性筆手寫簽名樣本統稱YB3，得力NO.6916中性筆手寫簽名樣本統稱YB4，晨光AGR67098中性筆手寫簽名樣本統稱YB5。

樣本收集完成后，先在進行顯微鏡下觀察中性筆手寫簽名筆跡的筆力、筆痕等特征，接著使用掃描儀將樣本信息轉換為圖片，然后導出觸摸板數字手寫簽名圖片，最后使用photoshop軟件分類制作筆跡特征比對表，對同一人觸摸板數字手寫簽名和中性筆手寫簽名兩類樣本的異同點進行特征標記，以YB1為參考，符合特征處用紅色的直線或箭頭標示，差異特征處用藍色標示。

2 結果與討論

2.1 觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆簽名筆跡特征比對

對觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆簽名筆跡進行概貌特征、筆順特征、運筆特征、筆痕特征、布局特征、搭配比例特征比對，探討觸摸板數字手寫簽名和中性筆手寫簽名之間的關系。

2.1.1 概貌特征比對

通過比對發現，觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆簽名筆跡在概貌特征方面基本一致，但在字的大小方面存在明顯差異。在書寫水平特征方面，各樣本書寫水平整體較高，運筆流利自然，字間布局均勻合理，單字書寫較規范，無明顯的字形、字體差異；在字體特征方面，樣本均為自由體，且穩定；在字的形方面，樣本均為長形字；在字的大小方面，肉眼可觀察到使用觸摸板手寫的簽名筆跡明顯大于使用中性筆書寫的簽名筆跡，如下圖3所示。

圖3 概貌特征比對表圖示

2.1.2 筆順特征比對

通過比對發現，觸摸板手寫簽名筆跡和中性筆書寫簽名筆跡在筆順特征方面無明顯差異。以“劉楊炘”簽名筆跡為例，“炘”字“火”部規范筆順為點，撇，撇，捺，樣本簽名的“火”部最后的撇筆和捺筆由一筆寫成，這一筆順特征在觸摸板數字手寫簽名筆跡和中性筆簽名及中都穩定且特殊。如下圖4所示。

圖4 筆順特征比對表圖示

2.1.3 運筆特征比對

通過比對發現，觸摸板數字手寫簽名筆跡和中性筆書寫簽名筆跡在起收筆特征、連筆特征和筆力特征等方面均存在差異。以簽名樣本筆跡“毛建鵬”為例，“毛”字在使用觸摸手寫板和電磁筆進行簽名的起筆方式為直起筆，但在中性筆簽名樣本中側起筆現象突出，有明顯的露鋒現象，并且十分穩定。在進行連筆書寫時，由于書寫速度的加快，觸摸板手寫簽名筆畫之間缺乏“形斷意連”的對應關系特征，中性筆中性筆紙筆簽名存在停頓駐筆現象，在筆畫中留下堆積形成的墨點筆痕，而觸摸手寫板簽名則無停頓駐筆現象，如下圖5所示。

圖5 運筆特征比對表圖示

2.1.4 筆痕特征比對

觸摸板數字手寫筆跡因其承載物和書寫工具的特殊性，無法像中性筆簽名筆跡一樣出現筆痕筆跡特征。如在簽名樣本筆跡“劉楊炘”中的“劉”字的起筆處，YB3出現明顯的露白現象，YB3至YB5均出現墨水擴散和紙張“起毛”現象，而在YB1和YB2中無上述所有現象。在簽名樣本筆跡“張映月”的“月”字最后一筆中，YB3至YB5中均出現墨線和白線交替存在現象，其中YB3中只在筆畫中間部分出現少許白線，YB4中整個筆畫部分均出現白線和黑線交替存在現象，而YB1和YB2無上述現象出現，具體如下圖6所示。

圖6 筆痕特征比對表圖示

2.1.5 布局特征比對

通過比對發現，觸摸板數字手寫簽名筆跡和中性筆書寫簽名筆跡在布局特征方面無明顯差異。以簽名樣本筆跡“張曉雪”為例，兩類簽名筆跡均為從左到右的橫式書寫，簽名筆跡的傾斜角度筆跡外輪廓基本一致，呈“倒梯形”狀，各個單字之間的大小比例及相互位置關系穩定，同樣，在簽名樣本筆跡“黃志楠”中，各單字間的距離等字間組合特征也十分的穩定，如下圖7所示。

圖7 布局特征比對表圖示

2.1.6 搭配比例特征比對

通過比對發現，觸摸板數字手寫簽名筆跡和中性筆書寫簽名筆跡在搭配比例特征方面存在差異但不穩定。以“宇”字為例，觸摸板數字手寫簽名筆跡“宇”字中，兩類樣本筆跡的筆畫長短比例特征基本一致，但“宀”部的“丶”和下方筆畫的搭配距離時近時遠，并不穩定，“宇”字上下寬窄比例也有變化，不穩定，具體如下圖8所示。

圖8 搭配比例特征比對表圖示

2.2 觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆手寫簽名筆跡特征分析

通過特征比對觸摸板數字手寫簽名筆跡和中性筆書寫簽名筆跡的異同點，發現二者的穩定性差異和符合特征，可為兩種簽名筆跡的比對檢驗提供特征選擇依據和差異性排除解釋。二者的易變性特征，可為兩種簽名筆跡的比對檢驗提供特征選擇依據，一般要慎重采用易變性特征進行比對檢驗。

2.2.1 穩定特征

2.2.1.1 概貌特征

在兩種簽名樣本筆跡的概貌特征中，同一人簽名筆跡在書寫水平、字形、字體等特征方面均穩定性一致，在字的大小特征上存在穩定性差異，這是由于使用觸摸板和電磁筆時，若不看顯示屏，當事人簽名無法看到自己的簽名的實時形式的，且觸摸板面積較大，容易不按平時的簽名方式書寫。

2.2.1.2 筆順特征

由于書寫人的習慣和筆力等存在很強的穩定性，書寫的筆順規范較為固定，不易因承載體和書寫工具等書寫條件的改變發生改變，因此在兩種簽名樣本中，同一人運筆特征穩定且無明顯差異。

2.2.1.3 布局特征

由于簽名樣本筆跡屬于少字小篇幅樣本，其布局特征主要為字間組合特征和字距特征，在觸摸板數字簽名筆跡和中性筆簽名筆跡兩類筆跡中，樣本筆跡字行形態、字位傾斜角度和字間組合基本一致，字距保持相對定值，特征穩定且特殊。

2.2.2 易變特征

2.2.2.1 運筆特征

在兩種簽名樣本筆跡的運筆特征中，起收筆特征特征差異較大，由于觸摸手寫板無法靈敏的感受到手寫壓力的變化，頓筆、起筆等特征無法體現，特別是筆鋒在觸摸板數字簽名筆跡中基本消失；在行筆特征中，由于電磁筆書寫的承載物十分光滑，運筆時易滑動，行筆的方式不易控制，書寫速度變快，筆跡“抖動”現象十分常見，而在使用中性筆進行快速簽名簽名時，筆畫間會出現“形斷意連”的特征，但在觸摸板數字簽名筆跡中并未體現，這是在使用電磁筆進行簽名時，電磁筆必須保持與觸摸板的屏幕的接觸造成。

2.2.2.2 筆痕特征

在簽名樣本筆跡筆痕特征中，由于筆的細微結構差異和人的姿勢、運筆動作與力度等因素，形成的筆跡會出現筆痕特征，且不同型號中性筆的形成的筆痕特征不同。在使用觸摸板進行數字手寫簽名時，觸摸板記錄的是電磁筆在其表面的運動軌跡特征，筆畫的粗細只與線條粗細設置有關，不會因為書寫時力度、姿勢和運筆動作的改變而影響運動軌跡的記錄，在相同設置的條件下形成的筆畫全部都一樣，沒有筆痕特征。

2.2.2.3 搭配比例特征

在兩種簽名樣本筆跡的搭配比例特征中，筆畫的交接位置特征和鄰位筆畫的距離特征常呈現時遠時近的現象，在偏旁大小和偏旁的搭配特征方面變化較小，在筆畫長短寬窄比例特征方面，觸摸板簽名樣本筆跡的易變性較強。

3 結論

對觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆簽名筆跡的幾類特征進行比對檢驗，得出的實驗結果有：(1)同一人觸摸板數字手寫簽名筆跡與中性筆簽名筆跡在概貌特征中的書寫水平、字形字體特征，筆順特征，布局特征方面保持穩定性一致，在概貌特征中的字的大小特征，運筆特征，筆痕特征，搭配比例特征方面存在差異；(2)在進行觸摸板數字簽名筆跡和中性比簽名筆跡比對檢驗時應當選擇穩定性強的概貌特征、筆順特征和布局特征，慎重選擇運筆特征搭配比例特征和筆痕特征等易變特征。