两种视觉状态下手写板书写签名笔迹特征比较研究
——以蒙恬电阻式手写板采集签名笔迹为例
周桂雪1顾雨淳2艾攀枫3
（1.南京森林警察学院，江苏 南京 210023；2.常熟市公安局，江苏 常熟 215500；3.崇阳县公安局，湖北 咸宁 437500）
摘 要： 探究两种不同视觉监督状态下手写板签名笔迹差异及盲写手写板签名笔迹特征变化规律。通过比对所见即所得手写板与盲写手写板采集的同源笔迹，观察特征异同，总结利用盲写手写板书写签名笔迹的特征变化规律。盲写手写板采集签名笔迹在书写水平、书体、搭配位置、运笔特征方面存在显著变化。盲写状态不利于书写动作习惯的反映；盲写手写板书写签名笔迹在笔迹的空间位置和精细动作方面特征易变，同时受到书写人书写熟练程度和字迹结构的影响。
关键词： 盲写；所见即所得；手写板；签名笔迹；比较
当前由于手写板快捷便利，在无纸化办公推广中得到广泛运用。但是，由于当前相关部门对市场上各类数字手写设备尚未颁布明确技术标准，手写板的书写形式和技术参数呈现多样化。其中，盲写手写板和所见即所得两种手写板在无纸化办公领域都有使用。所谓盲写手写板，即在书写时只能看到书写笔（或手指）在手写板上移动，但是看不到所书写的字迹，书写字迹往往通过有线或无线连接导入其它设备，因此只能在另一设备上查看书写字迹；所见即所得手写板是指在书写时，笔迹实时呈现在手写板上。利用两种手写板书写笔迹最明显的差异就是两者分别对应不同的视觉状态。此处沿用当前手写板行业内约定俗成的叫法，分别将这两种视觉状态称为盲写状态和所见即所得状态。不同的视觉监督状态下书写笔迹特征必然存在差异，然而具体有哪些差异，目前国内外法庭科学领域对于此问题的研究仍是空白。研究该种差异无疑对该类新型设备生成笔迹的鉴定具有重要意义。因此，本文拟通过实证研究对两种不同视觉状态下手写笔迹特征进行比对，探究同源个体在两种不同视觉状态下形成笔迹特征的差异，最终得出盲写状态对笔迹特征的影响规律，以期为数字手写签名笔迹鉴定工作提供参考和依据，同时也从事后责任认定角度为数字手写签名设备的研发和行业技术标准建立提供一定参考，为数字手写签名使用者选取数字手写设备提供科学指引。
一、视觉监督在书写运动过程中的作用机制
笔迹是人类书写活动的结果，书写活动是在第一信号系统和第二信号系统协同作用下的条件反射活动，其反射弧构成为“感受器—传入神经—中枢—传出神经—效应器”。有关书写相关中枢的功能磁共振成像研究表明，书写行为并非由某一中枢所支配，大脑的许多部位分别参与书写中的运动控制、语言处理、视觉空间分析等功能，其中右侧顶上小叶可能与书写执行中的视觉参照有关，参与书写程序的编制和计划[1]，而该中枢区域综合功能的发挥有赖于视觉机能的存在。在此反射过程中，视觉机能发挥双重角色：一是在反射启动环节接受并传导言语信号刺激，进而由中枢发出执行言语书写动作指令；二是在书写过程中与指、腕等动觉器官共同发挥反馈作用，加强对书写动作的监督和校正[2]。在书写技能的形成、提高过程中，视觉监督作用必不可少，特别在书写技能形成初期，视觉依赖作用强，随着书写技能趋于成熟稳定，呈现动觉控制增强而视觉监督作用减弱的效果。即便书写技能形成以后，人们的日常书写活动普遍依赖视觉的反馈调节功能，即视觉的监督作用。
在盲写和所见即所得两种状态下书写时，尽管二者条件反射基本结构相同，但是由于在盲写状态下视觉参与程度减弱，视觉感受器不完全接收实时书写文字信息，削弱了视觉在书写时的反馈效能。因此书写动力定型的自动调节系统（图1）将受到影响，进而影响书写动作发挥，并反映在笔迹特征上。
图1 与自控装置类似的动力定型自动调节系统
二、样本收集与比对
（一）样本收集
1.对象。样本收集对象为63位在读大学本科生，年龄分布在21-23岁之间，身体状况良好，均为右利手书写，书写水平中等。
打入式开口钢管桩因其抗弯能力高、贯入穿透性强等优势，在水平力较大、持力层埋深较深、沉桩贯入难度较大、自由端较长时广泛采用。因土塞效应尚未建立完善的理论计算，开口钢管桩承载力量化分析更为复杂和困难。基于既有理论研究分析，推演提出针对以密实砂层为持力层的开口钢管桩土塞效应的理论分析计算，并通过规范推演计算、高应变动力检测结果对比分析，对于以密实砂层为持力层的开口钢管桩竖向极限承载力计算具有一定的参考意义。
1.未观测的特征。由于样本收集条件所限，本次对不同视觉状态下的签名笔迹特征观察不够全面。首先，由于书写内容为签名笔迹，书写载体为有效书写面积为5吋的手写板，因此，除字行方向与形态、字间距特征外，其它布局特征未能在样本字迹中得到反映，因而没有进行观察、分析。第二，由于两款手写板的输出字迹都非原大小输出，相对于原始输入字迹缩放参数亦不明确，因此未对大小进行比较分析。第三，实证数据表明，两款手写板的压感等级不足以精准反映笔尖垂直压力，因此未将笔力特征和笔压特征作为观察目标。从一些样本的特征表现看，盲写视觉状态下书写字迹有速度增加的趋势，这与书写动作的水平分力有关，而书写动作的水平分力与垂直分力是相互伴生的，具有密切的相关关系，因此垂直分力可能存在变化。力度特征作为笔迹鉴定中人身表征性极强的特征，未来值得进一步研究。第四，本次研究采用的手写板不具备采集诸如实时压力、速度、加速度等动态数据功能，只针对静态图像进行研究，没有对动态轨迹信息的观测、分析。
（1）样本采集对象类别和数量。此次实证调查的样本采集仅局限于在校大学本科生，被调查者年龄、书写技能水平、社会阅历、文化水平相近，且人数有限。样本范围窄，使调查结果不具有广泛的代表性；样本数量的局限影响特征统计的精确性，难以排除干扰因素影响。
3.字形特征。比对结果显示，在两种不同的视觉状态下同源签名笔迹样本的字形普遍变窄拉长。具体表现为：多数书写者在所见即所得手写板上书写签名字迹的字形为偏方形的类长方形，在盲写手写板上书写签名字迹字形为瘦长形（图4-1，图4-2）。经对手写板输出字迹宽高比例测试分析后，发现样本字迹普遍呈纵向拉长现象，是由于盲写手写板输出字迹图形宽高比相对于原始输入字迹变小所致，其宽高比相当于实际输入字迹尺寸的0.76，将样本按原始字迹宽高比还原后，盲写状态下的字形特征并未表现出明显变化。本文其余部位采用的图片皆为矫正宽高比例后的图片。
3.样本收集方法。令63名样本收集对象依次坐在同一间自习室中的同一位置，保持正常书写的坐姿，使用自己的常用手及惯用书写姿势，分别在所见即所得手写板和盲写手写板上写下自己的姓名。两种手写板书写笔迹被实时导入笔迹本电脑，以Word文档形式分类保存。
1.书写水平特征。书写水平，表征个体写字技能的高低。对于签名笔迹，其判定基于两个方面：一是运笔是否流利，起、收笔及行笔有无法度；二是单字结构及字间组合的工整严谨程度。盲写视觉状态签名样本书写水平下降现象主要表现为：运笔流利、自然程度下降；空间美感减弱；单字结构工整、严谨程度下降；笔画、结构的配合有过于松散或局促的现象（图2-1、2-2）。书写水平下降现象说明，视觉监督减弱之后，单个笔画的空间分布以及笔画之间、结构之间的空间编排、组合都受到影响。
（3）签名导入设备：惠普笔记本电脑。
小城沦陷后，日军主力开赴前线，城中仅留一百多个鬼子。为首的鬼子队长叫川矢。这家伙金鱼眼，塌鼻梁，个子矮，肥头大耳，满脸横肉，一双罗圈腿，走起路来八八的，像是胯里夹着一个南瓜。川矢的父亲乃东京城中一家餐馆的厨师。川矢应征时，父亲特意嘱咐他设法搜集中国民间美食秘方。
（2）盲写手写板：选用蒙恬PDL电阻式手写板（配有手写笔），其硬体尺寸为136mm×125mm×16.7mm，书写区域为113mm×64mm，压感等级为256M。
（二）样本比对
将每一名调查对象在所见即所得视觉状态与盲写视觉状态下书写的同源签名样本进行比对，并记录每一组样本的笔迹特征异同，汇总分析盲写状态下笔迹特征的稳定与变化情况。
三、结果与讨论
通过对各组同源样本进行观察发现，所见即所得视觉状态下的笔迹和盲写视觉状态下的笔迹在以下特征方面表现基本稳定：字行方向与形态、字间间隔特征、字的倾斜方向特征、文字写法特征、笔顺特征、比例特征、起笔特征、收笔特征、笔画基本形态特征。但是，在盲写状态下一些特征发生明显变化，包括：书写水平特征、字形特征、书体特征、搭配位置特征、行笔特征、连笔特征（表1）。
（一）特征变化方面评析
改进后，安装整体式托辊支架时，只需沿限位块推行至固定螺栓孔位置，再安装托辊支架固定螺栓，便于整体式托辊支架安装定位。同时，整体式电缆托辊支架受下限位块的支撑，减小了托辊支架固定螺栓的支撑作用力。另外，在更换任一托辊时，无需再拆卸托辊支架，有效的避免了托辊支架固定螺栓出现滑丝现象。因整体式支架受上、下限位块的限位作用力，避免了电缆托辊支架的倾斜，解决了垂直托辊与支架底板摩擦问题。
图2-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图2-2 调查对象所见即所得视觉状态下书写
表1 两种视觉状态下书写签名笔迹变化特征统计表
2.书体特征。一部分书写者在盲写视觉状态下签名笔迹样本的书体发生改变。变化表现为样本书体在所见即所得视觉状态时为行楷体，在盲写视觉状态时为行书体或行草体（图3-1，图3-2）。存在书体种类改变的样本数量并不多，显著性不强，多数表现为从楷体到行书体之间不同程度的量变。这一方面说明签名字迹作为书写者的常用字，已经形成比较稳定的书写风格，不易因视觉监督状态减弱而打破；另一方面也说明在视觉参与程度下降的情况下，一部分书写者表现出书写速度加快的倾向。
胃癌是消化系统常见的恶性肿瘤,临床首要治疗方法为手术治疗,术后患者均可出现不同程度疼痛表现。临床麻醉方式分为单纯麻醉和全麻联合硬膜外麻醉两种,但传统采用单纯麻醉患者疼痛感仍可明显感觉,而全身联合硬膜外阻滞麻醉可有效降低或消除患者疼痛感觉[1]。本次调查主要针对全麻与全麻联合硬膜外阻滞麻醉在临床中对胃癌根治术的应用效果进行对比分析,现将报告阐述如下:
图3-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图3-2 调查对象所见即所得视觉状态下书写
（1）所见即所得手写板：选用蒙恬PDK电阻式手写板（配有手写笔），其硬体尺寸为136mm×125mm×16.7mm，书写区域为113mm×64mm，压感等级为512M。
图4-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图4-2 调查对象所见即所得视觉状态下书写
4.搭配位置特征。搭配位置主要考察字迹笔画及结构的高低远近关系及交接位置。部分书写者在盲写状态下表现出笔画搭配位置不准确或结构的位置关系失称现象（图5-1、5-2、5-3、5-4），使字迹的工整、严谨程度下降，这也是导致书写水平下降的重要原因；这种现象主要出现在非连笔或非连续性笔画、结构中。但从宏观方面观察，大多数书写者两种视觉状态下笔画、结构搭配的相对位置呈现趋势较为一致，能够反映共同的书写动作习惯，只是盲写状态下准确性降低，规范性减弱。
图5-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图5-2 调查对象所见即所得视觉状态书写
图5-3 调查对象盲写视觉状态下书写
图5-4 调查对象所见即所得视觉状态下书写
5.行笔特征。正常视觉状态笔迹样本的笔画完整、流畅，更接近规范；而较多盲写视觉状态下笔迹滞涩感增强，偏离基本笔画运行规范程度偏大，集中表现在：行笔不够稳定，易出现弯曲抖动和笔画简化或缺失，也存在少数样本出现笔画多余重复现象（图6-1、6-2），因此造成笔画运行的流畅性降低，空间美感减弱，进而书写水平呈下降趋势。行笔抖动弯曲现象及笔画增减现象，可能由如下三方面原因共同造成：一是由于书写者失去视觉对手部动觉的协调功能，书写稳定性变差，同时缺乏视觉监督弥补记忆偏差和动觉反馈的不足，因而出现弯曲抖动和笔画的增减、简化；二是由于盲写手写板书写区域表面摩擦系数较小，书写时不易控制行笔方向，出现笔画弯曲抖动现象；三是采用的盲写手写板压感等级低，书写笔笔尖粗，噪音干扰严重，使得笔画边缘平滑度减弱，进而弯曲抖动的视觉效应增强。行笔特征的变化说明书写者在盲写状态下对精细动作的控制能力下降。
图6-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图6-2 调查对象所见即所得视觉状态下书写
6.连笔特征。盲写视觉状态与所见即所得视觉状态的同源笔迹样本相比，字迹连笔的数量和规范性方面有所变化，表现为连笔数量增多，连笔紊乱的现象增多，规范性下降（图7-1，图7-2）。连笔特征变化可能存在以下几方面原因：一是在缺乏视觉监督反馈的情况下，为顺利完成字迹书写，更多依赖于动觉反馈调节作用以及书写的快速和连贯性，因此起收笔动作减少，连笔增多；二是在总体反馈调节功能削弱的情况下，会导致连笔紊乱几率增加；三是所见即所得手写板感应轻力笔画能力略差，部分连笔动作未得到反映。
图7-1 调查对象盲写视觉状态下书写
图7-2 调查对象所见即所得视觉状态下书写
（二）盲写状态下特征变化对鉴定的影响
根据上述样本比对、分析，盲写状态下特征变化包括搭配位置特征、行笔特征、连笔特征、书写水平特征、书体特征。一旦将数字手写签名笔迹纳入笔迹鉴定实践，将着重从三方面分析利用特征：一是检材和样本的形成条件判别；二是检材、样本的鉴定条件确定；三是检材、样本笔迹的特征选取与鉴定价值评估。盲写状态下出现变化的特征方面将贯穿如上三个鉴定环节。其将给鉴定带来三方面干扰：第一，搭配位置、行笔特征、连笔特征的变化并非盲写状态下所独有，诸如醉酒、运动后书写、书写器官损伤等其它特殊书写条件书写笔迹也会出现类似特点，是否能够正确甄别决定着是否能恰当收取样本以及进行特征的选取与评估。第二，检材笔迹书体风格、行笔、连笔的变化可能影响检材本身的鉴定条件，在签名字迹本身数量有限、结构简单的情况下，很可能失去鉴定条件；此外，在不能收集同等书写条件下的样本时，可能导致检材和样本不具备可比性，因而不能进行鉴定。第三，书写水平作为种属特征，其差异是重要的排除依据；搭配、行笔、连笔特征是鉴定中常用的细节特征，这些特征变化会给特征选取和评断带来困难。至于对盲写状态下手写板签名笔迹能否进行人身同一认定，不由盲写状态本身决定，主要需考察以下几方面因素：其一，手写板采集特征的种类及准确程度。例如，当前有的手写板只能采集静态签名图像，有的能够采集压力、时间等动态特征，有的还可以保存签名过程并进行回放[3]；但就静态签名图像本身而言，有的可以较好反映力度特征、笔画的细微动作特征，有的只能反映字迹的宏观轮廓，且反映的准确性不能得到保证[4]；而这些参数决定着鉴定可供利用信息的多寡和可靠程度，从而决定能否进行鉴定，甚至影响鉴定质量。其二，签名内容本身的差异决定着特征的数量和质量[5]。不同的签名包含汉字数量不同，单字的笔画种类及构成方式亦存在差异；一般情况下，笔画及结构越复杂，个体笔迹特征的特定性与稳定性越强，特征质量越高；而笔画和单字的数量决定着笔迹特征的数量。笔迹鉴定中有无鉴定条件的重要评断依据正是特征的数量与质量。其三，鉴定人的认识水平与评断经验[6]。同一认定中包含主体的知识、能力、经验等主观因素；某一签名笔迹是否具备鉴定条件是以鉴定人本身的认知水平和评断经验为参照标尺的，对于鉴定主体来说，超出其能力范围的即不具备鉴定条件。手写板采集签名笔迹作为一种新型签名笔迹形式和潜在鉴定对象，需笔迹鉴定者对手写板反映字迹特性、特征价值评断与特征的综合利用有足够的把握。这方面的认知水平，当前需要整个笔迹鉴定领域共同研究提高。
有意思的是,《二月》语篇中的第十封信是钱正兴写给陶岚的，信中没有使用问句。此外,《二月》一般不直接描写女方陶岚的读后感，多写男方萧涧秋的读后感。
（三）研究局限性分析
2.设备。为保证两种视觉书写状态下其它变量得到有效控制，实验前选购了除书写视觉状态外其它参数尽量保持一致的手写板：在经过市场调查后，选取了蒙恬品牌的两款参数较为相近的电阻式手写板作为签名采集设备。但两者所标示的压感等级存在差异；在样本数据观察与分析过程中会将此因素考虑在内。
2.未考虑的因素。本次研究的局限性还体现在一些影响笔迹特征的参数变量未得到精确控制或进一步研究。
平台是物联网行业应用的基础，具备连接、数据管理及能力开放的能力，上层应用无需关心终端设备具体数据传输的实现方式。
（2）书写过程中控制不够精确的变量。采集样本过程中，有两方面重要变量影响书写动作，但未得到精确控制。一是生理、心理状态，未在书写前设置专门的情境使所有者处于正常和一致的生理、心理状态。研究表明，生理、心理状态会对书写动作产生重要影响，进而影响笔迹特征[7]。二是两款手写板摩擦系数、笔尖粗细、感应灵敏度存在差异，一定程度上影响特征反映，尽管在收集笔迹样本过程中通过实时监督、重复采样进行控制，观察、比对、分析过程中尽量过滤掉干扰因素，但难以消除硬件差异对特征反映和观察、分析的影响。
（3）书写内容和熟练程度的影响。在样本数据观察比对中发现，盲写状态下特征的变化程度受字迹结构和书写熟练程度的影响。如：书写熟练程度相对高者，特征变化程度小；同等熟练程度下，签名字迹结构相对简单者，特征出现不规范变化或出错的几率降低。这些因素并未在样本观察、分析中做出专门区分。
研究结果表明，对于手写板签名笔迹，盲写状态不利于书写技能和正常书写动作习惯的发挥。具体表现在：盲写手写板书写签名笔迹在笔迹的空间位置和精细动作方面特征易变，同时受到书写人书写熟练程度和字迹结构的影响。若纳入司法鉴定实践，该类笔迹的特征变化可能导致鉴定条件下降或对鉴定过程带来干扰。因此有必要对手写板技术参数和采集笔迹特征属性进行更多地研究，才能达到对该类签名笔迹特征质量和数量的充分把握。
参考文献：
[1]谢爱武.不同学业成绩中学生的手书运动特点研究[D].广州:华南师范大学,2007.
[2]黄建同.文件检验[M].北京:中国人民公安大学出版社,2013:33-35.
[3]J.Heckeroth,C.D.Boywitt.Examining Authenticity:An Initial Exploration of the Suitability of Handwritten Electronic Signatures[J].ForensicSciInt.2017:144-145.
[4]Heidi H.Harralson.Developments in Handwriting and Signature Identification in the DigitalAge[M].MA,USA:Elsevier,2013:62-65.
[5]贾治辉.汉字笔迹鉴定结论科学基础的实证研究[J].国家检察官学院学报,2008,16(4):133.
[6]何家弘.从相似到同一——犯罪侦查研究[M].北京:中国法制出版社,2008:239.
[7]谢爱武.动态手书的科学性和可行性探[J].衡阳师范学院学报,2010,31(4):167-168.
中图分类号： D918.2
文献标识码： A
文章编号： 1672-6405（2019）04-0025-04
作者简介：
周桂雪（1988-），女，吉林长春人，硕士，南京森林警察学院讲师，主要研究方向为证据法学、物证技术、司法鉴定制度。
所得数据均以均数±标准差表示，采用SPSS 24.0软件进行统计学分析，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t法，P＜0.05为差异有统计学意义。
顾雨淳（1996-），男，江苏常熟人，江苏省常熟市公安局琴湖派出所一级警员。
艾攀枫（1997-），女，湖北崇阳人，湖北省咸宁市崇阳县公安局一级警员。
收稿日期： 2019-10-28
基金项目： 江苏省高等学校哲学社会科学研究项目“数字手写签名笔迹鉴定问题研究”（项目批准号：2019SJA0508）、重庆市社会科学规划项目博士项目“电子签名笔迹鉴定研究”（项目编号：2018BS119）、南京森林警察学院教学改革研究与教学建设项目（项目批准号：YB17013）研究成果。
[编辑：张钦]
标签：盲写论文; 所见即所得论文; 手写板论文; 签名笔迹论文; 比较论文; 南京森林警察学院论文; 常熟市公安局论文; 崇阳县公安局论文;