鄒亦 王相臣 欒儀

（中國刑事警察學院，遼寧 沈陽110035）

引言

近年來，電子簽名的使用日益普及，從檢驗鑒定的角度研究電子簽名的筆跡特征規(guī)律頗有必要。

電子簽名須使用電子簽名板，電子簽名板按照原理不同可分為三種：電阻屏、電磁屏及電容屏。電阻屏因為靈敏度不高早已被淘汰，電容屏和電磁屏使用相對比較廣泛。電容屏常用在很多工作和交易中，例如：工作確認完成、合同簽批等等，近幾年廣泛使用的POS機也由原來的電阻屏更換為電容屏。本文主要研究的是電容屏上的電子簽名的筆跡特征規(guī)律。

1 電容屏與電容筆的原理

1.1 電容屏的原理

電容屏也叫電容式觸摸屏，其原理是對人體的電流進行熱感應，從而進行成像的一類電子屏。當手指觸摸屏幕時，由于人體的電場，手指和導體之間形成了一個耦合電容，觸摸屏四角上的電極與手指觸點的電流互成比例，利用控制器對四個電流的比例進行精確計算，即可得出觸摸點的位置。

電容屏與電磁屏不同，只有筆跡形態(tài)的呈現(xiàn)，并不會產(chǎn)生任何參數(shù)。

1.2 電容筆的原理

電容觸控筆是利用導體材料（模仿人體）制作的具有導電特性，用來觸控電容式屏幕完成人機對話的輔助裝置，分為主動式電容筆和被動式電容筆。

主動式電容筆內(nèi)部有傳感器，可以吸收和轉變電流，通過與屏幕接觸改變電流來運作，筆尖不需要很粗就可以引起反應，精度較高，例如：Apple pencil、M-Pen。

被動式電容筆主要是利用導體材料模仿人體（通常是手指）的接觸效應，只要筆尖足夠影響電容變化即可，所以筆尖較大、精度差。

本實驗使用的主要是主動式電容筆。

2 實驗設計

2.1 實驗器材

2.1.1 書寫載體

普通書寫紙、iPad Air、iPad2018版、華為M5青春版。

2.1.2 書寫工具

水性筆、手指、iPad2018版原裝筆Apple pencil、華為M5青春版原裝筆M-Pen。

2.1.3 書寫工具規(guī)格參數(shù)

水性筆：晨光黑色水性筆0.5mm。

華為M-Pen：筆尖至筆帽尾部的長度為134.4mm、直徑為8.5mm、重量約14g、壓力感應級為4096級。

Apple pencil：筆尖至筆帽尾部的長度為175.7mm、直徑為8.9mm、重量約20.7g、壓力感應級未知。

2.2 實驗設計與樣本收集

選定20名在校生為實驗書寫人，書寫工具分別為水性筆、手指、Apple pencil、M-Pen，分別在普通書寫紙（紙質(zhì)）、iPad Air、iPad2018版、華為M5青春版上書寫自己的簽名。其中手指在iPad Air上書寫簡稱H，用Apple pencil在iPad2018版上書寫簡稱為A，用M-Pen在華為M5青春版上書寫簡稱為M。

實驗主要收集每個實驗書寫人在坐姿狀態(tài)下的3種書寫速度（正常速度、快速、慢速），基于不同的載體每種條件書寫3次，得到樣本720份。

3 結果與分析

3.1 在不同電容屏上書寫的電子簽名筆跡特征比較

比較不同電容屏之間的電子簽名筆跡特征規(guī)律，為保證條件的唯一性，此處選取正常速度書寫的情況作為比較樣本。

3.1.1 相同點

在三種電容屏上所簽字跡的基本形態(tài)、字間距基本一樣，單個字的筆順基本保持不變。

3.1.2 不同點

iPad 2018版：Apple Pencil電容筆感應最為靈敏，書寫速度快，比iPad Air的連筆特征增多，字跡的筆鋒等細小特征都可以在簽名中顯現(xiàn)出來。簽名字跡壓力基本不變，筆畫粗細變化較少，多體現(xiàn)在起收筆以及筆畫連接處。

iPad Air：用手指書寫，因其感應不靈敏，在書寫時要增大書寫壓力，導致字跡字形整體放大，同時還會丟失一些細小筆跡特征（例如：起收筆特征）。

華為M5青春版：M-Pen感應能力不如Apple Pencil，書寫水平明顯降低，運筆紊亂，連筆增多。少數(shù)人簽名的字行方向還會有不同程度的向上或向下傾斜。簽名字跡的壓力變化和筆畫粗細表現(xiàn)更為明顯。如表1所示。

表1 不同電容屏電子簽名筆跡特征比對列表

3.2 在電容屏和紙張上書寫的簽名筆跡特征比較

表2 不同電容屏電子簽名筆跡與紙張上簽名筆跡特征比對表

3.2.1 相同點

雖然載體和書寫工具改變，但是筆順特征基本上沒有改變。字的寬窄、大小比例基本一致。

3.2.2 不同點

iPad2018版：在iPad2018版上正常速度的書寫簽名與在紙張上快速的書寫簽名字跡的運筆形態(tài)最為相似（除了本人簽名有快速的特殊寫法）；字行方向與紙張上簽名基本保持一致，基本無變化；起收筆特征會比紙張上簽名明顯。

iPad Air：壓力增大導致丟失了較多起收筆特征；筆畫變短；搭配比例特征也會有所改變，例如筆畫的長短比例、相鄰筆畫之間的距離；有些筆畫會變短或被簡化，例如“宇”字中“丶”變短或被簡化為“.”。

華為M5青春版：使用M-Pen在華為M5青春版電容屏上書寫的簽名字跡會比紙張上簽名略顯潦草，書寫水平有所降低。運筆形態(tài)是在三種電容屏上表現(xiàn)最完整的，例如起收筆特征等都能顯現(xiàn)出來。筆畫的長短變化影響著字的寬窄，在華為M5青春版上簽名的某些字中會出現(xiàn)筆畫變短的情況，使得簽名中的字也會隨之變窄。如表2所示。

3.3 不同書寫速度對不同電容屏電子簽名筆跡特征的影響

書寫速度不同，書寫者呈現(xiàn)出的簽名形式也有所不同。不過不論是在紙張上還是在電容屏上簽名，有特殊書寫習慣的人，在快速書寫中都會使用特殊寫法。如圖1所示。例如藝術字等。對于沒有特殊書寫習慣的人，在快速書寫中只是在正常速度的基礎上加快速度書寫簽名。所以對于有特殊習慣書寫的人，只能與紙張上的簽名對比，發(fā)現(xiàn)其特征規(guī)律。此處僅討論在不同電容屏上減慢和加速書寫簽名之間的對比。

圖1 實驗書寫人在iPad 2018版上快速書寫

3.3.1 慢速書寫

iPad 2018版：連筆筆畫多能較好地反映出來，運筆特征的表現(xiàn)會比華為M5青春版稍好一些，“朱”字的連筆筆畫可以如實反映，“倉”字收筆向上提的筆鋒明顯。

iPad Air：由于書寫人的筆畫有時難以控制，導致字形偏大，部分起收筆形態(tài)消失，連筆減少，有些筆畫之間距離變大，如“倉”字的“人”字頭。

華為M5青春版：與iPad 2018版近似，連筆筆畫都能較好地反映出來，但有些筆畫的細節(jié)特征不能很好地表現(xiàn)出來，如“倉”字的第一筆小回勾消失，末筆收筆的提筆筆鋒尖銳感消失。如表3所示。

表3 不同電容屏電子簽名慢速書寫筆跡特征比對列表

3.3.2 快速書寫

iPad2018版：快速書寫的筆跡普遍比較凌亂，連筆特征明顯，有些筆畫會被省略、或變形；起收筆特征明顯。

iPad Air：因手指書寫不夠流暢，所以在快速簽名中會丟失了一些連筆特征，整體會比其他兩種電子簽名板顯得更為規(guī)整。如在“周”字的中的“吉”，基本可以看出完整的筆跡形態(tài)，沒有完全連筆。

華為M5青春版：字形、字間距等與iPad2018版基本一致，但有時更稍凌亂一些，且不存在在iPad Air上一筆一劃書寫的形態(tài)，運筆流暢，起、收筆特征反映不充分。

表4 不同電容屏電子簽名快速書寫筆跡特征比對列表

4 結論

4.1 相比于普通紙張，在電容屏上書寫時，載體和書寫工具都不是日常書寫所經(jīng)常使用的，會對書寫的字跡產(chǎn)生一定干擾。所以在普通紙上的簽名比電容屏上的簽名書寫水平更高、字跡相對工整。而在電容屏上書寫電子簽名時總是會丟失一些特征，尤其是用手指在iPad Air上的簽名。

4.2 檢驗鑒定時，應了解確認檢材筆跡的形成方式。不同的電容屏及不同的書寫工具，其靈敏度和其他參數(shù)均不相同，從而影響了簽名字跡的形態(tài)及特征。本文討論的三種電容屏中，iPad 2018版最為靈敏，華為M5青春版次之；使用Apple Pencil在iPad 2018版上的簽名與在普通紙張上的簽名特征最為相似，而用手指在iPad Air上的簽名則會丟失較多細節(jié)特征。