文件检验专用白度仪精确度改进

文件检验专用白度仪精确度改进

邬为，彭立淇*，覃润华，周逸龙

湖南警察学院   湖南 长沙 410138

摘 要：白度仪是工业生产过程中使用的一种粗略测量物体白度的仪器，当该仪器运用于文件检验测定纸张相对白度时，会出现误差影响结果判断，特别是测量的范围不够准确。故设想，在市面常见白度仪的基础上，通过结合智能手机摄像技术的有效运用，增加图像显示及缩放功能，可以清晰的看到所测量的地点、状态，同时操作人员还可以随意控制测量面积的大小、位置。以此来达到丰富文件检验的方法。

关键词:白度仪；文件检验；精确度；智能手机

随着科学技术的发展以及生产实践的需要，光度测量技术和光度测量仪器得到了越来越广泛的应用，而白度是光度测量的主要组成数据之一。在化工、纸张、纺织等生产部门，白度是直接或间接的质量检验指标之一、是产品质量检验的重要内容。在印刷、包装行业中，纸或纸板是重要的信息载体，白度作为纸张重要的光学物理特性之一，其定量化测量也是必不可少的。同样，在文件检验技术中也涉及到文件的白度测量，比如验证货币的真假、识别拼接文件、测量被化学试剂污损的文件的数据。

但是，由于白度仪是工业生产过程中使用的一种粗略测量物体白度的仪器，当将其运用于文件检验测定纸张相对白度时存在比较突出的问题，其测量的范围不够准确。另外在一些案件中，由于基层条件有限，相关物证的固定提取、保存送检程序不规范，导致无法对相关物证进行有效检测，使案件侦查陷入困境，亦或是不能作为有效、合法的证据指证违法犯罪嫌疑人。

故针对以上问题，对白度仪的精准度加以改造优化。在市面常见白度仪的基础上，结合智能手机摄像头技术这一设计，借鉴摄像头成像原理、自动对焦原理，以及添加智能屏幕，提高白度仪精确度，为基层案件办理提供技术支持，让警务资源得到充分有效地使用。

1  优化测量准确度

1.1 基于智能手机摄像技术进行数据采集

随着互联网时代的到来，智能手机逐渐成为日常生活不可或缺的一部分，人们可以通过手机网上购物、通讯联络、摄影记录等等，其中拍照摄影是其中使用较多的功能之一。使用者通过智能屏幕选择“相机”，在手机内部芯片的控制下，摄像头开始运行工作，将使用者想要拍摄的人像或物体拍摄保存下来。

手机摄像头主要包括镜头、固定器、滤色片、图像传感器、数字信号处理芯片、摄像头印刷版等。镜头，市场上为降低手机生产成本获得较好的用户体验感，基本是以1片玻璃透镜和3片塑料透镜组成为主，主要作用是控制进光量；固定器的作用是固定镜头，通常情况下还会带有一块分色滤色片；图像传感器，用来接受来自镜头的光线，实现光电信号转换；数字信号处理芯片的功能是利用数学算法优化图像信号并将处理好后的图像信号显示在手机屏幕上面；摄像头印刷版则负责供电控制以及信号运输。

1.2  基于摄像头成像原理获取数据信号

使用者点击手机中“相机”这一项目，此时，手机在内部智能芯片的控制下，相关器件开始运转。选取适当的角度，将摄像头对准被摄物，则来自被摄物不同部位的光线通过镜头、滤色片聚焦在图像传感器的不同位置。此时，传感器上的像素点接收到不同明暗程度的光信号，然后再转换为电信号。在每一次曝光后，摄像头的数据读取线路对所有像素点上的电信号进行读取整理，形成数据信号，即最终得到被摄物的照片数据。见图1。

图1  手机摄像头成像原理图

图像传感器主要分为电荷耦合器件图像传感器（CCD）和互补式金属氧化物半导体图像传感器（CMOS），这两种类型的图像传感器都可以实现选取影像、转换电子信号的任务，而电荷耦合器件图像传感器（CCD）在获取图像、反映被摄对象状态的同时，也可通过对蓝光状态拍摄下的数字图像进行运算，计算出被摄对象的亮度，进而计算出白度，并且随着技术发展，生产成本有所降低，性价比可观，能得到较好的用户体验，故多采用手机生产中多采用电荷耦合器件图像传感器（CCD）。

结合上述原理，经过市场调查，不论是实验室用白度仪，还是工业生产用白度仪，基本不具备“相机”这一功能，即无法准确得知具体的测量范围，从而获得粗略的白度数据值。特别是测量区域范围较小时，或者测量的区域位于两个区域的交界处。例如，测量使用化学方法消除笔迹引起纸张白度变化，违法犯罪嫌疑人通常使用化学试剂对文件中的个别字词进行涂改，如数据、姓名，涉及的反应范围小。然而实际测量时则是包括涂改区域的大范围区域的粗略测量。所以，基于此原理将白度仪的镜头改进，能够获取到图像数据，进而获知较精确的测量范围。

1.3  基于摄像头自动对焦原理提高画面清晰度

基于图像处理的自动调焦技术的运用原理主要是指通过图像处理的调焦算法来分析和处理图像探测器所获取的图像，进而更加准确地判断图像的离焦程度，再结合调焦技术来控制和驱动镜头，从而逐渐提升图像的清晰度，直到图像的对焦达到标准地清晰标准与要求。当前，对焦深度法与离焦深度发是运用最为普遍的两种自动调焦方式。将此技术运用到白度仪中，则测量区域的画面显示会更加清晰，能够直观、清晰地看到测量区域的画面，增加说服力。见图2。故在白度仪侧面增加一个调焦螺旋钮来调节显示面板的画面清晰度。

图2 Android手机自动对焦示例

1.4  增加终端智能面板实时显示检测

根据手机摄像头成像原理、自动对焦原理获取到的白度值以及可以确定的测量区域，完善终端显示功能，做到白度数值与屏幕图像区域同步。然而测量数据随着测量区域在实时变化，更加精细，并且在实际运用中存在诸多不确定的外界因素。因此将显示终端换成可以触摸的显示面板。工作人员可通过手指点击面板，根据触摸面板上的显示按钮，进行区域放大或缩小、画面对焦。同时，还能对仪器内部各器件进行监测，当画面出现卡顿、闪退、运行不畅等异常情况，都可以通过面板显示来做出提醒。

2  优化测量稳定度

随着自媒体时代的到来，人们不再依赖于传统的摄像机、照相机进行拍摄，市面上出现了一种新的装置，即手持云台。该装置可以固定住手机，可调整手机水平和俯仰的角度,达到最好的工作姿态后只需锁定调整机构就可以便于拍摄者拍摄画面。然而，白度仪在进行检测时，近乎接触纸张表面，测量的镜头可能会污染表面。故增加一个手持云台，增加了白度仪测量镜头与测量纸张的距离，同时还可稳定白度仪，避免因晃动造成测量误差。

3  结语

基于智能手机摄像技术，白度仪能实时显示检测，即在检测物体白度的同时，对被测物体的状态通过显示屏显示，在精确度、灵活度方面有较大地提升，同时也解决了白度仪测量白度的局限性。在文件检验领域，测量文件白度的同时，也可清晰的看到被测点的位置、状态。相比传统白度仪，增加了更多功能，在错综复杂的案件中，文检人员可根据具体情况确定检查重点，方便侦查人员得到有效信息，提高办案效率。

参考文献：

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[8]周拥军,赵宝奇,王鹏.CCD成像型亮度计测量方法研究[J].电光与控制,2010,17(12):49-52.

课题项目：2020年湖南省大学生创新创业训练项目文件检验专用白度仪精确度改进 （S2020115334050）

作者简介：邬为（2000-），女 ，汉族，湖南益阳人，湖南警察学院本科在读，刑事科学技术专业

        彭立淇（2001-），男，汉族，湖南永州人，湖南警察学院本科在读，刑事科学技术专业