CN100520804C - 使用莫尔条纹的证件和物品的鉴别 - Google Patents

Abstract

本发明依赖于当叠加由基本条带图案组成的基层和显现线条格栅(显现层)时产生的莫尔条纹。产生的莫尔条纹包括位于基本条带中的各个图案的放大和变换。基本条带和显现线条格栅可能是直线或曲线。当在基层的顶上平移或旋转显现线条格栅时，产生的莫尔条纹平滑地演化，也就是它们可能平滑地移动，剪切，以及可能地经受进一步的变换。基本条带图案可能包括形状，强度和颜色的任意组合，例如字母，数字，文本，符号，装饰，标志，国徽等。因此，与可能的伪造者可获得的复制系统的可能性相比较，它们提供利用原始成像和印刷系统的较高成像能力制造安全性证件和贵重物品的大的可能性。因为显现线条格栅反射相对高百分比的入射光，莫尔条纹在反射模式中以及在普通照明条件下容易明显。它们可以用于任意种类的证件(钞票，身份证件，支票，文凭，旅行证件，入场券)和贵重物品(光盘，CD，DVD，CD-ROM，医学药品的包装，瓶子，和具有粘贴标签的物品)的鉴别。

Description

使用莫尔条纹的证件和物品的鉴别

技术领域

本发明一般地涉及防伪和鉴别方法和设备的领域，尤其涉及使用莫尔条纹鉴别证件和贵重物品的方法、安全性设备和装置。

证件例如钞票的防伪现在变成比曾经更严重的问题，因为高质量且低价格的彩色影印机和台式出版系统的可用。对于经常在容易伪造的包装中销售的其他贵重产品例如CD，DVD，软件包，医学药品等同样如此。

本发明涉及提供一种新的安全性元素和鉴别装置，其为钞票，支票，信用卡，身份证，旅行证件，工业包装或任何其他贵重物品提供增强的安全性，从而使得它们更难伪造。

背景技术

用于防伪和鉴别证件或贵重物品的各种复杂方法已经在现有技术中提出。这些方法中一些对肉眼清晰可见并且为公众而设计，而其他方法是隐藏的并且仅可由主管当局，或者由自动设备检测。一些已经使用的防伪和鉴别方法包括特殊纸张，特殊墨水，水印，缩微文字，安全线，全息图等的使用。然而，仍然紧迫需要引入不会显著增加出品证件或商品的成本的更多安全性元素。

莫尔效应已经在现有技术中用于证件的鉴别。例如，英国专利1,138,011号(加拿大银行纸币公司)公开一种在原始证件上印刷特殊元素的方法，当通过半色调复制时，其显示强反差的莫尔条纹。类似的方法也适用于证件的数字影印或数字扫描的防止(例如，美国专利5,018,767号，发明者Wicker)。在所有这些情况下，莫尔条纹的出现指示所述证件是伪造的。相反地，其他现有技术的方法利用莫尔条纹的故意产生，它的存在以及它的精确形状用作鉴别证件的方法。莫尔效应用来使得编码在证件上的图像可见的一种已知方法(如例如在美国专利5,396,559号(McGrew)的“背景”章节中所述)基于使用称作“相位调制”的技术该图像作为潜像在证件上的物理存在。在该技术中，均匀的线条格栅或均匀的随机点屏印刷在证件上，但是在证件上潜像的预定义边界内，相同的线条格栅(或者分别地，相同的随机点屏)以不同的相位，或可能地在不同方向上印刷。对于外行，这样印刷在证件上的潜像难以与其背景区分；但是当包含完全相同、但未调制的线条格栅(分别地，随机点屏)的显现透明物体叠加在证件上，从而产生莫尔效应时，预先设计在证件上的潜像变得清晰可见，因为在它的预定义边界内，莫尔效应以与背景中不同的相位出现。但是，这种先前已知的方法具有简单模仿的主要缺点，因为潜像的形状物理地存在于证件上，且仅由不同的纹理填充。该技术的第二个限制在于不存在放大效果的事实：由基层和显现透明物体的叠加而显现的图案图像具有与潜像相同的大小。

在美国专利5,712,731号(Drinkwater等人)中，公开一种基于莫尔条纹的方法，其依赖于显微透镜的周期性2D阵列。但是，这最近的公开具有仅局限于叠加的显现结构是显微透镜阵列并且证件上的周期性结构是水平和垂直重复的完全相同点型的不变2D点屏的情况的缺点。因此，与本发明相反，那个发明排除线条格栅作为显现层的使用，在透明载体(例如薄膜)上成像或者作为圆柱状显微透镜的格栅。此外，那个发明不允许像本发明一样制作具有包括由变化的形状，强度或颜色组成的图案的基层的证件。

由Amidror和Hersch在美国专利6,249,588号及其部分延续美国专利5,995,638号中公开的其他基于莫尔条纹的方法依赖于产生指示证件真实性的莫尔强度分布图的网点阵列的叠加。这些发明基于特殊设计的2D周期性结构，例如点屏(包括可变强度点屏例如在实际、灰度级或彩色半色调图像中使用的那些)，针孔屏，或显微透镜阵列，其在它们的叠加中产生大小、位置和方向随着叠加层在彼此顶上旋转或移动而逐渐变化的、所选颜色和形状(印刷字符，数字，国徽等)的周期性莫尔强度分布图。

在第三发明，美国专利申请序列号09/902,445中，Amidror和Hersch公开改进上述他们先前公开方法的新方法。这些新改进利用在论文“Fourier-based analysis and synthesis of moirés in thesuperposition of geometrically transformed periodic structures”by I.Amidror and R.D.Hersch，Journal of the Optical Society of AmericaA，Vol.15，1998，pp.1100-1113(I.Amidror和R.D.Hersch的“几何变换周期性结构叠加中莫尔条纹的基于傅立叶的分析和综合”，美国光学协会杂志A，Vol.15，1998，pp.1100-1113)(在下文，“[Amidror98]”)中，和在书“The Theory of the Moiré Phenomenon”by I.Amidror，Kluwer，2000(I.Amidror的“莫尔现象理论”，Kluwer，2000)(在下文，“[Amidror00]”)中研究的理论。根据该理论，所述发明公开如何能够综合非周期性、几何变换的点屏，尽管它们自身是非周期性的，当它们叠加在彼此顶上时，仍然产生具有无畸变元素的周期性莫尔强度分布图，就像由Hersch和Amidror在他们先前的美国专利6,249,588号及其部分延续美国专利5,995,638号中公开的周期性情况中一样。美国专利申请序列号09/902,445还公开不产生周期性莫尔条纹的情况如何能够仍然有利地用于证件和贵重物品的防伪和鉴别。

在美国专利申请10/183,550“Authentication with build-inencryption by using moiré intensity profiles between random layers(通过使用随机层之间的莫尔强度分布图鉴别内部加密)”中，发明者Amidror公开莫尔强度分布图如何由两个特殊设计的随机或伪随机点屏的叠加而产生。那个发明的优点在于由用于综合特殊设计随机点屏的随机数发生器提供的其固有加密系统。

但是，上面由发明者Hersch和Amidror(美国专利6,249,588号，美国专利5,995,638号，美国专利申请序列号09/902,445)或者Amidror(美国申请序列号10/183’550)创造的、利用莫尔强度分布图鉴别证件的公开内容具有两个缺点。第一个缺点是因为显现层由点屏，也就是在2D表面上展开的一组微小点(2D阵列)组成的事实。当点屏由具有微小透明点或孔的不透明层(例如具有小透明点的薄膜)实施时，仅有限量的光能够穿过点屏并且作为结果的莫尔强度分布图不容易可见。在这些发明中，为了使莫尔强度分布图清晰可见，需要以透明模式工作；显现层和基层需要放置在测光台前面并且基层应当优选地印刷在部分透明的载体上。在反射模式中，当显现层由具有微小透明点或孔的不透明层实施时，莫尔强度分布图可能难以看到。在反射模式中，需要使用显微透镜阵列作为主屏。在那种情况下，因为显微透镜的聚光能力，莫尔强度分布图变得清晰可见。第二个缺点是因为基层由类似点的二维阵列组成(点屏)的事实，其中每个点具有一个或非常少数目的微小形状例如印刷字符，数字或标志必须置于其中的非常有限的空间。该空间由点屏的2D频率，也就是由它的两个周期矢量限制。2D频率越高，放置微小形状的空间越小，当与作为显现层的2D圆形点屏叠加时，其产生这些微小形状的放大作为2D莫尔条纹。然而，足够高的频率是需要的，以保证防止伪造企图的良好保护。

本公开内容基于包含与显现线条格栅叠加的原始形状的条带格栅产生包含莫尔条纹形状的条带莫尔条纹的发现，其中莫尔条纹形状是包含在条带格栅中的原始形状的线性或可能地非线性变换。因为条带莫尔条纹具有比依赖于点屏的莫尔强度分布图好得多的光效率，本发明可以有利地用于先前公开内容不能显示足够强莫尔条纹的所有情况中。特别地，包含原始图案形状的基本条带格栅可以印刷在反射载体上，并且显现线条网屏可以简单地是具有薄透明线条的薄膜。因为显现线条网屏的高光效率，代表变换后原始条带图案的强条带莫尔条纹清晰地显现。本发明的另一个优点在于所产生的莫尔条纹可以包括大量图案，例如文本句子(几个单词)或文本段落的事实。

应当强调，本发明与上述相位调制的技术(美国专利5,396,559号，McGrew)完全不同，因为在本发明中，没有潜像存在于证件上，并且因为作为结果的条带莫尔条纹是嵌入在基本条带格栅中的原始图案形状的变换。该变换总是包括比例变换(放大)，以及可能地镜像，剪切，和/或弯曲变换。

同样让我们注意，由两个线条格栅的叠加所产生的莫尔条纹的性质是众所周知的(参看例如K.Patorski，The Moiré Fringe Technique(莫尔条纹技术)，Elsevier 1993，pp.14-16)。由两个线条格栅(也就是线组)的叠加所产生的莫尔条纹(莫尔线条)被采用例如用于钞票的鉴别，如在美国专利6,273,473，Self-verifying security documents(自动检验的安全性证件)，发明者Taylor等人中公开的。

在本发明中，代替使用线条格栅作为基层，我们使用包括变化的形状、大小、强度和可能地颜色的原始图案的条带格栅作为基层。代替获得简单的莫尔条纹(莫尔线条)，当叠加基层和显现线条格栅时，我们获得作为原始条带图案的放大和变换实例的条带莫尔条纹。

应当注意，本发明基于的方法因能够从基本条带图像和显现层参数中计算从而预测所产生的莫尔条纹图像而不一定需要在傅立叶空间中分析莫尔条纹，进一步区别于依赖莫尔强度分布图的现有方法。

发明内容

本发明涉及需要先进的鉴别方法以便防止伪造企图的安全性证件(例如钞票，支票，商业票据，有价证券，身份证，护照，旅行证件，入场券等)以及贵重物品(例如光盘，CD，DVD，软件包，医学产品等)。本发明也涉及用于鉴别这种证件或贵重物品的新方法、装置和计算系统。

本发明依赖于当叠加由基本条带图案组成的基层和显现线条格栅(显现层)时产生的莫尔条纹。产生的莫尔条纹是包含在基本条带中的各个图案的变换，所述变换包括放大。当在基层顶上平移或旋转显现线条格栅时，产生的莫尔条纹平滑地演化，也就是它们平滑地移动，剪切以及可能地经受进一步的变换。基本条带图案可以并入形状、强度和颜色的任意组合，例如字母，数字，文本，符号，装饰，标志，国徽等。因此，与可能的伪造者可获得的复制系统的可能性相比较，它们利用原始成像和印刷系统的较高成像能力提供创造安全性证件和贵重物品的大的可能性。

本发明讲授基本条带图案创建的各种方法并且描述对给定基本条带周期，给定显现线条格栅周期以及基本条带层与显现线条格栅之间给定角度所预期的莫尔条纹。它也显示几何变换可以施加到基本条带层以及可能地施加到显现层，以便产生曲线或可能地直线莫尔条纹。因为描述几何变换所需的另外参数，它们表现出防止可能伪造企图的增强鲁棒性，同时允许产生基层和显现层的个性化对。

包含在连续基本条带中的图案可能完全相同或者从一个基本条带到下一个稍微演化。如果它们稍微演化，作为结果的莫尔条纹也将从一个实例到下一个实例而演化。

本发明另一种可能变化形式是用包含期望基本条带图案(微结构)的抖动显示阵抖动的抖动图像(灰色或彩色)的综合。抖动处理可能在根据待抖动图像的局部强度(或颜色)而逐渐变化大小和形状的基本条带图案内产生。

作为选择，抖动处理可以根据待抖动图像的局部强度修改图案或其背景的强度。没有显现层，用这种抖动显示阵抖动的图像作为原始图像出现。使用叠加在抖动图像顶上的显现层，莫尔条纹被显现并且允许验证证件的真实性。

为了进一步增强证件的安全性，多色抖动允许综合具有例如用标准彩色复印机或打印机中不可获得的非标准墨水例如彩虹色或金属色墨水产生的不同颜色不重叠形状的基本条带层。

本发明的另一种变化形式是在相同基层上例如以不同方向和可能地周期的几组基本条带的组合，当由一个或几个线条格栅显现时，产生不同的莫尔条纹。

本发明的另一种变化形式是多图案莫尔条纹的综合。它依赖于基本条带层中不同相位的几个基本条带图案的包含。这产生具有多个交错图案的基本条带。产生的莫尔条纹包括多个交错图案的变换和混合实例。如果图案代表两个基本形状之间混合(或变换)的中间阶段，那么多图案莫尔条纹将产生在这两个基本形状之间演化的莫尔图像。多图案莫尔条纹也可以由用包括多图案基本条带的抖动显示阵抖动的图像产生。

本发明也涉及鉴别可能印刷在各种载体，不透明或透明材料上的证件的新方法。应当注意，术语“证件”遍及本公开内容指所有可能的印刷物品，包括(但不局限于)钞票，护照，身份证，信用卡，标签，光盘，CD，DVD，医学药品或任何其他商业产品的包装等。让我们描述在这里作为实例给出的特别感兴趣的几种实施方案，而不将本发明的范围局限于这些特殊的实施方案。

在本发明的一种实施方案中，莫尔条纹形状可以通过叠加位于相同证件两个不同区域上的基层和显现层来显现，其中基层是不透明或透明的，并且其中显现层由部分透明的线条格栅组成。在本发明的第二实施方案中，仅基层(不透明或透明)出现在证件自身上，并且显现层由操作员或者在视觉上、光学地或用电力验证证件真实性的装置叠加在它上面。在本发明的第三实施方案中，显现层是一块圆柱状显微透镜。这种显微透镜提供较高的光效率并且允许显现其基本条带图案以较高的频率在基本条带层上成像的莫尔条纹。在本发明的第四实施方案中，基层可能复制在光学可变的设备上，并且由线条格栅显现，其中线条格栅由部分透明的载体，由圆柱状显微透镜，或者由模仿圆柱状显微透镜的衍射设备实施。

产生的莫尔条纹对于基层和显现层中任何微观变化非常敏感的事实使得根据本发明保护的任何证件非常难以伪造，并且用作区分真实证件和伪造证件的方法。

因为根据本发明出现在证件上的基层可以像任何半色调图像一样使用标准的或者稍微增强的印刷过程印刷，很少或没有附加成本引入到证件生产中。

在本公开内容中，描述本发明的不同变化形式，其一些可能为公众的使用而公开(在下文：“明显”特征)，而其他变化形成可能是隐藏的(例如组合多组基本条带的基层中基本条带组的一个)并且仅由主管当局或由自动设备检测(在下文：“隐蔽”特征)。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以例如参考附随附图，其中：

图1A和1B分别显示透明线条格栅和2D圆形点屏；

图2显示当两个线条格栅叠加时莫尔条纹的产生(现有技术)；

图3显示由显现线条格栅与左侧上包括线条格栅和右侧上包括具有图案“EPFL”的基本条带的基层叠加产生的莫尔条纹和莫尔图案；

图4独立地显示图3的基层；

图5独立地显示图3的显现层；

图6A，6B和6C说明具有倾斜方向的显现线条格栅和具有重复基本条带图案的水平基层的叠加如何产生水平莫尔条纹；

图7显示具有重复基本条带的基层与其线条采样基本条带图案不同实例的显现线条格栅的叠加的详细视图；

图8显示所产生的莫尔条纹是原始基本条带图案的变换；

图9显示基本条带层与显现线条格栅层的叠加的几何图形；

图10给出基本条带层与显现线条格栅层的叠加的几何图形的放大视图；

图11给出基本条带层与显现线条格栅层的叠加的几何图形的稍微不同的视图，其能够显示所产生的条带莫尔条纹图像是基本条带图案图像的线性变换；

图12A，12B，12C说明莫尔条纹(图12A)，单个基本条带图案(图12B)和位于基层中的几个基本条带(图12C)之间的关系；

图13说明根据基本条带周期和显现线条格栅周期之间的比例基本条带图案和莫尔条纹之间的关系；

图14说明使用包括基本条带图案的抖动显示阵的图像的抖动(半色调)；

图15说明几何变换到基本条带层和显现层的施加，以及从两个层的叠加产生的曲线莫尔条纹；

图16给出图15的基本条带层；

图17给出图15的显现层；

图18A和18B显示原始直线基本条带层(图18A)和曲线目标基本条带层(图18B)之间的可能几何变换；

图19A和19B显示显现层和根据现有技术的曲线线条格栅的叠加(图19A)与相同显现层和相同几何布局但是包含图案“EPFL”的曲线基本条带层的叠加(图19B)之间的相似性；

图20A和20B显示与图19A和19B相同的层的叠加，但是以基层与显现层之间不同的相对方向；

图21说明通过让掩模将第一组基本条带的放置指定在一个方向上且让掩模背景将第二组基本条带的放置指定在另一个方向上，来使不同的莫尔条纹以不同方向的显现线条格栅显现的可能性；

图22显示在基层内叠加可能以几个方向的显现线条格栅显现的几组基本条带的可能性；

图23显示四个基本条带图案，相应的基本条带和显现层；

图24显示如何通过在多图案基层的基本条带内交错每个基本条带图案的小部分来设想多图案基层；

图25显示根据图24创建的多图案基层及其它以不同相位与图23的显现层的叠加，产生代表连续基本条带图案图像之间的平滑混合的莫尔条纹；

图26给出用于进行新发明的多图案莫尔技术与使用潜像的现有技术方法之间的比较的基层和显现层；

图27给出由用包含多图案基本条带的抖动显示阵抖动的图像实施的基层，以及当叠加在抖动图案上时产生根据在图左侧上显示的图案演化的莫尔条纹的显现层；

图28显示显现层(顶部)以及包含从一个基本条带到下一个平滑演化的基本条带图案的基层，当与水平移动的显现层叠加时，其产生平滑演化的莫尔条纹；

图29A和29B示意地说明用于保护光盘例如CD，CD-ROM和DVD的本发明可能实施方案；

图30示意地说明用于保护封装在包括滑动部分的盒子中的产品的本发明可能实施方案；

图31示意地说明用于保护药用产品的本发明可能实施方案；

图32示意地说明用于保护在包括滑动透明塑料前部的包装中销售的产品的本发明可能实施方案；

图33示意地说明用于保护封装在具有旋转盖子的盒子中的产品的本发明可能实施方案；

图34示意地说明用于保护在瓶子中销售的产品(例如威士忌，香水等)的本发明可能实施方案；

图35说明通过使用莫尔条纹鉴别证件的装置的框图；

图36显示由运行在可操作以鉴别证件的计算系统上的程序模块执行的操作的流程图。

具体实施方式

在美国专利6,249,588号及其部分延续美国专利5,995,638号，美国专利申请号09/902,445中，Amidror和Hersch，以及在美国专利申请序列号10/183’550中，Amidror公开通过使用莫尔强度分布图鉴别证件的方法。这些方法基于特殊设计的二维结构(点屏，针孔屏，显微透镜结构)，其在它们的叠加中产生任意优选颜色和形状(例如字母，数字，国徽等)的二维莫尔强度分布图，当叠加的层在彼此顶上旋转或移动时，其大小、位置和方向逐渐变化。在反射模式中并且使用由具有微小透明点或孔的不透明层(例如具有微小透明孔的薄膜)实施的显现层(在上述发明中称作主屏)，反射光的量太低因此莫尔形状几乎不可见。另外，在这些发明中，基层由一组(2D阵列)类似的点(点屏)组成，其中每个点具有一个或非常少数目的微小形状例如字符、数字或标志必须置于其中的非常有限的空间。该空间由点屏的2D频率，也就是由其两个周期矢量限制。2D频率越高，用于放置微小形状的空间越少，当与作为显现层的2D圆形点屏叠加时，其产生这些微小形状的放大作为2D莫尔条纹。

为了使莫尔条纹在正常照明条件下可见，在反射模式中或者在不使用测光台的透明模式中，本发明公开一种新的基于莫尔条纹的方法，其中基层由包含原始图案的条带组成，而显现层由透明线条格栅组成。这种格栅在图1A中显示，其中透明线条11具有孔径T，且不透明部分10具有宽度T-T。代表放大且变换后原始图案的莫尔条纹非常良好地可见，因为比通过2D圆形点屏更多的光能够穿过透明线条格栅。对于周期T和孔径τ的显现线条格栅(图1A)，能够穿过格栅透明部分的光的相对量是τ/T。对于由点屏组成的显现格栅，也就是具有水平和垂直重复周期T以及点直径τ的水平和垂直重复圆形点(图1B)，能够穿过点屏透明部分的光的相对量是(π/4)＊(τ/T)²。当比较两种方法时，线条格栅允许比相应2D圆形点屏多(4/π)＊(T/τ)倍的光穿过其孔径。使用T/T为1/4的孔径，比通过2D圆形点屏的多5.09倍的光穿过线条格栅孔径。使用τ/T为1/6的孔径，相应的比例是7.6，且使用τ/T＝1/10的孔径，相应的比例是12.7。请注意孔径越小，显现的莫尔条纹越明显。

从现有技术中众所周知，两个线条格栅的叠加产生莫尔条纹，也就是如图2中所示的莫尔线条(参看例如K.Patorski，The MoiréFringe Technique(莫尔条纹技术)，Elsevier 1993，pp.14-16)。在本发明中，我们将线条格栅的概念扩展到条带格栅。宽度T1的条带对应于(周期T1的)线条格栅中一个线条实例，并且可以包含可能沿着条带变化的任何种类的图案作为原始形状，例如黑白图案(例如印刷字符)，可变强度图案和彩色图案。例如，在图3中，线条格栅31及其在每个条带中包含垂直压缩和镜像的字母EPFL的相应条带格栅32被显示。当用显现线条格栅33显现时，可以在左侧上观察到众所周知的莫尔条纹35而在右侧上观察到条带莫尔条纹34(EPFL)，其是位于基本条带中的字母的放大和变换。这些条带莫尔条纹34具有与莫尔条纹35相同的方向和重复周期。图4给出图3的基层，而图5给出其显现层。显现层(线条格栅)可以影印在透明载体上并且放置在基层顶上。阅读器可以验证，当垂直地移动显现线条格栅时，条带莫尔条纹也经受垂直移动。当旋转显现线条格栅时，条带莫尔条纹经受剪切并且它们的整体方向因此改变。

图3也显示基本条带层(或者更精确地单组基本条带)仅具有由周期T1给出的一个空间频率分量。因此，虽然每个条带之间的空间由周期T1限制，沿着条带的长边没有空间限制。因此，大量图案，例如文本句子可以沿着每个条带放置。这是优于现有技术依赖于二维结构的基于莫尔分布图的鉴别方法(美国专利6,249,588号，其部分延续美国专利5,995,638号，美国专利申请号09/902,445，Amidror和Hersch，以及美国专利申请序列号10/183’550，Amidror中)的重要优点。

在章节“垂直条带格栅莫尔条纹的几何图形”中，我们显示由直线线条格栅(透明线组)组成的显现层产生位于各个条带中的原始图案的线性变换作为条带莫尔条纹。该变换包括放大，可能地镜像，以及可能地原始图案的剪切。

图6A，6B和6C显示具有倾斜方向的显现层的另一个实例。图6A给出显现线条格栅。它可以影印在透明胶片上并且用作将放置在图6B中所示基本条带格栅顶上的显现层。图6C显示当基本条带格栅和显现线条格栅一个在另一个顶上叠加时产生的莫尔条纹(“123”)。单个水平基本条带显示在图6B的顶上。

通过旋转显现层，可以看到莫尔条纹如何修改它们的形状。旋转显现层修改角度从而修改原始形状和莫尔形状之间的变换，产生包括莫尔条带方向的改变，以及莫尔条纹的剪切的变换。

我们首先描述通过由直线基本条带组成的基层和由直线线条格栅组成的显现层的叠加而获得的莫尔条纹的几何图形。然后，我们说明如何通过施加几何变换到基层且可能地到显现层来获得曲线莫尔条纹。

请注意，显示基本条带图案和显现线条格栅层的所有附图都被强烈地放大，以便允许影印附图和验证莫尔条纹的出现。但是，在实际的安全性证件中，基本条带周期(T1)显现线条格栅周期(T2)将小得多，使得非常难或不可能用标准影印机或台式系统来进行基本条带图案的影印。

术语

术语安全性证件指钞票，支票，商业票据，有价证券，身份证，护照，旅行证件，入场券等。它也指需要由安全性设备保护的贵重物品(例如光盘，CD，DVD，软件包，医学产品等)。安全性设备是能够验证贵重物品真实性的装置。通常安全性设备包括在证件中，贵重物品的包装中，或者贵重物品自身中。

术语“图像”表征复制在各种介质例如纸张，显示器，或光学介质例如全息图，动态全息图等上、用于各种目的例如说明，图示和装饰图案的图像。图像可能具有单个通道(例如灰色或单色)或多个通道(例如RGB彩色图像)。每个通道包括给定数目的强度级，例如256级)。多强度图像例如灰度级图像经常称作字节图。在下文，二值图像(例如强度“0”表示黑色而强度“1”表示白色)称作位图。

印刷图像可以用标准颜色(青色，品红色，黄色和黑色，通常由墨水或墨粉实施)或者用非标准颜色(也就是不同于标准颜色的颜色)例如荧光色(墨水)，紫外色(墨水)以及任何其他特殊的颜色例如金属色或彩虹色(墨水)印刷。

术语莫尔条纹图像或者简称莫尔图像表征通过由基本条带组成的基层(也称作基本条带层)和作为显现层的线条格栅的叠加产生的莫尔条纹。术语条带莫尔或条带莫尔条纹表示所考虑的莫尔条纹通过由基本条带组成的基层和由线条格栅组成的显现层的叠加产生。

基层可能包括几个不同组的基本条带。不同组的基本条带其特征在于具有不同的几何布局，例如它们的方向，周期或几何变换，表征一组曲线基本条带的布局可能变化。术语“基本条带组”或“基本条带格栅”是等价的。

在本发明中，我们以普通的方式使用术语线条格栅：线条格栅可能由不透明或部分不透明载体(例如图1A，10)上一组透明线条(例如图1A，11)，由圆柱状显微透镜，或者由用作圆柱状显微透镜的衍射设备来实施。有时，我们使用术语“线条的格栅”代替术语“线条格栅”。在本发明中，这两个术语应当被认为是等价的。

在文献中，线条格栅通常是平行线组，其中透明(或者白)的部分(图2)是全部宽度的一半，也就是具有τ/T＝1/2的比例。在本发明中，关于用作显现层的线条格栅，透明部分(孔径)的相对宽度将通常低于1/2，例如1/3，1/5，1/8或1/10。在线条格栅由光学设备例如圆柱状显微透镜或用作圆柱状显微透镜的衍射设备实施的情况下，甚至更小的相对采样宽度可以选择。

在本发明中，我们假设基本条带和线条格栅可以是直线的，也就是分别由直线条带和直线线条形成，或者是曲线的，也就是分别由曲线条带和曲线线条形成。另外，线条格栅不需要由连续的线条组成。显现线条格栅可能由间断的线条组成且仍然能够产生条带莫尔条纹。

术语“印刷”并不局限于传统的印刷过程，例如墨水在衬底上的沉积。在下文，它具有更广泛的意义并且包括允许在衬底上形成图案或传递潜像的任何过程，例如雕刻，影印，光敏介质的曝光，刻蚀，穿孔，浮雕，热塑性记录，薄片转写，喷墨，染料升华等。

直线条带格栅莫尔条纹的几何图形

图7中给出的实例详细显示具有基本条带周期T1的基本条带层71与具有线条周期T2的显现层线条格栅72的叠加产生作为位于基本条带中的图案(三角形)的变换实例的条带莫尔条纹73，其中变换包括放大。因为显现线条格栅具有比基本条带周期T1大的周期T2，它在基本条带74中连续不同的相对位置采样基本条带三角形的不同实例。

图8显示莫尔条纹为在本实施方案中位于基本条带层的每个基本条带重复82，83...中的原始基本条带图案81的变换。在各个条带中布局的图案不需要是重复的。单个基本条带实例81包含不重复的图案。在通常情况下，包含在连续基本条带中的图案应当是类似的，以便产生作为基本条带图案变换(包括放大)的莫尔条纹。

通过纯粹地几何考虑，可以获得包含原始图案的各个条带B₀，B₁，B₂...(原始基本条带空间)与莫尔条纹出现的x-y空间(莫尔空间)之间的变换。为此目的，考虑图9中描述的几何图形。

条带格栅B₀，B₁，B₂...的各个条带B_i由周期T1的一个条带给出。不失一般性，为了说明我们假设基本条带是水平的也就是它们的边界平行于x轴。

为了本几何说明，我们假设连续的水平条带B₀，B₁，B₂...是基本条带B₀的简单平移重复。在该情况下(图9)，平移垂直于条带方向且相应的平移矢量是(0，T1)。

显现层由单个线条的格栅组成(当它们的宽度变得无限小时称作脉冲，参看R.N.Bracewell，Two Dimensional Imaging(二维成像)，Prentice Hall，1995，pp 120-122，125-127)。单个线条L₀，L₁，L₂...由它们的线条公式定义

y＝(tanθ)x+k*(T2/cosθ)，                         (式1)

其中k是给出线条L_k指数的整数。这些线条具有tanθ的斜率，其中θ是这些线条与基本线条格栅之间的角度。不失一般性，我们假设x-y坐标系的圆点在条带B₀的下边界和线条脉冲L₀之间的交点处(图9)。

图10显示显现线条格栅的连续线条L₀，L₁，L₂...在基层不同条带B₀，B₁，B₂...的平行四边形P₀’内采样。因为垂直条带是条带B0的重复，显现线条格栅采样相同基本条带图案的不同(重复)实例。

让我们考虑由线条L₀和L₁(图10)与基本格栅条带B₀的交点定义的平行四边形P₀。

与条带B₁相交的线条L₁的线段l₀₁与条带B₀中其平移版本l₀₁’采样相同的空间。与条带B₂相交的线条L₂的线段l₀₂与条带B₀中其平移版本l₀₂’采样相同的空间，等。

因此，与条带B_j相交的线条L_j的线段l_0j与它们的平移版本l_0j，采样相同的空间。这建立平行四边形P₀’与位于条带B₀中的平行四边形P₀之间的线性映射。

类似地，如图11中所示，线性映射存在于平行四边形P_-1和平行四边形P_-1’，平行四边形P₀和平行四边形P₀’，平行四边形P₁和平行四边形P₁’等之间。构成条带B₀的平行四边形映射到构成条带B₀’的平行四边形。以类似的方式，构成条带B₁的平行四边形Q_i映射到构成条带B₁’的平行四边形Q_i’，诸如此类对于所有的条带。

这建立从包含基本线条格栅的x-y平面到包含莫尔条纹的x_m-y_m平面的线性映射(这里仿射映射)。转换的参数a，b，c，d

$\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]$                                  (式2)

通过强制执行固定点(λ，T1)->(λ，T1)以及点(x_i，0)->(x_i，T1)的映射来获得(参看图10)。

这些参数是

a＝1，b＝0，c＝T1/x_i以及d＝(xi-λ)/x_i，     (式3)

其中λ＝T1/tanθ。

x_i是L₁与条带B₀上边界的交点的x坐标，也就是x_i由公式组给出

y＝(tanθ)x+(T2/cosθ)                      (式4)

y＝T1

求解x给出

x₁＝(T1/tanθ)-(T2/sinθ)，当θ<>0时         (式5)

再调用条带B₁，B₂，...是条带B₀的平移重复。因此，莫尔条带B₁’，B₂’...(图11)也是莫尔条带B₀’的重复。根据图9，平行四边形P₀映射到莫尔条带B₀’的平行四边形P₀’，同时映射到莫尔条带B_-1’的平行四边形P₀”。因此，莫尔条带B₀’相对于莫尔条带B_-1’平移(0，h)，其中根据图10，

$h=\frac{T2}{\sin \mathrm{\&theta;}}\&CenterDot;\frac{T1}{x_i}=\frac{T1}{\frac{T1}{T2}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&theta;}-1}$                            (式6)

由于线性映射性质，位于显现层施加到其顶上的重复各个条带内的微小视觉显著图案产生它们的原始图案，剪切的、放大的、且可能地镜像的作为条带莫尔条纹。

理论上，当显现层由作为线条脉冲的线条组成时，条带莫尔图像是位于各个条带内的图案的采样和变换版本。但是，在实际应用中，线条格栅是具有孔径τ/T1的矩形功能([Amidror00]，p.21)。用作显现层的这种线条格栅产生作为位于各个基本条带中的原始图案的转换低通版本的莫尔条纹。

也可以将一个条带B_i的内容相对于它的先前条带B_i-1稍微平移值s₁。这具有将l₀₁’的位置水平平移s₁，将l₀₁’的位置水平平移2＊s₁等的效果。这产生其参数可以遵循上述类似方法计算的不同线性映射。

当旋转显现层时，我们修改角度θ并且线性变换因此改变。当平移显现层时，我们仅修改坐标系的圆点。向上平移，莫尔条纹保持完全相同。

在条带格栅(基层)与显现层具有相同方向θ＝0的情况下，(并且假设连续水平条带之间没有平移，也就是s₁＝0)，莫尔条纹仅是嵌入在重复基本条带中的图案的垂直缩放版本，其中垂直缩放因子是T2/(T2 mod T1)。可以由简单的代数和三角操作容易验证，对于θ＝0，和T1<T2<2＊T1，式3中的参数是c＝0和d＝T2/(T2-T1)。

图13说明垂直缩放实例。图13，130显示具有周期T1并且包含垂直缩小字母“P”的连续基本条带。在本实例中，显现层的周期T2被修改。三种情况可以考虑。当比例T2/T1小于1时，莫尔条纹是镜像的缩放的基本条带图案。在图13，131中，比例T2a/T1为0.95。因此，缩放因子d＝1/(1-T1/T2)等于1/(1-1/0.95)＝-19。莫尔条纹(132)是基本条带图案的镜像图像(d<0)。当T1＝T2(133)时，显现层精确地显现每个基本条带的相同部分并且缩放因子无穷。当比例T2/T1大于1时，莫尔条纹是缩放的基本条带图案。在图13，134中，比例T2c/T1是1.05。因此，缩放因子d等于20。莫尔条纹(135)是由因子20缩放的基本条带图案。

使用小于1的比例T2/T1，也就是T2<T1(图13，136)，基本条带图案由显现层的更多显现线条采样，因此它们相应的显现莫尔条纹更精确。在这种情况下，我们可以产生镜像的基本条带图案。镜像的基本条带图案更难以觉察，因此可能更容易隐藏(参看章节“组合的多方向条带莫尔条纹”)。

条带图案的产生

图9包括具有条带格栅B₀，B₁，B₂...的基层和具有显现线条格栅L₀，L₁，L₂...的显现层。在基本条带B₁，...，B₆上重复的平行四边形P₀产生莫尔平行四边形P₀’。在基本条带B_-1，...，B_-6上重复平行四边形P₀产生莫尔平行四边形P₀”。类似地，在基本条带B₁，...，B₆上重复平行四边形P₁产生莫尔平行四边形P₁”，且在基本条带B_-1，...，B_-6上重复平行四边形P₁产生莫尔平行四边形P₀”。基本条带B₀的连续平行四边形覆盖连续的莫尔平行四边形。

因为从条带图案到莫尔条纹的正向变换是已知的，式2的矩阵的逆指定从莫尔条纹到条带图案的反向变换。对于反向变换，我们获得

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}p& q\\ r& s\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\end{array}\right]$                                  (式7)

参数是P＝1，q＝0，r＝T1/(λ-x_i)以及s＝x_i/(x_i-λ)。

反向变换可能用于设想将在基本条带中产生的图案，当与显现层重叠时，其将以基层和显现层之间的给定角度产生期望的莫尔条纹。

为了定义基层和显现层，需要定义将在莫尔条带中显现的莫尔条纹，已知基本条带平行四边形P_i映射到莫尔条带平行四边形P_i’和P_i”。条带莫尔条纹的布局及其对应基本条带图案影响基本条带周期T1，显现线条格栅周期T2和优选角度θ的选择。良好的结果使用仅以小百分比(例如5％～10％)变化的周期T1和T2获得。角度θ应当小，通常低于30度。

二值基本条带图案可以容易地由标准软件，例如AdobeIllustrator或Adobe Photoshop产生。基本条带图案也可以包括包含期望重复或非重复图案的扫描和可能地编辑的位图。

可变强度基本条带图案可以通过在每个基本条带中插入抖动图像，或者黑白或者彩色来产生。作为结果的莫尔条纹也将是可变强度图像，或者黑白或者彩色。

图12A，12B和12C说明一旦期望的非琐碎莫尔条纹图像已经定义并且显现线格格栅的优选方向已经选择，基本条带图案的布局。根据图9，莫尔平行四边形P_i’(图12A中，121)映射到基本条带平行四边形P_i(图12B中，122)。在式2中给出的正向变换指定基本条带平行四边形(图12B)到莫尔图像空间中的莫尔条带平行四边形(图12A)的映射。图12C显示由图12B中所示基本条带重复组成的基层的一部分。

为了构建能够产生期望条带莫尔条纹图像(图12A)的基本条带，基本条带图像(字节图或位图)逐个像素和逐个扫描行地遍历。在每个像素处，当前基本条带平行四边形P_i(例如122)和莫尔条带平行四边形P_i’(例如121)可以被识别。根据正向变换，相应莫尔平行四边形P_i’中的相应像素被定位并且其强度可能地通过在相邻像素之间插值而获得。该强度指定为当前基本条带像素强度。该算法产生一个单个基本条带(图12B)。通过垂直地重复基本条带，产生基本条带格栅(图12C)。

可以通过将根据(式2)计算的莫尔条带图像中的位移矢量关联到基本条带中的单位水平像素位移来优化该算法。水平地扫描基本条带在莫尔条带图像(图12A)中对应于根据计算的位移矢量的倾斜扫描。在达到由其高度h给出的莫尔条带图像的垂直边界中一个之后，下一个位置是当前位置以条带莫尔平行四边形的高度h为模(关于h的计算，参看式6)。

图12A显示产生的莫尔条纹的仅一个实例。使用许多垂直重复的基本条带，垂直地获得图12A中所示的莫尔条纹的几个实例。为了获得莫尔条纹的横向重复，图12B中所示的基本条带图案需要沿着基本条带水平地重复。但是，也可以选择在图12A中所示莫尔条纹的左侧和右侧上具有不同的莫尔条纹。这将意味着相应不同的基本条带图案将需要插入在图12B中所示图案的左侧和右侧上。

为了提供防止伪造企图的强安全性并且同时提供美丽的安全性证件，可以半色调处理在证件上布局的整体图像(灰度级或彩色)，其中特定微结构图案填充在基层的每个条带中。为此目的，可能使用在美国专利申请09/902,227，Images and security documents protectedby microstructures(由微结构保护的图像和安全性证件)，发明者R.D.Hersch，E.Forler，B.Wittwer，P.Emmel中描述的方法。该发明讲授如何综合整体图像从其综合的微结构图案。给定期望微结构图案的位图表示，该方法产生包含微结构图案的复杂抖动显示阵。然后，抖动显示阵用来抖动整体图像并产生基层。在作为结果的抖动图像中，这种抖动显示阵具有根据整体图像中相应的局部强度来修改各个微结构图案厚度的效果。

但是，包含微结构图案的抖动显示阵可以由其他方法综合。OlegVeryovka和John Buchanan在它们的论文“Texture-based DitherMatrices”Computer Graphics Forum Vol.19，No.1，pp 51-64(“基于纹理的抖动显示阵”计算机图形学论坛Vol.19，No.1，pp 51-64)中显示如何从任意灰度级纹理或灰度级图像中构建抖动显示阵。他们应用直方图均衡化来保证抖动阈级的均匀分布。可以通过简单地在位图图案上应用低通滤波器来从位图图案中获得灰度级图像。结果具有比美国专利申请09/902,227中提出的方法低的质量，但是可能有效用于简单图案。

创建包含期望基本条带图案的抖动显示阵的另一种方法在于根据待复制的图像局部强度来修改分别图案(前景)或图案背景的强度。为了创建这种抖动显示阵，让我们将基本条带图案看作掩模，并且让我们修改标准抖动显示阵，例如产生小聚合点的抖动显示阵的值(参看H.R.Kang，Digital Color Halftoning，SPIE Press，1999，pp.214-225(H.R.Kang，数字彩色半色调，SPIE出版社，1999，pp.214-225))。可以选择缩放和可能地移动基本条带图案掩模内的初始抖动值，以便在抖动值全范围的分区(例如一半)第一部分的范围内，以及缩放和可能地移动掩模外的抖动值以便在抖动值全范围的分区(例如一半)第二部分的范围内。这种包含基本条带图案的修改抖动显示阵在图14中144所示。整体图像的相应抖动基本条带部分在图14中146所示。以暗色调，图案是黑色且图案背景是暗的。以中间色调，图案接近黑色且图案背景接近白色。抖动值全范围的分区可以与图案(前景)和其相应图案背景的相对表面成比例。

如结果说明的，图14，141显示整体图像，142表示包含微结构图案的位图。144显示在单个基本条带范围内并且包含基本条带图案(微结构)的修改后抖动显示阵的放大。145显示作为结果的抖动基本条带层。基层是抖动的整体图像并且其基本条带包含微结构图案。抖动过程在各个基本条带内产生微结构图案。在该情况下，基本条带因图案的强度或它们背景的强度而彼此不同。也可以创建组合厚度修改(根据美国专利申请09/902,227，参看上面)和图案前景，分别地背景强度值的修改的抖动显示阵。

也可以由在欧洲专利申请99114740.6(发明者R.D.Hersch，N.Rudaz，与1999年7月28日提交，受让人：

和EPFL)以及N.Rudaz，R.D.Hersch的发表物，Protecting identity documentswith a just noticeable microstructure，Conf.Optical Security andCounterfeit Deterrence Techniques IV，2002，SPIE Vol.4677，pp.101-109(用正好容易看见的微结构保护身份证件，光学安全和防伪技术会议IV，2002，SPIE Vol.4677，pp.101-109)中公开的色差方法来在整体图像内基本条带中产生彩色图案。

曲线条带莫尔条纹

除了周期性条带莫尔条纹之外，也可以创建感兴趣的曲线条带莫尔条纹。从几何变换的周期性结构的傅立叶分析[Amidror98]中已知，两个几何变换的周期性层的叠加中的莫尔条纹是原始周期性层之间形成的莫尔条纹的几何变换。

为了指定曲线条带莫尔条纹，让我们考虑根据[Amidror98]曲线线条格栅r₁(x，y)及其相应原始周期性线条格栅P₁(x’)之间的几何变换g₁(x，y)，也就是r₁(x，y)＝p(g(x，y))。如果我们保持与p(x’)的傅立叶级数分解中相同的系数c_m，那么

$r_1(x,y)=\underset{m=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c_m}^{\left(1\right)}\exp \left[i2{\mathrm{\&pi;mg}}_1(x,y)\right]$ (式8)

我们也考虑显现曲线线条格栅r₁(x，y)及其相应原始周期性显现线条格栅p₂(x’)之间的几何变换g₂(x，y)

$r_2(x,y)=\underset{m=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c_n}^{\left(2\right)}\exp \left[i2{\mathrm{\&pi;ng}}_2(x,y)\right]$                       (式9)

系数c_m和c_n分别是原始周期性直线线条格栅p₁(x’)和显现周期性直线线条格栅p₂(x’)的傅立叶级数展开的系数。

那么曲线线条格栅r₁(x，y)和可能地曲线显现层r₂(x，y)之间的叠加由下面给出

$r_1(x,y)\&CenterDot;r_2(x,y)=\underset{m=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c_n}^{\left(1\right)}{c_m}^{\left(2\right)}\exp \left[i2\mathrm{\&pi;}({\mathrm{mg}}_1(x,y)+{\mathrm{ng}}_2(x,y))\right]$      (式10)

出现的莫尔条纹m(x，y)由eq8中的部分和，也就是由整数多个特定(m，n)项的组合给出。这种组合形成z＊(k₁，k₂)项(z整数)。

$m_{k_1{k}_2}(x,y)=\underset{z=-\&infin;}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c_{{\mathrm{zk}}_1}}^{\left(1\right)}{c_{{\mathrm{zk}}_2}}^{\left(2\right)}\exp \left[i2\mathrm{\&pi;z}(k_1{g}_1(x,y)+k_2{g}_2(x,y))\right]$         (式11)

(k₁，k₂)的每个组合指定不同的莫尔条纹。最明显的莫尔条纹是具有(k₁，k₂)的低值，例如(1，-1)的那些。

式11定义曲线莫尔条纹(k₁，k₂)的几何图形。为了产生包含变化形状的图案的曲线莫尔条带，我们用其相应曲线基本条带层代替曲线线条格栅。这通过用其相应周期性基本条带层代替原始重复周期性线条格栅并且通过把将显现为莫尔条纹的图案产生到条带中来执行。变换g₁(x，y)允许产生(例如通过重新采样)曲线基本条带层。类似地，变换g₂(x，y)允许产生曲线显现线条格栅。如果希望具有直线线条格栅作为显现层，变换g₂(x，y)可以丢弃。

图15给出包含由曲线线条格栅显现的单词“EPFL”的曲线基本条带层的实例。曲线基本条带层以及曲线显现格栅(x，y空间)由如下类型的变换x’＝g_x(x，y)，y’＝g_y(x，y)从相应曲线格栅(x’，y’空间)获得

x′＝e^x cos y                         (式12)

y′＝e^x sin y                         (式13)

为了产生曲线基本条带层r₁(x，y)，曲线基本条带层空间逐个像素和逐个扫描行地遍历。在每个像素，原始空间中相应的位置(x’，y’)＝g₁(x，y)被发现并且其强度(可能地由相邻像素的插值获得)指定为当前曲线基本条带层像素r₁(x，y)。图16给出相应的基本条带层而图17给出可以影印在透明载体上的显现线条格栅。当根据图15将显现线条格栅放置在曲线基本条带层上并且在曲线基本条带层上旋转显现线条格栅时，可以观察到莫尔条带的旋转和弯曲以及莫尔空间的变形。

用于创建产生漂亮的曲线条带莫尔条纹的基层和显现层所执行的步骤如下：

1.检查两个曲线线条格栅或者一个曲线线条格栅和一个直线线条格栅之间的曲线线条莫尔条纹的实例，例如在G.Oster，The Scienceof moiré Patterns(莫尔条纹科学)，Edmund Scientific，1969中公开的那些，或者在[Amidror00，pp 353-360]中描述的那些。

2.从实例中选择曲线线条格栅或者它的一部分作为基本条带层并且选择曲线或直线线条格栅作为显现层。确定能够创建曲线基层的数学函数。

3.考虑基层的单个曲线条带并且设计这些曲线条带与直线条带格栅的基本条带之间的变换。

4.根据原始印刷或图像转印设备的能力在具有变化形状、强度和/或颜色的直线条带格栅中创建图样。图案可能是二值图像，灰度级图像，彩色图像或抖动显示阵。

5.使用曲线基本条带和直线基本条带的基本条带之间的变换来将所述图案映射到曲线基本条带中。在抖动显示阵的情况下，使用变换以便为曲线基本条带格栅空间内的位置获得与抖动显示阵中相应位置相关联的抖动阈级。

6.使用显现线条格栅(曲线或直线)，验证作为结果的莫尔图像的形状。莫尔条纹是基本条带图案的放大和变换实例。但是基本条带图案和莫尔条纹之间的一些变换产生视觉上满意的结果而其他变换可能产生视觉上不满意的结果。通过修改控制基层的参数，控制显现层的参数，以及基层和显现层的相对位置和方向，可以修改变换，从而修改作为结果的莫尔条纹图像。目的在于可能地使用包含不同频率和方向的基本条带层，创建具有良好视觉效果和高美学质量的图像。

曲线条带和直线条带格栅的条带之间的变换由定义曲线条带格栅的上述函数g₁(x，y)给出，或者如果曲线基本条带层由单独的构造，例如同心圆的创建而产生，可能找到在曲线基本条带和直线条带格栅之间映射的分段变换。图18A显示一组由v₀’，v₁’，v₂’，...分隔的直线基本条带与由v₀，v₁，v₂，...分隔的相应圆形基本条带(这里环形)之间的变换的实例。由它们的边界v_i’，v_i+1’，u_j’，u_j+1’定义的矩形单元(图18A，181)映射到由它们的边界v_i，v_i+1，u_j，u_j+1定义的圆形基本条带部分(图18B，182)。

图19和20给出由曲线基本条带层和由曲线线条格栅组成的显现层而获得的曲线莫尔条纹的更多实例。两幅图具有相同的基本条带和显现层，但是基本条带和显现层的叠加在两幅图的每幅中不同。两幅图中弯曲的基本条带层和弯曲的显现线条格栅用从下列类型的曲线到直线空间的几何变换x’＝g_x(x，y)，y’＝g_y(x，y)获得

$\mathrm{\&rho;}=\sqrt{x^2+y^2}$                                     (式14)

$x\&prime;=\sqrt{\mathrm{\&rho;}+x}$                                      (式15)

$y\&prime;=\sqrt{\mathrm{\&rho;}-x}$                                      (式16)

可以观察到由包含“EPFL”图案的曲线基本条带层(图19B，191)和曲线显现线条格栅(图19B，193)的叠加产生的曲线条带莫尔条纹(图19B，194)与由曲线基本线条格栅(图19A，192)和曲线显现线条格栅(图19A，193)的叠加产生的现有技术莫尔条纹(弯曲的莫尔条纹图19A，195)具有相同的布局。类似的观察可以对图20B进行，其中201显示基本条带图案，203显示显现层，且204显示显现的条带莫尔条纹。图20A，202显示相应的弯曲基本线条格栅且图20A，205显示显现的现有技术线条莫尔条纹。

用于产生曲线基本条带层和曲线显现线条格栅的非常大量可能的几何变换允许综合个性化的基层和显现层，其仅作为特定的一对，如果它们根据特定几何条件(相对位置，相对方向)而叠加，能够产生期望的莫尔条纹。另外，通过经常修改定义基层及其相应显现层的几何布局的参数来增强广泛分散的证件，例如文凭，入场券或旅行证件的安全性是可能的。

几何变换允许产生视觉上吸引人的曲线条带莫尔条纹，其提供各种保护特征。此外，特殊实例可以采用，其中基本条带层和显现层都是曲线的，但是作为结果的莫尔条纹是周期性的。根据[Amidror98，p.1107]，获得具有通过对周期性基层施加变换g₁(x，y)并对显现直线线条格栅施加变换g₂(x，y)而获得的曲线基层的周期性莫尔条纹的条件是坐标变换k₁g₁(x，y)+k₂g₂(x，y)应当是仿射的，也就是

k₁g₁(x，y)+k₂g₂(x，y)＝ax+by+c                    (式17)

如上所述，整数多个系数k₁和k₂指定产生周期性莫尔条纹的分别原始周期性基层和显现层的傅立叶分量的指数。因为最强的莫尔效应通常使用原始层的第一分量(k₁＝1)和显现层的第一负分量(k₂＝-1)的倍数产生，对于该(1，-1)莫尔条纹，式17简化成

g₁(x，y)-g₂(x，y)＝ax+by+c                       (式18)

两个给定曲线格栅的叠加中莫尔条纹的几何布局也可以根据在K.Patorski，The moiré Fringe Technique(莫尔条纹技术)，Elsevier，1993，pp.14-21中描述的以及在[Amidror00]，pp 353-360中概述的表示方法计算。该表示方法给出曲线莫尔条纹位于其中的莫尔条带中心线或边界的公式。

多色基本条带图案

本发明并不仅局限于单色的情况。它可以极大地受益于产生位于基层条带中图案的不同颜色的使用。

可以与标准多色印刷技术中相同的方法产生彩色条带，其中不同颜色(通常：青色，品红色，黄色和黑色)的几个(通常三个或四个)半色调层叠加以便通过半色调处理产生全色图像。作为实例，如果这些半色调层中一个用作根据本发明的基层，用黑白显现线条格栅产生的条带莫尔条纹将非常接近于该基层的颜色。如果几个不同颜色的层用于根据本发明的基本条带图案，它们中每个将用显现无色线条格栅产生接近所述基本条带图案颜色的条带莫尔条纹。

在本发明中使用彩色条带的另一种可能方法是通过使用其各个条带由包括不同颜色子元素的图案构成的基层。具有并排印刷的不同颜色子元素的彩色图像可以根据在(Ostromoukhov，Hersch)于2000年1月4日提交的美国专利申请09/477,544中以及V.Ostromoukhov和R.D.Hersch的论文“Multi-color and artistic dithering(多色和艺术抖动)”SIGGRAPH年会，1999，pp.425-432中描述的多色抖动方法产生。该方法作为防伪方法的重要优点可以从完美地印刷图案并列子元素的极大难度中获得，因为它需要在多路彩色印刷中不同颜色之间的高精度。仅有用于印刷安全性证件例如钞票的最高性能安全性印刷装备能够给出不同颜色的对准(在下文“记录”)中所需的精度。当在较低性能装备上伪造证件时不可避免的记录误差将在基层单元的不同颜色子元素之间引起小的移动；这种记录误差将被条带莫尔条纹极大地放大，并且它们将显著地损坏由显现线条格栅层获得的莫尔条纹的形状和颜色。

由微结构图案的证件保护并不局限于用黑白或标准颜色墨水(青色，品红色，黄色和可能地黑色)印刷的证件。根据未决美国专利申请09/477,544(Method an apparatus for generating digital halftoneimages by multi-color dithering，inventors V.Ostromoukhov，R.D.Hersch，filed Jan.4，2000(发明者V.Ostromoukhov，R.D.Hersch于2000年1月4日提交的通过多色抖动产生数字半色调图像的方法和装置))，使用多色抖动，使用特殊墨水例如非标准颜色墨水，金属色墨水，荧光或彩虹色墨水(可变颜色墨水)在基层的条带内产生图案是可能的。在例如金属色墨水的情况下，当以某个视角去看时，莫尔条纹看起来好像它们用普通墨水印刷，而以另一个视角(镜面反射观察角度)，因镜面反射，它们看起来强得多。莫尔条纹外观的类似变化可以用彩虹色墨水获得。当原始证件被扫描和复制或影印时，莫尔条纹外观的这种变化完全消失。

多色情况的另一个优点当非标准墨水用于在基层的条带中创建图案时获得。非标准墨水经常是其颜色位于标准青色品红色和黄色墨水的色移之外的墨水。因为位于基层条带中并且用非标准墨水印刷的彩色图案的高频率，标准青色、品红色、黄色和黑色复制系统将需要半色调处理原始颜色，从而损坏原始彩色图案。因为基层条带内图案的损坏，显现层将不能产生原始条带莫尔条纹。这提供防止伪造的另一种保护。

使用标准或非标准墨水印刷彩色图像的一种可能方法(标准或非标准彩色分离)已经在(Ostromoukhov，Hersch)2000年1月4日提交的美国专利申请09/477,544中和在V.Ostromoukhov和R.D.Hersch的论文“Multi-color and artistic dithering(多色和艺术抖动)”，SIGGRAPH年会，1999，pp.425-432中描述。该方法，称作“多色抖动”，使用类似于上述标准抖动的抖动显示阵，并为基层的每个像素(半色调图像)提供选择其颜色，也就是墨水，墨水组合或者为该像素指定的背景颜色的方法。在曲线基层的情况下，相应直线基本条带层中的图案可以由包含微结构图案的抖动显示阵给出。几何变换(x’＝g_x(x，y)，y’＝g_y(x，y))被使用以便为曲线基本条带格栅空间中的位置(x，y)获得与抖动显示阵内相应位置(x’，y’)相关联的抖动阈级。如上述参考文献中说明的，多色抖动方法由结构保证起作用的颜色并排印刷。因此，该方法对于受益于高记录精度且能够用非标准墨水印刷的高端印刷装备是理想的，从而使印刷的证件非常难以伪造，并且容易如上所述被鉴别。

基于掩模的多条带莫尔条纹

另一种感兴趣的变化形式在于具有根据一个基本条带方向(图21，210)指定待再现的基层区域而根据另一个基本条带方向(图21，211)指定周围区域的掩模。然后，根据它的方向，显现线条格栅可以显现掩模内(212，放大的214)或外(213，放大的215)的条带莫尔条纹。通过具有许多掩模，可以创建具有不同方向和/或周期的许多不同组的基本条带图案。可以创建具有并排或者一个位于另一个顶上的几个显现线条格栅的显现层，从而能够用单个显现层显现多个条带莫尔条纹。

基本条带的这种变化提供防止伪造的高度保护，因为影印设备，特别是彩色影印机易于根据它们的方向复制不同小的图案或结构(例如用非标准颜色印刷的图案)。因此，显现的莫尔条纹可能在某个方向上显现而在其他方向上消失。

组合的多方向条带莫尔条纹

因为条带莫尔条纹通过采样许多不同的基本条带图案而形成，这些基本条带图案可能被干扰，部分损坏或者与其他图案重叠。例如，可能将基本条带图案嵌入在具有各种颜色或强度的其他重叠图案中，仍然能够产生期望的条带莫尔条纹。增强证件安全性的一种方法是多个条带图案以相同或可能不同方向和/或周期的叠加。图22显示包括三个叠加的基本条带格栅的基层的实例，每个基本条带格栅具有不同的方向和不同的基本条带图案。条带莫尔条纹由不同方向(221，222，223)的线条格栅显现。可以观察到，当更多的基本条带格栅包含到基层中时，恢复包含在基本条带格栅中的基本条带图案的形状变得更困难。

该方法提供大的设计自由度，因为各个叠加的基本条带层可以在颜色，强度，形状，周期和方向上不同。显现层也可以在方向和周期上不同。此外，一个或几个基本条带层以及可能地它们的显现层可以是曲线。然后可以例如通过使一些莫尔条纹公开而保持其他莫尔条纹(隐藏图案)保密来创建各种级别的鉴别。

基于相位的多图案莫尔条纹

创建组合多条带莫尔条纹的另一种非常吸引人的可能性依赖于具有在基本条带层的不同相位成像的多个交错图案的基本条带的组成。不同图案可能代表第一和第二基本形状之间混合的平滑演化形状。例如，图23显示4个基本图案231，233，235，和237，其中231表示一个基本形状，237表示第二基本形状，且其中形状233和235是中间混合形状。这4个基本图案在它们各自的基层232，234，236和238中水平压缩、水平镜像、再现和复制。相应的条带莫尔条纹可能通过在这些基层上叠加线条格栅230来显现。

让我们说明如何在基层(在下文称作多图案基层)中包含多图案。图24显示显现层2400和多图案基层2405的水平放大视图。当水平移动显现层2400时，产生的多图案莫尔条纹是在基层2405中交错的连续基本图案2406，2407，2408，2409的放大和变换版本。

为了构造基层，让我们创建宽度为T1的k个基本条带图案2406，2407，2408，和2409。显现层的周期T2可能例如根据所选图案数k来细分。然后，基层通过将显现层宽度的第一部分1/k从第一基本条带图案拷贝到基层(2401)，然后将显现层宽度的第二部分1/k从第二基本条带图案拷贝到基层(2402)等来创建，直到显现层宽度的第k个1/k部分从第k个基本条带图案拷贝到基层。这产生宽度为T2的第一基层片断2410的部分1，2，3，4。下一个基层片断2411通过继续基本条带图案的连续部分到基层中的拷贝来构造。从基本条带图案中提取的切片是绕回的，也就是，这些图案表现为好像它们将在图案平面内水平地重复。所有其他基层片断2412，2413等被构造直到期望的基层宽度被填满。基层由2405中显示的片断构成，可能地在基层上垂直地重复。这创建具有多个交错图案的基本条带。

图25给出结果的实例：我们将相同的多图案基层与显现线条格栅250叠加并且依赖于显现线条格栅的相对位置(相位)产生代表图24的基本条带图案2406，2407，2408和2409处或之间中间图案的莫尔条纹251，252，253或254。因此，产生的莫尔条纹包括包含到基层中的多个交错图案的变换和混合实例。

图26显示上述发明的基于相位的多图案莫尔条纹方法完全不同于创建由线条格栅的叠加显现的交错图像(潜像)的现有技术方法(例如在美国专利5’396’559中描述的方法，McGrew)。在我们的发明中，在多图案基层261上移动显现层(图26，260)产生作为嵌入到基层中的图案的放大和变换实例的莫尔条纹。但是，在现有技术中，显现的图案具有与形成基层的图案相同的大小。现有技术基层262通过叠加潜像图案263，264，265和266来形成。通过在现有技术基层262上叠加显现线条格栅260，可以容易地验证，262中存在的潜像不会在显现图案中放大。另外，当在基层上水平地移位显现层时，我们的发明产生平滑移动和平滑演化的莫尔条纹。这对于说明的现有技术方法不成立。最后，当轻微地旋转显现层时，由我们的方法产生的莫尔条纹被剪切，但是仍然完全显而易见，而现有技术的显现图案快速地损坏。

多图案莫尔条纹也可以通过在用包含多图案微结构，也就是几个基本条带图案处于不同相位的微结构，的抖动显示阵抖动的整体图像上叠加显现线条格栅来产生。这种多图案抖动显示阵可以根据在美国专利申请09/902,227，Images and security documents protected bymicrostructures(由微结构保护的图像和安全性证件)，发明者R.D.Hersch，E.Forler，B.Wittwer，P.Emmel中描述的方法，或者以当将基本条带图案嵌入到抖动图像中时相同的方法(参看上面的章节“条带图案的产生”)从多图案基层中产生。

图27显示这种抖动整体图像的实例。不叠加显现层，仅整体图像可见。当在抖动图像272顶上叠加并水平移动显现线条格栅271时，多相位莫尔条纹可见，其从图案273到274，274到275，275到276，276到277，277到278，278到279以及从279返回到273或与之相反连续地演化。

演化莫尔条纹

基本条带不需要精确地重复。可以通过在连续基本条带中包含演化图案来创建演化的莫尔条纹。作为实例，图28给出显现线条格栅层(281)，具有演化基本条带图案的基本条带层以及当在相对于基层的不同水平位置处定位显现线条格栅层时的相应莫尔条纹(283，284)。可以看到，莫尔条纹从瑞士十字架(285)演化成像印刷形状的“o”(286)。当在基层顶上水平向右移动显现层时，莫尔条纹从左到右平滑地移动且同时连续地修改它们的形状。图28，282在左侧清晰地显示基本条带中的压缩十字架，而在右侧显示压缩的“o”形。在中间位置，基本条带图案形状在这两个极端图案形状之间混合。

中间基本条带包含在极端图案形状之间混合(或变换)的图案。左和右极端基本条带图案形状的相对权可能和它们与当前基本条带的各自距离d_l，d_r成反比，也就是，在混合(或变换)过程中，左侧基本条带图案形状具有权d_r/(d_l+d_r)而右侧基本条带图案形状具有权d_l/(d_l+d_r)。形状混合可以用目前最新的技术执行，例如论文：ThomasSederberg，“A Physically Based Approach to 2D Shape Blending(基于物理的2D图像混合方法)”，Proc.Siggraph’92，计算机图形学，Vol 26，No.2，1992年7月，25-34中描述的技术的一种。

直线和曲线条带莫尔条纹的保护特性

针对证件防伪的强保护性由任何微小图案，黑白或彩色可以在基本格栅的各个条带中产生的事实来提供。这种图案不能由标准装置例如影印机或打印机复制。由于显现线条格栅，由原始证件产生的图案变得容易由肉眼或由适当装置可见。以比原始图案印刷设备低的分辨率工作的非法复制方法将不能复制原始图案。因为这种伪造的证件不包含原始图案，显现层将不能显现原始莫尔形状，由视觉方法或使用适当装置的检查将显露证件是伪造的。

通过包含验证信息到基本条带中的安全性证件的保护

本发明另一个保护特征在于显现的莫尔条纹可以包含验证证件真实性的代码(编号，几个数字或字符串)的事实。例如，护照编号或与护照编号相对应的加密编号可以插入到护照持有者的照片的基本条带中。也可以将与护照持有者的名字(直接名字或名字的加密实例)相对应的字符串包含到基本条带中。通过用显现线条格栅显现该编号，分别地该字符串，可以检查(直接视觉检查，或者使用用作验证系统的装置)出现作为莫尔条纹的编号，分别地字符串是否对应于护照编号或分别地护照持有者的名字。由于在基层中具有不同方向和周期的多个基本条带的可能，也可以设想几个级别的验证。一些验证可以通过看莫尔条纹以简明的方式执行，而一些验证将需要解密出现的莫尔条纹以便验证证件的真实性。这对于保护例如身份证件及其持有者照片特别有用。没有显现层，照片是明显的。使用显现层，包含验证码的莫尔条纹变得明显。

基层和显现层的实施方案

具有包含将出现作为莫尔条纹的图案的条带的基层和显现层以多种技术实施。基层的重要实施方案是胶版印刷，喷墨印刷，染料升华印刷和彩箔烫印。

应当注意层(基层，显现层或二者)也可以通过穿孔代替通过涂敷墨水而获得。在典型的情况下，具有微观点大小(比方说，50微米或更小)的强激光束逐个像素地扫描证件，当被调制开和关时，以便在预先确定的像素位置穿孔衬底。显现线条格栅可以例如通过将线条实施为由长度l的穿孔段和长度m的未穿孔段组成的部分穿孔线条，穿孔和未穿孔部分对(l，m)在整个线条长度上重复来创建。例如，可以选择l＝8/10mm且m＝2/10mm。连续的线条可能以相同或不同的相位具有它们的穿孔段。值l和m的不同参数可以为不同的连续线条而选择，以便保证对撕裂企图的高抵抗力。安全性证件的不同激光微穿孔系统已经在例如W.Hospel的“Application of laser technology to introducesecurity features on security documents in order to reducecounterfeiting”(激光技术的应用以便在安全性证件上引入安全特征从而减少伪造)，SPIE Vol.3314，1998，pp.254-259中描述。

在又一种方法中，层(基层，显现层，或二者)可以由物质被例如激光或化学刻蚀的完全或部分去除来获得。

为了改变莫尔条纹的颜色，也可以选择让显现线条格栅由一组彩色线条代替透明线条组成(参看I.Amidror，R.D.Hersch的论文，Quantitative analysis of multichromatic moiré effects in thesuperposition of coloured periodic layers，Journal of Modern Optics，Vol.44，No.5，1997，883-889(彩色周期性层的叠加中多色莫尔效应的量化分析，现代光学杂志，Vol.44，No.5，1997，883-889))。

虽然显现层(线条格栅)通常将由在不透明背景上包含一组透明线条的薄膜或塑料载体来实施，它也可能用由圆柱状显微透镜制成的线条格栅来实施。与相应的部分透明线条格栅相比较，圆柱状显微透镜提供较高的光强。当基本条带层的周期小时(例如小于1/3mm)，作为显现层的圆柱状显微透镜也可以提供较高的精度。为了产生曲线条带莫尔条纹，也可以使用曲线圆柱状显微透镜作为显现层。也可以使用模仿圆柱状显微透镜行为的衍射设备来代替圆柱状显微透镜，以与能够使用由菲涅耳波带片制成的衍射设备模仿显微透镜阵列(参看B.Saleh，M.C.Teich，Fundamentals of Photonics(光子学基础)，John Wiley，1991，p.116)相同的方式。

在基层包含在光学可变表面图案，例如衍射设备中的情况下，形成基层的图像需要进一步处理，以为其图案图像像素的每个或者至少为其有效像素(例如黑色像素)产生凸纹结构，其由例如具有根据期望的入射和衍射光角度，根据期望的衍射光强度以及可能地根据相对于相邻区域衍射颜色的衍射光颜色期望变化的方向、周期、凸纹和面积比的周期性功能分布图(线条格栅)组成(参看美国专利5,032,003发明者Antes和4,984,824Antes和Saxer)。该凸纹结构复制在用于创建压花模的主结构上。压花模然后用于在光学设备衬底上压制包括基层的凸纹结构(更多信息可以在美国专利4,761,253发明者Antes中，以及在J.F.Moser的论文Document protection by OpticallyVariable Graphics(由光学可变图形的证件保护)(Kinemagram)，光学证件安全性中，Ed.R.L.Van Renesse，Artech House，London，1998，pp.247-266中发现)。

应当注意，通常基层和显现层不需要完整：它们可以由另外的层或由随机形状掩蔽。然而，莫尔条纹将仍然变得明显。

使用条带莫尔条纹的证件鉴别

本发明涉及基于条带莫尔条纹鉴别证件和贵重物品的方法。虽然本发明可能具有几种实施方案和变化形式，特别感兴趣的几种实施方案在这里作为实例给出，而不将本发明的范围限制于这些特殊实施方案。

在本发明的一种实施方案中，条带莫尔条纹可以通过叠加出现在相同证件或物品(钞票，支票等)的两个不同区域上的基层和显现层来显现。另外，为了比较的目的，证件可能在证件的第三区域中包括显示当基层和显现层根据优选方向和可能地根据优选相对位置放置一个在另一个顶上时的期望条带莫尔条纹的图像。

在本发明的第二实施方案中，仅基层出现在证件本身上，而显现层由操作员或者视觉上或光学上验证证件真实性的装置叠加在它上面。为了比较的目的，期望的条带莫尔条纹可能作为图像表示为证件上或者独立设备上，例如显现设备上。显现层可能是在薄膜上或者在透明塑料片上成像的线条格栅。它也可能由圆柱状显微透镜实现。

鉴别证件的方法包括步骤：

a)用包括包含图案的基本条带的基层和包含线条格栅的显现层叠加证件，从而产生莫尔条纹，以及

b)比较所述莫尔条纹和参考莫尔条纹，并且依赖于比较结果，接受或拒绝证件，

其中显现线条格栅的连续线条在基层内采样基本条带图案的不同实例，并且其中产生的莫尔条纹是基层图案的变换，包含放大和可能地其他变换例如镜像和剪切。

应当提及，在本发明中，基本条带层，线条格栅显现层或二者可能几何地变换，从而非周期性。

上面步骤b)中的比较可以由人类生物系统(人用眼睛和大脑)，或者通过在本公开内容中随后描述的装置来执行。

参考莫尔条纹可以由样品基本条带层和线条格栅显现层的叠加的图像采集(例如由照相机)获得，或者它可以由使用上面给出的数学公式计算获得。当鉴别由人来执行时，参考莫尔条纹也可能是基于先前看到的参考条带莫尔条纹的记忆参考莫尔条纹。

在基本条带层形成为印刷在证件上的半色调图像一部分的情况下，基本条带层图案将与证件上的其他区域用肉眼不可区分。但是，当根据本发明鉴别证件时，莫尔条纹将变得立刻明显。

通过影印机，通过台式出版系统，通过照相过程，或者通过任何其他伪造方法，模拟或数字的，伪造根据本发明产生的证件的任何尝试将不可避免地影响(即使轻微地)包含在证件中的基本条带层图案的大小和形状(例如，因网点增益或墨水蔓延，如本领域中众所周知的)。但是因为叠加的线条层之间的莫尔条纹对于基层或显现层中任何微观变化非常敏感，根据本发明保护的任何证件变得非常难以伪造，并且用作区分真实证件和伪造证件的方法。

如果基本条带层使用标准印刷过程印刷在证件上，高安全性被提供而不需要证件生产中的另外成本。但是，基本条带层可以由其他方法，例如通过在光学可变设备(例如动态全息图)上产生基层以及通过将该光学可变设备嵌入到待保护的证件或物品中来成像到证件中。

本发明的各种实施方案可以用作在光盘介质上提供的多媒体产品，包括音乐，视频，软件产品等的保护和鉴别的安全性设备。例如，基层可以印刷在光盘例如CD或DVD上面而显现层包括在其塑料盒或封装中。

通过条带莫尔条纹的贵重物品的鉴别

本发明的各种实施方案也可以用作保护和鉴别工业包装，例如药品、化妆品等的盒子的安全性设备。例如，盒盖可以包括基层，而显现层位于盒子上。包括透明部分或透明窗口的包装经常用于销售大量种类的产品，包括例如音频和视频电缆，磁带，香水等，其中包装的透明部分使得客户能够看到包装内的产品。但是包装的透明部分也可以通过使用透明窗口的一部分作为显现层(其中基层位于产品自身上)而有利地用于产品的鉴别和防伪。应当注意，基层和显现层也可以印刷在粘贴或附加到产品自身或到包装上的单独安全性标签或粘贴物上。可以由本发明保护的包装的几种可能实施方案在下面说明，类似于在美国专利申请号09/902,445(Amidror和Hersch)在那里图17-22中描述的实例。但是，因为在本发明中，莫尔条纹以反射模式清晰可见，基层中基本条带图案的包含以及线条格栅作为显现层的使用使得贵重物品的保护比使用美国专利申请号09/902,445(Amidror和Hersch)中描述的方法有效得多。

图29A示意地说明带有至少一个基层292的光盘291，以及带有至少一个显现层(显现线条格栅)294的其封面(或盒子)293。当光盘位于其封面内时(图29B)，莫尔条纹295在一个显现层和一个基层之间产生。当光盘慢慢地插入封面293中或从其封面293中取出时，这些莫尔条纹动态地变化。因此，这些莫尔条纹用作可靠的鉴别方法并且保证光盘及其包装实际可信。在典型的情况下，莫尔条纹可以包括公司的标志，或者任何其他期望文本或符号，或者黑和白色或者彩色。

图30示意地说明用于保护封装在包括滑动部分301和外部封面302的盒子中的产品的本发明可能实施方案，其中移动部分的至少一个单元，例如产品带有至少一个基层303，并且外部封面302带有至少一个显现层(显现线条格栅)304。通过将产品滑动到封面中，动态的莫尔条纹例如演化的莫尔条纹或多图案莫尔条纹可以产生。

图31说明药用产品例如医学药品的可能保护。基层311可以覆盖医学产品的可能不透明载体的全部表面。显现层312可能由包括显现线条格栅的塑料片制成的可移动条纹实施。通过将显现层拉入拉出或者通过横向地移动它，显现的莫尔条纹变成动态的。

图32示意地说明用于保护在包括滑动透明塑料前部321和后板322的包装中销售的产品的本发明另一种可能实施方案，后板可以印刷或带有产品的描述。这种包装经常用于销售视频和音频电缆，或者存放在塑料前部321的壳体(或容纳)323内的任何其他产品。经常，这种包装在后板的顶部中具有小孔324且在塑料前部321中具有匹配的孔325，以便将包装悬挂在销售点。后板322可能带有至少一个基层326，而塑料前部可能带有至少一个显现层327，使得当包装闭合时，莫尔条纹在至少一个显现层和至少一个基层之间产生。这里，再次，当滑动塑料前部321沿着后板322滑动时，莫尔条纹动态地变化。

图33示意地说明用于保护封装在具有旋转盖331的盒子330中的产品的本发明又一种可能实施方案。旋转盖331带有至少一个基层332，并且盒子自身带有至少一个显现层333。当盒子闭合时，基层332正好位于显现层333后面，使得莫尔条纹产生。而当旋转盖331打开或关闭时，莫尔条纹动态地变化。

图34示意地说明用于保护在瓶子中销售的产品(例如葡萄，威士忌，香水等)的本发明又一种可能实施方案。例如，粘贴在瓶子342上的产品标签341可能带有基层343，而可能由装饰线345连接到瓶子上的另一个标签344带有显现层346。产品的鉴别可以通过在标签341的基层343上叠加标签344的显现层346来执行，使得例如带有产品名字的清晰可见的莫尔条纹产生。

在显现层和基层可能在彼此顶上主要沿着一个方向滑动的情况下，例如图29A，29B，30，31，32中所示的实施方案中，可以设想多图案莫尔条纹或可演化的莫尔条纹，其中显现层的平移使得连续不同的莫尔条纹可见，从而产生动画。

在显现层和基层可能在彼此顶上旋转的情况下，如图33中，可以优选地设想基层和显现层以便为此目的产生特别吸引人的莫尔条纹。

有时，可能在它们的位置或者它们的角色方面调换显现层和基层。

动态印刷的私人证件的鉴别

因为例如在2001年12月3日提交的美国专利申请09/902,227，Images and security documents protected by microstructures(由微结构保护的图像和安全性证件)，发明者R.D.Hersch，E.Forler，B.Wittwer，P.Emmel中，或者在2002年7月5日提交的后继PCT申请PCT/IB02/02686，R.D.Hersch，B.Wittwer，E.Forler，P.Emmel，D.Biemann，D.Gorostidi中说明的自动产生微结构图像的能力，能够产生和印刷在飞行私人证件例如旅行证件和入场券上。这些证件包括由包含给出关于证件持有者以及关于证件目的的信息的文本的微结构组成的图像，例如指定出发和达到位置以及有效日期的旅行证件，或者指定事件、位置编号和在日期和时间方面的有效性的运动事件入场券。为了使伪造非常困难，这些发明提出产生两层微结构的方法，一个以低频率，也就是容易由简单的肉眼检查可见，而一个以高频率，其需要仔细的肉眼检查或者使用放大镜检查。

在本发明中，我们提出综合作为基本条带层的该第二微结构层并且由于显现线条格栅而显现它。这允许第一微结构图案层的简明直接检查，以及用实施为薄膜，塑料片，圆柱状显微透镜或模仿圆柱状显微透镜的衍射设备的显现线条格栅的第二微结构图案层的检查。

用于产生包括第一级、直接可见微结构图案以及用显现线条格栅可显现的微小第二级微结构图案的图像的简单方法在于，创造包含微小第二级基本条带图案的抖动显示阵，并且通过在美国专利申请09/902,227，Images and security documents protected bymicrostructures(由微结构保护的图像和安全性证件)，发明者R.D.Hersch，E.Forler，B.Wittwer，P.Emmel中详细描述的后处理将该抖动显示阵用作目标图像均衡化的高频抖动阵列。

作为产生包括第一级、直接可见微结构图案以及用显现线条格栅可显现的微小第二级微结构图案的图像的备选方法在于实施下面的步骤：

a)选择整体图像，例如风景或证件持有者的照片；

b)根据与证件相关的信息，将第一级微结构创建为可能地位图或多强度图像；

c)可能地根据美国专利申请09/902,227(R.D.Hersch等人)，或者根据Oleg Veryovka和John Buchanan的论文“Texture-basedDither Matrices”Computer Graphics Forum Vol.19，No.1，pp 51-64(“基于纹理的抖动显示阵”计算机图形学论坛Vol.19，No.1，pp51-64)，创建包括第一级微结构的抖动整体图像；

d)将第二级微结构图案(也称作纳米结构图案)创建为位图或多强度图像；

e)以与(c)中类似的方式创建包括第二级微结构图案(纳米结构图案)的抖动整体图像；

f)由组合两个抖动图像的操作，也就是通过为每个像素创建组合，例如，包括第一级微结构的抖动整体图像和包括第二级微结构图案的抖动整体图像的加权平均或逻辑运算来产生最终的抖动整体图像。运算的类型和可能地相对权可以调节，以便使得第一级微结构或第二级微结构图案更明显。加权平均运算可以施加在像素强度值上，产生最终的灰度级图像，或者它可以例如通过选择比抖动图像的大小高4×4倍的最终组合二值图像大小来空间地施加。为了执行空间加权平均，可以复制4×4(或8×8)像素矩阵，并且依赖于待组合的两个抖动图像的相对权，将4×4像素内给定数目的像素关联到两个抖动图像中的一个，并且将剩余像素关联到另一个抖动图像。为了产生好的结果，4×4矩阵内像素的指定顺序可以遵循拜尔抖动阈级的分布(H.R.Kang，Digital Color Halftoning(数字彩色半色调)，SPIE出版社，1999，pp.279-282，T₄)。

为了提供平滑的整体图像，也可以选择用包含第二级微结构图案的抖动显示阵抖动覆盖整体图像的基本条带的仅部分(例如1/4)，而根据标准抖动方法，例如使用包括小聚合点的抖动显示阵抖动剩余部分(例如3/4)。这有点类似于多图案抖动，其中一组基本条带图案是第二级微结构图案而其他组基本条带图案是标准聚合点。

作为结果的最终组合的两级抖动整体图像包括容易可读的微结构和用显现线条格栅可显现的微结构图案。这种证件的更复杂变化包括以不同方向和周期的几个第一级微结构以及可能地几个第二级微结构，同样以不同的方向和周期。

使用莫尔条纹图像的证件的鉴别装置

包括基层的证件的视觉鉴别装置可能包括由根据本公开内容制备的线条格栅组成的显现层，其位于证件的基层顶上。证件可能从上面(反射模式)或者可能从下面(传输模式)照射。

如果鉴别由肉眼观察，也就是由操作员执行，人类生物系统(人眼和大脑)用作由基层和显现层的叠加产生的莫尔条纹的采集装置，并且用作比较采集的莫尔条纹和参考(或记忆的)莫尔条纹的装置。在这种情况下光源可能是自然(例如日光)或人造的。

其框图在图35中显示的证件的自动鉴别装置包括由线条格栅组成的显现层351，图像采集装置352例如照相机，光源(图中没有显示)，以及用于比较采集的莫尔条纹和参考莫尔条纹的比较系统353。如果匹配失败，证件将不被鉴别并且装置354的证件处理设备将拒绝证件。比较系统353可以由包括处理器，存储器和输入-输出端口的微型计算机实现。集成的单片微型计算机可以用于该目的。为了自动鉴别，图像采集装置352需要连接到包括比较处理器353的微型计算机，其又控制用于根据由微处理器运算的比较来接受或拒绝待鉴别证件的证件处理设备354。

参考莫尔条纹图像可以通过样品基层和显现层叠加的图像采集(例如通过照相机)获得，或者它可以作为预处理步骤通过在期望的位置和角度以字节图叠加基层和显现层来计算。多个位置和/或角度可以对应于不同的莫尔条纹并且允许更彻底的鉴别。

比较处理器通过匹配采集的莫尔条纹图像和参考图像来进行图像比较；执行该比较的方法实例已经由Amidor和Hersch在美国专利5,995,638号中详细地提出。该比较产生给出采集的莫尔条纹和参考莫尔条纹之间近似程度的至少一个近似值。这些近似值然后用作使证件处理设备接受或拒绝证件的标准。

使用莫尔条纹图像鉴别证件的计算系统

提出的装置也可以由计算系统代替，以便允许显现线条格栅(显现层，参看图36，361)电子地叠加在采集的基层图像(图36，360)上。叠加仅仅是显现线条格栅位图和由照相机采集的正确放置的基层图案之间的整数乘法运算(图36，362)。在显现线条格栅透明(“1”)的位置，相应的基层像素将出现，而在显现线条格栅不透明(“0”)的位置，黑色像素将产生代替相应的基层像素。代表基层和显现层叠加的数字图像的作为结果的多强度图像(图36，363)然后用低通滤波器滤波(图36，364)，以便消除高频也就是由人眼或者由照相机从正常观察距离不可见的频率(这种滤波器在论文V.Ostromoukhov和R.D.Hersch，Multi-color and artistic dithering，SIGGRAPH AnnualConference，1999，pp.425-432(多色和艺术抖动，SIGGRAPH年会，1999，pp.425-342)中描述)。作为结果滤波后的多强度图像是莫尔条纹图像(图36，366)并且可以与参考莫尔条纹图像比较(图36，365)，以便决定证件是否将被接受或拒绝。

通过莫尔条纹鉴别证件的计算系统因此将包括图像采集装置(类似于图35，352)，例如照相机，用于采集具有包含基本条带的基层的证件，所述基本条带包含图案。它还包括在存储器中将采集的基层图像与包括线条格栅的相应显现层图像相乘并且产生基层和显现层叠加的数字图像的程序模块。它还包括对该数字图像执行低通滤波操作以便获得莫尔条纹的程序模块。它也包括将计算的莫尔条纹与参考莫尔条纹相比较并且根据比较，接受或拒绝证件的程序模块。

这种计算系统允许自动鉴别具有可能从一个证件到下一个而有所不同的基层几何布局的证件，因此提供防止伪造企图的更强的保护。对于每个证件，基层几何布局对应于显现层的给定几何布局，当电子地叠加(也就是相乘)时，产生期望(参考)莫尔条纹。证件可能包括信息例如标识待施加显现层的条形码或计算机可读编号。计算系统可以读出该信息并且施加正确的显现层，以便计算莫尔条纹图像并且将它和相应的参考莫尔条纹图像比较以便决定证件是否被接受或拒绝。

本发明的优点

在本发明中公开的新的鉴别和防伪方法的优点很多。

1.与由I.Amidror和R.D.Hersch(美国专利6,249,588号及其部分延续美国专利5.995,638号，美国专利申请序列号09/902,445)和由I.Amidror(美国专利申请序列号10/183,550)创造的先前发明相比较，本发明具有重要的优点，即显现线条格栅允许比显现2D点屏(主屏)更多的光通过。这允许以反射模式鉴别证件，而不需要显微透镜阵列，或证件下面特殊的光源。另一个优点在于在本发明中，基本条带空间的长度不受限，因此产生的莫尔条纹可能包括大量图案，例如形成文本句子(几个单词)或文本段的许多印刷字符的事实。

2.本发明在包含图案到基本条带中方面提供大的自由度。图案可以沿着基本条带强烈地变化，也可以跨越不同基本条带而稍微变化。

3.因为莫尔条纹可以反射模式显现，包含在基本条带中的图案可能包括不透明墨水，例如金属色墨水。金属色墨水具有以镜面光反射角度产生特别强的莫尔条纹的另外优点。另外，基本条带可能印刷在完全不透明的材料上，例如金属箔或金属盒。

4.曲线条带格栅和曲线条带莫尔条纹可以通过将几何变换施加到基层和可能地显现层来产生。这种曲线条带格栅可能包括许多不同的方向和频率，当由扫描设备(彩色影印机，台式扫描仪)扫描时，其可能产生多余的次莫尔条纹。如果曲线条带格栅包含大范围逐渐变化的频率，伪造者的扫描或复制频率将与条带格栅频率的一些或它们的谐波冲突并且在伪造的证件中产生非常明显的多余莫尔效应(类似于如上所述在章节“发明背景”中英国专利1,138,011号中描述的效果)。另外，曲线莫尔条纹倾向于强烈地放大曲线基层的特定部分，而在其他部分上具有较小的放大。强的放大可能对于肉眼观察嵌入在基本条带中的复杂微结构图案(例如包括彩色微结构)是有用的。

5.当非标准墨水用来创建基层条带中的图案时，标准青色、品红色、黄色和黑色复制系统将需要根据它们自身的半色调处理算法来半色调处理原始颜色，从而损坏原始彩色图案。因为基层的条带中图案的损坏，显现层将不能产生原始莫尔条纹。

6.基本条带可能例如使用美国专利申请09/477,544(Ostromoukhov，Hersch)中描述的方法，用以高记录精确度并排印刷的不透明彩色图案填充。因为由基本格栅和显现线条格栅的叠加在其间产生的莫尔条纹对存在于基层基本条带中图案的任何微观变化非常敏感，根据本发明保护的任何证件非常难以伪造。显现的莫尔条纹用作容易区分真实证件和伪造证件的方法。

7.本发明的另一个重要优点在于，它可以用于鉴别印刷在可能不透明或透明的任何种类载体，包括纸张，塑料材料等上的证件。此外，本发明的方法可以包含在半色调的B/W或彩色图像(简单恒定图像，色调或颜色等级，或复杂照片)中。因为它可以使用标准原始证件印刷过程产生，本发明提供高安全性而无需另外的成本。

8.此外，根据本发明印刷在证件上的基层不需要具有恒定的强度级。相反地，它可能在其基本条带中包含具有可能地逐渐变化的大小和形状或者具有可变强度的图案前景和背景的图案。这些图案可以包含(或隐藏)在文档上任何可变强度半色调图像中(例如照片，肖像，风景，或任何装饰母题，其可能与由叠加中的莫尔条纹产生的主题不同)。当沿着基本条带改变图案时，相应的莫尔条纹也将在它们的莫尔条带中变化。类似地，基本条带中的颜色也可能根据它的位置逐渐变化。然后，相应的彩色莫尔条纹也将在它们的莫尔条带中变化。这些变化形式的每个具有使得伪造更困难的优点，从而进一步增强由本发明保护的安全性。

9.另外，可以创建具有根据特定掩模放置在证件不同区域中的不同基本条带，或者具有放置在彼此顶上的不同基本条带的基层。这能够产生可以具有不同方向、形状、强度和可能地颜色并且可以由包括单个显现线条格栅或多个显现线条格栅的显现层显现的莫尔条纹。不同基本条带图案的叠加可以允许隐藏基本条带图案的一些，从而提供对仅可由主管当局或者由专用鉴别设备检测的保护隐藏方法的支持。

10.本发明的另一个优点在于它产生当基层和显现层一个相对于另一个移动或旋转时变化的动态莫尔条纹的能力。通过平滑地改变位于基本条带中的图案，可以产生平滑变化的莫尔条纹。作为选择，通过将基本条带图案的不同变化形式以不同的相位包含到基本条带中，可以产生当在基层顶上移动显现层时其形状、强度和颜色可以平滑或强烈变化的多图案莫尔条纹。产生的莫尔条纹形状、强度和/或颜色的这种变化可义变成参考并且提供鉴别证件或贵重物品的简易方法。

11.另一个优点在于从可变强度(或颜色)图像显现的莫尔条纹可能代表可用来检查证件真实性的代码的事实。这对于保护例如身份证件以及其持有者的照片特别有用。没有显现层，照片是明显的。使用显现层，包含验证码的莫尔条纹变得明显。

12.基本条带图案包含到可变强度(或颜色)图案中可以提供第二级微小微结构图案，当由显现线条格栅显现时其产生给出关于包含该图像的证件有效性的信息，例如具有出发、到达和有效性信息的旅行证件或者具有事件名和入场券有效性数据的入场券。

13.几何变换允许根据不同标准(例如基本条带格栅的几何布局可能每个月改变)创建大量基本条带设计，其由相应变换的显现线条格栅显现。该大量设计能力使得可能的伪造者连续地使伪造设计适应新的几何变换非常困难。

引用的参考文献

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Claims (29)

1.一种安全性设备，用于鉴别选自证件和商品的物品，包括

(a)包括基本条带的基层，所述基本条带包含沿着该基本条带结合原始形状的不重复的基本条带图案，以及

(b)包括显现线条格栅的显现层，

其中基本条带和显现层的叠加产生莫尔条纹，其是基本条带图案的变换，该变换至少包括所述原始形状的放大。

2.根据权利要求1的安全性设备，其中放大沿着一个方向，所述放大由依赖于基本条带周期T1，线条格栅周期T2，以及基本条带与线条格栅方向之间的相对角度θ的缩放因子d来确定。

3.根据权利要求2的安全性设备，其中缩放因子d由d＝(x_i-λ)/x_i给出，其中λ＝T1/tanθ且其中x_i＝(T1/tanθ)-(T2/sinθ)，缩放因子在代数化简之后变成d＝T2/(T2-T1cosθ)。

4.根据权利要求1的安全性设备，其中至少一组基本条带是曲线。

5.根据权利要求1的安全性设备，其中显现线条格栅是曲线。

6.根据权利要求1的安全性设备，其中基层和显现层根据一组几何变换参数非线性变换，该组几何变换参数允许所述安全性设备的个性化。

7.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包括由选自方向参数，周期参数和几何变换参数的不同参数表征的多组基本条带。

8.根据权利要求1的安全性设备，其中显现线条格栅包括选自连续线，点线，间断线和部分穿孔线的线条。

9.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包括多个交错图案，并且其中在基层顶上移动显现层产生包含多个交错图案的变换和混合版本的莫尔条纹。

10.根据权利要求1的安全性设备，其中该证件鉴别是通过将所述莫尔条纹与参考莫尔条纹进行比较来完成的，并且该参考莫尔条纹是先前在已知真实的物品中基层和显现层的叠加中看到的记忆的参考莫尔条纹，并且其中比较莫尔条纹和参考莫尔条纹由肉眼观察来执行。

11.根据权利要求1的安全性设备，其中基层在不透明载体上成像而显现层在透明载体上成像。

12.根据权利要求1的安全性设备，其中基层和显现层位于所述物品的两个不同部分上，从而使得莫尔条纹的肉眼观察能够由所述物品的基层和显现层的叠加来执行。

13.根据权利要求1的安全性设备，其中基层由用于将图像转印到载体上的处理创建，所述处理选自平版印刷，影印，摄影，电子摄影，雕刻，刻蚀，穿孔，浮雕，喷墨和染料升华处理。

14.根据权利要求1的安全性设备，其中基层由选自透明设备，不透明设备，光学变化设备和衍射设备的单元实施。

15.根据权利要求1的安全性设备，其中显现层是选自具有透明线条的不透明塑料、圆柱状显微透镜和模仿圆柱状显微透镜行为的衍射设备的单元。

16.根据权利要求1的安全性设备，其中基层位于选自钞票，支票，商业票据，身份证，护照，旅行证件，入场券，光盘，产品，粘贴在产品上的标签以及产品的包装的物品上。

17.根据权利要求16的安全性设备，其中选自基层和显现层的其中一层位于产品上，且选自相同集合的另一层位于产品的包装上。

18.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包含其颜色根据它们的位置逐渐变化的图案，从而在层叠加中产生它们的颜色根据它们的位置而变化的莫尔条纹。

19.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包含其形状根据它们的位置而逐渐变化的图案，从而在层叠加中产生其形状根据它们的位置而变化的莫尔条纹。

20.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包含根据局部强度而逐渐变化形状的图案。

21.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包含根据局部颜色而逐渐变化形状的图案。

22.根据权利要求1的安全性设备，其中基层包括以结合基本条带图案的抖动显示阵来抖动的图像，其中没有显现层，则图像出现，而具有显现层，则能够验证物品真实性的莫尔条纹出现。

23.根据权利要求22的安全性设备，其中图像是证件持有者的照片。

24.根据权利要求1的安全性设备，其中基层图案使用至少一种非标准墨水印刷，从而使得使用在普通影印机和台式系统中可获得的标准青色，品红色，黄色和黑色墨水进行它的忠实复制困难，所述非标准墨水选自色移之外颜色墨水，不透明墨水，荧光色墨水，彩虹色墨水，金属色墨水和紫外线墨水。

25.一种用于鉴别选自证件和商品的物品的方法，包括步骤：

a)提供根据前面权利要求中任何一个的安全性设备，

b)将包含基本条带的基层和显现层叠加，从而产生莫尔条纹，以及

c)比较所述莫尔条纹和参考莫尔条纹，并且依赖比较的结果，接受或拒绝物品。

26.根据权利要求25的方法，其中在基层顶上移动显现层的附加步骤产生莫尔条纹动画。

27.根据权利要求25的方法，其中基本条带是半色调图像的一部分，并且其中没有显现层，则半色调图像可见，且其中将显现层叠加在基层顶上则使得莫尔条纹变得可见。

28.根据权利要求25的方法，其中莫尔条纹产生由字母数字字符组成的代码，并且其中比较莫尔条纹和参考莫尔条纹的步骤包括将所述代码和位于所述物品上的参考代码进行比较。

29.根据权利要求25的方法，其中莫尔条纹产生由字母数字字符组成的加密代码，并且其中比较莫尔条纹和参考莫尔条纹的步骤还包括解密所述代码的附加步骤。

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