CN102147941B - 基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法。该方法首先利用离散脉冲太赫兹波透射穿过百元正版人民币中全部或选定特征点，构建出正版人民币太赫兹吸收系数指纹谱数据库，然后根据其中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上仅3－5个待测透射点，使离散脉冲太赫兹波分别透射穿过每个选定透射点，获得各透射点的太赫兹吸收系数光谱，再将各光谱与指纹谱数据库进行比对分析，判定出每个透射点是否伪造的归属，进而判定待鉴定疑似人民币的真伪。太赫兹波的指纹特性和纸张穿透性以及选定待测透射点的随机性，保证了鉴定结果的准确性。本方法无需全局扫描，只需扫描少数几个特征点，极大地缩短了鉴定时间。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹技术应用领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱技术的人民币可选多特征点透射鉴真方法。
背景技术
太赫兹(Terahertz，THz)辐射通常指介于微波与红外光之间，频率在0.1THz到10THz（1THz=1012Hz）的电磁波，此波段的电磁辐射具有很多独特的性质。太赫兹波技术主要具有以下特点：(1)太赫兹时域光谱技术采用相干测量技术，不仅能获得太赫兹波瞬时电场的幅值信息，同时还能获得相位信息。(2)太赫兹波段具有丰富的指纹特性，对应着大多数分子的转动或振动能级，许多有机分子在太赫兹波段内具有指纹谱，可用于物质鉴定或识别。(3)太赫兹辐射能透过纸张、陶瓷、塑料、干木片等多种物质，可用于这些材料的质量控制。(4)太赫兹辐射光子能量很小，频率为1THz的电磁波的光子能量只有4mev，是X射线的百万分之一，不会危害到辐射对象，可用于无损检测。(5)利用太赫兹时域光谱技术可以获得亚皮秒、飞秒时间分辨率，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰，信噪比可以达到1010。
中国国民经济飞速发展引发人民币现金的广泛流通，纸质人民币因具有重量轻，面值大，易携带等优点，长期以来一直被广泛使用和流通。但是，经常有不法分子制造的大量假人民币出现在市面上，极大地干扰了正常的金融秩序，因此精确地鉴定人民币的真伪对维护金融秩序、保持人民生活稳定有着重要的意义。现行的人民币鉴真技术主要有磁性鉴别技术、光学鉴别技术等。磁性技术主要通过检测印制人民币号码时所用油墨中氧化铁、钴等磁性物质以及人民币上磁性安全线的磁信号强度及磁信号分布来进行鉴别。光学技术主要通过检测真假人民币在紫外光或红外光等光线下表现出的不同的透射或反射光学特征信号来进行鉴别。现在不法分子制造假人民币的技术也日益提高，经常有假币骗过使用上述技术的点钞机的报道，而太赫兹波具有的指纹性、纸张穿透性、高时间分辨率、高信噪比等特点表明，太赫兹技术也可用于人民币鉴真领域。
专利文献（公开号：CN101231767A）中方法采用了连续太赫兹波成像技术，利用连续太赫兹波上下、左右逐点扫描待鉴定疑似人民币上各点，经处理后得到待测币的太赫兹图像，再与预存的标准人民币太赫兹图像对比进行鉴定。因该方法需逐点扫描待鉴定疑似人民币上所有各点，所以影响鉴定速度。另外，该方法采用了连续太赫兹波，虽然其太赫兹辐射波长在40 
到300可调，但检测时一般仅选用某单一特定波长的太赫兹波扫描各待测点，然后仅利用该波长太赫兹波透过各待测点之后的光强信息进行太赫兹成像，因而无法同时获得待测点处物质在宽太赫兹波段范围内的吸收系数、折射系数等太赫兹指纹光谱信息，所以太赫兹波的指纹谱特性并未被得到充分应用。
太赫兹波的指纹谱特性和纸张穿透性表明，利用离散太赫兹波透射穿过疑似人民币的某待测点获得该待测点的吸收系数指纹波谱，并利用所获吸收系数指纹波谱与正版人民币上对应点的吸收系数指纹波谱比对，从而鉴定出该待测点是否伪造的方法是可行的。利用离散太赫兹波透射穿过疑似人民币所有各点对整张疑似人民币进行鉴定在理论上也是可行的，但是为获得疑似人民币上每一个透射点的吸收系数指纹波谱，透射时必须在每个透射点停留一段时间记录整个太赫兹波段电子脉冲的时域波形，而疑似人民币上全部透射点的数量巨大，导致透射穿过疑似人民币上所有各点时所花费的总时间成本过高，是鉴定机构完全不能接受的。
太赫兹波的指纹特性也同时表明，透射穿过疑似人民币上少数几个具有不同特征的透射点就可以对疑似人民币进行鉴定，透射穿过所有各点是完全没有必要的。但是如果少数几个特征透射点的方位固定，一旦被造假者利用，反而不利于疑似人民币的鉴定。因此如果几个特征透射点方位的选取方式由固定选取改为随机选取，根据太赫兹波的指纹特性以及特征点选取的随机性，假币要想顺利通过太赫兹波透射鉴定，造假者制造出的假币上每一点的太赫兹吸收系数谱都必须与真币上相应各点的指纹谱完全一致，而造假者只有在其制造假币的技术、流程、参数和设备必须与国家造币厂完全相同的条件下，才有可能制造出来以假乱真的假币，而绝大部分情况下造假者都达不到这样的技术条件。即使造假者有这样的技术条件制造出能通过太赫兹波透射鉴定的假币，他们制造假币的成本也远高于销售假币的获得的利润，故制造假币得不偿失的。所以基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法是完全可行的。
太赫兹波的指纹特性和纸张穿透性以及选定待测透射点的随机性，可保证本方法鉴定结果的准确性。目前尚无利用离散脉冲太赫兹波且仅扫描待鉴定疑似人民币上随机选取的少数几个具有不同指纹谱的特征点，并利用正版人民币各对应特征点的太赫兹透射吸收系数指纹谱对疑似人民币的真假进行鉴定的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于太赫兹时域光谱技术的人民币可选多特征点透射鉴真方法。
基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法的步骤如下：
1)选定正版百元人民币上全部或若干特征点，构建正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库和分类数据库；
2)按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点；
3)将待鉴定疑似人民币平铺在固定架上，并放入THz时域光谱检测系统的样品池中，使得太赫兹光路焦点位于每个选定的特征点上，开启THz时域光谱检测系统使离散脉冲太赫兹波分别透射穿过疑似人民币的每个选定的透射特征点，计算获得待鉴定疑似人民币各选定透射点在0.2-2.8THz波段范围内的太赫兹吸收系数光谱；
4)将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点；
5)统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪。
所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库构建方法为：在THz时域光谱检测系统中，测量没有放置样品时的THz脉冲时域电场波形作为参考信号
；选定正版百元人民币上全部或若干特征点；将正版人民币平铺在固定架上，并放入检测系统的样品池中，按照特征点编号逐一调整特征点至太赫兹光路焦点位置，分别测量太赫兹波垂直穿透正版人民币上每个选定特征点之后的一组THz脉冲时域电场波形作为样品信号
；对时域参考信号
和每个不同特征点对应时域样品信号
分别进行傅立叶变换可得到相应的频域谱
和；利用理论公式计算出正版人民币上各选定特征点的折射率、吸收系数等光学参数：
其中
为频率，
为样品的折射率，
为样品的吸收系数，
为样品厚度，统一取为单张百元人民币的平均厚度值0.09mm，
为光速，
和
分别为样品信号频域谱和参考信号频域谱
的振幅模比值和相位差；从而得到正版人民币各选定特征点在0.2-2.8THz太赫兹波段的吸收系数指纹谱，最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库。
所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库构建方法为：逐一分析正版人民币各特征点吸收系数指纹谱中吸收峰的位置及吸收峰强度特征，首先对所有特征点做出基本分类，即将具有相同或相近吸收峰位的特征点归为同一个类别；然后在每一个基本分类中，对其中的特征点继续分类，将其中具有相近峰位且强度大小相近的多个特征点归为同一个子类别，特别要将其中具有相近峰位但强度明显超大或超小的特征点单独归为一个子类别等；最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库。
所述的按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点步骤，包括两个随机性，一为正版人民币特征点类别的随机选取，二为每个选定的正版人民币特征点类别中对应的待鉴定疑似人民币上的待测透射特征点的随机选取，即仅需扫描随机选定的少数几个具有不同指纹谱的特征点而无需逐点扫描所有各点，具体为：如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数大，则利用随机数表或随机数生成软件直接从中随机选取3－5个基本类别，然后再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计选取3－5个特征点；如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数小，则首先利用随机数表或随机数生成软件从无子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，并且从有子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，共计选取2－3个基本类别，再利用随机数表或随机数生成软件直接从每个选定的无子类别的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，而从每个选定的有子类别的基本类别中随机选取1－3个子类别，共计选取1－3个子类别，再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的子类别中所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计随机选取3－5个特征点。
所述的将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点步骤，包括：对于疑似人民币上每个透射点，计算出透射点吸收系数谱中在0.2-2.8THz波段范围内出现吸收峰位的总数及各个吸收峰的峰位，判断该透射点是否与正版人民币上对应特征点属于同一基本类别，如果不属同一基本类别，判定此透射点为伪造点，如果同属一个基本类别，则需继续比照该透射点与正版人民币上对应特征点的吸收峰位、峰强数据，两系列数据如果不一致，则判定此透射点为疑似伪造点，如果两系列数据一致，则继续比照在0.2-2.8THz波段范围内的全部吸收系数大小，如果吸收系数差异大，则判定此透射点为疑似伪造点，如果吸收系数差异不大，则判定此透射点为非伪造点。
所述的统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪步骤，包括：首先统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数。如果3－5个透射特征点中伪造点的个数在一个或一个以上，则判定待鉴定疑似人民币为假币，如果3－5个透射特征点中疑似伪造点的个数在两个或两个以上，判定待鉴定疑似人民币为假币，其他情况均判定待鉴定疑似人民币为真币。
本发明与现有技术相比具有的有益效果
本方法利用了疑似人民币上待测点在宽太赫兹波带的太赫兹指纹光谱信息对疑似人民币进行鉴定，太赫兹波的指纹特性得以充分利用。本方法无需对疑似人民币所有各点进行全局扫描，只需扫描随机选取的少数几个特征点，极大地缩短了鉴定时间，鉴定方法方便快捷。本方法不会对待鉴定疑似人民币造成破坏性影响，属于无损鉴定。太赫兹波不会破环生物组织，使用本方法对鉴定人员而言有高安全性。
附图说明
图1是100元正版纸质人民币透射点分布图；
图2是THz时域光谱检测系统示意图；
图3是1号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图4是2号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图5是3号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图6是4号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图7是5号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图8是6号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图9是7号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图10是8号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图11是9号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图12是10号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图13是11号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图14是12号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图15是13号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图16是14号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图17是15号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图18是16号透射点在0.2-2.8THz波段的特征吸收光谱；
图19是I1类特征点的特征吸收光谱；
图20是I2-1类特征点的特征吸收光谱；
图21是I2-2类特征点的特征吸收光谱；
图22是I 2-3类特征点的特征吸收光谱。
具体实施方式
基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法的步骤如下：
1)选定正版百元人民币上全部或若干特征点，构建正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库和分类数据库；
2)按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点；
3)将待鉴定疑似人民币平铺在固定架上，并放入THz时域光谱检测系统的样品池中，使得太赫兹光路焦点位于每个选定的特征点上，开启THz时域光谱检测系统使离散脉冲太赫兹波分别透射穿过疑似人民币的每个选定的透射特征点，计算获得待鉴定疑似人民币各选定透射点在0.2-2.8THz波段范围内的太赫兹吸收系数光谱；
4)将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点；
5)统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪。
所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库构建方法为：在THz时域光谱检测系统中，测量没有放置样品时的THz脉冲时域电场波形作为参考信号
；选定正版百元人民币上全部或若干特征点；将正版人民币平铺在固定架上，并放入检测系统的样品池中，按照特征点编号逐一调整特征点至太赫兹光路焦点位置，分别测量太赫兹波垂直穿透正版人民币上每个选定特征点之后的一组THz脉冲时域电场波形作为样品信号
；对时域参考信号
和每个不同特征点对应时域样品信号分别进行傅立叶变换可得到相应的频域谱
和
；利用理论公式计算出正版人民币上各选定特征点的折射率、吸收系数等光学参数：
其中
为频率，
为样品的折射率，为样品的吸收系数，
为样品厚度，统一取为单张百元人民币的平均厚度值0.09mm，为光速，
和
分别为样品信号频域谱
和参考信号频域谱
的振幅模比值和相位差；从而得到正版人民币各选定特征点在0.2-2.8THz太赫兹波段的吸收系数指纹谱，最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库。
所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库构建方法为：逐一分析正版人民币各特征点吸收系数指纹谱中吸收峰的位置及吸收峰强度特征，首先对所有特征点做出基本分类，即将具有相同或相近吸收峰位的特征点归为同一个类别；然后在每一个基本分类中，对其中的特征点继续分类，将其中具有相近峰位且强度大小相近的多个特征点归为同一个子类别，特别要将其中具有相近峰位但强度明显超大或超小的特征点单独归为一个子类别等；最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库。
所述的按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点步骤，包括两个随机性，一为正版人民币特征点类别的随机选取，二为每个选定的正版人民币特征点类别中对应的待鉴定疑似人民币上的待测透射特征点的随机选取，即仅需扫描随机选定的少数几个具有不同指纹谱的特征点而无需逐点扫描所有各点，具体为：如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数大，则利用随机数表或随机数生成软件直接从中随机选取3－5个基本类别，然后再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计选取3－5个特征点；如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数小，则首先利用随机数表或随机数生成软件从无子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，并且从有子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，共计选取2－3个基本类别，再利用随机数表或随机数生成软件直接从每个选定的无子类别的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，而从每个选定的有子类别的基本类别中随机选取1－3个子类别，共计选取1－3个子类别，再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的子类别中所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计随机选取3－5个特征点。
所述的将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点步骤，包括：对于疑似人民币上每个透射点，计算出透射点吸收系数谱中在0.2-2.8THz波段范围内出现吸收峰位的总数及各个吸收峰的峰位，判断该透射点是否与正版人民币上对应特征点属于同一基本类别，如果不属同一基本类别，判定此透射点为伪造点，如果同属一个基本类别，则需继续比照该透射点与正版人民币上对应特征点的吸收峰位、峰强数据，两系列数据如果不一致，则判定此透射点为疑似伪造点，如果两系列数据一致，则继续比照在0.2-2.8THz波段范围内的全部吸收系数大小，如果吸收系数差异大，则判定此透射点为疑似伪造点，如果吸收系数差异不大，则判定此透射点为非伪造点。
所述的统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪步骤，包括：首先统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数。如果3－5个透射特征点中伪造点的个数在一个或一个以上，则判定待鉴定疑似人民币为假币，如果3－5个透射特征点中疑似伪造点的个数在两个或两个以上，判定待鉴定疑似人民币为假币，其他情况均判定待鉴定疑似人民币为真币。
实施例：以下以图1所示的16个透射特征点为例。
基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法的THz时域光谱实验装置如图2所示。该装置由美国Coherent公司的Vitesse-800-5型钛蓝宝石飞秒激光器和美国Zomega公司太赫兹系统组成。飞秒激光器脉冲的中心波长为800nm，脉宽<100fs，重复频率为80MHz，输出频率960mW。飞秒激光器产生激光后进入太赫兹系统，经过半波片后被立方分束镜后分为光束I和II，两束光的能量通过半波片来调节。较强光束I作为泵浦光，通过由计算机控制的时间延迟装置后射向光电导天线砷化镓（CaSe）晶体激发THz脉冲，经抛物面镜组准直聚焦后入射到样品池的待测样品上。较弱光束II作为探测光，与从样品透射后载有样品信息的THz波共线通过探测晶体碲化锌（ZnTe），THz脉冲的电场利用线性电光效应调制电光晶体ZnTe的折射率椭球，线偏振的探测光与载有样品信息的THz脉冲电场发生作用后偏振性质变为椭圆偏振，测量探测光的椭偏度就能获得THz脉冲电场的波形。通过ZnTe晶体后偏振性质发生变化的探测脉冲经过1/4玻片后被偏振分束器分为两偏振方向垂直的分量，利用差分探测器测量两偏振分量的强度差，测得信号经锁相放大器放大后输入计算机进行处理。
为减少空气中水分对THz脉冲的吸收并提高信噪比，整个THz光路（除了样品池部分）被罩在充有氮气的箱体内(见图2中虚线框)，箱内相对湿度约为6%，箱内温度为305K。为确保测量时的环境更贴近实际鉴定时的真实环境，整个样品池部分并未充有氮气，而是直接暴露在室内空气中，室内或样品池的相对湿度约为32%。THz时域光谱系统的操作通过Labview支持的THz控制软件进行的。
基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法的实施例主要包括以下步骤：
1)事先人为选定正版百元人民币上全部或若干特征点。本例仅选取了如图1所示的16个特征点作为太赫兹波的透射点。
2)在THz时域光谱检测系统中，测量没有放置样品时的THz脉冲时域电场波形作为参考信号
。
3)将正版人民币平铺在固定架上，放入THz时域光谱检测系统的样品池中，并使得每次测量之前，系统的太赫兹光路焦点位于选定的某个特征点上且保证太赫兹光路垂直于人民币展平面，按照特征点编号逐一调整特征点至光路焦点位置，分别测量太赫兹波透过每个选定特征点之后的一组THz脉冲时域电场波形作为样品信号。
4)对参考信号
和每个不同特征点对应样品信号
分别进行傅立叶变换可得到相应的频域谱
和
。
5)利用公式：
计算出正版人民币上各选定特征点在0.2-2.8THz波段范围内的折射率、吸收系数等光学参数，从而得到正版人民币各选定特征点在太赫兹波段的吸收系数指纹谱（如图3-图18所示），构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库。其中计算时使用的样品厚度均取为单张百元人民币的平均厚度值0.09mm，原因在于人民币各点的纸张精确厚度并不容易测量，虽不严格相等但差异并不太大，如果取为固定值则不仅构建指纹谱的计算更为快捷，且实际鉴定时也无需再单独测量待鉴定币透射点处的厚度，只要同样使用固定的相等厚度值计算相应光谱再与指纹谱比对即可，这样的处理方法本质上对人民币的鉴定没有影响。
6)逐一分析正版人民币各特征点吸收系数指纹谱中吸收峰的位置及吸收峰强度等特征，首先对所有特征点做出基本分类，即将具有相同或相近峰位的特征点归为同一个类别。然后在每一个基本分类中，将其中具有相近峰位和强度大小相近的多个特征点归为同一个子类别，特别要将其中具有相近峰位但强度明显超大或超小的特征点单独归为一个子类别等。完成分类后，将所有特征点有关类别及子类别的各项信息同时记录到正版人民币太赫兹指纹谱数据库中，构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库。
以本例选取的16个透射特征点为例：
1号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有4个吸收峰，吸收峰位分别为0.62、1.58、2.14、2.61，吸收峰强度分别为31.9、66.5、96.0、174；
2号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.14、1.58、2.14、2.64，吸收峰强度分别为40.4、49.7、73.3、112.8、223.9；
3号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.11、1.58、2.11、2.58，吸收峰强度分别为41.8、27.1、62.2、91.3、124.7；
4号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.62、1.14、1.55、2.11、2.61，吸收峰强度分别为43.6、44.6、74.7、106.8、192.9；
5号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.11、1.58、2.11、2.61，吸收峰强度分别为40.1、26.9、58.2、80.4、151；
6号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有4个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.58、2.17、2.61，吸收峰强度分别为43.9、88.8、127.7、199；
7号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.67、1.08、1.58、2.11、2.61，吸收峰强度分别为47.4、43.8、75.2、110.5、174；
8号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有4个吸收峰，吸收峰位分别为0.73、1.55、2.17、2.58，吸收峰强度分别为58.4、41.7、83、138；
9号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.05、1.58、2.08、2.61，吸收峰强度分别为42.8、26、48.7、72.3、97.1；
10号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.62、1.05、1.55、2.11、2.61，吸收峰强度分别为42.1、22.4、55.4、78.8、139.7；
11号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.67、1.14、1.55、2.14、2.61，吸收峰强度分别为50.5、86.9、123.6、191.2、299.2；
12号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有4个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.58、2.11、2.61，吸收峰强度分别为40.2、15.4、54.3、111.2；
13号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.08、1.55、2.11、2.61，吸收峰强度分别为48.2、44.8、76.9、116.8、185.6；
14号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.62、1.03、1.55、2.11、2.61，吸收峰强度分别为37.9、24.5、56.7、96.7、182.4；
15号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.03、1.58、2.08、2.64，吸收峰强度分别为43.9、26.7、52.2、85.5、166.3；
16号特征点在0.2-2.8THz波段范围内有5个吸收峰，吸收峰位分别为0.64、1.05、1.55、2.08、2.61，吸收峰强度分别为46.9、40、54.3、82.6、111；
从吸收峰位的分布情况可以看出，16个特征点的吸收峰主要位于0.60-0.75THz、1.00-1.15THz、1.54-1.60THz、2.05-2.20THz以及2.55-2.65THz等五个THz波段。在0.60-0.75THz波段范围内，16个特征点出现了0.62、0.64、0.67及0.73四个不同吸收峰位，分别出现了4、9、2、1次，主要集中出现在0.64THz处；在1.00-1.15THz波段范围内，16个特征点出现了1.03、1.05、1.08、1.11及1.14五个不同吸收峰位，分别出现了2、3、2、2、3次，分布较为平均，但其中有4个特征点在此波段范围内未出现吸收峰；在1.54-1.60THz波段范围内，16个特征点仅出现了1.55和1.58两个不同吸收峰位，分别出现了7、9次，分布较为平均；在2.05-2.20THz波段范围内，16个特征点出现了2.08、2.11、2.14、2.17四个不同吸收峰位，分别出现了3、9、3、1次，主要集中出现在2.11THz处；在2.55-2.65THz波段范围内，16个特征点出现了2.58、2.61、2.64三个不同吸收峰位，分别出现了2、12、2次，主要集中出现在2.61THz处。
根据以上初步分析，可首先按照在某个THz波段是否出现吸收峰或在某几个THz波段是否同时出现吸收峰对正版人民币上所有特征点进行基本分类。以A、B、C、D、E五个不同波段为例，如果正版人民币上有特征点均出现了仅在A和C波段出现吸收峰而在B、D、E波段内未出现吸收峰的共同特征，则将这些特征点归于一类，如果正版人民币上有特征点在A、D、E三个波段内出现吸收峰而在B、C波段内未出现吸收峰的共同特征，则将这些特征点归于另一类，诸如此类，所有特征点都被归于某个特定的基本类别中。本例中正版人民币16个特征点由于数量有限，有若干个特征点在1.00-1.15THz波段范围内未出现吸收峰，而其余特征点在此波段内均出现了吸收峰，所以可以简单地按照是否在1.00-1.15THz波段范围内出现吸收峰将16个特征点分为两个大类：I1类和I2类，其中I1类包含未在1.00-1.15THz波段范围内出现吸收峰的编号为1、6、8、12四个特征点，其余在1.00-1.15THz波段范围内出现吸收峰的12个特征点归到I2类，I1类特征点的特征吸收谱如图19所示。
从进行基本分类的上述分类原则可以发现，基本分类完成后，每个基本类别中所包含的所有特征点均具有相同或相近的吸收峰位，但这些特征点的指纹谱中的重要信息――吸收峰强仍可能有较大差异。因此对于每个包含较大数量特征点的各个基本类别，可以按照吸收峰的强度大小继续分类，将强度大小相近的特征点归为同一个子类别，特别将其中强度明显超大或超小的特征点单独归为一个子类别。而如果某基本类别中所含特征点的数量较少，则无需再继续分类。以上述的基本类别I2类为例，I2类中的各特征点均在0.60-0.75THz、1.54-1.60THz、2.05-2.20THz以及2.55-2.65THz波段内出现吸收峰，吸收峰位较为接近，但吸收峰强可能有较大差异。由于其中所包含的特征点数量较多，可以对其继续分类，将其分为多个子类。I2类中所有12个特征点中，编号为2和11的特征点在整个0.2-2.8THz波段范围内的吸收系数相对较大，特别是在2.55-2.65THz波段内的吸收峰强表现非常明显，因此可将编号为2和11的特征点归到I2-1子类，I2-1子类特征点的特征吸收谱如图20所示。编号为3、5、9、10、16的特征点在整个0.2-2.8THz波段范围内的吸收系数相对较小，特别是在2.55-2.65THz波段内的吸收峰强表现非常明显，且各特征点的吸收峰强较为接近，因此可将编号为3、5、9、10、16的特征点归到I2-2子类，I2-2子类特征点的特征吸收谱如图21所示。编号为4、7、13、14、15的特征点在整个0.2-2.8THz波段范围内的吸收系数相对为适中，特别是在2.55-2.65THz波段内的吸收峰强表现非常明显，且各特征点的吸收峰强较为接近，因此可将编号为4、7、13、14、15的特征点归到I2-3子类，I2-3子类特征点的特征吸收谱如图22所示。
综上所述，本例中正版人民币16个特征点分为两个大类：I1类和I2类，其中I1类包含编号为1、6、8、12四个特征点。I2类包含剩余全部十二个特征点，且I2类所含特征点被继续分成三个子类：I2-1类、I2-2类和I2-3类，其中I2- 1类包含编号为2和11的特征点，I2-2类包含编号为3、5、9、10、16的特征点，I2-3类包含编号为4、7、13、14、15的特征点。每个特征点的分类信息同时记录到正版人民币太赫兹指纹谱数据库中，构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库，即每个特征点除了记录THz基本指纹光谱信息之外，还既要记录所属基本类别的各项信息，也要记录所属子类别的各项信息，以方便后期指纹谱数据库的检索比对。
7)对于待鉴定真伪的疑似人民币，随机选取待测透射特征点。如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数大，则利用随机数表或随机数生成软件直接从中随机选取3－5个基本类别，然后再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计选取3－5个特征点；如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数小，则首先利用随机数表或随机数生成软件从无子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，并且从有子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，共计选取2－3个基本类别。再利用随机数表或随机数生成软件直接从每个选定的无子类别的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，而从每个选定的有子类别的基本类别中随机选取1－3个子类别，共计选取1－3个子类别，再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的子类别中所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计选取3－5个特征点。将利用上述方法随机选定的特征点全部作为疑似人民币的待测透射特征点。
8)将待鉴定疑似人民币平铺在固定架上，放入THz时域光谱检测系统的样品池中，使得太赫兹光路焦点位于每个选定的特征点上，开启THz时域光谱检测系统使太赫兹波分别透射穿过疑似人民币的每个已选定的透射特征点，按照前述计算过程，获得待鉴定疑似人民币各选定透射点在0.2-2.8THz波段范围内的太赫兹吸收系数谱。
9)将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析。对于疑似人民币上每个透射点，首先利用自行编写的程序计算出透射点吸收系数谱中在0.2-2.8THz波段范围内出现吸收峰位的总数及各个吸收峰的峰位，判断该透射点是否与正版人民币上对应特征点属于同一基本类别，如果不属同一基本类别，则判定此透射点为伪造点，如果同属一个基本类别，则需继续比照该透射点与正版人民币上对应特征点的吸收峰位、峰强数据，两系列数据如果不一致，则判定此透射点为疑似伪造点，如果两系列数据一致，则继续比照在0.2-2.8THz波段范围内的全部吸收系数大小，如果吸收系数差异大，则判定此透射点为疑似伪造点，如果吸收系数差异不大，则判定此透射点为非伪造点。
10)统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪。如果3－5个透射特征点中伪造点的个数在一个或一个以上，则判定待鉴定疑似人民币为假币，如果3－5个透射特征点中疑似伪造点的个数在两个或两个以上，则判定待鉴定疑似人民币为假币，其他情况均判定待鉴定疑似人民币为真币。
Claims (6)
1.一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于它的步骤如下：
1)选定正版百元人民币上全部或若干特征点，构建正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库和分类数据库；
2)按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点；
3)将待鉴定疑似人民币平铺在固定架上，并放入THz时域光谱检测系统的样品池中，使得太赫兹光路焦点位于每个选定的特征点上，开启THz时域光谱检测系统使离散脉冲太赫兹波分别透射穿过疑似人民币的每个选定的透射特征点，计算获得待鉴定疑似人民币各选定透射点在0.2-2.8THz波段范围内的太赫兹吸收系数光谱；
4)将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点；
5)统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪。
2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库构建方法为：在THz时域光谱检测系统中，测量没有放置样品时的THz脉冲时域电场波形作为参考信号 
；选定正版百元人民币上全部或若干特征点；将正版人民币平铺在固定架上，并放入检测系统的样品池中，按照特征点编号逐一调整特征点至太赫兹光路焦点位置，分别测量太赫兹波垂直穿透正版人民币上每个选定特征点之后的一组THz脉冲时域电场波形作为样品信号
；对时域参考信号
和每个不同特征点对应时域样品信号分别进行傅立叶变换可得到相应的频域谱
和
；利用理论公式计算出正版人民币上各选定特征点的折射率、吸收系数等光学参数：
其中
为频率，
为样品的折射率，
为样品的吸收系数，
为样品厚度，统一取为单张百元人民币的平均厚度值0.09mm，
为光速，
和
分别为样品信号频域谱
和参考信号频域谱
的振幅模比值和相位差；从而得到正版人民币各选定特征点在0.2-2.8THz太赫兹波段的吸收系数指纹谱，最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的基本数据库。
3.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于所述的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库构建方法为：逐一分析正版人民币各特征点吸收系数指纹谱中吸收峰的位置及吸收峰强度特征，首先对所有特征点做出基本分类，即将具有相同或相近吸收峰位的特征点归为同一个类别；然后在每一个基本分类中，对其中的特征点继续分类，将其中具有相近峰位且强度大小相近的多个特征点归为同一个子类别，特别要将其中具有相近峰位但强度明显超大或超小的特征点单独归为一个子类别；最终构建出正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库。
4.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于所述的按照正版人民币太赫兹指纹谱分类数据库中的分类数据，利用随机方法选定待鉴定真伪的疑似人民币上3－5个待测透射特征点步骤，包括两个随机性，一为正版人民币特征点类别的随机选取，二为每个选定的正版人民币特征点类别中对应的待鉴定疑似人民币上的待测透射特征点的随机选取，即仅需扫描随机选定的少数几个具有不同指纹谱的特征点而无需逐点扫描所有各点，具体为：如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数大，则利用随机数表或随机数生成软件直接从中随机选取3－5个基本类别，然后再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计选取3－5个特征点；如果正版人民币指纹数据库特征点的基本类别的个数小，则首先利用随机数表或随机数生成软件从无子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，并且从有子类别的基本类别中随机选取1－2个基本类别，共计选取2－3个基本类别，再利用随机数表或随机数生成软件直接从每个选定的无子类别的基本类别所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，而从每个选定的有子类别的基本类别中随机选取1－3个子类别，共计选取1－3个子类别，再利用随机数表或随机数生成软件从每个选定的子类别中所含所有特征点中分别随机选取1个特征点，总计随机选取3－5个特征点。
5.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于所述的将疑似人民币上各选定透射特征点的太赫兹吸收系数光谱与已有的正版人民币太赫兹指纹谱数据库的分类数据库中对应各特征点的类别数据，以及基本数据库中的对应各特征点的指纹数据进行比对分析，判定疑似人民币上每个透射点的归属，是属于伪造点、疑似伪造点还是非伪造点步骤，包括：对于疑似人民币上每个透射点，计算出透射点吸收系数谱中在0.2-2.8THz波段范围内出现吸收峰位的总数及各个吸收峰的峰位，判断该透射点是否与正版人民币上对应特征点属于同一基本类别，如果不属同一基本类别，判定此透射点为伪造点，如果同属一个基本类别，则需继续比照该透射点与正版人民币上对应特征点的吸收峰位、峰强数据，两系列数据如果不一致，则判定此透射点为疑似伪造点，如果两系列数据一致，则继续比照在0.2-2.8THz波段范围内的全部吸收系数大小，如果吸收系数差异大，则判定此透射点为疑似伪造点，如果吸收系数差异不大，则判定此透射点为非伪造点。
6.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的人民币可选多特征点透射鉴真方法，其特征在于所述的统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，判断出待鉴定疑似人民币的真伪步骤，包括：首先统计随机选定的3－5个透射特征点中伪造点、疑似伪造点和非伪造点的个数，如果3－5个透射特征点中伪造点的个数在一个或一个以上，则判定待鉴定疑似人民币为假币，如果3－5个透射特征点中疑似伪造点的个数在两个或两个以上，判定待鉴定疑似人民币为假币，其他情况均判定待鉴定疑似人民币为真币。
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