CN102982606A - 一种利用物理特征识别的防伪方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用物理特征识别的防伪方法和系统，其方法包括：在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源照射下，并由光学系统和光学传感器通过采集反射图像进行物理特征图像的采集；该物理特征图像的采集通过先后至少两次：第一次由第一预定角度的第一光源照射下实现，第二次由第二预定角度的第二光源照射下实现；该第一预定角度与第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别。本发明利用物理特征识别的防伪方法和系统由于采用二次反射方式通过光学采集纸张本身的纤维纹理方式实现模式识别和防伪，可以有效抵御印刷纸张纹理的攻击。

Description

一种利用物理特征识别的防伪方法和系统

技术领域

本发明涉及一种对物质的物理防伪方法和系统，尤其涉及的是一种利用照射物质并采集的自身物理特征实现防伪的方法和系统。

背景技术

现有技术中的纸张防伪或票据防伪，主要都是通过加入特殊控制的原料或者特别纸张，通过对原料或相关技术的严格控制来达到防伪的目的，例如在纸张中添加荧光纤维以实现对物理特征的独特化。

但额外采用一定的物理特征原料或技术控制来实现纸张防伪时，如添加荧光纤维，需要较高要求的加工工艺，对生产的成本和技术水平要求高，其实现的系统化要求复杂，需要对传统的造纸工艺增加额外的添加过程，工艺过于复杂，同时增加纸张的成本。从技术方面讲，实际上，既然一方可以生产相关材料，仿冒者也就同样可能生产，随着科技的进步，一个工艺的独有性几乎是不可能的，而且仿冒者也可以通过其它途径获得相关物理特征原料和技术。一旦失去对用于防伪的物质或技术的专有性，那么这样的防伪技术也就失去了防伪的意义。此外，以荧光纤维防伪而言，其也是无法抵御荧光打印克隆的。

现有技术中，本发明发明人之前所采用的技术方案如图2所示，是直接通过放大采集纸张纹理特征的技术，但在采集图像时，尤其是较大放大倍数的图像采集时，这种采集方式是很难采集到清晰图像的。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用物理特征识别的防伪方法和系统，针对无需额外增加其他防伪结构而采用本身物理特征进行防伪的技术，寻找适合于低成本实现的技术手段，以实现对诸如纸张等物质的防伪鉴别。

本发明的技术方案如下：

一种利用物理特征识别的防伪方法，其方法包括以下步骤：

A、在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源照射下，并由光学系统和光学传感器通过采集反射图像进行物理特征图像的采集；

    该物理特征图像的采集通过先后至少两次：第一次由第一预定角度的第一光源照射下实现，第二次由第二预定角度的第二光源照射下实现；该第一预定角度与第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别；

B、对两次采集的物理特征图像分别进行图像处理，提取物理特征数据，并记录到特征数据库；

C、在鉴别该物质真伪时，通过步骤A的光学系统采用同样的倍数，在同样的位置两次获取其物理特征图像，并进行同样的图像数据处理，提取图像中的物理特征数据；

D、与特征数据库中记录存储的对应物理特征数据进行模式识别，判断是否一致，以判断该物质的真伪。

所述的防伪方法，其中，所述第一预定角度为与纸面呈接近90度；所述第二预定角度为与纸面呈接近0度。

所述的防伪方法，其中，所述物理特征包括纹理、密度和/或高度。

所述的防伪方法，其中，所述物质为纸张。

所述的防伪方法，其中，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用放大预定倍数、缩小预定倍数或保持与实物同等大小的倍数方式获取物理特征图像。

所述的防伪方法，其中，所述步骤Ａ中获取物理特征图像时，所述光学系统采用不定的放大倍数，并在所述物理特征数据中进行记录。

所述的防伪方法，其中，在步骤Ｂ中还将所述物理特征数据记载到二维码中并印刷在所述待鉴别的物质表面上，并在步骤Ｄ中通过读取二维码中的数据进行判断对比识别。

所述的防伪方法，其中，对所述物理特征数据还进行加密运算后再记载到二维码中。

一种利用物理特征识别的防伪系统，其包括：

一预先存储物理特征数据的特征数据库；

一光学系统及一光学传感器，以及一第一光源，设置在以第一预定角度照射的位置；以及一第二光源，设置在以第二预定角度照射的位置，所述第一预定角度与所述第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别；所述光学系统用于对待检测的物质予以定位，并对该位置的物质予以分辨率调整，由所述光学传感器获取该定位处的两个不同物理特征图像；

一图像处理模块，用于将所述两物理特征图像处理成为物理特征数据；

一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中存储的对应物理特征数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据是否一致，并判断所述待检测物质的真伪。

所述的防伪系统，其中，所述第一预定角度为与纸面呈接近90度；所述第二预定角度为与纸面呈接近0度。

本发明所提供的一种利用物理特征识别的防伪方法和系统，由于采用二次反射方式通过光学采集纸张本身的纤维纹理方式实现模式识别和防伪，而这些特征信息均是造纸过程中自然形成的，同时采用透射光源采集特征图像，这些特征图像反应了纸张的立体的信息，而透射纸张所获得图像信息，可以有效抵御印刷纸张纹理的攻击，通过二次采集图像能够低成本的实现对其物理特征的图像采集，并通过相应的模式识别后，实现物质真伪的防伪鉴别。

附图说明

图1为现有技术中纤维参数的计量表格示意图。

图2为现有技术中已有防伪系统的系统示意图。

图3为本发明利用物理特征识别的防伪方法及系统中的光学系统结构示意图。

图4为本发明利用物理特征识别的防伪方法和系统的较佳实施例中纸张放大纤维结构示意图。

图5为本发明利用物理特征识别的防伪方法流程示意图。

图6为本发明利用物理特征识别的防伪系统的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明利用物理特征识别的防伪方法和系统，其目的是利用获取的物质自身物理特征唯一性特点，通过光学系统多次反射采集图像来唯一识别真伪，此种技术其实现的成本低，容易实现，且图像效果更容易识别处理。

本发明方法和系统利用物质自身的物理特征，例如其纹理、密度、高度和/或颜色等，无需额外的防伪材料，识别其物理特征图像后，进行数字化处理，形成物理特征数据，以实现防伪标签的功能。此种防伪方式的实现是无法通过荧光油墨打印等方法克隆的，同时其实现的成本又可以达到足够低。此数字化的处理过程，在现有技术中本领域普通技术人员是熟知的，比如，在得到纤维纹理图像后，可以获得纤维的分布信息，纤维的走向、弯曲度、长短等等，这些信息可以作为图像的特征数据进行提取。因为纤维的分布是全随机过程，是“上帝”的意志，因此就不存在纤维分布相同的纸张。再比如，如果要对其密度、高度和颜色等特征信息中的一种或多种进行组合识别时，就可以得到唯一的识别结果，其处理后的物理特征数据是唯一的。

以纸张为例，纸张中含有大量的植物纤维，这些纤维在生产过程中是无序排列的，并且很难通过人工进行批量仿制的。即使通过油墨打印，也没有分辨率足够大到可以克隆放大情况下的物理特征；即便有足够的打印分辨率，可以在有限区域内打印出纤维的形态，由于本发明两次以上的不同角度采集物理特征图像，采集到的图像也将是待识别纸张本身的纤维形态信息，是客观立体信息，单纯打印的仿冒信息是不可能和原始的真的纸张的物理特征数据和信息相同的。如果能够提前在纸张上确定某个区域内的纹理特征，并将该特征数字化，就可以利用此数字化特征进行真伪识别。

如图4所示为2倍光学放大情况下的纸张物理特征图像。从该物理特征图像中可以看出，纤维的纹理是比较清晰地，并且是无序的，且由于是通过光源照射采集图像，图像是经过待鉴别物质的反射获得的，其图像的亮度值会下降。但由于反射系统中，光源和光学系统及光学传感器设置在被照射物质的同一侧，相对于透视方式的适应范围更宽泛，其设备成本更低。

本发明防伪方法和系统，在通过图像处理、模式识别的方法对其进行处理后，就可以提取纤维图像特征，进行数码化处理，用于此后的真伪识别。这种处理是较为常见的处理过程，例如在得到纤维图像后，可以获得纤维的分布信息，纤维的走向、弯曲度、长短等等，这些信息可以作为图像的特征数据。当然还可以使用很多经典的统计学方法，比如灰度共生矩阵、Hu不变距等，或者使用图像局部特征描述的经典算法：SIFT或SURF等，这些算法为现有技术所常见，在此不再赘述。

本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法，采用多次反射采集的光学采集方式，如图3和图5所示，其包括了以下步骤：

首先，在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置和足以识别物质本身物理特征的预定放大倍数，这个预定放大倍数可以放大，也可以缩小，甚至可以原倍数采集；将待鉴别物质放置在光源下照射，由采集图像的光学系统及光学传感器，获取物质反射后的光学物理特征图像。

较好的是该物理特征图像的采集通过先后至少两次：第一次由第一预定角度的第一光源照射下实现，第二次由第二预定角度的第二光源照射下实现；该第一预定角度与第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别；较好的是，所述第一预定角度为与纸面呈接近90度；所述第二预定角度为与纸面呈接近0度。

在更多的实施例中，所述第一光源和第二光源可以由一个光源装置实现，即通过控制由第一预定角度移动到第二预定角度，进行先后两次的照射，并由同一光学系统和光学传感器进行物理特征图像的采集。

所述两次物理特征图像采集中的放大倍数可以采用相同的放大倍数，也可以采用不同的放大倍数，或者受控随机产生放大倍数，如此可以形成特征识别的真正防伪性能，连设备的生产者以及防伪数据的采集者都不能获知其具体的放大倍数，从而无法仿冒其防伪数据，增强了其防伪性能。

然后，对所采集到的物理特征图像进行数字化处理，提取出其中的物理特征数据，并记录到特征数据库；在鉴别该物质真伪时，同样通过上述步骤的两次反射式光采集图像和物理特征识别，所述光学系统将对该物质采用同样的放大倍数，并在同样的位置获取物理特征图像，采用同样的特征提取方法进行数字化处理，以得到待鉴别的物理特征数据。

当采用变化的放大倍数进行物理特征图像采集时，该放大倍数可以形成记录数据形成在物质表面，如条码或二维码中。

将该待鉴别的物理特征数据与特征数据库中预先存储的物理特征数据进行模式识别比对，如果能够得到一致性判断，则可以判断该物质为真，否则为伪。这样对票据、卡片甚至布匹等重要的物质例如收藏品就可以进行防伪识别了，该识别无须依赖于防伪技术工艺的特殊处理，只是改进识别设备即可，实现了利用物理特征进行识别的独特性和防伪性，而且实现的设备成本具有实用化的低成本特点，实现的物理特征图像防伪效果极佳。

须注意的是，本发明采用反射方式采集图像时两次不是上限，可能是多次。两次或多次的目的是为了获得物质表面的立体信息，但也并不是说一次拍摄不可以。只是一次拍摄在打印精度足够（目前是不够得）的情况下，有可能被打印克隆，而多次拍摄可以抵御打印克隆。

本发明所述利用物理特征识别的防伪方法和系统中，所述物质可以采用任何物理载体，例如纸张，布片，塑料膜或塑料卡片等物品，尤其是针对收藏品的物理本身识别，将具有特别实际的意义。上述物理特征图像中的物理特征通常包括纤维纹理，密度和/或高度等。

本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法中，更佳的实施例方式是，在上述光学传感器和光学系统中，获取物理特征图像时不采用固定的放大倍数（也包括缩小倍数），而是采用不固定的放大倍数，也就是依据能够识别物理特征数据的倍数范围进行变化倍数采集物理特征图像，同时记录其倍数，这样所得到的物理特征数据中同时须记录其放大倍数。由此，在识别时也采用同样的倍数进行图像的采集和识别，这种方式本身就增加了仿造的难度。

为防止网络不可用时的防伪识别不能进行，本发明防伪方法还提供了一种在无网络可用时的备选防伪识别方案，即将数字化处理后的物理特征数据记录到二维码中，将该二维码印刷到待鉴别的物质表面；在模式识别时通过读取该二维码中的数据进行识别对比，当然，为增加数据的防伪性能，对该二维码中记载的数据也可以先进行加密运算。如此，在没有联网的状态时，可以直接通过对二维码的记载和模式识别后，判断物品的真伪性。该二维码可以理解为是一个记录单独数据的数据库。

本发明利用物质自身物理特征识别的防伪系统，如图3和图6所示，其针对可透光的待鉴别防伪物质，设置包括：一接入互联网中预先存储物理特征数据的特征数据库，通常设置在服务器上，预先设置有数个特征提取、打印设备的识别处理，将识别后的物理特征数据存储到该特征数据库中。每一所述特征提取、打印设备中设置有光学系统和光学传感器，以及第一光源和第二光源，如图3所示，所述待鉴别的物质放置在光学系统下方，经过第一光源或第二光源的照射并发射图像进入光学系统中，经过所述光学系统对图像按照预定的放大倍数进行清晰度调整，在预定位置和足以保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别区别的第一预定角度与第二预定角度进行物理特征图像获取；由所述光学传感器获取该预定放大倍数的物理特征图像；以及，一图像处理模块，用于将所述物理特征图像处理成为物理特征数据，这个处理过程为现有技术所已知，在此不再赘述；一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中的存储数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据，并判断所述待检测物质的真伪，如果得到一致性判断则为真，否则为假。

用于识别真伪的验证设备中也设置同样的光学系统、光学传感器和第一光源、第二光源，以便执行相同的图像获取动作和图像处理过程。所述模式识别模块的模式识别方式可以但不限于经典统计学方法或局部特征描述法(SIFT或SURF)或者SVM分类器等。这些模式识别的算法在目前技术中分类太多，就不再一一赘述。

所述用于识别真伪的验证设备可以采用联线的方式，从特征数据库中获取待验证的数据，进行比对；也可以采用离线方式，从印刷在物质表明的二维码中获取待对比的物理特征数据。

利用物质（纸张）本身的的纹理特征进行防伪具有很大的好处：首先，不再使用其它防伪材料，可以减少生产成本。其次，使用纸张的纤维特征，也使仿冒者的仿冒成本变得异常高昂，仿冒者可以仿冒纸张的手感、厚度，但很难仿冒纸张纤维本身的排列纹理。再者，由于没有其它防伪材料的加入，也可以减少仿冒材料生产者本身进行仿冒的可能。

本发明利用物理特征识别的防伪方法和系统中，在将物质载体或标签的预定位置放大到预定放大倍数（或缩小，或相同倍数）后，即可形成一定的物理特征图像，由于采用了多次反射的光学系统例如两次，反射系统相对于透射系统应用范围更宽泛，其光学系统成本更低，同时通过两次反射的光学图像，就可以从不同角度获取同一区域的物理特征，在实际上，就能绘制出该区域的立体图像，因此其物理特征的唯一性可以用来进行防卫。本发明方法中物理特征图像容易获取，具有独特唯一的识别特征，且是物质本身的物理特性，他人无法批量抄仿，也不可能通过荧光打印的方式进行克隆复制，保证了物质载体的识别唯一性，尤其适合书画收藏品等有价值物品以及重要身份证件（如护照等）的防伪。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种利用物理特征识别的防伪方法，其方法包括以下步骤：

A、      在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源照射下，并由光学系统和光学传感器通过采集反射图像进行物理特征图像的采集；

    该物理特征图像的采集通过先后至少两次：第一次由第一预定角度的第一光源照射下实现，第二次由第二预定角度的第二光源照射下实现；该第一预定角度与第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别；

B、       对两次采集的物理特征图像分别进行图像处理，提取物理特征数据，并记录到特征数据库；

C、       在鉴别该物质真伪时，通过步骤A的光学系统采用同样的倍数，在同样的位置两次获取其物理特征图像，并进行同样的图像数据处理，提取图像中的物理特征数据；

D、与特征数据库中记录存储的对应物理特征数据进行模式识别，判断是否一致，以判断该物质的真伪。。

2.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述第一预定角度为与纸面呈接近90度；所述第二预定角度为与纸面呈接近0度。

3.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述物理特征包括纹理、密度和/或高度。

4.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述物质为纸张。

5.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用放大预定倍数、缩小预定倍数或保持与实物同等大小的倍数方式获取物理特征图像。

6.根据权利要求１所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤Ａ中获取物理特征图像时，所述光学系统采用不定的放大倍数，并在所述物理特征数据中进行记录。

7.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，在步骤Ｂ中还将所述物理特征数据记载到二维码中并印刷在所述待鉴别的物质表面上，并在步骤Ｄ中通过读取二维码中的数据进行判断对比识别。

8.根据权利要求7所述的防伪方法，其特征在于，对所述物理特征数据还进行加密运算后再记载到二维码中。

9.一种利用物理特征识别的防伪系统，其特征在于，包括：

一预先存储物理特征数据的特征数据库；

一光学系统及一光学传感器，以及一第一光源，设置在以第一预定角度照射的位置；以及一第二光源，设置在以第二预定角度照射的位置，所述第一预定角度与所述第二预定角度保证两个光源照射下的物理特征图像有可识别的区别；所述光学系统用于对待检测的物质予以定位，并对该位置的物质予以分辨率调整，由所述光学传感器获取该定位处的两个不同物理特征图像；

一图像处理模块，用于将所述两物理特征图像处理成为物理特征数据；

一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中存储的对应物理特征数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据是否一致，并判断所述待检测物质的真伪。

10.根据权利要求9所述的防伪系统，其特征在于，所述第一预定角度为与纸面呈接近90度；所述第二预定角度为与纸面呈接近0度。

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