CN103098101B - 标记产品和由消费者验证产品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

标记产品的方法包括：用第一分辨率，在所述产品的表面或内部形成对复制稳定的标记的步骤，用高于第一分辨率的第二分辨率，在所述产品的表面或内部形成对复制敏感的标记的步骤，捕获所述稳定标记，所述敏感标记和产品另一部分的图像的步骤，以及存储表示所述稳定标记，敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项的步骤。在实施例中，在至少一个标记形成步骤中，这个标记形成步骤中形成的标记的位置相对于其他图像部分是随机的。

Description

标记产品和由消费者验证产品的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种标记产品的方法和设备及一种由消费者验证产品的方法和设备。本发明适用于一切种类的产品，不论是否具有包装。

背景技术

现有技术中已知的产品验证设备是为配有昂贵的特殊装备的专业人员储备的。所以消费者无法在购买（例如，在商场）前或者消费（如，餐馆）前检验产品的真实性。因此，昂贵产品，尤其是酒精，药品和香水等的伪造容易扩张。

发明内容

本发明的目的是弥补这些缺陷中的全部或部分。

为此，根据第一方面，本发明设想了一种用于标记产品的方法，包括：

-用第一分辨率，在所述产品上或所述产品内形成对复制稳定的标记的步骤，

-用高于所述第一分辨率的第二分辨率在所述产品上或所述产品内部形成对复制敏感的标记的步骤；

-捕获所述稳定标记，所述敏感标记及产品另一部分的图像的步骤；以及

-存储表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项的步骤。

由于这些准备，即使产品被非法复制，也可通过稳定标记被识别，并且，首先通过敏感标记，其次通过产品的部分的图像得到验证。以这种方式，对敏感标记的破坏和更改不能阻碍对产品的验证。此外，即使图像质量不允许对敏感标记进行处理，产品也可以通过比较表示存储的图像的信息和表示由畅销的图像传感器捕获的图像的信息项而得到验证。

因此，本发明使具备移动通信终端，如带有图像传感器或摄像头的个人数字助理或移动电话的消费者能够对产品进行验证。

根据特定的特征，在至少一个形成步骤中，在这个形成步骤中产生的标记的位置，相对于其他图像部分，是随机的。

由于这些准备，稳定标记，敏感标记与产品其他部分之间的几何特征使产品验证成为可能。

根据特定的特征，所述稳定标记是二维条形码。

例如，这种二维条形码是DataMatixe(注册商标)。通过这种方式，大量信息可被存储在产品上（例如，制造商名称和产地及生产日期）。

根据特定的特点，所述对复制敏感的标记是数字验证码，作为本发明主题的这种方法包括确定表示所述对复制敏感的标记的打印错误的信息项的步骤，并且，在存储步骤中，所述表示打印错误的信息项被存储。

根据特定的特征，形成标记的每个步骤中，所述标记相对于产品元素的位置是可变的，并且，在捕获图像的步骤中，所述元素的图像被捕获。

根据特定的特征，在形成标记的步骤中，对于两个不同产品，形成的标记受到不同的补偿。

根据第二方面，本发明设想了一种产品标记设备，包括：

-用第一分辨率，在所述产品上或所述产品内形成对复制稳定的标记的装置，

-用高于所述第一分辨率的第二分辨率，在所述产品上或所述产品内，形成对复制敏感的标记的装置，

-设计用于捕获所述稳定标记，所述敏感标记及产品另一部分的图像的图像传感器，

-存储表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项的装置。

根据第三方面，本发明设想了一种产品验证方法，包括：

-用比稳定标记和产品另一部分更高的分辨率，在所述产品上捕获稳定标记和对复制敏感的标记的图像的步骤，

-发送表示所述稳定标记，所述敏感标记和所述其他图像部分的图像的信息项的步骤，

-将表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项与至少一个远程存储的信息项进行比较的步骤，以及

-根据所述比较步骤的结果，显示与已被捕获图像的产品相关的数据的步骤。

在实施例中，在比较步骤中，首先进行确定对复制敏感的标记的图像质量的步骤，以及

-如果质量高于预设值，比较表示对复制敏感的标记的信息项，或

-如果没有高于预设值，比较表示产品其他部分的信息项。

通过这种方式，即使对复制敏感的标记的图像质量不足，例如，由于图像捕获设备或条件等原因，仍然可以评估产品的真实性。

根据第四方面，本发明设想了一种产品验证设备，包括：

-用高于稳定标记和产品另一部分的分辨率在所述产品上捕获稳定标记和对复制敏感的标记的图像的装置，

-发送表示所述的稳定标记，所述敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项的装置，

-将表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述其他图像部分的图像的信息项与至少一个远程存储的信息项进行比较的装置，以及

-显示与产品相关的数据的装置，所述产品的图像已根据比较装置提供的结果被捕获。

由于这种标记设备，验证方法和验证设备的优势，目标及特点与作为本发明的主题的标记方法类似，这里不再重复。

附图说明

参照附件中的附图，从下面的描述中，能够明显地看到本发明的其他优势，目标和特点，这些的描述作为示例，没有限制本发明，其中：

-图1以前视图的方式，示意性的表示出作为本发明主题的设备的第一特定实施例，

-图2以逻辑图表的方式，表示了本发明主题方法的特定实施例中采用的步骤，

-图3以放大图的方式，表示了使用在本发明主题方法的特定实施例中的数字标识图案，

-图4以放大图的方式，表示了图3中的数字标识图案按照第一印刷序列印刷在卡片上，

-图5以放大图的方式，表示了图3中的数字标识图案按照第二印刷序列印刷在卡片上，

-图6表示了从图4和图5所表示的已打印的标识图案中的一个中捕获的图像的离散余弦变换，

-图7A和7B以逻辑图的方式，表示了在作为本发明主题的方法的特定实施例中采用的步骤，

-图8表示了在作为本发明主题的方法的特定实施例中使用的两组标识图案的分数分布，

-图9示出了在确定打印能取得的最优错误率时得到的图表，以及

-图10表示了在图1，图2中图解说明的，作为本发明主题的方法和设备的特定实施例中所用产品的一部分。

具体实施方式

在详细描述本发明各种特定实施例之前，将描述中要用到的一些定义说明如下：

-“信息矩阵”：消息的一种物理表示，可被机器读取，通常附在固体表面上（不像水印或数字水印那样，修改要打印的设计的像素值）。信息矩阵的定义包括，例如，2D条形码，一维条形码和其他的低侵入性的表示信息的方式，如“Dataglyphs”（数据标记）。

-“标记”或“打印”：任何将数字图像（优选地，包括信息矩阵）转换为其在现实世界中的表示的方法，这种表示通常形成在表面：以排他的方式，包括：喷墨打印，激光打印，平版印刷和热敏印刷以及压纹，激光刻印和全息图生成。还包括一些更复杂的方法，如模塑，其中，数字图像首先刻在模具上，然后模塑在每个产品上。要注意的是，可以认为“模塑”的图像在物理世界中具有三维，即使它的数字表示只包括二维。还要注意到，上面提到的这些方法，其中一些还包含几种变换，例如，传统的平版印刷（不同于“计算机直接制版印刷）中包括薄膜的生成，所述薄膜用于生成印版，所述印版用于印刷。其他的方法还允许通过使用可见光光谱外的频率或把信息刻入表面内部等方式在不可见的范围内打印信息项；

-“印记”或“表示图像的信息”：所有测得的特征值，这些特征值使标记能够被表示，并与其他标记的表示相比较；

-“捕获”：任何获得现实世界的数字表示的方法，包括产品外表面或产品厚度（thickness）的数字表示（利用背光方法）；

-“单元”：这是规则的区域，通常，是矩形乃至正方形的可变特征点图案（“VCDP”），其中，最多具有预设数量的点，该预设数量通常等于1；

-“生成像素”：考虑用来生成“可变特征点图案”VCDP的最小区域；

-“点”：极小尺寸的打印基本区域，可能是可变的，与背景形成对比，该“点”通常表示一个或多个生成像素。

-“捕获像素”或“图像像素”：一种区域，其图像对应于图像传感器的一个光敏基本点或像素。

数字验证码，也称作“DAC”或对复制敏感的标记，是一些数字图像，这些数字图像被设计为一旦标记（例如通过打印或对媒介的局部修改）在媒介上之后，如果标记的图像被复制，一些通常能从捕获的图像中自动测出的特征就被修改。数字验证码通常以复制步骤中的一个或多个对复制敏感的信号的劣化为基础，是一个具有对复制敏感的可测特征的图像元素所带有的信号。一些类型的数字验证编码还可以具有能使包含它的文件被识别或追踪的信息项。

有几种类型的数字验证码。复制检测图案，在下面也称为“CDP”，是通常具有伪随机特性的密集图像。读取的原理基于图像比较，以便测量原始复制检测图案和捕获的复制检测图案间的相似指数（或不相似指数），例如通过图像传感器：如果被捕获的图像是一个复制品，那么与原始图像相比，具有较低的相似指数。

与二维条形码类似，加密信息矩阵（secured information matrices），也在下文中称为“SIM”，是被设计为以稳定（robust）的方式携带大量信息的图像。然而，不像二维条形码那样，加密信息矩阵是对复制敏感的。当读取时，从矩阵提取的编码消息的错误率就被测出，复制图像的错误率会高于原始图像的错误率，这使复制品的图像可以被从原始图像中区分出来。

图1中示出一个实施例，其中作为本发明主题的标记设备11被改装成一种机器，用来处理要标记的产品20，该产品可能已在其他地点或其他日期被打印过。在其他的实施例中，作为本发明主题的设备11被改装成为印刷链并处理产品，该处理从产品外表面或内部的初始打印开始。

例如，要被标记的产品20是用于工业产品的标签或包装。

产品识别设备11包括：

-已知类型的拆垛机15，其拆分产品20，

-已知类型的传送器16，

-堆垛机17，其堆叠设备11处理过的产品20，

-以第一分辨率，在所述产品上或产品内部形成对复制稳定的标记的装置18，

-以高于所述第一分辨率的第二分辨率，在所述产品上或产品内部形成对复制敏感的标记的装置19，

-在每个产品20上，捕获稳定标记，对复制敏感的标记及产品另一部分（见图10）的图像的装置25，

-根据捕获装置25提供的图像生成独特的印记的装置30，该印记随产品不同而变化，以及

-单独地存储对应于产品20的印记的远程存储装置40，例如，一个数据库。

在本发明适用于印刷链的情况中，拆垛机15在印刷链的上游并且只有经过印刷后，产品20才会首先具有稳定标记，其次是对复制敏感的标记，或者说是反复制标记。

在实施例中，反复制标记是上文描述过的DAC。

图像捕获装置25包括摄像机26和至少一个光源27，如果反复制标记形成在产品20的厚度（thickness）内，或产品20对于至少一种光的波长足够透明，则光源27可以通过背光实现。图像捕获装置25还包括检测产品20到达的装置28，例如放置在产品20遵循的路径上，且来自读取装置25上游的一个光电单元。

印记生成装置30处理由摄像机26捕获的图像，该装置确定稳定标记的图像，对复制敏感的标记的图像及产品20中一部分的图像的特征。因此，为了匹配产品和单独地为每个产品20生成的印记，视觉系统动态地读取产品上具有稳定标记和对复制敏感的标记的那部分的图像，然后发送信息到生成印记的装置30中。

在实施例中，印记由所捕获图像的一部分形成，优选地，印记按稳定标记和敏感标记的尺寸成比例地归一化。在其他的实施例中，如下面所描述的实施例，一部分围绕稳定标记和敏感标记的被捕获的图像被处理。

例如，如图10所示，经过处理的图像部分100对应于稳定标记105高度和宽度的3倍，并且以敏感标记110的右下角为中心。该图像部分包括产品的另一部分115，如商标或字迹，优选地，该商标或字迹相对于稳定标记和敏感标记的位置依产品20的不同而变化。

生成印记的方法的一个例子在下面示出。

-从图像信息的子集“ICNA”中，利用关联值计算函数“F”或可选地使用一个或多个被指定为“K”的其他参数的函数“F’”计算出关联值“VA”，

-获得时间戳“T”，

-获得生成印记的机器的标识“ID”，

-获得印记的加密密钥“KCV”，

-为获得级联值“C”，利用“CONC”函数将“VA”，“T”，和“ID”级联，优选地，用二进制方式表示，并且

-为获得“CENC”，用加密函数“ENCRYPT”和加密密钥KCV对级联值“C”编码。

关于“F”函数，其是以非限制性的方式从子集“ICNA”中计算出值“VA”的函数。

关于“F’”函数，例如，在其与参数“K”一起使用的情况中，可以是一个加密函数（例如，已知名为三重数据加密标准“Triple-DES”或高级加密标准“AES”）。“F’”函数也可以是一个结合密钥的散列函数，其中参数“K”必须被保密。

关于“CONC”函数，值“VA”，“T”和“ID”可以是整数或者是已定义集合中的某个值（例如，有四台生成印记的机器，那么“ID”就有四种可能的值）。在第二种情况中，定义了表示所述可能值的集合所需要的二进制位数。在第一种情况中，整数通常在指定的二进制位集合内被表示。

关于“ENCRYPT”函数，可以是对称加密函数，例如已知的名为“TripleDES”，“AES”或“RC4”的函数，或是非对称加密函数，例如已知的名为“RSA”的函数。

在下文中描述的有关图3至图8的本发明实施例中，采用如下步骤：

-步骤301至303中，数字化地设计稳定标记和易变性标记（fragilemark），

-步骤311至314中，计算出印记，

-步骤320至326中，优化标记的打印，以及

-步骤331至334中，在远程存储中存储印记或产品的独特特征。

关于数字化设计敏感标记和确定敏感标记的打印参数，在本发明开头的一些特定特征中，已经发现，如果加密信息矩阵的单一源图像经过多次打印，每次打印时，会受到不同错误的影响。在复制检测图案中，也会发现同样的结果。更一般的，已经注意到，对任何具有足够密度的图像：

-对图像的打印会导致图像的劣化，并且

-每次打印中，打印受到不同劣化的影响。

更准确地说，这种现象并不局限于DAC数字验证码。事实上，考虑到打印中作用的各种随机过程，不论数字图像的密度如何，每次打印都会区别于别的打印。然而，对于低密度的图像，这种差别会少很多也不那么明显。因此，为了捕获这种有时非常细小的差别，需要高得多的捕获分辨率。相反，对于以足够分辨率打印的数字验证码，没有必要使用特别高的捕获分辨率（每英寸1，200点的扫描器已足够）。此外，由于差别很显著，独特特征的提取不需要很高的精确度，这在成本及读取算法的稳定性方面具有优势。

对复制敏感的标记，或标识图案，是被设计并被打印的图像，以便使得对单一源标识图案的每次打印之间的差别最大化。优选地，这些图像以伪随机的方式（例如利用一个或多个密码密钥（cryptographic key））设计，但也可以是完全随机的（区别在于，在第二种情况中，没有密码密钥或不保存密钥）。然而，应注意到，可以不折损安全性地得到原始的数字标识图案。事实上，只有记录在数据库中的标识图案（带有印记）是合法的，而且在理论上，不可能控制打印中的无法预见的未知因素。因此，对原始图像的拥有不会给伪造者带来任何实际的利益，这是在标识图案安全性方面的另一优势。

由于劣化在本质上是随机的并且单一源图像的每次打印产生不同的结果，所以标识图案的每次打印都具有无法复制或转移的独特特征。因此，单一标识图案的每次打印各有不同，从而本身具有确定性的识别方式。所以，可以用不同的方式计算出标识图案的印记，并以不同的方式使用该印记，以提高包含它的产品的安全性，尤其以识别和检测的模式。

标识图案可以是简单的矩形，可能被边界环绕，该边界使探测更容易，但也可以有特殊的形状，例如商标等。然而，矩形的形状在读取（其易于识别），以及与一般形状的数字验证码或例如一维或二维条形码的其他编码的兼容性方面更有优势。

设计标识图案的算法描述如下：，

-在步骤301中，接收密码密钥，例如一个32字节（256比特）的序列，

-在步骤302中，通过使用递归的加密或散列函数，以及用密码密钥初始化的算法，生成所需数量的随机二进制数（bits）。阅读器可以采用FIPS（“联邦信息处理标准”的缩写）和AES（“高级加密标准”的缩写）标准，以及

-在步骤303中，二进制数被组合成图像，例如100×100点，可通过边界完成。

图3示出了打印前的这种标识图案。图4和图5示出了图3所示标识图案的两个不同打印。

数字验证码（或“反复制”码）是经过设计和打印的图像，以便使得原始打印和通过捕获原始打印的图像并利用与一次打印相同的打印参数（特别是分辨率）对该图像进行二次打印所得到的复制品之间的差别最大化。

由于数字验证码的设计和打印特征与标识图案所需要的设计和打印特征接近，所以数字验证码的函数可以与标识图案的函数相结合。例如，需要密码密钥的复制检测图案的设计算法与上面描述的算法相似，即使想得到的结果不同。至于加密信息矩阵的设计算法，需要一个或多个密码密钥，或者一条或多条消息。然而，结果是相似的，即带有伪随机值的图像。

下文中可以看到，标识图案的理想打印条件与数字验证码的理想打印条件相近。因此，从设计和打印出的结果来看，可以将数字验证码的函数和标识图案的函数合并。

关于提取，以及在检验产品时比较标识图案的印记的方法，首先，下文描述了一种通用的提取和比较方法，其中包括提取被捕获的标识图案的一组点的值。

-在步骤311中，确定稳定标记105和敏感标记110在被标记产品的图像中的位置。例如，对于矩形形状的标记，可以提取每个标记四个边沿的位置（高度，宽度），然后，确定所捕获的图像中感兴趣的区域100。

-在步骤312中，当要提取给定数量的点时，提取每个点在图像中的位置及每个点的值。可以通过现有技术中已知的标准的几何技术确定点的位置。例如，图像传感器及所捕获的图像的每个点的取值在0到255范围内。由于位置可能是分数的，对应点所取的值可以是“最邻近法”得出的值，这是一种成本不高但也不准确的方法，或是插值法得到的值。得到的结果是一个256×256的整数（最近邻）或浮点数（插值）矩阵。

-在步骤313中，计算下列各项的二维离散余弦变换：

-对应于稳定标记105的点矩阵

-对应于敏感标记110的点矩阵，及

-对应于预定义图像部分115的点矩阵。

离散余弦变换是有益的，因为在数量少的元件上它能够显著压缩信号的能量。在同样的步骤313中，确定距元素105，110，和115中心的距离的比值或者它们组成的三角形的各个角度的大小。

-在步骤314中，选定每个变换中给定数量的系数，例如，10×10的最低频率系数，还可能删除常数系数，如在位置（0,0）处名为“DC”的系数，然后系数被重新排序成一个向量，该向量构成加密信息矩阵的印记。

注意到，上文描述的方法没有采用任何加密，因此允许任何人计算出印记。在一些不考虑造成安全隐患的情况中，可能需要这样做。相反地，在另一些情况中可能希望只有经过授权的人能够计算出印记。为此，使用一个保密的密码密钥，据此能够确定构成印记的系数。密钥只透漏给授权重构印记的人或实体。现有技术能够让本领域技术人员从密钥中选定系数，通常是利用散列算法或加密算法。

可以以多种方式比较对应于不同捕获图像的两个印记来得到相似度的度量，或者相反地，得到距离的度量。例如，通过度量，得到印记间的相关系数，一种相似度的度量，在下文中被称为“分数”。

注意到，即使不使用敏感标记110，印记的其他元素105和115以及几何关系（距离或角度的比值）也能够通过与远程存储的印记的相关部分相比较，评估已被捕获图像的产品20的真实性。

为证实这种提取独特特征的方法的有效性，生成了一个100×100像素的标识图案100，用每英寸600点的激光打印机将该图案打印100次。用每英寸1200点的“平板”扫描仪对每个打印出的标识图案执行3次捕获。计算出300个捕获图像中每一个的印记。度量44，850对标记中的每一对的分数（该数值由下列计算得到：300*（300-1）/2））。这44，850个标记对被分为两组：

-组A，600对印记，对应于同一打印的标识图案的不同捕获图像，和

-组B，44，250对印记，对应于不同打印的标识图案的捕获图像。

组A的分数在0.975和0.998之间，组B的分数在0.693和0.945之间。图8示出了组A和组B的分数分布。基于这些分数，不会混淆两组间的印记对。因此，利用上文描述的印记计算方法，可以在100次打印中，清楚地确定哪个是被捕获图像的源。

度量“印记分离度”，包括计算组A和组B分数平均值（分别是0.992和0.863）的差值，并利用组A分数的标准偏差（这里是0.005）归一化该差值。得到值25.8。下面将会看到，该指数用于确定能得出最好结果的打印和设计参数。

下面描述有关加密信息矩阵的提取印记的第二种方法。这种方法尤其适用于当标识图案也具有加密矩阵函数的时候。该方法说明了如何提取被捕获的加密信息矩阵的置乱消息（scrambled message）。该置乱消息具有非零的错误率，且错误的结构被用作印记。

这种方法的一个优点在于，能够使用被设计用来读取加密信息矩阵的软件。这最小化了计算所需的开销。

然而，在必要的时候，精确读取加密信息矩阵需要密钥，密钥用来生成要对准的模块（blocks to align）。不是在所有情况下都需要泄漏该密钥。此外，尽量去除特定于每个打印的内部对准差异。这不是必需的，因为这些差异在区分加密信息矩阵的不同打印上有一定作用。

关于确定生成和打印标识图案的最优参数的方法，存在一个劣化的优化等级，能够尽量容易地区分单一源标识图案的不同打印。因此，如果打印的优化等级很低，如1%或2%（标识图案中1%或2%的单元或像素被错读），单一标识图案的不同打印彼此十分接近并且难以可靠地识别，除非具有十分精确地图像捕获和/或一种十分精确的分析算法。类似地，当劣化等级很高时，例如45%或50%（识别图案中45%或50%的单元或像素被错读，50%标志着所读矩阵和源矩阵间没有统计相关性），被打印的标识图案相互之间几乎难以辨认。实际中，劣化的优化等级接近25%，并且，如果本发明条件允许，最好接近这个优化等级。事实上，对25%的劣化，假定打印的差异以及因而出现的劣化是自然概率，对打印的标识图案的每个点，它不同于其他打印的标识图案的概率被最大化。

下面给出错误率的第二种分析，当根据采用的打印装置生成要打印的图像时可供参考。

为了确定怎样生成VCDPs能使复制品的检测得到优化，下面给出一个基于决策论的模型。图像（或点）上测得的特征由信号表示。为简化分析，假设数字信号在打印前具有二进制值，该二进制值对应于能够具有二进制值的特征（如，两种尺寸的点，两个位置等）。实际中大部分打印过程处理的是二进制图像，因此该假设是合理的。明显地，该分析的结论可以推广到更复杂的情况，尤其是对点特征具有多种可能值的情况。通过加入高斯噪声对VCDP的打印建模。还假定以同样的打印方法得到复制品，这样对复制品的打印也通过加入相同能量的高斯噪声建模。此外，在打印复制品之前捕获信号的伪造者，被迫通过估计使错误概率最小化的初始值来重构二进制信号。

这种模型直接对应于可以有1×1或1×2像素的点尺寸的VCDPs（例如，在2400dpi下打印），对这种VCDPs，伪造者必须根据测得的灰度级别或估计的点的表面区域，在通过扫描重构的图像中选择一种点尺寸。例如，这种模型也对应于位置以1像素为单位变化的VCDP。

从这个模型中，可以得出使复制品检出率最大化的最优检测器，检测器值的统计分布，以及参数值。

下面的表格总结了这些不同的变量。

s	源信号
		n，nc	噪声，复制噪声
x	接收的信号

不失一般性，源信号是等概率的，例如，s[：]：{-a，-a},其中1＝0，1，...，N-1,并且a＞0。打印噪声遵循高斯分布N(0，σ²)。

因此，该模型的假定条件可被总结为：

(H0)x[i]：{+a,-a}                           (1)

(H1)n[i]：N(0,σ²)                           (2)

(H2)n_c[i]：N(0,σ²)                          (3)

通过恢复信号到+a，-a间最接近的值，可以容易地检查出伪造者是否最小化了错误的概率。

因此，检测问题由下面两个不同的假定构成：

H₀:x[i]=s[i]+n[i]                           (4)

H₁:x[i]=a.sign(s[i]+n[i])+n_c[i]             (5)

其中H₀和H₁分别是接收到的信号为原始信号和复制信号的假定。

伪造者正确估计源信号取值的概率是：

p(sign(s[i]+n[i])=s[i])=p(s[i]+n[i]>0)      (6)

=p(N(a,σ²)>0)                    (7)

=p(N(0,1)>-a/σ)                 (8)

=Q(-a/σ)                        (9)

其中: $Q\left(x\right)={\left(2\mathrm{\π}\right)}^{-1/2}{\∫}_{-a/\mathrm{\σ}}^{+\∞}{\exp }^{-x^2/2}\mathrm{dx}---\left(10\right)$

接收信号的概率分布如下，其中在假定H₁中有两个高斯分布的混合。

$p(x;H_0)=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2\right)}^{N/2}}\exp [-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x\right[n]-s[n\left]\right)}^2]---\left(10\right)$

$p(x;H_1)=(1-Q(-a/\mathrm{\σ}))\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2\right)}^{N/2}}\exp [-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x\right[n]+s[n\left]\right)}^2]+---\left(11\right)$

$Q(-a/\mathrm{\σ})\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2\right)}^{N/2}}\exp [-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x\right[n]-s[n\left]\right)}^2]---\left(12\right)$

不管简单的相关器是否给出了最优结果，都将检查分类函数。Neyman-Pearson探测器测试决定H₁，不论似然比是否超出阈值t：

$L\left(x\right)=\frac{p(x;H_1)}{p(x,H_0)}>t---\left(13\right)$

似然比由下式给出：

$L\left(x\right)=Q(-a/\mathrm{\σ})+(1-Q(-a/\mathrm{\σ}))\exp [-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}(\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x\right[n]+s[n\left]\right)}^2+\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(x\right[n]-s[n\left]\right)}^2]---\left(14\right)$

取对数，和一个新的阈值t’，得到：

$T^{\&prime;}(x,s)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left[n\right]s\left[n\right]<t^{\&prime;}---\left(15\right)$

因此，分类函数是一个简单的相关器T’，它的值必须低于阈值t’以将信号归类为复制品。

对两种假定确定T’的统计值。可以假设T’遵循高斯分布（对于高的N值成立），对两种假定推导出T’的平均值和方差：

E[T′；H₀]＝Na²   (16)

E[T′;H₁]=Q(-a/σ)Na²-(1-Q(-a/σ))Na²=(2Q(-a/σ)-1)Na²   (17)

Var[T′;H₀]＝Na²σ²   (18)

Var[T′;H₁]=N(a²σ²+a⁴Q(-a/σ)(1-Q(-a/σ)))    (19)

对假定H₁，如果复制品来源于同一原始图像，方差的第二项，(a⁴Q(-a/σ)(1-Q(-a/σ)))，可以删除。实际中，伪造者为最小化工作量而只使用一个原始图像产生大量的复制品，删除该项是合理的。

在两个方差相等的情况中，检测的性能由偏转系数d²表征，其相当于把两种假定条件下函数T’的平均值的差值用T’的方差归一化：

$d^2=\frac{{\left(E\right[T^{\&prime;};H_0]-E[T^{\&prime;};H_1\left]\right)}^2}{\mathrm{Var}[T^{\&prime;};H_0]}---\left(22\right)$

$=\frac{2N^2{a}^4{(1-Q(-a/\mathrm{\&sigma;}))}^2}{N{a}^2{\mathrm{\&sigma;}}^2}---\left(23\right)$

$=\frac{2N{a}^2{(1-Q(-a/\mathrm{\&sigma;}))}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2}---\left(24\right)$

$=2N{(\mathrm{\&gamma;}(1-Q\left(\mathrm{\&gamma;}\right))}^2---\left(25\right)$

其中γ=a/σ，是信噪比的平方根。

由于检测性能随偏转系数的增加而提高，目标即是确定使表达式(γ(1-Q(γ)))²有最大值的γ值。

图9表示根据γ变化的表达式的值。可以做如下理解。接近0的γ值对应于一个相对信号很高的噪声：噪声很高时，第一次打印的信号过于劣化，伪造者引入了很多估计过低的错误，相反的，对于一个过高的γ值，信号的劣化程度不够，并且在绝大多数情况下，伪造者没有引入任何估计错误。在这两种极端条件之间，该表达式经过了一个最优值，在数值上被估计为γ≈0.752。

值得注意的是，对于这个γ值，伪造者没有正确确定取值的概率大约为22.6%。

在实际中，这需要得到一个尽可能接近0.752²，即0.565的信噪比γ²。

让我们举个例子来更好地理解怎样实现这个比值。假设点尺寸是9像素（例如，3×3像素）时，用两种可能的点尺寸（由像素数量表示）生成VCDP。注意到，可利用很多种算法测得点尺寸，例如对灰度级别进行局部自适应阈值处理然后对阈值以下的像素计数。9像素的点被打印足够多的次数。在捕获的图像中，每个点像素的数量的平均值和标准方差被测定。假设得到平均值12（观察到33%的平均增益），标准方差4。该标准方差对应于在我们模型的公式中描述噪声的值σ。因此，为得到一个非常接近最优值的比值γ=0.75，将信号a的目标值定为大约为3的值。为了得到这个信号值，例如，可以定义15像素和6像素两种点尺寸。

优化打印参数的一种可能的算法描述如下：

-在步骤320中，接收可用于标识图案的表面区域，例如边长为1/6英寸的正方形，

-在步骤321中，利用不同的数字尺寸生成标识图案的几种数字图像，该数字尺寸对应于各种可能的打印分辨率，例如，每英寸400点的66×66像素的，每英寸600点的100×100像素的，每英寸800点的133×133像素的，每英寸1200点的200×200像素的标识图案。

-在步骤322中，用合适的分辨率多次打印每个具有不同数字尺寸的标识图案，例如100次，以使打印的规格与可用的表面区域相符合。

-在步骤323中，对每种类型，多次捕获每个打印的标识图案，例如3次，

-在步骤324中，计算每个标识图案的印记，

-在步骤325中，计算出任意一对以相同分辨率捕获的标识图案间的相似性分数，以及

-在步骤326中，对任一打印分辨率，按照在上文提到的通用印记提取方法的测试中描述的方法测量“印记分离度”，并且选定给出该分离度最大值的打印分辨率。

在该方法的一个变形中，以不同的打印分辨率打印多个加密信息矩阵，并且确定通过在别处描述的算法计算出的导致25%错误率的打印分辨率。

在该方法的一个变形中，选定一个打印分辨率，对于这个分辨率，通过比较同一打印的印记而计算出的分数的最低值，与通过比较对应不同打印的印记而计算出的分数的最高值之间相差最大。

对于表示和存储特征的方法，尽可能地减少印记的量是有益的。在识别中，这需要将印记与数据库中存储的很大数量的印记相比较，具有很高的成本。通过减少要比较的印记的规模，特别地，通过避免使用浮点数，来减少开销。

考虑通用印记提取方法的情况。从被捕获的标识图案中提取的最初的数据向量是提取值的256×256矩阵，而它的离散余弦变换的表示，在选定系数后，具有10×10个值。每个值对应一个字节，即，100个字节，这样表示数值矩阵是有益的。

在步骤327中，至少一个产品被打印上标识图案，以产生一个加密的产品。

另一方面，离散余弦变换的系数可以是正的或负的，在理论上没有限制。为了用固定量的信息表示这些数值，数值必须被量化以便以二进制表示。一种可能的方法如下：

在步骤331中，提前对每个系数确定一个最小值和一个最大值，一般地，最大值和最小值具有相同的绝对值。

在步骤332中，确定能够表示每个值的二进制位数或字节数，以及

在归一化步骤333中，将离散余弦变换的每个系数减去该最小值，然后用余数除以最大值，

在步骤334中，该结果乘以被量化数据的可能值的数量，即，256，如果一个字节可以表示任一个值。比较该结果的整数值与原始量化值。

在一个变形中，优化量化步骤以最小化量化错误。

为检查产品的真实性，消费者拍摄一张至少包括稳定标记，对复制敏感的标记和产品的另一部分的图像。

在实施例中，采用如下步骤：

在步骤340中，确定包含在所捕获的图像内的敏感标记或标识图案的印记，

在步骤341中，确定印记是否具有足够的质量，例如，通过确定印记中有多少值大于预设值（事实上，模糊的或分辨率不够的图像有很低的高频系数）。

如果质量足够，在步骤342中，计算340步骤中得到的印记与存储在远程数据库40中的每一个印记间的分数或相似度，

在步骤343中，将计算得到的印记与远程存储的（例如数据库），对应于同一类型的产品的所有印记相比较，确定取得的最大相似度，

在步骤344中，如果最大相似度高于阈值，则认为该标识图案是有效的，即，产品20是真实的，以及，在步骤345中，恢复有关的追踪信息，

如果图像质量不够，在步骤346中，认为该标识图案无效。

在实施例的一个变形中：

在步骤347中，如果标识图案也具有数字验证码的功能，则提取追踪信息。

在步骤348中，使搜索空间得以减小的追踪信息也可以来自其他的来源，例如，有关的条形码，来自控制器的信息，读取产品的非易失性存储器等等，以及

在步骤349中，该信息被用来减小数据库中的搜索空间。例如，制造订单信息使之能够从相应于该制造订单的印记子集中预选要比较的印记。

如果测试341的结果是否定的，在步骤351中，如上文所描述的，对照数据库40，确定稳定标记105、其他图像部分115和几何数据（距离或角度比）的相似度。然后，在步骤352中，根据所得的最大相似度，确定产品20是否是真实的。

在步骤353中，执行步骤347至349.

对于不需要数据库的检查方法，需要将预先计算得到的标识图案的印记存储在产品20上。例如，在计算每个合法产品的印记的步骤中，印记可以存储到数据库40中，也可以以加密的方式存储到文件20上，例如，存储在另外一个形成在产品20上的稳定标记。

对于结合数字验证码的函数使用标识图案，现有技术中独特表征产品的方法采用的是不利用数据库就无法解释的特征。相反，尽管标识图案可能只是不具显著性的图像，正如已看到的那样，它也可以是包括其他功能的图像。特别地，可以是数字验证码，这种情况下，标识图案可以包括加密信息（需要一个或多个密钥来读取），和/或具有验证特性（以区别原版和复制品版）。

图2表示：

步骤205，确定了表示与待验证产品相关的信息项的点矩阵，

步骤210，以一种方式将稳定标记105和对复制敏感的标记110附在产品上，使得敏感标记由于在标记过程中所采用的装置的物理特征而呈现出不可预测的错误，

步骤215，捕获产品20（见图10）的稳定标记105，敏感标记110及另一部分115的图像，可以带有从图像部分100中提取的步骤。

步骤220，通过图像处理确定图像或图像部分100的物理特征，以及

步骤225，将表示不可预知的错误或印记的物理特征的信息项存储到远程存储装置中，例如，存储到可通过网络访问的服务器中。

在步骤205中，确定稳定标记105（例如，数据矩阵Datamatrix）和对复制敏感的标记110（例如DAC或VCDP），例如以区域组成的矩阵的形式，每个区域包括数百个点并表示至少一部分的二进制信息项。在标记105和110中与产品20有关的信息项是，例如，制造商名称，产品的制造订单和/或生产日期。

在步骤210中，稳定标记105被附上。由点矩阵组成的敏感标记110也以一定的分辨率（例如，使用打印机的最大分辨率）同时被附上，这样，复制敏感标记110中至少2%，优选地，5%的点相比于原始点矩阵是错误的，优选地，错误的方式是单独无法预测的。使用这种分辨率的结果，特别是复制产品，例如使用光学或摄影的处理方法，必须要复制对复制敏感的标记110，这会使复制的标记与原始标记相比，至少增加50%的错误级别。

优选地，在步骤210中，其他图像部分115和105、110二者中的至少一个标记的各自位置是随机的。

在步骤220中，确定表示敏感标记110和标记105、110外部的产品20的部分115中错误分布的特征，作为产品20的物理特征或印记。例如，确定从部分115的中心到位于敏感标记110上的错误的重心的向量，并且根据错误的位置对错误加权，然后就确定了一个新的向量并且像这样迭代几次。对稳定标记115执行同样的一串步骤，得到一个独立于对复制敏感的标记但却依赖于产品20的部分115的稳定标记105的印记。

由于发明的使用，即使对大量的产品20使用同样的不带修正的标记方法，例如刻蚀或打印，标记的物理特征和元素115也能够为每个产品20提供至少一个独特的标识或印记。如果不能提供，元素105和115，或许还有几何数据，使产品20的真实性能够被估计。

消费者需要检查产品20的真实性时，对标记的产品20执行一次新的图像捕获。实施对新图像的处理，并把图像处理的结果与存储在远程存储器中的信息相比较，来检查产品20的真实性。

错误量很显著并且能使标记和产品被独特地标识。即使在不能使用复制敏感标记的情况下，也可以利用与稳定标记105和图像部分115相关联的信息检测产品的真实性。

读取与带有稳定标记105的产品有关的数据提供了错误的物理特征数据库的来源和访问方式。

不管所述物品新图像的捕获条件如何，都能够检索到物品的特征。

Claims (16)

1.一种标记产品的方法，其特征在于，包括：

-用第一分辨率，在所述产品的表面或内部形成对复制稳定的标记的步骤，

-用高于所述第一分辨率的第二分辨率，在所述产品的表面或内部形成对复制敏感的标记的步骤，

-捕获稳定标记，敏感标记和产品一部分的图像的步骤，

-存储表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述产品一部分的图像的信息项的步骤；

其中，所述产品一部分为商标或字迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在至少一个形成步骤中，在这个形成步骤中形成的标记的位置相对于其他图像部分是随机的。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述稳定标记是二维条形码。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述对复制敏感的标记是数字验证码，所述方法包括为所述对复制敏感的标记确定表示打印错误的信息项的步骤，并且，在存储步骤中，存储所述表示打印错误的信息项。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在形成标记的每个步骤中，所述对复制稳定的标记和所述对复制敏感的标记相对于产品的元素的位置是可变的，并且，在捕获图像的步骤中，捕获所述元素的图像。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中在形成标记的步骤中，为两个不同产品形成的标记受到不同的补偿。

7.一种标记产品的设备，其特征在于，包括：

-用第一分辨率，在所述产品的表面或内部，形成对复制稳定的标记的装置，

-用高于所述第一分辨率的第二分辨率，在所述产品的表面或内部，形成对复制敏感的标记的装置，

-图像传感器，设计用于捕获稳定标记，敏感标记和产品一部分的图像，以及

-存储表示所述稳定标记，所述敏感标记及所述产品一部分的图像的信息项的装置；

其中，所述产品一部分为商标或字迹。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，至少一个形成装置设计为使形成的标记的位置相对于所述产品一部分的图像是随机的。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的设备，其中，形成所述稳定标记的装置设计为使所述稳定标记是二维条形码。

10.根据权利要求7或8中任一项所述的设备，其中，形成所述敏感标记的装置设计为使所述对复制敏感的标记是数字验证码，所述设备包括为所述对复制敏感的标记确定表示打印错误的信息项的装置，和被设计用来存储所述表示打印错误的信息项的存储装置。

11.根据权利要求7或8中任一项所述的设备，其中，每个形成标记的装置设计为使所述对复制稳定的标记和所述对复制敏感的标记相对于产品的元素的位置可变，并且捕获图像的装置被设计用来捕获所述元素的图像。

12.根据权利要求7或8中任一项所述的设备，其中每个形成标记的装置被设计用来补偿为两个不同产品形成的不同的标记。

13.一种验证产品的方法，其特征在于，包括：

-用高于稳定标记和产品一部分的分辨率，在所述产品上捕获稳定标记和对复制敏感的标记的图像的步骤，

-发送表示所述稳定标记、敏感标记和所述产品一部分的图像的信息项的步骤，

-将所述表示所述稳定标记、所述敏感标记和所述产品一部分的图像的信息项与至少一个远程存储的信息项进行比较的步骤，以及

-根据所述比较步骤的结果，显示与被捕获图像的产品有关的数据的步骤；

其中，所述产品一部分为商标或字迹。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在比较步骤中，首先执行确定对复制敏感的标记的图像质量的步骤，并且：

-如果质量高于预设值，比较表示对复制敏感的标记的信息项，或者

-如果质量不高于预设值，比较表示所述稳定标记和所述产品一部分的图像的信息项。

15.一种验证产品的设备，其特征在于，包括：

-用高于稳定标记和产品一部分的分辨率，在所述产品上捕获稳定标记和对复制敏感的标记的图像的装置，

-发送表示所述稳定标记、敏感标记和所述产品一部分的图像的信息项的装置，

-将所述表示所述稳定标记、所述敏感标记和所述产品一部分的图像的信息项与至少一个远程存储的信息项进行比较的装置，以及

-根据所述比较装置提供的结果，显示与被捕获图像的产品有关的数据的装置；

其中，所述产品一部分为商标或字迹。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，比较装置被设计为首先执行确定对复制敏感的标记的图像质量的步骤，并且：

-如果质量高于预设值，比较表示对复制敏感的标记的信息项，或者

-如果质量不高于预设值，比较表示所述稳定标记和所述产品一部分的图像的信息项。