CN103196837A - 一种图像式红外反射率和透射率定量检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种图像式红外反射率和透射率定量检测的装置及方法，先对多个不同反射率或透射率的定标卡的反射率和透射率进行标定，然后在红外LED光源照明下采集定标卡和被检测物的反射和透射图像，根据定标卡的反射率值或透射率值进行线性插值得到成像区域内被检测物任意位置的反射率值和透射率值，实现反射率和透射率的定量检测。按照本发明，可对施印红外油墨或者白水印的印刷品进行上述检测，进而有效控制印刷质量。本发法和装置方便快捷，功能灵活，扩展性强，可以针对不同应用场合调整光学器件和上位机软件配置，达到检测要求。

Description

一种图像式红外反射率和透射率定量检测的装置及方法

技术领域

本发明涉及有价证券防伪印刷领域，具体的涉及红外油墨和白水印机读特征在线或离线检测，特别是一种图像式红外反射率和透射率定量检测的装置及方法。

背景技术

红外防伪特征是目前较为先进的一种防伪技术，防伪效果明显，具有很好的隐蔽性和可机读性。目前多种类型的钞票清分机、ATM机等大多数银行机具都装备有红外检测模块。具有红外特征的红外油墨适用范围广，除单独使用外也可配对使用，具有很高的防伪价值。

白水印因其特有的工艺技术，即在制造过程中融合了设计、雕模、制网、抄纸等复杂的工艺过程，也是目前常用且行之有效的防伪技术。随着防伪技术的提升，采用多种先进技术设计综合性防伪特征，可大大增加仿造的难度。如条码白水印，由于该技术特有的工艺路线加上融合了机读特征，因而防伪效果更佳。

但是，对于红外油墨印品反射率和白水印透射率的定量检测而言，目前的检测方法有两个不足之处。首先是一般检测仪光谱响应范围有限，无法很好的满足红外反射率和透射率测量；而分光光谱法测量仪光路复杂，操作繁琐，完成检测很不方便；其次，检测方式通常为静态测试，很难进行动态检测，基本无法满足自动化设备中完成批量自动测试的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种图像式红外反射率和透射率定量检测的装置和方法，可对红外油墨印品反射率、白水印区域透射率进行离线或在线检测，从而判定印品印刷质量，以及鉴定有价证券的真伪。

一种图像式红外反射率的定量检测方法，其特征在于，首先对m个反射率互不相同的反射率定标卡测定反射率，分别记为R₁-Rm，第n个反射率定标卡的反射率记为Rn，然后将所述反射率定标卡与被检测物分布于同一平面内的不同位置，测定m个反射率定标卡的灰度值，分别记为P₁-Pm，第n个反射率定标卡的灰度值记为Pn，测定被检测物的灰度值记为Px，则所述被检测物的反射率Rx通过下式获得：

可用上位机程序采集被检测物和反射率定标卡图像并处理得到红外配对信号的编码信息和反射率。

一种图像式红外反射率的定量检测装置，其特征在于包括红外光源、红外相机、若干反射率定标卡，所述红外相机与红外光源位于被检测物的同侧，形成反射式结构成像，利用上述的一种图像式红外反射率的检测方法检测被检测物的反射率，所述反射率定标卡在测定反射率后被布置于被检测物的平面内并分布于被检测物的周边。

所述反射率定标卡优选为6-12个在红外光源下的反射率分布在10%～90%的卡片。

所述红外光源采用波长为800-2000nm的红外LED阵列式结构。

一种图像式红外透射率的定量检测方法，其特征在于，首先对m个透射率互不相同的透射率定标卡测定透射率，分别记为T₁-T_m，第n个透射率定标卡的透射率记为Tn，然后将所述透射率定标卡与被检测物分布于同一平面内的不同位置，测定m个透射率定标卡的灰度值，分别记为P’₁-P’_m，第n个透射率定标卡的灰度值记为P’n，测定被检测物的灰度值记为P’_x，则所述被检测物的透射率T_x通过下式获得：

可用上位机程序采集被检测物和透射率定标卡图像并处理得到白水印区域的编码信息和透射率

一种图像式红外透射率的定量检测装置，其特征在于包括红外光源、红外相机、若干透射率定标卡，所述红外相机与红外光源位于被检测物的两侧，形成透射式结构成像，利用上述的一种图像式红外透射率的检测方法检测被检测物的透射率，所述透射率定标卡在测定透射率后被布置于被检测物的平面内并分布于被检测物的周边。

所述透射率定标卡优选为6-12个在红外光源下透射率分布在10%-90%的卡片。

所述红外光源采用700-2000nm的平板LED阵列式结构，上面覆盖红外透过率大于60%的有机玻璃，入射面做磨砂处理。

反射率和透射率的定量检测装置检测前可首先采集标准白板图像，由此得到非均匀性校正系数，该系数存储为本地数据文件，每次检测时采集图像后用此系数进行非均匀性校正。

反射率和透射率的定量检测装置均可采用封闭式成像结构，壳体采用铝合金材料，并且内部作发黑处理；还可包括把手，所述把手上安装有打开光源的接近开关和用于触发的检测按钮。

技术效果：

一种图像式红外反射率和透射率的检测装置和方法，先对多个不同反射率或透射率的定标卡的反射率和透射率进行标定，然后在红外LED光源照明下采集定标卡和被检测物的反射和透射图像，根据定标卡的反射率值或透射率值进行线性插值得到成像区域内被检测物任意位置的反射率值或透射率值，并可使用上位机采用图像处理算法，立即给出标定后的反射率和透射率结果，实现反射率和透射率的定量检测。按照本发明，可对施印红外油墨或者白水印的印刷品进行上述检测，进而有效控制印刷质量。

封闭式结构是为了保证成像时不受外界光源影响，优选的壳体采用铝合金材料，并且内部作发黑处理。

定标卡八个为优选，可用六到十二个，太少会影响测量结果，太多则计算繁琐。

红外光源多采用850nm波长，也有采用940nm的，在所选波长下红外油墨响应最为明显。

红外反射率和透射率测量采用不同的光源结构。反射率测量由于光源和相机在被检测物同一侧，因此LED阵列式光源可位于结构壳体顶端，光源和相机、壳体优选为一体的；而透射率测量由于光源和相机在被检测物的两侧，与透射率结构相比，相机、定标卡位置不变，光源位置与之不同。透射率测量采用独立的红外LED阵列式面光源。由于在透射率测量时被测物与光源距离很近，为了保证光源的均匀性，在该光源上优选加盖一层有机玻璃用于匀光，入射面做磨砂处理，要求红外透过率在60%以上。而反射率测量时由于红外光源距被检测物较远，因此可无需在反射率测量LED光源上加其他处理。

另外，之所以选用LED光源，是因为其体积小、寿命长、亮度稳定及驱动简单等优点，阵列式结构是保证对被检测物均匀照明。

本发明的反射率和透射率检测方法，可先对采集到的红外目标图像进行非均匀性校正后，然后根据图像处理算法进行定标处理，进而完成指定区域反射率和透射率的定量检测，且指定区域大小、位置不限。

本发明可方便快速的对红外油墨印品反射率进行定量检测，同时对具有指定编码方式的红外配对油墨印品进行编码检测，并将结果实时显示和存储到上位机程序中。

系统检测前优选的首先采集标准白板图像，由此得到非均匀性校正系数，该系数存储为本地数据文件，每次检测时采集图像后用此系数进行非均匀性校正，目的是为了尽可能去除光源照明不均匀及其他因素造成的影响。

本发明采用图像处理方式进行红外配对信号编码检测和反射率定量检测以及白水印区域的编码信息和透射率定量测量，检测装置结构新颖实用，检测算法由上位机实现，方便快捷，功能灵活，扩展性强，可以针对不同应用场合调整光学器件和上位机软件配置，达到检测要求。

附图说明

图1为图像式红外反射率定量检测装置整体结构示意图；

图2为图像式红外透射率定量检测装置整体结构示意图；

图3为定标卡安装位置示意图；

图4为透射率检测装置平板式LED光源结构示意图；

图5为美元编码信息示意图；

图6为欧元编码信息示意图。

图中各标号列示如下：

1-红外相机，2-红外光源，3-定标卡和被检测物平面，4-待检测物，5-定标卡。

具体实施方式

实施例1

本实施例利用如图1所示的图像式红外反射率定量检测装置检测美元红外配对编码信息，所述装置为包括未示出的已做发黑处理的铝合金外壳的封闭结构，内部包括位于被检测物的同侧的红外相机1和红外光源2，所述红外光源2采用940nm的红外LED阵列式结构，所述反射率定标卡5为8个红外反射率分布在10%-90%的小圆片并如图3所示的分布于待检测物周围。

美元使用红外配对油墨（吸收墨和反射墨）在票面上附加了红外编码信息，如图5所示。该编码信息可用于防伪鉴别，也可用于机读识别。

使用本发明专利所述的反射率定量检测装置，可测量美元票面上任意位置的红外反射率，并且根据整个票面反射率测量结果，依据指定的编码规则得到红外编码信息。具体步骤如下：

（1）首先采集标准白板图像，由此得到非均匀性校正系数，存储为本地数据文件，每次检测时采集图像后用此系数进行非均匀性校正。

（2）使用反射率定量检测装置，测量美元红外反射图像所有像素反射率值。八个定标卡事先在940nm波长的光源下测定实际反射率，由小到大记为R₁……R₈，其图像灰度值记为P₁……P₈，由此来标定其他位置的反射率。若待检测点或者区域的图像灰度值为P_X，那么对应的反射率R_x可用下式求得：

（3）设定编码区域，从距票面左侧边缘某一位置开始，到右侧另一位置结束，这两个位置间包括全部红外反射和吸收区；

（4）从起始位置开始，在纵边方向上求每一列反射率的均方差值，得到一维均方差数组；

（5）选取合适阈值对均方差数组进行二值化处理，并按照既定规则对二值化结果进行编码，得到红外编码信息。

该编码过程速度快、识别率高，可用于在线或离线机读检测。

实施例2

本实施例利用如图2所示的图像式红外透射率定量检测装置检测欧元红外配对编码信息，所述装置为包括未示出的已做发黑处理的铝合金外壳的封闭结构，内部包括位于被检测物的两侧侧的红外相机1和红外光源2，所述红外光源2采用如图4所示的平板式的940nm红外LED阵列式结构，所述反射率定标卡5为8个红外反射率分布在10%-90%的小圆片并如图3所示的分布于待检测物周围。

欧元使用了白水印编码技术在钞纸上施印了条状编码信息，提高了防伪性和可机读性，如图6所示。

使用本发明专利所述的透射率定量检测装置，可测量欧元票面上水印区域任意位置的红外透射率，并且根据透射率测量结果，依据指定的编码规则得到水印编码信息。具体步骤如下：

（1）首先采集标准白板图像，由此得到非均匀性校正系数，存储为本地数据文件，每次检测时采集图像后用此系数进行非均匀性校正。

（2）使用透射率定量检测装置，测量欧元红外透射图像所有像素透射率值。八个定标圆片事先在940nm波长的光源下测定实际透射率，由小到大记为T_l……T₈,其图像灰度值记为P₁……P₈，由此来标定其他位置的透射率。若待检测点或者区域的图像灰度值为P_x，对应的透射率T_x可用下式求得。

（3）设定编码区域，要求包含所有白水印条码位置；

（4）从编码区域起始位置开始，向Y轴方向投影区域内所有位置透射率值，得到一维透射率数组；

（5）求取透射率数组一阶导数，并选取合适阈值对一阶导数进行二值化处理；

（6）按照既定规则对二值化结果进行编码，得到白水印编码信息。

该编码过程速度快、识别率高，可用于在线或离线机读检测。

Claims (13)

1.一种图像式红外反射率的定量检测方法，其特征在于，首先对m个反射率互不相同的反射率定标卡测定反射率，分别记为R₁-R_m，第n个反射率定标卡的反射率记为Rn，然后将所述反射率定标卡与被检测物分布于同一平面内的不同位置，测定m个反射率定标卡的灰度值，分别记为P₁-P_m，第n个反射率定标卡的灰度值记为Pn，测定被检测物的灰度值记为P_x，则所述被检测物的反射率R_x通过下式获得：

2.根据权利要求1所述的一种图像式红外反射率的定量检测方法，其特征在于用上位机程序采集被检测物和反射率定标卡图像并处理得到红外配对信号的编码信息和反射率。

3.一种图像式红外反射率的定量检测装置，其特征在于包括红外光源、红外相机、若干反射率定标卡，所述红外相机与红外光源位于被检测物的同侧，形成反射式结构成像，利用如权利要求1或2所述的一种图像式红外反射率的检测方法检测被检测物的反射率，所述反射率定标卡在测定反射率后被布置于被检测物的平面内并分布于被检测物的周边，所述红外相机用于获得所述反射率定标卡和被检测物的灰度值。

4.根据权利要求1或3所述的一种图像式红外反射率的定量检测装置，其特征在于所述反射率定标卡为6-12个在红外光源下的反射率分布在10%～90%的卡片。

5.根据权利要求3所述的一种图像式红外反射率的定量检测装置，其特征在于所述红外光源采用波长为800-2000nm的红外LED阵列式结构。

6.一种图像式红外透射率的定量检测方法，其特征在于，首先对m个透射率互不相同的透射率定标卡测定透射率，分别记为T₁-T_m，第n个透射率定标卡的透射率记为Tn，然后将所述透射率定标卡与被检测物分布于同一平面内的不同位置，测定m个透射率定标卡的灰度值，分别记为P’₁-P’_m，第n个透射率定标卡的灰度值记为P’n，测定被检测物的灰度值记为P’_x，则所述被检测物的透射率T_x通过下式获得：

7.根据权利要求6所述的一种图像式红外透射率的定量检测方法，其特征在于用上位机程序采集被检测物和透射率定标卡图像并处理得到白水印区域的编码信息和透射率。

8.一种图像式红外透射率的定量检测装置，其特征在于包括红外光源、红外相机、若干透射率定标卡，所述红外相机与红外光源位于被检测物的两侧，形成透射式结构成像，利用如权利要求6或7所述的一种图像式红外透射率的检测方法检测被检测物的透射率，所述透射率定标卡在测定透射率后被布置于被检测物的平面内并分布于被检测物的周边，所述红外相机用于获得所述透射率定标卡和被检测物的灰度值。

9.根据权利要求6或8所述的一种图像式红外透射率的定量检测装置，其特征在于所述透射率定标卡为6-12个在红外光源下的透射率分布在10%-90%的卡片。

10.根据权利要求8所述的一种图像式红外透射率的定量检测装置，其特征在于所述红外光源采用800-2000nm的平板LED阵列式结构，上面覆盖红外透过率大于60%的有机玻璃，入射面做磨砂处理。

11.根据权利要求3或8所述的定量检测装置，其特征在于所述装置检测前首先采集标准白板图像，由此得到非均匀性校正系数，该系数存储为本地数据文件，每次检测时采集图像后用此系数进行非均匀性校正。

12.根据权利要求3或8所述的定量检测装置，其特征在于所述装置采用封闭式成像结构，壳体采用铝合金材料，并且内部作发黑处理。

13.根据权利要求3或8所述的定量检测装置，其特征在于包括把手，所述把手上安装有打开光源的接近开关和用于触发的检测按钮。

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