CN105447955A - 一种基于光变色油墨的钞票检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于光变色油墨的钞票检测方法，提供了一种针对2015版100元人民币钞票上光彩光变数字和光彩光变安全线的光变色油墨检测防伪手段，其具体步骤为：将待检钞票放置于水平面上；通过LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光，经过折射、反射和干涉，白光从待检钞票的光变色油墨处反射离开；在上述白光照射在待检钞票的光变色油墨处的正上方及斜上方，分别设置光电接收装置；上步骤的两组光电接收装置分别电连接光电放大电路，并接通光电信号处理系统及识别处理系统，电信号经过放大，送到光电信号处理系统及识别处理系统进行比对和判断，以识别待检钞票上光变色油墨是否正常，进而判断待检钞票的真伪，而且，检测速度快，针对性强，检伪效果好。

Description

一种基于光变色油墨的钞票检测方法

技术领域

本发明涉及钞票的检伪与识别领域，具体为一种对钞票上的光学变色油墨进行检测以判断钞票真伪的方法。

背景技术

随着国家经济的不断发展，人民币现金交易量不断增大，纸币是我国发行的人民币主要流通货币，在经济活动中起着非常重要的作用，也一直存在着不法分子制造和流通假币和变造币，这严重扰乱着金融秩序和经济稳定，损害着国家的公众利益。为了提高钞票的方位能力，纸张防伪、油墨防伪和印刷防伪等防伪技术被不断的开发和改进，近年来，随着防伪技术的不断发展，防伪技术产品的生产应用也得到迅速发展。光学变色防伪油墨是防伪技术中最为重要的技术分支之一，光学变色油墨具有制作工艺复杂，设计和生产技术极具专业性，投资巨大的特性，其产品的动态变色效果无法用高清晰扫描仪、彩色复印机及其它设备进行复制，防伪可靠性极强，因此被世界上多个国家应用于要求最严、难度最大的货币、证件和有价证券的防伪。

基于真假纸币之间的光变色油墨的印刷效果有着明显差异，对此而进行的真假纸币检测手段显然是个行之有效的措施。自我国发行2005版50元、100元钞票以来，针对此钞票的防伪检测手段并不多见，且漏检率稍高，有时候只能通过检索该钞票的冠号和编码才能确定，防伪效果差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对2015版100元人民币钞票上光彩光变数字和光彩光变安全线的光变色油墨检测防伪手段，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种基于光变色油墨的钞票检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将待检钞票放置于水平面上；

步骤2：通过LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光，入射角为i，经过折射、反射和干涉，白光从待检钞票的光变色油墨处反射离开，反射角为θ：

步骤3：在上述白光照射在待检钞票的光变色油墨处的正上方，设置光电接收装置，为垂直票面方向接收装置，在与入射角相对应的另一侧斜上方，设置光电接收装置，为平视票面方向接收装置，两组光电接收装置将光信号转变为电信号；

步骤4：上步骤的两组光电接收装置分别电连接光电放大电路，并接通光电信号处理系统及识别处理系统，电信号经过放大，送到光电信号处理系统及识别处理系统进行比对和判断，以识别待检钞票上光变色油墨是否正常，进而判断待检钞票的真伪。

在上述步骤中，平视票面方向接收装置的位置根据反射角θ确定，而反射角θ则通过入射角i与反射率R来确定，其中，反射率R通过以下方式来计算：

根据光学变色油墨的特性，光学变色油墨是具有波长选择性的多层反射模系，设纸币的表面反射率为R_g，R_i为光学变色油墨的反射率，a为变色油墨的网点面积率，由Murry-Davis模型，纸币的光谱反射率为：

R(λ)＝(1-a)R_g+aR_i(λ)(1)

考虑到光线在纸张内的横向反射率效应，引入Yule-Nielsen修正，现将Murry-Davis方程改为：

$R^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)=(1-a){R_g}^{\frac{1}{m}}+{{\mathrm{aR}}_i}^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(2\right)$

m为网点光学扩大效应而引入的Yule-Nielsen修正系数，由薄膜两表面反射或透射出去的光所产生的干涉，称为薄膜干涉。为了计算光束的干涉强度，应先讨论相干光束的振幅和相位。设入射光以角度i入射到薄膜上，在膜内的折射角为i′，相邻光束的相位差为：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{ndcosi}}^{\′}---\left(3\right)$

由薄膜理论可知，得出膜层的振幅反射系数为：

$r=\frac{({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)\cos \mathrm{\δ}+i(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η})\sin \mathrm{\δ}}{({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2)\cos \mathrm{\δ}+i(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η})\sin \mathrm{\δ}}---\left(4\right)$

式中：η，η₁，η₂是引入的有效导纳，η＝ncosi′，η₁＝n₁/cosi′，η₂＝n₂/cosi′，其中：n₁是空气的折射率(n₁＝1)；n₂是纸张的折射率；n是油墨的折射率，由上式得能量反射率为：

$R_i=r*r^{*}=\frac{{({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η})}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}{{({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η})}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}---\left(5\right)$

把上式代入(2)式，得纸币的光谱反射率为：

$R^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)=(1-a){R_g}^{\frac{1}{m}}+a{\[\frac{{({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η})}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}{{({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η})}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}\]}^{\frac{1}{m}}---\left(6\right)$

由(6)式可知，对于一个确定的油墨层，其油墨层的反射率R是油墨层折射率n、纸币折射率n₂和相位差δ的函数，当油墨层的材料n、厚度d以及入射介质n₂均确定以后，油墨所显示的色彩仅是入射角i的函数，对于不同的入射角，只要确定入射角，并满足8＝2π，就可以得到该油墨的最亮显示颜色(波长)，入射角i的不同，纸币的光谱反射率也不同，可以得到纸币的反射率随入射角i的变化而变化。

上述原理可通过光的相干原理来解释，即来自光源的一束光波入射到透明薄膜内部或薄板上表面，则产生部分光波折射，折射的光线进入薄膜，在其下表面又产生反射和折射，这些反射光和投射光都来自同一光波，它们满足相干光条件，即可产生干涉现象，对自然光(复色光)可以通过干涉，将其中的某一波长光线抵消，即使其反射光强为零。同时将其中的一部分波长光线增强，即使其反射光强叠加增强。

在本发明中，垂直票面方向接收装置接收光，通过带通滤色玻璃片进行过滤，带通滤色玻璃片的中心波长为570nm，半波宽度为30nm；平视票面方向接收装置接收光，通过带通滤色玻璃片进行过滤，带通滤色玻璃片的中心波长为530nm，半波宽度为30nm。

在本发明中，平视票面方向接收装置与钞票水平面的夹角，即反射角θ为20°～40°。

进一步的，LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光的角度，及入射角i为40°～50°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)结构简单，零部件较少，使用方便；

(2)只需通过即可完成检伪过程，检测速度快；

(3)针对性强，检伪效果显著。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图；

图2为本发明的光变色油墨成色原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其具体步骤为：①将待检钞票放置于水平面上；②通过LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光，入射角为i，经过折射、反射和干涉，白光从待检钞票的光变色油墨处反射离开，反射角为θ；③在上述白光照射在待检钞票的光变色油墨处的正上方，设置光电接收装置，为垂直票面方向接收装置，在与入射角相对应的另一侧斜上方，设置光电接收装置，为平视票面方向接收装置，两组光电接收装置将光信号转变为电信号；④上步骤的两组光电接收装置分别电连接光电放大电路，并接通光电信号处理系统及识别处理系统，电信号经过放大，送到光电信号处理系统及识别处理系统进行比对和判断，以识别待检钞票上光变色油墨是否正常，进而判断待检钞票的真伪。参见图1的流程图。

在上述流程中，采用了光的相干原理，即来自光源的一束光波入射到透明薄膜内部或薄板上表面，则产生部分光波折射，折射的光线进入薄膜，在其下表面又产生反射和折射，这些反射光和投射光都来自同一光波，它们满足相干光条件，即可产生干涉现象，对自然光(复色光)可以通过干涉，将其中的某一波长光线抵消，即使其反射光强为零。同时将其中的一部分波长光线增强，即使其反射光强叠加增强。具体而言，如图2所示：一束平行光入射在薄膜的表面。在某一时刻，波前AA′投射到第一表面A点处。波前上在A点处的传播通过两个表面之间的空间，并投射到具有反射特征的第二个表面的B点。反射后的光波向上传播，在C点再次通过第一表面。在此期间，在A′处的波前已经在C点被反射，两条光路在该处重新相遇叠加。

到达C点的波前若是同相，将得到增强；若相差1/2波长，是异相，就会相互抵消。为了确定C点处的相位关系，必须考虑光波通过的材料的折射率及反射造成的相位变化。当光波通过低折射率材料后又被具有高折射率的介质表面反射就会有相位变化，相位会突变180°，或者1/2波长的突变。如果情况相反，就没有相位变化。因此，如图2所示情况中，沿A′CD光路传播的光波在C点有相位变化，而由下表面反射的光波在B点就没有相位变化。所以，光路ABC与A′C之间的差决定着相位关系。由于折射率与介质中的速度是反比关系，所以，波前通过折射率为n和厚度为d的薄膜材料所需要的时间是：

t＝nd/c(7)

所需的光程为d。如果讨论两个传播路程之差，当路程差是波长的整数倍时，相干增强(对相长干涉)。当路程差是波长的一个整数加上1/2波长是，相干抵消(对相消干涉)。在图2中，光程差(OPD)是：

$OPD=\frac{\mathrm{\λ}}{2}+n_{2}ABC-n_1{A}^{\′}C---\left(8\right)$

或者

$OPD=\frac{\mathrm{\λ}}{2}+2n_{2}d\cos \mathrm{\θ}---\left(9\right)$

对于上式光程差(OPD)公式中，影响OPD的参数是光波波长λ和薄膜厚度d，对于白光(自然色)而言，一定厚度的薄膜就决定了一种颜色的光波(波长)得到相干增强，另外一种颜色的光波(波长)得到相干抵消。因此可以得到薄膜厚度与波长关系式：

$\frac{OPD}{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{2}+\frac{2n_{2}d\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{\λ}}---\left(10\right)$

由上式可知，为了满足相干条件，需要保持整数，所以n₂d须满足如下条件：

n₂d＝λ/4，3λ/4，…，(2+1)λ/4(11)

由上式可知：上式n₂d满足λ/4的奇数倍，反射色呈相干增强，满足λ/4的偶数倍，反射色呈相干抵消。

钞票用的光变色油墨具有上述的薄膜厚度和折射率及波长之间的条件关系式，并且本身就是一种反射式油墨，具有珠光和金属效应。用光变色油墨印制的产品，油墨色块呈现一对互变色颜色，例如：紫色变绿色、墨绿色变紫红色、绿色变红色、绿色变深蓝色、红色变金色、红色变绿色、金色变银色、金色变绿色、黄色变绿色等，而我国发行的2015版100元钞票的光彩光变数字的光学变色油墨特征位于票面中部，垂直票面观察，数字以金色为主；平视观察，数字以绿色为主。随着观察角度的改变，数字颜色在金色和绿色之间交替变化，并可见到一条亮光带上下滚动，因此，可采用本发明所述的原理及方法进行防伪检测，而且，检测速度快，针对性强，检伪效果好。

Claims (5)

1.一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待检钞票放置于水平面上；

步骤2：通过LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光，入射角为i，经过折射、反射和干涉，白光从待检钞票的光变色油墨处反射离开，反射角为θ；

步骤3：在上述白光照射在待检钞票的光变色油墨处的正上方，设置光电接收装置，为垂直票面方向接收装置，在与入射角相对应的另一侧斜上方，设置光电接收装置，为平视票面方向接收装置，两组光电接收装置将光信号转变为电信号；

步骤4：上步骤的两组光电接收装置分别电连接光电放大电路，并接通光电信号处理系统及识别处理系统，电信号经过放大，送到光电信号处理系统及识别处理系统进行比对和判断，以识别待检钞票上光变色油墨是否正常，进而判断待检钞票的真伪。

2.根据权利要求1所述的一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其特征在于，平视票面方向接收装置的位置根据反射角θ确定，而反射角θ则通过入射角i与反射率R来确定，其中，反射率R通过以下方式来计算：

根据光学变色油墨的特性，光学变色油墨是具有波长选择性的多层反射模系，设纸币的表面反射率为R_g，R_i为光学变色油墨的反射率，a为变色油墨的网点面积率，由Murry-Davis模型，纸币的光谱反射率为：

R(λ)＝(1-a)R_g+aR_i(λ)(1)

考虑到光线在纸张内的横向反射率效应，引入Yule-Nielsen修正，现将Murry-Davis方程改为：

$R^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)=(1-a){R_g}^{\frac{1}{m}}+{{\mathrm{aR}}_i}^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(2\right)$

m为网点光学扩大效应而引入的Yule-Nielsen修正系数，设入射光以角度i入射到薄膜上，在膜内的折射角为i′，相邻光束的相位差为：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{ndcosi}}^{\′}---\left(3\right)$

由薄膜理论可知，得出膜层的振幅反射系数为：

$r=\frac{\left({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2\right)\cos \mathrm{\δ}+i\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η}\right)\sin \mathrm{\δ}}{\left({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2\right)\cos \mathrm{\δ}+i\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η}\right)\sin \mathrm{\δ}}---\left(4\right)$

式中：η，η₁，η₂是引入的有效导纳，η＝ncosi′，η₁＝n₁/cosi′，η₂＝n₂/cosi′，其中：n₁是空气的折射率(n₁＝1)；n₂是纸张的折射率；n是油墨的折射率，由上式得能量反射率为：

$R_i=r*r^{*}=\frac{{\left({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2\right)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η}\right)}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}{{\left({\mathrm{\η}}_1+{\mathrm{\η}}_2\right)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η}\right)}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}---\left(5\right)$

把上式代入(2)式，得纸币的光谱反射率为：

$R^{\frac{1}{m}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\left(1-a\right){R_3}^{\frac{1}{m}}+a{\[\frac{{\left({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2\right)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}-\mathrm{\η}\right)}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}{{\left({\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_2\right)}^2{\cos }^2\mathrm{\δ}+{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\η}}_2}{\mathrm{\η}}+\mathrm{\η}\right)}^2{\sin }^2\mathrm{\δ}}\]}^{\frac{1}{m}}---\left(6\right)$

由(6)式可知，对于一个确定的油墨层，其油墨层的反射率R是油墨层折射率n、纸币折射率n₂和相位差δ的函数，当油墨层的材料n、厚度d以及入射介质n₂均确定以后，油墨所显示的色彩仅是入射角i的函数，对于不同的入射角，只要确定入射角，并满足δ＝2π，就可以得到该油墨的最亮显示颜色(波长)，入射角i的不同，纸币的光谱反射率也不同，可以得到纸币的反射率随入射角i的变化而变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其特征在于，垂直票面方向接收装置接收光，通过带通滤色玻璃片进行过滤，带通滤色玻璃片的中心波长为570nm，半波宽度为30nm；平视票面方向接收装置接收光，通过带通滤色玻璃片进行过滤，带通滤色玻璃片的中心波长为530nm，半波宽度为30nm。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其特征在于，平视票面方向接收装置与钞票水平面的夹角，即反射角θ为20°～40°。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于光变色油墨的钞票检测方法，其特征在于，LED白光灯对待检钞票的光变色油墨处照射白光的角度，及入射角i为40°～50°。