CN107331032A - 一种鉴别纸币真伪的方法 - Google Patents

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张振伟
张存林
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Abstract

本发明提供一种鉴别纸币真伪的方法，包括：在待扫描纸币上选取扫描区域，获取扫描区域的太赫兹成像图，其中，待扫描纸币包括真币和待鉴别纸币，真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域为对应位置相同的区域；将太赫兹成像图上所表现的真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪。本发明提供的鉴别纸币真伪的方法，充分利用了真币中的防伪载体的材料与假币中的材料对太赫兹波具有不同的吸收率的特性，使太赫兹成像图表现的吸收光谱的图像特征能够充分、直观的展示对比物的区别信息，更好的体现出对比物之间的细节特征，实现对纸币真伪的准确鉴别。

Description

一种鉴别纸币真伪的方法
技术领域
本发明涉及纸币鉴别领域，更具体地，涉及一种鉴别纸币真伪的方法。
背景技术
在现代经济中，货币起着根本性和基础性的作用，其中，纸币的制作成本低，更易于保管、携带和运输，避免了铸币在流通中的磨损，成为当今世界各国最为普遍使用的货币形式，然而以纸币形式出现的假币(假钞)在当今世界各国也最为普遍。
目前，市面上出现的假币越来越逼真，严重危害了社会的秩序和民众的利益，我国使用的人民币的印刷特点和防伪功能种类繁多，从防伪载体的角度上，人民币防伪技术可分为：纸张防伪、油墨防伪和制版印刷防伪；在防伪的层次上，人民币防伪技术可分为公众防伪技术和专业防伪技术两类，第一类公众防伪技术，主要包括白水印防伪、变色油墨防伪、胶印缩微文字防伪、雕刻凹版印刷防伪、手工雕刻头像防伪和盲文面额标记防伪等；第二类专业防伪技术，主要包括磁性油墨印刷防伪、透射和反射特殊性纸张防伪和磁性缩微文字安全线防伪等。
目前对于纸币真伪的鉴别，一般可以通过“一看、二摸、三听、四测”的方法进行鉴别，对于纸币流通量大的领域，通常通过验钞机等设备测试进行防范。其中，通过“一看、二摸、三听”的方法鉴别纸币，主要是利用纸币防伪载体的部分外观或外部特征进行鉴别，这些外部特性比较容易伪造，造成部分假币无法检验出来，而通过验钞机等设备测试的鉴别方法，主要是对纸币进行荧光和磁性检测，利用部分防伪载体体现出的外部物理特性进行鉴别，因此，上述方法无法充分的利用纸币防伪载体的内部特性，从纸币防伪载体的微观特征出发，在更深的层次上对纸币进行更为全面准确的鉴别。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种鉴别纸币真伪的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种鉴别纸币真伪的方法，包括：在待扫描纸币上选取扫描区域，获取扫描区域的太赫兹成像图，其中，待扫描纸币包括真币和待鉴别纸币，真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域为对应位置相同的区域；将太赫兹成像图上所表现的真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪。
其中，扫描区域为待扫描纸币的防伪特征区域。
其中，获取扫描区域的太赫兹成像图，包括：获取扫描区域的时域模式成像图或者获取扫描区域的频域模式成像图。
其中，获取扫描区域的时域模式成像图，包括：利用太赫兹成像系统获取扫描区域的透射时域信号数据；基于可视化软件将扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，获得扫描区域的时域模式成像图。
其中，利用太赫兹成像系统获取扫描区域的透射时域信号数据，包括：利用太赫兹成像系统对扫描区域进行逐点扫描，得到每个扫描点的透射时域信号数据；将每个扫描点的透射时域信号数据按逐点扫描的次序排列，获得扫描区域的透射时域信号数据；其中，透射时域信号数据包括透射时域振幅数据。
其中，基于可视化软件将扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，包括：在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值，将每个扫描点的最大值输入可视化软件进行成像，获得最大值时域模式成像图；或者，在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最小值，将每个扫描点的最小值输入可视化软件进行成像，获得最小值时域模式成像图；或者，在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值与最小值，将每个扫描点的最大值与最小值的差值输入可视化软件进行成像，获得峰峰值时域模式成像图。
其中，太赫兹成像系统的测试环境为：空气环境，湿度23％，温度20℃。
其中，获取扫描区域的频域模式成像图，包括：将扫描区域的透射时域信号数据经傅里叶变换得到扫描区域的透射频域信号数据；基于可视化软件将扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，获得扫描区域的频域模式成像图；其中，透射频域信号数据包括透射频域振幅数据。
其中，基于可视化软件将扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，包括：在扫描区域的透射频域信号数据中查找每个扫描点的在预设频率下的透射频域振幅数据，将每个扫描点的预设频率下的透射频域振幅数据输入可视化软件进行成像，获得预设频率的频域模式成像图。
其中，预设频率的取值范围为1.4THz-2.4THz。
本发明提供的一种鉴别纸币真伪的方法，通过获取扫描区域的太赫兹成像图，将太赫兹成像图上所表现的真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪；充分利用了真币中的防伪载体的材料与假币中的材料对太赫兹波具有不同的吸收率的特性，使太赫兹成像图表现的吸收光谱的图像特征能够充分、直观的展示对比物的区别信息，更好的体现出对比物之间的细节特征，实现对纸币真伪的准确鉴别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的鉴别纸币真伪的方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的真假币白水印区域的最大值时域模式成像图的对比图；
图3为根据本发明实施例的真假币白水印区域的最小值时域模式成像图的对比图；
图4为根据本发明实施例的真假币白水印区域的峰峰值时域模式成像图的对比图；
图5为根据本发明实施例的真假币白水印区域预设频率的频域模式成像图的对比图，预设频率分别在1.7THz，2.0THz，2.2THz，2.4THz；
图6为根据本发明实施例的真假币安全线区域的最大值时域模式成像图的对比图；
图7为根据本发明实施例的真假币安全线区域的最小值时域模式成像图的对比图；
图8为根据本发明实施例的真假币安全线区域的峰峰值时域模式成像图的对比图；
图9为根据本发明实施例的真假币安全线区域预设频率的频域模式成像图的对比图，预设频率分别在1.4THz，1.7THz，2.0THz，2.2THz。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
太赫兹波(THz)是频率为0.1THz～10THz的电磁波，太赫兹波具有频谱宽、光子能量低、相干性好、穿透性强、脉冲短(飞秒量级)分辨率高且可穿透非极性物质的特点，它对一些非极性材料(如纸张、塑料、衣服等)有较强的穿透性，由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短，所以具有很高的时间分辨率；同时，由于太赫兹波的能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具优势。太赫兹成像技术及太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。
在本发明的一个实施例中，参考图1，提供一种鉴别纸币真伪的方法，包括：S11，在待扫描纸币上选取扫描区域，获取扫描区域的太赫兹成像图，其中，待扫描纸币包括真币和待鉴别纸币，真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域为对应位置相同的区域；S12，将太赫兹成像图上所表现的真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪。
具体的，真币在所使用的载体上的防伪技术有纸张防伪、油墨防伪和制版印刷防伪，因此，真币与假币之间在使用材料(纸张)种类、印刷工艺和印刷材料等方面存在明显区别，可根据组成上述材料的大分子结构造成的对太赫兹波吸收率的区别，利用太赫兹成像技术对纸币的真伪进行鉴别。
太赫兹成像技术中，使用较为广泛的是太赫兹脉冲光谱成像技术，其中太赫兹脉冲通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在太赫兹波段范围，因此其中的太赫兹时域光谱作为探测材料在太赫兹波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作；由于大分子的振动和转动能级大多在太赫兹波段，而大分子，特别是生物和化学大分子是具有本身物性的物质集团，进而可以通过特征频率对物质结构、物性进行分析和鉴定。
脉冲太赫兹成像能够获取的信息量广、分辨率高，而且噪声小。利用脉冲太赫兹成像技术对纸币真伪的鉴别，无需对整张纸币进行成像，只需对真币与待鉴别纸币的一小块区域进行成像并对比，即可鉴别真伪。
本实施例中使用的太赫兹成像系统是太赫兹脉冲成像系统，本实施例的太赫兹脉冲成像系统中，钛蓝宝石飞秒激光器产生的激光脉冲经过分光镜后被分为两束，一束为较强的泵浦光，经延迟线和斩波器调制后聚到到InAs(砷化铟)晶体上激发出太赫兹脉冲，太赫兹脉冲经两个离轴抛物面镜准直入射到样品上，再经过另外两个金属抛物面镜聚焦到ZnTe(碲化锌)探测晶体；另一束较弱的为探测光，经延迟、二分之一波片和四分之一波片后与太赫兹脉冲汇合后共线地通过ZnTe探测晶体。这时太赫兹脉冲的电场经过线性电光效应调制ZnTe探测晶体的折射率椭球，探测光偏振态随之发生改变，经沃拉斯顿棱镜进入平衡二极管进行探测，信号送入锁相放大器，经处理后得到用于太赫兹成像的数据。
太赫兹脉冲成像系统可采用逐点扫描的方式对测试样品进行扫描，逐点扫描的方式的一个显著特点是信息量大，任意一个测量点对应一个太赫兹时域信号数据，通过对时域谱进行傅里叶变换又可得到每一点的太赫兹频域信号数据；通过对时域信号数据的处理，可以获得时域模式成像图，通过对频域信号数据的处理，可以获得频域模式成像图。这一特点并不单单意味着太赫兹成像可以表达成各种形式，重要的是不同的形式可以解释不同特征，以提供更多的物体信息。
本实施例中，使用太赫兹成像系统对真币和待鉴别纸币上对应位置相同的区域进行扫描，其中，真币和待鉴别纸币优选为同种类同面额的纸币，太赫兹成像系统对扫描区域扫描后，收集透射的太赫兹波的信息，并获得相应的数据，再经过相应的处理，分别获得对应的太赫兹成像图，通过太赫兹成像图表达的各自扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪。
优选的，太赫兹成像系统所扫描的区域为纸币的防伪特征区域，真币的防伪特征区域包含有区别于假币的更多的特征信息，因此将纸币的防伪特征区域作为扫描区域，获得的真币与假币太赫兹成像图之间的区别特征更多，能进一步提高鉴别纸币真伪的准确率。
本实施例通过获取扫描区域的太赫兹成像图，将太赫兹成像图上所表现的真币上的扫描区域和待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别待鉴别纸币的真伪；充分利用了真币中的防伪载体的材料与假币中的材料对太赫兹波具有不同的吸收率的特性，使太赫兹成像图表现的吸收光谱的图像特征能够充分、直观的展示对比物的区别信息，更好的体现出对比物之间的细节特征，实现对纸币真伪的准确鉴别。
基于以上实施例，获取扫描区域的太赫兹成像图，包括：获取扫描区域的时域模式成像图或者获取扫描区域的频域模式成像图。
具体的，时域模式成像是在太赫兹波的时域信号数据中提取出反应样品信息的数据的成像，任一时域信息的变化，都是样品所有频率成分影响的综合反映，是一个平均的效果，因此通常有较好的成像效果，在时域模式成像中，不同的成像方式之间像质差别比较小；频域模式成像是在太赫兹波的频域信号数据中提取出反应样品信息的数据的成像，针对频谱中某一特定频率所对应的振幅、功率、相位、吸收系数或折射率，所得的图像的对比度变化明显。本实施例中，通过获取扫描区域的时域模式成像图或者获取扫描区域的频域模式成像图，均能实现对纸币真伪的鉴别。
基于上述实施例，获取扫描区域的时域模式成像图，包括：利用太赫兹成像系统获取扫描区域的透射时域信号数据；基于可视化软件将扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，获得扫描区域的时域模式成像图。
具体的，打开太赫兹成像系统控制软件，进行对应的参数设置，为了得到包含样品信息的透射时域信号数据，通过改变探测光与泵浦光的光程差，对不同的时间延迟进行扫描，获得数据结构为x×y×t的透射时域信号数据；其中，太赫兹成像系统的操作通过Labview软件支持的控制软件实施。
保存获得的透射时域信号数据，利用基于MATLAB软件自主开发的太赫兹图像重构可视化软件，将扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像。
基于上述实施例，利用太赫兹成像系统获取扫描区域的透射时域信号数据，包括：利用太赫兹成像系统对扫描区域进行逐点扫描，得到每个扫描点的透射时域信号数据；将每个扫描点的透射时域信号数据按逐点扫描的次序排列，获得扫描区域的透射时域信号数据；其中，透射时域信号数据包括透射时域振幅数据。
具体的，太赫兹成像系统对扫描区域采用逐点扫描的方式，即在一个点获得数据结构为x×y×t的透射时域信号数据后，移动待扫描纸币的位置，获得其他扫描点的结构为x×y×t的透射时域信号数据，直至获得扫描区域内所有扫描点的透射时域信号数据，扫描点的数量由扫描区域的大小和扫描间隔决定，例如，在扫描区域内横向的扫描点的数量为m个，纵向扫描点的数量为n个，则扫描区域总共的扫描点的数量为m×n个，对扫描区域扫描完成后共获得m×n组数据结构为x×y×t的透射时域信号数据，将该m×n组数据按逐点扫描的次序排列在一起，获得扫描区域的透射时域信号数据。其中，透射时域信号数据包括透射时域振幅数据，透射时域振幅数据反映了太赫兹波透射后的信号强度信息，充分体现扫描区域对太赫兹波的吸收特性。
基于上述实施例，基于可视化软件将扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，包括：在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值，将每个扫描点的最大值输入可视化软件进行成像，获得最大值时域模式成像图；或者，在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最小值，将每个扫描点的最小值输入可视化软件进行成像，获得最小值时域模式成像图；或者，在扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值与最小值，将每个扫描点的最大值与最小值的差值输入可视化软件进行成像，获得峰峰值时域模式成像图。
具体的，在可编程化的MATLAB文件中，对应于m×n个扫描点的透射时域信号数据，设置一个循环程序，将每个扫描点的透射时域信号数据全部导入文件中，分别查找出透射时域振幅数据中的最大值、最小值或峰峰值，然后分别将最大值、最小值或峰峰值输入可视化软件进行成像；其中峰峰值为最大值与最小值之间的差值。
基于上述实施例，获取扫描区域的频域模式成像图，包括：将扫描区域的透射时域信号数据经傅里叶变换得到扫描区域的透射频域信号数据；基于可视化软件将扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，获得扫描区域的频域模式成像图；其中，透射频域信号数据包括透射频域振幅数据。
具体的，扫描区域的透射时域信号数据进行傅里叶变换得到对应的透射频域信号数据。傅里叶变换公式如下：
Esam(ω)＝FFT[fx,y(t)]，
上式中，fx,y(t)为时域信号数据表达式，Esam(ω)为频域信号数据表达式。
保存获得的透射频域信号数据，利用基于MATLAB软件自主开发的太赫兹图像重构可视化软件，将扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像。
基于上述实施例，基于可视化软件将扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，包括：在扫描区域的透射频域信号数据中查找每个扫描点的在预设频率下的透射频域振幅数据，将每个扫描点的预设频率下的透射频域振幅数据输入可视化软件进行成像，获得预设频率的频域模式成像图。
其中，预设频率的取值范围为1.4THz-2.4THz，在该频率范围内的透射频域振幅数据可以获得真假币扫描区域之间对比明显的频域模式成像图。
在上述各实施例中，扫描区域的扫描时间由扫描的范围、每个扫描点的扫描时间、空间点数、锁相放大器的积分时间决定；系统产生信号的动态范围在3000以上，频谱宽度为0.1THz到3.0THz，信号时域峰值处的信噪比大于600；测试环境：整个样品池内未冲氮气，样品池的湿度为23％，温度为20℃，为以确保测量时的环境与实际鉴定时的环境一致。
以下以2005版百元真假纸币为例，分别选取扫描区域为白水印区域和安全线区域，应用上述实施例的鉴别纸币真伪的方法，实现对百元纸币真伪的鉴定。
如图所示，图2，图3，图4为真假币白水印区域时域模式成像图的对比图，可以看出，真币在三种成像模式(最大值、最小值和峰峰值)成像图中均可观察到所表现的扫描区域的吸收光谱的图像特征数字“100”的轮廓，而假币在以上三种成像图都无法观察到“100”的轮廓。
图5是真假币白水印区域的频域模式成像图的对比图，在频率分别为1.7THz，2.0THz，2.2THz，2.4THz时，真币对应的振幅成像图中均可以清晰地识别出所表现的扫描区域的吸收光谱的图像特征“100”的轮廓；对于假币，在上述频率下其频域模式成像图均无法识别“100”的轮廓。
同样的，图6，图7，图8，图9对应的真假币安全线区域的成像图的对比图也可以准确的鉴别纸币的真伪。
利用其他区域同样可以通过太赫兹光谱成像技术来鉴定纸币真伪。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，包括：
在待扫描纸币上选取扫描区域，获取所述扫描区域的太赫兹成像图，其中，所述待扫描纸币包括真币和待鉴别纸币，所述真币上的扫描区域和所述待鉴别纸币上的扫描区域为对应位置相同的区域；
将所述太赫兹成像图上所表现的所述真币上的扫描区域和所述待鉴别纸币上的扫描区域的吸收光谱的图像特征进行对比，以鉴别所述待鉴别纸币的真伪。
2.根据权利要求1所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述扫描区域为所述待扫描纸币的防伪特征区域。
3.根据权利要求1所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述获取所述扫描区域的太赫兹成像图，包括：
获取所述扫描区域的时域模式成像图或者获取所述扫描区域的频域模式成像图。
4.根据权利要求3所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述获取所述扫描区域的时域模式成像图，包括：
利用太赫兹成像系统获取所述扫描区域的透射时域信号数据；
基于可视化软件将所述扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，获得所述扫描区域的时域模式成像图。
5.根据权利要求4所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述利用所述太赫兹成像系统获取所述扫描区域的透射时域信号数据，包括：
利用所述太赫兹成像系统对所述扫描区域进行逐点扫描，得到每个扫描点的透射时域信号数据；
将每个扫描点的透射时域信号数据按逐点扫描的次序排列，获得所述扫描区域的透射时域信号数据；
其中，所述透射时域信号数据包括透射时域振幅数据。
6.根据权利要求5所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述基于可视化软件将所述扫描区域的透射时域信号数据进行时域显示模式成像，包括：
在所述扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值，将所述最大值输入所述可视化软件进行成像，获得最大值时域模式成像图；
或者，在所述扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最小值，将所述最小值输入所述可视化软件进行成像，获得最小值时域模式成像图；
或者，在所述扫描区域的透射时域信号数据中查找每个扫描点的透射时域振幅数据中的最大值与最小值，将所述最大值与所述最小值的差值输入所述可视化软件进行成像，获得峰峰值时域模式成像图。
7.根据权利要求4所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述太赫兹成像系统的测试环境为：空气环境，湿度23％，温度20℃。
8.根据权利要求4所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述获取扫描区域的频域模式成像图，包括：
将所述扫描区域的透射时域信号数据经傅里叶变换得到所述扫描区域的透射频域信号数据；
基于所述可视化软件将所述扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，获得所述扫描区域的频域模式成像图；
其中，所述透射频域信号数据包括透射频域振幅数据。
9.根据权利要求8所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述基于所述可视化软件将所述扫描区域的透射频域信号数据进行频域显示模式成像，包括：
在所述扫描区域的透射频域信号数据中查找每个扫描点的在预设频率下的透射频域振幅数据，将所述预设频率下的透射频域振幅数据输入所述可视化软件进行成像，获得所述预设频率的频域模式成像图。
10.根据权利要求9所述的鉴别纸币真伪的方法，其特征在于，所述预设频率的取值范围为1.4THz-2.4THz。
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