CN111492637B - 标签剂系统 - Google Patents
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Abstract
一种认证系统及相关方法包括基底，基底包括在基底的一个或多个部分处设置在基底中或基底上的一个或多个掺杂内含物，使得电磁辐射吸收与反射在基底的设置有掺杂内含物的部分与基底的未设置掺杂内含物的部分之间变化，以及检测器，检测器包括电磁辐射源，该电磁辐射源被配置为以多个波长的电磁辐射向基底辐射，以及成像系统，该成像系统被配置为获取受辐射的基底的多个图像。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2017年12月8日提交的美国临时申请序列号No.62/596,558的优先权，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种标签剂(TAGGANT)系统。具体而言，本发明涉及一种包含掺杂内含物的标签剂系统，其可与纸币一起使用。
背景技术
伪造是一个日益增长的商业和经济问题。各种产品和物品都有可能被假冒。货币就是此类物品一个示例。假币通常很难被检测出来。货币制造商试图通过各种技术来阻止和防止造假，例如在货币基材中加入安全元素。然而，这些技术往往被造假者所规避。随着造假者变得越来越老练，货币中的安全要素也必须变得更加先进，以防止广泛的欺诈。因此，需要建立一个有效的高安全机制，以保护货币不被伪造。
发明内容
总的来说，在一个方面，本发明具有一种认证系统，包括基底，所述基底包括在基底的一个或多个部分处设置在基底中或基底上的一个或多个掺杂内含物，使得电磁辐射吸收与反射在基底的设置有掺杂内含物的部分与基底的未设置掺杂内含物的部分之间变化，以及检测器，包括电磁辐射源，该电磁辐射源被配置为以多个波长的电磁辐射向基底辐射，以及成像系统，该成像系统被配置为获取受辐射的基底的多个图像。
本发明的实现可以包括以下一个或多个特征。基底可以是纸币。一个或多个掺杂内含物可包括盘状内含物、基于平板的内含物、基于纤维的内含物或其组合。一个或多个掺杂内含物可掺杂有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂是无机的、具有纳米尺寸分布、具有小于1000℃的熔化温度或其组合。一个或多个掺杂内含物可掺杂有一种或多种尖锐线宽吸收体掺杂剂。一个或多个掺杂内含物可以包括第一掺杂内含物和第二掺杂内含物，其中，第一掺杂内含物基于所使用的掺杂剂、物理参数或两者而不同于第二掺杂内含物。第一掺杂内含物可至少基于物理参数而不同于第二掺杂内含物，其中，物理参数是掺杂内含物的长度、半径、直径或尺寸。一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物可提供单条吸收线或多条吸收线。当一个或多个掺杂内含物被设置在基底中时，肉眼可能看不见。电磁辐射源可被配置为以第一波长发射电磁辐射，该第一波长对应于或基本上对应于掺杂内含物的吸收峰，以及以第二波长和第三波长中的至少一个发射电磁辐射，其中，第二波长小于第一波长且对应于吸收峰的第一侧，并且其中，第三波长大于第一波长且对应于与吸收峰的第一侧相对的吸收峰的第二侧。
总的来说，在另一方面，本发明具有一种认证方法，包括用检测器的电磁辐射源以多个波长辐射基底，基底包括在基底的一个或多个部分处设置在基底中或基底上的一个或多个掺杂内含物，使得电磁辐射吸收与反射在基底的设置有掺杂内含物的部分与基底的未设置掺杂内含物的部分之间变化；利用检测器的成像系统获取以多个波长受到辐射的基底的多个图像；及通过对多个图像的图像分析来检测一个或多个掺杂内含物。
本发明的实现可以包括以下一个或多个特征。图像分析可以是基于像素的减法处理，从基底以第二波长受到辐射的多个图像中的第二图像中减去基底以第一波长受到辐射的多个图像中的第一图像。图像分析可以包括从第二图像中减去第一图像和从基底以第三波长受到辐射的多个图像中的第三图像中减去第一图像的步骤，基底可以是纸币。一个或多个掺杂内含物可包括盘状内含物、基于平板的内含物、基于纤维的内含物或其组合。一个或多个掺杂内含物可掺杂有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂是无机的、具有纳米尺寸分布、具有小于1000℃的熔化温度或其组合。一个或多个掺杂内含物可掺杂有一种或多种尖锐线宽吸收体掺杂剂。一个或多个掺杂内含物可以包括第一掺杂内含物和第二掺杂内含物，其中，第一掺杂内含物基于所使用的掺杂剂、物理参数或两者而不同于第二掺杂内含物。第一掺杂内含物可至少基于物理参数而不同于第二掺杂内含物，其中，物理参数是掺杂内含物的长度、半径、直径或尺寸。可将具有不同吸收特性或物理参数的掺杂内含物散布在基底中以构建认证码。一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物可提供单条吸收线或多条吸收线。
检测器可以包括白光源和多个相机，其中多个相机中的每个相机使用不同的带通滤波器以顺序地或同时地在第一波长处及第二波长和第三波长中的至少一个波长处创建图像。检测器可以包括多个窄带宽光源和单个相机，其中，多个窄带宽光源中的每个光源在第一波长、第二波长和第三波长中的一个处具有单个发射，并且其中，通过连续操作多个窄带宽光源利用单个相机在第一波长处及第二波长和第三波长中的至少一个波长处获取图像。检测器可以包括白光源和单个相机，其中，单个相机使用顺序可互换的带通滤波器在第一波长处及第二波长和第三波长中的至少一个波长处创建图像。检测器可以包括多个窄带宽光源和相应数量的相机，其中，相应数量的相机中的每个相机包括插入滤波器，以仅使多个窄带宽光源的对应光源的波长通过，及其中，在所有波长处同时获取图像。图像分析可以包括测量一个或多个掺杂内含物的一个或多个物理参数的步骤，其中，物理参数是长度、半径、直径、尺寸或形状，及其中，当一个或多个物理参数的每个测量的物理参数在预定范围内时，将基底确定为真实的。该方法还可以包括校准步骤，其中，校准步骤确保第一图像的每个像素与来自第二图像的每个对应像素对应于基底上的相同位置。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的具有与标签剂系统吸收的辐射波长相对应的吸收线的模型反射强度谱；
图2示出了根据本发明的实施例的包含包括盘状内含物的标签剂系统的纸币的多个波长分析图像；及
图3示出了图2的标签剂系统的内含物直径分析。
具体实施方式
本发明的标签剂(TAGGANT)系统可用于诸如纸张的基底，其可为纸币。在优选实施例中，标签剂系统散布在整个所利用的基底上。
标签剂系统可以在电磁频谱中的一个或多个频率下起作用，包括紫外(UV)、可见光和红外暗或非活动的。在优选实施例中，标签剂系统在没有体色的纸张中是肉眼看不见的。
本发明的标签剂系统包括两个组分，即设置或嵌入在基底中的内含物和设置在内含物中或上或包含在其内的掺杂剂。内含物可以是一种或多种工程尺寸和/或形状的任何材料，其与基底制造工艺兼容。在一个实施例中，内含物是盘状内含物。在另一个实施例中，内含物是基于平板的内含物。在另一个实施例中，内含物是基于纤维的内含物。内含物可包括聚合物样纤维、涂布纸、玻璃等，它们被包含或嵌入到基底中。
内含物掺杂有能够允许标签剂系统具有与不包含标签剂系统的基底区域的吸收/反射不同的吸收/反射的掺杂剂。特别地，掺杂剂能够吸收一个或多个预定波长的入射辐射。所选择的掺杂剂可以是无机的、具有纳米尺寸分布和/或具有小于1000℃的熔化温度。在一个实施例中，掺杂剂是任何尖锐线宽吸收体，例如等离子冰纳米粒子。
在内含物是基于纤维的内含物的实施例中，标签剂系统可以包括掺杂剂包含到纤维中的聚合物纤维宿主，其中，纤维被包含或嵌入到基底中。
通过在基底中使用所述掺杂内含物，在基底中的掺杂内含物所在的这些位置处的电磁辐射吸收和反射发生变化。即，在这些掺杂内含物位置，反射辐射频谱中的吸收存在倾斜。由于掺杂剂的选择和/或掺杂有不同掺杂剂的不同内含物集合的包合，可以呈现特定的单条或多条吸收线。在优选实施例中，多条吸收线由单个掺杂光纤产生。由于振动模式和/或电子状态特征，还可以通过包含玻璃、晶体、染料等产生多条吸收线。
图1显示了一个模型反射强度谱，其吸收线对应于由标签剂系统(例如掺杂内含物)吸收的特定波长的辐射(λ2)。如果在其它波长(如λ1和λ3)进行检测，则受检查的基底的反射率不呈现任何不规则性，例如反射辐射频谱中的吸收倾斜。然而，在波长λ2处的检查呈现不规则性，指示相关掺杂内含物的存在。通过测量来自包含本发明的标签剂系统的基底的电磁辐射的反射，可以观察到反射率/吸收的变化或不规则性，并且可以确定标签剂系统的存在和/或位置。
关于本发明的标签剂系统的防伪特性，该系统可以包括几个安全级别。第一安全级别可以是标签剂系统的材料不能用肉眼看到，例如在纸中。掺杂内含物可以是无色的和/或在电磁频谱中的一个或多个频率下起作用，包括紫外(UV)、可见光和红外暗或非活动的。此外，标签剂系统可以在整个物品(例如货币票据)上分布并被检测到。这可以有助于检测到复合伪造物。
第二安全级别可以使得掺杂剂是或包括未记录在化学和晶体数据库中的物质。标签剂系统可以通过光谱分辨率图像处理(SRIP)来检测，分辨率约为1nm，并且/或者包括隐蔽的波长位置和线宽。
第三安全级别可以使得标签剂系统能够有多个唯一的代码配置，包括超过15个不同的代码。编码配置可用于识别和/或验证货币的面额。这些码可以是单码或二进制码。可以基于掺杂剂选择和内含物的物理尺寸和/或形状参数(例如，长度、半径/直径等)的组合来创建代码。具有不同吸收特性和/或物理参数的掺杂内含物可以可预测地散布在基底中以构建认证码。掺杂剂可以包括第一掺杂剂(掺杂剂A)、第二掺杂剂(掺杂剂B)或两者的组合。内含物参数可以是第一直径(D1)、第二直径(D2)或二者的组合。对于基于纤维的内含物，内含物参数可以是第一长度(L1)、第二长度(L2)或两者的组合。图2显示了使用盘状内含物的标签剂系统中的多个直径的内含物，图3显示了所述标签剂系统的内含物直径分析。例如，基于上述用于掺杂剂选择和内含物参数的术语，可以使用以下不同的代码：AD1、AD2、BD1、BD2、AD1/BD2、AD2/BD1、BD1/BD2、AD1/BD1、AD2/BD2和AD1/AD2。
本发明不限于使用两种不同尺寸的内含物和/或两种不同的掺杂剂，而是可以包括另外的尺寸、形状和掺杂剂以创建更复杂的代码。在这样的示例中，标签剂系统可以利用不同形状的组合(例如，圆盘和光纤)来创建这些复杂的代码。也可以基于不存在具有上述某些方面的掺杂内含物来创建代码。所描述的技术可以彼此进一步组合以创建附加代码。
图2示出了根据本发明的一个实施例的包含盘状内含物的纸币，使用多个波长进行分析。如图所示，设计印刷被示出为覆盖盘状内含物的某些部分，例如在左上角的“100”标记的位置，该标记用在感兴趣波长即λ1、λ2和λ3处吸收的墨水印刷。这种墨水的一个示例是凹版墨。货币票据在几个不同的波长，即λ1、λ2和λ3处受到照射。当用在波长λ2处发射窄带宽光的光源照射票据时，由于在所述波长处的光被内含物位置处的标签剂系统吸收的程度大于从票据在内含物周围区域反射的光，因此内含物是可见的。如图所示，当货币票据被在波长λ1或λ3处发射窄带宽光的光源照射时，由于标签剂系统在这些波长处不吸收，从票据的其余部分看不到内含物。
此外，在内含材料具有与货币票据基底类似的反射率特性的实施例中，内含物基本上是不可见的。相对于可见光谱而言，标签剂系统的吸收线宽最好非常窄。通过利用标签剂系统的窄线宽，造假者在正常白光照射条件下检测标签剂系统的存在和伪造标签剂系统的能力更加困难。
在本发明的优选实施例中，适于定位和认证标签剂系统的检测器由包括相机和镜头的成像系统以及照明光源构成。在图2的示例中，在波长λ2处的吸收倾斜可以通过使用，例如，在具有白光照明源或者在波长λ1、λ2和/或λ3处的多个光源的相机前面的波长λ1、λ2和/或λ3处的窄带通滤波器来观察。通过分别在以波长λ2和波长λ1或λ3照射下拍摄至少两张货币票据的图像并执行基于像素的减法处理，从在以波长λ1或λ3照射下获取的图像中减去在以波长λ2照射下获取的图像，得到在图2的左下方示出的图像。可以从在以波长λ1和λ3照射下获取的图像中减去在以波长λ2照射下获取的图像。此外，可以在该处理期间(例如在图像获取之前)执行校准步骤，其中，校准确保一个图像的每个像素与来自另一图像的每个对应像素对应于基底上的相同位置。此外，本发明的图像分析过程可包括测量掺杂内含物的物理参数，例如基于长度、半径、直径、尺寸和/或形状，其中，当测量物理参数并确定其在设定范围内时基底得到认证。
在内含物位置之外的货币票据区域，两个输入图像是相同的，使得减法处理导致暗区域(即，像素强度值为0)。在内含物位置处，波长λ2处的像素值低于波长λ1或λ3处的对应像素值，使得减法处理导致像素值大于0。此减法处理产生的图像仅指示相关内含物，从而消除每个输入图像(例如，在波长λ2和波长λ1或λ3处)中常见的票据的其他特征(例如，墨水、线等)。然后，可以利用图像处理算法来进一步认证标签剂系统，例如根据内含物的物理尺寸和/或形状参数或内含物在纸币票据基底内的位置。最后，当从在以波长λ3照射下获取的图像中减去在以波长λ1照射下获取的图像时，或者反之亦然，所得图像不提供相关内含物的指示，如图2的右下角图像所示。
本发明的光源可以以波长λ2发射电磁辐射，其对应于或基本上对应于掺杂内含物的吸收峰，并且以波长λ1和λ3中的至少一个发射电磁辐射，其中λ1<λ2<λ3。另外，本发明的检测器可以包括白光源和多个相机，其中，多个相机中的每个相机使用不同的带通滤波器以顺序地或同时地在波长λ2和波长λ1和λ3中的至少一个处创建图像。在另一个实施例中，本发明的检测器可以包括多个窄带宽光源和单个相机，其中，每个光源在波长λ1、λ2、λ3之一处具有单个发射，其中，通过顺序操作多个窄带宽光源，使用单个相机在波长λ2和波长λ1和λ3中的至少一个处获取图像。在另一个实施例中，本发明的检测器可以包括白光源和单个相机，其中，相机使用顺序可互换的带通滤波器在波长λ2和波长λ1和λ3中的至少一个处创建图像。在另一个实施例中，本发明的检测器可以包括多个窄带宽光源和相应数量的相机，其中，每个相机包括插入滤波器，以仅使多个窄带宽光源的相应光源的波长通过，其中，同时获取所有波长的图像。
在本发明的另一方面，标签剂系统可在货币票据的其它特征(例如墨水、线等)的上面或下面使用。当标签剂系统位于这种特征(例如墨水)的下面时，当受到上述减法处理时，内含物被覆盖并因此被遮掩，因为光接触墨水而不是内含物，即，从墨水而不是内含物反射或被其吸收。这种遮掩效果如图2所示，其中，左上角的“100”标记覆盖内含物，导致减法图像中的盘状内含物的遮掩部分。检测标签剂系统是设置在其他票据特征之上还是之下是确定货币票据真实性的另一种方法。
本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等同物替代要素。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定特征或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于公开的特定实施例，而是本发明包括属于权利要求范围内的所有实施例。
Claims (27)
1.一种认证系统，包括：
基底，所述基底包括在所述基底的一个或多个部分处设置在所述基底中或所述基底上的一个或多个掺杂内含物，使得所述基底的设置有掺杂内含物的部分处的电磁辐射吸收和反射不同于所述基底的未设置掺杂内含物的部分处的电磁辐射吸收和反射，其中所述一个或多个掺杂内含物包括一种或多种尖锐线宽吸收体掺杂剂；及
检测器，所述检测器包括：
电磁辐射源，所述电磁辐射源被配置为以多个波长的电磁辐射向所述基底辐射，及
成像系统，所述成像系统被配置为获取受辐射的所述基底的多个图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基底是纸币。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个掺杂内含物包括盘状内含物、基于平板的内含物、基于纤维的内含物或其组合。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个掺杂内含物掺杂有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂是无机的、具有纳米尺寸分布、具有小于1000℃的熔化温度或其组合。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个掺杂内含物包括第一掺杂内含物和第二掺杂内含物，其中，所述第一掺杂内含物基于所使用的掺杂剂、物理参数或两者而不同于所述第二掺杂内含物。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一掺杂内含物至少基于物理参数而不同于所述第二掺杂内含物，其中，所述物理参数是所述掺杂内含物的长度、半径、直径或尺寸。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物提供单条吸收线。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物提供多条吸收线。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，当一个或多个掺杂内含物被设置在所述基底中时，肉眼不可见。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁辐射源被配置为以第一波长发射电磁辐射，所述第一波长对应于或基本上对应于所述掺杂内含物的吸收峰，以及以第二波长和第三波长中的至少一个发射电磁辐射，其中，所述第二波长小于所述第一波长且对应于所述吸收峰的第一侧，并且其中，所述第三波长大于所述第一波长且对应于与所述吸收峰的第一侧相对的所述吸收峰的第二侧。
11.一种认证方法，包括：
用检测器的电磁辐射源以多个波长辐射基底，所述基底包括在所述基底的一个或多个部分处设置在所述基底中或所述基底上的一个或多个掺杂内含物，使得所述基底的设置有掺杂内含物的部分处的电磁辐射吸收和反射不同于所述基底的未设置掺杂内含物的部分处的电磁辐射吸收和反射，其中所述一个或多个掺杂内含物包括一种或多种尖锐线宽吸收体掺杂剂；
利用检测器的成像系统获取以多个波长受到辐射的所述基底的多个图像；及
通过对多个图像的图像分析来检测所述一个或多个掺杂内含物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，图像分析是基于像素的减法处理，从所述基底以第二波长受到辐射的多个图像中的第二图像中减去所述基底以第一波长受到辐射的多个图像中的第一图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述图像分析包括从第二图像中减去第一图像和从所述基底以第三波长受到辐射的多个图像中的第三图像中减去第一图像的步骤。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述基底是纸币。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个掺杂内含物包括盘状内含物、基于平板的内含物、基于纤维的内含物或其组合。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个掺杂内含物掺杂有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂是无机的、具有纳米尺寸分布、具有小于1000℃的熔化温度或其组合。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个掺杂内含物包括第一掺杂内含物和第二掺杂内含物，其中，所述第一掺杂内含物基于所使用的掺杂剂、物理参数或两者而不同于所述第二掺杂内含物。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一掺杂内含物至少基于物理参数而不同于所述第二掺杂内含物，其中，所述物理参数是所述掺杂内含物的长度、半径、直径或尺寸。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，将具有不同吸收特性或物理参数的掺杂内含物散布在所述基底中以构建认证码。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物提供单条吸收线。
21.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个掺杂内含物中的至少一个掺杂内含物提供多条吸收线。
22.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测器包括白光源和多个相机，其中，多个相机中的每个相机使用不同的带通滤波器以顺序地或同时地在第一波长处以及第二波长和第三波长中的任何一个或两个波长处创建图像。
23.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测器包括多个窄带宽光源和单个相机，其中，多个窄带宽光源中的每个光源在第一波长、第二波长和第三波长中的每个波长处均具有发射，并且其中，通过连续操作多个窄带宽光源利用单个相机在第一波长处以及第二波长和第三波长中的任何一个或两个波长处获取图像。
24.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测器包括白光源和单个相机，其中，单个相机使用顺序可互换的带通滤波器在第一波长处以及第二波长和第三波长中的任何一个或两个波长处创建图像。
25.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测器包括多个窄带宽光源和相应数量的相机，其中，相应数量的相机中的每个相机包括插入滤波器，以仅使多个窄带宽光源的对应光源的波长通过，及其中，在所有波长处同时获取图像。
26.根据权利要求11所述的方法，其中，图像分析包括测量一个或多个掺杂内含物的一个或多个物理参数的步骤，其中，所述物理参数是长度、半径、直径、尺寸或形状，及其中，当一个或多个物理参数的每个测量的物理参数在预定范围内时，将基底被确定为真实的。
27.根据权利要求11所述的方法，还包括校准步骤，其中，所述校准步骤确保第一图像的每个像素与来自第二图像的每个对应像素对应于所述基底上的相同位置。
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