CN113544752A - 用便携式装置认证磁感应标记的方法 - Google Patents

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CN113544752A CN202080017285.3A CN202080017285A CN113544752A CN 113544752 A CN113544752 A CN 113544752A CN 202080017285 A CN202080017285 A CN 202080017285A CN 113544752 A CN113544752 A CN 113544752A
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Abstract

本发明涉及一种用便携式装置认证磁感应标记的方法，磁感应标记施加在基板上并且包括磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒，便携式装置配备有可操作以递送可见光的光源、成像器、处理器和存储器，方法包括：用处理器计算由部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒反射并且由处于相应视角θ的成像器收集的光的相应平均强度I；存储所计算的反射光的平均强度以及相应视角以获得反射光强度曲线I(θ)；将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对磁感应标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，以及基于比较的结果来确定磁感应标记是否真实。

Description

用便携式装置认证磁感应标记的方法
技术领域
本申请涉及一种用于认证基板上的标记的方法，所述标记是利用包括磁性或可磁化颜料颗粒的墨印刷的，并且涉及一种用于实现所述方法的便携式装置，优选为智能电话。
背景技术
在本领域中已知的是例如在安全文件领域中使用包含定向的磁性或可磁化颜料颗粒、特别地还有光学可变的磁性或可磁化颜料颗粒的墨、组合物、涂层或层来生产磁感应标记的形式的安全元素。包含定向的磁性或可磁化颜料颗粒的涂层或层例如在US 2,570,856、US 3,676,273、US 3,791,864、US 5,630,877和US 5,364,689中公开。在WO 2002/090002 A2和WO 2005/002866 A1中已经公开了包括定向的磁性变色颜料颗粒的涂层或层，从而产生了对于安全文件的保护有用的特别吸引人的光学效应。
印刷墨或涂层中的磁性或可磁化颜料颗粒允许通过施加相应磁场而产生磁感应标记、设计和/或图案，从而引起未硬化涂层中的磁性或可磁化颜料颗粒的局部定向，随后使未硬化涂层硬化。结果是固定的磁感应标记、设计或图案。用于使涂层组合物中的磁性或可磁化颜料颗粒定向的材料和技术已在US 2,418,479、US 2,570,856、US 3,791,864、DE2006848-A、US 3,676,273、US 5,364,689、US 6,103,361、EP 0 406 667 B1、US 2002/0160194、US 2004/70062297、US 2004/0009308、EP 0 710 508 A1、WO 2002/09002 A2、WO2003/000801 A2、WO 2005/002866 A1、WO 2006/061301 A1中公开。这些文件通过引用结合在此。以此方式，可以产生高度抗伪造的磁感应标记。如此获得的磁感应标记产生相对于施加磁感应标记的基板的法线实质上不对称的角度反射分布。这是不常见的并且不同于经典的镜面或朗伯(Lambertian)反射/散射行为。
例如用于安全文档的安全特征通常可以一方面被分类为“隐蔽”安全特征，并且另一方面被分类为“明显”安全特征。由隐蔽安全特征提供的保护依赖于这种特征难以检测的概念，通常需要用于检测的专门设备和知识，而“明显”安全特征依赖于用例如无辅助的人类感觉容易地可检测的概念，例如，这样的特征可以是经由触觉可见的和/或可检测的，同时仍然难以产生和/或复制。磁感应标记典型地用作“明显”(或级别1)安全特征，这些安全特征应允许在没有任何外部装置或工具的情况下由人类进行直接且明确的认证。然而，明显安全特征的有效性在很大程度上取决于其作为安全特征的容易识别，因为大多数用户实际上仅(并且特别是那些没有文件或用其保护的物品的安全特征的先验知识的用户)在他们具有他们现有的和自然的实际知识下基于所述安全特征进行安全检查。
即使磁感应标记的安全级别在抗复制性方面较高，一般消费者可能潜在地混淆在给定产品上针对特定明显安全元素应观看到何种精确效果。具体地，产生类似图案或标志的翻转全息图(低安全性、低成本安全元素)可能导致未经训练的消费者误解真实性，因为它也将产生角度依赖的反射图案。
近年来，已经出现了使用智能电话的许多认证方法。它们中的大多数依赖于智能电话照相机提取低于人眼分辨率的几何或拓扑信息的成像能力(诸如在WO 0225599 A1中所公开的)，或超出人类提取非常接近噪声的信号或解释印刷的设计颜色或形状中的弱变化的能力(诸如在WO 2013071960 A1中所公开的)。这些方法具有提取用于识别的编码信息的优点，但另一方面需要附接到智能电话照相机的高分辨率印刷和/或放大光学器件。
已经开发了适用于低分辨率印刷特征的其它认证方法，这些方法依赖于安全特征的比色分析(如在US 2011190920中所公开的)，基于全息图(或诸如在WO 2015052318 A1中所公开的SICPASMARTTM)，其分析在智能电话围绕图案的增强现实辅助方位位移期间测量的光学可变图案的变色特性。这些方法依赖于智能电话照相机相对于标记的移动，这实现起来是复杂的。此外，这些方法取决于外部光照明并且因此对环境光条件(例如，直射阳光、暗环境或高度色度不平衡照明)高度敏感。
已经提出了具有角度依赖反射强度的特征的其它认证方法，诸如随机定向薄片(如WO 2012 136902 A1和US 20140224879中所公开的)、微反射镜、衍射特征(如全息图或压花3D结构)(如WO 2015193152 A1或US 2016378061中所公开的)。这些方法基于用于捕获两个图像(然后分析这两个图像)的照相机的两个角度位置。
控制智能电话的照相机和样本照明这两者以获得安全特征的反射率的可再现测量仍然是挑战。智能电话照相机通常使用适合于典型的照相机使用(例如，横向或纵向照片)的自动曝光和调焦算法，但是这样的算法不适合于对具有磁感应标记的高反射标记进行成像。对安全特征的照明可能源自室内或室外的环境发光，这通常是未知的且难以控制，并且可能妨碍磁感应标记的特定安全特征(诸如角反射率)的可靠检测。
因此，当前已知的基于智能电话的认证技术具有许多缺点，包括以下各项：它们需要精细结构的高分辨率印刷；和/或它们依赖于复杂的智能电话移动以显露颜色；和/或它们由于有限的可用信息而不能可靠地对精确的角度依赖性(例如：在现有技术中仅使用照相机的两个角度位置的方法)进行准确认证。
因此，期望向公众提出，并且潜在地还向相关检查者提出，一种针对环境光扰动稳健的、经改进的、准确且可靠的技术方案，该技术方案不依赖于高分辨率印刷或智能电话的复杂移动，并且避免了难以控制和非直观的倾斜或方位角位置或旋转移动。
具体地，需要一种认证方法和装置，该认证方法和装置可以将给定的磁感应标记与另一个磁感应标记或与用其它技术产生的另一个明显安全特征以及与基于另一种技术(该技术尝试模仿或模拟效应但再现该安全特征或标志拓扑并且具有反射强度的某种角度依赖性)的模仿明显区分开。
因此，本发明的目的是提供一种使用便携式装置(优选为智能电话)来认证用作印刷或固定在基板(诸如标签、产品或文件)上的明显安全特征的磁感应标记的方法，以克服现有技术的缺点。
本发明的另一目的是提供一种用于认证施加在基板上的磁感应标记的便携式装置(优选为智能电话)，该便携式装置易于控制，该便携式装置对环境光可变性具有良好的抗扰性，并且对模仿具有高度辨别性，并且对其它角度依赖反射标记具有选择性。
本发明的另一目的是提供一种相应的非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括计算机代码部分或指令，这些计算机代码部分或指令可以由处理器执行以使配备有光源和成像器的便携式装置进行如这里所描述的认证方法。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及一种利用便携式装置认证基板上的磁感应标记的方法，所述磁感应标记包括具有材料的平面层的区，所述材料包括磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒，所述便携式装置配备有可操作以递送可见光的光源、成像器、处理器和存储器，所述方法包括：
-将所述便携式装置的成像器设置在所述磁感应标记的区的上方给定距离L处；
-通过使所述成像器在平行于所述平面层的方向上在所述磁感应标记上方移动，利用所述光源对所述标记的区进行照明，并且利用成像器拍摄被照明区的多个数字图像，其中针对各个不同数字图像，所述成像器相对于所述区的处于相应的不同视角θ；
-针对各个数字图像，利用所述处理器计算由颜料颗粒反射并且由处于相应视角θ的所述成像器收集的光(8)的相应平均强度I；
-存储所计算的反射光的平均强度以及相应视角以获得反射光强度曲线I(θ)；
-将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对所述磁感应标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，以及
-基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
根据本发明的方面，便携式装置的成像器是照相机，优选地是智能电话照相机。具体地，该方法利用智能电话照相机及其内置闪光灯的几何布置的优点，其允许针对智能电话本体的特定位置选择性地获得通过部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒进行的闪光灯到照相机的反射。该位置由精确颗粒方位角的知识和控制、照相机放大和闪光灯到照相机距离的知识以及规定的照相机到标记距离预先确定。
以这种方式，例如，基于全息膜或基于微反射镜的设计，可以准确地区分具有给定的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒定向角度的磁感应标记与具有不同颗粒的定向角度的另一标记或产生类似效应的标记。使用具有相对于照相机的已知位置的闪光灯照明降低了环境照明对测量的影响，并且提高了认证的准确度。此外，合适的图形用户界面向用户提供引导(诸如智能电话显示器上的目标等)，以将智能电话准确地定位在正确位置。然后在闪光灯打开的情况下获取磁感应标记的图像序列，同时在规定的距离处平行于标记的平面移动智能电话。然后通过图像处理算法分析该图像序列以从标记或包含所述标记或其一部分的局部强度图案中提取反射区域。例如，图像处理算法包括从与预期来自部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的反射强度的磁感应标记的特定设计相对应的图像的至少一个预定区域(区)提取强度值，或者对于给定的安全图像设计和智能电话相对于图像的位置不是这样。这些区的强度值(级别)作为位置(以及视角)的函数的标准用于确定磁感应标记是否真实。在一个实施例中，将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对所述图像的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，并且基于比较的结果(即，在给定容差标准内的曲线的匹配)来确定磁感应标记是否真实。优选地，将针对所述磁感应标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)存储在便携式装置的存储器中或可经由任何通信部件连接到便携式装置的远程服务器上。
在本发明的另一方面中，该方法包括计算反射光强度曲线I(θ)的变化率以确定曲线的强度峰值的角度值和相应值；分别将所计算的角度值和强度峰值与所存储的针对所述磁感应标记的参考角度值和参考强度峰值进行比较。在这种情况下，进一步基于所述比较的结果来确定磁感应标记是否真实。优选地，针对所述磁感应标记的参考角度值和参考强度峰值存储在便携式装置的存储器中或可经由任何通信部件连接到便携式装置的远程服务器上。
换句话说，可以作为位置的函数提取反射强度分布(等效于角度变化)，可以将其转换为角度反射分布，该角度反射分布包含可以用作认证标准的附加特定信息(诸如分布宽度、峰位置、歪斜、不对称、转折点和其它特征等)。分布可以馈送到机器学习算法(例如，决策树)以定义用于认证的规则，该规则使用分布中特定于磁感应标记的特征。
在本发明的另一方面中，该方法还包括根据所获取的数字图像计算磁感应标记的所述区上的反射光强度的方差，将所计算的方差与针对所述图像的参考方差值进行比较，其中，还基于所述比较的结果来确定磁感应标记是否真实。优选地，所述磁感应标记的参考方差值存储在便携式装置的存储器中或可经由任何通信部件连接到便携式装置的远程服务器上。
一些产生朗伯(对称)反射/散射行为的参考背景印刷区域也可以用于进行强度校正，并且解释潜在的照射不均匀性、由于样品的可变距离而引起的照明变化或图像获取参数(诸如增益或曝光时间等)的变化。
已知形状和维度的几何参考图案可以在部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的图像附近或上方印刷，以允许找到基板上的磁感应标记，进行透视校正，并在扫描期间校正智能电话距离的小变化或相对于基板的倾斜。
因此，该方法还包括读取几何参考图案，该几何参考图案至少部分地与磁感应标记的区重叠并且为编码标记(诸如编码的字母数字数据、一维条形码、二维条形码、QR码或数据矩阵等)的形式。此外，这允许出于可追溯性目的识别安全标记。几何参考图案仅在与照明光的非镜面反射相对应的特定角度值处变得完全可读，使得区呈现为均匀背景，从而允许装置解码图案。
根据一个实施例，磁感应标记的至少一个区包括共平行(co-parallel)的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒。所述区因此表现产生相对于基板的法线基本上不对称的反射强度分布的公开明显安全特征。该定向图案被公知为百叶窗效应，其中片状磁性或可磁化颜料颗粒具有彼此平行且平行于平面的磁轴，其中所述平面不平行于施加所述颗粒的基板。具体地，光学效应，其中所述部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒彼此平行并且具有基本相同的相对于施加了颗粒的基板的平面的至少30°的颜料颗粒平面仰角。例如在美国专利8,025,952和欧洲专利1819525B1中公开了产生百叶窗效应的方法
可选地或另外地，磁定向标记包括第一区和第二区，第一区包括在在一个第一方向上共平行的磁定向的部分反射片状磁或可磁化颜料颗粒，第二区具有在与第一方向不同的第二方向上定向的部分反射片状磁或可磁化颜料颗粒。利用该定向图案获得的效应称为翻转效应，其中标记包括由过渡部分隔开的第一部分和第二部分，其中在第一部分中颗粒平行于第一平面对齐并且第二部分中的颗粒平行于第二平面对齐。用于产生翻转效应的方法例如在EP 1 819 525 B1和EP 1 819 525 B1中公开。在这种情况下，优选地，图像处理算法包括在图像(例如视频)序列期间提取作为图像相对于智能电话的位置的函数的来自磁感应标记的两个预定区的强度值。特别地，提取作为图像位置的函数的来自磁感应标记的两个区中的各个区的强度变化率。
在另一方面，本发明提供一种用于认证基板上的磁感应标记的便携式装置，该磁感应标记包括具有材料的平面层的区，该材料包括定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒，所述装置包括：
光源，其可操作以递送可见光并对所述磁感应标记的区进行照明，
成像器，其可操作以当在基本平行于所述平面层的方向上在所述磁感应标记上方移动的同时拍摄被照明区的多个数字图像，其中针对各个不同数字图像所述成像器相对于所述区处于相应的不同视角θ，
存储器，用于存储计算出的反射光(8)的平均强度和相应视角以获得反射光强度曲线I(θ)，以及
处理器，其可操作以将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对所述标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，并且基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实
在本发明的另一方面中，所述处理器可操作以计算所述反射光强度曲线I(θ)的变化率以确定该曲线的角度值和相应强度峰值，将所计算的角度值和强度峰值分别与所存储的针对所述标记的参考角度值和参考强度峰值进行比较，并且还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
在本发明的另一方面中，所述处理器可操作以根据所获取的数字图像计算所述磁感应标记的区上的反射光强度的方差，将所计算的方差与针对所述标记的参考方差值进行比较，并且还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
在本发明的另一方面中，所述装置还可操作以读取几何参考图案，所述几何参考图案至少部分地与所述磁感应标记的区重叠并且为选自编码的字母数字数据的、一维条形码、二维条形码、QR码(12)或数据矩阵的编码标记的形式。
在本发明的另一方面，便携式装置是智能电话或平板电脑。
在另一方面，本发明提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括可由处理器执行的计算机代码部分或指令，以使得配备有可操作以递送可见光的光源和成像器的便携式装置进行如这里所述的认证标记的方法。
下面将参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的没有限制的突出方面和特征。
附图说明
图1是由于取决于其相对于标记的位置的颗粒反射(或不反射)而由智能电话检测磁感应标记的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的示意图。
图2是利用智能电话和在平行于智能电话的平面中且在距智能电话固定距离处被扫描的样本的测量设置的示例。
图3示出针对已知的智能电话到样本距离的、磁感应标记在图像集合中的位置和照明/观察角度、以及强度分布的图形表示。
图4示出从图像序列中提取的磁感应标记的强度和相对强度分布。
图5是在两个相反方向上具有磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的磁感应标记的示意图。
图6示出本发明的一个实施例的特定印刷设计，该特定印刷设计在磁感应标记的不同区域(这两个区域也可以至少部分重叠)中包含在两个不同定向上的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒。
图7示出本发明的一个实施例的特定印刷设计，该特定印刷设计在磁感应的不同区域中包含在两个不同定向上的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒。
图8是在具有如图6或图7所示的两个不同的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒定向的磁感应标记上的智能电话位置以及在这两个位置获得的图像帧的示意图。
图9是磁感应标记或智能电话在标记平面中的90°旋转的效应以及画面上的引导目标的示意图。
图10是具有在E方向上的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(颗粒1)和在相对于颗粒1的90°的S方向上定向的另一类颗粒(颗粒2)的磁感应标记的示意表示。
图11是强度分布、其一阶导数和二阶导数相对于位置的图形表示。
图12是磁感应标记在相对于智能电话的一个特定位置处的强度横截面的图形表示，其示出了单独的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒反射。
图13是作为图像集合中磁感应标记的位置的函数的相对强度和强度方差的分布的图形表示，其示出相对强度和方差的类似行为。
图14是各种标记的强度分布的图形表示。磁感应标记分布清楚地示出由于其相对于轴的不对称性而与其它标记的显著差异。相对强度分布图A涉及磁感应标记，相对强度分布图B是由非磁性变色片状颜料颗粒构成的变色图案，相对强度分布图C是由包括银金属颗粒的墨构成的图案，并且强度分布图D仅涉及纸。
图15示出包含部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的各种类型的标记(包括磁感应标记、全息图和微反射镜)的相对强度和方差分布的示例。
图16示出磁感应标记的各种实施例。
图17示出将磁感应标记与QR码集成的各种特征。
具体实施方式
在下文中，在描述本发明的各种实施例时将参考附图。本说明书用于更好地理解本发明的实施例的概念，并且指出一般概念的某些优选修改。
应注意的是，本发明的关键优点需要磁感应标记的一些特异性以稳健且可靠地认证，即：
应存在局部反射率的锐角依赖性；
角度依赖性应相对于标记轴的法线在方位上不对称；
角度依赖性应可由该标记过程很好地控制并且是由这些反射元素的共平行对齐确定的；
还应控制背景和标记周围。
这些要求可以由本领域中用作纸币、标签和税票、或安全文件(如护照、支票或信用卡)的安全特征的不同应用中的明显特征的安全特征的若干候选满足。这些候选的主要示例为：
(A)包括定向部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的磁感应标记；
(B)压花在金属基板或薄膜上的微反射镜的布置；
(C)在反射图案上具有掩模的阵列中的微透镜的布置；
(D)衍射结构(诸如全息箔或压花衍射结构等)。
与可以被认为是一维颗粒的针状颜料颗粒相比，片状颜料颗粒由于其维度的大长宽比而是二维颗粒。片状颜料颗粒可以被认为是二维结构，其中维度X和Y基本上大于维度Z。片状颜料颗粒在本领域中也称为扁片状颗粒或薄片。这样的颜料颗粒可以被描述为具有对应于与颜料颗粒交叉的最长维度的主轴X和与X垂直的也位于所述颜料颗粒内的第二轴Y。这里描述的磁感应标记包括定向部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒，这些颗粒由于其形状而具有非各向同性反射率。如这里所使用的，术语“各向同性反射率”表示来自第一角度(被颗粒反射到某个(观看)方向(第二角度))的入射辐射的比例是颗粒的定向的函数，即，颗粒相对于第一角度的定向的变化可能导致对观看方向的反射的不同量。优选地，这里所述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒在约200至约2500nm(更优选地约400至约700nm)的一些部分或完整波长范围内具有相对于入射电磁辐射的非各向同性反射，，使得颗粒定向的变化导致该颗粒反射到某一方向的变化。因此，即使每单位表区域(例如每μm2)的固有反射率在片状颗粒的整个表面上是均匀的，由于颗粒的形状，颗粒的反射率是非各向同性的，因为颗粒的可见区域取决于观看它的方向。如本领域技术人员已知的，这里所述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒不同于常规颜料，所述常规颜料颗粒独立于颗粒定向而表现出相同的颜色和反射率，而这里所述的磁性或可磁化颜料颗粒展现出反射或颜色，或这两者，这取决于颗粒定向。
这里描述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的示例包括但不限于包含以下各项的颜料颗粒：由磁性金属(诸如钴(Co)、铁(Fe)、钆(Gd)或镍(Ni)等)中的一种或多种制成的磁性层M；以及铁、铬、钴或镍的磁性合金，其中所述片状磁性或可磁化颜料颗粒可以是包括一个或多个附加层的多层结构。优选地，一个或多个附加层是：层A，其独立地由选自由诸如氟化镁(MgF2)、氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、以及氧化铝(Al2O3)等金属氧化物组成的组中的一种或多种制成；或层B，其独立地由选自由金属和金属合金组成的组(优选地选自由反射金属和反射金属合金组成的组，更优选地选自由铝(Al)、铬(Cr)和镍(Ni)组成的组，再更优选地铝(Al))中的一种或多种制成；或者一个或多个层A(例如上文所述的层A)以及一个或多个层B(例如上文所述的层B)的组合。作为上述多层结构的片状磁性或可磁化颜料颗粒的典型示例包括但不限于A/M多层结构，A/M/A多层结构、A/M/B多层结构、A/B/M/A多层结构、A/B/M/B多层结构、A/B/M/B/A多层结构、B/M多层结构、B/M/B多层结构、B/A/M/A多层结构、B/A/M/B多层结构、B/A/M/B/A多层结构，其中层A、磁性层M和层B选自上文所述的这些层。
根据一个实施例，这里描述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的至少一部分是介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层多层结构以及介电层/反射层/介电/磁性层/反射层/介电层多层结构，其中，这里所描述的反射层独立地且优选地由选自由金属和金属合金组成的组(优选地选自由反射金属和反射金属合金组成的组，更优选地选自由铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、锡(Sn)、钛(Ti)、钯(Pd)、铑(Rh)，铌(Nb)、铬(Cr)、镍(Ni)、以及它们的合金组成的组，甚至更优选地选自由以下各项组成的组：铝(Al)，铬(Cr)、镍(Ni)及其合金，并且还更优选地铝(Al))中的一种或多种制成，其中介电层是独立地且优选地由选自由诸如氟化镁(MgF2)，氟化铝(AlF3)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、氟化铝钠(例如Na3AlF6)、氟化钕(NdF3)、氟化钐(SmF3)、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、氟化锂(LiF)等的金属氟化物和诸如氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)等的金属氧化物组成的组(并且更优选地选自由以下各项组成的组：氟化镁(MgF2)和二氧化硅(SiO2)并且还更优选地氟化镁(MgF2))中的一种或多种制成，并且该磁性、磁性层优选地包括镍(Ni)、铁(Fe)、和/或钴(Co)以及/或者具有镍(Ni)、铁(Fe)、铬(Cr)和/或钴(Co)的磁性合金以及/或者具有镍(Ni)、铁(Fe)、铬(Cr)和/或钴(Co)的磁性氧化物。可替代地，这里描述的介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层多层结构可以是被认为是对人类健康和环境安全的多层颜料颗粒，其中所述磁性层包括磁性合金，该磁性合金具有包括约40wt-％至约90wt-％铁的、约10wt-％至约50wt-％的铬和约0wt-％至约30wt-％的铝的基本上不含镍的组合物。特别合适的具有介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层多层结构的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒包括但不限于MgF2/Al/磁/Al/MgF2，其中磁性层包括铁，优选地包括铁和铬的磁性合金或混合物。
可替代地，这里描述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒可以是部分反射片状变色磁性或可磁化颜料颗粒，特别是磁性薄膜干涉颜料颗粒。变色元素(在本领域中也称为视角闪色元素)，例如颜料颗粒，墨、涂层或层，在安全印刷领域中是已知的，表现出视角或入射角依赖性颜色，并且用于保护安全文件免于通过通常可用的颜色扫描、打印和复印办公设备来伪造和/或非法复制。
磁性薄膜干涉颜料颗粒是本领域技术人员已知的并且例如在US 4,838,648、WO2002/073250 A2、EP 0 686 675 B1、WO 2003/000801 A2、US 6,838,166、WO 2007/131833A1、EP 2 402 401 A1以及其中引用的文件中公开。优选地，磁性薄膜干涉颜料颗粒包括具有五层法布里-珀罗多层结构的颜料颗粒和/或具有六层法布里-珀罗多层结构的颜料颗粒和/或具有七层法布里-珀罗多层结构的颜料颗粒。
优选的五层法布里-珀罗多层结构由吸收层/介电层/反射层/介电层/吸收层的多层结构组成，其中反射层和/或吸收层也是磁性层，优选地，反射层和/或吸收层是包括镍、铁和/或钴以及/或者具有镍、铁和/或钴的磁性合金以及/或者具有镍(Ni)、铁(Fe)和/或钴(Co)的磁性氧化物的磁性层。
优选的六层法布里-珀罗多层结构由吸收层/介电层/反射层/磁性层/介电层/吸收层的多层结构组成。
优选的七层法布里珀罗多层结构由吸收层/介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层/吸收层的多层结构组成(诸如在US 4,838,648中所公开的)。
优选地，这里描述的法布里-珀罗多层结构的这些反射层是独立地由一种或多种材料(诸如以上描述的这些材料等)制成的。优选地，法布里-珀罗多层结构的介电层是独立地由一种或多种材料(诸如以上描述的这些材料等)制成的
优选地，吸收层由选自由铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、钛(Ti)、钒(V)、铁(Fe)、锡(Sn)、钨(W)、钼(Mo)、铑(Rh)、铌(Nb)、铬(Cr)、镍(Ni)、其金属氧化物、其金属硫化物、其金属碳化物、以及其金属合金组成的组(更优选地选自下由以下各项组成的组：铬(Cr)、镍(Ni)、其金属氧化物、以及其金属合金，并且还更优选地选自由以下各项组成的组：铬(Cr)、镍(Ni)及其金属合金)中的一种或多种单独制成。
优选地，磁性层包括包括镍(Ni)、铁(Fe)和/或钴(Co)以及/或者具有镍(Ni)、铁(Fe)和/或钴(Co)的磁性合金以及/或者具有镍(Ni)、铁(Fe)和/或钴(Co)的磁性氧化物。当优选包括七层法布里-珀罗结构的磁性薄膜干涉颜料颗粒时，特别优选地磁性薄膜干涉颜料颗粒包括由Cr/MgF2/Al/Ni/Al/MgF2/Cr多层结构组成的七层法布里-珀罗吸收层/介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层/吸收层多层结构。
这里描述的磁性薄膜干涉颜料颗粒可以是被认为对于人类健康和环境安全的并且基于例如五层法布里-珀罗多层结构、六层法布里-珀罗多层结构和七层法布里-珀罗多层结构的多层颜料颗粒，其中所述颜料颗粒包括一个或多个磁性层，这些磁性层包括一种磁性合金，该磁性合金具有包括约40wt-％至约90wt-％铁、约10wt-％至约50wt-％的铬和约0wt-％至约30wt-％的铝的的基本上不含镍的组合物。被认为对人类健康和环境安全的多层颜料颗粒的典型示例可以在EP 2 402 401A1(将其通过引用以其全文结合在此)中找到。
这里所描述的介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层多层结构、这里所描述的吸收层/介电层/反射层/介电层/吸收层多层结构，这里所描述的吸收层/介电层/反射层/磁性层/介电层/吸收层多层结构和这里所描述的吸收层/介电层/反射层/磁性层/反射层/介电层/吸收层多层结构通常通过将不同所需层沉积到网上的常规沉积技术来制造。在例如通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或电解沉积来沉积所需数量的层之后，通过将释放层溶解在合适的溶剂中，或者通过从网上剥离材料来从网上移除层堆叠。然后将如此获得的材料分解成片状磁性或可磁化颜料颗粒，这些颗粒必须通过碾磨、研磨(例如像喷射研磨处理)或任何适合的方法进行进一步处理以获得具有所需大小的颜料颗粒。所得产品由具有断裂边缘、不规则形状和不同长宽比的片状磁性或可磁化颜料颗粒组成。关于合适颜料颗粒的制备的其它信息可以在例如EP 1710756A1和EP 1666546A1(其通过引用并入在此)中找到。
这里所述的磁感应标记通过包括以下步骤的方法制备：在基板上施加包括这里所述的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的涂层组合物；将该涂层组合物暴露于磁场生成装置的磁场，由此将部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的至少一部分定向；以及使涂层组合物硬化，从而将颜料颗粒固定在采用它们的位置和定向上。与涂层组合物一起处理的这些步骤的详细描述可以在以下专利文献和其中的相关参考文献中找到：US 2016176223和US 2003170471。
这里描述的施加步骤是通过优选地选自由以下各项组成的组中的印刷工艺执行的：丝网印刷、轮转凹版印刷和苯胺印刷。这些方法是本领域技术人员公知的，并且例如在印刷技术J.M.Adams and P.A.Dolin,Delmar Thomson Learning(第5版，第293、332和352页)中描述。
在将涂层组合物施加于基板上之后、与将涂层组合物施加于基板上部分同时或同时地，通过使用外部磁场将部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒定向，以根据所需定向图案将它们定向。如此获得的定向图案可以是任何图案。
可以通过例如在US 6,759,097、EP 2 165 774 A1和EP 1 878 773 B1中公开的不同方法来产生各种各样的磁感应标记。还可以产生被称为滚动条效应的光学效应。滚动条效应示出了当图像相对于视角倾斜时看起来移动(“滚动”)的一个或多个对比带，所述光学效应基于磁性或可磁化颜料颗粒的特定定向，所述颜料颗粒以弯曲方式对齐，遵循凸曲率(在本领域中也称为负弯曲定向)或凹曲率(在本领域中也称为正弯曲定向)。例如在EP 2263 806 A1、EP 1 674 282 B1、EP 2 263 807 A1、WO 2004/007095 A2和WO 2012/104098A1中公开了用于产生滚动条效应的方法。还可以产生被称为移动环效应的光学效应。移动环效应由看起来取决于所述光学效应层的倾斜角度而在任何x-y方向上移动的物体(诸如漏斗形、圆锥形、碗形、圆形、椭圆形、以及半球形等)的光学幻影图像组成。用于产生移动环效应的方法例如在EP 1 710 756 A1、US 8,343,615、EP 2 306 222 A1、EP 2 325 677 A2、WO 2011/092502 A2和US 2013/084411中公开。
可以产生被称为百叶窗效应的光学效应。百叶窗效应包括具有磁轴彼此平行且平行于平面的颜料颗粒的部分，其中所述平面不平行于身份证件基板。特别地，其中颜料颗粒彼此平行且具有颜料颗粒平面相对于施加颜料颗粒的基板平面的正仰角的光学效应。百叶窗效应包括如下的颜料颗粒：这些颜料颗粒被定向成使得沿着特定的观察方向，它们给予下面的基板表面可见性，从而使得存在于该基板表面上或基板表面中的标记或其它特征对于观察者而言变得明显，同时它们阻碍沿着另一个观察方向的可见性。用于产生百叶窗效应的方法在例如US 8,025,952和EP 1 819 525 B1中公开。
可以产生称为翻转效应(在本领域中也称为切换效应)的光学效应。翻转效应包括被过渡部分隔开的第一部分和第二部分，其中在第一部分中颜料颗粒平行于第一平面对齐并且第二部分中的颜料颗粒平行于第二平面对齐。用于产生翻转效应的方法例如在EP 1819 525 B1和EP 1 819 525 B1中公开。特别合适的定向模式包括上文所述的百叶窗效应和翻转效应。
用于产生这里描述的磁感应标记的方法包括与步骤b)部分同时或在步骤b)之后使涂层组合物硬化的步骤c)，以将部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒以所期望的图案固定在采用它们的位置和定向上以形成磁感应标记，由此将涂层组合物转化为第二状态。通过这种固定，形成固体涂层或层。术语“硬化”是指包括干燥或凝固、反应、固化、交联或聚合在所施加的涂层组合物中的粘合剂组合物的方法，这些粘合剂组合物包括任选地存在的交联剂、任选地存在的聚合引发剂、以及任选地存在的另外的添加剂，其方式为使得形成粘附到基板表面上的基本上固体的材料。如这里所述，硬化步骤可以通过使用不同的手段或工艺进行，这取决于还包括部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的涂层组合物中所包括的材料。硬化步骤通常可以是增加涂层组合物的粘度使得形成粘附于支撑表面的基本上固体的材料的任何步骤。硬化步骤可能涉及基于挥发性组合物(诸如溶剂等)的蒸发的物理过程，和/或水蒸发(即，物理干燥)。这里，可以使用热空气、红外线或者热空气和红外线的组合。可替代地，硬化过程可以包括化学反应，诸如固化、聚合或交联涂层组合物中所包括的粘合剂和任选的引发剂化合物和/或任选的交联化合物。这种化学反应可以通过如以上针对物理硬化过程概述的热或IR辐射来引发，但可以优选地包括通过辐射机制引发化学反应，该辐射机制包括但不限于紫外-可见光辐射固化(下文称为UV-Vis固化)和电子束辐射固化(E-beam固化)；氧化聚合(氧化网状化，通常由氧和一种或多种催化剂的联合作用引发，所述催化剂优选选自由含钴催化剂、含钒催化剂、含锆催化剂、含铋催化剂和含锰催化剂组成的组)；交联反应；或其任何组合。辐射固化是特别优选的，并且UV-Vis光辐射固化是甚至更优选的，因为这些技术有利地引起非常快速的固化过程并且因此显著地减少了包括这里描述的磁感应标记的任何文件或物品的制备时间。此外，辐射固化具有产生在暴露于固化辐射之后涂层组合物的粘度几乎瞬时增加的优点，因此使颗粒的任何进一步移动最小化。因此，基本上可以避免在磁定向步骤之后的任何信息损失。特别优选的是在具有电磁光谱的UV或蓝色部分(典型地200nm至650nm；更优选200nm至420nm)中的波长分量的光化性光的影响下通过光聚合进行辐射固化。用于UV-可见-固化的设备可以包括高功率发光二极管(LED)灯、或电弧放电灯(诸如中压汞弧(MPMA)或金属蒸气弧灯)作为光化辐射的源。
如WO 2017211450 A1或US 2017242263中所公开的，压花在金属基板或膜上以产生角度依赖反射像素的微反射镜布置，其根据透视视角产生角度变化图像。这些安全特征可能产生局部角度依赖的反射，但是它们由于它们对于任何视角都不能完全消失的事实而有区别。另外的差异在于以下事实：可以以高分辨率(30-50微米间距)产生微反射镜结构以产生精细图像。一种产生相对大的角度依赖反射区的实现可能利用使用本发明中公开的方法可认证的这种结构产生。然而，可以通过图像中的空间变化或熵将这些特征与包含定向的部分片状磁性或可磁化颜料颗粒的磁感应标记区分开，该空间变化或熵对于磁感应标记比对于基于微反射镜的标记更高。
在反射图案上具有掩模的阵列中的微透镜的布置也可以产生角度依赖变化图像或局部反射(诸如US 2007273143(A1)中描述的这些)。通过适当地设计掩模、微透镜和掩模后面的反射层的位置，还可以获得锐角反射图案，该锐角反射图案可以潜在地使用本发明中公开的方法来认证。
诸如全息箔或压花衍射结构等的衍射结构也可能潜在地产生这样的角度依赖性，但是具有角度变化的颜色，这与先前的示例区分开。在WO 2015193152 A1和US 2016378061A1中，与在两个角度位置处使用智能电话照相机的认证方法一起描述了这种特征。
为了更好地理解本发明的一般概念并指出一般概念的某些优选修改，将进一步更详细地讨论用便携式装置认证包括部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒的标记。
本发明认证经由便携式装置3认证施加在基板2上的磁感应标记1的方法基于成像器4(例如，智能电话照相机)和光源5(即LED闪光灯)的特定几何布置。在大多数型号的智能电话上，照相机光圈和LED闪光灯并排定位，其中间隔小于15mm。因此，对于标记1中片状磁性或可磁化颜料颗粒6相对于观看方向的特定磁定向，结合合适的成像距离，满足闪光灯发射的光的几何条件，即，辐射7被反射回照相机，即反射8，而对于其它定向，反射不指向照相机。这在图1中示出。
例如，如果磁感应标记具有相对于表面的法线15°(角度θ)磁定向的大部分片状磁性或可磁化颜料颗粒，使得入射闪光灯光主要在该方向上反射，并且当在相对于标记的表面的法线的接近15°直到折射率校正(角度θ)的角度照明和观看时标记将发光。此外，由于照相机4的角视场相对较大(对于三星S3，通常为30半角)，并且闪光灯发散角相同，通过保持智能电话本体与基板2平行，仍能获得片状磁性或可磁化颜料颗粒相对于照相机的所需角度定向以捕获反射，如图2所示。智能电话3在给定距离L处平行于基板2移动，其中例如L＝80mm，同时获取用于认证的图像集合或视频序列。可替代地，磁感应标记1也在平行平面中相对于智能电话3移动。
图3示出针对已知智能电话到样本距离L的在相应视角θ处的图像集合中的磁感应标记的位置x1’…xn’，以及具有有效焦距f的照相机4的透镜4’的图形表示和磁感应标记的强度分布的图形表示，其中，I1…In是相应视角θ处的平均强度。
图4示出从图像序列中提取的磁感应标记的强度和相对强度分布。第一图形示出磁感应标记区的未校正的强度分布(其仍表现效应)。第二图形中的背景(BKG)区的强度变化示出看似随机的电话自动调整。第三图形示出校正后的磁感应标记相对强度分布(其揭示了标记的位置依赖反射率)。
具体地，通过以下方式来进行认证：针对各个数字图像计算在相应视角θ处由部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒反射并由成像器收集的光的相应平均强度I；
-存储所计算的反射光的平均强度以及相应的视角以获得反射光强度曲线I(θ)；
-将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对所述标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，以及
-基于比较的结果来确定磁感应标记是否真实。
在本发明的一个提出的实施例中，磁感应标记被设计成展现一个或多个不同区，各个区具有片状磁性或可磁化颜料颗粒的特定定向。例如，片状磁性或可磁化颜料颗粒定向为与第一区的W方向成15°并且颗粒定向为与E方向成15°。
图5示意性示出在两个相反方向上具有磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒6和6’的磁感应标记1。一些颗粒向西倾斜并且一些颗粒向东倾斜，因此在不同方向上反射入射光。
这种磁感应标记1的示例在图6和图7中示出，图6示出包括片状磁性或可磁化颜料颗粒6(花瓣)和颗粒6’(盘)的标记，并且图7示出包括颗粒6(外花瓣)和颗粒6’(内花瓣)的标记。以此方式，可以通过将标记放置在智能电话的视场的右端来从第一区的颗粒中获得反射，而通过将标记放置在智能电话的视场的左端来获得另一个区的反射。这在图8中进一步示出，图8示出智能电话位置和在这些位置中获得的相应图像。
在本发明的另一实施例中，代替在平行于标记的线性方向上移动智能电话，可以进行标记本身的也平行于其平面的90°旋转。图9是在基板2上的标记1的平面中标记或智能电话的90°旋转的效应和画面上的引导目标9的示意图。在左图像上，中心圆10与标记的其余部分相比是高反射性的。在右图像上，中心圆10与标记的其余部分相比不是反射性的并且类似于背景。
这由以下事实解释：在一个定向上，部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒发光，而在90°旋转定向上，它们不发光，这用作认证标准。
本发明的另一实施例可以利用智能电话以90°旋转同时保持其平行于标记来代替旋转该标记本身。在这种情况下，标记的第一区或第二区将反映可以用于认证。
标记在智能电话的画面预览上的准确位置以及该智能电话到标记的距离一起精确地限定了可以从片状磁性或可磁化颜料颗粒获得反射的角度。通过在智能电话画面预览上提供引导目标9，用户可以容易地将智能电话横向地定位在精确位置处，使得可以当还控制观看距离时获得精确角度。
纵向位置(观看距离)可以由应在正确距离处拟合标记的大小的目标的大小、或者通过同时瞄准除了磁定向设计之外印刷的第二标记或条形码的第二目标、或者通过画面上的规定用户移动得更近或更远的书面消息来引导。
这使得认证方法对精确的片状磁性或可磁化颜料颗粒角度是高度敏感的，并且因此允许良好地辨别将不会再现精确定向的潜在模拟物。
图10是具有在E方向上的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒6和在相对于颗粒6的90°的S方向上定向的另一类颗粒6’的标记的示意表示。以与前述实施例类似的方式，可以在标记相对于智能电话的旋转期间记录图像序列。
通过分析在智能电话的两个精确位置处获取的两个图像中的标记的第一区和第二区上的反射强度来进行认证，从而确认定向角。此外，可以在智能电话在平行于标记的平面层的方向上的两个位置之间移动期间获取图像序列。然后提取来自具有在任一方向上定向的片状磁性或可磁化颜料颗粒的两个不同区的强度并记录为位置的函数。获得两个强度分布，这两个强度分布可以用与图11和/或图12和13中所述类似的方式进行分析。
就此而言，图11示出强度分布、其一阶导数和二阶导数相对于位置的图形表示。一阶导数幅值提供强度变化率且零位置给出强度最大值的位置。二阶导数示出强度分布具有两个拐点(反转)。
-图12提供标记在相对于智能电话的一个特定位置处的强度横截面的图形表示，其示出了单独的片状磁性或可磁化颜料颗粒反射以及强度的高方差。
-图13示出作为磁感应标记在图像集合中的位置的函数的相对强度和强度方差的分布，其示出相对强度和方差的类似行为。
在类似的实施例中，可以在智能电话在平行于标记的平面中的受控横向移动期间获取视频序列。该移动可由增强现实引导，其中移动目标显示在智能电话显示器上，并且鼓励用户在将标记保持在目标内的同时移动电话。以此方式，可以从视频序列中提取作为视角的函数(从标记在智能电话的画面上的位置以及智能电话到该标记的距离来计算)的磁定向闪光片状磁性或可磁化颜料颗粒随的强度变化率。该强度变化率是强大的认证参数，因为它对片状磁性或可磁化颜料颗粒定向的精确角度是非常敏感的。强度变化率可以从如图11所示的分布的一阶导数获得。通过允许确定分布中的拐点的位置，二阶导数也可被用作强认证参数。现有技术水平的磁定向可以提供片状磁性或可磁化颜料颗粒向下至+/-2度内的角度位置。即使伪造者可以产生具有定向的片状磁性或可磁化颜料颗粒的标记，也不太可能获得精确的定向角度并且然后可以通过这种方法以高准确度将伪造标记检测为伪造的。
还有可能使用视频序列来获得作为标记的照明角度的函数的相对强度(其对应于在电话的受控横向移动期间标记在画面上的位置)并且此外获得标记内的像素强度的方差。相对强度和方差的这两种分布取决于磁感应标记中的片状磁性或可磁化颜料颗粒的定向。图14和图15示出不同标记的相对强度分布和方差分布的示例。这些示例包括具有墨的标记(这些墨包含非定向的并且非磁化的片状磁性或可磁化的颜料颗粒)、磁感应的标记以及最终具有如上所述的全息图和微反射镜的标记。在图15中，左图示出相对强度分布(所观察的安全标记的平均强度相对于例如参考纸区的平均强度)，并且右图示出包括标记的图像的像素上的强度的方差的分布。
可以看到，具有非定向片状磁性或可磁化颜料颗粒的标记具有居中和对称的相对强度分布以及方差分布。与这些示例相反，这里所述的磁感应标记示出具有强偏斜的分布。强度和方差峰值由于安全墨中所包含的片状磁性或可磁化颜料颗粒的定向而偏移到画面的一侧。具有全息图的示例示出了三色通道的分布的峰值位置的显著差异，这对于任何磁感应标记而言并非如此。最后，基于微反射镜的标记与磁感应标记的不同之处在于非常低的方差和非峰值高强度，即使峰值位置可能类似于MOI标记的峰值位置。
这表明所提出的方法允许准确地区分不同类型的角度依赖性标记，并且甚至推断片状磁性或可磁化颜料颗粒或压花结构或微反射镜的定向角度。这是优于现有技术中所描述的仅在两个角度位置处捕获图像的方法的优点的清楚演示。
图15中所示的测量是用距在智能电话的视场内平行于智能电话移动的所关注样本80mm处固定的智能电话三星S3的照相机进行的。照相机被设置为宏自动调焦、固定白平衡、ISO设置，并且手动拍摄用于示例的图片序列。视频序列可以与使用对象跟踪功能来调整关注对象的焦点和曝光的功能一起使用。
相对于标签上的QR码或其它合适的几何标记找到关注的各个区(区块)，具有称为信号区(区块)的安全标记的区(区块)或称为背景区(或背景区块)的纸区(区块)。计算信号和背景区(区块)在智能电话画面上的位置，包括计算具有包含这些区(区块)的像素的中心和区域。针对所有颜色通道(例如R、G或B)计算区(区块)内的所有像素的平均强度和方差。
使用信号区(区块)中的平均像素强度与背景区(区块)中的平均像素强度的比率来计算信号和背景区(区块)的各个位置的相对强度，并且这是针对所有颜色通道进行的。总是针对背景区(斑块)具有最大强度的颜色通道计算背景区(区块)的平均像素强度，以确保参考是使用纸具有最大反射率的信号形式通道。
使用参考来计算相对强度使得可以使用带有曝光时间的自动设置的智能电话照相机。
另外的实施例可以包括基于分类器或基于神经网络的机器学习的认证算法，这些认证算法能够将真实的强度分布(或其它测量的或提取的特征，诸如方差分布或图像熵等)与不真实的强度分布区分开。
作为示例，标记的认证可以使用机器学习来实现。这个操作于是包括以下三个步骤：特征提取、模型训练和选择、以及预测。
关于特征提取的步骤，成像器返回一系列RGB图像I(θ)，其中θmin≤θ≤θmax是相对于标记的法线的扫描角度。如果必要，可以通过裁剪图像仅保存标记周围的关注区域(RoI)。这些图像可以被线性化并转换为灰度级(如R.C.Gonzalez,T.E.Woods,“DigitalImage Processing”,Fourth Edition,Pearsons,2017所述)。然而，颜色通道的单独处理也是可能的。
对于各个图像，计算一个或多个度量函数f(θ)。可以在R.C.Gonzales andT.E.Woods的上述书中找到应用于图像的图像度量的详尽描述。度量可以直接在图像强度上或者在变换(诸如离散傅里叶变换(DFT)或离散小波变换(DWT))上计算。在可使用的有用度量中，我们找到均值、标准偏差和熵。取决于所使用的度量，我们可能需要用参考相邻RoI的平均强度对其进行缩放(该操作允许补偿成像器的可变曝光时间以及标记的照明的任何变化)。
为了使所有测量具有相同的尺度，必须在角度的均匀采样网格上估计度量。这些角度必须关于样本的法线对称，例如θ＝[-20°,-18°,…,0,…,+18°,+20°]。我们可以将该均匀网格表示为θ＝[θ0 θ1 … θD-1]，其中，D是角度的数量。这里，例如，D＝21。实际上，以均匀分离的角度扫描可能不总是可能的，并且可能必须进行度量的插值。在扫描过程结束时，我们获得特征矢量xT＝[f(θ0) f(θ1) … f(θD-1)]＝[x0 x1 … xD-1]。通过进一步对不同的标记进行N次扫描以考虑它们的可变性，我们建立具有大小D×N的数据集XT＝[x0 … xN-1]。
关于模型训练和选择的步骤，用于分类和检测的一般机器学习技术在C.M.Bishop,“Pattern Recognition and Machine Learning”,Springer,2009中描述。这里，认证问题减少为区分真实特征矢量与假或攻击特征矢量。然而，虽然真实特征矢量是已知且可用的，但其它特征矢量是未知的或罕见的。由此，直接训练两类分类器是不可行的。如O.Mazhelis,“One-Class Classifiers:A Review and Analysis of Suitability inthe Context of Mobile-Masquerader Detection,”South African Computer Journal(第36栏,第29-48页,2006)中所描述的，认证可以被示出为等效于一类分类。在该场景中，分类器模型仅依赖于真实特征矢量来学习它们的参数和决策边界。其中，支持矢量数据描述(SVDD)、v支持矢量分类(v-SVC)、高斯混合模型(GMM)和深度学习模型(诸如自动编码器等)是实际感兴趣的。模型的选择由其在训练期间的性能来规定并且还由其复杂性来约束。在等效性能下，较简单的模型是优选的。
在训练模型之前，数据集X如下图所示被预处理，并且执行以下步骤：
-样品清除。丢弃缺陷样品(诸如饱和或具有缺失特征的样本等)。
-样品归一化。特征矢量被归一化为单位能量。
-特征标准化。特征均值μ(θd)和特征标准偏差σ(θd)被逐特征地估计和移除。
-样品去势。针对各个样本估计并去除固定阶数p的低阶多项式趋势。
-特征减少。去除特征间相关性，并且减少问题的维度。这里，例如，该减少可以是从D＝21至K＝3～5。较低维数的优化问题会聚更快并且允许更容易的检查。该步骤通过主成分分析(PCA)(参见书籍C.M.Bishop,“Pattern Recognition and Machine Learning”,Springer,2009)完成，其产生具有大小D×K的矢量子空间V＝[v0 … vK-1]。在PCA之后，我们将数据集X投影到子空间V上，这得到具有大小K×N的缩小特征数据集X′T＝[x′0 … x′N-1]。该数据集用于学习候选一类分类模型的参数Θ。最后，保留最佳候选用于预测。
关于预测步骤，它对数据集进行数据清除、样本归一化、特征标准化、去势、子空间投影、模型决策函数的计算的操作。最后，在通过子空间投影进行特征缩小之后，计算具有学习参数的分类器的决策函数(也参见I.GoodFellow,Y.Bengio,A.Courville,“DeepLearning”,MIT Press,2016)。
更进一步的实施例可以包括透视矫正以校正成像器与标记平面的不完美的或变化的对准。另外，由于照相机到标记距离变化导致的空间分布拉伸或压缩也可以通过提取图像中的参考标记轮廓或条形码的维度来校正。
图16示出磁感应标记的不同实施例：a)所有颜料颗粒共平行的定向图案(称为上文描述的百叶窗效应)；b)“滚动条效应”，其中颜料颗粒的角度从标记中心到边缘逐渐增大；c)“翻转效应”，其中标记的一个区域具有以一个角度共平行的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒，并且标记的另一部分具有以不同角度共平行的颜料颗粒；d)“隐藏和显露”(称为上文描述的百叶窗效应)，其中背景图像或设计被印刷在磁感应标记下方并且针对给定视角被片状磁性或可磁化颜料颗粒隐藏或针对另一视角被显露；e)叠加的“翻转效应”，其中叠加具有共平行的片状磁性或可磁化颜料颗粒的两种不同设计；f)“旋转”图案，其中两个区(各自具有共平行的片状磁性或可磁化颜料颗粒)具有彼此倾斜90°的定向。
在实施例中，呈编码标记形式(诸如编码字母数字数据、一维条形码、二维条形码、QR码或数据矩阵)的几何参考图案可以至少部分地重叠磁感应标记。此外，这例如允许出于可追溯性的目的而识别标记。
图17示出将磁感应标记1与QR码12集成在背景区(背景区块)13内的示例性各种标记设计，其中，磁感应标记1靠近QR码12，或者其中，磁感应标记1位于QR码12内部，或者其中，磁感应标记1位于静态QR码12之上。QR码12可以是静态的或动态的(对于每个标记1不同)，这取决于应用。QR码12用于有效地定位标记并且确定放大倍率并且允许在智能电话的滑动移动期间提取磁感应标记的在视场中的位置。
在这种情况下，在磁感应标记不反射以具有不会由于磁感应标记返回反射而改变的足够对比度的位置处读取QR码12，以及在QR码的黑色模块上测量和分析磁感应标记分布，以在片状磁性或可磁化颜料颗粒定向为反射回来或不反射回来的位置之间具有最大对比度。
优选地，可以使用以下方法从作为视频序列的一部分的图像中测量磁感应标记的相对强度：
-确定索引为i的图像中的参考图案(符号)的中心；
-计算磁感应标记区相对于参考图案(符号)的位置；
-测量磁感应标记区的平均强度Ii，所述平均强度被定义为磁感应标记区内所有像素的强度的平均值；
-计算被称为背景区-BKG区的反射率参考区的位置；
-测量BKG区的平均强度IBKGi；
-针对来自视频的索引为i＝1..n的所有n个图像计算该磁感应标记区的相对强度Ii＝Ii/IBKG i。
使用放置在磁感应标记区附近具有预先已知的反射率的几何参考图案(即QR码安静区)测量相对磁感应标记区块强度的可以进一步降低对可变环境照明的灵敏度。
本发明提供了一种改进的、准确且可靠的技术方案，该技术方案针对环境光扰动是稳健的，不依赖于高分辨率印刷或依赖于智能电话的复杂移动，并且避免了难以控制和非直观的倾斜或方位角位置或旋转移动。
事实上，本发明允许容易地控制移动(即，平行于基板)，从而对由于光源(优选地智能电话闪光灯)引起的环境光可变性具有良好的抗扰性，光源在大多数条件下主导环境光。利用平行于基板定位的智能电话在近距离处操作进一步通过遮蔽关注区域而减少外部光污染。可以通过使用例如智能电话的陀螺仪来容易地实现用于将电话保持在给定平面中的控制。还可以通过图像中的大小和所观察的标签、标记或QR码的几何变形(例如，透视)来测量。这是本发明的关键优点，并且与现有技术相比也是实质性的改进。
因此，本发明既不依赖于高分辨率印刷也不依赖于智能电话的复杂移动，并且利用智能电话内部LED闪光灯，这增加了其对外部(环境)光条件的抗扰性。此外，由于片状磁性或可磁化颜料颗粒(在+/-2°之下)的精确和低的方差定向，本发明针对模拟是高度辨别性的并且针对其它角度依赖反射标记是选择性的。
本发明相对于现有技术的另一优点是通过从强度分布获得的详细信息提供的，这在认证中提供了增强的安全级别。例如，强度变化率增加和降低与片状磁性或可磁化颜料颗粒的定向的均匀性直接相关，这是在印刷过程期间获得的最具挑战性的特征之一，因此最难以锻造。此外，片状磁性或可磁化颜料颗粒定向的角度可以从角度反射分布推断，条件是在图像中存在标度参考(诸如QR码或任何已知维度的机器可读码)并且照相机的参数对于计算观察角度是众所周知的。
以上公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且用于提供对由独立权利要求所限定的本发明的更好的理解。

Claims (15)

1.一种利用便携式装置认证磁感应标记(1)的方法，所述磁感应标记(1)施加在基板(2)上并且包括具有材料的平面层的区，所述材料包括磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6)，所述便携式装置配备有操作用于递送可见光的光源(5)、成像器(4)、处理器和存储器，所述方法包括：
-将所述便携式装置的成像器设置成面向所述磁感应标记的所述区；
-通过使所述成像器在所述磁性或可磁化颜料颗粒的定向方向上并且平行于所述平面层在所述磁感应标记上方移动，利用所述光源对所述磁感应标记的区进行照明，并且利用所述成像器拍摄被照明区的多个数字图像，其中针对各个不同数字图像，所述成像器相对于所述区处于相应的不同视角θ；
-针对各个数字图像，利用所述处理器计算由所述部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒反射并且由处于相应视角θ的所述成像器收集的光(8)的相应平均强度I；
-存储所计算的反射光的平均强度以及相应视角以获得反射光强度曲线I(θ)；
-将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对磁感应标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，以及
-基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-计算所述反射光强度曲线I(θ)的变化率以确定该曲线的角度值和相应强度峰值；
-将所计算的角度值和强度峰值分别与所存储的针对所述磁感应标记的参考角度值和参考强度峰值进行比较，
其中，还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-根据所获取的数字图像计算所述磁感应标记的所述区上的反射光强度的方差；
-将所计算的方差与针对所述磁感应标记的参考方差值进行比较，
其中，还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括读取几何参考图案，所述几何参考图案至少部分地与所述磁感应标记的所述区重叠并且为选自编码的字母数字数据、一维条形码、二维条形码、QR码(12)或数据矩阵的编码标记的形式。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述磁感应标记的区包括共平行的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述磁感应标记的所述区包括第一区和第二区，所述第一区包括在一个第一方向上共平行的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6)，并且所述第二区具有在与所述第一方向不同的第二方向上定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6’)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式装置是智能电话(3)或平板电脑。
8.一种用于认证磁感应标记(1)的便携式装置，其中，所述磁感应标记(1)施加在基板(2)上并且包括具有材料的平面层的区，所述材料包括磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6)，所述便携式装置包括：
光源(5)，其操作用于递送可见光(7)并对所述磁感应标记的所述区进行照明，
成像器(4)，其操作用于当在所述磁性或可磁化颜料颗粒的定向方向上并且平行于所述平面层在所述磁感应标记上方移动的同时，拍摄被照明区的多个数字图像，其中，针对各个不同数字图像，所述成像器相对于所述区处于相应的不同视角θ，
存储器，用于存储计算出的反射光(8)的平均强度和相应视角以获得反射光强度曲线I(θ)，以及
处理器，其操作用于将所存储的反射光强度曲线I(θ)与所存储的针对所述磁感应标记的参考反射光强度曲线Iref(θ)进行比较，并且基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理器操作用于计算所述反射光强度曲线I(θ)的变化率以确定该曲线的角度值和相应强度峰值，将所计算的角度值和强度峰值分别与所存储的针对所述磁感应标记的参考角度值和参考强度峰值进行比较，并且还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理器操作用于根据所获取的数字图像计算所述磁感应标记的所述区上的反射光强度的方差，将所计算的方差与针对所述磁感应标记的参考方差值进行比较，并且还基于所述比较的结果来确定所述磁感应标记是否真实。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，还操作用于读取几何参考图案，所述几何参考图案至少部分地与所述磁感应标记的所述区重叠并且为选自编码的字母数字数据的、一维条形码、二维条形码、QR码(12)或数据矩阵的编码标记的形式。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其中，所述磁感应标记的区包括共平行的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其中，所述磁感应标记的区包括第一区和第二区，所述第一区包括在一个第一方向上共平行的磁定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6)，并且所述第二区具有在与所述第一方向不同的第二方向上定向的部分反射片状磁性或可磁化颜料颗粒(6’)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置，其中，所述便携式装置是智能电话(3)或平板电脑。
15.一种非暂时性计算机可读介质，其包括计算机代码部分，所述计算机代码部分能够由处理器执行以使配备有操作用于递送可见光(7)的光源(5)和成像器(4)的便携式装置进行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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