CN114724299A - 一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法及系统，其特征在于，包括：获取待测纸币的二维OCT断层图像数据；根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别，本发明可以广泛应用于鉴别领域中。

Description

一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法及系统
技术领域
本发明涉及鉴别领域，特别是关于一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法及系统。
背景技术
假币是严重影响经济安全和社会稳定的金融犯罪。打击假币犯罪的关键是鉴别真伪，并识别出相应的伪造手段。纸币一般会使用一系列防伪技术，用于鉴别真伪。但是由于印刷方法的不断发展，如今的伪造方法已经可以成功地再现各种纸张表面的防伪特征，使得通过肉眼或传统方法难以识别假币。
目视和物理检查是目前最常用的方法，因为它直观且简单。但是，这种方法需要预先训练且仅依赖于外部观察，伪造者很容易模仿真币表面特征。紫外荧光特征常被用于区分真伪币，但是当前伪造的纸币已经可以通过采用荧光墨水再现类似的效果。此外，包括X射线荧光法、激光诱导红外光热辐射法、质谱法、拉曼、中红外和近红外光谱等多种分析方法均可以用于提供纸币的化学信息，这些方法相对可靠，但是也需要更复杂的分析和解释，且一次只能分析一个小区域，非常耗时。
纸币内部通常也包括一些可用于鉴别真伪的重要特征和独特信息，且一般很难伪造。但是，目前绝大部分鉴别方法尚无法探测纸币的内部结构。因此，若有一种能够探测纸币内部结构特征的方法，将大大提高纸币真伪鉴别的准确度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够检测纸币内部结构的基于纸币断层图像特征的假币鉴别方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：第一方面，提供一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，包括：
获取待测纸币的二维OCT断层图像数据；
根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；
根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；
根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别。
进一步地，所述根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断，包括：
若二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内无亮线，则说明待测纸币没有嵌设安全线，待测纸币为假币。
进一步地，所述根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断，包括：
在待测纸币的二维OCT断层图像数据中的冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域，分别等间距取若干个深度方向的一维A-scan信号，并分别采用指数函数进行拟合，计算出每一位置处的光学衰减系数；
分别计算待测纸币冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域各位置处光学衰减系数的平均值和标准差；
将待测纸币冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域处的光学衰减系数的平均值和标准差分别与预先设定的对应预设值进行对比，若任一超出预设值范围，则待测纸币判定为假币。
进一步地，根据下述公式，计算出每一位置处的光学衰减系数：
It＝I0e-μd
其中，It为深度为d时的一维A-scan信号强度；I0为表面处的一维A-scan信号强度；v为光学衰减系数。
进一步地，所述根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别，包括：
将待测纸币二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域的表面与真币对应位置相同大小的二维OCT断层图像数据进行配准；
从待测纸币二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域中提取表面一维轮廓信号，并将其与真币的表面一维轮廓信号进行曲线相关性分析，计算两组表面一维轮廓信号的相关系数；
判断计算的相关系数是否在预设范围，若不在预设范围，则待测纸币判定为假币，完成待测纸币的鉴别。
进一步地，所述预设范围通过对若干真币相应位置的一维轮廓信号之间的相关系数进行统计后得到。
进一步地，所述待测纸币的二维OCT断层图像数据采用OCT成像系统获取。
第二方面，提供一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别系统，包括：
数据获取模块，用于获取待测纸币的二维OCT断层图像数据；
安全线判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币；
光学衰减系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币；
相关系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别。
第三方面，提供一种处理设备，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现上述基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的步骤。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的步骤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明采用纸币的OCT图像，从图像中的三个区域，以不同角度对纸币进行鉴别，提取的鉴别特征区分度高、难以伪造，能够提高纸币鉴别的准确度。
2、本发明利用光在纸币中具有一定穿透性，可以原位、无损、高分辨的获取纸币内部结构特征(即断层图像)信息，这是传统的假币鉴别方法所无法获取的。
3、本发明操作简便、快速，图像直观，无需任何复杂的处理分析，即可做出实时判断。
综上所述，本发明可以广泛应用于鉴别领域中。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的方法流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的安全线判定的示意图，其中，图2(a)为真币的安全线未开窗区域的二维OCT断层图像数据，图2(b)为假币的安全线未开窗区域的二维OCT断层图像数据；
图3是本发明一实施例提供的光学衰减系数判定的示意图，其中，图3(a)为真币的冠字号数字区域的二维OCT断层图像数据，图3(b)为假币的冠字号数字区域的二维OCT断层图像数据；
图4是本发明一实施例提供的表面一维轮廓信号的相关系数判定的示意图，其中，图4(a)为真币的凹版印刷区域的二维OCT断层图像数据，图4(b)和图4(c)为两种假币的凹版印刷区域的二维OCT断层图像数据。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
本发明实施例提供的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法及系统，通过获取待测纸币的二维OCT断层图像数据，对二维OCT断层图像数据中待测纸币的安全线未开窗区域、冠字号数字区域和凹版印刷区域进行判断，确定待测纸币是否为假币，提取的鉴别特征区分度高、难以伪造，能够提高纸币鉴别的准确度。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，包括以下步骤：
1)采用光学相干层析(optical coherence tomography，OCT)成像系统，获取待测纸币的二维OCT断层图像数据。
2)如图2所示，判断获取的二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，若嵌设有安全线，则进入步骤3)；否则，待测纸币为假币，完成待测纸币的鉴别。
具体地，100元人民币采用全息开窗安全线，即安全线分段暴露在纸币表面和嵌在纸币内部。然而，大多数的假币模仿安全线的方式是在外观上印设与真币相似的图案，而不是将安全线真正嵌设在纸币内部。因此，OCT成像系统基于其高分辨率断层成像的能力，可以通过直接提取纸币安全线未开窗区域的内部断层结构特征来鉴别纸币的真伪。
具体地，若二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内有亮线，则说明待测纸币嵌设有安全线，因为安全线对光具有高反射，OCT图像上表现为高亮的一根亮线；若二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内无亮线，则说明待测纸币没有嵌设安全线，因此可以判定为假币。
3)如图3所示，判断获取的二维OCT断层图像数据中冠字号数字区域的光学衰减系数是否超过预设值，若没有超过，则进入步骤4)；否则，待测纸币为假币，完成待测纸币的鉴别。
具体地，冠字号数字区域包括冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域。
具体地，假币印刷采用的油墨一般与真币不同，不同油墨和不同印刷方式会导致光入射到纸币中呈现不同的衰减特性，光在物质中的衰减近似为指数衰减，因此本发明采用一个指数函数拟合OCT深度方向的一维信号，本步骤的具体过程为：
3.1)在待测纸币的二维OCT断层图像数据中的冠字号数字笔画区域，等间距取若干个(例如10个以上)深度方向的一维A-scan(轴向深度扫描)信号(横坐标为深度，纵坐标为信号强度)，并分别采用下述公式(1)的指数函数进行拟合，计算出每一位置处的光学衰减系数μ：
It＝I0e-μd(1)
其中，It为深度为d时的一维A-scan信号强度；I0为表面处的一维A-scan信号强度；μ为光学衰减系数。
3.2)计算待测纸币冠字号数字笔画区域各位置处光学衰减系数的平均值和标准差。
3.3)在待测纸币的二维OCT断层图像数据中的冠字号数字非笔画区域，等间距取与冠字号数字笔画区域获取的数量相同的若干个(例如10个以上)深度方向的一维A-scan信号，并分别采用上述公式(1)的指数函数进行拟合，计算出每一位置处的光学衰减系数μ。
3.4)计算待测纸币冠字号数字非笔画区域各位置处光学衰减系数的平均值和标准差。
3.5)将待测纸币冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域处的光学衰减系数平均值和标准差分别与对应的预设值(真币对应区域的值)进行对比，若均没有超出预设值范围，则进入步骤4)；若任一超出预设值范围，则待测纸币判定为假币，完成待测纸币的鉴别。
具体地，预设值可根据真币的二维OCT断层图像数据的值进行设置。
4)如图4所示，计算获取的二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，并判断计算的相关系数是否在预设范围，若不在预设范围，则待测纸币判定为假币，完成待测纸币的鉴别。
具体地，真币的某些区域会采用凹版印刷，触摸该区域会感觉到粗糙不平，而其他部分则较光滑。但是，大多数假币在这些部分区域采用平版印刷，因此没有真币的凹凸感，通过二维OCT断层图像数据提取表面的微形貌特征，即可初步判定待测纸币的真伪，本步骤的具体过程为：
4.1)将待测纸币二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域的表面与真币对应位置相同大小的二维OCT断层图像数据进行配准。
4.2)从待测纸币二维OCT断层图像数据的凹版印刷区域中提取表面一维轮廓信号，并将其与真币的表面一维轮廓信号进行曲线相关性分析，计算两组表面一维轮廓信号的相关系数。
4.3)判断计算的相关系数是否在预设范围，若不在预设范围，则待测纸币判定为假币，完成待测纸币的鉴别。
具体地，预设范围可通过对若干真币相应位置的一维轮廓信号之间的相关系数进行统计后得到。
需要说明的是，步骤2)、3)和4)的三种鉴别方式无先后之分，三个鉴别方式之间是相互独立的，任何一个不符合均可以判定为假币。
实施例2
本实施例提供一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别系统，包括：
数据获取模块，用于获取待测纸币的二维OCT断层图像数据。
安全线判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币。
光学衰减系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数和预设值，判断待测纸币是否为假币。
相关系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数以及预设范围，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别。
实施例3
本实施例提供一种与本实施例1所提供的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。
所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在处理设备上运行的计算机程序，处理设备运行计算机程序时执行本实施例1所提供的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法。
在一些实现中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
实施例4
本实施例提供一种与本实施例1所提供的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，包括：
获取待测纸币的二维OCT断层图像数据；
根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；
根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断；
根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别。
2.如权利要求1所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，所述根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断，包括：
若二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内无亮线，则说明待测纸币没有嵌设安全线，待测纸币为假币。
3.如权利要求1所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，所述根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币，若是则完成待测纸币的鉴别，否则继续进行判断，包括：
在待测纸币的二维OCT断层图像数据中的冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域，分别等间距取若干个深度方向的一维A-scan信号，并分别采用指数函数进行拟合，计算出每一位置处的光学衰减系数；
分别计算待测纸币冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域各位置处光学衰减系数的平均值和标准差；
将待测纸币冠字号数字笔画区域和冠字号数字非笔画区域处的光学衰减系数的平均值和标准差分别与预先设定的对应预设值进行对比，若任一超出预设值范围，则待测纸币判定为假币。
4.如权利要求3所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，根据下述公式，计算出每一位置处的光学衰减系数：
It＝I0e-μd
其中，It为深度为d时的一维A-scan信号强度；I0为表面处的一维A-scan信号强度；μ为光学衰减系数。
5.如权利要求1所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，所述根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别，包括：
将待测纸币二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域的表面与真币对应位置相同大小的二维OCT断层图像数据进行配准；
从待测纸币二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域中提取表面一维轮廓信号，并将其与真币的表面一维轮廓信号进行曲线相关性分析，计算两组表面一维轮廓信号的相关系数；
判断计算的相关系数是否在预设范围，若不在预设范围，则待测纸币判定为假币，完成待测纸币的鉴别。
6.如权利要求5所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，所述预设范围通过对若干真币相应位置的一维轮廓信号之间的相关系数进行统计后得到。
7.如权利要求1所述的一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法，其特征在于，所述待测纸币的二维OCT断层图像数据采用OCT成像系统获取。
8.一种基于断层图像特征的纸币真伪鉴别系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待测纸币的二维OCT断层图像数据；
安全线判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的安全线未开窗区域内是否嵌设有安全线，判断待测纸币是否为假币；
光学衰减系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的冠字号数字区域的光学衰减系数，判断待测纸币是否为假币；
相关系数判定模块，用于根据二维OCT断层图像数据中的凹版印刷区域和真币对应位置的表面一维轮廓信号的相关系数，判断待测纸币是否为假币，完成待测纸币的鉴别。
9.一种处理设备，其特征在于，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现权利要求1-7中任一项所述的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1-7中任一项所述的基于断层图像特征的纸币真伪鉴别方法对应的步骤。
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