CN1691072A - 变色薄膜辨识验证的模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动化检测变色薄膜颜色变化的技术，所谓变色薄膜意指该薄膜在不同观察角度下能变换出不同的颜色，基于此原理，本发明提出在两组反射角度下测量被测薄膜的反射光频谱信息来判断被测薄膜是否为标准变色薄膜，本发明可应用于使用变色薄膜作为辨识技术的系统上，如纸币等。

Description

变色薄膜辨识验证的模块

技术领域

本发明是一种检测变色薄膜颜色变化的技术，利用本发明的技术可判别变色薄膜的真伪，本发明可应用于使用变色薄膜作为辨识技术的系统上，如纸币等。

背景技术

近十年来虽然塑料货币已经在各金融机构的推波助澜之下已渐渐普及，但在我们日常生活中纸钞的使用还是最为普遍，各金融机构每日的各式纸币流通的平均达到百万这一等级，面对如此大的现金流通，难免引起伪钞集团的觊觎。伪钞的横行不仅是个人或金融业者的损失，更是国家金融稳定的一大伤害。对于个人而言，由非金融机构处收到伪钞只有自认倒霉一途，因为使用伪钞是会触犯特别法「妨害国币惩治条例」，最高可判到三年以上十年以下有期徒刑。对于金融业者而言，凡经由各行库经手且被发现其为伪钞者，其中的损失需由各行库自行负担。

纸钞上的防伪技术由于需配合纸钞大量流通的特性，故应用于纸钞上的防伪技术必须含括可用肉眼辨识的技术并具备低价及可大量制作的性质。这些防伪技术有水印、变色油墨、安全线、隐藏字、微小字及凹版印刷等。为了配合金融机构必须大量快速验钞的需求，亦有数项便于机器判别的防伪自动鉴识技术如光穿透纸、隐性萤光纤维丝及磁性油墨等。面对日新月异的伪钞制作技术，这样的伪钞自动鉴识技术已经被证明不敷使用。许多金融机构收取高额现金时还必须使用人工辨识筛选伪钞以避免损失，而其中一项被证明为最有效的人工辨识防伪技术就是变色油墨。

目前世界上主要的流通货币在最新一次的改版中几乎都加入了变色油墨的防伪技术，而各种油墨的调色配方也被严格的保密，调色品质也能够维持稳定。基于此一背景与伪钞自动鉴识技术层次提升的需求，本发明提出以辨识变色油墨的机制为伪钞自动鉴识技术，开发出新一代防伪自动鉴识的验钞机。

发明内容

本发明揭示一种可辨识变色薄膜真伪的技术。所谓变色薄膜是指该薄膜在不同观察角度下能变换出不同的颜色。例如变色油墨印制的图文，其变色油墨变换色彩效果乃是建立在多层膜干涉的薄膜光学的原理上。多层膜的反射率是由各层反射系数与反射光程所决定。入射角度的改变会影响反射光程。因此，对一个确定的膜系结构来看，其对各波长光的反射率是入射角(或反射角：根据光学原理反射角等于入射角)的函数，意即每个入射角/反射角都有一相对的反射光光谱。如图2所示，变色油墨的薄膜在反射角A与反射角B下的反射光光谱分别为0211与0212。反射光光谱0211与0212对应的反应强度最高的波长分别为0221与0222，以至于显示出色泽的不同，故称变色油墨。

根据上述变色薄膜的特性，本发明提出以比较两个或两个以上反射角度的反射光频谱信息来辨识变色薄膜。本发明的目的是在提供辨识变色薄膜的一种自动化技术，可应用于辨识纸钞上的变色油墨薄膜。应用本发明可以开发出新一代防伪自动鉴识的验钞机。

本发明所提的变色薄膜防伪自动辨识模块至少包括两组或两组以上的光检器。这些光检测器是用以测量两组或两组以上反射角度的反射光频谱信息，并将两者互相比较，据以进行辨识。以两组为例，如图1所示，光检器A(0111)与光检器B(0112)分别置于反射角A(0121)与反射角B(0122)的位置上。假定光检器A所测量的频谱信息为标准变色薄膜在反射角A下频谱反应最强的波段光强，而光检器B所测量的频谱信息则为标准变色薄膜在反射角B下频谱反应最强的波段光强。如图3所示，0311与0312分别为变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321与0322则分别为光检器A与光检器B被指定测量的频谱特性曲线，是标准变色薄膜在所属反射角下频谱反应最强的波段。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，两光检器所量得的讯号0331与0332的比值由于变色薄膜随观察角度变色的因素，会呈现一特殊标准值。若两光检器的讯号比值偏离该特殊标准值太远，则可判断被测薄膜并非标准变色薄膜。指定光检器测量的频谱特性曲线可藉由将光二极管(photodiode)贴滤光片达成，或者控制检测模块内部光源发射波段完成。在图3的例中，共需两组发射特定波段的光源分别对应到两个指定测量频谱波段的光检器。

此外，光检器所测量的频谱信息也可以直接是该反射角度下反射光所呈现的色彩信息。采用电荷耦合组件(CCD)或是光谱仪(spectrometer)等组件作为光检器，即可直接撷取反射光所呈现的色彩信息。藉由比较两个反射角下所呈现色彩的变异度，便可辨别被测薄膜是否为变色薄膜。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更为明显且易于了解，本发明将配合附图进行详细说明。

图1：本发明实施例架构说明之一，两光检器配置于不同反射角度测量的特定频谱信息。

图2：变色薄膜在不同观察反射角度下的频谱响应。

图3：本发明的辨识机制说明，光检器测量作辨识用的特定频谱信息。

图4：本发明实施例架构说明之一，利用光源做主辨识频段的限制。

图5：本发明实施例架构说明之一，利用光源做主辨识频段的限制。

图6：本发明实施例架构说明之一，利用光源做主辨识频段的限制。

图7：本发明的辨识机制说明，光检器测量作辨识用的特定频谱信息。

图8：本发明实施例架构说明之一，利用光检器做主辨识频段的限制。

图9：本发明实施例架构说明之一，利用光检器做主辨识频段的限制。

图10：本发明实施例架构说明之一，利用光源与光检器做主辨识频段的限制。

图11：本发明实施例架构说明之一，利用光源与光检器做主辨识频段的限制。

图12：本发明实施例架构说明之一，利用光源与光检器做主辨识频段的限制。

具体实施方式

本发明提出以比较两个或两个以上反射角度的反射光频谱信息来辨识变色薄膜。首先必须选择两个或两个以上的反射角度放置光检器，反射角的选择以标准变色薄膜在该反射角度下能产生最大的色彩变化为原则，可以利用光谱仪测量在各个反射角状态下标准变色薄膜的频谱响应，以作为决定反射角度选择的参考。

反射角度选定之后，标准变色薄膜在选定反射角度下频谱响应的主波段(意即所呈现色彩)便决定了。标准变色薄膜在选定反射角度下频谱响应的主波段即是整个辨识模块的主辨识频段。只要将各反射角下被测薄膜反射光频谱在主辨识频段下的信息撷取出来比较，便可辨识该被测薄膜是否为标准变色薄膜。光检器所检测到由被测薄膜反射出的反射光频谱信息是由以下参数决定：光源频谱、光源入射角度、被测薄膜在该反射角度下的频谱以及光检器的测量频谱，其中被测薄膜在该反射角度下的频谱为待测参数，而其它会影响光检器所检测到反射光频谱信息的参数，均可利用以限制主辨识频段信息的撷取。这些参数可分为光源与光检器两个部分来讨论。

假设已针对一标准变色薄膜选定两组反射角度，即反射角A与反射角B。各组反射角均对应一主辨识频段。主辨识频段为标准变色薄膜在选定反射角度下频谱响应的主波段，主辨识频段A与主辨识频段B：

实施例一：利用光源作主辨识频段信息的限制

选择两组光源分别只发出主辨识频段的光讯号。光源A只发出主辨识频段A的光讯号，光源B只发出主辨识频段B的光讯号。另外并选择两组可检测主辨识频段光强的光检器。如图4所示，将光源A(0411)与一光检器1(0412)置于反射角A(0401)相对应的位置。同理，光源B与一光检器2置于反射角B相对应的位置。光源A及光检器1在辨识模块内必须与光源B及光检器2是光源隔离的，以避免产生主辨识频段限制的干扰。于是，整个模块的辨识机制即如图3所示。0311与0312分别为标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321与0322则分别为光源A与光源B的频谱特性曲线，分别集中在主辨识频段A与主辨识频段B。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，两光检器所量得的讯号0331与0332的比值由于变色薄膜随观察角度变色的因素，会呈现一特殊标准值。若两光检器的讯号比值偏离该特殊标准值太远，则可判断被测薄膜并非标准变色薄膜。

另外可藉由增加光检器的数目来提高模块的辨识率，将各组光源在对应两组反射角均设置一光检器。如图5所示，只发出主辨识频段A光讯号的光源A(0501)分别对应有两组光检器：光检器1(0511)置于反射角A(0521)、光检器3(0512)置于反射角B(0522)。由于光源对应到一组以上的反射角，故光源的选择必须考虑扩散角度较大者。或者也可以使用两组相同的光源分别放置于对应的光检器的反射角。如图6所示，只发出主辨识频段A光讯号的光源A1(0601)置于反射角A(0521)，对应光检器1(0511)，只发出主辨识频段A光讯号的光源A2(0602)置于反射角B(0522)，对应光检器3(0512)，增加一组光源的设计可增加光检器所得讯号的讯杂比(signal to noise ratio)。同理，只发出主辨识频段B光讯号的光源B分别对应到两组光检器：光检器4置于反射角A、光检器2置于反射角B。

须注意到的是两组光源及其对应的光检器的空间配置必须做到光隔离，以避免产生主辨识频段限制的干扰。于是，整个模块的辨识机制就如图7所示。0311与0312分别为标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321与0322则分别为光源A与光源B的频谱特性曲线，分别集中在主辨识频段A与主辨识频段B。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，光检器1与光检器3所量得的讯号0331与0731分别为标准变色薄膜在反射角A与反射角B下于主辨识频段A的光强，光检器4与光检器2所量得的讯号0732与0332分别为待测薄膜在反射角A与反射角B下于主辨识频段B的光强。在光源强度以及放置角度有适当的安排下，辨识程序只需比较0331与0731以及0732与0332的大小即可。若0331大于0731且0332大于0732，则被测薄膜为变色薄膜，单纯比较电路不但实现起来成本较低，且辨识速率也快很多。此外，如前述这样的架构下，修改一下辨识程序还可进一步精确判定变色薄膜的变色度是否与标准变色薄膜相符。将0331与0731的比值与0732及0332的比值相除，即为一变色度判定的指针。

实施例二：利用光检器作主辨识频段信息的限制

选择两组光检器分别只能接收主辨识频段的光讯号，这样的光检器可以利用光二极管(photodiode)加上主辨识频段滤光片来达成。光检器A只接收主辨识频段A的光讯号，光检器B只接收主辨识频段B的光讯号。此实施例中的光源的选择只需其频谱响应涵盖到两个主辨识频段即可如白光发光二极管(LED)等。甚至模块内不需内建光源而采用外部光源，只要在使用辨识模块前先进行一次校正即可。当然，若模块内建光源，则辨识的标准比较容易掌控。

本实施例的架构即如图8所示，一组光源分别对应有两组光检器：光检器A(0811)置于反射角A(0521)、光检器B(0812)置于反射角B(0522)。由于光源(0801)对应到一组以上的反射角，故光源的选择必须考虑扩散角度较大者，或者直接采用两组光源分别对应到不同反射角的光检器。如图9所示，光源1(0901)置于反射角A(0521)，对应光检器A(0811)，光源2(0902)置于反射角B(05220)，对应光检器B(0812)，增加一组光源的设计可增加光检器所得讯号的讯杂比(signal-to-noise ratio)。在这样的架构下，整个模块的辨识机制就如图3所示。0311与0312分别为标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321与0322则分别为光检器A与光检器B的检测频谱特性曲线，分别集中在主辨识频段A与主辨识频段B。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，两光检器所量得的讯号0331与0332的比值由于变色薄膜随观察角度变色的因素，会呈现一特殊标准值。若两光检器的讯号比值偏离该特殊标准值太远，则可判断被测薄膜并非标准变色薄膜。

实施例三：光源与光检器同时作主辨识频段信息的限制

利用光源与光检器同时作主辨识频段信息的限制，选择两组光源分别只发出主辨识频段的光讯号。例如，光源A只发出主辨识频段A的光讯号，光源B只发出主辨识频段B的光讯号。另外选择两组只可检测主辨识频段光强的光检器，光检器A只接收主辨识频段A的光讯号，光检器B只接收主辨识频段B的光讯号。如图10所示，将光源A(0411)与光检器A(1012)置于反射角A(0401)相对应的位置，同理，光源B与一光检器B置于反射角B相对应的位置。于是，整个模块的辨识机制就如图3所示，0311与0312分别为标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321为光源A与光检器A发射与检测频谱特性相乘出的结果，0322为光源B与光检器B发射与检测频谱特性相乘出的结果，分别集中在主辨识频段A与主辨识频段B。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，两光检器所量得的讯号0331与0332的比值由于变色薄膜随观察角度变色的因素，会呈现一特殊标准值。若两光检器的讯号比值偏离该特殊标准值太远，则可判断被测薄膜并非标准变色薄膜。

另外可藉由增加光检器数目来提高模块的辨识率，将各组只发出主辨识频段光讯号的光源，在对应两组反射角均设置一只可检测主辨识频段光强的光检器。如图11所示，只发出主辨识频段A光讯号的光源A(0501)分别对应有两组只接收主辨识频段A的光检器：光检器A1(1111)置于反射角A(0521)、光检器A2(1112)置于反射角B(0522)。由于光源对应到一组以上的反射角，故光源的选择必须考虑扩散角度较大者，或者也可以使用两组相同的光源分别放置于对应的光检器的反射角。如图12所示，只发出主辨识频段A光讯号的光源A1(0601)置于反射角A(0521)，对应只接收主辨识频段A光讯号的光检器A1(1211)，只发出主辨识频段A光讯号的光源A2(0602)置于反射角B(0522)，对应只接收主辨识频段A光讯号的光检器A2(1212)，增加一组光源的设计可增加光检器所得讯号的讯杂比(signal to noiseratio)。同理，只发出主辨识频段B光讯号的光源B分别对应到两组只接收主辨识频段B的光检器：光检器B1置于反射角A、光检器B2置于反射角B。于是，整个模块的辨识机制就如图7所示，0311与0312分别为标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A与反射角B所呈现的频谱特性，0321为光源A与光检器A发射与检测频谱特性相乘出的结果，0322为光源B与光检器B发射与检测频谱特性相乘出的结果，分别集中在主辨识频段A与主辨识频段B。在被测薄膜为标准变色薄膜的情况下，光检器A1与光检器A2所量得的讯号0331与0731分别为标准变色薄膜在反射角A与反射角B下于主辨识频段A的光强，光检器B1与光检器B2所量得的讯号0732与0332分别为标准变色薄膜在反射角A与反射角B下于主辨识频段B的光强。在光源强度以及放置角度有适当的安排下，辨识程序只需比较0331与0731以及0732与0332的大小即可，若0331大于0731且0332大于0732，则被测薄膜为变色薄膜，单纯比较电路不但实现起来成本较低，且辨识速率也快很多。此外，如前述这样的架构下，修改一下辨识程序还可进一步精确判定变色薄膜的变色度是否与标准变色薄膜相符，将0331与0731的比值与0732及0332的比值相除，即为一变色度判定的指针。

实施例四：光检器所测量的频谱信息直接是该反射角度下反射光所呈现的色彩信息，如电荷耦合组件(CCD)或是光谱仪(spectrometer)等组件。

两组可直接测量反射光色彩信息的光检器分别至于反射角A与反射角B，被测薄膜在各个反射角下的变色程度可以直接以光检器所撷取的讯号判断。此实施例中的光源频谱响应必须涵盖整个可见光范围，以便于光检器作该角度下反射光的色彩信息撷取，故光源可以是任何可以产生白光的发光组件，于辨识模块内，由于光源对应到一组以上的反射角。故光源的选择必须考虑扩散角度较大者，或者也可以使用两组相同的光源分别放置于对应的光检器的反射角。

以上四种实施例均针对一种标准变色薄膜而言，因为不同变色薄膜各有其最佳变色观测角度与变化的色系。举新台币而言，就共有两组变化：五百元与一百元是同一系列、一千元、两百元及今年七月发行的两千元为同一变色系统。本发明此模块若建构于辨识钞票真伪的系统内，每一种变色系统均配合一组辨识模块作为最佳的设计。但若配合成本的考量，不同变色系统可以选用相同的两组或两组以上的反射角，且在各变色系统在选定反射角度下的主辨识频段也可以相互妥协出一个各变色系统可以共享的频段，以减少光检器与光源的组件数。当然，前提是辨识率必须能维持一相当程度。此外，本系统由于有辨别颜色的能力，若应用到辨别以颜色作币值区隔的纸钞系统上，还可附加一计算总币值的功能。

据此，本发明的优选实施例已在此详细描述，以使本领域普通技术人员能够利用本发明。然而应当了解的是，申请人可针对所说明的实施例进行改变、修改、替换而不会背离本发明的权利要求书所界定的精神与范畴。

在上述实施例中出现的图式参考标号如下：

0101：被测薄膜

0111：光检器

0112：光检器

0121：反射角A

0122：反射角B

0211：标准变色薄膜在反射角A下反射光的频谱响应

0212：标准变色薄膜在反射角B下反射光的频谱响应

0221：标准变色薄膜在反射角A下所呈现的色泽

0222：标准变色薄膜在反射角B下所呈现的色泽

0311：标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角A所呈现的频谱特性

0312：标准变色薄膜在一固定稳定白色光源下于反射角B所呈现的频谱特性

0321：位于反射角A的光源与光检器发射与检测频谱特性相乘出的结果

0322：位于反射角B的光源与光检器发射与检测频谱特性相乘出的结果

0331：位于反射角A的光检器所量得的讯号强度

0332：位于反射角B的光检器所量得的讯号强度

0401：反射角A

0411：只发出主辨识频段A光讯号的光源A

0412：光检器1

0501：只发出主辨识频段A光讯号的光源A

0511：光检器1

0512：光检器3

0521：反射角A

0522：反射角B

0601：只发出主辨识频段A光讯号的光源A1

0602：只发出主辨识频段A光讯号的光源A2

0731：标准变色薄膜在反射角B下于主辨识频段A的光强

0732：标准变色薄膜在反射角A下于主辨识频段B的光强

0801：光源

0811：只接收主辨识频段A光讯号的光检器A

0812：只接收主辨识频段B光讯号的光检器B

0901：光源1

0901：光源2

1012：只接收主辨识频段A光讯号的光检器A

1111：只发出主辨识频段A光讯号的光源A1

1112：只发出主辨识频段A光讯号的光源A2

1211：只接收主辨识频段A光讯号的光检器A1

1212：只接收主辨识频段A光讯号的光检器A2

Claims (11)

1.一种可自动辨识变色薄膜的模块，包含有：至少两组可测量反射光的频谱信息的光检器；其中所述至少两组光检器是配置于至少两反射角度上。

2.如权利要求1所述的模块，其中可测量反射光频谱信息的所述至少两组光检器是光二极管(photodiode)，配以指定波段的滤光片。

3.如权利要求1所述的模块，其中可测量反射光频谱信息的所述至少两组光检器是电荷耦合组件(CCD)。

4.如权利要求1所述的模块，其中可测量反射光频谱信息的所述至少两组光检器是光谱仪(spectrometer)。

5.如权利要求1所述的模块，是应用于辨识纸钞。

6.一种可自动辨识变色薄膜真伪的模块，包含有：

至少一组光源；与

至少两组光检器；其中

所述至少两组光检器是配置于两反射角度上。

7.如权利要求6所述的模块，其中所述至少一光源是发光二极管(LED)。

8.如权利要求6所述的模块，其中所述至少两组光检器是光二极管(photodiode)。

9.如权利要求6所述的模块，其中所述至少两组光检器是电荷耦合组件(CCD)。

10.如权利要求6所述的模块，其中所述至少两组光检器是光谱仪(spectrometer)。

11.如权利要求6所述的模块，是应用于辨识纸钞。

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