一种有价证券的防伪嵌入方法、识别方法、防伪装置及有价证券与流程

1.本发明属于有价证券防伪技术领域，尤其涉及一种有价证券的防伪嵌 入方法、识别方法、防伪装置及有价证券。


背景技术：

2.目前，纸质有价证券(含各种商品券、入场券、参观券和纸币等)的 传统真伪、追溯鉴定手段，主要以“目视”和“触摸”进行。
3.以中国人民银行的文档中50元人民币为例说明。
4.防伪点包含：
5.1.光彩光变面额数字：位于票面正面中部。改变钞票观察角度，面额 数字“50”的颜色在绿色和蓝色之间变化，并可见一条亮光带上下滚动。
6.2.雕刻凹印：票面正面头像、国徽、“中国人民银行”行名、装饰团 花、右上角面额数字、盲文面额标记及背面主景等均采用雕刻凹版印刷， 触摸有凹凸感。
7.3.动感光变镂空开窗安全线：位于票面正面右侧。改变钞票观察角度， 安全线颜色在红色和绿色之间变化，亮光带上下滚动。透光观察可见“￥50”。
8.4.人像水印：位于票面正面左侧。透光观察，可见头像水印。
9.5.胶印对印图案：票面正面左下角和背面右下角均有面额数字“50
”ꢀ
的局部图案。透光观察，正背面图案组成一个完整的面额数字“50”。
10.6.白水印：位于票面正面左侧下方。透光观察，可见面额数字“50”。
11.备注：参见以下链接网址2019年版第五套人民币防伪特征介绍，
12.http://huhehaote.pbc.gov.cn/huhehaote/129789/3877860/index.h tml；
13.国家的货币，集成了本国最高的防伪技术，除上述防伪点外，应包括 纸张供应和油墨等。而溯源点则可以利用序列号，读取则实现一票一码的 追溯。
14.然而，申请人发现：目前市面上常用的防伪、追溯打印技术方案有以 下几种及其局限性：
15.作为一般商用的纸质有价证券，一般不太可能采取货币这样的防伪技 术的集大成。对于伪造，主要是高精度复制包括号码在内的所有内容，同 时原有的防伪措施，比如光彩光变、微型文字等，若有性能相同或相近的 输出设备，大概率可复制出以假乱真的赝品。判断则需要去对比并找出和 原件的细微差别，同样主要靠“目视”和“触摸”等，不可避免流程繁琐、 耗时长、误差大。
16.作为利用信息技术的新型防伪和溯源(一票一码)则可在已有的防伪 技术的基础上，追加利用含随机号的序列号、条形码和二维码等，实现一 票一码的追溯。序列号、条形码和二维码的印刷和读取技术，均比较成熟。 既有快速读取的优势，也有容易复制的劣势。
17.不难看出，现有技术方案还存在不足。


技术实现要素：

18.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种有价证券的防 伪嵌入方法、识别方法、防伪装置及有价证券，实现了有价证券的防伪和 溯源，并可支持在线对防伪和溯源信息进行管理，使真伪判别和溯源操作 更简单、更高效。
19.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
20.本发明所述的一种有价证券的防伪嵌入方法，首先二维码图像或条形 码图像进行二值化处理，然后对二值化处理得到的二维矩阵进行转换处理， 并在二值化处理后得到的数字图像中选取n个随机位置作为嵌入参数，同 时产生防伪信息的秘密信息s1，其中所述转换处理是将二维矩阵中所有的 1和0分别按照与另一参数之间的设定关系进行转换，最后将嵌入参数后 的数字图像依次进行频域转换、嵌入mbit信息和反变换，在嵌入mbit信 息过程中利用秘密信息s2，得到用于印刷在有价证券表面的嵌入有防伪信 息的二维码图像或条形码图像。
21.进一步地，该防伪嵌入方法具体包括有以下步骤：
22.s101.获取二维码图像或条形码图像；
23.s102.将二维码图像或条形码图像进行二值化处理，形成二维的第一 数字图像f(x，y)，并得到二维码图像或条形码图像的二维矩阵；
24.s103.对得到二维矩阵进行转换处理，具体为，将二维矩阵中所有的1 转换为1-d1，将所有的0转换为d1，其中所述d1为设置的参数0.01到 0.30之间；
25.s104.在二维码图像或条形码图像的第一数字图像中选取n个随机位 置(xi，yi)，其中i＝1、2、3、
…
、n，并将选取方法和n作为防伪信息的 秘密信息s1；
26.s105.设置参数d2，将
±
d2按照以下公式嵌入到步骤s104在第一数 字图像f(x，y)中选中的n个随机位置，得到第二数字图像f’，
27.其中i＝1、 2、3、
…
、n；
28.s106.将第二数字图像f’转换为频域信息f
′
(u，v)，并按照以下公式嵌 入的mbit的信息msg(i)，得到整个变换后的g(u，v)，
29.其中i＝1、2、3、
…
、 m，p为设置参数3，(ui，vi)是在不超过f
′
(u，v)的最高频率umax和vmax 的范围内选取作为秘密信息s2；
30.s107.将步骤s106得到的g(u，v)进行反变换，得到嵌入mb北信息 msg(i)后的二维码图像或条形码图像g(x，y)，用于印刷在有价证券的表 面。
31.本发明又提供了一种有价证券的防伪识别方法，首先获取印刷在有价 证券表面的嵌入有防伪信息的二维码图像或条形码图像，并比对得到与原 始二维码图像或条形码图像完全吻合的数字图像，然后对得到的数字图像 进行二维频域转换，并根据秘密信息s2
提取频域信息，接着根据提取的频 域信息与嵌入的随机位置f(ui,vi)的关系，还原得到嵌入的mbit信息， 并根据秘密信息s1判断还原得到嵌入的mbit信息是否可确信。
32.进一步地，该防伪识别方法具体包括有以下步骤：
33.s201.采集到二维码和条形码的图像，并经过比对位置，得到和原始 图像完全吻合的数字图像fa(x,y)；
34.s202.将数字图像fa(x,y)进行二维频域转换，得到fa(u,v)；
35.s203.根据秘密信息s2中包含的m个(ui,vi)信息，提取得到变换 后的对应位置fa(ui,vi)；
36.s204.根据fa(ui,vi)和f(ui,vi)的关系，还原得到嵌入的mbit信息 msg(i),从而得到嵌入的mbit信息；
37.s205.根据秘密信息s1中包含的n个(xi,yi),将所有xi+yi为偶数的 fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到a，将所有xi+yi为基数的 fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到b，当a-b大于设定阈值t时，还原得到嵌 入的mbit信息msg(i)为可确信的，否则还原得到嵌入的mbit信息msg (i)可能被破坏或被篡改。
38.本发明还提供了一种有价证券的防伪装置，其特征在于，包括防伪嵌 入装置和防伪识别装置；其中，
39.所述防伪嵌入装置包括：
40.二值化处理模块，用于将二维码图像或条形码图像进行二值化处理， 形成二维的第一数字图像f(x,y)，并得到二维码图像或条形码图像的二维 矩阵；
41.二维矩阵转换模块，用于对得到二维矩阵进行转换处理，具体用于将 二维矩阵中所有的1转换为1-d1，将所有的0转换为d1，其中所述d1为 设置的参数0.01到0.30之间；
42.第一嵌入模块，用于在二维码图像或条形码图像的第一数字图像中选 取n个随机位置(xi，yi)，其中i＝1、2、3、
…
、n，并设置参数d2，将
±ꢀ
d2按照以下公式嵌入到在第一数字图像f(x，y)中选中的n个随机位置，得 到第二数字图像f’，
43.其中i＝1、 2、3、
…
、n，同时将选取方法和n作为防伪信息的秘密信息s1；
44.频域转换模块，用于将第二数字图像f’转换为频域信息f
′
(u，v)；
45.第二嵌入模块，用于将转换得到的频域信息f
′
(u，v)按照以下公式嵌入 的mbit的信息msg(i)，得到整个变换后的g(u，v)，
46.其中i＝1、2、3、
…
、 m，p为设置参数3，(ui，vi)是在不超过f
′
(u，v)的最高频率umax和vmax 的范围内选取作为秘密信息s2；
47.反变换模块，用于将得到的g(u.v)进行反变换，得到嵌入mbit信息 msg(i)后的二维码图像或条形码图像g(x，y)；
48.所述防伪识别装置包括：
49.图像采集单元，用于采集有价证券表面上印刷的二维码和条形码的图 像；
50.位置比对模块，用于将采集到二维码和条形码的图像进行位置比对， 得到和原始图像完全吻合的数字图像fa(x，y)；
51.二维频域转换模块，用于将数字图像fa(x，y)进行二维频域转换，得 到fa(u，v)；
52.提取模块，用于根据秘密信息s2中包含的m个(ui,vi)信息，提取 得到fa(ui,vi)；
53.嵌入信息还原模块，用于根据fa(ui,vi)和f(ui,vi)的关系，还原得 到嵌入的mbit信息msg(i),从而得到嵌入的mbit信息；
54.还原的嵌入信息确信判断模块，用于根据秘密信息s1中包含的n个 (xi,yi),将所有xi+yi为偶数的fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到a，将所有 xi+yi为基数的fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到b，当a-b大于设定阈值t 时，还原得到嵌入的mbit信息msg(i)为可确信的，否则还原得到嵌入 的mbit信息msg(i)可能被破坏或被篡改。
55.本发明又还提供了一种有价证券，该有价证券的表面印刷有上述防伪 嵌入方法得到的嵌入有防伪信息的二维码图像或条形码图像。
56.本发明主要具有以下有益效果：
57.本发明通过上述技术方案，可以实现有价证券的防伪和溯源，并可支 持在线对防伪和溯源信息进行管理，且可使真伪判别和溯源操作更简单、 更高效。
附图说明
58.图1是本发明所述有价证券的防伪嵌入方法的流程示意图；
59.图2是本发明所述有价证券的防伪识别方法的流程示意图；
60.图3是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中二值化处理后 得到的二维码图像的第一数字图像；
61.图4是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中对二维矩阵进 行转换处理后的图像；
62.图5是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中在第一数字图 像嵌入参数得到的第二数字图像；
63.图6是图5中的局部扩大图；
64.图7是图5中的另一局部扩大图；
65.图8是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中第二数字图像 的频域信息图；
66.图9-12是对本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中嵌入 mbit信息msg(i)后的二维码图像g(x，y)进行标注的示意图；
67.图13-15是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中嵌入mbit 信息msg(i)后的二维码图像g(x，y)的某一行对应的灰度值波形图；
68.图16是本发明所述的有价证券的防伪嵌入方法实施例中条形码的第 二数字图像的频域信息图；
69.图17是待印刷本发明所述防伪嵌入方法得到的嵌入mbit信息msg(i) 后的二维码图像的有价证券示意图；
70.图18是待印刷本发明所述防伪嵌入方法得到的嵌入mbit信息msg(i) 后的条形码图像的有价证券示意图。
具体实施方式
71.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
72.如图1中所示，本发明所述的一种有价证券的防伪嵌入方法包括有以 下步骤：
73.步骤sal.获取二维码图像或条形码图像；根据二维码图像可知其最高 频率umax，vmax；其中二维码的umax＝vmax＝二维码版本的矩阵数，比如 version1为21*21，version2为25*25，version3为29*29，即version 数*4+17；而根据条形码图像，可知其最高频率umax，vmax＝0；其中umax 为黑白相间数；以便后续嵌入时使用。
74.步骤sa2.将二维码图像或条形码图像进行二值化处理，形成二维的第 一数字图像f(x，y)(即二值图像)，并得到二维码图像或条形码图像的二 维矩阵。
75.步骤sa3.对得到二维矩阵进行转换处理，具体为，将二维矩阵中所有 的1转换为1-d1，将所有的0转换为d1，其中所述d1为设置的参数0.01 到0.30之间。
76.步骤sa4.在二维码图像或条形码图像的第一数字图像中选取n个随机 位置(xi，yi)，其中i＝1、2、3、
…
、n，并将选取方法和n作为防伪信息 的秘密信息s1；该选取方法是随机得到n个位置的方法，方法有很多种， 可以采取各自的方法，但是这个具体的方法应作为秘密信息的一部分，以 防止破解；其中n是嵌入位置的个数，也是作为秘密信息，比如有的图像 可以嵌入128个位置，有的图像可以嵌入256个位置，这样有秘密信息s1 也是防止破解的手段之一。
77.步骤sa5.设置参数d2(d2的取值范围是图像灰度值的范围的一半， 即1到127之间)，将
±
d2按照以下公式嵌入到在第一数字图像f(x，y)中 选中的n个随机位置，得到第二数字图像f’，
78.其中i＝1、 2、3、
…
、n。
79.步骤sa6.将第二数字图像f’转换为频域信息f
′
(u，v)，并按照以下公 式嵌入的mbit的信息msg(i)，
80.其中i＝1、2、3、
…
、 m，p为设置参数3(p的取值范围每次均不同，只要人眼不觉察到即可；p 的设置是以嵌入后的图像和原始图像，人眼无法区别其不同为原则。因为 当参数p越大，嵌入信息后的图像质量越低，所以p的选取原则为：嵌入 mbit信息后的图像质量确保的前提下，即信噪比snr不低于30的前提下， 取最大的值作为参数p)，(ui，vi)是在不超过最高频率umax和vmax的 范
围内选取作为秘密信息s2；因为无论是二维码的version是多少，形成 的图像的纵横方向的像素个数会远超过umax和vmax；而在不超过umax和 vmax的范围内，嵌入幅度为p的msg，第一通过控制p，可以做到人眼不 可视，第二可以确保在读取的过程中，不影响原始频率；而条形码则是一 维的频域转换，在此不重复描述。
81.步骤sa7.将步骤s106得到的g(u，v)进行反变换，得到嵌入mbit信息 msg(i)后的二维码图像或条形码图像g(x，y)，用于印刷在有价证券的表 面。
82.如图2所示，本发明所述的有价证券的防伪识别方法，包括有以下步 骤：
83.步骤sb1.采集到二维码和条形码的图像，并经过比对位置(预处理， 可以利用特征点匹配、几何校正等常规技术，目的是得到和原图图像温和 的数字图像fa)，得到和原始图像完全吻合的数字图像fa(x，y)；
84.步骤sb2.将数字图像fa(x，y)进行二维频域转换，得到fa(u，v)；
85.步骤sb3.根据秘密信息s2中包含的m个(ui，vi)信息，提取得到变 换后的对应位置的值fa(ui，vi)；即根据秘密信息s2秘密的位置信息 (ui，vi)，得到变换后的对应位置的值fa(ui，vi)，只要有秘密信息s2， 就可以顺序获取到；
86.步骤sb4.根据fa(ui，vi)和f(ui，vi)的大小关系，还原得到嵌入的 mbit信息msg(i)，从而得到嵌入的mbit信息；其中还原过程为根据 fa(ui，vi)和f(ui，vi)的大小关系，即fa(ui，vi)＞f(ui，vi)，则mgs(i)＝0； 否则为1；
87.步骤sb5.根据秘密信息s1中包含的n个(xi，yi)，将所有xi+yi为偶 数的fa(xi，yi)-f(xi，yi)相加得到a，将所有xi+yi为基数的 fa(xi，yi)-f(xi，yi)相加得到b，当a-b大于设定阈值t时，还原得到嵌 入的mbit信息msg(i)为可确信的，否则还原得到嵌入的mbit信息msg (i)可能被破坏或被篡改。
88.下面分别以二维码和条形码为例，对本发明所述有价证券的防伪嵌入 方法做进一步说明。
89.二维码实施例：
90.(1)获取version2的原始二维码图像，其大小为256*256，并进行 二值化处理，得到二维码图像的第一数字图像(详见图3)和二维矩阵， 以及得到umax＝vmax＝25；
91.(2)对二维矩阵进行转换处理，具体为，将二维矩阵中所有的1转 换为1-d1，将所有的0转换为d1，其中参数d1设置为20/255(即约0.08)， 得到转换处理后图像(详见图4)；
92.(3)在(1)得到的第一数字图像中选取20个随机位置(xi，yi)，其 中i＝1、2、3、
…
、20，并将选取方法和20作为防伪信息的秘密信息s1； 然后设置参数d2＝20/255，将
±
d2按照以下公式嵌入到在第一数字图像 f(x，y)中选中的20个随机位置，得到第二数字图像f’(详见图5)，从图 5的扩大图(图6和图7)可以确认有微小变化，
93.其中i＝1、 2、3、
…
、20；
94.最后将第二数字图像f’转换为频域信息f
′
(u，v)(详见图8)，并按照 以下公式嵌入的mbit的信息msg(i)，得到整个变换后的g(u，v)，
95.其中i＝1、2、3、
…
、 20，p为设置参数3，p的设置是以嵌入后的图像和原始图像，人眼无法区 别其不同为原则，(ui，vi)是在不超过最高频率umax和vmax的范围内选 取作为秘密信息s2；
96.(4)将得到的g(u，v)进行反变换，得到嵌入mbit信息msg(i)后的二 维码图像g(x，y)，参见图9-12，图中标注了表示白色区域不同位置的值不 同，同样地，图中黑色区域不同位置的值也不同，说明了已将参数m的秘 密信息嵌入并分散到了所有的位置，每个位置的值都有微小变化，但是人 眼不足以发现。
97.经检测的结果为：嵌入mbit信息msg(i)后的二维码图像g(x，y)中位 于100列的值都有微小变化(参见图13)，对应白色区域的位置扩大了1 (参见图14)，对应黑色区域的位置扩大了2(参见图15)。
98.条形码实施例：
99.将本发明所述有价证券的防伪嵌入方法应用于条形码时，其方法与上 述二维码实施例基本相同，区别在于，由于条形码只在一个方向有变化， 所以在将第二数字图像f’进行频域转换时利用和条形垂直方向，即有变 化的一个方向的一维频域信息(详见图16)，且后续的嵌入过程只在umax 以上嵌入，vmax方向不处理。
100.这样，即可将嵌入mbit信息msg(i)后的二维码图像或条形码图像 g(x，y)印刷在如图17和图18所示的有价证券表面预留空白区域，便可赋 予有价证券“目视”和“触摸”检测真伪之外的基于信息技术的识别方法 和人眼不可识别的防伪信息，且智能打印机输出、识别软件自动识别，无 需人工鉴别，鉴别成本低(包括鉴别的费用成本、时间成本)，鉴别结果稳 定(相对于基于人工的“目视”或“触摸”检测)。
101.此外，本发明还提供了一种有价证券的防伪装置，其特征在于，包括 防伪嵌入装置和防伪识别装置；其中，
102.所述防伪嵌入装置包括：
103.二值化处理模块，用于将二维码图像或条形码图像进行二值化处理， 形成二维的第一数字图像f(x，y)，并得到二维码图像或条形码图像的二维 矩阵；
104.二维矩阵转换模块，用于对得到二维矩阵进行转换处理，具体用于将 二维矩阵中所有的1转换为1-d1，将所有的0转换为d1，其中所述d1为 设置的参数0.01到0.30之间；
105.第一嵌入模块，用于在二维码图像或条形码图像的第一数字图像中选 取n个随机位置(xi，yi)，其中i＝1、2、3、
…
、n，并设置参数d2，将
±ꢀ
d2按照以下公式嵌入到步骤s104在二值图像f(x，y)中选中的n个随机位 置，得到第二数字图像f’，
106.其中i＝1、 2、3、
…
、n，同时将选取方法和n作为防伪信息的秘密信息s1；
107.频域转换模块，用于将第二数字图像f’转换为频域信息f
′
(u，v)；
108.第二嵌入模块，用于将转换得到的频域信息f
′
(u，v)按照以下公式嵌入 的mbit的
信息msg(i)，得到整个变换后的g(u，v)，
109.其中i＝1、2、3、
…
、 m，p为设置参数3，p的设置是以嵌入后的图像和原始图像，人眼无法区 别其不同为原则，(ui，vi)是在不超过最高频率umax和vmax的范围内选 取作为秘密信息s2；
110.反变换模块，用于将得到的g(u，v)进行反变换，得到嵌入mbit信息 msg(i)后的二维码图像或条形码图像g(x，y)；
111.所述防伪识别装置包括：
112.图像采集单元，用于采集有价证券表面上印刷的二维码和条形码的图 像，比如：通过照相机或扫描仪采集有价证券表面上印刷的二维码和条形 码的图像；
113.位置比对模块，用于将采集到二维码和条形码的图像进行位置比对， 得到和原始图像完全吻合的数字图像fa(x，y)；
114.二维频域转换模块，用于将数字图像fa(x，y)进行二维频域转换，得 到fa(u，v)；
115.提取模块，用于根据秘密信息s2中包含的m个(ui,vi)信息，提取 得到fa(ui,vi)；
116.嵌入信息还原模块，用于根据fa(ui,vi)和f(ui,vi)的大小关系，还 原得到嵌入的mbit信息msg(i),从而得到嵌入的mbit信息；
117.还原的嵌入信息确信判断模块，用于根据秘密信息s1中包含的n个 (xi,yi),将所有xi+yi为偶数的fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到a，将所有 xi+yi为基数的fa(xi,yi)-f(xi,yi)相加得到b，当a-b大于设定阈值t 时，还原得到嵌入的mbit信息msg(i)为可确信的，否则还原得到嵌入 的mbit信息msg(i)可能被破坏或被篡改。
118.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和 润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。