专利名称：使用数据库对物品进行真实性验证的制作方法
技术领域：
本发明涉及物品例如个人识别(ID)卡、可售产品、原始文件或其它物品的真实性的验证。
背景技术：
许多传统的真实性安全系统依赖于难于由制造者之外的任何人进行的处理，其中重要设备的花费、技术秘密的复杂性或者这两者强加了所述的困难。在钞票中提供水印以及在信用卡或护照上提供全息图便是一些例子。不幸的是，犯罪技术越来越先进，实际上可以再生产制造者可以制造的任何原件。
因此，具有一种已知的用于真实性安全系统的方法，其依赖于使用自然规律支配的一些处理产生安全性标记，使得每个标记是唯一的，更重要的是，每个标记具有可测量的因而可用作以后验证的依据的唯一的特征。按照这种方法，标记以一种设置的方式被制造和测量，以便获得唯一的特征。然后可以把特征存储在计算机数据库中，或者用其它方法保留。这种类型的标记可被嵌入载体物品例如钞票、护照、ID卡以及重要文件中。以后，载体物品可被再次测量，并把测量的特征和数据库中存储的特征比较，以便确定是否一致。
在这个普通的方法中，提出了使用不同的物理效应。在许多现有技术文件[1-4]中考虑的一种物理效应是使用取决于物品的固有特性的激光斑点，其一般呈特殊标记的形式，用于提供唯一的特征。按照这些技术，一个大的区域例如一个特殊标记的整个区域，被准直的激光束照射，并利用CCD对所得的斑点图案的有效的立体角部分成像，借以获得由数据点的大的阵列构成的被照射区域的斑点图案图像。
更近一些时候，研发了另一种基于激光斑点的技术[5]，其中通过在物品上扫描聚焦的激光束，并从由物品的许多不同部分散射的光收集许多数据点，一般为500或更多，从而收集大量的独立的数据点，来获得唯一的特征。通过收集大量的对于物品的许多不同部分特定的独立的信号成分，可以计算对于被扫描的物品的区域是唯一的数字签名。这种技术能够由大量物品，包括未处理的纸、纸板和塑料的表面提供唯一的签名。
这种技术的一个重要应用是由存储的签名的数据库进行安全验证，该数据库在下面被称为“主数据库”。例如，例如，在香水厂，可以用读取器扫描每个香水瓶盒，从而获得签名，这些签名被输入到主数据库中。主数据库包括来自生产的每个物品例如香水盒的签名。以后，为了进行现场验证，可使用读取器扫描任何香水盒，以获得签名，这个签名和主数据库比较，确定是否具有和主数据库中保存的一致的签名。如果没有一致的签名，则该物品被认为是伪造的。如果具有一致的签名，则该物品被认为是真品。
在许多应用中，例如有关国家安全、市民提供的文件证据或大量的有商标的货物的应用中，在主数据库中存储的签名的数量可能是非常大的。条目的数量或许是百万、千万甚至过亿。例如，如果人口众多的国家把这种方法用于护照或驾照验证，则出现这种情况。
即使不是全部应用，但对于大多数应用，需要以合理的时间进行主数据库的检索。怎样才算合理的根据应用而改变，但是对于许多应用，最大的合理的时间仅仅是几秒钟。不过，对于大的主数据库，为查找签名匹配而进行高速检索具有两个困难。
首先，甚至由真实物品进行的扫描也总是不完美地匹配其存储的数据库。匹配或非匹配的试验是在保持在主数据库中的原始扫描的签名和再次扫描的签名之间的相似程度的试验。我们发现，一种典型的高质量的匹配大约有75％的位是一致的，而欺骗性的匹配平均具有50％一致。因而，标准的相关数据库快速检索方法例如查表方法不能被有效地使用。因此，需要对照目标签名尝试数据库中的每一项。
第二，可能在连续的数据库项和再次扫描的签名之间具有未知的位移动。这是因为，对于第二次扫描，被扫描的对象可能不会精确地处于和第一次扫描相同的位置。在平行于激光扫描方向上任何的偏移将引起位图案的移动。因此，不需要对照目标签名尝试数据库中的每一项，但是这必须是在对于每个数据库项假定许多不同的位移动长度，(其可以是30个或更多)的情况下进行，这使得总的检索时间可能非常长。位移动的数量是读取器的定位精度和每位扫描长度的函数。
发明内容
本发明涉及改善含有非常大量的数字签名记录的数据库的检索速度的方法，借以克服上述的第二个困难。该方法涉及在数据库中不仅存储扫描的签名的数字化表示，而且存储扫描的签名的傅立叶变换的一部分的数字化表示。当物品被再次扫描时，对来自再次扫描的扫描数据进行傅立叶变换。然后把变换用极坐标即辐值和相位(与用实部与虚部分量表示傅立叶变换相对)表示。辐值信息用于检索，而不使用可被丢弃的相位信息。即，检索数据库，以查找新扫描的傅立叶变换辐值频谱和在每个数据库记录中作为缩略图存储的傅立叶变换辐值频谱之间的匹配。如果对于物品具有匹配的数据库记录，则应当找到缩略图之间的匹配，而和新扫描与数据库扫描之间的任何位移动无关。具体地说，对于不同的假定的位移动，不需要反复进行匹配，如果考虑在原始扫描和再扫描之间的未知的位移动，则需要反复进相匹配，所述位移动是当物品被再扫描时，难免具有不同的相对位置引起的。
因此，和比较全部签名即比较实空间(相对于频率空间)的简单的方法相比，检索被加快一个近似等于在原始扫描和用于验证的再扫描之间的最大假定再定位误差除以每个数据的扫描长度(l/n)的系数。这个系数一般在10-50的范围内，取决于相关的参数值。增加的检索速度是以稍微增加数据库的尺寸为代价的，数据库尺寸的增加是因为需要存储作为一个缩略图每个记录的傅立叶变换的辐值频谱。
这种检索方法的原理如下。当进行傅立叶变换时，伪随机位序列携带辐值频谱中的一些信息和相位频谱中的一些信息。不过，任何位移动只影响相位频谱而不影响辐值频谱。因此辐值频谱可以不用知道任何位移动而进行匹配。虽然在丢弃相位频谱时丢失了一些信息，但是保留了为了获得针对数据库的粗略的匹配所需的足够的信息。这允许与在数据库中要查找的目标进行一个或多个推测的(即候选的)匹配。然后可以使用常规的实空间方法针对新的扫描适当地比较每个推测的匹配。
按照本发明的一个方面，提供一种扫描在读取容积内排列的物品的方法，包括从当相干光从读取容积散射时获得的强度信号收集数据点组，其中不同的一些数据点和来自读取容积的不同部分的散射有关；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分来确定物品的缩略图数字签名。
可以在制造物品时或者在产生文件时进行扫描，以便获得和存储物品的数字签名。在这种情况下，数字签名和其缩略图数字签名一起被存储在数据库中。为了避免重复的输入，数字签名最好和其缩略图数字签名一起以这样的条件被存储在数据库中，使得其和在数据库中已经存储的任何数字签名之间不匹配。物品可以附带地贴上具有机器可读标记例如条形码的标签，其编码一个近似记录定位符，用于帮助在数据库中查找数字签名。
扫描也可以在以后进行物品验证时进行。在这种情况下，验证方法还包括提供先前记录的签名及其缩略图数字签名的数据库；检索所述数据库，以通过在确定的缩略图数字签名和以前记录的缩略图数字签名进行比较查找至少一个候选匹配；并通过进行缩略图数字签名和至少一个以前记录的数字签名之间的比较，确定对于任何候选匹配是否具有一个匹配。对于每个匹配，可以根据在确定的数字签名和被查找具有匹配的以前记录的数字签名之间的相似程度，附加地确定一个置信度。这对于提供给用户是有用的。如果在物品上提供有近似记录定位符标记，验证方法将包括读取物品上的机器可读的标记，以获得近似记录定位符，并使用近似记录定位符在数据库中查找至少一个候选匹配。
按照本发明的另一方面，提供一种用于扫描在读取容积中排列的物品的设备，包括用于产生相干光束的源；用于从当所述相干光束从读取容积散射时获得的信号收集数据点组的检测器装置，其中不同的数据点和来自读取容积的不同部分的散射有关；以及数据获取和处理模块，其可通过操作用于(i)通过数字化所述数据点组确定数字签名；以及(ii)通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。
在用于填充数据库的设备例如由印记所有者使用的设备或者由政府部门使用的设备中，数据获取和处理模块还可通过操作用于在数据库中和其缩略图数字签名一道存储数字签名。为了避免重复输入，这可以在这样的条件下进行使得在其和在数据库中已经存储的任何数字签名之间都不匹配。
在用于验证物品的真实性的设备中，例如现场使用的读取器，该设备还包括以前记录的签名及其缩略图数字签名的数据库；以及检索工具，其可通过操作用于(i)通过进行在确定的缩略图数字签名和以前记录的缩略图数字签名之间的比较查找至少一个候选匹配；以及(ii)对于任何候选匹配，通过进行在确定的数字签名和至少一个以前记录的数字签名之间的比较，确定是否具有匹配。检索工具还可通过操作用于对于每个匹配，根据确定的数字签名和发现具有匹配的以前记录的数字签名之间的相似程度确定置信度等级。
按照本发明的另一个方面，提供一种数据库，其一般驻存在载体介质例如服务器或其它系统上，包括多个记录，每个记录包括通过数字化由物品获得的数据点组而获得的该物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分而获得的该物品的缩略图数字签名。在下面说明的本发明的实施例中，这些数据点由来自物品的相干光的散射获得，其中不同的数据点和来自物品的不同部分的散射有关。
本发明的另一个方面提供一种包括检索工具的系统，所述检索工具可通过操作用于检索上述的数据库，通过进行在输入的缩略图数字签名和在数据库中保持的缩略图数字签名之间的比较查找候选匹配。检索工具优选地还可通过操作用于对于任何候选匹配通过进行在输入的数字签名和在候选匹配的记录中保持的数字签名之间的比较来确定是否具有匹配。尤其是对于大的数据库，检索工具可通过操作用于使用近似记录定位符检索数据库以查找候选匹配。
应当理解，该数据库远离系统，或者和系统集成在一起，或者是被分发。
该数据库可以是构成读取设备的一部分的大容量存储装置的一部分，或者处于远方位置，由读取器通过电信链路访问。电信链路可以取任何方便的形式，包括无线的或固定的链路，并且可以是通过互联网可利用的。数据获取和处理模块可以在至少一个操作方式下操作，用于如果没有找到匹配则允许把签名添加到数据库中。显然，这种便利通常只对被授权人士才是允许的。
当使用数据库时，除去存储签名之外，将数据库中的签名和与物品有关的其它信息相关联也可能是有用的，所述信息例如包括文件的扫描副本、护照持有者的照片、位置的细节以及产品制造的时间，或者可售商品的指定销售目的地(例如为了跟踪灰色进口)。
上述的读取设备可被使用来通过读取一系列物品而利用签名填充数据库，例如在生产线上，和/或用来在以后验证物品的真实性，例如现场使用。
本发明允许鉴定由大量不同材料例如纸、纸板和塑料制成的物品。
本发明允许确定物品是否已经被篡改。如果粘附的透明膜例如粘连带盖住用于产生签名的扫描区域，则这是可能的。如果必须除去所述带才能篡改物品，例如必须打开包装盒，则可以这样选择粘连带，使得其不可避免地改变下方的表面。因而，即使使用类似的带来重新密封包装盒，也能被检查出。
本发明提供一种用于鉴定由纸或纸板制成的物品的方法，包括把纸或纸板暴露于相干的辐射；收集数据点组，其测量来自纸或纸板的固有的结构的相干辐射的散射；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。
固有结构指的是借助于物品的制造使得物品自然地具有的结构，借以辨别为安全目的专门提供的结构，例如包含在物品中的由标记或人造纤维给出的结构。
纸或纸板指的是由木质纸浆工艺制成的任何物品。纸或纸板可以利用透明材料例如玻璃纸进行涂覆、浸渍或覆盖处理。如果特别关注表面的长期稳定性，则例如可以借助于丙烯酸的喷射透明涂层对纸进行处理。
这样，就可以根据由相干光束照射的位置收集数据点。这可以通过在物品上扫描被定位的相干光束，或者通过使用方向检测器收集来自物品的不同部分的散射光，或者通过两者的组合来实现。
本发明被认为对于来自下表的例子中的纸或纸板制品是尤其有用的1.有价值的文件，例如股票、装载的货物的票据、护照、政府间的条约、法令、驾驶执照、车辆性能证书、任何真实性的证书2.用于跟踪或追踪目的的任何文件，例如用于邮件系统的信封，法律强制追踪的钞票3.可售产品的包装4.在设计者的货物上的商标标签例如样式条款5.化妆品、药物或其它产品的包装。
本发明还提供一种用于鉴定由塑料制成的物品的方法，包括把塑料暴露于相干的辐射；收集数据点组，其测量来自塑料的固有的结构的相干辐射的散射；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。
如果塑料对于相干辐射是不透明的，则散射来自塑料的固有的表面结构，如果塑料是透明的，则散射来自相干辐射照射到的物品的任何部分。
本发明被认为对于下面的例子的表中的塑料制品是尤其有用的1.塑料包装，例如医药产品2.ID卡，包括银行卡、工作人员ID卡、存储卡-包括在ID卡上的签名条，尤其是银行卡或存储卡特别有用的应用可以是扫描ID卡的签名条，即在签名之后进行扫描，使得用于可靠性的数字签名对于签名的卡是特定的，并且由个人的签名和条下方的表面结构的组合构成。
在具有个人照片的ID物品(其可以是塑料的ID卡或者是由其它材料制成的通行证例如纸通行证)的情况下，利用读取器扫描ID卡的照片部分(和扫描封面或空白页分开)作为未发生篡改的测试是有用的。这是因为，如果涂层或粘合剂膜被使用来把照片粘附于ID物品上，则其必须被伪造者除去才能把假照片固定在ID物品上。这种类型的伪造能够由用于实施本发明的读取器识别，因为新的照片将具有不同的表面结构。
预料本发明可以识别任何其它类型的材料，只要其具有合适的表面结构。在显微镜下具有非常光滑的表面的类型的材料可能是不合适的，因为它们可能是具有非常深的和/或不稳定的表面的不透明材料(例如羊毛材料)。
本发明还允许识别多种不同类型的物品，包括包装、文件和衣物。
本发明提供一种利用产品的包装来鉴别产品的方法，包括把产品的包装暴露于相干的辐射；收集数据点组，其测量来自包装的固有的结构的相干辐射的散射；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。
暴露于相干辐射的包装的相关部分可以由纸、纸板、塑料(例如玻璃纸热缩塑料包)、金属或其它材料制成，具有合适的固有表面或内部结构。物品可被包含在包装中，可选择地，包装可以用防篡改方式密封。或者，包装可以是物品的附加物，例如利用不被可视地破坏便不能释放的连接器固定的标签。这对于药物产品、化妆品和香水以及飞机或陆地、水上交通工具是尤其有用的。
本发明提供一种鉴别文件的方法，包括把文件暴露于相干的辐射；收集数据点组，其测量来自文件的固有的结构的相干辐射的散射；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。
本发明提供一种借助于固定在衣服或鞋袜制品上的标签来鉴别衣服或鞋袜制品的方法，把标签暴露于相干的辐射；收集数据点组，其测量来自标签的固有的结构的相干辐射的散射；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分确定物品的缩略图数字签名。标签可以是正常的未修改过的品牌标签，例如连附于衣服、鞋袜上的塑料、纸板标签。
总之，在一些情况下，签名可以从附属于可售产品的物品例如封装获得，在其它情况下，可以从对象本身获得，例如从文件或可售产品的表面结构获得。本发明可以找到许多实际应用，例如用于控制灰色市场进口或伪造。对于这种应用，可以由海关人员或贸易标准人员使用便携式读取器。
在大多数应用中，签名被设想为数字签名。在当前技术下数字签名的典型尺寸在200位到8k位的范围内，为了得到高的安全性，当前最好具有尺寸大约为2k位的数字签名。
为了较好地理解本发明并且表示如何实施本发明，现在以举例方式参看附图，其中图1是用于实施本发明的读取设备的示意的侧视图；图2是表示如何通过跨过读取容积扫描细长的光束对读取设备的读取容积采样n次的示意的透视图；图3是读取设备的功能元件的方块示意图；图4是表示读取设备的实施例的外部形式的透视图；图5是读取设备的另一个实施例的示意的透视图；图6A以示意的侧视图表示用于实施本发明的读取器的基于定向光收集和地毯式照射的另一种成像布置；图6B以平面图示意地表示用于实施本发明的读取器的另一种成像布置的光足迹，其中使用和以细长光束进行局部化照射相组合的方向检测器；图7是纸的表面的显微镜图像，该图像大约覆盖了0.5×0.2mm的区域；图8A表示来自使用图1的读取器的一个光电检测器的原始数据，其由光电检测器信号和编码器信号组成；图8B表示在利用编码器信号线性化和对幅值平均之后的图8A的光电检测器数据；图8C表示按照平均值被线性化之后图8B的数据；图9是表示如何由扫描产生物品的特征签名的流程图；图10是表示如何根据签名数据库验证由扫描获得的物品的签名的流程图；图11是ID卡的示意的平面图，具有条形码标签，其编码由固有的测量的表面特征获得的数字签名；图12是ID卡的示意的平面图，具有存储数据的芯片，其编码由固有的测量的表面特征获得的数字签名；以及图13是担保文件的示意的平面图，具有两个条形码标签，其编码由固有的测量的表面特征获得的数字签名。
具体实施例方式
图1是用于实施本发明的读取设备1的示意的侧视图。光学读取设备1用于从被设置在该设备的读取容积中的物品(未示出)测量签名。读取容积由作为壳体12中的一个狭缝的读取孔径10形成。壳体12包括该设备的主要光学元件。狭缝沿x方向(见图中插入的轴)具有其主要范围。主要的光学元件是激光源14，用于产生相干激光束15，以及由一组k个光电检测元件构成的检测器装置16，在本例中k＝4，标号为16a，16b，16c和16d。激光束15由圆柱形透镜18聚焦成沿y方向(垂直于图的平面的方向)延伸的并处于读取孔径的平面内的细长的焦点。在一个示例的原型读取器中，细长的焦点具有大约2毫米的主轴尺寸和大约40微米的次轴尺寸。这些光学元件被包含在部件20中。在所示的实施例中，4个检测器元件16a…d分布在光束轴线的每一侧，偏移不同的角度，与光束轴线呈交叉排列，以便收集由位于读取容积中的物品以反射而散射的光。在示例的原型中，偏移角是-70，-20，+30和+50度。光束轴线每一侧的角度被选择使得它们不相等，从而使得它们收集的数据点尽可能是独立的。所有4个检测器元件被设置在一个公共平面内。光电检测器16a…d检测当相干光束从读取容积散射时从置于壳体上的物品散射的光。如图所示，光源被安装用于引导激光束15使得其光轴沿z方向，从而使其以正交的入射在读取孔径中射到物品上。
一般地说，希望焦点的深度大，以使得沿z方向物品位置的任何差别不会引起在读取孔径的平面内光束尺寸的显著改变。在示例的原型中，焦点的深度大约是0.5毫米，这是足够大的，以便产生好的结果。焦点深度、数值孔径和工作距离这些参数是独立的，以便获得斑点尺寸和焦点深度之间的公知的折衷。
驱动电机20被设置在壳体12中，用于通过合适的轴承24或其它装置提供光学部件20的线性运动，如箭头26所示。因而驱动电机22用于在读取孔径10的上方沿x方向线性地移动相干光束，使得光束15沿着垂直于细长焦点的主轴方向被扫描。因为使相干光束15在其焦点的尺寸具有沿xz平面(图的平面)的截面，该截面比和相干光束正交的平面即设置有读取孔径的壳体壁的平面内的读取容积的投影小得多，驱动电机22的扫描将使相干光束15在驱动电机22的作用下采样读取容积的许多不同的部分。
图2被包括用于表示这个采样，其是一个示意的透视图，用于表示如何通过跨过读取区域扫描细长光束来对读取区域采样n次。聚焦的激光束在驱动的作用下沿着读取孔径扫描时的采样位置由标号为1到n的相邻的位置表示，其采样一个长度为l、宽度为w的面积。数据收集被这样进行，使得当使驱动沿着狭缝扫描时，在n个位置的每个位置收集信号。因而，从读取容积的所示的n个不同的部分收集和散射相关的k×n个数据点的序列。还示意地示出了沿着x方向即扫描方向和狭缝10相邻的在壳体12的下侧形成的距离标记28。沿x方向标记之间的间距的一个例子是300微米。
这些标记被细长焦点的尾部采样，用于沿x方向对数据进行线性化，如下面的详细说明。由附加的光电晶体管19进行测量，其是一个方向检测器，被设置用于收集来自和狭缝相邻的标记28的区域的光。
在另一个实施例中，标记28被作为光学部件20的一部分的专用编码器发射器/检测器模块19读取。编码器发射器/检测器模块被用于条形码读取器中。例如，使用了Agilent HEDS-1500模块，其基于聚焦的发光二极管(LED)和光电检测器。该模块的信号被送入作为额外的检测器通道的PIC ADC。
例如，焦点的次轴尺寸为40微米，沿x方向的扫描长度为2厘米，n＝500，则在k＝4时给出2000个数据点。取决于所需的安全等级、物品类型、检测器通道k的数量以及其它因素的关于k×n的值的一个典型范围预期是100＜k×n＜10000。还已经发现，增加检测器k的数量也改善通过处理、印刷等致使物品的表面退化的测量的灵敏度。实际上，利用到此为止使用的原型，经验法则是，独立的数据点的总数，即k×n，应当是500或更多，以便利用大量的表面变化给出可接受的高的安全等级。
图3是读取设备的功能元件的方块示意图。电动机22通过电链接23和可编程的中断控制器(PIC)30相连。检测器模块16的检测器16a…d通过各个电连接线17a…d和作为PIC 30的一部分的模数转换器(ADC)相连。类似的电连接线21使标记读取检测器19和PIC 30相连。应当理解，可以使用光学或无线链接代替电链接或者和电链接组合。PIC 30通过串行连接32和个人计算机(PC)34连接。PC 34可以是台式机或便携式计算机。作为PC的替代物，可以使用其它的智能装置，例如个人数字助理(PDA)。当使用PDA时，可以使读取器的电子电路合适地处于一般PDA的一致的形状因数的限制内，例如个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)，小型闪存(CF)，“新卡”以及安全数字输入/输出(SDIO)形状因数。此时读取器电子电路卡可被容易而快速地连接到主PDA中，从而构成读取器。PDA可以配备有集成的无线电话或无线LAN能力，用于访问数据库，还可以具有远程例如在网络服务器上执行的数字处理能力。另一种选择是使用专用的电子电路单元，而读取器没有复杂的处理能力，所有的大量数字处理在远方进行。
PIC 30和PC 34一起形成数字获取和处理模块36，用于由检测器16a…d收集的数据点组确定物品的签名。PC 34通过接口连接38访问数据库(dB)40。数据库40可以在存储器中驻存在PC 34上，或者被存储在PC 34的驱动上。或者数据库40可以远离PC 34并通过无线通信被访问，例如使用移动电话业务或与互联网相结合的无线局域网(LAN)。此外，数据库40可在本地存储在PC 34上，不过被定期地从远方源下载。
数据库40含有以前记录的签名的库。PC 34被这样编程，使得在使用时其访问数据库40并进行比较以确定数据库40是否含有已被置于读取容积中的物品的签名的匹配。PC 34还可被编程用于允许如果未找到匹配则把签名添加到数据库中。这种使用方式只供被授权的用户使用，可以从在现场使用的只用于验证的系统中被省略。
图4是读取设备1的透视图，表示其外部形状。壳体12和狭缝形的读取孔径10是明显的。物理定位辅助件42也是明显的，其被提供用于把给定形状的物品相对于读取孔径定位在固定位置。在所示的例子中，物理定位辅助件42呈直角括号的形状，其中可对包装盒或文件的拐角定位。这确保当物品需要被扫描时把物品的相同部分被定位在读取孔径10中。对于具有好的限定的拐角的物品，例如纸页、护照、ID卡和包装盒，简单的角括号或其等效物便足够了。
可以提供文件馈入器以确保物品的放置是一致的。例如，设备可以跟随关于文件扫描器、复印机或文件管理系统的任何常规的格式。对于包装盒，一种替代物应当能够提供合适的导向孔，例如矩形截面的孔，或圆形截面的孔，用于接收管状盒子(即圆柱形盒子)的底部。
图5是另一种实施例的示意的透视图，表示用于成批地筛选物品的读取设备1’。这种读取器基于在其上可放置包装的物品的传送带44，为了简明只示出了一个物品5。在物品5上的读取区域10’当物品5在传送带44上通过时由静止的激光束15扫描。激光束15由被固定地设置在传送带44旁边的位置的激光源14产生。激光源14具有整体的光束聚焦透镜(未示出)，用于产生铅笔状的接近准直的光束，其沿着z方向(即和地面平行的方向)前进，在距传送带44的上方一个高度h通过，借以和物品5在高度h相交，从而在读取区域10’上扫描。光束截面可以是一个斑点，即圆形的(例如由整体的球面透镜产生)，或者是沿y方向延伸的直线(例如利用整体的圆柱透镜产生)。虽然只示出了一个物品，应当理解，可以输送相似物品的流，并当其通过光束15时被连续地扫描。
基于传送带的读取设备的功能元件和上述的独立的读取设备的功能元件类似。唯一的实质性区别在于，物品运动而光束不动，以便在扫描光束和物品之间产生所需的相对运动。
设想基于传送带的读取器可用于生产线或仓库环境，用于通过读取连续的物品向数据库提供类/特征签名。作为一种控制，每个物品可被再次扫描，以证实记录的签名可被验证。这可以利用两个串行操作的系统来实现，或者利用一个系统来实现，其中每个物品通过该系统两次。批扫描也可以应用于销售点(POS)，或者使用基于POS设备元件的读取设备。
上述的实施例基于利用小截面的相干光束进行的局部激励，其中和检测器相结合，该检测器接收在包括被激励的局部区域的一个更大的区域上散射的光信号。可以设计一种在功能上等效的光学系统，其基于方向检测器，该检测器与大得多的区域的激励相结合，只收集来自被局部化的区域的光。
图6A以侧视图示意地表示用于实施本发明的读取器的一种成像布置，其基于定向光收集和利用相干光束进行地毯式照射。阵列检测器48与圆柱微透镜阵列46相组合地设置，使得检测器阵列48的相邻的带只收集来自读取容积中对应的相邻的带的光。参见图2，每个圆柱微透镜被设置用于收集来自n个采样带之一的光信号。此时相干照射可以用整个读取容积的地毯式照射来代替(图中未示出)。
在一些情况下，局部化的激励和局部化的检测相组合的混和系统可能也是有用的。
图6B以平面图示意地表示用于实施本发明的读取器的这种混和成像布置的光学足迹，其中使用定向检测器与以细长光束进行局部化照射相组合。这个实施例可被认为是其中提供有定向检测器的图1的实施例的发展。在这个实施例中，提供3组定向检测器，每组的目标是收集来自沿着l×w的激励带的不同部分的光。来自读取容积的平面的数据区域用虚线圆圈示出，使得第一组例如2个检测器收集来自激励带的上部的光信号，第二组检测器收集来自激励带的中部的光信号，第三组检测器收集来自激励带的下部的光信号。每组检测器被表示成直径大约为l/m的圆形收集区域，其中m是激励带被细分的数量，在本例中，m＝3。用这种方式，对于给定的扫描长度l，独立的数据点的数量可被增加到m倍。如下所述，对于收集采样斑点图案的光信号之外的用途，可以使用一个或多个不同的定向检测器组。例如，一个检测器组可用于以对于条形码扫描为最佳的方式收集光信号。如果属于这种情况，则这个组一般只含有一个检测器便足够了，这是因为只对对比度进行扫描时则没有获得交叉相关的优点。
已经说明了用于实施本发明的不同的读取设备的主要结构元件和功能元件，现在说明用于确定签名的数值处理。将会理解，这种数值处理的大部分以计算机程序来实现，该程序在PC 34上运行，其中的一些元件从属于PIC 30。
图7是纸表面的显微镜图像，该图像覆盖了大约0.5×0.2mm的面积。包括这个图用于说明，在宏观上的例如纸的扁平表面在许多情况下以微观的尺度构成。纸的表面在微观上主要由制成纸的木纤维的相互交错的网络构成。该图还说明木纤维的特征长度的尺度，其大约是10微米。这个尺寸和相干光束的光波长具有正确的关系，以便引起衍射因而形成斑点，并且还引起散射，其具有和纤维的方位有关的分布。因而应当理解，如果要设计用于特定种类的物品的读取器，可以使激光的波长适合于要被扫描的种类的物品的结构特征尺寸。由该图还可以看出，每张纸的局部表面结构在各个木纤维被如何排列这个意义上是唯一的。因而一张纸根据特定形成的标记而不同，例如特定的树脂标记或者现有技术中的磁性材料沉积，因而，其具有这样的结构，由于其由自然规律支配的处理制成，使得该结构是唯一的。这同样适用于许多其它类型的物品。
下面说明利用物品的表面(或者在透射的情况下利用内部)自然结构的散射信号的数据采集和数字处理。
图8A表示来自图1的读取器的光电检测器16a…d之一的原始数据。图中的曲线以任意单位表示关于点数n(见图2)的信号强度I(a.u)。在I＝0-250之间起伏的较高的迹线是来自光电检测器16a的原始信号数据。较低的迹线是在I＝50附近的从标记28(见图2)拾取的编码器信号。
图8B表示在利用编码器信号(注意，虽然x轴的标度和图8A的不同，但这并不重要)线性化之后的图8A的光电检测器数据。附带说明，强度的平均值被已经计算出，并被从强度值中减去。因而处理的数据值在0的上下变动。
图8C表示在数字化之后的图8B的数据。采用的数字化方法是一种简单的二进制方法，其中任何正的强度值被设置为1，而负的强度值被设置为0。应当理解，可以替代地使用多状态数字化，或者使用许多其它可能的数字化方法中的任何一种方法。数字化的主要的重要特征仅仅在于，始终应用相同的数字化方法。
图9是表示借助于扫描来产生物品的签名的流程图。
步骤S1是数据获取步骤，其中在扫描的整个长度期间大约每1毫秒获取每个光电检测器的光强度。同时，按照一个时间函数获取编码器信号。注意，如果扫描电动机具有高的线性化精度(例如步进电动机)，则不需要对数据进行线性化。数据由PIC 30获取，其从ADC31取得数据。数据点被实时地从PIC 30传送到PC 34。或者，数据点被存储在PIC 30的存储器中，在扫描结束时被传送到PC 34。在每次扫描中收集的每个检测器通道的数据点的数量n在下面被定义为N。此外，值ak(i)被定义为来自光电检测器k的第i个存储的强度值，其中i从1到N。由这种扫描获得的两个原始的数据组的例子示于图8A。
步骤S2应用数值内插以局部扩展和收缩ak(i)，使得编码器的转变被在时间上均匀地隔开。这针对电动机速度的局部改变进行校正。这个步骤借助于计算机程序在PC 34中进行。
步骤S3是一个可选步骤。如果进行该步骤，则该步骤对数据相对于时间进行数值微分。还可能需要对数据应用弱平滑函数。对于高结构的表面，微分可能是有用的，因为其用于从和相互关联的(斑点)成分相关的信号中衰减不相互关联的成分。
在步骤S4，对于每个光电检测器，求取N个数据点的记录的信号的平均。对于每个光电检测器，从所有的数据点减去这个平均值，使得数据分布在0强度附近。参见图8B，其表示在线性化并减去计算的平均值之后的扫描数据的例子。
步骤S5数字化模拟的光电检测器数据，以便计算代表该扫描的数字签名。通过应用以下的规则获得数字签名ak(i)＞0变换为二进制的1，ak(i)＜0变换为二进制的0。被数字化的数据组被定义为dk(i)，其中i从1到N。
步骤S6产生“缩略图”数字签名。这通过计算ak(i)的傅立叶变换来实现。幅值频谱被称为Ak(i)，相位频谱被称为Φk(i)。然后对幅值频谱Ak(i)进行数字化。数字化的幅值频谱由Dk(i)表示。关于数字化应当注意，不能应用在上面步骤S5所述的用于获得完整的数字签名的简单的规则，这是因为幅值频谱总是正的，简单的对照0的阈值测试不能用于对其进行数字化。建议使用关于缩略图签名的两种数字化方法中的一种。关于第一种方法，对幅值频谱的每个通道规定一个阈值。阈值集用g(i)表示。然后通过应用A(i)＞g(i)映射到1，A(i)＜＝g(i)映射到0的规则对幅值频谱数字化。阈值g(i)可以通过考虑不同签名的采样并对幅值频谱的每个通道取平均值来确定。关于第二种方法，对i求幅值频谱A(i)的微分，从而得到A’(i)。于是便具有正值和负值。通过应用A’(i)＞0映射到1，A’(i)＜＝0映射到0的规则对幅值频谱数字化。在这种情况下，更有效的是，在数据库中存储A’(i)作为缩略图而代替A(i)，否则将需要每次检索数据库时微分每个记录。然后或者通过取开始的L位(一般L的值是128)，或者通过取Dk(i)的每个第m位，产生“缩略图”数字签名，从而形成长度为L位的缩略图数字签名(m的值一般是4)。
步骤S7是当具有多个检测器通道时可以应用的一个可选的步骤。附加分量是计算的在从不同的光电检测器获得的强度数据之间的交叉关联分量。2个通道具有一个可能的交叉关联系数，3个通道具有3个，4个通道具有6个等等。交叉关联系数是有用的，因为已经发现它们是材料类型的好的定位符。例如，对于特定类型的文件，例如给定类型的护照或激光打印纸，交叉关联系数似乎总是处于可以预测的范围内。可以计算在ak(i)和al(i)之间的标称化的正交关联，其中k≠1，并且k，l跨过所有的光电检测器通道号而改变。标称化的交叉关联函数Γ被定义为Γ(k,l)=Σi=1Nak(i)al(i)(Σi=1Nak(i)2)(Σi=1Nal(i)2)]]>下面进一步说明在特征签名的验证处理中交叉关联系数的使用。
S8是另一个可选步骤，用于计算表示信号强度分布的简单的强度平均值。这可以是不同检测器的每个平均值的总平均值，或者是对于每个检测器的平均值，例如ak(i)的均方根(rms)值。如果检测器在正交入射的每一侧被成对地设置，如在上述的读取器中那样，则可以使用对于每对检测器的平均值。已经发现强度值对于材料类型是一个好的天然过滤器，因为它是试样的总的反射率和粗糙度的简单表示。例如，在除去平均值即DC背景之后，作为强度值可以使用未标称化的rms值。
通过扫描物品获得的签名数据可以和在签名数据库中保存的记录比较，以便进行验证和/或写入数据库而增加签名的新的记录以扩充现有的数据库。在每种情况下，使用由傅立叶变换幅值频谱导出的缩略图和完整的数字签名。
新的数据库将包括在步S5获得的数字签名以及可选地包括对于每个检测器通道在步S6获得的缩略图型式、以及可选地包括在步S7获得的交叉关联系数和在步S8获得的平均值。缩略图可被存储在为快速检索而自身被优化的单独的数据库内，而数据(包括缩略图)的其余部分被存储在主数据库内。
图10是表示由扫描获得的物品的签名如何对照签名数据库被验证的流程图。
为提供快速验证处理，验证处理通过两个主要步骤进行，首先使用由扫描数据的傅立叶变换的幅值分量导出的缩略图(可选地还根据计算的平均值和交叉关联系数进行预筛选)如刚刚说明的，然后使扫描的和存储的完整数字签名相互比较。
验证步骤V1是验证处理的第一步，其按照上述的处理扫描物品，即进行扫描步骤S1-S8。
验证步骤V2使用由扫描信号的傅立叶变换幅值分量导出的缩略图查找候选匹配，其是在上面获得的，参见步骤S6的说明。验证步骤V2取每个缩略图项并估计在其和tk(i+j)之间的匹配位的数量，其中j是位偏移，其被改变以补偿扫描区域位置的误差。j的值被确定，然后确定给出最大数量的匹配位的缩略图项。这是用于进一步处理的“命中”。在这上面的变化将包括根据完整的数字签名对于整个测试通过多个候选匹配的可能性。缩略图选择可以基于任何合适的准则，例如通过直到最大数量例如10个候选匹配，每个候选匹配被确定为具有大于匹配位的某个阈值百分数例如60％的缩略图。在具有比候选匹配的最大数量更多的情况下，只使最好的10个通过。如果未找到候选匹配，则物品被拒绝(即跳到验证步骤V6并发出失败的结果)。
基于缩略图的检索方法提供一个总体上改善的检索速度，理由如下。一个伪随机位序列当进行傅立叶变换时，在幅值频谱中携带一些信息，在相位频谱中携带一些信息。任何位移只影响相位频谱，不过，不影响幅值频谱。因此幅值频谱可被匹配而不需知道位移动。虽然在丢弃相位频谱时丢掉一些信息，但是留下的信息对于获得对数据库的粗略的匹配是足够的。这允许对在数据库中要确定的目标具有一个或多个假定的匹配。然后，这些假定的匹配的每一个可以使用常规的实空间方法和新的扫描进行合适的比较。
验证步骤V3是可选的预筛选测试，其在分析作为对扫描的数字签名的记录被存储的完整数字签名之前进行。在这个预筛选中，在扫描步骤S8获得的rms值和在命中的数据库记录中相应的存储值比较。如果各个平均值和预定范围不一致，则“命中”被拒绝。然后物品作为未被验证的被拒绝(即跳到验证步骤V6并发出不合格的结果)。
验证步骤V4是一个在分析完整数字签名之前进行的可选的预筛选测试。在这个预筛选中，在扫描步骤S7中获得的交叉关联系数对照命中的数据库记录中的对应的存储值进行比较。如果各个交叉关联系数在预定范围内不一致，则拒绝对“命中”进行进一步处理。然后物品作为未被验证的被拒绝(即跳到验证步骤V6并发出失败的结果)。选择地，预筛选可以基于物品的类签名的结果进行。
验证步骤V5是在扫描步骤S5获得的扫描的数字签名和在命中的数据库记录中的对应的存储值之间的主比较。完整存储的数字签名dkdb(i)在k个检测器通道上被分成由q个相邻位构成的n个块，即每块具有qk位。q的典型值是4，k的典型值是4时，典型地，每块具有16位。然后qk位对照存储的数字签名dkdb(i+j)中的qk个对应位进行匹配。如果在块内匹配位的数量大于或等于某个预定的阈值zthresh，则增加匹配块的数量。zthresh的典型值是13。对于所有的n个块重复这个处理。对于j的不同的偏移值重复这个整个的处理，以补偿扫描区域的位置误差，直到找到匹配块的最大数量。定义M为匹配块的最大数量，偶然匹配的概率由下式计算p(M)=Σw=n-Mnsw(1-s)n-wCwn]]>其中s是在任何两个块之间偶然匹配的概率(其和zthresh的选择的值有关)，M是匹配块的数量，p(M)是M个或更多个块偶然匹配的概率。s的值通过比较由扫描类似材料的不同对象，例如纸文件等的多次扫描获得的数据库内的块被确定。对于q＝4，k＝4，和zthresh＝13的情况，发现s的典型值是0.1。如果qk位是完全独立的，则对于zthresh＝13，理论上的概率应当是s＝0.01。用实验得到一个较高的值是因为有限的激光光点宽度引起的在k个检测器通道之间的相关性以及在块的相邻位之间的相关性。一张纸的一般的扫描当对照这张纸的数据库项进行比较时，在总共510个块内产生大约314个匹配块。对于上式，设M＝314，n＝510，s＝0.1，则给出偶然匹配的概率是10-177。
验证步骤V6发出验证处理的结果。在验证步骤V5中获得的概率结果可在通过/失败测试中被使用，其中基准点是预先确定的概率阈值。在这种情况下，概率阈值可以由系统设为一个等级，或者可以是在用户选择的一个等级设置的可变参数。或者，概率结果可以作为置信度向用户输出，或者以概率本身的原始形式，或者以使用相关的术语(例如不匹配/差的匹配/好的匹配/极好的匹配)或其它分类进行限定的形式。在用纸进行的实验中，一般发现，75％的位一致代表好的匹配或极好的匹配，而50％的位一致则代表不匹配。
作为例子，我们发现，包括一百万个记录的数据库，每个记录含有傅立叶变换幅值频谱的128位的缩略图，可以在2004规范的标准PC计算机上在1.7秒内被检索。可以在17秒内检索一千万个项。预计高端服务器的速度是这个速度的10倍。
现在说明本发明的其它的实现。
图11表示具有条形码的ID卡50。ID卡还可以具有独立的安全元件54例如照片、全息图或对于个人特定的某些生物信息。条形码被表示为扫描区域56的一部分。这由虚线表示，因为其在ID卡上是无特征的。扫描区域在包含条形码的下部区域52和空白的上部区域之间被再分。ID卡50被设计成由图6B所示的那种读取设备扫描，其中使用一排方向检测器扫描条形码区域52，其它的两排扫描上部区域58。条形码的用途是编码一个近似记录定位符，用于加快对数据库的访问，如现在所述的。
对于许多应用，一百万到一千万个项的数据库便足够了。不过，在一些应用中，可能需要较大数量的项。还注意到，较大的数据库在技术上是容易实现的，因为标准的现代(2004规范)100GB的硬盘可以存储1000-2000百万项，即使人口最多的国家，为每人存储一个文件也是足够的。利用当前的技术，使用上述的基本的检索技术时，这种大数据库的检索时间太长而被禁止使用，即使利用由傅立叶变换幅值频谱导出的缩略图的速度优势来基本上消除由原始扫描和再次扫描之间的对准误差引起的处理时间。
只需要相当短(12-16位)的条形码由用于读取斑点签名的相同的扫描激光读取。这种条形码作为数据库中的记录定位符。条形码不识别精确的数据库项，而是简单地指向数据库的正确的“章”，使上述的快速检索算法在或许每章一百万个记录当中识别正确的签名。12位的条形码将允许识别4096个不同的章，从而允许在高达4000百万个记录的数据库中查找匹配。
使用条形码只作为接近(即非精确的)记录定位符具有两个优点。第一，条形码可以是常规的低精度的ID条形码而没有严格的印刷要求或者需要更复杂的2D读取器。第二，因为条形码只在或许一百万项的“一章”内定位数据库项，不需要利用非对称加密算法加密条形码。
按照本发明的方法在制造ID卡时通过扫描卡的空白的上部区域来施加条形码，以确定用于存储数字签名的记录的章数，然后在下部区域52上印刷用于对记录的章数编码的条形码。这样ID卡便被标记有用于物品的固有结构的数字签名的近似记录定位符，所述固有结构即上部区域58的表面结构。
应当注意，条形码本身可用于代替上述的单独的线性化标记或者和该标记相结合用于对扫描进行线性化。当读取器具有线性度不良的驱动时这是尤其有用的，例如在自动柜员机(ATM)上使用的那种滚轮驱动。允许使用线性度不良的驱动将允许读取器经过最小的修改被合并在许多读卡装置例如ATM中。的确，条形码甚至伪标记可被单独地印在卡上用于线性化而根本不用于加密。在这种情况下，可以使用对数据库的参考或者借助于从卡的另一部分获取数据进行验证，例如借助于从一个芯片(所谓的智能卡)获取数据。
除去使用条形码用于存储近似记录定位符之外，条形码还可用于借助于标记来对物品做记号，该标记编码由物品的固有物理特性获得的物品自身的签名，例如任何可印刷的物品，包括纸或纸板制品或塑料物品。
在这种情况下，给定条形码或遵循公知的编码协议的其它标记的公共性质，可以确信，签名已经利用非对称加密算法进行变换，以产生条形码，即，使用单向函数，例如按照熟知的RSA算法。对于该标记的一种优选的实现是以公共密钥/私人密钥加密系统表示公共密钥。如果该系统由若干个不同的用户使用，则每个用户可以具有其自身的私人密钥，使得泄漏私人密钥只影响一个用户。这样，该标记编码公共密钥，并由被授权人员安全地确定私人密钥。
这种标记方法的另一个明显的优点是，没有专门知识的新用户将不知道正在进行验证。自然，该用户认为读取器装置只是一种条形码扫描器，并且仅仅是条形码被扫描。
可以使用这种标记方法以允许物品被验证而不根据标签单纯地访问数据库。这在概念上是一种和在现有技术[3]中报告的假钞票验证方法类似的方法。
这种其中标记编码物品自身的签名的标记方法可以和上述的其中标记代表近似记录定位符的标记方法结合使用。例如，条形码可以编码数字签名的缩略图形式，并在参考数据库筛选之前用来允许进行快速预筛选。如上所述，这在实际上可能是一种非常重要的方法，因为可能在某些数据库应用中，记录的数量是巨大的(例如百万)，因而检索策略成为至关重要的。例如使用位串的本质上为高速的检索技术可能成为重要的。
如上所述，作为用条形码编码缩略图的一种替代方案，条形码(或其它标记)可以编码记录定位符，即索引或书签，其可用于快速在数据库中查找正确的签名以供进一步比较。
另一种变形是，条形码(或其它标记)编码缩略图签名，例如上述的由扫描数据的傅立叶变换的幅值分量得到的缩略图，其可用于得到一个合理的但是置信度不高的匹配，如果数据库是不能利用的(例如暂时脱机或者不使用互联网而正在不是通常的远方位置进行扫描)。此时如果数据库是可以利用的，则可以使用相同的缩略图用于在主数据库内进行快速记录定位，以允许进行较高置信度的验证。
图12是包括数据承载芯片55的所谓的“智能卡”的ID卡50的示意的平面图。由芯片55承载的数据包括签名编码数据，其编码由ID卡50的固有的测量的表面特征获得的数字签名，所述数字签名是由扫描区域56获得的，在本例中，这是一个无特征的区域，由虚线所示，但是可以用任何所需的方式被装饰，或者例如含有照片。
图13是一个担保文件50的示意的平面图。扫描区域56包括上下设置的两个条形码标记52a，52b。条形码52a编码由固有的测量的表面特征获得的数字签名，条形码52b编码类似于图11的ID卡的例子的近似记录定位符。条形码52a，52b被设置在数字签名扫描区域58的上下方，该区域用于个人签名59，如图中示意地表示的。区域58至少被透明的黏合剂覆层盖住，用作防篡改保护。
还可以举出许多其它的商业性的例子，上面图11到图13只是其中的一些。
由上面的详细说明应当理解，由材料例如纸或纸板或塑料制成的物品可以如何被识别，其中通过以下方式进行识别把材料暴露于相干辐射，收集测量来自材料的固有结构的相干辐射的散射的数据点组，并由所述数据点组确定物品的签名。
还应当理解，根据扫描区域的尺寸或在物品上的位置，扫描区域基本上是任意的。如果需要，扫描例如可以是光栅形的线性扫描，以覆盖较大的二维区域。
此外，应当理解，如何应用本发明由产品的包装识别产品、识别文件或衣物，其中通过以下方式进行识别把材料暴露于相干辐射，收集测量来自物品的的固有结构的相干辐射的散射的数据点组，并由所述数据点组确定产品的签名以及缩略图。
由上述的数字处理的说明应当理解，光束定位的劣化(例如由于相干光束的聚焦不良而引起在读取容积内光束截面的放大)对于系统将不是灾难性的，而仅仅通过增加其偶然匹配概率使系统性能变劣。因而和产生性能稳定地逐渐下降而不是不稳定地突然出现故障的各种设备相比，本发明的设备是鲁棒的。在任何情况下，通过对收集的数据进行自动关联以确定响应数据中的特有的最小特征尺寸，进行读取器的自身测试是简单的，借以发现任何设备问题。
可以应用于纸或纸板的另一种安全措施例如是在扫描区域上粘连一个透明的密封(例如胶粘带)。选择足够强的粘合剂，使得除去粘合剂将破坏下面的表面结构，而保留所述结构对于进行特征签名验证扫描是重要的。相同的方法可应用于在卡上或者在其具有类似材料的封装上的透明聚合物或塑料膜的覆盖。
如上所述，读取器可被包含在为实施本发明专门设计的设备中。在其它情况下，可以通过对设备添加合适的辅助元件来设计读取器，该设备被设计主要打算用于另外的功能，例如复印机、文件扫描器、文件管理系统、POS设备、ATM、登机牌读取器或其它设备。
总之，通过数字化数据点组获得数字签名，所述数据点组是通过在纸或纸板上扫描相干光束并测量散射获得的。还通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的幅值频谱来确定缩略图数字签名。因而可以建立数字签名及其缩略图的数据库。以后可以对物品进行再次扫描以确定其数字签名和缩略图，并检索所述数据库以进行匹配，便可以验证物品的真实性。检索是根据傅立叶变换缩略图进行的，以改善检索速度。能够改善速度是因为，在伪随机序列中，任何位移动只影响以极坐标表示的傅立叶变换的相位频谱，而不影响幅值频谱。因此，在缩略图中存储的幅值频谱可以在不知道由原始扫描和再次扫描之间的对准误差引起的未知的位移动的情况下被匹配。
除去上面专门说明的之外，本领于技术人员还可以想出本发明的许多其它的改变。
参考文献[1]GB 2 221 870 A-Ezra，Hare & Pugsley[2]US 6,584,214-Pappu，Gershenfeld & Smith[3]Kravolec″Plastic tag makes foolproof ID″Technology Research News，2October 2002[4]R Anderson″Security Engineeringa guide to building dependable distributedsystems″Wiley 2001，pages 251-252 LSBN 0-471-38922-6[5]GB 0405641.2(as yet unpublished and incorporated herein in its entirety byreference)
权利要求
1.一种扫描在读取容积内排列的物品的方法，包括从当相干光从读取容积散射时获得的强度信号收集数据点组，其中不同的一些数据点与来自读取容积的不同部分的散射有关；通过数字化所述数据点组确定物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分来确定物品的缩略图数字签名。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在数据库中存储数字签名及其缩略图数字签名。
3.如权利要求1所述的方法，其中数字签名及其缩略图数字签名以这样的条件被存储在数据库中，即，使得数字签名和在数据库中已经存储的任何数字签名之间不匹配。
4.如权利要求2或3所述的方法，还包括使物品贴上具有机器可读记号的标记，所述记号编码近似记录定位符，以用于帮助在数据库中查找数字签名。
5.如权利要求1所述的方法，还包括提供先前记录的签名及其缩略图数字签名的数据库；通过在确定的缩略图数字签名和以前记录的缩略图数字签名之间进行比较来检索所述数据库，以查找至少一个候选匹配；以及通过进行在确定的数字签名和至少一个以前记录的数字签名之间的比较，确定对于任何候选匹配是否具有匹配。
6.如权利要求4所述的方法，还包括对于每个匹配，根据在被发现具有匹配的确定的数字签名和以前记录的数字签名之间的相似程度来确定置信度。
7.如权利要求5或6所述的方法，当从属于权利要求4时，还包括读取物品上的机器可读记号，以获得近似记录定位符，并使用近似记录定位符在数据库中查找至少一个候选匹配。
8.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中物品由纸或纸板制成。
9.一种用于扫描在读取容积中排列的物品的设备，包括用于产生相干光束的源；用于从当所述相干光束从读取容积散射时获得的信号收集数据点组的检测器装置，其中不同的数据点和来自读取容积的不同部分的散射相关；以及数据获取和处理模块，其通过操作用于(i)通过数字化数据点组来确定物品的数字签名；以及(ii)通过数字化数据点组的傅立叶变换的辐值部分来确定物品的缩略图数字签名。
10.如权利要求9所述的设备，其中数据获取和处理模块还通过操作用于在数据库中存储数字签名及其缩略图数字签名。
11.如权利要求10所述的设备，其中数据获取和处理模块通过操作用于在这样的条件下在数据库中存储数字签名及其缩略图数字签名，即，使得在该数字签名和在数据库中已经存储的任何数字签名之间都不匹配。
12.如权利要求9所述的设备，还包括以前记录的签名及其缩略图数字签名的数据库；以及检索工具，其通过操作用于(i)通过进行在确定的缩略图数字签名和以前记录的缩略图数字签名之间的比较来查找至少一个候选匹配；以及(ii)对于任何候选匹配，通过进行在确定的数字签名和至少一个以前记录的数字签名之间的比较，确定是存在匹配。
13.如权利要求12所述的设备，其中检索工具还通过操作用于对于每个匹配，根据被发现具有匹配的确定的数字签名和以前记录的数字签名之间的相似程度来确定置信度等级。
14.一种包括多个记录的数据库，每个记录包括通过数字化由物品获得的数据点组而获得的该物品的数字签名；以及通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值部分而获得的该物品的缩略图数字签名。
15.如权利要求14所述的数据库，其中这些数据点由来自物品的相干光的散射获得，其中不同的数据点和来自物品的不同部分的散射相关。
16.一种包括检索工具的系统，所述检索工具通过操作用于通过进行在输入的缩略图数字签名和在数据库中保持的缩略图数字签名之间的比较来检索根据权利要求14或权利要求15所述的数据库，以查找候选匹配。
17.如权利要求16所述的系统，其中检索工具还通过操作用于对于任何候选匹配，通过进行在输入的数字签名和在候选匹配的记录中保持的数字签名之间的比较来确定是否具有匹配。
18.如权利要求16或17所述的系统，其中检索工具通过用于使用近似记录定位符来检索数据库以查找候选匹配。
19.如权利要求16，17或18所述的系统，其中所述数据库远离所述系统。
20.如权利要求16，17或18所述的系统，其中所述数据库和系统集成在一起。
21.一种实质上如以前参照附图描述的用于扫描排列在读取容积内的物品的方法。
22.一种实质上如以前参照附图描述的用于扫描排列在读取容积内的物品的设备。
23.一种实质上如以前参照附图描述的数据库。
24.一种包括实质上如以前参照附图描述的检索工具的系统。
全文摘要
通过数字化由在纸、纸板或其它物品上扫描相干光束并测量散射而获得的数据点组获得数字签名。还通过数字化所述数据点组的傅立叶变换的辐值频谱而确定缩略图数字签名。因而可以建立数字签名及其缩略图的数据库。以后可以通过再次扫描物品以确定将数字签名和缩略图，然后检索数据库查找匹配来验证物品的真实性。根据傅立叶变换缩略图进行检索，以改善检索速度。速度得以改善是因为在伪随机位序列中，任何位移动只影响以极坐标表示的傅立叶变换的相位频谱而不影响其辐值频谱。因此，在缩略图中存储的辐值频谱可以不用知道由原始扫描和再次扫描之间的注册表误差引起的任何位移动而进行匹配。
文档编号G07D7/20GK101031917SQ200580032964
公开日2007年9月5日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年8月13日
发明者鲁塞尔·P·考伯恩 申请人:英根亚技术有限公司