专利名称：一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对物质的物理防伪方法和系统，尤其涉及的是一种利用物质自身的物理特征实现防伪的方法和系统。
背景技术：
现有技术中的纸张防伪或票据防伪，主要都是通过加入特殊控制的原料或者特别纸张，通过对原料或相关技术的严格控制来达到防伪的目的，例如在纸张中添加荧光纤维以实现对物理特征的独特化。但额外采用一定的物理特征原料或技术控制来实现纸张防伪时，如添加荧光纤维，需要较高要求的加工工艺，对生产的成本和技术水平要求高，其实现的系统化要求复杂，需要对传统的造纸工艺增加额外的添加过程，工艺过于复杂，同时增加纸张的成本，如图I所示各种纤维的尺度在微米级。从技术方面讲，实际上，既然一方可以生产相关材料，仿冒者也就同样可能生产，随着科技的进步，一个工艺的独有性几乎是不可能的，而且仿冒·者也可以通过其它途径获得相关物理特征原料和技术。因此针对上述技术缺陷，本发明人采用光学采集纸张本身的纤维纹理的方式实现模式识别和防伪，而这些特征信息均是造纸过程中自然形成的，同时采用透射光源采集特征图像，这些特征图像反应了纸张的立体的信息，而透射纸张所获得图像信息，可以有效抵御印刷纸张纹理的攻击。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统，针对无需额外增加其他防伪结构而采用本身物理特征进行防伪的技术，寻找适合于低成本实现的技术手段，以实现对诸如纸张等物质的防伪鉴别。本发明的技术方案如下
一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法，所述物质可透光；其方法包括以下步
骤
A、在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源与采集图像的光学系统及光学传感器之间，获取透射后光学采集到的物理特征图像；
B、对物理特征图像进行图像处理，提取物理特征数据，并记录到特征数据库；
C、在鉴别该物质真伪时，通过步骤A的光学系统采用同样的倍数，在同样的位置获取其物理特征图像，并进行同样的图像数据处理，提取图像中的物理特征数据；
D、与特征数据库中记录存储的物理特征数据进行模式识别，判读是否一致，以判断该物质的真伪。所述的防伪方法，其中，所述物理特征包括纹理、密度、高度和/或颜色。所述的防伪方法，其中，所述物质为纸张、塑料膜、塑料卡片或布片。所述的防伪方法，其中，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用放大预定倍数、缩小预定倍数或保持与实物同等大小的倍数方式获取物理特征图像。所述的防伪方法，其中，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用不定的放大倍数，并在所述物理特征数据中进行记录。所述的防伪方法，其中，在步骤B中还将所述物理特征数据记载到二维码中并印刷在所述待鉴别的物质表面上，并在步骤D中通过读取二维码中的数据进行判断对比识别。所述的防伪方法，其中，对所述物理特征数据还进行加密运算后再记载到二维码中。一种利用物质自身物理特征识别的防伪系统，其中，所述物质可透光；并包括 一预先存储物理特征数据数据的特征数据库；
一光学系统及一光学感应器，以及一光源，所述待鉴别的物质放置在光学系统与光源之间；所述光学系统用于对待检测的物质予以定位，并对该位置的物质透射图像予以调整清晰，由所述光学感应器获取该物理特征图像；
一图像处理模块，用于将所述物理特征图像处理成为物理特征数据；
一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中存储的对应物理特征数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据是否一致，并判断所述待检测物质的真伪。所述的防伪系统，其中，所述物理特征包括纹理、密度、高度和/或颜色；所述物质为纸张、塑料膜、塑料卡片或布片。所述的防伪系统，其中，在所述物质表面上还印刷有记载所述物理特征数据的二维码。本发明所提供的一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统，由于采用了在可透光的物质上，通过透射能够低成本的实现对其物理特征的图像采集，并通过相应的模式识别后，实现物质真伪的防伪鉴别。
图I为现有技术中纤维参数的计量表格示意图。图2为本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法的流程示意图。图3为本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法中的光学系统结构示意图。图4为本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统的较佳实施例中纸张放大示意图。图5为本发明利用物质自身物理特征识别的防伪系统结构示意图。
具体实施例方式以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统，其目的是利用获取可透光物质制成的标签自身物理特征之唯一性特征，通过透射光学系统来唯一识别其真伪，此种技术其实现的成本低，容易实现，且图像效果更容易识别处理。本发明方法和系统利用物质自身的物理特征，例如其纹理、密度、高度和/或颜色等，无需额外的防伪材料，识别其物理特征图像后，进行数字化处理，形成物理特征数据，以实现防伪标签的功能。此种防伪方式的实现是无法通过荧光油墨打印等方法克隆的，同时其实现的成本又可以达到足够低。此数字化的处理过程，在现有技术中本领域普通技术人员是熟知的，比如，在得到纤维纹理图像后，可以获得纤维的分布信息，纤维的走向、弯曲度、长短等等，这些信息可以作为图像的特征数据进行提取。因为纤维的分布是全随机过程，是“上帝”的意志，因此就不存在纤维分布相同的纸张。再比如，如果要对其密度、高度和颜色等特征信息中的一种或多种进行组合识别时，就可以得到唯一的识别结果，其处理后的物理特征数据是唯一的。以纸张为例，纸张中含有大量的植物纤维，这些纤维在生产过程中是无序排列的，并且很难通过人工进行批量仿制的。即使通过油墨打印，也没有分辨率足够大到可以克隆放大情况下的物理特征；即便有足够的打印分辨率，可以在有限区域内打印出纤维的形态，由于本发明采用透射光，采集到的图像也将是伪造纸张本身的纤维形态信息和打印的仿冒信息的综合，单纯打印的仿冒信息是不可能和原始的真的纸张的物理特征数据和信息相同的。如果能够提前在纸张上确定某个区域内的纹理特征，并将该特征数字化，就可以利用此数字化特征进行真伪识别。·
如图4所示为光学放大情况下的纸张物理特征图像。从该物理特征图像中可以看出，纤维的纹理是比较清晰地，并且是无序的。通过图像处理、模式识别的方法对其进行处理后，就可以提取纤维图像特征，进行数码化处理，用于此后的真伪识别。这种处理是较为常见的处理过程，例如在得到纤维图像后，可以获得纤维的分布信息，纤维的走向、弯曲度、长短等等，这些信息可以作为图像的特征数据。当然还可以使用很多经典的统计学方法，比如灰度共生矩阵、Hu不变距等，或者使用图像局部特征描述的经典算法SIFT或SURF等，这些算法为现有技术所常见，在此不再赘述。本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法，主要针对可透光的物质，采用透射的光学采集方式，如图2和图3所示，其包括了以下步骤
首先，在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置和足以识别物质本身物理特征的预定放大倍数，将待鉴别物质放置在光源与采集图像的光学系统及光学传感器之间，获取透射后光学采集到的物理特征图像；该预定放大倍数不一定是放大，也可以是缩小或保持原状，不进行放大和缩小进行成像。之所以可以不放大进行物理特征图像的采集，原因在于采用透射方式时，透光形成的物理特征图像更清晰，不再需要一定放大多少倍数才能够得到清晰的物理特征图像，相比采用反射照射方式的图像采集，其实现的成本要求很低，对光学系统和光学传感器的要求都大大降低，只需提高光源的光照度即可形成清晰的物理特征图像。然后，对所采集到的物理特征图像进行数字化处理，提取出其中的物理特征数据，并记录到特征数据库；在鉴别该物质真伪时，同样通过上述透射式光学系统将该物质采用同样的放大倍数，并在同样的位置获取物理特征图像，采用同样的特征提取方法进行数字化处理，以得到待鉴别的物理特征数据。将该待鉴别的物理特征数据与特征数据库中预先存储的物理特征数据进行模式识别比对，如果能够得到一致性判断，则可以判断该物质为真，否则为伪。这样对票据、卡片甚至布匹等重要的物质例如收藏品就可以进行防伪识别了，该识别无须依赖于防伪技术工艺的特殊处理，只是改进识别设备即可，实现了利用物理特征进行识别的独特性和防伪性，而且实现的设备成本具有实用化的低成本特点，实现的物理特征图像防伪效果极佳。本发明所述利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统中，所述物质可以采用任何可透光的物理载体，例如纸张，布片，塑料膜或塑料卡片等透明或半透明的物品，尤其是针对收藏品的物理本身识别，将具有特别实际的意义。上述物理特征图像中的物理特征通常包括纤维纹理，密度和/或频率等。本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法中，更佳的实施例方式是，在上述光学传感器和光学系统中，获取物理特征图像时不采用固定 的放大倍数(也包括缩小倍数)，而是采用不固定的放大倍数，也就是依据能够识别物理特征数据的倍数范围进行变化倍数采集物理特征图像，同时记录其倍数，这样所得到的物理特征数据中同时须记录其放大倍数。由此，在识别时也采用同样的倍数进行图像的采集和识别，这种方式本身就增加了仿造的难度。为防止网络不可用时的防伪识别不能进行，本发明防伪方法还提供了一种在无网络可用时的备选防伪识别方案，即将数字化处理后的物理特征数据记录到二维码中，将该二维码印刷到待鉴别的物质表面；在模式识别时通过读取该二维码中的数据进行识别对t匕，当然，为增加数据的防伪性能，对该二维码中记载的数据也可以先进行加密运算。如此，在没有联网的状态时，可以直接通过对二维码的记载和模式识别后，判断物品的真伪性。该二维码可以理解为是一个记录单独数据的数据库。本发明利用物质自身物理特征识别的防伪系统，如图2和图5所示，其针对可透光的待鉴别防伪物质，设置包括一接入互联网中预先存储物理特征数据的特征数据库，预先设置有数个特征提取、打印设备的识别处理，将识别后的物理特征数据存储到该特征数据库中。每一所述特征提取、打印设备中设置有光学系统和光学感应器，以及光源，所述待鉴别的物质放置在光学系统和光源之间，所述光学系统用于对透射的图像进行调整清晰化，可以按照预定的放大倍数进行调整图像，经过预定位置和足以识别物质本身物理特征的预定放大倍数放大和获取物理特征图像；所述光学感应器获取该预定放大倍数的物理特征图像；以及，一图像处理模块，用于将所述物理特征图像处理成为物理特征数据，这个处理过程为现有技术所已知，在此不再赘述；一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中的存储数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据，并判断所述待检测物质的真伪，如果得到一致性判断则为真，否则为假。用于识别真伪的验证设备中也设置同样的光学系统、光学感应器和光源，以便执行相同的图像获取动作和图像处理过程。所述模式识别模块的模式识别方式可以但不限于经典统计学方法或局部特征描述法(SIFT或SURF)或者SVM分类器等。这些模式识别的算法在目前技术中分类太多，就不再一一赘述。所述用于识别真伪的验证设备可以采用联线的方式，从特征数据库中获取待验证的数据，进行比对；也可以采用离线方式，从印刷在物质表明的二维码中获取待对比的物理特征数据。利用物质(纸张)本身的的纹理特征进行防伪具有很大的好处首先，不再使用其它防伪材料，可以减少生产成本。其次，使用纸张的纤维特征，也使仿冒者的仿冒成本变得异常高昂，仿冒者可以仿冒纸张的手感、厚度，但很难仿冒纸张纤维本身的排列纹理。再者，由于没有其它防伪材料的加入，也可以减少仿冒材料生产者本身进行仿冒的可能。
本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统中，在将物质载体或标签的预定位置放大到预定放大倍数(或缩小，或相同倍数)后，即可形成一定的物理特征图像，由于采用了透射的光学系统，该物理特征图像容易获取，具有独特唯一的识别特征，且是物质本身的物理特性，他人无法批量抄仿，也不可能通过荧光打印的方式进行克隆复制，保证了物质载体的识别唯一性，尤其适合书画收藏品等有价值物品以及重要身份证件(如护照等) 的防伪。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法，所述物质可透光；其方法包括以下步骤 A、在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源与采集图像的光学系统及光学传感器之间，获取透射后光学采集到的物理特征图像； B、对物理特征图像进行图像处理，提取物理特征数据，并记录到特征数据库或二维码中； C、在鉴别该物质真伪时，通过步骤A的光学系统采用同样的倍数，在同样的位置获取其物理特征图像，并进行同样的图像数据处理，提取图像中的物理特征数据； D、与特征数据库或二维码中中记录存储的物理特征数据进行模式识别，判读是否一致，以判断该物质的真伪。
2.根据权利要求I所述的防伪方法，其特征在于，所述物理特征包括纹理、密度、高度和/或颜色。
3.根据权利要求I或2所述的防伪方法，其特征在于，所述物质为纸张、塑料膜、塑料卡片或布片。
4.根据权利要求I所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用放大预定倍数、缩小预定倍数或保持与实物同等大小的倍数方式获取物理特征图像。
5.根据权利要求I所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤A中获取物理特征图像时，所述光学系统采用不定的放大倍数，并在所述物理特征数据中进行记录。
6.根据权利要求I所述的防伪方法，其特征在于，在步骤B中还将所述物理特征数据记载到二维码中并印刷在所述待鉴别的物质表面上，并在步骤D中通过读取二维码中的数据进行判断对比识别。
7.根据权利要求6所述的防伪方法，其特征在于，对所述物理特征数据还进行加密运算后再记载到二维码中。
8.一种利用物质自身物理特征识别的防伪系统，其特征在于，所述物质可透光；并包括 一预先存储物理特征数据的特征数据库； 一光学系统及一光学感应器，以及一光源，所述待鉴别的物质放置在光学系统与光源之间；所述光学系统用于对待检测的物质予以定位，并对该位置的物质透射图像予以调整清晰，由所述光学感应器获取该物理特征图像； 一图像处理模块，用于将所述物理特征图像处理成为物理特征数据； 一模式识别模块，用于比对所述特征数据库中存储的对应物理特征数据及所述图像处理模块生成的物理特征数据是否一致，并判断所述待检测物质的真伪。
9.根据权利要求8所述的防伪系统，其特征在于，所述物理特征包括纹理、密度、高度和/或颜色；所述物质为纸张、塑料膜、塑料卡片或布片。
10.根据权利要求8所述的防伪系统，其特征在于，在所述物质表面上还印刷有记载所述物理特征数据的二维码。
全文摘要
本发明公开了一种利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统，所述物质可透光；其方法包括以下步骤在待鉴别的物质上预先确定采集物理特征的位置，将待鉴别物质放置在光源与采集图像的光学系统及光学传感器之间，获取透射后光学采集到的物理特征图像；对物理特征图像进行图像处理，提取物理特征数据，并记录到特征数据库或用二维码方式记录在物质上；与特征数据库或二维码中记录存储的物理特征数据进行模式识别，判读是否一致，以判断该物质的真伪。本发明利用物质自身物理特征识别的防伪方法和系统由于采用了在可透光的物质上，通过透射能够低成本的实现对其物理特征的图像采集，并通过相应的模式识别后，实现物质真伪的防伪鉴别。
文档编号G06K9/00GK102955930SQ20111023981
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月21日 优先权日2011年8月21日
发明者魏恺言, 袁兰平, 乔椿 申请人:深圳兆日科技股份有限公司