防伪二维码及其激光全息图加密方法和生产应用系统与流程

本发明涉及数据采集及信息处理安全技术领域，具体涉及一种防伪二维码，及其激光全息图加密方法和生产应用系统。

背景技术：

二维码作为一种信息存储、传递和识别技术，自诞生之日起就得到了许多国家的关注。据了解，美国、德国、日本、墨西哥、埃及、哥伦比亚、巴林、新加坡、菲律宾、南非、加拿大等国，不仅将二维码技术应用于公安、外交、军事等部门对各类证件的管理，而且也将二维码应用于海关、税务等部门对各类报表和票据的管理，商业、交通运输等部门对商品及货物运输的管理，邮政部门对邮政包裹的管理，工业生产领域对工业生产线的自动化管理。二维码的应用极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。

矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点(4070t)的出现表示二进制的"1"，不出现表示二进制的"0"，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制，通过手机拍照功能对二维码进行扫描，快速获取到二维条码中存储的信息，进行上网、发送短信、拨号、资料交换、自动文字输入、商品溯源防伪等。但现有二维码在防伪标签的应用过程中仍存在一些缺陷和技术上的几个问题：

一、普通二维码不具有防伪功能：因为二维码标准是开放的，所以只需要了解二维码编码方法，任何人都可以根据指定字串生成二维码标签，所以二维码标签印制或贴在商品上仅仅只是产品编号、企业网址等信息，可简单的进行批量仿制。

二、当前防伪二维码方案：现在的二维码防伪标签大多数采用刮开墨覆盖一部分或全部二维码，以防止信息泄露。该技术存在以下问题：

1）、查询复杂：由于标签二维码被覆盖，消费者经过几步才可以获取结果；（1）先刮开油墨、（2）扫描二维码、（3）登陆商家防伪查询平台或拨打电话、（4）输入10位以上的校验密码、（5）接收查验结果。

2）、商品在未售出前检查人员无法查验；因为被覆盖的二维码标签一经刮开，该件商品就无法上市流通了。所以标签无法用于商品检查与监管。

3）、由于二维码标签被覆盖，物流与追溯等商品过程管理需要另外的独立二维码；重复印刷造成了时间与成本浪费的同时还导致了在物流与追溯管理过程中无法进行商品真伪判别。

4）、消费者只有在商品购买以后，才能刮开油墨，所以，无法在商品购买前对产品的真伪进行检测。

5）、大部分查询平台都搭建在网页端，给造假者留下了非常好的仿制网页的机会，简单拷贝一个网页，建一个钓鱼网站就可以使消费者登陆查询全都是真的商品。

因此，急需一种新的生成二维码的方法，解决上述问题。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种二维码的激光全息图加密方法，包括如下步骤：

步骤s1：采用激光全息方法制作二维码的标签基底；

步骤s2：在标签基底上印刷二维码图形，并使二维码图形的四周形成均被标签基底包覆的激光防伪区；

步骤s3：采集激光防伪区的关键特征并编码建模，用于后续产品的真伪鉴别。

其中，所述步骤s2中，激光防伪区由覆盖整个二维码图形的几何图形与二维码图形所对应的正方形之间的区域所构成，且激光防伪区包括多个子防伪区。

其中，激光防伪区由中心点与二维码图形的中心点重合、边长为二维码图形边长两倍的正方形与二维码图形所对应的正方形之间的区域所构成，且激光防伪区包括多个子防伪区，每个子防伪区的边长为二维码图形所对应的正方形边长的二分之一。

其中，所述步骤s3中，用于编码建模的关键特征包括：激光防伪区的颜色特征、与二维码空白区的色差以及关键颜色的位置。

其中，所述步骤s3包括：

步骤s31：获取占a个字节的整个激光防伪区的整体特征码；

步骤s32：获取子防伪区的分区特征码，每个子防伪区的分区特征码占b个字节；

步骤s33：获取激光防伪区内m个个性特征码，每个个性特征码包括如下的描述码：占c个字节的特征码数量、占d个字节的特征码相对坐标、以及占e个字节的特征码与二维码空白区的颜色差值；

步骤s34：通过整体特征码和分区特征码对m个个性特征码进行计算分析，找到共同点，用于基本防伪特征识别。

其中，所述步骤s3还包括：

步骤s35：从共同点中找出有限不同点；

步骤s36：从步骤s33中的m个个性特征码中随机挑选n个个性特征码，将每个个性特征码中的描述码与整体特征码及分区特征码组成最终的激光全息图防伪特征码，并上传至服务器。

其中，所述步骤s31中，所获取的整体特征码为整个激光防伪区的整体颜色；

所述步骤s32中，所获取的分区特征码为每个子防伪区的整体颜色；

所述步骤s33中，所获取的个性特征码为二维码图形中对应的具体二进制点。

其中，所述步骤s2中，利用光学油墨对二维码图形进行印刷，其中，光学油墨里添加有光学渐变材料，光学渐变材料占光学油墨总体积的10%以下，以使所印刷的二维码图形中，只有部分矩阵点存在光学渐变特性，且存在光学渐变特性的矩阵点位置随机；

并且，在步骤s3中，同时采集每个矩阵点处生成的特有的随机颜色信息，以共同用于后续产品的真伪鉴别。

本发明另外提供了一种防伪二维码，其特征在于：由上述任一项所述的二维码的激光全息图加密方法生成。

本发明还提供一种二维码的生产应用系统，包括生产系统、服务系统以及应用系统，其中，

生产系统用于依次完成二维码的数据生成、数据采集以及数据管理，其中，二维码由上述任一项所述的二维码的激光全息图加密方法生成；

服务系统与生产系统及应用系统连接，用于接收生产系统生成的二维码数据，并提供给应用系统作为判断产品真伪的依据；

应用系统用于扫描产品的二维码，并结合服务系统所提供的二维码数据，以判断产品的真伪。

本发明提供的防伪二维码，及其激光全息图加密方法和生产应用系统，通过在二维码图形的底部增加激光全息图标签基底，利用激光全息图生成过程的独一无二性及不可逆性，从根本上杜绝了仿造者仿制二维码的现象，从而使得产品在出售前，不必覆盖二维码，在产品从出厂、运输及销售的整个环节中，均可被随时检阅查看。

附图说明

图1：根据本发明的二维码的激光全息图加密方法一较佳实施例所生成的二维码图；

图2：本发明提供的二维码的生产应用系统的系统架构图。

附图标记说明

10-生产系统、11-数据生成模块、12-数据采集模块、13-数据管理模块、14-生产数据库、20-服务系统、21-数据接收模块、22-数据支持模块、23-数据管理模块、24-防伪数据库、30-应用系统、31-真伪鉴别模块、32-产品数据获取模块、33-数据管理模块。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面结合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。

本发明提供的二维码的激光全息图加密方法，主要针对现有的二维码容易被批量复制的问题，引入混合随机信息的因素，使最终形成的二维码具有不可复制性和不可逆性，由此，发明人引进了如下两个关键方法。

一方面，激光全息图为由激光模压技术生成的全息图，全息图受生成时周围环境、机器设备的状态等因素的影响，因此导致了生成的每一张全息图都是独一无二的，即使全息图上的图案一致，但图案背后隐藏的每个像素点对应的颜色，以及该颜色随人们视角改变所发生的变化等均不相同。现有的利用激光全息图的此特性进行防伪识别的技术中，都是利用人眼识别，很显然，这种识别的准确性是无法保证的。

另一方面，光学渐变材料也存在其特殊性：在白光下正看或侧视，随着人眼视角的改变，会呈现出两种不同的颜色，且颜色连续渐变，光变特性强、色差变化大、特征明显，且颜色随视角的改变存在一定的变化规律，因此，如果能够以混合有光学渐变材料的油墨对二维码图形进行印刷，由于印刷过程的不可控制性，二维码图形的矩阵点中，哪些位置的矩阵点会存在光学渐变材料，哪些位置的矩阵点不存在光学渐变材料，并且，存在光学渐变材料的矩阵点中，在某个预定角度下呈现什么颜色，均是随机且不可逆的；其颜色角度效应无法用高清晰度扫描仪、色彩复印机及其他设备复制，印刷特征用任何其它油墨和印刷方式都无法效仿。

因此，利用激光全息图及光学渐变材料的引入，可在二维码生成阶段引入很多随机因素，也因此，可从根本上杜绝仿造者仿制二维码的现象。

图1为根据本发明的二维码的激光全息图加密方法一较佳实施例所生成的二维码图，请结合图1所示，本发明提供的一种二维码的激光全息图加密方法，包括如下步骤：

步骤s1：采用激光全息方法制作二维码的标签基底。

步骤s2：在标签基底上利用光学油墨印刷二维码图形，并使二维码图形的四周形成均被标签基底包覆的激光防伪区，相当于以二维码图形覆盖一部分的激光全息图；其中，光学油墨里添加有光学渐变材料，光学渐变材料占光学油墨总体积的10%以下，以使所印刷的二维码图形中，只有部分矩阵点存在光学渐变特性，且存在光学渐变特性的矩阵点位置随机。

在本实施例中，防伪编码区由两个正方形之间的区域所构成，内侧的正方形为二维码图形所在区域，外侧的正方形与二维码图形的中心点重合，边长为二维码图形边长的两倍，这样便将激光防伪区划分为12个正方形的子防伪区，图中编号为1-12，每个子防伪区的边长为二维码图形边长的一半。

步骤s3：利用机器视觉系统（手机相机、摄像头等），在180度范围内选择多组不同角度配对的反射光，并保证利用机器视觉系统在任意角度采集时都有反射光存在，将每个角度对应的每个反射光点的信息进行关联编码建模，用于后续产品的真伪鉴别。

步骤s4：采集二维码图形上的每个矩阵点处生成的特有的随机颜色信息，并对其编码，在后期终端系统扫描阶段，对编码的信息进行解码，以与扫描后的随机颜色信息对比，判断真伪。

本发明的某个较佳实施例中，具体的编码建模实现方法如下：

步骤s31：获取占3个字节整个激光防伪区的整体特征码，也即，获取图1中，编号为1-12的整个区域内的整体的颜色特征。

步骤s32：获取子防伪区的分区特征码，每个子防伪区的分区特征码占3个字节，共36个字节，也即，获取图1中，编号为1-12的每个子区域内的整体的颜色特征。

步骤s33：从激光防伪区内获取例如29个个性特征码，也即，从激光防伪区中找出29个二进制点，并获取每个点的如下描述码：

特征码数量、占2个字节；

特征码相对坐标，即二进制点的位置，占4个字节；

特征码与二维码空白区的颜色差值、占3个字节；

共29×9=261个字节。

至此，共选择出大小为300个字节的关键特征信息。

步骤s34：通过整体特征码和分区特征码对29个个性特征码进行计算分析，找到共同点，用于基本防伪特征识别。

步骤s35：从共同点中找出有限不同点，需要注意的是，这里的有限不同并不是指每个二进制点均不同，而是指从整体来判断，存在批量不同。

步骤s36：从29个个性特征码中随机挑选例如3个个性特征码，将这3个个性特征码中，每个个性特征码中的描述码与整体特征码及分区特征码组成最终的激光全息图防伪特征码，并上传至服务器，从而完成了整个编码建模过程。

本发明的某个较佳实施例中，针对二维码图形上的某个矩阵点时，对其具体的随机颜色信息的编码方法如下：

步骤41：获取矩阵点的行变及列变标志，即，随机获取的每个光学渐变点在二维码图形上的位置；

步骤42：获取矩阵点标记颜色变化的起始点，即，整个二维码图形上，首次出现的光学渐变点；

步骤43：获取矩阵点标记颜色变化的结束点，即，整个二维码图形上，最后一个光学渐变点；

步骤44：获取矩阵点标记颜色变化的类型标记，即，随机获取的每个光学渐变点的整体颜色类型；

步骤45：根据步骤s41-步骤s44所获取的数据信息计算矩阵点的色差点阵数据；，此步骤的意义在于，由于扫描过程中，角度和环境的差异，会导致步骤s41-步骤s44，尤其是步骤s44对应的数据不同，而本步骤计算的结果是一个相对值，而不是绝对值；也就是说，随着外界环境的变化，尽管光学渐变点上对应的整体颜色会改变，但无论外界环境与扫描角度如何变化，每个点相对于外界环境的色差点阵数据是一致的，因此，通过计算最终的色差点阵数据，可排除因为角度或环境问题产生的数据误差，方便信息的对比识别。

本发明在对随机颜色信息编码时，从具有光学渐变材料的矩阵点中随机获取若干个进行编码，而不是对所有具有光学渐变材料的矩阵点都编码。

本发明另外提供了一种防伪二维码，由上述任一项所述的二维码的激光全息图加密方法生成。

图2为本发明另外提供的一种针对上文所述的二维码及其激光全息图加密方法的二维码的生产应用系统的系统架构图，该生产应用系统显示了本发明的二维码从生成到数据采集再到最后的扫码识别的整个工艺流程及其所对应的设备支持。如图2所示，本发明提供的二维码的生产及应用系统，包括生产系统10、服务系统20以及应用系统30，其中，

生产系统10包括依次连接的数据生成模块11、数据采集模块12、以及数据管理模块13，其中，所述数据采集模块12用于采集数据生成模块11所生成的二维码数据，所述数据管理模块13用于将数据采集模块12所采集到的二维码数据存储到生产数据库14内，并对其进行管理，如根据实际的生产需要，对数据进行发布、修改、删除或标记等；数据生成模块11通过上文所述的任一光学调制加密方法生成二维码数据，数据采集模块12，例如可以是在光学油墨印刷完毕后，用于采集二维码上每个矩阵点位置处特有的随机颜色信息的摄像头等。

服务系统20包括数据接收模块21、数据支持模块22以及数据管理模块23：数据接收模块21接收生产系统10中的数据采集模块12所采集的二维码数据，并将二维码数据存储到防伪数据库24中；数据管理模块23对防伪数据库24中的二维码数据进行管理，比如，对激光防伪区的关键特征编码建模，以及，对二维码图形上覆盖有光学油墨的矩阵点的随机颜色信息进行编码；数据支持模块22再从防伪数据库24中获取经过处理/编码后的数据，供应给应用系统30，作为鉴别产品真伪的依据。

应用系统30内的真伪鉴别模块31从服务系统20的数据支持模块22内获取编码后的二维码数据，产品数据获取模块32扫描获取产品的二维码数据，数据管理模块33处理真伪鉴别模块31及产品数据获取模块32所获取的数据，例如：将产品数据获取模块32所获取的激光防伪区的关键特征进行提取，以与真伪鉴别模块31从数据支持模块22获取的建模进行对比，方便鉴别产品真伪；并且，将产品数据获取模块32所获取的对二维码图形上覆盖有光学油墨的矩阵点的随机颜色信息进行编码，以将真伪鉴别模块31及产品数据获取模块32所获取的数据格式保持一致。

本发明中，所谓的“qrcode”，是由denso公司于1994年9月研制的一种矩阵符号，qrcode编码方法基于该矩阵符号进行编码，是现有的二维码编码方法所采用的方法。

本发明中，所谓的“xor算法”，又称异或算法，在校验过程中，数据一致则计算结果为“1”，数据不一致则计算结果为“0”。

本发明中，所谓的“光学渐变材料”，是指任何其颜色能够随视角产生规律渐变变化的材料。

本发明的有益效果如下：

1、通过在二维码图形的底部增加激光全息图标签基底，利用激光全息图生成过程的独一无二性及不可逆性，从根本上杜绝了仿造者仿制二维码的现象，从而使得产品在出售前，不必覆盖二维码，在产品从出厂、运输及销售的整个环节中，均可被随时检阅查看。

2、通过在印刷油墨中混合光学渐变材料，利用光学渐变材料在矩阵点上分布位置的随机性以及颜色角度效应的不可逆性和不可复制性，同样也从根本上杜绝了仿造者仿制二维码的现象，从而使得产品在出售前，不必覆盖二维码，在产品从出厂、运输及销售的整个环节中，均可被随时检阅查看。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。