专利名称：基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纸质票据证和有价证券真伪的鉴别方法，特别是一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法及其装置。
二 背景技术水印是一种镶嵌在纸张内部的图案。是造纸过程中通过特殊工艺，人为控制局部纸纤维密度，形成的一种特殊光学特性。造纸工艺一旦结束，就不可能再按特定图案改变纤维密度，因此也就无法仿冒和“克隆”水印。这种不可仿冒的特性，使之成为纸质票证广泛采用的一种防伪手段。例如世界各国流通中的钞票，几乎无一例外都用水印作为主要的防伪特征。
由于自动采集水印特征并用于鉴别纸质票证的真伪，技术实现上很困难，这种早在13世纪就已经出现，并已广泛用于纸制票证防伪的技术，至今还停留在肉眼直观观察其存在与否的水平上。特别是在大批量处理票证的情况下，因视觉的局限性，往往只能看到水印的形，而不可能发现由于纤维密度变化产生的深层次光学特性，致使这种抗伪造强度很高的防伪技术未能真正发挥其应有的效能。
三 发明内容本发明的目的在于提供一种综合应用可见光透射和反射光，采集水印所隐含的防伪信息，通过现代信息技术的加工处理，对纸质票证的真伪作鉴别的方法及其装置。
实现本发明目的的技术解决方案为一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法，其步骤是1、被测票证穿过可见光光场切割光线运动，；2、与票证运动方向垂直排成的透射光和反射光接收器，分别检测票证水印的透射和反射光信号，并转换为可机读的电信号；3、对电信号进行与票证运动同步的采样并经模/数转换，得到一个表征水印特征的数字信号；
4、通过数学模型提取水印的特征；5、将通过数学模型综合表征得到的真水印特征的“模”作为鉴别真伪的判据以此为依据判断被检测水印的真伪；6、输出判别结果。
一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法及其装置，其特征在于它包括产生票证运动的传动装置、光学系统、模拟/数字转换器、中央处理器、存储器和控制器，由光源、透射光和反射光接收器构成的光学系统设置在传动装置上，分别透射光和反射光信号并完成光/电信号转换，输出反映水印图案的电信号，透射光和反射光接收器连接到采样模块上，再经模/数转换器输入中央处理器，执行识别水印的模式识别程序，中央处理器连接控制器和存储器，控制器与传动装置连接。
本发明的原理是1、水印镶嵌在纸张内部，分为单层和多层(multilevel watermark)两类，前者又称白水印，在透光条件下可以看到一个单色的图案，后者透光观察可以看到立体感强，栩栩如生的画面；2、水印是在造纸过程中人为控制纸张的纤维密度而形成的光学效果，是鉴别水印真伪的基础。尤其是在可见光环境下同时观察水印的透射和反射图案，会看到“黑白翻转”效果；而假“水印”虽然用压印、涂白等办法仿冒了真水印的形，却无法改变纤维密度，真水印的特殊光学效果是决然不可能得到的；3、以水印对上述“黑白翻转”的特殊光学特性作为提取防伪特征的基础，就能截然区分真假水印，以此鉴别票证是可信的。
假定接收到的透射光信号为a，反射光信号为b，“黑白翻转”原理决定c＝a+b——c为常数；光源、n个透射光接收器和n个反射光接收器与纸质票证的运动方向垂直排成，纸质票证切割光线运动，并按一定速率对光接收器的信号进行采样，便能得到一个m行n列的矩阵，表示作C＝(cij)mn同种纸质票证的水印特征具有一定的离散性。因此流通中的纸质票证的C值，应该是通过大量测试样本得到的统计平均值，或离散变量的数学期望，记作
Mξ=ΣCηPηη]]>其中η为参与测试的样本数，η越大Mξ越接近于真值，Mξ就定义为真水印的“模”。当被测票证切割光线运动时，也能以同样方法采集到一个表征该张票证水印特征的矩阵，记作C′＝(C′ij)mn求解C′与模的方差，即Dξ＝M(C′-Mξ)2，就能判断被测票证的水印偏离真水印的程度，可以得到以下几种情况Dξ＜δ——真水印；Dξ＞δ——假水印；Dξ≈δ——怀疑。
δ定义为鉴别真伪的“阈”，通过大量样本的统计分析和经验加以确定。
本发明与现有技术相比，其显著优点是在透射光和反射光下观察水印时存在的“黑白翻转”效果，这种由纤维密度变化而形成的特点是无法仿冒的，抓住了真假水印的这个根本区别，便使真伪鉴别建立在更为可信的基础上。所提出的提取水印特征的数学模型，通过计算机模式识别技术进行真伪鉴别的方法及完成这些工作的装置，解决了自动采集和鉴别水印真伪的瓶颈，使用机器处理水印识别纸质票证的真伪成为可能，从而充分发挥了水印的防伪功能。
四
图1是本发明的水印真伪鉴别装置示意图。
图2是本发明的基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的装置及其方法的计算“模”和“阈”的流程图。
图3是本发明的票证真伪鉴别流程。
五 具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
下面以检测水印鉴别钞票真伪为例，结合附图对本发明作进一步描述。
结合图1，传动装置是驱动票证运动的机械平台；光源和光接收器构成的光学系统安装在传动装置上，透射及反射光接收器，使光线穿过运动的票证，完成对水印图案的扫描；透射及反射光接收器连接到采样和模数转换器上，完成信号形式从光到电、从模拟到数字转换；经过预处理的信号进入中央处理器，进行水印识别和票证真伪鉴别所需要的处理，处理结果一方面控制传动机构，另一方面显示；存储器保存真水印的“模”和鉴别票证真伪的判据。数字信号输入中央处理器(CPU)，按数学模型提取描述水印的特征，并与真水印的特征进行比较，判定水印的真实性；存储模块记忆真水印的特征、鉴别真假水印的判据等信息；输出模块显示鉴别结果；控制模块根据判决结果确定装置的下一步动作，真票证情况下继续处理下一张；假票证情况下停机。中央处理器上连接显示装置，用于显示判别结果。
结合图2，“模”是描述真水印的标准，建模过程从票证进入光场开始，在切割光线运动的过程中，透射光和反射光接收器同时采集同一观测点的正负像信号，分别记作a和b，按成像原理两者之和应为常数，即c＝a+b，经采样和模/数转换变为数字化的电信号；得到表征水印特征的数据Cij；n行m列矩阵C＝(cij)mn(n个光接收器，共采样m次)，在对大量样本进行测试的基础上求离散变量的数学期望，即Mξ=ΣCηPηη]]>Mξ就是真水印的“模”，在经过对假水印的分析和对算法进行培训的基础上确定判定区别水印真伪的“阈”，记忆在存储器中备用。
结合图3，鉴别过程从被测钞票进入光场开始，在被测钞票切割光线的运动过程中，采集描述水印特征的数据a′ij和b′ij，求C′＝(a′ij+bij)mn；取真水印的“模”Mξ，并求C′和Mξ的方差，即Dξ＝M(C′-Mξ)2取“阈”δ，根据事先确定的判据，鉴别钞票真伪，显示判决结果并控制传动机构。
装置是一台典型的点钞机，它的入钞、送钞和出钞机械平台，光源及其接收器作为检测装置，安装在钞票的运动轨道上所形成的光场，确保光线能扫描钞票的水印图像；在钞票切割光线的运动中，采集水印的特征数据cij，并转换为数字信号，输入CPU，完成以下处理任务1、求钞票水印的特征值C′＝(a′ij+bij)mn；2、计算特征值与“模”的方差，即Dξ＝M(C′-Mξ)2；3、根据事先设定的判据判定钞票的真伪，有以下几种可能Dξ＜δ——真钞票；Dξ＞δ——假钞票；Dξ≈δ——必须被怀疑的钞票。
4、当判决结果为“真钞”时，装置继续处理下一张钞票；当判决结果为“假钞”或“怀疑”时，控制环节指挥传动机构停机，显示相应的标记。
权利要求
1.一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法，其特征在于步骤为1.1、被测票证穿过可见光光场切割光线运动；1.2、与票证运动方向垂直排成的透射光和反射光接收器，分别检测票证水印的透射和反射光信号，并转换为可机读的电信号；1.3、对电信号进行与票证运动同步的采样并经模/数转换，得到一个表征水印特征的数字信号；1.4、通过数学模型提取水印的特征；1.5、将通过数学模型综合表征得到的真水印特征的“模”作为鉴别真伪的判据以此为依据判断被检测水印的真伪；1.6输出判别结果。
2.根据权利要求1所述的基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法，其特征在于按数学模型综合表征真水印特征的“模”和鉴别真伪的判据，判断水印的真伪，输出判别结果Dξ＜δ为真水印；Dξ＞δ为假水印；Dξ≈δ为怀疑。
3.一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的装置，其特征在于它包括产生票证运动的传动装置、光学系统、模拟/数字转换器、中央处理器、存储器和控制器，由光源、透射光和反射光接收器构成的光学系统设置在传动装置上，分别透射光和反射光信号并完成光/电信号转换，输出反映水印图案的电信号，透射光和反射光接收器连接到采样模块上，再经模/数转换器输入中央处理器，执行识别水印的模式识别程序，中央处理器连接控制器和存储器，控制器与传动装置连接。
4.权利要求3所述的基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的装置，其特征在于中央处理器上连接显示装置。
5.权利要求3或4所述的基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的装置，其特征在于透射光和反射光接收器分别设置在票证运动方向两侧。
全文摘要
本发明涉及一种基于可见光识别水印鉴别纸质票证真伪的方法及其装置。本发明将被测票证经传动装置穿过光场运动，覆盖水印图案的光接收器在票证运动过程中检测票证水印区的透射光和反射光，完成光－电信号转换，输出到采样模块并经模/数转换得到一个表征水印特征的数字信号；将通过数学模型综合表征得到的真水印特征的"模"作为鉴别真伪的判据判断被检测水印的真伪，中央处理器执行识别水印的模式识别程序，输出判别结果。中央处理器连接控制器和存储器，控制器与传动装置连接。本发明通过计算机模式识别技术进行真伪鉴别，使水印这种防伪手段可以用更先进而准确的设备进行处理，使纸质票证的真伪鉴别速度更快，结果更准确。
文档编号G07D7/00GK1979564SQ20051012278
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者胡刚, 王庆宝, 黄武扬 申请人:南京理工大学科技贸易公司