一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置。首先利用快速影像设备在票据打印前的纸质载体上选取一定数目的区域，并获取纸张纹理图像数据和区域中心点位置信息；提取纹理图像特征信息；生成票据编号信息；计算可变内容数据的摘要信息流；将获得的所有信息进行编码并隐藏在票据中的可见元素中；最后将完整票据拼版数据打印输出。进行核验时，将纸质票据文件扫描成数字图像数据并提取隐藏的所有信息；然后比对纹理图像特征信息、票据编号信息和可变内容数据信息是否一致，以判定票据真伪。本发明中的防伪技术符合技术独占性、技术可靠性、识别简便性、辨认惟一性、防伪时效性等要求。
【专利说明】一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明属于防伪【技术领域】，涉及一种基于物理特性的防伪方法，具体涉及基于票据纸张纹理图像特征的防伪方法，尤其涉及了基于图像纹理特征的用于可变印刷输出的票据防伪方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着市场经济的迅速发展，商品种类也呈多样化发展，满足了广大消费者的需要，但假冒伪劣商品也日益增多。假冒伪劣商品不但影响国民经济的健康发展，还损害商家和广大消费者的利益。为了保证商家和广大消费者的利益不受侵害，保证社会主义市场经济的快速发展，每年国家都要投入大量的物力、财力以及人力用于防伪打假。
[0003]目前，国内外市场上的防伪技术种类很多，常见的防伪技术主要有激光全息防伪技术、荧光油墨防伪技术、防伪印刷技术、可查询密码电话防伪技术、纹理防伪技术等。
[0004]I)当前使用最多的防伪技术是激光全息防伪技术，但随着市场经济的发展，激光全息的防伪方法已经被假冒伪造者掌握，该防伪技术已经发挥不了真正的防伪作用。
[0005]2)荧光油墨防伪技术主要在证券印刷中使用，如钞票、邮票、各种金融凭证等，我国第五套人民币就采用了该技术。荧光油墨防伪技术主要采用保密机制和控制机制进行防伪，是观察型防伪技术，该防伪技术的防伪标识和带有防伪标识的包装很容易被不法伪造者再次使用；当流通的商品比较多时，商品真伪的验证效率很低。
[0006]3)防伪印刷技术是指将防伪措施通过印刷的方式转移到印刷上，使印刷品具有可鉴别真伪的特征。目前防伪印刷技术印刷防伪方法主要包括防伪印刷设计与防伪印制技术，比如接线印刷、计算机辅助设计、水印印刷、隐形印刷、缩微印刷、凹版印制花纹对接、多色叠印等防伪印刷技术。但是随着扫描复制设备快速发展，现有的防伪印刷品都可以被高精度地复制，并且印刷原件和复制品在普通消费者看来几乎完全一样，其防伪效果大大降低。
[0007]4)可查询密码电话防伪技术是一种将信息网络化的防伪技术，它为每件商品分配一个随机号码，并把每件商品的信息存放于后台防伪数据库，消费者可以通过手机、电脑来验证商品真伪。由于商品随机号码的一次性、唯一性、无序性，造假者无法伪造，并且无法将伪造的商品编码信息送往防伪数据库。这种防伪技术看起来安全可靠，但可查询密码电话防伪技术依然存在如下问题:
[0008]a.商品的防伪编码信息可视，容易被伪造、且不易被发现。其它防伪技术都是在商品上增加技术特征来加大造假难度，而可查询密码电话防伪技术是把防伪信息写在商品上，使商品很容易被伪造。造假者可以使用没有被查询过的旧包装和非法获取的防伪信息进行假冒伪劣商品的制造，并且制造的假冒伪劣商品不容易被查出。
[0009]b.商品防伪编码的查询率不高，消费者参与度低。由中国防伪协会的资料显示，商品防伪编码的查询率不到1%。由于查询率不高，所以由被回收的防伪编码制造的假冒伪劣商品就很难被发现，导致市场上出现大量的假冒伪劣商品，商品防伪系统也很难发现它们，消费者也把大量的假冒伪劣商品误认为是合法商品，使用可查询密码电话进行的防伪没有达到真正的防伪作用。
[0010]5)纹理防伪技术是以包装材料本身固有的斑纹记号为防伪识别标记的一种防伪技术。自然界的斑纹总是千差万别的，如指纹、木纹、石纹、斑马纹、冰纹、树叶纹等纹理都是随机的、唯一的、不可能有两个完全一样的。纹理防伪与指纹识别身份的原理相同，世界上没有两个指纹一样的人，据数学家推算，两人指纹相同的概率，小于1000亿分之一。利用这一原理，选用纹理清晰的包装材料制成防伪标识物，对每一枚标识物材料的斑纹记号进行拍摄、编号、建档、存入防伪数据库中。消费者可通过互联网、传真、电话查询档案、辨别真伪。但是目前的纹理技术虽然解决了防伪标识的唯一性问题，但仍主要存在如下问题:
[0011]a)只是将材料纹理图像拍摄下来存放在服务器上，由于保存的图像数据太多，如果防伪标识数目是海量的话，需要的硬件存储设备容量会很大，成本较高；
[0012]b)斑纹记号的拍摄过程是额外的，操作比较繁琐；
[0013]c)检测时需要将再次拍摄的图像与保存的图像进行比对后才能判断真伪。由于没有提取比较鲁棒的图像特征，再加上前后拍摄的设备和方法的不同，拍摄的图像会出现较大偏差，因此防伪标识识别的准确度相对不高；
[0014]d)消费者可通过互联网、传真、电话查询档案、辨别真伪，类似于前面的电码防伪技术，必须要求是在线检测识别，同样存在查询率比较低，防伪性能较差的问题。
[0015]总起来讲，通过对上述传统防伪技术的分析不难发现，这些防伪技术绝大部分是都没有很好地解决防伪元素的唯一性，也就是所谓的防复制性。有的技术可以解决一部分问题，比如采用电码防伪可以实现防伪标识的唯一性，但是技术简单，易于复制，查询率底；采用技术含量稍高的无线射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)技术,但是该技术的成本相对较高，很难大面积推广使用，并且RFID芯片也面临着被复制和破解的挑战，具有很大的安全风险。另外很多防伪技术没有解决票据内容防篡改的问题。
【发明内容】
[0016]本发明提供一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置，用以解决现有技术中防伪标识唯一'I"生差、易复制、防伪性能低、防伪成本高等缺点，进一步解决防伪标识的内容防篡改和离线快捷识别的问题，实现了防伪票据的可变打印输出。
[0017]本发明的构思在于利用快速影像仪器设备在票据打印前的纸质载体上随机选取特定区域，获取并保存这些区域所包含的纸张纹理图像数据、区域中心的坐标信息集合；将获取到的纸张纹理图像数据进行预处理后，利用灰度共生矩阵方法提取纹理图像特征信息；根据票据编码规则生成票据的编号信息；计算票据中的可变数据的摘要信息流；接着将上述所有信息进行编码后隐藏在票据中的可见元素中；最后将合并后的票据拼版数据发送至打印机进行打印输出。从而得到了一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置。
[0018]本发明中基于纹理图像特征的票据防伪方法，技术方案中包括描述票据防伪元素的生成和防伪票据打印过程的防伪票据生成方法，和对生成的纸质票据上的防伪信息进行验证的核验方法，分别具体说明如下:
[0019]一种基于纹理图像特征的防伪票据生成方法，其步骤包括:
[0020]步骤一，利用快速影像设备在票据打印前的纸质载体上随机选取一定数目的不同区域，获取并保存所选区域内所包含的纸张纹理图像数据和区域中心点位置信息；
[0021]步骤二，将获取到的纸张纹理图像数据进行预处理后，提取纹理图像特征信息；
[0022]步骤三，根据票据编码规则生成每张票据唯一的编号信息，并作为明码插入到票据版面的指定位置；
[0023]步骤四，计算票据版面中可变内容数据的摘要信息流；
[0024]步骤五，接着将上述步骤获得的所有信息进行编码后，利用数字水印的方法隐藏在票据中的可见元素中；
[0025]步骤六，最后将合并后的完整票据拼版数据发送至打印机上进行打印输出为纸质票据文件。
[0026]一种对上述方法生成的防伪纸质票据上的防伪信息进行验证的核验方法，其步骤包括:
[0027]步骤七，将纸质票据文件扫描成数字图像数据，并从可见元素中提取隐藏的所有信息；
[0028]步骤八，从步骤七中获得的信息中分离出票据版面区域的中心点位置信息，并以这些中心点为参考位置，利用步骤一中的所述方法再次获取票据的纹理图像数据；
[0029]步骤九，按照步骤二所述方法重新计算提取纹理图像特征信息，并与步骤七中所包含的纹理图像特征信息进行比对，若不一致，则判定票据为假，否则进行步骤十；
[0030]步骤十，比较票据编号信息和可变内容数据信息是否一致，若一致则判定票据为真，否则判定票据为假。
[0031]较佳地，所述随机选取的区域，区域数目不少于3个，每个区域的中心位置不同，区域大小不同，每两个区域之间的交集不与其他任意一个区域或者其并集完全相同。
[0032]较佳地，所述的图像纹理特征信息提取，采用下列方法中的一种或者多种的结合:以灰度共生矩阵为代表的统计方法，以形式语言为代表的结构法，以Gabor滤波器为代表的频谱法，以Markov为代表的模型法。
[0033]较佳地，所述的获取的所有信息，包括:所有图像区域的纹理特征信息，每个区域的中心点位置信息，每个区域的宽度和长度信息，票据编号信息，可变内容数据信息和可变内容数据信息的摘要信息；
[0034]较佳地，所述的获取的所有信息，全部信息进行加密处理后隐藏在动态生成的由随机网点组成的底纹背景图案中，并将生成的背景底纹图案插入到票据版面元素中，其中隐藏方法为:首先在编码块的起始位置处选取一组规则排列的单个像素大小网点组成图案作为编码图像块头标志；整个编码块由大量的5*5的正方形区域组成；其中对于每个5*5大小的正方形区域，若该区域中心存在黑点，则表示信息1，反之，表示信息O ;将生成的点阵图像与随机生成的点阵图像相融合，生成最终的包含隐藏信息的背景底纹图像。
[0035]较佳地，所述的数字水印隐藏方法，将票据编号信息转换为点阵位图，利用半色调图像挂网方法隐藏在票据的背景图案载体中；
[0036]较佳地，所述的数字水印隐藏方法，将票据中的可变内容信息隐藏在票据中的固定文字内容和图像块中；
[0037]较佳地，所述的从纸质票据文件扫描成的数字图像数据中提取的所有信息包括:所有图像区域的纹理特征信息，每个区域的中心点位置信息，每个区域的宽度和长度信息，票据编号信息，可变内容数据信息，可变内容数据信息的摘要信息；
[0038]较佳地，所述的比较票据编号信息，是比较从票据版面中固定文字内容和图像块中提取的票据编号信息、随机网点底纹中提取的编号信息和版面中明码显示的编号信息是
否一致。
[0039]基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于纹理图像特征的防伪票据生成装置，包括:
[0040]快速影像设备，用于在票据打印前的纸质载体上随机选取一定数目的不同区域，获取并保存所选区域内所包含的纸张纹理图像数据和区域中心点位置信息；
[0041]纹理图像特征信息提取单元，连接所述快速影像设备，用于将获得的纸张纹理图像数据进行预处理并提取纹理图像特征信息；
[0042]票据编号信息生成单元，用于根据票据编码规则生成每张票据唯一的编号信息，并作为明码插入到票据版面的指定位置；
[0043]可变内容数据处理单元，用于计算票据版面中可变内容数据的摘要信息流；
[0044]信息隐藏单元，连接所述纹理图像特征信息提取单元、票据编号信息生成单元和可变内容数据处理单元，用于将获取的所有信息进行编码后，利用数字水印的方法隐藏在票据中的可见元素中；
[0045]打印机，连接所述信息隐藏单元，用于打印完整票据拼版数据，输出为纸质票据文件。
[0046]基于同一发明构思，本发明还提供了一种对上述装置生成的防伪票据进行核验的装置，包括:
[0047]图像扫描设备，用于将纸质票据文件扫描成数字图像数据，并从可见元素中提取隐藏的所有信息；
[0048]信息提取单元，连接所述图像扫描设备，用于从获得的信息中分离出票据版面区域的中心点位置信息，并以这些中心点为参考位置，再次获取票据的纹理图像数据，并重新计算提取纹理图像特征信息；
[0049]票据真伪判定单元，连接所述信息提取单元，用于将重新提取的纹理图像特征信息与所述图像扫描设备获取的纹理图像特征信息进行比对，若不一致，则判定票据为假；否贝U，比较票据编号信息和可变内容数据信息是否一致，若一致则判定票据为真，否则判定票据为假。
[0050]本发明的有益效果如下:
[0051]由于本发明中，提取了票据纸张特定位置处的纹理图像特征信息，并将特征信息保存在票据版面的内容元素载体中，将材料的物理纹理特性与票据内容相绑定。由于不同票据纸张和同一票据纸张的不同位置处的纹理图像特征都不相同，因此，本发明真正做到了票据防伪标识的唯一性。
[0052]由于本发明在采集票据纸张图像区域时，图像区域的中心位置，图像区域的大小和图像区域的数目都是随机的，因此，造假者无法获取准确的图像区域信息，因此无法复制票据内容。
[0053]本发明中，票据纸张纹理图像采集方法可以应用于任何纸张，不需要事先在造纸过程掺入随机排列的有形材料以形成纹理信息，实用性广，图像采集方式简单。[0054]本发明中，收集了与票据版面内容相关的很多信息，比如所有图像区域的纹理特征信息，每个区域的中心点位置信息，每个区域的宽度和长度信息，票据编号信息，可变内容数据信息和可变内容信息的摘要信息。这些信息跟票据本身息息相关，检测识别时必须完全符合才能判断为真品，因此防伪力度较大。
[0055]本发明中，采用了由随机网点组成的底纹背景图案隐藏方法保存上述所有信息，该方法具有如下优点:(1)信息量大，在A4幅面大小的区域内可以藏入100K以上字节的数据流；(2)视觉效果好，网点排列类似通常的一定灰度的调频网点分布，视觉效果均匀；(3)网点大小为1*1像素，这种网点很难再进行二次扫描和印刷，因此底纹图案很难进行复制，很好地起到了内容防复制的效果。
[0056]本发明中，所采用的防伪票据打印方法都是基于正常的打印流程，不需要专门的油墨和纸张，没有额外的印刷成本；另外保证了每张票据的内容都是不一样的，真正做到可变内容数据印刷，从而增大了伪造的难度。
[0057]本发明中，将票据内容中可变数据隐藏在背景底纹中，防止了造假者恶意修改票据内容，从而保证票据内容的完整性，到达纸质票据的防篡改目的。
[0058]本发明中，防伪识别手段简单，多样化，采用票据中的文字、图像、底纹载体等在内的多种对象元素，一线防伪和二线防伪相结合，防伪性能较高。
[0059]总之，本发明中的防伪技术符合技术独占性、技术可靠性、识别简便性、辨认惟一性、防伪时效性等要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]图1为实施例中所述的一种基于纹理图像特征的票据防伪方法的实施流程示意图；
[0061]图2为随机网点底纹图案标识编码块起始位置的固定点不意图；
[0062]图3为随机网点底纹图案中定位点排布情况示意图；
[0063]图4为嵌入信息为I时子图像块的分布情况示意图；
[0064]图5为嵌入信息为O时子图像块的分布情况示意图；
[0065]图6为随机网点底纹隐藏信息后的效果示意图。
[0066]图7为基于纹理图像特征的防伪票据生成装置及核验装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0067]下面通过具体实施例和附图，对本发明做详细的说明。
[0068]本发明的构思在于利用快速影像仪器设备在票据打印前的纸质载体上随机选取特定区域，获取并保存这些区域所包含的纸张纹理图像数据、区域中心的坐标信息集合；将获取到的纸张纹理图像数据进行预处理后，利用灰度共生矩阵方法提取纹理图像特征信息；根据票据编码规则生成票据的编号信息；计算票据中的可变数据的摘要信息流；接着将上述所有信息进行编码后隐藏在票据中的可见元素中；最后将合并后的票据拼版数据发送至打印机进行打印输出。从而得到了一种基于纹理图像特征的票据防伪方法和装置。下面结合附图对本发明的具体实施作出说明。
[0069]图1为实施例中所述的一种基于纹理图像特征的票据防伪方法的实施流程示意图。
[0070]S101，利用快速映像仪器设备在票据打印前的纸质载体上随机选取一定数目的不同区域，获取并保存所选区域内所包含的纸张纹理图像数据和区域中心点的坐标信息集
口 ο
[0071]一般在票据打印输出前，通过新型计算机外部影像仪器设备，比如速拍仪或精拍仪，进行票据纸面部分区域的光学采样，转换为计算机可以处理的纹理图像数据。选择区域一般是票据版面中的空白区域，不会有可变数据信息打印至上面。随机选取的区域数目不少于3个，每个区域的中心位置不同，区域大小不同，每两个区域之间的交集不能与其他任意一个区域或者其并集完全相同。每个区域的形状可以为正方形或者矩形，在某一块特定区域内可以从0° ,45° ,90° ,135°等角度去拍摄图像，以获取更加稳定的图像特征信息。
[0072]由于不同票据纸张或者同一纸张的不同区域的纹理图像特征都不同，上述的采样方式，保证了采样图像位置的随机性和多重性。其中的每个区域中心的坐标信息和图像块大小信息都经过加密后存储在额外的载体中，检测时会自动提取这些信息进行相同的采样和比对识别工作。造假者不可能获得这些关键信息，因此很难重现精确的采样过程。
[0073]S102，将获取到的纸张纹理图像数据进行预处理后，提取纹理图像特征信息。
[0074]为使图像块表面纹理结构更加明显，便于特征提取，这里对每个图像块进行直方图增强和图像归一化预处理操作。设原始图像块像素亮度值为I(x，y)，则经过直方图增强处理后图像块亮度值为:
【权利要求】
1.一种基于纹理图像特征的防伪票据生成方法，其步骤包括: 1)利用快速影像设备在票据打印前的纸质载体上随机选取一定数目的不同区域，获取并保存所选区域内所包含的纸张纹理图像数据和区域中心点位置信息； 2)将获得的纸张纹理图像数据进行预处理并提取纹理图像特征信息； 3)根据票据编码规则生成每张票据唯一的编号信息，并作为明码插入到票据版面的指定位置； 4)计算票据版面中可变内容数据的摘要信息流； 5)将上述步骤获取的所有信息进行编码后，利用数字水印的方法隐藏在票据元素中； 6)将获得的完整票据拼版数据发送至打印机上进行打印，输出为纸质票据文件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤I)中随机选取的区域数目不少于3个，每个区域的中心位置不同，区域大小不同，每两个区域之间的交集不与其他任意一个区域或者其并集完全相同。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤2)采用下列方法中的一种或者多种的结合提取所述图像纹理特征信息:以灰度共生矩阵为代表的统计方法，以形式语言为代表的结构法，以Gabor滤波器为代表的频谱法，以Markov为代表的模型法。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤5)所述获取的所有信息包括:所有图像区域的纹理特征信息，每个区域的中心点位置信息，每个区域的宽度和长度信息，票据编号信息，可变内容数据信息和可变内容数据信息的摘要信息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤5)所述获取的所有信息，对其进行加密处理后隐藏在动态生成的由随机网点组成的背景底纹图案中，并将生成的背景底纹图案插入到票据版面元素中，其中隐藏方法为:首先在编码块的起始位置处选取一组规则排列的单个像素大小网点组成图案作为编码图像块头标志；整个编码图像块由大量的5*5的正方形区域组成；其中对于每个5*5大小的正方形区域，若该区域中心存在黑点，则表示信息位串1，反之，表示信息位串O ;将生成的点阵图像与随机生成的点阵图像相融合，生成最终的包含隐藏信息的背景底纹图像。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤5)所述的数字水印隐藏方法将票据编号信息转换为点阵位图，利用半色调图像挂网方法隐藏在票据的背景图案载体中。
7.一种对权利要求1所述方法生成的防伪票据进行核验的方法，其步骤包括: 1)将纸质票据文件扫描成数字图像数据，并从可见元素中提取隐藏的所有信息； 2)从步骤I)获得的信息中分离出票据版面区域的中心点位置信息，并以这些中心点为参考位置，再次获取票据的纹理图像数据； 3)重新计算提取纹理图像特征信息，并与步骤1)中所包含的纹理图像特征信息进行比对，若不一致，则判定票据为假，否则进行步骤4)； 4)比较票据编号信息和可变内容数据信息是否一致，若一致则判定票据为真，否则判定票据为假。
8.如权利要求7所述的方法，其特 征在于:步骤1)所述的从纸质票据文件扫描成的数字图像数据中提取的所有信息包括:所有图像区域的纹理特征信息，每个区域的中心点位置信息，每个区域的宽度和长度信息，票据编号信息，可变内容数据信息，可变内容数据信息的摘要信息；步骤4)所述的比较票据编号信息，是比较从票据版面中固定文字内容和图像块中提取的票据编号信息、随机背景底纹图案中提取的编号信息和版面中明码显示的编号信息是否一致。
9.一种采用权利要求1所述方法的基于纹理图像特征的防伪票据生成装置，其特征在于，包括: 快速影像设备，用于在票据打印前的纸质载体上随机选取一定数目的不同区域，获取并保存所选区域内所包含的纸张纹理图像数据和区域中心点位置信息； 纹理图像特征信息提取单元，连接所述快速映像设备，用于将获得的纸张纹理图像数据进行预处理并提取纹理图像特征信息； 票据编号信息生成单元，用于根据票据编码规则生成每张票据唯一的编号信息，并作为明码插入到票据版面的指定位置； 可变内容数据处理单元，用于计算票据版面中可变内容数据的摘要信息流； 信息隐藏单元，连接所述纹理图像特征信息提取单元、票据编号信息生成单元和可变内容数据处理单元，用于将获取的所有信息进行编码后，利用数字水印的方法隐藏在票据中的可见元素中； 打印机，连接所述信息隐藏单元，用于打印完整票据拼版数据，输出为纸质票据文件。
10.一种对权利要求9所述装置生成的防伪票据进行核验的装置，其特征在于，包括: 图像扫描设备，用于将纸质票据文件扫描成数字图像数据，并从可见元素中提取隐藏 的所有信息； 信息提取单元，连接所述图像扫描设备，用于从获得的信息中分离出票据版面区域的中心点位置信息，并以这些中心点为参考位置，再次获取票据的纹理图像数据，并重新计算提取纹理图像特征信息； 票据真伪判定单元，连接所述信息提取单元，用于将重新提取的纹理图像特征信息与所述图像扫描设备获取的纹理图像特征信息进行比对，若不一致，则判定票据为假；否则，比较票据编号信息和可变内容数据信息是否一致，若一致则判定票据为真，否则判定票据为假。
【文档编号】G07D7/20GK103761799SQ201410013973
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】王波, 李晓妮, 李公宝, 刘景梦 申请人:王波, 李晓妮, 李公宝, 刘景梦