專利名稱：基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以水印作為防偽特征的紙質票據證和有價證券的真偽鑒別方法，特別是一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法及其裝置。
二
背景技術：
水印是一種鑲嵌在紙張內部的圖案。是造紙過程中通過特殊工藝，人為控制局部紙纖維密度，形成的一種特殊光學特性。造紙工藝一旦結束，就不可能再按特定圖案改變纖維密度，因此也就無法仿冒和“克隆”水印。這種不可仿冒的特性，使之成為紙質票證廣泛采用的一種防偽手段。例如世界各國流通中的鈔票，幾乎無一例外都用水印作為主要的防偽特征。
由于自動采集水印特征并用于鑒別紙質票證的真偽，技術實現上很困難，這種早在13世紀就已經出現，并已廣泛用于紙制票證防偽的技術，至今還停留在肉眼直觀觀察其存在與否的水平上。特別是在大批量處理票證的情況下，因視覺的局限性，往往只能看到水印的形，而不可能發現由于纖維密度變化產生的深層次光學特性，致使這種抗偽造強度很高的防偽技術未能真正發揮其應有的效能。
三
發明內容
本發明的目的在于充分利用紙纖維密度變化而產生的光學特性，從中采集水印所隱含的防偽信息，通過現代信息技術的加工處理，形成鑒別水印真偽的判據，并根據水印鑒別紙質票證真偽的方法及其裝置。
實現本發明目的的技術解決方案為一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法，其步驟為1、被測票證穿過紅外光場運動，其水印圖案被紅外光掃描的過程中，其透光率被局部纖維密度的變化調制，形成強弱不等的光信號；2、多個與票證運動方向垂直排成一列，覆蓋水印圖案的光接收器在票證運動過程中檢測票證水印區的透射光，完成光-電信號轉換；
3、對電信號進行與票證運動同步的采樣并經模/數轉換，得到一個表征水印特征的數字信號；4、將通過數學模型綜合表征得到的真水印特征的“模”作為鑒別真偽的判據，以此為依據判斷被檢測水印的真偽；5、輸出判別結果。
一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的裝置，其特征在于它包括產生票證運動的傳動裝置、模擬/數字轉換器、中央處理器、存儲器和控制器，紅外光源、透射光接收器構成的光學系統設置在傳動裝置上，光接收器接收光信號并完成光-電信號轉換輸出反映水印圖案的電信號，連接到采樣模塊上，采樣模塊經模/數轉換器與中央處理器執行識別水印的模式識別程序，中央處理器連接控制器和存儲器，控制器與傳動裝置連接。
本發明的原理是1、水印鑲嵌在紙張內部，分為單層和多層(multilevelwatermark)兩類，前者又稱白水印，在透光條件下可以看到一個單色的圖案，后者透光觀察可以看到立體感強，栩栩如生的畫面；2、水印是在造紙過程中人為控制紙張的纖維密度而形成的光學效果，是鑒別水印真偽的基礎。尤其是在微米紅外光透射下，透光率將被纖維密度調制，形成不同等級的灰度信號，而假“水印”雖然用壓印、涂白等辦法仿冒了真水印的形，卻無法改變纖維密度，真水印的特殊光學效果是決然不可能得到的；3、以水印對上述紅外光透射的調制作用作為提取防偽特征的基礎，就能截然區分真假水印，以此鑒別票證是可信的。
假定紅外光源和n個光接收器與紙質票證的運動方向垂直排成一列，當紙質票證切割光線運動，并按一定速率對光接收器的信號進行采樣，便能得到一個m行n列的矩陣，表示作A＝(aij)mn其中aij為第i行第j列上的元素，i＝1，2，…，n——光接收器數，j＝1，2，…，m——采樣點數同一種以水印作偽防偽手段的紙質票證，都具有相同的水印圖案，用同一種方法得到的A值，理論上應該是相同的。但由于造紙過程中實際存在的公差，紙質票證運動軌跡的偏移，或因環境條件(例如溫度、濕度變化)變化的影響，同種紙質票證的水印特征具有一定的離散性。因此流通中的紙質票證的A值，應該是通過大量測試樣本得到的統計平均值，或離散變量的數學期望，記作Mξ=ΣAηPηη]]>其中η為參與測試的樣本數，η越大Mξ越接近于真值，Mξ就定義為真水印的“模”。當被測票證切割光線運動時，也能以同樣方法采集到一個表征該張票證水印特征的矩陣，記作A′＝(a′ij)mn求解A′與模的方差，即Dξ＝M(A′-Mξ)2，就能判斷被測票證的水印偏離真水印的程度，可以得到以下幾種情況Dξ＜δ——真水印；Dξ＞δ——假水印；Dξ≈δ——懷疑。
δ定義為鑒別真偽的“閾”，通過大量樣本的統計分析和經驗加以確定。
本發明與現有技術相比，其顯著優點是采用對紙纖維密度調制作用最敏感的特定波長的紅外光，使水印隱含的防偽信息得到充分揭示，這些信息是肉眼無法看到的；特別是特殊波長紅外光(波長為0.40-0.61微米和0.19-0.29微米的兩個“窗口”)的應用，避免了可見光油墨印刷的圖案和票面污染對鑒別結果的影響；所提出的水印特征模型，通過計算機模式識別技術進行真偽鑒別的方法及完成這些工作的裝置，解決了自動采集和鑒別水印真偽的瓶頸，使水印這種防偽手段得以用更先進而準確的設備進行處理，使紙質票證的真偽鑒別速度更快，結果更準確。
四
圖1是本發明的水印真偽鑒別裝置示意圖。
圖2是本發明的基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的裝置及其方法的計算“模”和“閾”的流程圖。
圖3是本發明的票證真偽鑒別流程。
五
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
下面以檢測水印鑒別鈔票真偽為例，結合附圖對本發明作進一步描述。
結合圖1，傳動裝置是驅動票證運動的機械平臺；紅外光源和紅外透射光接收器構成的光學系統安裝在傳動裝置上，使光線穿過運動的票證，完成對水印圖案的掃描；光接收器連接到采樣模塊和模數轉換器上，完成信號形式從光到電、從模擬到數字的轉換；經過預處理的信號進入中央處理器，進行水印識別和票證真偽鑒別所需要的處理，處理結果一方面控制傳動機構，另一方面顯示；存儲器保存真水印的“模”和鑒別票證真偽的判據。數字信號輸入中央處理器(CPU)，按數學模型提取描述水印的特征，并與真水印的特征進行比較，判定水印的真實性；存儲模塊記憶真水印的特征、鑒別真假水印的判據等信息；輸出模塊顯示鑒別結果；控制模塊根據判決結果確定裝置的下一步動作，真票證情況下繼續處理下一張；假票證情況下停機。中央處理器上連接顯示裝置，用于顯示判別結果。
結合圖2，“模”是描述真水印的標準，建模過程從票證進入光場開始，在切割紅外光運動的過程中透光率被紙纖維密度調制，紅外光接收器檢測投射光強渡的變化，經采樣和模/數轉換變為數字化的電信號；得到表征水印特征的數據aij；求解n行m列的矩陣A＝(aij)mn；在對大量樣本進行測試的基礎上求離散變量的數學期望，即Mξ=ΣAηPηη]]>Mξ就是真水印的“模”，在經過對假水印的分析和對算法進行培訓的基礎上確定判定區別水印真偽的“閾”，記憶在存儲器中備用。
結合圖3，鑒別真偽從被測票證進入紅外光場開始，在被測票證切割紅外線的運動過程中，采集描述水印特征的數據aij′；計算被鑒別票證水印的特征值A′＝(a′ij)mn；取真水印的“模”Mξ，并求A′和Mξ的方差，即Dξ＝M(A′-Mξ)2
取“閾”δ，根據事先確定的判據，鑒別票證的真偽；顯示判決結果并控制傳動機構。
傳動機構是一臺典型的點鈔機，傳動機構是它的入鈔、送鈔和出鈔機械平臺，紅外光源及其接收器作為檢測裝置，安裝在鈔票的運動軌道上所構成的紅外光場，確保光線能掃描鈔票的水印圖像；在鈔票切割光線的運動中，透射紅外光被紙纖維密度變化調制，光接收器將收到的光信號轉換為電信號；采樣模塊以頻率f對鈔票進行與其運動同步的采樣，并由A/D轉換器轉換為數字信號a′ij，輸入CPU，完成以下處理任務1、求鈔票水印的特征值A′＝(a′ij)mn；2、計算特征值與“模”的方差，即Dξ＝M(A′-Mξ)2；3、根據事先設定地判據判定鈔票的真偽，有以下幾種情況Dξ＜δ——真鈔票；Dξ＞δ——假鈔票；Dξ≈δ——必須被懷疑的鈔票。
4、當判決結果為“真鈔”時，裝置繼續處理下一張鈔票；當判決結果為“假鈔”或“懷疑”時，控制環節指揮傳動機構停機，顯示相應的標記。
權利要求
1.一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法，其特征在于步驟為1.1、被測票證穿過紅外光場運動，其水印圖案被紅外光掃描的過程中，其透光率被局部纖維密度的變化調制，形成強弱不等的光信號；1.2、多個與票證運動方向垂直排成一列，覆蓋水印圖案的光接收器在票證運動過程中檢測票證水印區的透射光，完成光-電信號轉換；1.3、對電信號進行與票證運動同步的采樣并經模/數轉換，得到一個表征水印特征的數字信號；1.4、將通過數學模型綜合表征得到的真水印特征的“模”作為鑒別真偽的判據，以此為依據判斷被檢測水印的真偽；1.5輸出判別結果。
2.根據權利要求1所述的基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法，其特征在于按數學模型綜合表征真水印特征的“模”和鑒別真偽地判據，判斷水印的真偽，輸出判別結果Dξ＜δ為真水印；Dξ＞δ為假水印；Dξ≈δ為懷疑。
3.一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的裝置，其特征在于它包括產生票證運動的傳動裝置、模擬/數字轉換器、中央處理器、存儲器和控制器，紅外光源、透射光接收器構成的光學系統設置在傳動裝置上，光接收器接收光信號并完成光-電信號轉換輸出反映水印圖案的電信號，連接到采樣模塊上，采樣模塊經模/數轉換器與中央處理器執行識別水印的模式識別程序，中央處理器連接控制器和存儲器，控制器與傳動裝置連接。
4.權利要求3所述的基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的裝置，其特征在于中央處理器上連接顯示裝置。
全文摘要
本發明涉及一種基于紅外識別水印鑒別紙質票證真偽的方法及其裝置。本發明將被測票證經傳動裝置穿過紅外光場運動，覆蓋水印圖案的光接收器在票證運動過程中檢測票證水印區的透射光，完成光－電信號轉換，輸出到采樣模塊并經模/數轉換得到一個表征水印特征的數字信號；將通過數學模型綜合表征得到的真水印特征的“模”作為鑒別真偽的判據判斷被檢測水印的真偽，中央處理器執行識別水印的模式識別程序，輸出判別結果。中央處理器連接控制器和存儲器，控制器與傳動裝置連接。本發明通過計算機模式識別技術進行真偽鑒別，使水印這種防偽手段可以用更先進而準確的設備進行處理，使紙質票證的真偽鑒別速度更快，結果更準確。
文檔編號G07D7/12GK1971636SQ20051009563
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者黃武揚, 楊靜宇, 胡剛 申請人:南京理工大學科技貿易公司