專利名稱：基于可見光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：
本發明涉及一種紙質票據證和有價證券真偽的鑒別方法，特別是一種基于可見光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提供一種綜合應用可見光透射和反射光，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，對紙質票證的真偽作鑒別的方法及其裝置。
實現本發明目的的技術解決方案為一種基于可見光識別水印鑒別紙質票證真偽的方法，其步驟是1、被測票證穿過可見光光場切割光線運動，；2、與票證運動方向垂直排成的透射光和反射光接收器，分別檢測票證水印的透射和反射光信號，并轉換為可機讀的電信號；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、通過數學模型提取水印的特征；5、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；6、輸出判別結果。
一種基于可見光識別水印鑒別紙質票證真偽的方法及其裝置，其特征在于它包括產生票證運動的傳動裝置、光學系統、模擬/數字轉換器、中央處理器、存儲器和控制器，由光源、透射光和反射光接收器構成的光學系統設置在傳動裝置上，分別透射光和反射光信號并完成光/電信號轉換，輸出反映水印圖案的電信號，透射光和反射光接收器連接到采樣模塊上，再經模/數轉換器輸入中央處理器，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(multilevel watermark)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。尤其是在可見光環境下同時觀察水印的透射和反射圖案，會看到“黑白翻轉”效果；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“黑白翻轉”的特殊光學特性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。
假定接收到的透射光信號為a，反射光信號為b，“黑白翻轉”原理決定c＝a+b——c為常數；光源、n個透射光接收器和n個反射光接收器與紙質票證的運動方向垂直排成，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C＝(cij)mn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C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=ΣCηPηη]]>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C′＝(C′ij)mn求解C′與模的方差，即Dξ＝M(C′-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，其顯著優點是在透射光和反射光下觀察水印時存在的“黑白翻轉”效果，這種由纖維密度變化而形成的特點是無法仿冒的，抓住了真假水印的這個根本區別，便使真偽鑒別建立在更為可信的基礎上。所提出的提取水印特征的數學模型，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，使用機器處理水印識別紙質票證的真偽成為可能，從而充分發揮了水印的防偽功能。
四
圖1是本發明的水印真偽鑒別裝置示意圖。
圖2是本發明的基于可見光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；光源和光接收器構成的光學系統安裝在傳動裝置上，透射及反射光接收器，使光線穿過運動的票證，完成對水印圖案的掃描；透射及反射光接收器連接到采樣和模數轉換器上，完成信號形式從光到電、從模擬到數字轉換；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，在切割光線運動的過程中，透射光和反射光接收器同時采集同一觀測點的正負像信號，分別記作a和b，按成像原理兩者之和應為常數，即c＝a+b，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Cij；n行m列矩陣C＝(cij)mn(n個光接收器，共采樣m次)，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=ΣCηPηη]]>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，鑒別過程從被測鈔票進入光場開始，在被測鈔票切割光線的運動過程中，采集描述水印特征的數據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“閾”δ，根據事先確定的判據，鑒別鈔票真偽，顯示判決結果并控制傳動機構。
裝置是一臺典型的點鈔機，它的入鈔、送鈔和出鈔機械平臺，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形成的光場，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，采集水印的特征數據cij，并轉換為數字信號，輸入CPU，完成以下處理任務1、求鈔票水印的特征值C′＝(a′ij+bij)mn；2、計算特征值與“模”的方差，即Dξ＝M(C′-Mξ)2；3、根據事先設定的判據判定鈔票的真偽，有以下幾種可能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
1.一種基于可見光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、被測票證穿過可見光光場切割光線運動；1.2、與票證運動方向垂直排成的透射光和反射光接收器，分別檢測票證水印的透射和反射光信號，并轉換為可機讀的電信號；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、通過數學模型提取水印的特征；1.5、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；1.6輸出判別結果。
2.根據權利要求1所述的基于可見光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”和鑒別真偽的判據，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。
3.一種基于可見光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、光學系統、模擬/數字轉換器、中央處理器、存儲器和控制器，由光源、透射光和反射光接收器構成的光學系統設置在傳動裝置上，分別透射光和反射光信號并完成光/電信號轉換，輸出反映水印圖案的電信號，透射光和反射光接收器連接到采樣模塊上，再經模/數轉換器輸入中央處理器，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所述的基于可見光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。
5.權利要求3或4所述的基于可見光識別水印鑒別紙質票證真偽的裝置，其特征在于透射光和反射光接收器分別設置在票證運動方向兩側。
全文摘要
本發明涉及一種基于可見光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和反射光，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G07D7/00GK1979564SQ20051012278
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月2日 優先權日2005年12月2日
發明者胡剛, 王慶寶, 黃武揚 申請人:南京理工大學科技貿易公司