CN100389427C - 增强可机读标签中文字与图形的抗损性方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于证件、法律、金融等高价值文件在局部破损条件下，能够正确机读标签中图形和文字的方法和装置。实施步骤为：先将文字和图形用二值相位图表示，然后，利用光学映射变换装置将原始二值相位图上的单个(每一个)像元扩散到整个标签幅面上，形成一幅多灰阶图案。用所述多灰阶图案记录需要保护(或需要防篡改)的内容，将多灰阶图案记录在载体中，其像元的灰阶值(双字节数值)用相邻两组散斑杨氏干涉条纹的取向角的大小来表示。如果多灰阶图案在非人为因素导致图案残缺或有意涂改而造成局部破损时，当残余面积≥原图面积75%时，采用本发明提供的逆变换、解码方法，仍能正确读出隐藏在多灰阶图案中的文字和图形。

Description

增强可机读标签中文字与图形的抗损性方法和装置

技术领域

本发明涉及一种证件、法律、金融等高价值文件的防伪方法和装置。尤其是在局部破损的条件下，能够正确机读标签中图形和文字的方法和装置。

背景技术

为了便于机读证件、法律、金融等高价值文件上的图文信息，最常用的方法是用二值条形码把图文记录在标签上。常规条形码的码元是一个二进制数列，该数列由信息比特和纠错比特组成。在用机器读取二值条形码时，码元中个别比特可能偶然出错。利用常规纠错控制编码原理可校正这类错误。但是，如果二值条形码的载体局部破损，导致一个(或一组)码元不存在，则纠错无从谈起。对于那些涉及商品运输、流动人员身份查验的条形码标签，对于那些在户外环境中使用、容易出现沾污的条形码标签，载体受损(从而丢失部分码元)的现象在所难免。如果证件和金融、法律文件上的条形码含遭受有意涂改，现有的惟一防范措施是“使条形码作废”，而导致“高价值文件失效”，给实际工作带来了很大的麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种保护标签上图文信息的方法和装置，以便在载体局部破损、磨伤或局部被弄脏、涂改时，仍然能用机器正确读取原始图文的内容。

本发明包括在***和与金融、法律相关的高价值文件过程中，将一个预先设计的多灰阶图案印制(或粘贴)在载体上，再用机器读出载体上隐含的文字和图形，其特征在于：

(1)先用二值相位图记录二值文字及图形，然后用光学图像变换装置将所述二值图的每一个像元扩散/映射到另一幅多灰阶光学图案的整个幅面，将多灰阶光学图案分解成相位和振幅两个分量图案，分量图案的像元按行、按列整齐排列，其灰度至少分为256阶。

(2)以“散斑二次曝光法”将所述相位和振幅分量图案记录在载体中，制成供实用的标签；

(3)用激光束照射载体，再现机器可读(或肉眼可见)的散斑杨氏干涉条纹；依据杨氏干涉条纹的取向确定与之对应的多灰阶图案的像元灰度值，用光学图像变换装置逆光路得出原始二值图，进而解码、显示原始文字和图形。

所述文字和图形包括：人像、可视文字、IC芯片信息、二维条形码、一维条形码。

所述载体可以为透明材料、非透明材料、电子文档。

当所述载体为透明材料时，用光电装置读取载体上散斑像素产生的杨氏干涉条纹时是用激光束对载体实施“散斑二次曝光”，使散斑杨氏于涉条纹的取向与所述像素灰度的高字节和低字节数值分别成一一对应关系。

所述载体为非透明材料时，多灰阶光学图案的像素灰度值被折算成半色调值，印制在载体上并加以利用。

所述载体为电子文档时，在计算机屏幕上显示和利用所述光学图案。

本发明的设备包括：

将原始图文转换成相位二值图，并将所述二值图映射生成多灰阶图案的光学图像变换装置；

将所述多灰阶图案记录在透明体中的激光散斑记录装置；

用光电器件读取标签上散斑杨氏干涉条纹、复原原始二值图文的装置。

本发明的优点：使用本发明的方法当证件和高价值文本中所载的用于防伪的多灰阶图案受损，包括：①非人为因素导致图案残缺，②有意涂改，当残余面积≥原始图75％时，用本发明提供的方法，能够正确读出原图中的文字和图形。

附图说明

图1为将二值图映射成多灰阶图的光学图像变换装置示意图；

图2为用激光散斑二次曝光法在透明体中记录散斑图案的装置示意图；

图3是用相邻两个散斑像元分别表示多灰阶图中单个像元的振幅分量和相位分量的示意图；

图4是用激光散斑杨氏干涉条纹的取向表示像元灰阶值的示意图；

图5是采用相邻两个散斑组成双字节、用两组杨氏条纹的取向表示像元多灰阶高字节、低字节取值的示意图；

图6为用激光束阅读杨氏干涉条纹的装置示意图；

图7为在高价值文件上印制多灰阶光学图案的示意图。

具体实施方式

实施例1：防涂改、抗磨损标签的制作方法：

(一)用光学图像变换装置K将二值文字和图形映射成多灰阶图案

结合附图1：所述文字和图形信息的原始表示形式是一幅含M行×N列像元的相位型二值图(G_{二值-相位})。本发明以空间调制器和相位型乳胶片等透明载体记录和显示所述原始图像G_{二值-相位}。采用图1光学图像转换装置K把相位型二值图G二值-相位，变换成可机读多灰阶图G多灰阶。经校正像差的凸透镜3(焦距＝f)是实现这种变换的主要部件，透镜3的作用之一是把原始二值图(图1位置2)的单个像元映射到成像面4的多灰阶图的整个幅面，即单个G二值-相位像元对多灰阶图的每一个像元的灰度值均有贡献；透镜3的作用之二是利用多灰阶图逆光路恢复所述二值图。光学中，称这种变换为傅里叶变换(阶次为1的分数傅里叶变换)。机读、复原受损标签的过程如下例所述：

位于位置2的原始二值图G二值-相位中，A、C、E三个像元取值为1，B、D像元取值为0(以光程差表示)。在平行激光束1照射下，在透镜3右边焦平面上p，q，r，s，t5个像元均有光线到达，在成像面4形成具有多灰阶的图案G多灰阶。把多灰阶图案G多灰阶制成全息干板，放在位置4。当激光束5从透镜3右边向左边照射时，根据光路可逆原理，在图上位置2将出现一幅二值图，该图案与原始图像G二值-相位相似。如果位于4的图案受损，以至于像元p，q不透明，导致到达位置2的光线数量减少。凭借r，s，t三个像元发出的光线，仍可成像，且A、C、E三个像元取值应为1。

实际情况比图1所示的情况更复杂，多灰阶图的像元远大于5行×5列，受损的像元数量比图1多。激光束5从右向左逆光路照射时，图1光学装置在成像面2产生较大噪声，但图像轮廓(二值像元的分布)仍然与原始二值图G_{二值- 相位}相似。

本发明要求使用者在图1光路中使用特制的相位板6和相位板7，两块相位板的透射率均呈随机分布，且严格保密。再加上图1装置的光路参数也严格保密。使得用实验方法和数值计算方法仿制多灰阶图案G_多灰阶的企图难以奏效。

(二)用散斑杨氏干涉条纹表示多灰阶图G_多灰阶中像元的灰阶取值

本发明先将多灰阶图案G_多灰阶分解成便于机读的两个分量。然后以“散斑二次曝光法”在透明载体中记录所述分量图像。结合附图2～图5，实施以下四个步骤：

①多灰阶光学图案分解成振幅和相位两个分量

图1成像面4的振幅和相位混为一体，不便机读。如图3所示，像元数为M×N的多灰阶图G_多灰阶被分成可机读的振幅分量图G_{多灰阶→振幅}和相位分量G_{多灰阶→相 位}图，两个分量图的合计像元数变为(2M)×N或M×(2N)个。

②用散斑光束照射负片13，对全息干板14实施“一次曝光”

负片13有双重用途：①用负片13记录所述振幅和相位分量图；②用负片13记录起防伪标识作用的人像及物品，本发明用这种人像及物品图像作为辅助防伪标识。人及物品图像与下述散斑条纹互不干扰。

本发明用散斑杨氏干涉条纹的取向角的大小来表示分量图像元的灰阶值。如图2所示，用激光器8、凸透镜9、针孔10和凸透镜11组成平行光照明光源。毛玻璃12把平行激光光束变成散斑光束。在此散斑光束的照射下，在全息干板14上形成与负片13相对应的散斑潜像G_{多灰阶-散斑}。

③用散斑光束对负片13和全息干板14实施“二次曝光”

在图2中，负片13和全息干板14紧贴在一起，保持原位。轻微移动毛玻璃12，实施二次曝光。每次仅对图2干板14上的一个像元曝光。在逐行、逐列曝光完毕后，洗印、漂白，制成相位型带散斑编码条纹的干板。

本实施例中，毛玻璃12至少有9个移动方向(8个面内位移，一个轴向位移)，而移动量则有多种选择(以能够产生清晰可辨的杨氏条纹为准；移动量超过限度时，条纹将消失)。

根据图4，毛玻璃12的8个移动方向与多灰阶图像元灰阶取值的折算关系如17所示，相邻散斑杨氏条纹的取向夹角为22.5度。用两位散斑8进制码可表示多灰阶图G_多灰阶中的64个灰阶。

出于增强抗损性的需要，当用二进制数表示振幅G_{多灰阶→振幅}、相位G_{多灰阶→相位}分量像元的多灰阶取值时，本发明采用双字节格式。如图5，相位分量的灰阶为00001100，振幅分量的灰阶为1000 0100。相邻2个条纹18分别表示灰阶的高字节和低字节。这意味着载体像元总数是相位与振幅分量像元之和的2倍。图5两组散斑条纹18用两位16进制数表示多灰阶图G_多灰阶中的256个灰阶值，有利于减小逆运算的误差。

④以干板14(或载体16)所示的图案为蓝本，按本领域共知的方法制成透明标签，或印制成半色调(多灰阶)图案。

(三)：用激光束阅读散斑杨氏干涉条纹的方法和装置？

本发明的多灰阶图既可以制成透射式，也可以用铸模、热压等成熟工艺制成反射式。图6装置用于阅读透射式杨氏干涉条纹的编码，但所述机读原理适用于反射式。

本发明以条纹取向表示像元灰阶值，特点是：①机读结果对载体14(16及21)的旋转不敏感，机读时允许放宽对载体取向精确度的限制。例如，对同一幅多灰阶图阅读两次，即使载体的摆放位置不一样，各像元灰阶读数的相对差值保持不变。②便于用手持式激光笔目视查验杨氏干涉图。尽管手工查验难以连续读出大量二进制数码，但能够得出半定量结果。相比之下，其它全息防伪标识不能提供这种可目视的半定量结果(其它全息图得出衍射条纹，与本发明的干涉条纹有明显差异)。③杨氏干涉条纹的宽度的取值有多种可能性，仿制者难以逐个像元地模仿该可变宽度。

图6中，激光束经透镜11形成平行光束，照射全息干板14，光束经透镜19会聚，在屏幕20形成杨氏干涉条纹(如图5)。在屏幕20处放置光斑探测器，则可输出干涉条纹取向和宽度的测量结果(电信号)。并形成表示多灰阶图G多灰阶→相位和G多灰阶→振幅的分量数据文件。进而，逆变换、解码形成原始二值图G二值，以及可目视阅读的文字或图形。

实施例2：利用多灰阶图案制作身份证及护照等高价值文件：

结合附图7：

按实施例1提供的方法，制作含图形和文字的多灰阶图23和24(即G_{多灰阶 →相位}和G_{多灰阶→振幅})，并印制或粘贴在证件21(或高价值文件)上。为了存储身份验证所需的照片和三个指纹图，约需2800字节。加上纠错码，共需3400字节。护照可供普通条形码占用的面积约为80×18mm²，身份证可供普通条形码占用的面积约为64×18mm²。由于本发明光学存储的密度高，以杨氏条纹编码方式足以在上述面积中隐蔽地记录持证件者的身份验证信息。如果在面积80×23mm2中印刷半色调多灰阶图，在确保抗损性的前提下，用图案G多灰阶→相位和G多灰阶→振幅大约可记录54字节(7位ASCII码、8位纠错)，即限于记录身份验证数据的摘要。尽管记录的数据量相对较少，但抗损性较强(允许破损面积达30％)

用机读装置采集数据，处理受磨损/被涂改的标签的方法是：

证件21上的IC芯片22可能受电磁干扰而失效，二维条形码25、一维条形码26、以及人像27和可视文字等可能被磨损、涂改。招致机器“拒读”。

图7中，以示意方式表示多灰阶图23已经局部受损。本发明用图6装置强行读取受损标签，分别对图案G_{多灰阶→相位}以及G_{多灰阶→振幅}实施逆变换；必要时以纠错控制编码为辅助工具，将误码率减小至最低限度，得出二值图G_二值。经验证，本发明允许在标签残缺面积≤25％的条件下，利用残余的标签复原可目视的图形和文字。

当条形码25、26和IC芯片22遭机器“拒读”时，将本发明提供的多灰阶光学图案23、24与其它残留信息相互映证，能有效地提高整个证件的抗损性。

Claims (7)

1.增强可机读标签中文字与图形的抗损性方法，包括在标签制作过程中将一个预先设计的含文字、图形的多灰阶光学图案印制在标签上，再用机器读出标签中文字和图形，其特征在于：：

(1)先用二值相位图记录二值文字及图形，然后用光学图像变换装置将所述二值图的每一个像元扩散/映射到另一幅多灰阶光学图案的整个幅面，将多灰阶光学图案分解成相位和振幅两个分量图案，分量图案的像元按行、按列整齐排列，其灰度至少分为256阶；

(2)以“散斑二次曝光法”将所述相位和振幅分量图案记录在载体中，制成供实用的标签；

(3)用激光束照射载体，再现机器可读或肉眼可见的散斑杨氏干涉条纹；依据杨氏干涉条纹的取向确定与之对应的多灰阶图案的像元灰度值，用光学图像变换装置逆光路得出原始二值图，进而解码、显示原始文字和图形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述文字和图形包括：人像、可视文字、IC芯片信息、二维条形码、一维条形码。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述载体可以为透明材料、非透明材料、电子文档。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述载体为透明材料时，用光电装置读取载体上散斑像素产生的杨氏干涉条纹时是用激光束对载体实施“散斑二次曝光”，使散斑杨氏干涉条纹的取向与所述像素灰度的高字节和低字节数值分别成一一对应关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述载体为非透明材料时，多灰阶光学图案的像素灰度值被折算成半色调值，印制在载体上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述载体为电子文档时，在光电装置的屏幕上显示和利用所述多灰阶光学图案。

7.根据权利要求1所述方法的设备，其特征在于包括：

一个将原始文字和图形转换成相位二值图，并将所述二值图映射生成多灰阶图案的光学图像变换装置；

一个将所述多灰阶图案记录在透明体中的激光散斑记录装置；

一个用光电器件读取标签上散斑杨氏干涉条纹、复原原始二值图文的装置。

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