CN102236926A - 使用指纹识别设备进行片状物品的验证 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用指纹识别设备进行片状物品的验证，公开了使用生物测定指纹传感设备以及相应的数据处理算法来验证印刷文档或产品，尤其是纸币、价值文档或身份文档上的凹板印刷标记。也公开了相应的验证装置。

Description

使用指纹识别设备进行片状物品的验证

本申请是PCT国际申请号为PCT/IB2007/003580、PCT国际申请日为2007年11月22日、中国国家申请号为200780050191.0的、题为“使用指纹识别设备进行片状物品的验证”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明的领域是对物品的自动识别。更具体而言，其涉及使用指纹传感器对诸如货币、价值文档和身份文档等片状物品的识别和验证。

现有技术

对纸币、带有商标的商品以及身份文档的自动识别和验证正在越来越受到关注。这种验证最通常依靠对诸如纸币、产品标签或护照个人身份页等片状物品所携带的信息的正确识别。

在本发明的上下文中，片状物品应被理解为二维延展的物体，其中第三维相比第一和第二维较小；片状物体的示例是纸张、织物片、纸板、塑料薄片、***等。

在本发明的上下文中，安全性物品是价值文档、身份文档、卡、标签等，它们需要被保护以防复制和伪造。

传统的验证需求主要是在纸币验证的领域中察觉到的。通过多个几乎专用于货币的物理特征，纸币使得它们适用于由人类用户进行视觉和触觉验证。在这些特征中，凹版印刷标记可能是最显著的特征。

凹版印刷(雕刻铜板印刷)是在货币生产过程中使用的重要印刷过程。在该过程中，用高粘度、糊状墨水来为雕刻铜板(或其镍复制品)上墨水，并再次将其表面擦干净。随后在高压下将留在板的雕刻内的墨水转移到货币用纸上。这样生产出的凹版印刷特征具有特有的触感，这是在印刷过程中对纸张加压以及印刷特征的浮雕(relief)的结果，该触感由墨水厚度和部分压纹的纸张共同产生。

这种特有的触感为外界人们习惯觉得是“货币”。然而，在过去，人类用户越是能方便地识别货币上的凹板印刷标记，越是导致难以实现可以检测和验证这种类型的印刷特征的自动化设备。

自动化凹板验证的第一种方法支持间接路线：US 3,599,153(Lewis，美国纸币公司(US Banknote Corporation))公开了对凹板印刷标记的磁性阅读；此处的印刷凹板墨水必须包含磁性颜料。在US 3,463,907、US3,778,598和JP2002269616A2中也公开了类似的方法。选择该方法来用于凹板印刷是因为其它印刷技术不会沉积足够量的磁性材料。然而，这些方法限于沿用磁性凹板墨水印刷的文档上一条或多条线进行扫描；它们不提供一般的印刷凹板图案的二维图像。

经由光学路线进行自动化凹板验证的直接方法由Sidler等人在US4,594,514和EP 88169B1“Copperplate printing detection method and devicetherefore(铜板印刷检测方法及其装置)”中公开。受测试的文档在此处在大约45°的角度下照亮，使得凹板印刷的浮雕产生特有的阴影，这接着由光电池读取。在所公开的条件下，平坦的、非凹板印刷的标记不会产生类似的信号。在US 3,634,012(Mustert)以及JP06171071A2、JP06301840A2、JP2003248852A2以及JP2001236544A2中公开了类似的方法。这些方法允许对凹板印刷标记的非接触式检测，并且使用摄像机代替简单的光电池能够提供印刷图案的二维图像；然而，它们依赖于难以进行小型化的复杂且体积大的光学装置。

Bayha在US 3,583,237(ARDAC/USA)中公开了另一种直接的凹板验证方式。使用机械触针来在文档的表面上移动，所产生的机械振动被看作是后者上凹板印刷标记的浮雕的特征。使用刷子来代替触针并使用声学检测装置的类似技术由Ross在US 5,974,883、EP 880114B1和US6,253,603以及JP09106466A2中公开。然而，这些机械扫描方法不提供印刷凹板图案的二维图像。

由此，在现有技术中所公开的技术不能在无需牵涉大体积光学装置的情况下对文档上的印刷凹板浮雕图案进行直接的二维成像。

发明概述

现在惊人地发现，在下文所公开的某些条件下，用于捕捉生物测定指纹浮雕图案的小型化设备完美地适用于捕捉纸币和其它凹板印刷文档上的凹板浮雕图案的图像数据。还发现可以在这种类型的设备的帮助下获取文档或物品上的各种其它特征的图像数据。

指纹读取技术是出于生物识别目的来开发的，且当前可以从大量不同的供应商处获得。相应的传感器芯片由许多大型半导体制造商制造，诸如ATMEL、卡西欧、富士通、奥森铁克(AuthenTec)、索尼、ST微电子、英飞凌(Infineon)、飞利浦、日立、NEC、意森铁卡(Ethentica)等。

许多不同的物理原理应用于这种传感器，每一个传感器都能够得出有关人的手指的密纹的信息：

a)在玻璃板处受抑(衰减)光学全反射(US 4,805,223)结合2D-CMOS摄像机得出放置在所述玻璃板上面的物体(例如手指)的接触部分的二维图像；这种类型的传感器也可用作一维扫描传感器，其中物体(手指)必须扫过敏感区；

b)薄膜晶体管显示器可以被用作光学传感器并且能够从放到其顶部玻璃上的手指取得指纹(US 7,023,503；US 7,009,663；US5,325,442；WO2004/036484A1；Jeong Hyun Kim等人2000年5月14日的“Fingerprint Scanner Using a-Si:H TFT-array(使用a-Si:H TFT阵列的指纹扫描仪)”SID‘00摘要)；

c)具有扩展的微电容偏板阵列的微电子电容传感器可以被用于传感物体的附近，因此可用于精确地定位接触手指的凹凸(即指纹)(US 4,353,056；US 5,952,588；US 6,643,389)；

d)具有相应的微结构电极阵列的导电膜传感器也可用于传感指纹(US 4,577,345)；

e)触觉型微电机装置(MEMS)可以传感表面浮雕(压力传感器；EP 769754B 1；US 7,013,013；US 5,844,287；US 4,394,773)；

f)热(微测辐射热、热电或光电)传感器是用于从活体取得指纹的较新的选择(US 6,459,834；US 6,061,464；US 2004/0208345A1)；

g)超声波传感器也被用于取得指纹信息(US 4,385,831)；

依照本发明以及所提供的某些条件，本领域中已知和使用的这些技术中的任一个的指纹读取设备可用于验证片状物品。此处的片状物品可以是纸张、塑料、纸板、织物等。

指纹传感器还可以是一维扫描阵列类型或二维静态阵列传感器类型。由传感器取得到的图像数据可用于通过与对应于原始物品的预先记录的数据作比较来验证物品。在本发明的上下文中，术语“图像数据”包含由所述传感器响应于所传感的图像提供的任何数字输出。

此处的要点是传感器能够在片状物品中的表征物理性质的局部变动之间进行区分。验证可以基于物品中或其上产生的至少一个表征物理特征。

这种表征特征可以从在制造期间给予物品的固有性质得出。或者，它们可以作为包含在片状物品的正面或反面的至少一个上的印刷特征(优选地为凹板印刷特征)引入。

某些类型的传感器(尤其是热传感器)能够很好地区分片状物品上的浮雕的高和低部分，而非主要对印刷色彩敏感。因此它们特别适用于验证货币和其它文档上的凹板印刷标记；即它们能够区分物品上略微靠近传感器表面的那些部分和物品上略微远离传感器表面的其它部分。指纹中的高度变化类似于凹板印刷标记的高度变化，指纹传感器确实适于获取凹板印刷文档的浮雕的图像数据。

在本发明的上下文中特别优选的是热传感器，诸如微测辐射热、热电或光电传感器。

此处的传感器可以或者是静态的，或者是扫描类型的。在第一种情况下，样品被放置在传感器上或其中，或者可选地，传感器被放置在样品上。在第二种情况下，样品被手动或机械地在传感器区域上移动，或者可选地，传感器被手动或机械地在感兴趣的样品区域上移动。

指纹传感器是广泛可用的设备；实际上，生物测定指纹扫描设备被普及到各种类型的访问控制和用户识别。这对于本发明是一个优点，因为新使用这种类型的已经可用的设备来测试纸币、护照等的真实性由此方便实现并且仅需要通过程序补丁实现的对应的图像处理算法。

具体实施方式

发明人成功地使用了不同类型的指纹传感器来从纸币或其它凹板印刷文档获取凹板浮雕印刷标记的图像数据以供验证目的。

更一般地，发明人发现可以用这种方式验证任何片状物品，例如编织或非编织材料。验证特征，即由传感器检测到的特征可以是浮雕图案、编织网格图案、水印、密度图案或者任何其它可测量特性图案。

依照本发明，指纹传感器可以或者是一维阵列或者是二维阵列传感器。

所述指纹传感器可以选自受抑光学全反射传感器；薄膜晶体管光学传感器；微电子电容传感器；导电膜传感器；触觉型微电机传感器(MEMS)；超声波传感器；和热传感器；在热传感器中尤其优选的是热电传感器、光电传感器和微测辐射热传感器。

热指纹传感器是基于半导体电路阵列的，其能够展现文档上高区域和低区域之间的微小温度差异。它们被发现特别适用于获取印刷凹板浮雕图案。

在光电传感器的情况下，经由适当的半导体材料中的内部光电效应来直接利用热红外辐射的量子能。由于所述量子能相当小，因此在工作期间这些检测器必须被冷却到低温以降低来自环境的辐射的微扰。

微测辐射热传感器仅仅检测入射红外线(和/或其它)辐射的累计热能，并在每一像素处产生相应的电压信号。所述电压代表相对于参考温度的像素温度，该参考温度一般取作半导体芯片的温度。取决于传感器的构造，此处的电压可以由热电或热阻效应引起。微测辐射热传感器原则上是静态设备。

热电传感器也检测入射红外线(和其它)辐射的累积热能；然而，所述辐射一般由极化的聚偏二氟乙烯的热电箔收集，从而在每次最轻微的温度改变时动态地产生电荷。热电箔进而放置在场效应晶体管阵列上，该场效应晶体管阵列的栅极由热电材料产生的电荷触发。热电传感器对温度改变敏感，并由此主要是用于扫描检测的动态设备。

为了验证片状物品，使得所怀疑的物体的相应部分与传感器的指纹检测区域接触，或者使得传感器与物体的相应部分接触，借此图案的图像数据由连接到指纹传感器的计算机或处理器获取。所取得的数据随后用于对物品的验证。

在热电传感器的情况下，使所怀疑的物品的相应部分扫过指纹检测区域或者使指纹传感器扫过物品的相应部分。

热电传感器及时展示温度改变；由此其特别适用于扫描类型检测。事实上，这种传感器类型不会响应于仅仅静态温度差异，而是必须使物品动态地扫过传感器阵列以获取图案。

热电传感器包括加热元件，其温度保持略微高于周围环境的温度，并且被设置在传感器的敏感区域之前，与扫描方向成一直线。物品必须以适当的速度扫过加热元件以及后面的传感器区域，以便获取图像。

诸如微测辐射热或光电阵列等其他类型的热传感器对静态温度或温度差异敏感。它们也可用于实施本发明，例如在类似于摄像机的实施例中作为二维传感器阵列，它无需扫描。

热传感器所获取的图像(即图像数据的起源)是热本质的，因为它反映了在物品(例如文档)表面短暂地暴露于加热元件后其上出现的微小的温度差异。

对样本表面的热吸收显著地依赖于样本的方志，结果，热图像反映出样本的所述方志。

所述方志可以包括诸如由凹板印刷所产生的表面浮雕等浮雕以及网格图案、密度变化、热传导性变化等。所有这些都可以引起所述热图像。此外，还发现在这种热图像中甚至还展示出存在于背面(即与所扫描的表面相对的文档表面)的浮雕。因此，热图像特别能够通过简单的单面扫描展示正反面凹板印刷。

为了识别或验证物品或文档，对应于带有真实图案的原始物品的特征部分的数据可以作为规范被预先记录在验证设备的存储器中，或者存储在连接到所述设备的远程服务器中，并且可以使用适当的算法和真实性准则将从所怀疑的物品中获得的图像数据与所存储的信息作比较。所述比较的结果指示所怀疑的物品或文档是否与原始物品或文档的规范相匹配。

热图像还展示诸如可以通过无墨水的凹板印刷获得的压纹。此外，示出热图像以展示诸如通过写在放置于其上的一纸张上或甚至其上的若干张纸张上而引起的压力效应在一张纸张上产生的“凹进的书写”。在司法科学领域，这些“凹进的书写”对于文件检查特别有用。

电容传感器可以用在替换实施例中；然而，已经发现这种类型的设备仅对于金属或镀金属物体(金属凹板印刷、镀金属的纸张、织品等)敏感。金属印刷或镀金属的纸张是导电的，并且允许对传感器的电容器充电/放电。此外，电容传感器可以或者是静态的，或者是高频类型；静态传感器依赖于无处不在的环境电场，而高频传感器依赖于特意施加的确定频率的交变电场。

其它传感器类型，值得注意的超声波传感器，也可以用在本发明的其它实施例中。然而，优选的是热传感器。所述热传感器显著地对纸币或另一凹板压印文档的凹板印刷/压纹敏感。在压印纸张的情况下，所述传感器也能够展示纸张的纤维织构的图像。

因此，热传感器能够检测纸张特性，这可以被用作真实纸张的固有识别标志。该识别标志可以从在制造过程中(特别是由用于纸浆脱水的网屏)赋予纸张的性质得出。这种网屏通常被做成具有规则间隔和典型图案的金属丝网。

也可以通过诸如生成水印(纸张厚度调节、纸张密度调节)或对纸张的特意压纹等其它操作在造纸厂引入纸张识别标志。纸张还可以用无色清漆压印，以产生水印仿制品。

从真实纸张取得的热图像由此可以包含各种类型的识别标志，这些识别标志使得技术人员能够将一种类型的纸张与另一种区别开。这些纸张识别标志是随时间稳定的，并且即使一特定的纸张由于揉皱、磨损等而损坏这些纸张识别标志也保持存在。

折痕可能扰乱对确定的图案或纸张识别标志的检测，但是这种微扰不会具有与要取得的信息相同的特性，这意味着它们可以通过适当的图像处理算法来过滤掉。为了获得独立于纸张所带有的印刷特征的纸张识别标志，可以使用文档(例如纸币)上最合适的位置。

热传感器也取得热发射不同的表面纹理。由此，它也会在一定程度上展示用比其周围环境低或高的热发射的黑色或彩色墨水制成的平面印刷。

当热指纹检测器在单面上扫描带有正反凹板印刷标记的文档时，可以通过单面扫描来取得双面(正面和反面)的叠加的浮雕图像。这允许例如经由简单的单面扫描来验证正反凹板印刷纸币。由非凹板印刷技术对纸币的仿制品不能通过指纹检测器的单次扫描产生正反面浮雕的所述叠加，并且由此方便地被识别为非真实的。

在另一实施例中，指纹检测器被用于验证编织材料，特别是纺织品。纺织品显著地是通过特定编织网格图案内部标记的；这种图案可以在数字编织机上方便地生成。接着可以使用所标记的纺织品，例如作为有商标的纺织商品的标签。

扫描类型的指纹传感器的图像处理算法一般包括图像获取和图像重建部分。图像获取部分以足够的分辨率获取指纹的一部分的图像帧序列。图像重建部分汇编所获取的帧以形成指纹的完整图像。接着图像数据可用于进一步处理。

在本发明的某些实施例中使用的热电扫描传感器以4位强度的分辨率递交例如一帧序列，每个帧是8x280像素。考虑到连续的帧的互相重叠，用图像重建算法来汇编连续的帧以形成指纹的完整图像。接着可以将重建的图像数据用于识别片状物品。

依照第一实施例，例如热电、微测辐射或光电传感器等热传感器被用于验证诸如印刷文档或标签等片状安全性物品；此处使得该物品与传感器区域接触，以便获得图像数据，并且使用适当的算法和预定义的真实性准则将该图像数据或至少其部分或从其中得到的数据与对应于原始物品的预先记录的数据作比较，并得出真实性结果。

依照一替换、优选实施例，首先用信号处理算法处理图像数据，该信号处理算法可以包括变换和/或滤波功能，接着将该图像数据与预先记录的数据作比较。所述信号处理可以具体地包括高通滤波，用于去除背景噪声；和/或包括低通滤波，用于去除折痕和抓痕。

所述信号处理还可以包括数学变换，具体地是积分变换(诸如傅立叶、拉普拉斯、梅林、汉克尔、阿贝尔、希尔伯特、哈特利、拉东、小波、斯特林、阿达马或Z变换)，优选的是傅立叶变换。

傅立叶变换的结果独立于可能在图像获取期间发生的横向平移。该独立性便于识别确定的识别标记或图案。傅立叶变换的使用也是因为稳健性尔推荐的。经傅立叶变换的数据集的每个点显著依赖于原始数据集的每个点，由此诸如可能通过部分破坏尔发生的一部分原始数据的丢失除了增加其背景噪声之外不会影响经傅立叶变换的数据。因此，经傅立叶变换的识别标志特别耐破损和褶皱。

图像数据的所述变换可以作为二维变换，或优选地(将经变换的数据简化为径向分布)作为一维表示来执行，该一维表示独立于定向(扫描方向)。旋转的不变性，即从所选扫描方向所取得的信息的不变性使得能够在实际应用中快速识别物品。

在又一实施例中，可以使用二维傅立叶变换来检测在片状物品中特意嵌入的识别标志。为此，在二维傅立叶图中定义了形成例如中央银行的徵标的多个离散的“识别标志点”，并且通过印刷技术来计算和具体化相应的行间隔和方向，例如作为凹板图像的不同部分中的离散区。于是，仅图像数据的傅立叶变换会展示隐藏的识别标志。对技术人员显而易见的是，这种识别标志也可以用其它印刷过程(印刷轮廓等)来实现；此外，它可以例如作为水印嵌入在纸张或片状物品的底层中。

在更一般的方式中，可以在二维傅立叶图中定义整个识别标志图像，并且可以通过傅立叶逆变换来计算真实空间中对应的图案。通过安排仅具有真实值的经变换的图案，图案可以例如作为水印被嵌入在纸张或片状物品的底层中，或者具体化为片状物品上的印刷标记。对应于图案的识别标志图像仅通过对图像数据的傅立叶变换展示。这种识别标志非常耐纸张的破损(揉皱、弄脏)。

对技术人员显而易见的是，所述嵌入的识别标志还可以被加密，使其仅可以经由适当的解密密钥来访问。

可选地，使用适当的算法可以在图像数据中确定印刷凹板笔画图案的主方向，并且具有与所雕刻的笔画相似定向的图像区域可以被定界并且与从原始图像获得的对应的预先记录的数据作比较。所述比较可以例如旨在识别印刷图案中的特有形状或确定的标记，用于验证目的。

还公开了用于验证片状物品的方法，包括以下步骤：a)如上文所公开的那样使得物品与指纹传感器接触；b)从指纹传感器获取图像数据，所述数据表示包括在物品中或其上的至少一个表征特征；以及c)使用适当的算法和真实性准则将图像数据与对应于原始物品的参考数据做比较，在此得出真实性结果。所述图像数据的获取可以在扫描模式中使用一维阵列指纹传感器或在静态模式中使用二维阵列指纹传感器来执行。

用于验证诸如价值文档或标签等安全性物品的另一方法的特征在于以下步骤：a)使得物品扫过热电指纹传感器的传感器区域，或相反亦可，b)获取所述物品的图像数据，以及c)将所述图像数据或得自其中的数据与对应于原始物品的预先记录的数据作比较。所述图像数据可以表示所述物品上的印刷特征，优选地是凹板印刷特征。

在依照本发明的还有一方法中，从所述物品的单个、第一面获取所述图像数据，且所获取的图像数据表示存在于所述物品第一和第二面两面上的信息。依照本发明，在与预先记录的数据做比较之前，可以用信号处理算法来处理图像数据，包括变换和/或滤波功能。变换可以是二维变换，优选地是傅立叶变换；优选地二维变换被简化为一维表示，以便于快速验证。

在用于验证诸如凹板印刷文档等片状物品的一种特定方法中，使用用于从物品的正面获取图像数据的第一热传感器和从物品的反面获取图像数据的第二热传感器的结合。这样，可以通过对物品的单次扫描以及对取得的相应图像数据的随后的相关来确认或否认例如凹板印刷标记的真实性。非凹板印刷技术显著地不能再现凹板印刷特有的正反可见的压纹效应。

在本发明的另一实施例中，文档验证设备包括至少一个指纹传感器(优选的是热传感器)和至少一个光学传感器的组合，以及用于处理和从两个传感器获取的图像并将其相关并得出真实性结果的处理装置。

一方面，指纹传感器捕捉例如由凹板印刷过程在文档中产生的凹凸的图像。另一方面，光学传感器捕捉文档上诸如扭索饰或肖像等有色印刷墨水特征的图像。由凹板印刷过程产生的文档由此会在两个传感器上产生相同的图像，一次作为压纹的凹凸，而一次作为有色墨水特征。指纹和光学传感器两者都可以被安排成同时捕捉文档的相同部分，例如如果压纹图像由例如热传感器在反面捕捉，而有色墨水特征例如由光学传感器在文档的正面捕捉。

两种类型的传感器获取的所述图像的处理和相关由处理装置执行，并且允许判定***到验证装置中的例如凹板印刷文档的真实性。依照该实施例的装置显著地提供对凹板印刷文档(具体为纸币)的稳健验证，因为它允许对显示没有对应于印刷特征的压纹的凹板仿造品的辨别。

所述光学传感器包括可以具体化为例如CCD或CMOS区域或行扫描摄像机的图像捕捉器，以及可以具体化为例如透镜或菲涅耳透镜的图像形成***，可任选的可以具体化为例如棱镜、反射镜或光纤的图像重定向***，可任选的可以具体化为例如高通、低通、带通、陷波、偏振滤波器或其组合，或电光滤波器的滤波器***，以及可以具体化为例如以紫外线(200-400nm)、可见光(400-700nm)或红外线(700-2500nm)波长范围发射的至少一个单色或多色发光二极管(LED)(特别优选的是白色LED)的照明***。

文档优选地在扫描模式中验证，即一次由光学和指纹传感器的每一个取得图像的每一行。两种类型的传感器被精确地相对于彼此定位，以允许分别由光学和指纹传感器取得的两个数据流的精确相关。从光学传感器获取的展示凹板打印文档的正面上的印刷彩色图案的图像由此应该对应于从指纹传感器获得的展示同一文档的反面上凹凸浮雕的图像。在质量不高的压纹纸上的诸如平面印刷等凹板仿造品不会示出正面上的光学图像和反面上的浮雕图像之间的相关。

在文档验证装置内部，使用适当的保持和传输装置，在导轨中向前移动要验证的文档，使得将文档保持在光学传感器的焦平面中并接触指纹传感器，并且使其以适当的速度移动通过设备。可以用手移动文档，在这种情况下优选地提供编码器以取得实际移动速度，或者可选地，它可以在适当的机电装置的帮助下移动。

对技术人员显而易见的是此处所公开的技术可用于纸币、价值文档、身份文档等。

还公开了一种用于验证片状物品的***，包括指纹传感器、电子处理设备以及在所述处理设备上实现的数据处理算法。

本发明还公开了使用指纹传感器作为诸如自动取款机(ATM)或自动贩卖机(AVM)等自动现金处理机器的一部分，旨在验证诸如纸币等价值文档。

现在在附图和示例性实施例的帮助下进一步示出本发明。

图1：示意性地示出使用热电扫描指纹传感器来验证文档上的凹板印刷标记。

图2：示出了由ATMEL制造的热电指纹传感器AT44C104B-EK3的图片

图3：a)示出了来自流通中的50瑞士法郎纸币的部分；

b)示出热电传感器所获取的对应于纸币上的名称印刷的凹板印刷标记图像数据的部分。

图4：a)示出了来自流通中的20欧元纸币的部分；

b)示出来自弓形连接的细线凹板图案的细节的图像数据；

c)示出ISARD凹板线图案的细节的图像数据。

图5：a)示出来自流通中的20美元纸币的部分；

b)示出了在所示区域中获得的、但是取自纸币反面的凹板印刷的图像数据。

c)示出了在数字滤波以去除折痕、抓痕和噪声之后相同的图像数据，

d)示出了由算法所识别的凹板笔画的主方向的定界区，

e)示出了如图5b)中所获得的图像数据的二维傅立叶变换。

f)示出了对图5e)的二维傅立叶变换的一维简化。

图6：a)示出了纺织品标签

b)示出了从所示区域获得的纺织品标签的图像数据；

c)示出了在数字滤波以去除折痕、抓痕和噪声后相同的图像数据；

d)示出了由算法所识别的相同的图像数据的主方向的定界区；

e)示出了在图6b)中所获得的图像数据的二维傅立叶变换；

f)示出了图6e)的二维傅立叶变换的一维简化。

图7：示出了用于同步捕捉浮雕和光学图像数据的文档验证装置的示例；

a)***了文档(D)的关闭的验证装置，指示了扫描方向；

b)打开的文档验证装置；该装置的顶部和底部各自都包含光学传感器(701)和热传感器(708)；传感器被互相对齐以便捕捉文档的顶部和底部两者的组合的光学和浮雕图像；

c)穿过关闭的文档验证装置的示意性横截面。

依照图1，在第一示例性实施例中，热指纹传感器(ATMELAT77C104B-EK3，图2)被用于获取新的和已使用的纸币上的凹板印刷标记的图像数据。对于每张纸币，使提供凹板印刷标记的区域以适当的速度(大约5厘米/秒)扫过传感器。传感器返回表征凹板浮雕印刷的凹凸的图像数据(图3b、4b、4c、5b)。

图3a示出了从流通中获取的50瑞士法郎纸币的部分，使其扫过ATMEL热传感器的指纹检测区域。图3b示出了从图3a中所示的局部框获得的热图像数据，即对应于名称“Fünfzig Franken”的凹板印刷标记。清楚地识别出凹板名称印刷的特性以及由于使用流通中的纸币而引起的纸张揉皱的可见痕迹。

类似地，图4示出了20欧元纸币的部分，其上指示了两个框。图4b示出了对应于弓形连接的凹板细节的热图像数据；图4c示出了从ISARD凹板线图案获得的热图像数据。

为了识别(验证)纸币，对应于原始凹板印刷标记的表征特征的参考数据被预先记录在验证装置的存储器内，并且使用适当的算法将扫描可疑文档所获得的图像数据与该预先记录的数据作比较。依照预定义的真实性准则，所述比较的结果被用于指示所怀疑的文档是否匹配原始文档的规范。

图5和6示出了可应用于所获取的热原始图像数据的各种信号处理处置的效果，以便提高所确定的表征特征的准确性和/或可见性，或用于得到表征验证识别标记。图5a示出了来自流通中的20美元纸币，在其正面有凹板印刷的肖像(Andrew Jackson)。图6a示出了纺织品标签。图5b、6b分别示出了从图5a、6a中的所示区域获得的热图像数据。此处20美元纸币的图像数据是从凹板印刷肖像的反面获取的；从纸币的两面都可以访问浮雕印刷。热传感器显然能够在对压印纸张的单次、单面扫描中检测到正反凹板印刷标记。通过简单的单面扫描对双面凹板图像数据的这种检测是独特的。

图5c、6c示出了在对其执行数字信号处理操作之后相同的图像数据；尤其是分别用于去除折痕、抓痕和高频噪声分量的低通和高通滤波。

图5d、6d示出了通过应用以下算法分别从图5c、6c获得的定向图：

对于图像的每个点，沿多个“连续的”所选方向取排成一行的n个相邻像素之和，并且该点处的线的最佳定向基于所获得的最大值来确定。

基于如此获得的方向图，可以为具有与雕刻的笔画相似定向的图像区域定界并将其与从原始图像获得的预先记录的数据作比较。所述比较的结果指示依照预先建立的真实性准则，所怀疑的文档是否匹配原始文档的规范。

在凹板印刷的情况下，该定向图特别有用，该定向图由在确定区域内具有大致相同方向的大致规则地间隔的线笔画组成。图5d示出了对这种凹板印刷区域的识别。在纺织品的情况下(图6d)，由于编织材料的交叉线，没有清楚定义的笔画方向可用。

依照本发明的又一实施例，对所获取的图像数据执行频谱数据处理。优选的算法是傅立叶变换，它将数据从空间取到频域，并允许去除可能在扫描操作期间发生的平移效应。由于凹板印刷包含雕刻的线，它们通常是以规则的间隔走向的，频谱表示允许区分和突出出现在所扫描的区域内这些特定的频率。

图5e和6e分别示出了图5b、6b的热图像数据的二维傅立叶变换。这种变换可以使用库利和图基的快速傅立叶变换算法(FFT)来高效地计算。2D-FFT表示在图像平面中的特有频率及其相对方向。图5e、6e中的可见暗区分别示出了在图5b、6b中给出的原始图像数据的主要频率分量的方向和重要性。

通过与从经鉴定的原始文档获得的预先记录的数据(参考数据)作比较，所怀疑的物品的热图像数据的2D-FFT的特有特征可用于识别物品。

原始图像的旋转(例如通过在与用于生成参考数据的扫描方向不同的方向扫描文档)将产生2D-FFT图的相应旋转。因为没有平移的可能，所以比较机制可以简单地考虑这种潜在旋转。如技术人员所公知的，例如可以使用旋转角作为相关参数，通过参考和样本数据两者的数学相关来计算旋转。如果归一化的相关值在确定的旋转角处接近单位，那么确认了被怀疑的物品的真实性。或者，也可以使用反复试验方法来查明所怀疑的物品是否匹配参考数据。

或者，为了消除角度依赖性，也可以将2-D傅立叶变换图简化为一维表示。这可以通过以下形式的简单算法实现，其中f(x，y)表示范围从(-xman，-ymax)到(xman，ymax)的2-D傅立叶变换图，而I(r)表示范围从0到rmax的一维表示：

对于r:＝0到rmax，I[r]＝0

对于x:＝-xmax到xmax，开始

对于y:＝-ymax到ymax，开始

r:＝integer(sqrt(x＊x+y＊y))；

I[r]:＝I[r]+f[x，y]；

(*阀值选项*)；

如果f[x，y]＞阀值，那么I[r]:＝I[r]+f (x，y)；

结束(*对于y*)；

结束(*对于x*)；

(*缩放选项*)

对于r:＝1到rmax，I[r]:＝I[r]/r

如此获得的傅立叶图的一维表示是凹板或其它图案的扫描方向无关以及平移无关的识别标记，并且可用于直接将被怀疑的物品的特性与对应的参考数据作比较。

图7示出了本发明的还有一实施例，用于对文档上的凹板浮雕和印刷的彩色特征进行同时验证。至少一个光学传感器和至少一个热传感器彼此对齐，以便同时扫描凹板印刷的文档的正面和反面。

参考图7a，文档被***到文档验证装置中并且沿着所示的方向横向扫描。如图7b所示，该验证装置在顶部和底部都各自包含了光学传感器(701)和热传感器(708)；传感器相互对齐以便捕捉文档的顶部和底部两者的组合的光学和浮雕图像。该装置还包括用于向前移动文档的传输装置，以及将文档保持在光学传感器的焦平面中并与热传感器接触的导轨。

图7c示出了穿过该文档验证装置的示意性横截面。存在光学和热传感器的两种组合，两种类型的每一种的两个传感器各自面对面对齐：在底部左侧的热传感器(708)排列在光学传感器(701)之前，该组合包括具体化为45°棱柱的图像重定向***(705)、具体化为聚焦透镜的图像形成***(704)、具体化为IR截止滤波器的滤波器***(703)、具体化为线扫描CCD摄像机的图像捕捉器(702)以及具体化为两个白LED的照明***(706)。还提供了保持所述文档靠近所述传感器的保持和传输装置(707，707’)。

提供了光学和热传感器的第二组合(701’、702’、703’、704’、705’、706’、708’)用于同时从反面扫描文档。这在文档包含双面凹板印记的情况下尤其需要。

将两个传感器定位成面对面便于将所获取的图像进行相关。处理单元处理由光学和热传感器的两个组合获得的所获取的图像数据。在所述处理单元上实现的相应算法允许比较图像，即识别由光学传感器(701，701’)展示的凹板印刷是否匹配热传感器(708，708’)展示的压纹浮雕。

人体工程学文档导轨用于方便文档验证装置中文档的前进。保持和传输装置(707)用于确保热和光学传感器的正确的图像获取，此外，这些所述装置允许维持文档正确地定位在导轨中。可以提供编码器以使得处理装置能够取得导轨中文档的实际移动速度。

对技术人员显而易见的是，本发明所公开的技术还用于识别除了印刷标记外的其它特征，例如在其制造过程期间产生或引入到纸张或片状物品的基础材料中的纸张识别标记。这种纸张识别标记可以从在制造过程中由用于纸浆脱水的网屏和/或在造纸厂完成的其它处理中赋予纸张的内在特性。

引入和检测纸张识别标记以及印刷标记的可能性提供了对纸币或另一价值或身份文档的类型以及起源进行机器检测的新的机会。例如，如果自动取款机(ATM)要仅接受一种普通类型的纸币，那么嵌入在该ATM内的热指纹传感器会能够基于相应的纸张识别标记来方便地检测它。

在本发明的另一实施例中，热指纹传感器被嵌入到自动取款机(ATM)中，用于识别纸币。

一般地，允许对纸币的跟踪能力的所述识别可以按两种方式发生：一方面，在组级别的识别，例如识别纸币的名称，另一方面，在物品级别，即定义个别纸币的真实性和唯一性。

发现也可以从在热指纹检测器的帮助下获得的图像数据读出(解码)纸币和其它片状物品的凸版印刷机印刷的序列号。在诸如纸张识别标记、凹板印刷标记等个别纸币及其预先记录的“识别标记”的可见序列号之间的匹配允许检查纸币的个体身份。预先记录的“识别标记”是可以存储在数据库内的原始物品的那些“识别标记”。

一般地，ATM被连接到银行间网络，使得人们能够从他们的帐户提款或向他们的帐户存款，无论哪一种。用于存款或自动兑换的纸币接收器需要对所接受到的纸币的可靠验证。至少一个热指纹传感器可以被嵌入在ATM中并依照本发明使用，作为执行这种纸币验证的快速而简单的工具。

在另一应用中，至少一个热指纹传感器被嵌入到AVM(自动贩卖机)中。当消费者提供所需量的货币时，贩卖机分发商品或交通票。AVM接受伪造的纸币是反复出现的问题。在用于商品和公共交通票自动贩卖机中实现的热指纹传感器可有效地有助于解决该问题。

Claims (1)

1.一种用于验证片状物品的***，包括：

加热元件，可用于将片状物品暴露于所述加热元件，所述片状物品包括在所述片状物品内或所述片状物品上的至少一个特性特征；

具有传感器区域的热传感器，可用于当所述片状物品暴露于所述加热元件之后与所述传感器区域相接触时从所述片状物品获取图像数据，所获取的图像数据代表包括在所述片状物品内或所述片状物品上的至少一个特性特征；

电处理设备；

在所述电处理设备上实施数据处理算法和验证标准，可用于将所述图像数据或者由其推导出的数据与对应于原始片状物品内或原始片状物品上的特性特征的参考数据作比较从而推导出验证结果；

其特征在于，

所述热传感器是热电指纹传感器，可用于当在所述传感器区域上移动所述片状物品时获取所述图像数据；以及

所述热电指纹传感器包括所述加热元件，配置所述加热元件的温度微高于周围环境的温度，以及设置所述加热元件在所述片状物品在所述传感器区域上移动的方向上在所述热电指纹传感器的传感器区域之前，以便所获取的图像数据反映所述片状物品的表面暴露于所述加热元件后其上出现的微小的温度差异。

Images