CN115230363B - 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品 - Google Patents

光学防伪元件及其设计方法、防伪产品 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品，属于防伪技术领域。所述光学防伪元件具有大致平顺的漫反射性曲面，入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；所述漫反射性曲面包括被修饰的曲面区域和未被修饰的曲面区域，所述被修饰的曲面区域和所述未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，其中，所述被修饰的曲面区域与动画帧的图案区域相对应；在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为动感特征的背景。其制造工艺简单且可灵活实现颜色和/或明暗对比等的动感特征。

Description

光学防伪元件及其设计方法、防伪产品
技术领域
本发明涉及防伪技术领域，具体地涉及一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品。
背景技术
为了防止利用扫描和复印等手段产生的伪造，钞票、金融票据等各类高安全或高附加值产品中广泛采用了光学防伪技术，并且取得了非常好的效果。
目前，引人注目的技术是由制版决定的微结构与光变层相结合，如中国专利CN102712207 A和CN 107995894 A公开的，通过预先设计的微反射面调制反射光线的亮度分布，从而实现动感效果，并可以叠加干涉镀层实现颜色变化和动感效果的结合。这通常可产生图案，如线条、圆环、曲线或文字的多种运动效果，并可以产生三维立体感。但是，绝大多数情况下，图案和背景的颜色色调只能是相同的，明暗对比关系也基本是单一的，难以实现多种颜色或任意明暗关系的动感特征。
通过基于微透镜和微图案的莫尔放大构造还能产生具有三维深度效果的展示图，例如专利WO 2005/052650 A2中所述。在此，利用由具有相似但不完全相同周期的微透镜组成的网格放大由很多小微图案构成的周期性展示图。通过这种方式，能够产生明显位于实际表面之前或之后的立体感，或者能够产生所谓的正交视差运动。但是，这种莫尔放大构造的不利之处在于其制造比较复杂，需要用于微透镜和微图案的两个压印步骤，且两步之间需要精确的对准。
最后，例如专利WO2014/108303A1中所述，将磁性排列的反射颜料与具有相应形状的磁体对准，从而产生可包括一定的深度效果的明亮(尤其是环状)的动感效果。这种效果非常明亮且很容易看清，但是所需的磁性油墨较昂贵，并且效果的种类和分辨率受可用磁体的限制，难以随意调节。
以上发明除了已列出的不足外，都采用了“单元”形式的结构，例如微反射面、颜料片、微透镜单元，单元之间斜率的突变和空隙不可避免的造成无法充分表示元件的展示面积，并降低图像的分辨率。因此，需要开发一种表现力足够细致、制造工艺简单且可灵活实现颜色和/或明暗对比等的动感特征的光学防伪元件。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品，其制造工艺简单且可灵活实现颜色和/或明暗对比等的动感特征。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，所述光学防伪元件能够呈现动感特征，所述动感特征被预先设计为一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧的再现，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；所述光学防伪元件具有大致平顺的漫反射性曲面，入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；所述漫反射性曲面包括被修饰的曲面区域和未被修饰的曲面区域，所述被修饰的曲面区域和所述未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，其中，所述被修饰的曲面区域与所述图案区域相对应；在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景。
可选的，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是周期性的。
可选的，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是非周期性的。
可选的，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离为5μm至100μm，优选为10μm至30μm。
可选的，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均高度差为1μm至10μm。
可选的，所述未被修饰的区域的至少一部分为光滑的或是带有次级结构的。
可选的，所述被修饰的区域通过以下多种方式中的一者或多者被修饰：使所述被修饰的区域增加次级结构；使所述被修饰的区域变得光滑；使所述被修饰的区域变得平坦；使所述被修饰的区域设置为与未被修饰的区域相比具有凸起或凹陷；调整所述被修饰的区域的角度，使得所述入射光被反射至超出所述预设观察角度集合Ωv的范围；或者使所述被修饰的区域的镀层或涂层的厚度调整为不同于所述未被修饰的区域。
可选的，在所述被修饰的区域通过所述多种方式中的两种或两种以上的方式被修饰的情况下，所述两种或两种以上的方式以并行组合和/或串行组合的方式存在。
可选的，所述的次级结构的横向特征尺寸为0.2μm至5μm。
可选的，所述被修饰的区域的宽度为0.5μm至20μm，优选为2μm至10μm。
可选的，所述不同的反射特性是指所述被修饰的区域与所述未被修饰的区域在所述入射光照射时具有不同反射颜色、不同反射亮度、或者不同反射质感的一种或其组合。
相应的，本发明实施例还提供一种用于光学防伪元件的设计方法，所述方法包括：设计一动感特征，所述动感特征为一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧的再现，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；设计用于所述光学防伪元件的大致平顺的漫反射性曲面，使得入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；基于所述一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，使得所述被修饰的区域与未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景。
可选的，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是周期性的。
可选的，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是非周期性的。
可选的，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离为5μm至100μm，优选为10μm至30μm。
可选的，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均高度差为1μm至10μm。
可选的，基于所述一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，包括：将所述一组动画帧中的每一个动画帧和所述漫反射性曲面进行像素化；确定所述每一个动画帧的第一方位角和第一俯仰角，所述第一方位角和所述第一俯仰角根据所述动画帧的观察角度被确定；确定所述漫反射性曲面的各像素的第二方位角和第二俯仰角，所述第二方位角和第二俯仰角根据所述漫反射性曲面的像素处的法向量确定；针对所述一组动画帧中的每一个动画帧执行以下步骤：在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与动画帧的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，从而在所述漫反射性曲面中形成与所述动画帧的图案区域相对应的区域；以及对在所述漫反射性曲面中形成的与所述动画帧的图案区域相对应的区域进行修饰。
可选的，在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与图案区域的像素的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，包括：在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素的预设距离范围内，寻找与二分之一的所述第一方位角之间的角度差在第一预设角度差范围内的第二方位角、与所述第一俯仰角之间的角度差在第二预设角度差范围内的第二俯仰角对应的像素。
可选的，所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离小于100μm，优选小于50μm；和/或所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差小于3°，优选为小于0.5°；和/或所述第二预设角度差范围是指与所述第一俯仰角之间的角度差小于3°，优选为小于0.5°。
可选的，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，包括执行以下方式中的一者或多者：使所述被修饰的区域增加次级结构；使所述被修饰的区域变得光滑；使所述被修饰的区域变得平坦；使所述被修饰的区域设置为与未被修饰的区域相比具有凸起或凹陷；调整所述被修饰的区域的角度，使得所述入射光被反射至超出所述预设观察角度集合Ωv的范围；或者使所述被修饰的区域的镀层或涂层的厚度调整为不同于所述未被修饰的区域。
可选的，所述动感特征为平动、转动、缩放、变形、隐现、阴阳转换的一种或其组合；和/或所述的光学对比度为人眼可见的不同颜色、不同亮度、不同质感的一种或其组合。
可选的，所述被修饰的区域的宽度为0.5μm至20μm，优选为2μm至10μm。
相应的，本发明实施例还提供一种使用上述的光学防伪元件的防伪产品。
相应的，本发明实施例还提供一种数据载体，所述数据载体具有上述的光学防伪元件，或者具有上述的防伪产品。
本发明实施例提供的光学防伪元件制造工艺简单且可灵活实现颜色和/或明暗对比等的动感特征，另外能够在宏观上呈现各种多色动感特征的同时，微观上不具有直接可识别的排布规则，从而在微结构设计和制造工艺等多维度增强伪造的难度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中，为了清楚起见，图示不是按比例绘制的。在附图中：
图1为光学防伪元件的漫反射性曲面区域对入射光线的漫反射作用示意图；
图2为一种周期性漫反射性曲面区域的设计示例；
图3为一种非周期性漫反射性曲面区域的设计示例；
图4为一个根据动画帧确定要被修饰的曲面区域的实施例；
图5为另一个根据动画帧确定要被修饰的曲面区域的实施例；
图6为被修饰的曲面区域的局部或整体的修饰方式示意图；
图7为光学防伪元件在钞票上使用的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明实施例一方面提供光学防伪元件，所述光学防伪元件能够呈现动感特征，所述动感特征被预先设计为一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧的再现，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；所述光学防伪元件具有大致平顺的漫反射性曲面，入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；所述漫反射性曲面包括被修饰的曲面区域和未被修饰的曲面区域，所述被修饰的曲面区域和所述未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，其中，所述被修饰的曲面区域与所述图案区域相对应；在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景，也即所述被修饰的反射面元共同再现出所述动感特征的图案，所述未被修饰的反射面元共同再现出所述动感特征的背景。
所述不同的反射特性是指所述被修饰的区域与所述未被修饰的区域在所述入射光照射时具有不同反射颜色、不同反射亮度、或者不同反射质感的一种或其组合。
在漫反射性曲面被入射光照射时，在每个动画帧对应的观察角度下，能够观察到该动画帧，其中，观察到的动画帧的图案是由被修饰的曲面区域呈现的，观察到的动画帧的背景是由未被修饰的曲面区域呈现的。
本发明实施例所述的“一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧”是指观察角度与动画帧一一对应，一个观察角度对应一个动画帧。
本发明实施例所述动感特征实质上是指在观察角度改变时所出现的动感特征。原则上，观察角度可以为光源(即入射光)、元件和观察者三个要素中的一个或多个要素的角度。例如，在照明光源和人眼位置保持不变的情况下，将所述的光学防伪元件或带有该光学防伪元件的物品拿在手中，通过前后或左右晃动元件，即改变光学防伪元件的角度，即可看到所设计的动感特征。本发明为简化叙述，通过观察者的眼睛与所观察点的连线定义观察方向，由此定义观察角度。应注意，该定义不会本质影响或限制本发明实施例的任何相关内容。观察角度为三维空间参量，因而需要分解为至少两个角度加以准确描述。例如，可以采用俯仰角和方位角共同描述，也可以采用与所述观察方向与x、y、z三个坐标轴的夹角来共同描述。
所述动画帧的图案可设计为字母、数字、字符、符号或几何形状(尤其是圆形、椭圆形、三角形、矩形、六边形或星形等)。上面所述的动感特征泛指元件所呈现出的、人眼直接可见的设计图案的任意平动、转动、缩放、变形、隐现、阴阳转换等中一者，也可以为这些动感特征的任意组合。所述平动可以设计为设计图案在特定的一个方向平动，也可以设计为可以在多个方向平动，其平动方向与观察方向相关联。一种常用的组合特征为在设计动画帧图案位置发生变化的同时，其形状也发生变化，如圆形幻变为方形。动感特征可以具有图案的正交视差运动行为，即图案的运动方向始终与观察方向的改变相垂直，通过反直觉的现象进一步吸引观察者注意。动画帧图案的运动可通过双眼水平视差的原理产生漂浮在元件所在平面的上方或下方的立体感。所述图案还可包括呈现相同或不同的运动行为和/或相同或不同的漂浮高度或漂浮深度的多个子图案。尤其是，所述图案可包括至少第一曲线和第二曲线，当分别从第一或第二观察方向观察时，这些曲线分别呈现为位于第一或第二区域的中心位置处的第一或第二目标曲线。当防伪元件倾斜时，这两个曲线最好沿不同的(优选相反的)方向运动，从而产生特别动态的外观。应理解，采用同样的方式，防伪元件的图案还可包括不止两个曲线，当防伪元件倾斜时，这些曲线可沿相同或不同的方向运动。例如，字母数字字符串形式的曲线可交替地显现不同的运动行为，例如交替地漂浮在平面图案区的平面上方或下方，并且在倾斜时按照其漂浮高度运动。各种动感特征的具体原理可参照已有专利文本CN 102712207 A、CN 107995894 A、WO 2005/052650 A2等。本发明实施例中术语“图案”和“图案区域”可以相互替代。
所述的动感特征在具体设计时可通过计算机软件，如数学计算软件、图案处理软件等生成的一组图片来代表。例如使用格式为bmp的位图，通过0-255的灰度值体现不同颜色的设计图案以及图案的共同背景。每一张图片对应着一个特定观察角度下呈现给人眼的视觉信息，称为所设计的动感特征的一帧动画。
所述的观察角度集合Ωv是指当人眼的观察角度在该集合内变化时可以看到预设的全部动感特征。所述光学防伪元件可能将照明光反射至该集合之外，但这些反射光线可以与所设计的动画特征没有联系，也可以为动感特征提供较为暗或黑的视觉信息。观察角度集合Ωv可以用方位角和俯仰角描述，例如，方位角可设计为0-360°，而俯仰角可以为0-35°或10-50°等等，即在人眼处于该圆锥形的区域都可以看到动感特征。该角度参数的设定取决于设计者的目的、观察者的所拥有的照明环境、观察习惯等等。
所述漫反射性曲面S区域可以使用俯仰角和方位角确定各处曲面区域的朝向。当然，也可以用其他参数确定曲面区域的朝向，特别是所采用的是彼此正交的参数，比如曲面区域的方向的两个正交分量。为产生足够精细的图案和连续变化的动感特征，漫反射性曲面S的波动特征长度，也就是相邻波峰和波谷间的平均距离，最好小于在人眼的识别能力，在明视距离该识别能力通常为约100μm，更近的距离则会提高该分辨能力。因而，相邻波峰和波谷间的平均距离不宜大于100μm。另一方面，过小的距离会对光产生明显的衍射，影响动感特征颜色稳定性。横向尺寸在5μm至100μm的距离则可在产生足够细腻的特征的同时，不产生明显的衍射彩虹色，横向尺寸可进一步优选为10μm至30μm。漫反射性曲面S中波峰和波谷间的平均距离可用下面的方法算出。在漫反射性曲面S中选取面积为A的正方形区域，找出该面积A内所包含的波峰数目N，并认为波峰和波谷数目基本相同，则上述的平均距离
本发明实施例中，漫反射性曲面S是连续且平顺的，即曲面无断点、裂缝，同时曲面没有棱角。满足一阶导数都是基本连续的。例如，由方程S(x,y)＝sin(2πx/px)sin(2πy/py)所定义的曲面在x、y方向都是连续且平顺的，Px和Py是在x和y方向的周期。实际制作的精度当然是有限的，漫反射性曲面S大致平顺即可达到本发明的目的。此外，实际使用并不要求漫反射性曲面S处处平顺，大部分区域，比如80％以上面积的曲面具有平顺特性，既可以达到本发明的目的。漫反射性曲面S可以至少在一个方向上是周期的，例如，漫反射性曲面S可以在x，y两个方向同时具有周期性，例如由以下表达式所确定的曲面：
S(x,y)＝sin(2πx/px)sin(2πy/py)。
其中，px表示在x方向的周期，py表示在y方向的周期，x和y表示自变量。
当然，也可以只在一个方向上(例如x方向上)具有周期性，例如由以下表达式所确定的曲面，其同样满足平顺性的要求。
S(x,y)＝sin(2πx/px)。
一般的，考虑到一个周期为P的函数可以使用傅里叶级数的方式进行分解，以一维周期函数S(x)为例，
其中/>
反过来，可以设定系数Cn，N，可利用下面的公式构造一个周期性函数，其中N为正整数。
对于非周期漫反射性曲面S，可利用计算机程序生成矩阵随机高度矩阵，此高度矩阵的数值代表漫反射性曲面S上的数个散点。通过将此矩阵一定差值处理或模糊处理，即可获得非周期性的漫反射性曲面SS。
所述的漫反射性曲面S的主要作用是在所设定的观察角度集合Ωv产生均匀的反射光，与一般办公用纸所产生的漫反射的视觉印象类似。为达到该目的，各个曲面区域的朝向需在角度的连续集合Ωs内选取，所述朝向例如可以用方位角和俯仰角限定。所述角度连续集合Ωs的选择须将入射光均匀地至少反射至观察角度集合Ωv内，因而Ωs须覆盖一个由入射光方向ωi和Ωv共同确定的最小集合。等价的，反射性曲面S将入射光反射至角度集合Ωr，Ωr覆盖观察角度集合Ωv，即Ωv是Ωr的子集或真子集。特别地，Ωs设计为由入射光方向ωi和Ωv共同确定的最小集合，即Ωv与Ωr相同。例如，在入射光正入射至元件表面时，即元件处于xy平面，入射光沿着z方向，根据几何反射定律，Ωs的元素的方位角与Ωv的元素的方位角相同，而其元素的俯仰角为Ωv的元素的俯仰角一半。
为实现所述的动感特征，需要根据所述每一幅动画帧的每一个像素点对漫反射性曲面进行修饰，从而改变在观察角度集合Ωv内均匀的反射光分布。漫反射曲面的大小应大于所有动画帧共同呈现时所占的面积的大小，以使得每幅动画帧都能无缩放的对应到漫反射性曲面上，从而动画帧的图案区域的每个像素都能在漫反射性曲面找到对应的位置点，该位置点将被修饰。
根据某一动画帧包含的图案区域所在的位置Pv和其被观察的角度ωv，找到需被修饰的曲面区域的位置Ps和角度ωs，例如可以每像素的寻找需要被修饰的曲面区域的位置和角度。原则上，Pv和Ps应为相同位置，且ωv，ωs和入射光角度ωi三者之间需满足几何光学的反射定律，即入射光线、反射光线、曲面区域的法线处于同一平面，且入射角等于反射角。这里用ωs＝f(ωv,ωi)表示三者存在定量关系，具体的计算公式在一般光学教科书上均可查到，例如玻恩的《光学原理：光的传播、干涉和衍射的电磁理论》。实际设计中，当Pv＝Ps时，该位置的曲面区域的角度ωs可能不会恰好与ωv和ωi满足几何反射定律。因此，可在一定的位置范围、一定的角度范围内修饰曲面区域，即：
Ps∈(Pv-ΔP,Pv+ΔP)
ωs∈(f(ωv,ωi)-Δω,f(ωv,ωi)+Δω)
其中，位置偏差ΔP，角度偏差Δω的选择根据曲面区域尺寸、人眼对角度和尺寸的分辨率、所设计的动感特征具体确定，其原则是能够找到至少一个应修饰的曲面区域，同时与设计图案不产生人眼可分别的差别。一般位置偏差ΔP小于100μm，优选为小于50μm，角度偏差Δω定义为被修饰的曲面区域的法线方向与图案预设观察角度所对应的曲面区域的法线方向夹角，角度偏差Δω应小于3°，优选为小于0.5°。
一般的，设两个曲面区域的俯仰角分别为θ1，θ2，方位角分别为这两个曲面区域法线的夹角可通过下面的公式计算：
在具体执行时，可以将每一个动画帧像素化，将漫反射性曲面像素化。在可选情况下，也可以仅对每一个动画帧的图案区域进行像素化。像素化的本质就是将动画帧划分成例如NxM个小区域，每个小区域的所占面积例如可以非常小。类似的漫反射性曲面经像素化后划分成的小区域也可以非常小。例如，本发明实施例所述每个小区域的宽度可以为0.5μm至10μm，优选为2μm至4μm，相应的，所述每个小区域的长度可以为0.5μm至10μm，优选为2μm至4μm。
进一步可以确定每一个动画帧的第一方位角和第一俯仰角，每一个动画帧一一对应一个特定的观察角度，因而所述第一方位角和所述第一俯仰角可以根据所述动画帧的观察角度被确定。本发明实施例中，观察角度是一个在直角坐标系里的方向矢量。所述方向矢量和xy平面的夹角定义为俯仰角(也可以说成是与z轴夹角的余角)。把所述方向矢量投影到xy平面上形成投影矢量，该投影矢量和x轴的夹角定义为方位角。
进一步可以确定所述漫反射性曲面的各像素的第二方位角和第二俯仰角，所述第二方位角和第二俯仰角根据所述漫反射性曲面的像素处的法向量确定。漫反射性曲面中，像素的方位角可以定义为该像素处法向量与x轴的夹角，俯仰角可以定位该像素处法向量与z轴的夹角。本发明实施例中定义的xyz坐标中，xy平面为光学防伪元件所在平面，x轴可以为光学防伪元件的纵向方向，y轴可以为光学防伪元件的横向方向，z轴可以为与光学防伪元件垂直的轴。
针对所述一组动画帧中的每一个动画帧可以执行以下步骤：在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与动画帧的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，从而在所述漫反射性曲面中形成与所述动画帧的图案区域相对应的区域。例如，可以同比例的将所述一组动画帧垂直投影在所述漫反射性曲面上，从而可以确定出所述漫反射性曲面上与每个动画帧中的每个像素相对应的位置。寻找与动画帧的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素可以包括：在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素的预设距离范围内，寻找与所述第一方位角之间的角度差在第一预设角度差范围内的第二方位角、与二分之一的所述第一俯仰角之间的角度差在第二预设角度差范围内的第二俯仰角对应的像素。可选地，在俯仰角很小的情况下，方位角的差别变得不再重要。因此，在俯仰角比较小的情况下，可以不考虑方位角，仅在预设距离范围内，寻找与二分之一的所述第一俯仰角之间的角度差在第二预设角度差范围内的第二俯仰角对应的像素。所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离小于100μm，优选小于50μm。所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差小于3°，优选为小于0.5°。所述第二预设角度差范围是指与二分之一的所述第一俯仰角之间的角度差小于3°，优选为小于0.5°。针对图案区域的一个像素，可能会在所述漫反射性曲面中找到一个或多个符合条件的像素，可以对这一个或多个符合条件的像素均进行修饰。在漫反射性曲面中找到与动画帧的图案区域的每个像素相匹配的像素之后，这些相匹配的像素就形成与所述动画帧的图案区域相对应的区域。对在所述漫反射性曲面中形成的与每个动画帧的图案区域相对应的区域进行修饰，即可形成被修饰的曲面区域。
所述的对曲面区域的修饰可以在被修饰的曲面区域增加次级结构，该次级结构的特征尺寸明显小于曲面区域的特征尺寸，因而可以沿着曲面区域的走向铺展在曲面区域表面。漫反射性曲面的曲面区域的特征尺寸可以由相邻波峰和波谷之间的平均距离来表征。次级结构的横向特征尺寸为0.2μm至5μm，对可见光可产生衍射作用或吸收作用。吸收作用可通过表面等离子共振吸收的原理，通过亚波长尺度的光栅结构吸收特定频率集合的入射光，从而改变反射光的颜色，同时保持原有的反射方向。通常当亚波长结构的深度比较深时，如300nm至700nm的可在更广泛的频率集合内产生有效的吸收，从而明显降低该方向的反射光的亮度，即该亚波长结构成为光学吸收或光学黑结构。
被修饰的曲面区域在修饰前可整体带有所述的次级结构，在观察角度集合Ωv内产生均匀的反射光分布的同时，并提供特定的颜色或亮度特征。因而，所述的对曲面区域的修饰可以将被修饰的曲面区域的局部或整体变得光滑。例如去除被修饰的曲面区域的次级结构，使之对可见光全波段产生较高反射率的镜面反射。可选地，可以设置未被修饰的曲面区域的至少一部分为光滑的或带有次级结构的。
所述的对曲面区域的修饰可以是将被修饰的曲面区域变得平坦，从而被修饰的曲面区域只能将入射光反射至特定一个反向。在其他观察角度下，该修饰区域均不提供或只提供很少的反射光，从而产生较其他区域更暗或者更黑的视觉感知。
所述的对曲面区域的修饰可以是调整被修饰的曲面区域的角度，从而被修饰的曲面区域将所有入射到所述被修饰的曲面区域的光线反射至超出预设观察角度集合Ωv的方向。一般将曲面区域的俯仰角增大并超过一个由入射光方向ωi和Ωv共同确定的最小集合，即可将入射光反射至超出Ωv所确定的集合。该被修饰的曲面区域不提供或只提供很少的反射光，从而产生较其他区域更暗或者更黑的视觉感知。
为产生足够对比度的图案，被修饰的曲面区域所在的表面或与被修饰的曲面区域所在的表面相对的表面(例如未被修饰的曲面区域)可具有镀层或涂层。这包括反射增强涂层(尤其是金属化层)、反射增强镀层、反射油墨层、吸收油墨层、高折射率材料涂层、高折射率材料镀层。反射增强涂层、镀层或反射油墨层优选具有色移效果，即在不同观察角度下具有颜色的色调变化，例如采用法布里波罗干涉结构。可替代地，反射区域和曲面区域也可压印在反射油墨层或吸收油墨层中。
所述的对曲面区域的修饰可以是将被修饰的曲面区域较周边未被修饰的区域形成凸起或凹陷；或者所述的对曲面区域的修饰可以是被修饰的曲面区域的镀层或涂层厚度不同于未被修饰的区域。例如，在被修饰的曲面区域具有反射性镀层、涂层或油墨，同时在未被修饰的曲面区域没有反射性镀层、涂层或油墨；或者在被修饰的曲面区域没有反射性镀层、涂层或油墨，同时在未被修饰的曲面区域具有反射性镀层、涂层或油墨。
所述的对曲面区域的修饰可以是上述多种修饰方式的串行方式组合使用。比如，在被修饰的曲面区域形成较未被修饰的曲面区域低的凹陷，然后在凹陷中增加次级结构，最后在将次级结构区域的反射性镀层去除(即与未被修饰的曲面区域的反射性镀层具有不同厚度)；或者，在被修饰的曲面区域形成较未被修饰的曲面区域低的凹陷，并在凹陷里填充颜色油墨，其厚度明显大于未被修饰的曲面区域的油墨的厚度。所述的对曲面区域的修饰可以是多种修饰方式的并行方式组合使用。比如，在被修饰的曲面区域的一部分形成平坦的凹陷，并在该被修饰的曲面区域的另一部分沿着曲面区域的朝向增加次级结构。所述的对曲面区域的修饰可以为以上修饰方式的串行组合方式和并行组合方式的再次组合使用。
本发明实施例中，根据所产生图案的可见程度，修饰区域的宽度为0.5μm至20μm，优选为2μm至10μm。被修饰的曲面区域较未被修饰的曲面区域具有不同反射颜色、不同反射亮度、不同反射质感的一种或组合。
所述的光学防伪元件在观察角度集合Ωv内，被修饰的曲面区域共同呈现为动画帧的图案，未被修饰的曲面区域共同呈现为动画帧的背景。图案区域较背景区域具有不同的光学对比度，具体可为人眼可见的不同颜色、不同亮度、不同质感的一种或组合。
相应的，本发明实施例还提供一种用于光学防伪元件的设计方法，所述方法可以包括：设计一动感特征，所述动感特征为一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；设计用于所述光学防伪元件的大致平顺的漫反射性曲面，使得入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；基于所述一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，使得所述被修饰的区域与未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景。
所述的动感特征在具体设计时可通过计算机软件，如数学计算软件、图案处理软件等生成的一组图片来代表。例如使用格式为bmp的位图，通过0-255的灰度值体现不同颜色的设计图案以及图案的共同背景。每一张图片对应着一个特定观察角度下呈现给人眼的视觉信息，称为所设计的动感特征的一帧动画。本发明实施例所述的用于光学防伪元件的设计方法的具体工作原理及益处可以参考本发明实施例所述的关于光学防伪元件的描述，这里将不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种使用本发明任意实施例所述的光学防伪元件的防伪产品。所述防伪产品例如可以是防伪线、防伪条、防伪标等形式。本发明实施例还提供一种具有本发明任意实施例所述的防伪元件或本发明任意实施例所述的防伪产品的数据载体，可以将防伪元件或防伪产品布置在数据载体的不透明区中、以及数据载体中的透明窗口区或贯通开口内或其上方。所述数据载体尤其可以是有价文件，例如钞票(尤其是纸质钞票、聚合物材料钞票或薄膜复合材料钞票)、股票、权证、证书、票券、支票、高价值的入场券，但是也可以是识别卡，例如***、银行卡、现金卡、授权卡、个人身份证、或护照的个人信息页等。
下面将结合附图对本发明实时提供的光学防伪元件及其制作方法进行进一步的描述。
图1为光学防伪元件的漫反射性曲面区域对入射光线的漫反射作用示意图。光学防伪元件1所在平面定义为xy平面，漫反射性曲面S由多个平顺连接的曲面区域3构成。本发明实施例中平顺连接指被连接的两个面的一阶导数是连续的，也就是说没有连接处但连上了，没有断裂并且也没有楞。所述曲面区域3能够具有凸起和凹陷。在图1中，光学防伪元件带有基材6，所述漫反射性曲面S位于基材的一侧。然而基材6的存在是加工过程的需要，其可以不属于光学防伪元件本身的一部分。基材6可以作为光学防伪元件1所形成的防伪产品的一部分。当然，基材在防伪产品中也可以被去掉，例如烫印产品中，结构层被转移到其他载体中，而基材6不成为防伪产品的一部分。基材6不成为光学防伪元件1的必要组成部分。入射光4入射至基材带有漫反射性曲面的一侧，入射光4经漫反射性曲面S的反射作用，形成多个不同方向的反射光线5。通过控制多个曲面区域3的角度(所述角度例如由方位角和俯仰角限定)分布，使得基本均匀的漫反射视觉效果覆盖预定的动感特征的观察角度集合Ωv。为简化叙述并不失一般性，入射光4的方向设置为z方向，其是与xy平面垂直的方向。而集合Ωv的元素的方位角预定为0-360°，俯仰角预定为0-35°。据此，可将漫反射性曲面的波峰和波谷间的平均距离控制在20μm至50μm的范围内，而纵向高度设置为0μm至10μm，从而由漫反射性曲面S将入射光4反射至角度集合Ωr，Ωr能够覆盖观察角度集合Ωv。由于实际设计中通常采用有限的数值来代表连续性曲面，本发明所述的覆盖具体是指集合Ωv中任何一个元素都可以在Ωr中找到与之足够接近的对应元素，例如二者之间的夹角不超过1°。实际设计中反射性平顺曲面应至少包含3000个波峰和波谷，优选为50000个以上，从而产生足够细腻和均匀的反射光分布。图1仅为展示所述光学防伪元件的漫反射性曲面对入射光线可产生漫反射作用，并未涉及所述的具体动感特征以及对曲面区域的修饰方式。
为进一步说明漫反射性曲面S可采用的具体形式，图2举例了一种周期性的漫反射性曲面设计方式。采用解析方程：
S(x,y)＝sin(2πx/px)+sin(2πy/px)+3 sin(2πx/px)sin(2πy/py)
其中，Px和Py是在x和y方向的周期，可设置Px＝20μm，Py＝30μm。该式可制造一个在x和y方向都具有周期性的平顺的漫反射性曲面。可根据需要，通过调整漫反射性曲面S的整体起伏高度来整体调节漫反射性曲面各个区域的俯仰角。正弦和余弦函数都是无限次可求导的，因而方程S(x，y)完全满足连续和平顺的要求。设F(x,y,z)＝z-S(x,y)＝0,曲面S上任意一像素点(x0,y0,z0)的法线方程和法向量可分别由以下公式算出：
(x-x0)/Fx(x0,y0,z0)＝(y-y0)/Fy(x0,y0,z0)＝(z-z0)/Fz(x0,y0,z0)
这里，Fx表示函数F(x,y,z)对x的一阶导数，Fy表示函数F(x,y,z)对y的一阶导数，Fz表示函数F(x,y,z)对z的一阶导数。
通过法向量可以直接得出(x0,y0,z0)处曲面区域的方位角φ(定义为法向量与x轴的夹角)和俯仰角θ(定义为法向量与z轴的夹角)：
tan(φ)＝Fy/Fx|(x0,y0,z0)。
图3举例了一种非周期性的漫反射性曲面设计方式。对于非周期性的漫反射性曲面S，一种方法是利用计算机程序生成矩阵随机高度矩阵，此高度矩阵的数值代表曲面S上的数个散点。通过将此矩阵一定差值处理或模糊处理，即可获得非周期的漫反射性曲面S。差值处理可采用双线性插值、使用像素区域关系进行重采样、4x4像素邻域的双三次插值、或8x8像素邻域的Lanczos插值等方式，而模糊处理可采用平均模糊、散焦模糊、运动模糊、或高斯模糊等方式。利用差值处理或模糊处理可保证高度之间不存在陡变和断裂，因此保证漫反射性曲面的平顺特性，即一阶导数是基本连续的。随机高度可采用伪随机数生成，伪随机数是看起来随机但是由确定性算法计算出的数字串，因此在严格意义上说，它们不是真正的随机数。不过，伪随机数被广泛使用，因为伪随机选取的统计特性(例如各个数字的均等概率或连续数字的统计独立性)通常足以满足实际用途的要求，并且与真正的随机数不同的是，伪随机数易于通过计算机产生。
依据构成动感特征的动画帧，对于漫反射的反射区域的特定曲面区域进行修饰，从而产生局部差别的反射特性。设定入射光线角度ωi为沿着z轴方向，图4和图5提供两个实施例说明如何确定要被修饰的曲面区域。
图4为一个根据动画帧确定要被修饰的曲面区域的实施例。图4的两个表格分别表示局部曲面区域的俯仰角和方位角。因离散数据采样密度有限，图4的俯仰角和方位角的数据未明显体现漫反射性曲面S的平顺特性，这不影响本实施例对如何利用动画帧确定待修饰曲面区域的原理说明。
7为描述的动感特征的一个动画帧，该帧定义为在俯仰角＝0°、方位角＝0°的方向被观察到。71是该动画帧的图案区域，而72为该动画帧的背景区域。71与72具有人眼可见的光学对比度。漫反射性曲面S上与该动画帧7对应的反射区域21的大小至少不小于动画帧7所在的区域大小，从而可完整的呈现动画帧7的视觉信息。以图案区域71上的任意一点Pv(也可以认为是任意一个像素点)为例，在反射区域2中确定Pv的对应点。在反射区域21中，以Pv为中心点，在ΔP的范围内寻找俯仰角＝0°或与其的偏差小于Δω的曲面区域。在俯仰角很小的情况下，方位角的差别变得不再重要，因此这里不对方位角进行考虑。合适的控制ΔP和Δω的大小，总可以在反射区域21中找到任意一点Pv的对应点，即找到要被修饰的曲面区域。例如，曲面区域相邻的波峰波谷之间的平均距离为30μm，设定ΔP＝60μm，Δω＝1°，可在反射区域2中Pv点的右下方找到点(0.4°，75.2°)，对该点相应的曲面区域的修饰可在动画帧7的Pv点产生预计的视觉对比度。
图5为另一个根据动画帧确定要被修饰的曲面区域的实施例。图5的两个表格分别表示局部曲面区域的俯仰角和方位角。因离散数据采样密度有限，图5的俯仰角和方位角的数据未明显体现曲面S的平顺特性，这不影响本实施例对如何利用动画帧确定待修饰曲面区域的原理说明。
在动画帧8中，81是该动画帧8的图案区域，而82为该动画帧8的背景区域。图案区域81与背景区域82具有人眼可见的光学对比度。图案区域81相对于上述图案区域71有位置的变化，且动画帧8定义为在俯仰角＝20°、方位角＝90°的方向被观察到。漫反射性曲面S上与该动画帧8对应的反射区域22的大小至少不小于动画帧8的所在的区域大小，从而可完整的呈现动画帧8的视觉信息。以图案区域81上的任意一点Pw(也可以认为是任意一个像素点)为例，在反射区域22中确定Pw的对应点。在反射区域22中，以Pw为中心点，在ΔP的范围内寻找与角度(俯仰角＝10°，方位角＝90°)所确定的曲面区域相同或角度偏差小于Δω的曲面区域。合适的控制ΔP和Δω的大小，总可以在反射区域22中找到要被修饰的曲面区域。例如，曲面区域相邻的波峰波谷之间的平均距离为30μm，设定ΔP＝60μm，Δω＝1°，可在反射区域22中Pw点的附近找到点(10.1°，92.2°)、(9.8°，89.7°)，对该两点分别相应的曲面区域的修饰可在动画帧8的Pw点产生预计的视觉对比度。
对曲面区域的修饰可采用多种方式。图6中被修饰的曲面区域31的局部或整体被特定方式修饰，从而产生与未被修饰的曲面区域32不同的反射特性。9为修饰方式的举例。其中：
91表示曲面区域的修饰是将被修饰的曲面区域较周边(例如未被修饰的曲面区域)形成凹陷，凹陷的深度在0.5μm至3μm内选择，并与修饰区域的宽度相关。同时，所述的对曲面区域的修饰可以是将被修饰的曲面区域变得平坦，从而被修饰的曲面区域只能将入射光反射至特定的一个反向，在其他观察角度下，该被修饰的曲面区域均不提供或只提供很少的反射光，从而产生较其他区域更暗或者更黑的视觉感知。
92表示对曲面区域的修饰可以在被修饰区域增加次级结构，该次级结构的特征尺度明显小于曲面区域的尺寸，因而可以沿着曲面区域的朝向铺展在曲面区域表面。次级结构的横向特征尺寸为0.2μm至5μm，对可见光可产生衍射作用或吸收作用。吸收作用可通过表面等离子共振吸收的原理，通过亚波长尺度的光栅结构吸收特定频率集合的入射光，从而改变反射光的颜色，同时保持原有的反射方向。通常当亚波长结构的深度比较深时，如300nm至700nm的可在更广泛的频率集合内产生有效的吸收，从而明显降低该方向的反射光的亮度，即该亚波长结构成为光学吸收或光学黑结构。
93表示被修饰的曲面区域在修饰前可整体带有所述的次级结构，在观察角度集合Ωv内产生均匀的反射光分布的同时，并提供特定的颜色或亮度特征。因而，所述的对曲面区域的修饰可以将被修饰的曲面区域变得光滑，即去除要被修饰的曲面区域的次级结构，使之对可见光全波段产生较高反射率的镜面反射。
94表示为产生足够对比度的图案，被修饰的曲面区域所在的表面或与被修饰的曲面区域所在的表面相对的表面(例如未被修饰的曲面区域)可具有镀层或涂层。这包括反射增强涂层(尤其是金属化层)、反射增强镀层、反射油墨层、吸收油墨层、高折射率材料涂层、高折射率材料镀层。反射增强涂层、镀层或反射油墨层优选具有色移效果，即在不同观察角度下具有颜色的色调变化，例如采用法布里波罗干涉结构，例如Cr(5nm)/MgF2(500nm)/Al(50nm)结构。可替代地，反射区域和曲面区域也可压印在反射油墨层或吸收油墨层中。
所述的对曲面区域的修饰可以是被修饰的曲面区域的镀层或涂层厚度不同于未被修饰的曲面区域。例如，在被修饰的曲面区域具有反射性镀层、涂层或油墨，同时在未被修饰的曲面区域没有反射性镀层、涂层或油墨；或者在被修饰的曲面区域没有反射性镀层、涂层或油墨，同时在未被修饰的曲面区域具有反射性镀层、涂层或油墨。
95表示所述的对曲面区域的修饰可以是调整被修饰的曲面区域的角度，从而将入射光线反射至超出预设观察角度集合Ωv的方向。一般将曲面区域的俯仰角增大并超过一个由入射光方向ωi和Ωv共同确定的最小集合，即可将入射光反射至超出Ωv所确定的集合。该被修饰的曲面区域不提供或只提供很少的反射光，从而产生较其他区域更暗或者更黑的视觉感知。
96表示所述的对曲面区域的修饰可以是多种修饰方式的串行方式组合使用。比如，在被修饰的曲面区域形成较周边区域低的凹陷，然后在凹陷中增加次级结构，最后在将次级结构区域的反射性镀层去除(即与未被修饰的曲面区域具有不同厚度)；或者在被修饰的曲面区域形成较周边区域低的凹陷，并在凹陷里填充颜色油墨，其厚度明显大于未被修饰的曲面区域的油墨的厚度。
97表示所述的对曲面区域的修饰可以是多种修饰方式的并行方式组合使用。比如，在被修饰的曲面区域的一部分形成平坦的凹陷，并在该被修饰的曲面区域的另一部分沿着曲面区域的朝向增加次级结构。所述的对曲面区域的修饰可以为以上修饰方式的串行组合方式和并行组合方式的再次组合使用。
被修饰部分可以存在于被修饰的曲面区域的局部或整体。对于理想的平面型曲面区域，被修饰部分将等于该被修饰的曲面区域。而对于弯曲的曲面区域，被修饰部分将存在于该被修饰的曲面区域的局部。修饰区域的宽度为0.5μm至10μm，优选为2μm至4μm。被修饰的曲面区域较未被修饰的曲面区域具有不同反射颜色、不同反射亮度、不同反射质感的一种或组合。
图6中漫反射性曲面S的一部分曲面区域31和32分别将入射光4反射至方向51和52。其中，被修饰的曲面区域31的反射光线产生动画帧的图案，即被修饰的曲面区域共同呈现为动画帧的图案；未被修饰的曲面区域32的反射光线产生动画帧的背景，即未被修饰的曲面区域共同呈现为动画帧的背景。图案区域较背景区域具有不同的光学对比度，具体可为人眼可见的不同颜色、不同亮度、不同质感的一种或组合。
图7示出了钞票10的示意图，该钞票10具有本发明的光学防伪元件，该防伪元件是以窗口防伪线101的形式嵌入在钞票10之内。另外，还可以以贴标102的方式使用该光学防伪元件，并可以对钞票基材10形成开孔区域103，便于透光观察。应理解，本发明不局限于防伪线和钞票，而是可用于各种防伪产品，例如用在货物和包装上的标签中，或者用在防伪文件、身份证、护照、***、保健卡等之中。在钞票和类似文件中，除了防伪线和贴标之外，例如还可使用较宽的防伪条或转印元件。
本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所述的用于光学防伪元件的设计方法。
本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行本发明任意实施例所述的用于光学防伪元件的设计方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现本发明任意实施例所述的用于光学防伪元件的设计方法。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有本发明任意实施例所述的用于光学防伪元件的设计方法步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (31)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件能够呈现动感特征，所述动感特征被预先设计为在预设观察角度集合Ωv可见的一组动画帧的再现，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；
所述光学防伪元件具有大致平顺的漫反射性曲面，入射光被所述漫反射性曲面反射后在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；
所述漫反射性曲面包括被修饰的曲面区域和未被修饰的曲面区域，所述被修饰的曲面区域和所述未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，其中，所述被修饰的曲面区域与所述图案区域相对应；
在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景，其中，
所述被修饰的曲面区域通过基于所述在预设观察角度集合Ωv可见的一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰而被形成，包括：
将所述一组动画帧中的每一个动画帧和所述漫反射性曲面进行像素化；
确定所述每一个动画帧的第一方位角和第一俯仰角，所述第一方位角和所述第一俯仰角根据所述动画帧的观察角度被确定；
确定所述漫反射性曲面的各像素的第二方位角和第二俯仰角，所述第二方位角和第二俯仰角根据所述漫反射性曲面的像素处的法向量确定；及
针对所述一组动画帧中的每一个动画帧执行以下步骤：
在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与所述动画帧的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，从而在所述漫反射性曲面中形成与所述动画帧的图案区域相对应的区域；以及
对在所述漫反射性曲面中形成的与所述动画帧的图案区域相对应的区域进行修饰。
2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是周期性的。
3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是非周期性的。
4.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离为5μm至100μm。
5.根据权利要求4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离优选为10μm至30μm。
6.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均高度差为1μm至10μm。
7.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与图案区域的像素的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，包括：
在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素的预设距离范围内，寻找与所述第一方位角之间的角度差在第一预设角度差范围内的第二方位角、与二分之一的所述第一俯仰角之间的角度差在第二预设角度差范围内的第二俯仰角对应的像素。
8.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离小于100μm；和/或
所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差小于3°；和/或
所述第二预设角度差范围是指与所述第一俯仰角之间的角度差小于3°。
9.根据权利要求8所述的光学防伪元件，其特征在于，
所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离优选小于50μm；和/或
所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差优选为小于0.5°；和/或
所述第二预设角度差范围是指与所述第一俯仰角之间的角度差优选为小于0.5°。
10.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述未被修饰的区域的至少一部分为光滑的或是带有次级结构的。
11.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述被修饰的区域通过以下多种方式中的一者或多者被修饰：
使所述被修饰的区域增加次级结构；
使所述被修饰的区域变得光滑；
使所述被修饰的区域变得平坦；
使所述被修饰的区域设置为与未被修饰的区域相比具有凸起或凹陷；
调整所述被修饰的区域的角度，使得所述入射光被反射至超出所述预设观察角度集合Ωv的范围；或者
使所述被修饰的区域的镀层或涂层的厚度调整为不同于所述未被修饰的区域。
12.根据权利要求11所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述被修饰的区域通过所述多种方式中的两种或两种以上的方式被修饰的情况下，所述两种或两种以上的方式以并行组合和/或串行组合的方式存在。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述的次级结构的横向特征尺寸为0.2μm至5μm。
14.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述被修饰的区域的宽度为0.5μm至20μm。
15.根据权利要求14所述的光学防伪元件，其特征在于，所述被修饰的区域的宽度优选为2μm至10μm。
16.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述不同的反射特性是指所述被修饰的区域与所述未被修饰的区域在所述入射光照射时具有不同反射颜色、不同反射亮度、或者不同反射质感的一种或其组合。
17.一种用于光学防伪元件的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
设计一动感特征，所述动感特征为一组在预设观察角度集合Ωv可见的动画帧的再现，所述动画帧包括图案区域和与所述图案区域形成光学对比度的背景区域；
设计用于所述光学防伪元件的大致平顺的漫反射性曲面，使得入射光被所述漫反射性曲面反射后可在不小于所述预设观察角度集合Ωv的范围内形成大致均匀的亮度分布；
基于所述一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，使得所述被修饰的区域与未被修饰的曲面区域具有不同的反射特性，
在所述漫反射性曲面被所述入射光照射时，所述被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的图案，所述未被修饰的曲面区域共同呈现为所述动感特征的背景，其中，
所述基于所述一组动画帧的各动画帧的观察角度，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，包括：
将所述一组动画帧中的每一个动画帧和所述漫反射性曲面进行像素化；
确定所述每一个动画帧的第一方位角和第一俯仰角，所述第一方位角和所述第一俯仰角根据所述动画帧的观察角度被确定；
确定所述漫反射性曲面的各像素的第二方位角和第二俯仰角，所述第二方位角和第二俯仰角根据所述漫反射性曲面的像素处的法向量确定；及
针对所述一组动画帧中的每一个动画帧执行以下步骤：
在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与所述动画帧的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，从而在所述漫反射性曲面中形成与所述动画帧的图案区域相对应的区域；以及
对在所述漫反射性曲面中形成的与所述动画帧的图案区域相对应的区域进行修饰。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是周期性的。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述漫反射性曲面至少在一个方向上是非周期性的。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离为5μm至100μm。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均距离优选为10μm至30μm。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述漫反射性曲面的相邻波峰和波谷之间的平均高度差为1μm至10μm。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素相对应的位置处，寻找与图案区域的像素的第一方位角和第一俯仰角相匹配的第二方位角和第二俯仰角对应的像素，包括：
在所述漫反射性曲面的与所述动画帧中的图案区域的像素的预设距离范围内，寻找与所述第一方位角之间的角度差在第一预设角度差范围内的第二方位角、与二分之一的所述第一俯仰角之间的角度差在第二预设角度差范围内的第二俯仰角对应的像素。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，
所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离小于100μm；和/或
所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差小于3°；和/或
所述第二预设角度差范围是指与所述第一俯仰角之间的角度差小于3°。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，
所述预设距离范围指示与所述动画帧中的图案区域的像素所在位置之间的距离优选小于50μm；和/或
所述第一预设角度差范围是指与所述第一方位角之间的角度差优选为小于0.5°；和/或
所述第二预设角度差范围是指与所述第一俯仰角之间的角度差优选为小于0.5°。
26.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，对与所述各动画帧的所述图案区域相对应的区域进行修饰以形成被修饰的曲面区域，包括执行以下方式中的一者或多者：
使所述被修饰的区域增加次级结构；
使所述被修饰的区域变得光滑；
使所述被修饰的区域变得平坦；
使所述被修饰的区域设置为与未被修饰的区域相比具有凸起或凹陷；
调整所述被修饰的区域的角度，使得所述入射光被反射至超出所述预设观察角度集合Ωv的范围；或者
使所述被修饰的区域的镀层或涂层的厚度调整为不同于所述未被修饰的区域。
27.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述动感特征为平动、转动、缩放、变形、隐现、阴阳转换的一种或其组合；和/或
所述的光学对比度为人眼可见的不同颜色、不同亮度、不同质感的一种或其组合。
28.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述被修饰的区域的宽度为0.5μm至20μm。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述被修饰的区域的宽度优选为2μm至10μm。
30.一种使用根据权利要求1至16中任一项所述的光学防伪元件的防伪产品。
31.一种数据载体，其特征在于，所述数据载体具有根据权利要求1至16中任一项所述的光学防伪元件，或者具有根据权利要求30所述的防伪产品。
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