專利名稱：用于讀取和校驗(yàn)全息圖的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息術(shù)，尤其涉及一種全息圖讀取器/校驗(yàn)器。
現(xiàn)有技術(shù)的全息圖讀取器依賴于使用具有特殊格式或特殊特性的全息圖。附

圖1a和1b圖示了現(xiàn)有技術(shù)中全息圖讀取器例子。在附圖1a的全息圖讀取器中，全息條形碼由激光器525產(chǎn)生的激光束520照明。然后，在一組專門用來檢測特定位置上斑點(diǎn)的光電探測器500上重建斑點(diǎn)圖案505。
在附圖1b的全息圖讀取器中，包含一個(gè)非聚焦圖象記錄的全息圖510由激光器525產(chǎn)生的激光束520照明。該激光束520在其基準(zhǔn)(或變化基準(zhǔn))角度易于在一個(gè)接地玻璃屏幕550上重建圖象555，可由人眼觀察器560看到。
另一種類型的現(xiàn)有技術(shù)全息圖讀取器(未顯示)實(shí)際上并不讀取全息圖，而是將記錄在全息圖中的一個(gè)波前與一個(gè)基準(zhǔn)波前進(jìn)行比較。然而，另一種類型的現(xiàn)有技術(shù)全息圖讀取器(未顯示)只是簡單地將該全息圖的一個(gè)單一的2維視圖與所存儲(chǔ)的2維基準(zhǔn)圖象進(jìn)行比較。
U.S.Patent No.4,641,017 to Lopata，題為反仿冒信用卡系統(tǒng)。
U.S.Patent No.5,331,443 to Stanisci，題為激光銘刻校驗(yàn)全息圖和相關(guān)方法。
U.S.Patent No.4,761,543 to Hayden等人，題為全息安全裝置和系統(tǒng)。
U.S.Patent No.4,108,367 to Hannan，題為用于銷售機(jī)器的記號(hào)和讀取器。
U.S.Patent No.5,712,731 to Drinkwater等人，題為用于安全文檔，如支票和信用卡的安全裝置。
U.S.Patent No.5,306,899 to Marom，等人，題為使用全息記錄的具有全息圖象顯示的物品的真實(shí)性確認(rèn)系統(tǒng)。
U.S.Patent No.4,131,337 to Moraw，等人，題為用于全息識(shí)別卡的比較讀取器。
U.S.Patent No.3,905,019 to Aoki，等人，題為圖案識(shí)別光學(xué)設(shè)備。
U.S.Patent No.5,666,417 to Liang，等人，題為利用共軸器件的熒光真實(shí)性確認(rèn)讀取器。
U.S.Patent No.5,465,243 to Boardman，等人，題為數(shù)據(jù)在光敏媒介上的光學(xué)記錄器和讀取器。
U.S.Patent No.RE 035,117 to Rando，等人，題為帶有試樣確認(rèn)的掃描儀。
以上所描述的以及上列專利中所描述的現(xiàn)有技術(shù)的全息圖讀取器，只有在該全息圖是為該讀取器而特別設(shè)計(jì)時(shí)，才能讀取全息圖。因此，需要有一種能夠讀取所有種類全息圖的全息圖讀取器，它不要求全息圖特別為該讀取器而設(shè)計(jì)，并且能夠讀取來自全息圖的可變信息。
附圖的簡要描述附圖1a是現(xiàn)有技術(shù)的全息圖讀取器的示意圖。
附圖1b是另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的全息圖讀取器的示意圖。
附圖2a是一個(gè)使用垂直光束在某個(gè)點(diǎn)照射典型彩虹全息圖所表現(xiàn)出的衍射圖案的示意圖。
附圖2b是一個(gè)既包含衍射光柵部件又包含彩虹全息圖部件的典型復(fù)合全息圖所表現(xiàn)出的衍射圖案的示意圖。
附圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)全息圖讀取器的實(shí)施例的示意圖。
附圖4是一個(gè)典型的包括核心和有機(jī)分子帽在內(nèi)的熒光量子點(diǎn)的示意圖。
附圖5是包含全息圖、熒光材料以及以字符串形式直接印制在標(biāo)簽上的加密數(shù)據(jù)在內(nèi)的兩個(gè)典型標(biāo)簽的示意圖。
附圖6是包括附圖3的全息圖讀取器、磁條讀取器和電子子系統(tǒng)在內(nèi)的一個(gè)信用卡校驗(yàn)器(credit card verifier)的示意圖。
附圖7是按照以下操作所形成的圖案類型的示意圖即一個(gè)單一點(diǎn)的復(fù)合全息圖的半個(gè)衍射圖案被記錄在一個(gè)圖象中，從該全息圖中沿某條線的下一個(gè)單一點(diǎn)的半個(gè)衍射圖案，稍稍偏離于頭一個(gè)，被記錄在同一介質(zhì)上，對(duì)整個(gè)全息圖沿某條線的一系列點(diǎn)均進(jìn)行此操作時(shí)，所形成的圖案類型的示意圖。其為堆疊的+1級(jí)衍射圖案。
附圖8是使用全息圖讀取器和標(biāo)簽打印機(jī)以檢測和跟蹤仿冒產(chǎn)品的一個(gè)系統(tǒng)的流程圖。
附圖2a圖示了本發(fā)明的詳細(xì)描述其中照明光束(未顯示)與該全息圖300的表面垂直，該照明光束在與用于制作該全息圖300的基準(zhǔn)光束(未顯示)角相應(yīng)的一個(gè)角度入射，將導(dǎo)致產(chǎn)生第一級(jí)衍射光束，構(gòu)成一個(gè)直線段，而不是一個(gè)弧。在如附圖2a所示的第一級(jí)弧內(nèi)部，是光“斑點(diǎn)”310，它與圖象的特征有關(guān)，通過該全息圖300上的一個(gè)被照明點(diǎn)可視。為了讀取一個(gè)彩虹全息圖，只需要當(dāng)照明點(diǎn)移動(dòng)到該全息圖300上的所有顯著點(diǎn)時(shí)，識(shí)別和跟蹤這些斑點(diǎn)310。例如，全息圖上的顯著點(diǎn)可以定義為通過該全息圖300與全息圖所在的卡片或標(biāo)簽的邊緣平行的某條線上的那些點(diǎn)，且其離該邊緣具有預(yù)定的距離。
附圖2b圖示了從一個(gè)組合彩虹全息圖和衍射光柵圖象得到的衍射圖案320。在該圖案上的小斑點(diǎn)350,360,370對(duì)應(yīng)于包含衍射光柵的區(qū)域，而線和弧315對(duì)應(yīng)于包含彩虹全息圖部件或“2D”全息圖部件的區(qū)域。如果線或弧315包含斑點(diǎn)310，相應(yīng)的全息圖部件通常是一個(gè)3D全息圖。如果線或弧只包含實(shí)質(zhì)上無特征或統(tǒng)一的光分布，則相應(yīng)的全息圖部件是一個(gè)“2D”全息圖。
既然標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理技術(shù)可用于識(shí)別每個(gè)斑點(diǎn)310的尺寸、形狀和位置，所以為了簡化特征檢測和識(shí)別任務(wù)，利用為全息圖所特有的特性是有幫助的。除非全息圖是發(fā)光的，否則它們會(huì)產(chǎn)生近似于徑向?qū)ΨQ的衍射圖案，如附圖2b中的斑點(diǎn)360所示。然而如果全息圖是發(fā)光的，則+1和-1級(jí)的位置是對(duì)稱的，但其中一個(gè)的亮度實(shí)質(zhì)上要高于另一個(gè)的亮度，如附圖2b中的斑點(diǎn)370所示。
對(duì)于一個(gè)能夠區(qū)分不同全息圖的全息圖讀取器而言，全息圖的某些特征是非常重要的。這些特征包括斑點(diǎn)位置、光斑位置、光斑不對(duì)稱、光斑尺寸、光斑形狀、光斑速度、光斑輪廓以及雜散光，每一特征都將在以下討論。
光斑的位置通常被定義為其亮度峰值的位置。此外，光斑位置可以被定義為強(qiáng)度分布的中心。徑向坐標(biāo)是合適的，因?yàn)檎麄€(gè)圖案具有很大角度的徑向?qū)ΨQ。
光斑非對(duì)稱可被定義為在+1和-1級(jí)中相應(yīng)光斑強(qiáng)度的比。每個(gè)光斑對(duì)都將具有其自己的不對(duì)稱性。
光斑尺寸可被定義為被一個(gè)光斑所覆蓋的區(qū)域的最大寬度。覆蓋面可被定義為其強(qiáng)度大于由該光斑的峰值強(qiáng)度和背景亮度所確定的某種臨界能級(jí)。
在當(dāng)今投入商業(yè)使用的大多數(shù)全息圖的衍射圖案中，光斑或者是點(diǎn)狀的，或者是線狀的。線狀光斑出現(xiàn)在附圖2所示的弧上，而點(diǎn)狀光斑出現(xiàn)在該衍射圖案中的任何地方。附圖2b中所示的全息圖衍射圖案同時(shí)具有這兩種光斑。其它光斑形狀也是可能的，該圖像處理軟件應(yīng)能夠檢測非常形狀的存在。
當(dāng)全息圖由穿過該全息圖的一個(gè)照明點(diǎn)所讀取時(shí)，該衍射圖案中的光斑以分段聯(lián)續(xù)方式移動(dòng)并變化。光斑速度就是該衍射圖案中該光斑的位置、非對(duì)稱性、尺寸和形狀相對(duì)于該全息圖上照明點(diǎn)的位置變化而變化的速度。
在一個(gè)彩虹全息圖中，弧(如附圖2a和2b所示)由光斑邊界響應(yīng)照明點(diǎn)的位置變化而移動(dòng)的極限所限定。這些光斑從不向弧的邊界之外移動(dòng)。該弧本身與用于制作彩虹全息圖的H-1全息圖的尺寸和形狀，或一個(gè)孔隙的尺寸和形狀相對(duì)應(yīng)，透過這個(gè)孔隙H-1光被發(fā)射，以構(gòu)成一個(gè)H-2全息圖。然后該弧的位置、曲率和取向即提供了用于制作全息圖的有關(guān)物理設(shè)備的信息。
在大多數(shù)全息圖中，衍射圖案中存在雜散光。這種光在用通常的入射光束照明時(shí)構(gòu)成模糊的對(duì)稱圖案，但它與該可視圖像沒有明顯的關(guān)系。通常這些雜散衍射成份來源于全息圖記錄設(shè)備中的散射光，其中該散射光沿與該目標(biāo)光一起被記錄成一個(gè)全息圖。一種普通的全息術(shù)技術(shù)就是用激光照明一個(gè)全息圖，并透過它去觀察用于該全息圖中記錄設(shè)備的圖像。
所有記錄在全息圖中的信息均可通過照明該全息圖的每一點(diǎn)所產(chǎn)生的衍射圖案而提取(例如附圖2a和2b所示)。通常用于文檔安全的全息圖是從一個(gè)單一的原始主全息圖而成批制作的，衍射圖案對(duì)所有的全息圖而言都是相同的。然而新的低成本全息圖記錄材料和廉價(jià)的激光已被開發(fā)出來，并且已經(jīng)開始實(shí)際用于制作大量的一次性全息圖，每一個(gè)全息圖中都包含唯一的信息。為了讀取在這類全息圖中的信息，有必要或者將全息圖設(shè)計(jì)成容易讀取(如現(xiàn)有技術(shù))，或者設(shè)計(jì)一個(gè)讀取器，例如根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的讀取器，它能夠讀取由該全息圖的點(diǎn)所產(chǎn)生的所有衍射圖案。
附圖3顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全息圖讀取器。該全息圖讀取器包括一個(gè)激光二級(jí)管600，聚焦光學(xué)器件630，最好具有象差校正，一個(gè)第一分光器605，一個(gè)顏色選擇濾波器662，一個(gè)圖像傳感器620，一個(gè)時(shí)間門線陣列傳感器625，光譜形成器件615,635，以及一個(gè)第二分光器605。該激光二級(jí)管600最好具有可得到的最短的波長，生成一個(gè)光束650，其形狀由該聚焦光學(xué)器件630決定以形成一個(gè)聚合球形波。該聚合球形波聚合到全息圖690上的一個(gè)小斑點(diǎn)，該全息圖是熱壓印到信用卡680上。可被用作全息圖讀取器的光源的適當(dāng)?shù)募す舛?jí)管600是一個(gè)綠色雙頻二級(jí)管。然而藍(lán)激光二級(jí)管或UV激光二級(jí)管可能較理想，因?yàn)樗鼈兡軌蛞院侠淼膬r(jià)格從市場上得到。
信用卡680上的全息圖690可以是透明的，在這種情況下，該全息圖690的浮雕表面最好用高折射指數(shù)的材料(未顯示)涂敷，從而使該全息圖690相當(dāng)亮。合適的高折射指數(shù)材料包括鈦氧化物或硫化鋅。如果全息圖690是透明的，則在全息圖下面的信用卡680的表面可具有透過該全息圖可檢測的特征，如熒光墨水、彩色墨水、纖維、磁性墨水或光學(xué)可變墨水的圖案。
在操作中，激光束650從全息圖690上衍射，在該圖像傳感器620上構(gòu)成一個(gè)圖案。該圖像傳感器620并不感應(yīng)該全息圖中的全部圖像。相反，該圖像傳感器620只感應(yīng)來自該全息圖690上一個(gè)被照明的斑點(diǎn)的衍射光的圖案。該顏色選擇濾波器662確保該圖像傳感器620只接收與該照明激光束650顏色相同的光，從而接收主要是衍射的、散射的和反射的光。如果該照明激光束650以適當(dāng)角度導(dǎo)向全息圖690，與基準(zhǔn)和制作該全息圖690所使用的參考光和物光光束(未顯示)之間的角度相對(duì)應(yīng)。只有正向衍射級(jí)將落入直接放置在該全息圖上方的該圖像傳感器620上。此外，該照明激光束650可被垂直導(dǎo)向全息圖690，如附圖3所示，從而使該圖像傳感器620當(dāng)被直接放置在全息圖690上方時(shí)，能夠同時(shí)接收正向和負(fù)向衍射級(jí)。
對(duì)印制在信用卡680基片上的熒光墨水的照明將導(dǎo)致熒光的發(fā)射。這種熒光穿過該光譜形成器件615,635到達(dá)第二分光器605，后者將該熒光導(dǎo)向該時(shí)間門線陣列傳感器625，在該時(shí)間門線陣列傳感器625L形成該熒光光譜。一個(gè)光闌692阻止該照明激光束650的直接反射(零級(jí)衍射光束)撞擊該線陣列傳感器625。
來自不同物質(zhì)的熒光具有兩種主要的區(qū)別特征發(fā)射光譜和時(shí)間特征。例如，許多有機(jī)染料具有非常短的熒光壽命，從而如果對(duì)它們用微微秒脈沖的激活光照明，它們會(huì)發(fā)射比毫微秒還要短的短促脈沖的熒光。其它熒光物質(zhì)在激活之后會(huì)發(fā)射數(shù)百毫微秒的熒光。很多材料在某種程度上是具有熒光的，但是大多數(shù)只有很短的熒光壽命；所以最好使用具有長熒光壽命的熒光墨水，從而更易排除時(shí)間門方法中的背景熒光。
在附圖3所示的實(shí)施例中，該線陣列傳感器625是時(shí)間門的，而該激光二極管600是脈沖的。如果印刷在信用卡680的基片上的熒光團(tuán)的熒光壽命長于普通材料的一般熒光壽命，則選擇性地僅檢測激活脈沖之后所接收的大于100毫微秒的熒光，可以有效排除背景熒光。
適當(dāng)熒光材料的一個(gè)例子是使用量子點(diǎn)210，如附圖4所示。該量子點(diǎn)210最好由CdSe組成，并以ZnSe為壓蓋220包裹。已知這類ZnSe壓蓋的CdSe量子點(diǎn)具有近似于100毫微秒的熒光壽命。此外，該線陣列傳感器625只需具有近似于數(shù)十或數(shù)百毫微秒的響應(yīng)時(shí)間，該激光二極管600可以一到數(shù)十兆赫的速率進(jìn)行調(diào)制。然后，可將熒光壽命作為照明調(diào)制和熒光信號(hào)之間的相位差函數(shù)進(jìn)行測量。在任何情況下，該線陣列傳感器625檢測在被照明斑點(diǎn)處，該全息圖690下面的任何墨水或其它熒光物質(zhì)的熒光光譜。
由其下面具有熒光材料430的全息圖450構(gòu)成的標(biāo)簽400,410的例子如附圖5所示。在該兩種情況下，該全息圖450是應(yīng)用加于可以由紙構(gòu)成的基片460之上的半透明熱壓印箔片。該熒光材料430最好直接印制在該基片460上。該全息圖450具有一個(gè)空斑，其中加密信息以字符串470的形式被直接印制在該基片460上。標(biāo)簽400,410最好具有一個(gè)粘性背面(未顯示)和脫離的保護(hù)性硅樹脂紙墊(未顯示)。
該熒光物質(zhì)430可以是一種包含熒光團(tuán)的熒光墨水。最好在該基片460上使用具有特有熒光光譜的圖案化熒光物質(zhì)430。一種適當(dāng)?shù)臒晒馕镔|(zhì)430是含有熒光團(tuán)的熒光墨水，例如上述ZnSe壓蓋的CdSe量子點(diǎn)420。該量子點(diǎn)420最好具有特定尺寸，從而該熒光頻譜會(huì)相對(duì)狹窄。也可以使用特殊的有機(jī)染料，例如若丹明6G，它具有一種特有的峰值熒光波長。該熒光物質(zhì)430在與本申請(qǐng)同時(shí)提交的，題為“量子點(diǎn)安全裝置和方法”的同時(shí)待審專利申請(qǐng)中有更詳細(xì)的描述，該申請(qǐng)包括在此作為參考。
附圖5的信用卡120是所有種類的標(biāo)簽、標(biāo)記、文檔、識(shí)別卡、真實(shí)性標(biāo)簽、紙幣、封條、以及其它物品的代表，通常在其上放置有全息圖、衍射圖象、安全標(biāo)簽或其它安全裝置。附圖3，附圖5和附圖6所示的全息圖690,450,140分別是所有種類的衍射圖象的代表，包括點(diǎn)基全息圖、2D3D全息圖、立體圖、運(yùn)動(dòng)圖、運(yùn)動(dòng)圖形、布拉格全息圖、浮雕全息圖、壓紋在彩色膠片上的全息圖、全息熱壓印箔、象素圖、電子束衍射圖案、以及二進(jìn)制光學(xué)圖案。如此處所使用的，術(shù)語“基片”的意思是任何表面或物質(zhì)，其上放置有全息圖，或全息圖與其極為接近，包括任何墨水、纖維、凹凸印、化學(xué)處理、磁特性、或該表面或物質(zhì)的其它特性或特征。
回到附圖3，該圖象傳感器620，除感應(yīng)由全息圖690或450所衍射的光圖案之外，還檢測從卡680或460的基片上，因該基片材料的纖維、紋理或其它特性而散射的光。由全息圖690,450衍射的光一般產(chǎn)生比由例如白色基片均勻散射的光的對(duì)比度要高得多的圖案。然而，全息圖通常產(chǎn)生可從所感應(yīng)圖案中減除的特有的衍射圖案。由該圖象傳感器620所接收的光平均強(qiáng)度的變化，減除的衍射圖案后，與從基片因該基片上的印制圖案或其它光致圖案而漫散射的光的變化量相對(duì)應(yīng)。因此，附圖3所示的全息圖讀取器可以讀取全息圖、熒光圖案、以及光散射或光吸收?qǐng)D案，只要這些圖案在激光二極管600所發(fā)射的光波長范圍內(nèi)是清晰的。雖然可將激光二極管600用作附圖3的全息圖讀取器的照明光源，但應(yīng)當(dāng)理解，其它光源也可使用，例如任何精確校準(zhǔn)的(空間相干)白光源。在這類情況下，衍射圖案、斑點(diǎn)和散射光都可由該圖象傳感器620辨別。
該讀取器的光學(xué)和電子子系統(tǒng)中的部件、模塊和部件的組合可用其它等同部件、模塊替換，并且，部件的組合可以根據(jù)從全息圖上被照明斑點(diǎn)感應(yīng)散射光圖案，和/或從全息圖上或下的每個(gè)點(diǎn)散射光的量，和/或從全息圖或其基片所發(fā)射的熒光的量、時(shí)間或頻譜的目的，來替換。
波長選擇濾波器(未顯示)可以插入從全息圖690到該圖象傳感器620的光學(xué)路徑中，和/或從全息圖690到該時(shí)間門線陣列傳感器625的光學(xué)路徑中。該波長選擇濾波器將所檢測的光限制在一個(gè)所需的波長范圍內(nèi)。例如，由于散射光和衍射光與該激光二極管650的波長相同，最好在該傳感器620和分光器610之間插入一個(gè)濾波器，它能傳輸該激光二極管650的波長，而反射或吸收其它波長。類似的，可以在傳感器625和分光器605之間插入一個(gè)濾波器，它能反射或吸收在該激光二極管650的波長處的光，而傳輸該熒光團(tuán)的熒光帶寬中的光。
此外，分光器610可以是一個(gè)偏振分光器，可以在分光器610和全息圖690之間插入一個(gè)四分之一波長608，從而使激光在其傳輸?shù)饺D690的路徑上幾乎100％地到達(dá)分光器，并且在到該圖象傳感器620的路徑上幾乎100％地被反射。在這種情況下，分光器610可以是一個(gè)波長選擇偏振分光器，從而使大部分熒光被導(dǎo)向該線陣列檢測器625，如附圖6所示。
附圖3所示的全息圖讀取器可以與使用其它技術(shù)的讀取器組合。例如，附圖6所示的使用多項(xiàng)技術(shù)的讀取器/校驗(yàn)器可用于檢測仿冒的信用卡。除了包括一個(gè)光學(xué)讀取頭110以外，它可以是附圖3的全息圖讀取器，附圖6的讀取器/校驗(yàn)器還可包括一個(gè)傳統(tǒng)的磁條讀取器130。該光學(xué)讀取頭110讀取信用卡120上的全息圖140，該磁條讀取器130則當(dāng)該信用卡120滑過槽150時(shí)，讀取記錄在信用卡120上一個(gè)普通磁條(未顯示)上的信息。該讀取器/校驗(yàn)器還包括一個(gè)電子子系統(tǒng)100。該電子子系統(tǒng)最好包括一個(gè)微處理器(未顯示)、一個(gè)場編程門陣列(FPGA)(未顯示)和一個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM)(未顯示)，以存儲(chǔ)由該微處理器執(zhí)行的軟件。該電子子系統(tǒng)100最好還包括與外部系統(tǒng)通信的裝置，例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)(未顯示)或電話網(wǎng)絡(luò)(未顯示)。
該電子子系統(tǒng)100中的FPGA用于執(zhí)行圖象處理。另一種實(shí)現(xiàn)方式使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。事實(shí)上，任何能夠識(shí)別衍射圖案的顯著特征的圖象處理裝置均可用于區(qū)分不同全息圖和仿冒的衍射圖案，以及有效的全息圖或其它衍射性反仿冒設(shè)計(jì)，已知有DOVID、全息圖、立體圖、運(yùn)動(dòng)圖形、點(diǎn)基全息圖、運(yùn)動(dòng)圖、象素圖等等。
一種適當(dāng)?shù)目捎糜陔娮幼酉到y(tǒng)的FPGA是可從Xilinx得到的6216型FPGA。該FPGA可被編程，以執(zhí)行幾乎任何所需的信號(hào)處理功能。例如?？赏ㄟ^下載設(shè)置文件到FPGA而對(duì)該FPGA進(jìn)行編程。該設(shè)置文件決定了該FPGA上邏輯門之間互連的樣式。如果是Xilinx的6216FPGA，該FPGA有128個(gè)針腳供輸出和輸入，在該FPGA上有大約35,000個(gè)邏輯門。所有的邏輯門均可并行、同步或異步操作。也可通過可在商業(yè)上得到的設(shè)計(jì)工具，為該FPGA設(shè)計(jì)設(shè)置文件。然而，在某些場合下，最佳方法就是利用改良計(jì)算法來設(shè)計(jì)設(shè)置文件。這種改良計(jì)算方法是在遺傳算法或遺傳編程，F(xiàn)PGA結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，芯片級(jí)電子學(xué)和圖象處理數(shù)學(xué)領(lǐng)域具有普通技術(shù)水平的個(gè)人或集體的水平范圍之內(nèi)。此外，用于FPGA設(shè)置文件的改良設(shè)計(jì)工具可從Spokane,WA99224的New LightIndustries,Ltd.,購得，其商標(biāo)名為“FPGA-Generator”。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，一種改良技術(shù)用于針對(duì)特征識(shí)別和提取而在該電子子系統(tǒng)中設(shè)計(jì)基于FPGA的算法。在一個(gè)版本中，執(zhí)行以下步驟1、通過可視識(shí)別一套衍射圖案中的特征來限定一個(gè)目標(biāo)功能，以產(chǎn)生特征標(biāo)記的圖象。
2、通過指定一個(gè)基體作為卷繞模板來限定一個(gè)實(shí)驗(yàn)功能。
3、隨機(jī)生成一批模板，每批模板的每個(gè)成員用于產(chǎn)生一套實(shí)驗(yàn)圖象的卷繞圖象。
4、由每批模板的每個(gè)成員所產(chǎn)生的卷繞圖象可與該目標(biāo)組的特征標(biāo)記圖象相比較，以便為每個(gè)成員產(chǎn)生適應(yīng)值，從而使該適應(yīng)值代表該所產(chǎn)生的卷繞圖象和該特征標(biāo)記圖象之間的相關(guān)程度。
5、利用標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法技術(shù)，模板可重新組合和/或根據(jù)其適應(yīng)性變異，以發(fā)展一種優(yōu)化的模板。
重組和變異因子，以及其它GA參數(shù)的精確選擇，如重組率、變異率和大小、總體大小、高人一等的優(yōu)越感等等，均可影響進(jìn)化發(fā)展的速度。目前，還不存在針對(duì)所有問題的、已知的、因子和GA參數(shù)的最佳選擇。
在操作中，附圖6的讀取器/校驗(yàn)器通過讀取全息圖140來檢測仿冒的信用卡120。尤其是，當(dāng)信用卡120滑過槽150時(shí)，沿全息圖140的一系列點(diǎn)，按照上述方式被照明，參看附圖3。來自這些點(diǎn)的衍射圖案在該圖象傳感器620上構(gòu)成，在此它們被轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)。該視頻信號(hào)由該電子子系統(tǒng)100進(jìn)行分析，以抽取與該全息圖140中衍射圖案的顯著特征的值相對(duì)應(yīng)的特征向量。然后，將該特征向量與來自有效和無效全息圖的特征向量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，按其特征向量與數(shù)據(jù)庫中向量的類似性對(duì)全息圖140進(jìn)行分類。識(shí)別有效全息圖特征向量的數(shù)據(jù)也可能存儲(chǔ)在磁條上，并由該磁條讀取器130讀取，與該全息圖140的特征向量相比較。
該電子子系統(tǒng)100也可建立從該信用卡120提取的散射和熒光信息的一種表達(dá)，以確定該信用卡120是否有效。附圖6的全息圖讀取器中使用的該光學(xué)讀取頭110因而能夠感應(yīng)該信用卡120上某一點(diǎn)的衍射特性、熒光特性、光散射特性和光吸收特性。如果該圖象傳感器和/或線陣列傳感器或有關(guān)的電子器件設(shè)計(jì)得當(dāng)，該讀取/校驗(yàn)器也可感應(yīng)點(diǎn)到點(diǎn)的那些特性之間的差別。
建立全息圖140中衍射信息的表達(dá)的一種優(yōu)選方法就是檢測該衍射圖案中強(qiáng)度峰值，并產(chǎn)生該峰值的位置、尖銳度和相對(duì)亮度的列表。如果在橫過該物品的一系列區(qū)域觀察到一系列衍射圖案，則最好將整個(gè)物品的衍射特性表示成一個(gè)列表的列表或一個(gè)編譯的排序的列表。
表達(dá)該衍射信息的簡單方法就是二等分衍射圖案，并僅保存從該部分得到的位置和強(qiáng)度數(shù)據(jù)。然后，通過堆疊數(shù)據(jù)，從沿全息圖的某條線構(gòu)造一套完整的衍射圖案的代表圖象，如附圖7所示。則，一組光斑820,830,840在該合成的圖象上留下軌跡，來自衍射光柵部件的任何斑點(diǎn)800,850,860也在該合成圖象上留下軌跡。然后，通過將其與利用類似方法得到的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)圖象的代表圖象(它們可能對(duì)應(yīng)著有效的和仿冒的全息圖，)一同卷繞，可對(duì)這個(gè)代表圖象進(jìn)行測試。附圖7中因光斑和斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而得到的軌跡實(shí)質(zhì)上與作為樣本的全息圖點(diǎn)的特定選擇無關(guān)，只要尺度基本不變。
如上所述，附圖3所示的全息圖讀取器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它事實(shí)上可以讀取任何種類的全息圖。因此，有很多技術(shù)均可用于記錄可在附圖3的全息圖讀取器上使用的全息圖。每個(gè)這樣的全息圖都有其自己獨(dú)特的特征。有些特征或參數(shù)對(duì)不同種類的全息圖和衍射圖案的分類很有幫助，包括
1、記錄媒體；2、基準(zhǔn)和目標(biāo)光束角和位置；3、點(diǎn)的尺寸、形狀、間隔、位置、光柵角度以及點(diǎn)基全息圖中的光柵周期；4、彩虹(Benton)、古典、2D3D、立體圖、或點(diǎn)基全息圖；5、傳輸或反射；6、反射率-增強(qiáng)層；7、記錄媒體的顏色選擇性以及布拉格光柵結(jié)構(gòu)；8、記錄和重建幾何的顏色特性；9、編碼基準(zhǔn)光束或目標(biāo)光束；和10、其上有全息圖疊壓或熱壓印的一個(gè)基片的特性和特征。
附圖3的全息圖讀取器可以集成到一個(gè)綜合的反仿冒/安全系統(tǒng)中，如附圖8所示。該反仿冒/安全包括一個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)700，用于制造基片上由透明全息圖覆蓋的、攜帶可檢測的隨機(jī)數(shù)據(jù)的反仿冒/安全標(biāo)簽，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)710,705用于生產(chǎn)產(chǎn)品，在每個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)有一個(gè)或多個(gè)全息圖讀取器，每個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)都有標(biāo)簽打印機(jī)，一個(gè)或多個(gè)帶有全息圖讀取器的中間分銷點(diǎn)730,720，一個(gè)或多個(gè)帶有全息圖讀取器的分銷終點(diǎn)750,760，以及一個(gè)由層級(jí)節(jié)點(diǎn)740,750,720所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
隨機(jī)數(shù)據(jù)(如附圖5所示標(biāo)簽400,410中，全息圖450下面的熒光點(diǎn)420的位置)在標(biāo)簽制造點(diǎn)700被讀取，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。該制造點(diǎn)700的每臺(tái)全息圖打印機(jī)都與一個(gè)加密引擎相關(guān)聯(lián)。該加密引擎將對(duì)應(yīng)于標(biāo)簽400,410上點(diǎn)420的隨機(jī)數(shù)據(jù)的表達(dá)方式與安全地保藏在該加密引擎內(nèi)部的私鑰信息以及該加密引擎內(nèi)部生成的可變信息組合起來，以產(chǎn)生一個(gè)加密的字符串470(參看附圖5)，然后，通過標(biāo)簽打印機(jī)，將其印制在標(biāo)簽400,410上。
印好的標(biāo)簽被放置在產(chǎn)品上，它們將由中間和最終的分銷環(huán)節(jié)而分銷。這些標(biāo)簽可在分銷點(diǎn)通過與解密引擎相關(guān)聯(lián)的全息圖讀取器被讀取。該全息圖讀取器從全息圖下面的基片上讀取隨機(jī)數(shù)據(jù)，將該隨機(jī)數(shù)據(jù)作為公鑰，以便解密印制在標(biāo)簽上字符串，無須確定安全保藏在加密引擎中的私鑰。如果標(biāo)簽是仿冒的或是非法制作的，該字符串要么不能被加密，要么該隨機(jī)數(shù)據(jù)將不包含在標(biāo)簽制造者數(shù)據(jù)庫中。
術(shù)語“字符串”指任何編碼信息，包括條形碼、光學(xué)可讀文字?jǐn)?shù)字字符、編碼磁條、磁性可讀文字?jǐn)?shù)字字符、光學(xué)可讀位串、圖標(biāo)等等。
有關(guān)經(jīng)過每個(gè)分銷點(diǎn)的特殊標(biāo)簽的信息，以及有效性和無效性，可以通過計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)收集，并在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析。一個(gè)中央計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)可以將信息下載到各分銷點(diǎn)，以警告他們存在某種仿冒威脅，或者升級(jí)他們的解密引擎和/或下載加密引擎的升級(jí)版到標(biāo)簽打印機(jī)。
附圖8所示的反仿冒/安全系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)和分銷流程中的任何環(huán)節(jié)上檢測仿冒產(chǎn)品，并能夠收集和分析產(chǎn)品流程。如果檢測到仿冒，則其外觀的時(shí)間和幾何樣式可用于幫助跟蹤其來源和分銷渠道。該系統(tǒng)提供了檢測標(biāo)簽或產(chǎn)品的工廠超限，控制標(biāo)簽生產(chǎn)數(shù)量等等的能力。
應(yīng)當(dāng)理解，即使在以上的描述中給出了本發(fā)明的各種實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)，但上述公開僅僅是說明性的，在細(xì)節(jié)上仍可作出改變，只要仍保留在本發(fā)明的廣泛原則之內(nèi)。例如，上述很多部件可以使用數(shù)字或模擬電路，或者兩者的組合，只要合適，也可以通過在適當(dāng)?shù)奶幚黼娐飞蠄?zhí)行軟件來實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種從衍射對(duì)象提取信息的設(shè)備，包括利用空間相關(guān)光照明衍射對(duì)象的裝置；檢測至少一部分由該對(duì)象衍射的圖案的裝置；將圖案的被檢測部分與一個(gè)模板圖案卷繞在一起，以產(chǎn)生該圖案的變形版本的裝置；識(shí)別和定位該變形版本中峰值的裝置；將變形版圖案中峰值的位置表示成矢量的裝置；和將該矢量與一個(gè)數(shù)據(jù)庫中的一組基準(zhǔn)矢量進(jìn)行比較，以分類該矢量，從而對(duì)來自該衍射對(duì)象的衍射圖案進(jìn)行分類的裝置。
2.一種通過卷繞為變形圖案設(shè)計(jì)模板的方法，包括提供一組實(shí)驗(yàn)圖案和相應(yīng)的目標(biāo)圖案；提供一組初始的測試模板，作為一種遺傳算法中的初始總量；將適應(yīng)值定義為測試模板與實(shí)驗(yàn)圖案卷繞在一起的結(jié)果和相應(yīng)的目標(biāo)圖案之間的相應(yīng)程度；和使用帶有適應(yīng)值和總量的遺傳算法，以發(fā)展模板，當(dāng)與每個(gè)實(shí)驗(yàn)圖案卷繞在一起時(shí)，該模板可產(chǎn)生近似于目標(biāo)圖案的卷繞圖案。
3.一種從衍射圖象提取詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息的掃描儀，包括一種激光源，用于產(chǎn)生激光光束；聚焦光學(xué)器件，用于將激光束從該激光源導(dǎo)向一個(gè)斑點(diǎn)；放置衍射圖象的裝置，從而使該斑點(diǎn)照明該衍射圖象上的一個(gè)區(qū)域；檢測從該區(qū)域衍射的光圖案的裝置；和將該光圖案與一個(gè)基準(zhǔn)圖案進(jìn)行比較的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的掃描儀，其中該斑點(diǎn)的直徑小于1mm。
5.一種從衍射圖象提取詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息的掃描儀，包括一種激光源，用于產(chǎn)生激光光束；聚焦光學(xué)器件，用于將激光束從該激光源導(dǎo)向一個(gè)斑點(diǎn)；放置衍射圖象的裝置，從而使該斑點(diǎn)照明該衍射圖象上的一個(gè)區(qū)域；相對(duì)于該斑點(diǎn)移動(dòng)該圖象的裝置，從而使該斑點(diǎn)照明圖象上的一系列區(qū)域；分別檢測從一系列區(qū)域衍射的一系列光圖案的裝置；和將該系列光圖案與一個(gè)基準(zhǔn)系列圖案進(jìn)行比較的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的掃描儀，其中該斑點(diǎn)的直徑小于1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的掃描儀，其中該基準(zhǔn)系列圖案是以一組參數(shù)化曲線的形式表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的掃描儀，其中該基準(zhǔn)系列圖案是以一個(gè)二維數(shù)組值的形式表示。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的掃描儀，其中該二維數(shù)組值包括數(shù)字、強(qiáng)度、矢量、或字符串。
10.一種識(shí)別一個(gè)第一系列圖象中圖案的方法，包括識(shí)別第一系列中單個(gè)圖象的特征；產(chǎn)生一個(gè)第二系列圖象，其中至少某些相應(yīng)于該第二系列中圖象特征的象素在亮度上增強(qiáng)，而其它象素在亮度上減?。煌ㄟ^將該第二系列中至少一個(gè)連續(xù)部分的N個(gè)圖象組合在一起，生成一個(gè)合成圖象，根據(jù)N關(guān)于該合成圖象中相應(yīng)于該第二系列中第一個(gè)圖象的象素的函數(shù)，該第二系列中第N個(gè)圖象的象素是偏離的；和將該合成圖象與一個(gè)基準(zhǔn)圖象進(jìn)行比較，合成圖象與基準(zhǔn)圖象之間的相關(guān)程度提供了在第一系列圖象的順序之間依賴于相互關(guān)系的特征之間的相似性的測量方法。
全文摘要
一種用于讀取存儲(chǔ)在全息圖和其它衍射對(duì)象中的信息的系統(tǒng)和方法。通過分析當(dāng)激光束聚焦到該對(duì)象的一個(gè)小斑點(diǎn),并掃描整個(gè)對(duì)象時(shí),所產(chǎn)生的衍射圖案,該信息被讀取出來。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1309376SQ0010086
公開日2001年8月22日 申請(qǐng)日期2000年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者史蒂夫·馬格魯 申請(qǐng)人:史蒂夫·馬格魯