專利名稱：增強(qiáng)可機(jī)讀標(biāo)簽中文字與圖形的抗損性方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種證件、法律、金融等高價(jià)值文件的防偽方法和裝置。尤其是在局部破損的條件下，能夠正確機(jī)讀標(biāo)簽中圖形和文字的方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了便于機(jī)讀證件、法律、金融等高價(jià)值文件上的圖文信息，最常用的方法是用二值條形碼把圖文記錄在標(biāo)簽上。常規(guī)條形碼的碼元是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)列，該數(shù)列由信息比特和糾錯(cuò)比特組成。在用機(jī)器讀取二值條形碼時(shí)，碼元中個(gè)別比特可能偶然出錯(cuò)。利用常規(guī)糾錯(cuò)控制編碼原理可校正這類錯(cuò)誤。但是，如果二值條形碼的載體局部破損，導(dǎo)致一個(gè)(或一組)碼元不存在，則糾錯(cuò)無從談起。對(duì)于那些涉及商品運(yùn)輸、流動(dòng)人員身份查驗(yàn)的條形碼標(biāo)簽，對(duì)于那些在戶外環(huán)境中使用、容易出現(xiàn)沾污的條形碼標(biāo)簽，載體受損(從而丟失部分碼元)的現(xiàn)象在所難免。如果證件和金融、法律文件上的條形碼含遭受有意涂改，現(xiàn)有的惟一防范措施是“使條形碼作廢”，而導(dǎo)致“高價(jià)值文件失效”，給實(shí)際工作帶來了很大的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種保護(hù)標(biāo)簽上圖文信息的方法和裝置，以便在載體局部破損、磨傷或局部被弄臟、涂改時(shí)，仍然能用機(jī)器正確讀取原始圖文的內(nèi)容。
本發(fā)明包括在制作證件和與金融、法律相關(guān)的高價(jià)值文件過程中，將一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的多灰階圖案印制(或粘貼)在載體上，再用機(jī)器讀出載體上隱含的文字和圖形，其特征在于(1)先用二值相位圖記錄二值文字及圖形，然后用光學(xué)圖像變換裝置將所述二值圖的每一個(gè)像元擴(kuò)散/映射到另一幅多灰階光學(xué)圖案的整個(gè)幅面，將多灰階光學(xué)圖案分解成相位和振幅兩個(gè)分量圖案，分量圖案的像元按行、按列整齊排列，其灰度至少分為256階；(2)以“散斑二次曝光法”將所述相位和振幅分量圖案記錄在載體中，制成供實(shí)用的標(biāo)簽；(3)用激光束照射載體，再現(xiàn)機(jī)器可讀(或肉眼可見)的散斑楊氏干涉條紋；依據(jù)楊氏干涉條紋的取向確定與之對(duì)應(yīng)的多灰階圖案的像元灰度值，用光學(xué)圖像變換裝置逆光路得出原始二值圖，進(jìn)而解碼、顯示原始文字和圖形。
所述文字和圖形包括人像、可視文字、IC芯片信息、二維條形碼、一維條形碼。
所述載體可以為透明材料、非透明材料、電子文檔。
當(dāng)所述載體為透明材料時(shí)，用光電裝置讀取載體上散斑像素產(chǎn)生的楊氏干涉條紋時(shí)是用激光束對(duì)載體實(shí)施“散斑二次曝光”，使散斑楊氏干涉條紋的取向與所述像素灰度的高字節(jié)和低字節(jié)數(shù)值分別成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
所述載體為非透明材料時(shí)，多灰階光學(xué)圖案的像素灰度值被折算成半色調(diào)值，印制在載體上并加以利用。
所述載體為電子文檔時(shí)，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示和利用所述光學(xué)圖案。
本發(fā)明的設(shè)備包括將原始圖文轉(zhuǎn)換成相位二值圖，并將所述二值圖映射生成多灰階圖案的光學(xué)圖像變換裝置；將所述多灰階圖案記錄在透明體中的激光散斑記錄裝置；
用光電器件讀取標(biāo)簽上散斑楊氏干涉條紋、復(fù)原原始二值圖文的裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)使用本發(fā)明的方法當(dāng)證件和高價(jià)值文本中所載的用于防偽的多灰階圖案受損，包括①非人為因素導(dǎo)致圖案殘缺，②有意涂改，當(dāng)殘余面積≥原始圖75％時(shí)，用本發(fā)明提供的方法，能夠正確讀出原圖中的文字和圖形。


圖1為將二值圖映射成多灰階圖的光學(xué)圖像變換裝置示意圖；圖2為用激光散斑二次曝光法在透明體中記錄散斑圖案的裝置示意圖；圖3是用相鄰兩個(gè)散斑像元分別表示多灰階圖中單個(gè)像元的振幅分量和相位分量的示意圖；圖4是用激光散斑楊氏干涉條紋的取向表示像元灰階值的示意圖；圖5是采用相鄰兩個(gè)散斑組成雙字節(jié)、用兩組楊氏條紋的取向表示像元多灰階高字節(jié)、低字節(jié)取值的示意圖；圖6為用激光束閱讀楊氏干涉條紋的裝置示意圖；圖7為在高價(jià)值文件上印制多灰階光學(xué)圖案的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1防涂改、抗磨損標(biāo)簽的制作方法(一)用光學(xué)圖像變換裝置K將二值文字和圖形映射成多灰階圖案結(jié)合附圖1所述文字和圖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圖(G二值-相位)。本發(fā)明以空間調(diào)制器和相位型乳膠片等透明載體記錄和顯示所述原始圖像G二值-相位。采用圖1光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換裝置K把相位型二值圖G二值-相位，變換成可機(jī)讀多灰階圖G多灰階。經(jīng)校正像差的凸透鏡3(焦距＝f)是實(shí)現(xiàn)這種變換的主要部件，透鏡3的作用之一是把原始二值圖(圖1位置2)的單個(gè)像元映射到成像面4的多灰階圖的整個(gè)幅面，即單個(gè)G二值-相位像元對(duì)多灰階圖的每一個(gè)像元的灰度值均有貢獻(xiàn)；透鏡3的作用之二是利用多灰階圖逆光路恢復(fù)所述二值圖。光學(xué)中，稱這種變換為傅里葉變換(階次為1的分?jǐn)?shù)傅里葉變換)。機(jī)讀、復(fù)原受損標(biāo)簽的過程如下例所述位于位置2的原始二值圖G二值-相位中，A、C、E三個(gè)像元取值為1，B、D像元取值為0(以光程差表示)。在平行激光束1照射下，在透鏡3右邊焦平面上p，q，r，s，t5個(gè)像元均有光線到達(dá)，在成像面4形成具有多灰階的圖案G多灰階。把多灰階圖案G多灰階制成全息干板，放在位置4。當(dāng)激光束5從透鏡3右邊向左邊照射時(shí)，根據(jù)光路可逆原理，在圖上位置2將出現(xiàn)一幅二值圖，該圖案與原始圖像G二值-相位相似。如果位于4的圖案受損，以至于像元p，q不透明，導(dǎo)致到達(dá)位置2的光線數(shù)量減少。憑借r，s，t三個(gè)像元發(fā)出的光線，仍可成像，且A、C、E三個(gè)像元取值應(yīng)為1。
實(shí)際情況比圖1所示的情況更復(fù)雜，多灰階圖的像元遠(yuǎn)大于5行×5列，受損的像元數(shù)量比圖1多。激光束5從右向左逆光路照射時(shí)，圖1光學(xué)裝置在成像面2產(chǎn)生較大噪聲，但圖像輪廓(二值像元的分布)仍然與原始二值圖G二值- 相位相似。
本發(fā)明要求使用者在圖1光路中使用特制的相位板6和相位板7，兩塊相位板的透射率均呈隨機(jī)分布，且嚴(yán)格保密。再加上圖1裝置的光路參數(shù)也嚴(yán)格保密。使得用實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算方法仿制多灰階圖案G多灰階的企圖難以奏效。
(二)用散斑楊氏干涉條紋表示多灰階圖G多灰階中像元的灰階取值本發(fā)明先將多灰階圖案G多灰階分解成便于機(jī)讀的兩個(gè)分量。然后以“散斑二次曝光法”在透明載體中記錄所述分量圖像。結(jié)合附圖2～圖5，實(shí)施以下四個(gè)步驟
①多灰階光學(xué)圖案分解成振幅和相位兩個(gè)分量圖1成像面4的振幅和相位混為一體，不便機(jī)讀。如圖3所示，像元數(shù)為M×N的多灰階圖G多灰階被分成可機(jī)讀的振幅分量圖G多灰階→振幅和相位分量G多灰階→相位圖，兩個(gè)分量圖的合計(jì)像元數(shù)變?yōu)?2M)×N或M×(2N)個(gè)。
②用散斑光束照射負(fù)片13，對(duì)全息干板14實(shí)施“一次曝光”負(fù)片13有雙重用途①用負(fù)片13記錄所述振幅和相位分量圖；②用負(fù)片13記錄起防偽標(biāo)識(shí)作用的人像及物品，本發(fā)明用這種人像及物品圖像作為輔助防偽標(biāo)識(shí)。人及物品圖像與下述散斑條紋互不干擾。
本發(fā)明用散斑楊氏干涉條紋的取向角的大小來表示分量圖像元的灰階值。如圖2所示，用激光器8、凸透鏡9、針孔10和凸透鏡11組成平行光照明光源。毛玻璃12把平行激光光束變成散斑光束。在此散斑光束的照射下，在全息干板14上形成與負(fù)片13相對(duì)應(yīng)的散斑潛像G多灰階-散斑。
③用散斑光束對(duì)負(fù)片13和全息干板14實(shí)施“二次曝光”在圖2中，負(fù)片13和全息干板14緊貼在一起，保持原位。輕微移動(dòng)毛玻璃12，實(shí)施二次曝光。每次僅對(duì)圖2干板14上的一個(gè)像元曝光。在逐行、逐列曝光完畢后，洗印、漂白，制成相位型帶散斑編碼條紋的干板。
本實(shí)施例中，毛玻璃12至少有9個(gè)移動(dòng)方向(8個(gè)面內(nèi)位移，一個(gè)軸向位移)，而移動(dòng)量則有多種選擇(以能夠產(chǎn)生清晰可辨的楊氏條紋為準(zhǔn)；移動(dòng)量超過限度時(shí)，條紋將消失)。
根據(jù)圖4，毛玻璃12的8個(gè)移動(dòng)方向與多灰階圖像元灰階取值的折算關(guān)系如17所示，相鄰散斑楊氏條紋的取向夾角為22.5度。用兩位散斑8進(jìn)制碼可表示多灰階圖G多灰階中的64個(gè)灰階。
出于增強(qiáng)抗損性的需要，當(dāng)用二進(jìn)制數(shù)表示振幅G多灰階→振幅、相位G多灰階→相位分量像元的多灰階取值時(shí)，本發(fā)明采用雙字節(jié)格式。如圖5，相位分量的灰階為00001100，振幅分量的灰階為1000 0100。相鄰2個(gè)條紋18分別表示灰階的高字節(jié)和低字節(jié)。這意味著載體像元總數(shù)是相位與振幅分量像元之和的2倍。圖5兩組散斑條紋18用兩位16進(jìn)制數(shù)表示多灰階圖G多灰階中的256個(gè)灰階值，有利于減小逆運(yùn)算的誤差。
④以干板14(或載體16)所示的圖案為藍(lán)本，按本領(lǐng)域共知的方法制成透明標(biāo)簽，或印制成半色調(diào)(多灰階)圖案。
(三)用激光束閱讀散斑楊氏干涉條紋的方法和裝置？本發(fā)明的多灰階圖既可以制成透射式，也可以用鑄模、熱壓等成熟工藝制成反射式。圖6裝置用于閱讀透射式楊氏干涉條紋的編碼，但所述機(jī)讀原理適用于反射式。
本發(fā)明以條紋取向表示像元灰階值，特點(diǎn)是①機(jī)讀結(jié)果對(duì)載體14(16及21)的旋轉(zhuǎn)不敏感，機(jī)讀時(shí)允許放寬對(duì)載體取向精確度的限制。例如，對(duì)同一幅多灰階圖閱讀兩次，即使載體的擺放位置不一樣，各像元灰階讀數(shù)的相對(duì)差值保持不變。②便于用手持式激光筆目視查驗(yàn)楊氏干涉圖。盡管手工查驗(yàn)難以連續(xù)讀出大量二進(jìn)制數(shù)碼，但能夠得出半定量結(jié)果。相比之下，其它全息防偽標(biāo)識(shí)不能提供這種可目視的半定量結(jié)果(其它全息圖得出衍射條紋，與本發(fā)明的干涉條紋有明顯差異)。③楊氏干涉條紋的寬度的取值有多種可能性，仿制者難以逐個(gè)像元地模仿該可變寬度。
圖6中，激光束經(jīng)透鏡11形成平行光束，照射全息干板14，光束經(jīng)透鏡19會(huì)聚，在屏幕20形成楊氏干涉條紋(如圖5)。在屏幕20處放置光斑探測(cè)器，則可輸出干涉條紋取向和寬度的測(cè)量結(jié)果(電信號(hào))。并形成表示多灰階圖G多灰階→相位和G多灰階→振幅的分量數(shù)據(jù)文件。進(jìn)而，逆變換、解碼形成原始二值圖G二值，以及可目視閱讀的文字或圖形。
實(shí)施例2利用多灰階圖案制作身份證及護(hù)照等高價(jià)值文件結(jié)合附圖7按實(shí)施例1提供的方法，制作含圖形和文字的多灰階圖23和24(即G多灰階 →相位和G多灰階→振幅)，并印制或粘貼在證件21(或高價(jià)值文件)上。為了存儲(chǔ)身份驗(yàn)證所需的照片和三個(gè)指紋圖，約需2800字節(jié)。加上糾錯(cuò)碼，共需3400字節(jié)。護(hù)照可供普通條形碼占用的面積約為80×18mm2，身份證可供普通條形碼占用的面積約為64×18mm2。由于本發(fā)明光學(xué)存儲(chǔ)的密度高，以楊氏條紋編碼方式足以在上述面積中隱蔽地記錄持證件者的身份驗(yàn)證信息。如果在面積80×23mm2中印刷半色調(diào)多灰階圖，在確?？箵p性的前提下，用圖案G多灰階→相位和G多灰階→振幅大約可記錄54字節(jié)(7位ASCII碼、8位糾錯(cuò))，即限于記錄身份驗(yàn)證數(shù)據(jù)的摘要。盡管記錄的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，但抗損性較強(qiáng)(允許破損面積達(dá)30％)。
用機(jī)讀裝置采集數(shù)據(jù)，處理受磨損/被涂改的標(biāo)簽的方法是證件21上的IC芯片22可能受電磁干擾而失效，二維條形碼25、一維條形碼26、以及人像27和可視文字等可能被磨損、涂改。招致機(jī)器“拒讀”。
圖7中，以示意方式表示多灰階圖23已經(jīng)局部受損。本發(fā)明用圖6裝置強(qiáng)行讀取受損標(biāo)簽，分別對(duì)圖案G多灰階→相位以及G多灰階→振幅實(shí)施逆變換；必要時(shí)以糾錯(cuò)控制編碼為輔助工具，將誤碼率減小至最低限度，得出二值圖G二值。經(jīng)驗(yàn)證，本發(fā)明允許在標(biāo)簽殘缺面積≤25％的條件下，利用殘余的標(biāo)簽復(fù)原可目視的圖形和文字。
當(dāng)條形碼25、26和IC芯片22遭機(jī)器“拒讀”時(shí)，將本發(fā)明提供的多灰階光學(xué)圖案23、24與其它殘留信息相互映證，能有效地提高整個(gè)證件的抗損性。
權(quán)利要求
1.增強(qiáng)可機(jī)讀標(biāo)簽中文字與圖形的抗損性方法，包括在標(biāo)簽制作過程中將一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的含文字、圖形的多灰階光學(xué)圖案印制在標(biāo)簽上，再用機(jī)器讀出標(biāo)簽中文字和圖形，其特征在于(1)先用二值相位圖記錄二值文字及圖形，然后用光學(xué)圖像變換裝置將所述二值圖的每一個(gè)像元擴(kuò)散/映射到另一幅多灰階光學(xué)圖案的整個(gè)幅面，將多灰階光學(xué)圖案分解成相位和振幅兩個(gè)分量圖案，分量圖案的像元按行、按列整齊排列，其灰度至少分為256階；(2)以“散斑二次曝光法”將所述相位和振幅分量圖案記錄在載體中，制成供實(shí)用的標(biāo)簽；(3)用激光束照射載體，再現(xiàn)機(jī)器可讀(或肉眼可見)的散斑楊氏干涉條紋；依據(jù)楊氏干涉條紋的取向確定與之對(duì)應(yīng)的多灰階圖案的像元灰度值，用光學(xué)圖像變換裝置逆光路得出原始二值圖，進(jìn)而解碼、顯示原始文字和圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述文字和圖形包括人像、可視文字、IC芯片信息、二維條形碼、一維條形碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述載體可以為透明材料、非透明材料、電子文檔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述載體為透明材料時(shí)，其多灰階光學(xué)圖案的像素灰度值被折算成光程差，制作在相位體中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述載體為非透明材料時(shí)，多灰階光學(xué)圖案的像素灰度值被折算成半色調(diào)值，印制在載體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述載體為電子文檔時(shí)，在光電裝置的屏幕上顯示和利用所述多灰階光學(xué)圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，其特征在于包括一個(gè)將原始文字和圖形轉(zhuǎn)換成相位二值圖，并將所述二值圖映射生成多灰階圖案的光學(xué)圖像變換裝置；一個(gè)將所述多灰階圖案記錄在透明體中的激光散斑記錄裝置；一個(gè)用光電器件讀取標(biāo)簽上散斑楊氏干涉條紋、復(fù)原原始二值圖文的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于證件、法律、金融等高價(jià)值文件在局部破損條件下，能夠正確機(jī)讀標(biāo)簽中圖形和文字的方法和裝置。實(shí)施步驟為先將文字和圖形用二值相位圖表示，然后，利用光學(xué)映射變換裝置將原始二值相位圖上的單個(gè)(每一個(gè))像元擴(kuò)散到整個(gè)標(biāo)簽幅面上，形成一幅多灰階圖案。用所述多灰階圖案記錄需要保護(hù)(或需要防篡改)的內(nèi)容，將多灰階圖案記錄在載體中，其像元的灰階值(雙字節(jié)數(shù)值)用相鄰兩組散斑楊氏干涉條紋的取向角的大小來表示。如果多灰階圖案在非人為因素導(dǎo)致圖案殘缺或有意涂改而造成局部破損時(shí)，當(dāng)殘余面積≥原圖面積75％時(shí)，采用本發(fā)明提供的逆變換、解碼方法，仍能正確讀出隱藏在多灰階圖案中的文字和圖形。
文檔編號(hào)G06K17/00GK1831850SQ20061003149
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者譚吉春, 唐新懷, 郭宏瑞, 賈輝, 周撲, 廖丹, 何新, 張麗強(qiáng), 王曉峰, 劉莉, 文貝 申請(qǐng)人:湖南雅程科技有限公司