專利名稱：對安全文件特別是鈔票的鑒定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及對安全文件，特別是鈔票的鑒定。更準確地說，本發(fā)明涉及一種用于檢查安全文件，特別是鈔票的真實性的方法，其中真的安全文件包括被印刷、涂敷或以其他方式設置在該安全文件上的安全特征，該安全特征包括被用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征。本發(fā)明還涉及適合于執(zhí)行鑒定方法的一部分的數(shù)字信號處理單元，用于執(zhí)行所述鑒定方法的設備，目的在于根據(jù)所述鑒定方法優(yōu)化對安全文件的鑒定的用于制造安全文件的方法，以及用于探測被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件特別是鈔票上的安全特征的方法。
背景技術(shù)：
安全文件特別是鈔票的偽造是并且繼續(xù)是全世界工業(yè)和經(jīng)濟主要關(guān)注的事。大多數(shù)偽造的鈔票是使用在消費市場上任何用戶可以輕易得到的普通的成像和打印設備來制造的。掃描儀和彩色復印機以及利用廣泛傳播的打印工藝例如噴墨打印、熱敏打印和激光打印的高分辨率彩色打印機的出現(xiàn)使得制造相當數(shù)量的偽造的安全文件變得越來越容易。大多數(shù)鈔票偽造品是通過上面提及的成像和打印設備來制造的，并可被稱為“彩色復制
口 ”
ΡΠ ο還存在著使用商用膠印印刷機印刷的膠印印刷的偽造物“膠印偽造品”。這些偽造品通常是以網(wǎng)版膠印(即具有作為商業(yè)膠印印刷特征的多色網(wǎng)版或線柵組合)和/或行膠印(line offset，即沒有任何網(wǎng)版或線柵組合)印刷的。大多數(shù)真的鈔票通過凹版印刷、帶有高精度正反面對準的行膠印印刷、以及凸版印刷來合并高質(zhì)量印刷的特征。特別是，凹版和行膠印允許產(chǎn)生具有高印刷清晰度的高分辨率圖案。凸版印刷通常用于印刷可變信息，比如序列號。另外的印刷或處理技術(shù)也被利用來在鈔票上印刷或應用其他特征，比如絲網(wǎng)印刷、箔燙印、激光標刻或穿孔等。具有在鈔票以及相類似的安全文件的制造背景中涉及的一些工藝知識的技術(shù)人員因此在區(qū)分開大多數(shù)偽造的文件與真的文件中并沒有很大困難。使用簡單裝置如放大鏡近距離觀看偽造的文件通常有可能立刻識別出真的安全文件所固有的特征性特征，比如已經(jīng)提到過的存在于大多數(shù)鈔票上的凹版印刷的安全圖案。然而這需要在公眾中不一定普遍存在的一些關(guān)于安全印刷的技能和知識。實際上，大多數(shù)人相對容易被偽造品欺騙，只要偽造品或復制品的大體外觀實質(zhì)上與真的文件的外觀類似。這不僅表示在鈔票偽造的背景中的問題，而且還關(guān)于其他類型的有價值文件的偽造，比如支票、印花稅、身份證件和旅行文件等。安全文件的基于機器的鑒定，即，在文件處理系統(tǒng)如自動售貨機、自動柜員機(ATM)、鈔票接收器和類似的金融交易機中的自動識別也受偽造影響。事實上，發(fā)現(xiàn)安全文件的相當先進的偽造品并不少見，這些偽造品也復制在真的文件上呈現(xiàn)的機器可讀安全特征，比如紅外線、熒光和/或電磁標記。事實上，大多數(shù)基于機器的鑒定系統(tǒng)實質(zhì)上集中于這些機器可讀特征，而對被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的視覺安全特征不進行或很少進行實際的視覺檢測。換句話說，用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征(特別是凹版圖案、行膠印圖案、凸版圖案和/或光衍射結(jié)構(gòu))極少在基于機器的鑒定的背景下使用。一個例外是所謂的ISARD技術(shù)，其在60年代后期代表荷蘭國家銀行被TNO應用物理研究所發(fā)明和發(fā)展。ISARD表不Intaglio Scanning And Recognition Device并且基于對凹版印刷特征的特征性凹凸輪廓的度量。對該鑒定原理的討論可以在例如下列的論文中找到[Ren96]Rudolf L.van Renesse, Optical Inspection techniques forSecurity Instrumentation " , IS&T/SPIE ' s Symposium on Electronic Imaging,Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques I, San Jose, California, USA (January 28-February 2,1996), Proceedings of SPIE vol. 2659，pp.159-167 ；[HeiOO]Hans A. M. de Hei j, De Nederlandsche Bank NV, Amsterdam, theNetherlands, " The design methodology of Dutch banknotes" , IS&T/SPIE' sl2thInternational Symposium on Electronic Imaging,Optical Security and CounterfeitDeterrence Techniques III, San Jose, California, USA (January27-28,2000),Proceedings of SPIE vol. 3973，pp. 2-22 ;以及[Hei06] Hans A. M. de Hei j, De Nederlandsche Bank NV, Amsterdam,the Netherlands, " Publie feedback for better banknote design " , IS&T/SPIE ' slnternational Symposium on Electronic Imaging, Optical Security andCounterfeit Deterrence Techniques VI, San Jose, California, USA(January17-19,2006), Proceedings of SPIE vol. 6075,607501, pp.1-40.ISARD鑒定原理以及用于實現(xiàn)該原理的設備也在專利出版物GB1379764(對應于NL7017662)、NL 7410463、NL 9401796 和 NL 9401933 中被公開。ISARD方法的問題是它高度依賴于文件的磨損和使用程度，以及在鈔票底層中褶皺的存在，這些要素直接影響凹版印記上的實際凹凸輪廓以及其通過ISRAD的檢測。ISARD技術(shù)例如作為50荷蘭盾“Sunflower”鈔票(1982年發(fā)行)上以及當前發(fā)行的歐元鈔票(見[Hei06])上的平行凹版印刷線的圖案被應用。實際上，ISARD過去和現(xiàn)在主要普遍由公眾使用以執(zhí)行指甲劃傷測試(即，通過使指甲在平行凹版線的圖案上劃過)。對打擊偽造以及可能實現(xiàn)基于機器的鑒定的進一步的解決方案可能在于，例如通過使用特殊的標記物材料比如包含在油墨或嵌入紙中的稀土成分，或者通過使用所謂的數(shù)字水印技術(shù)將鑒定碼隱藏在印刷圖案本身中，在安全文件本身中合并特殊鑒定碼。然而，在安全文件中合并特殊鑒定碼意味著在設計和/或制造階段期間對文件的特殊處理，以及相應的特別設計的鑒定技術(shù)。這相應地增加對設計者和/或印刷者的負擔來調(diào)整安全文件的設計工藝和/或制造工藝，并且還意味著必須為了鑒定處理的目的而使用到特殊的檢測技術(shù)。例如在歐洲專利申請EP1864825A1 (其對應于進入歐洲階段的國際申請?zhí)朩02006/106677A1)中公開的基于特殊編碼在印刷圖案中的合并的解決方案，公開了一種印刷品和用于從該印刷品中提取信息的方法，其中信息被嵌(或編碼)入印刷設計特別是扭索飾圖案中，使得該信息可通過使圖案的樣本圖像經(jīng)傅里葉變換而被探測到。通過在空間上調(diào)節(jié)平行/同心曲線圖像元素之間的間隔可完成該信息的編碼。這樣的空間調(diào)節(jié)導致在圖案的樣本圖像的傅里葉變換頻譜圖像中譜峰的產(chǎn)生，該譜峰表示在印刷設計中所嵌入的信息，并可由此被解碼。更準確地說，根據(jù)歐洲專利申請EP1864825A1，被編碼的信息通過考慮譜峰強度來提取。這種方法的缺點在于這一事實，必須以特定的方法將特殊編碼嵌入印刷圖案中以允許解碼。這相應地對設計者強加相當大的限制，設計者必須遵循特殊的設計規(guī)則來設計印刷圖案。實際上，歐洲專利申請EP1864825A1的教導基本上限于將信息嵌入扭索飾圖案中，正如可容易從觀察EP1864825A1的圖中所看到的。例如應用在歐洲專利申請EP1864825A1中所公開的方法，以便在個人證件(比如身份證、駕照、或類似證件)上對信息進行編碼，該信息涉及個人證件的擁有人/持有人。與 擁有人相關(guān)的信息被編碼到印刷于個人證件上的扭索飾圖案中。當嵌入扭索飾圖案中的信息是與用戶相關(guān)的時，這相應地使偽造者更加難以制造相似的個人證件。然而，以與原件相似的分辨率制造的個人證件的任何復制品將展現(xiàn)與原件完全相同的信息。這種方法因此主要適合于對預定承載與用戶相關(guān)的信息(其例如不是鈔票的情況)的安全文件進行鑒定的目的。美國專利第5，884，296號公開了用于辨別文件圖像中所包含的塊區(qū)域中的圖像屬性的設備，該設備涉及基于塊區(qū)域中的圖像數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，以及確定關(guān)于塊區(qū)域中的圖像的空間頻譜。神經(jīng)網(wǎng)絡用于基于從傅里葉變換中輸出的空間頻譜來輸出關(guān)于塊區(qū)域內(nèi)的圖像的屬性是否為半色調(diào)浮點圖像的辨別結(jié)果。為了提高圖像的質(zhì)量的目的，這個設備特別旨在數(shù)字復印機中使用。美國專利第5，884，296號的設備更特別旨在復制包含文字圖像、攝影圖像和/或點圖像的混合物的文件的背景中使用，圖像屬性需要被單獨處理以在復制文件中產(chǎn)生良好的圖像質(zhì)量。美國專利第5，884，296號沒有以任何方式處理鑒定安全文件的問題，而是更確切地涉及旨在改善圖像的不同屬性之間的辨別的解決方案。歐洲專利申請?zhí)朎P1484719A2公開了一種方法，其用于形成參考文件比如鈔票的模板，并且使用該模板來驗證其他測試文件，特別是驗證在自動柜員機中的貨幣。該方法包括使用多個參考文件比如真的鈔票的圖像并以相似的方式將每個圖像分割成多個段。每個段使用一類分類器被分類，以確定參考分類參數(shù)。這些參數(shù)被用來定義閾值參考分類參數(shù)。因此，通過比較測試文件的圖像和所生成的模板而不是通過觀察測試文件的固有特征來執(zhí)行測試文件的驗證。因此存在對更簡單而且更有效率的方法的需要，特別是不同樣利用新設計和/或制造工藝而是更確切地利用一般已經(jīng)存在于大多數(shù)真的鈔票上的安全特征的固有特征，特別是凹版印刷圖像的特征性和固有特征的方法。發(fā)明概述因此本發(fā)明的總的目的是改進用于檢查安全文件特別是鈔票的真實性的已知方法。更準確地說，本發(fā)明另一個目地是提供一種方法，其利用一般已經(jīng)被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的安全特征的固有特征，特別是凹版印刷圖案的固有特征。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在真實的(真的)安全文件和其復制品或偽造品之間實現(xiàn)可靠且有效的區(qū)別的解決方案。本發(fā)明的又一個目的是提供一種解決方案，其可在自動文件處理系統(tǒng)(比如自動售貨機、ATM等)中以比當前已知的解決方案更為簡單的方式被實現(xiàn)。由于在權(quán)利要求中定義的解決方案而實現(xiàn)了這些目的。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用來檢查安全文件特別是鈔票的真實性的方法，其中真實的安全文件包括被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的安全特征，這些安全特征包括用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征，該方法包括以下步驟-獲得待鑒定的候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域的樣本圖像，該所關(guān)注的區(qū)域包圍安全特征的至少一部分；-通過執(zhí)行該樣本圖像到包含樣本圖像的高分辨率細節(jié)的至少一個尺度子空間中的分解并且從該尺度子空間中提取分類特征來數(shù)字地處理該樣本圖像，以及-基于被提取的分類特征得到候選文件的真實性等級。優(yōu)選地，對樣本圖像的數(shù)字處理包括(i)執(zhí)行對樣本圖像的變換以得到表示該樣本圖像的精細尺度的高分辨率細節(jié)的至少一組頻譜系數(shù)，以及(ii)處理這些頻譜系數(shù)以提取分類特征。甚至更優(yōu)選地，該變換是小波變換，有利地是選自包含例如Haar小波變換、Daubechies小波變換和Pascal小波變換的組中的離散小波變換(DWT)。可使用任何其他適合的小波變換或其派生物。對頻譜系數(shù)(在小波變換的背景下被稱為“小波系數(shù)”)的處理優(yōu)選地包括執(zhí)行對頻譜系數(shù)的統(tǒng)計分布的處理。該統(tǒng)計處理可以特別包括計算選自包括所述頻譜系數(shù)的統(tǒng)計分布的算術(shù)平均值(統(tǒng)計學中的一階矩)、方差(統(tǒng)計學中的二階矩)、偏度(統(tǒng)計學中的三階矩)、過度(excess，統(tǒng)計學中的四階矩)以及熵的組中的至少一個統(tǒng)計參數(shù)。樣本圖像的分解有利地作為該樣本圖像的多分辨率分析(MRA)的一個或多個迭代的結(jié)果被執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明，還提供了用于檢查安全文件特別是鈔票的真實性的方法，其中真實的安全文件包括印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的安全特征，這些安全特征包括用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征，所述方法包括數(shù)字地處理待鑒定的候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域的樣本圖像的步驟，該數(shù)字處理包括執(zhí)行樣本圖像的多分辨率分析的一個或多個迭代?？商峁┮陨戏椒ㄓ糜跀?shù)字化處理與同一候選文件的幾個所關(guān)注的區(qū)域相應的多個樣本圖像。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，能夠以相對低的分辨率，S卩，低于600dpi，優(yōu)選地以300dpi獲得樣本圖像。實際上，測試顯示，對樣本圖像的高掃描分辨率根本不是必須的。這尤其有利，因為低分辨率縮短了執(zhí)行樣本圖像的獲取所必需的時間，并且減少了對給定表面面積將被處理的數(shù)據(jù)量，這相應地實質(zhì)上促進了該方法的實際實現(xiàn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，為了鑒定所使用的安全特征主要包括凹版圖案。不過，安全特征可能包括凹版圖案、行膠印圖案、凸版圖案、光衍射結(jié)構(gòu)(即，安全印刷機所完成的工藝所固有的圖案或結(jié)構(gòu))和/或其組合。
通過確保被選擇的所關(guān)注的區(qū)域包括高密度(高空間頻率)的圖案(優(yōu)選地是凹版印刷的直線或曲線圖案)可實現(xiàn)鑒定等級的最大化。這些圖案可以特別是被設置在候選文件上的圖片表示的圖案，比如肖像。還要求保護的是一種數(shù)字信號處理單元，其用于根據(jù)以上方法處理待鑒定的候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域的樣本圖像的圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)字信號處理單元被編程來執(zhí)行對樣本圖像的數(shù)字處理，該數(shù)字信號處理單元可以在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)單元中被有利地實現(xiàn)。類似地要求保護一種設備，其用于根據(jù)以上方法檢查安全文件特別是鈔票的真實性，該設備包括用于獲得樣本圖像的光學系統(tǒng)和被編程來執(zhí)行樣本圖像的數(shù)字處理的數(shù)字信號處理單元。進一步要求保護用于制造安全文件特別是鈔票的一種方法，其包括設計被印刷、涂敷或以其他方式設置在所述安全文件上的安全特征的步驟，其中安全特征被設計成通過 在所述至少一個尺度子空間中產(chǎn)生特征響應來最優(yōu)化根據(jù)上述方法計算的真實性等級。還要求保護小波變換以及多分辨率分析用于鑒定安全文件特別是鈔票的用途。最后，提供了一種用于探測被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件特別是鈔票上的安全特征的方法，這些安全特征包括用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征，所述方法包括數(shù)字處理候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域的樣本圖像的步驟，其中所關(guān)注的區(qū)域被選擇成包圍所述安全特征的至少一部分，該數(shù)字處理包括執(zhí)行樣本圖像的多分辨率分析的一個或多個迭代，以提取表征所述安全特征的分類特征。這種方法特別有利地應用于探測凹版印刷圖像。附圖的簡要說明從閱讀以下本發(fā)明的實施方式的詳細描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點顯得更明顯，這些實施方式僅作為非限制性的例子被示出并用


，其中圖Ia是對示例性鈔票樣本的灰度掃描；圖Ib是圖Ia的鈔票樣本右上角部分的灰度照片；圖2a和2b是圖Ia的鈔票樣本的放大視圖，圖2b對應于在圖2a中由白色正方形指示的區(qū)域；圖3a和3b是圖Ia的鈔票樣本的第一彩色復制品的放大視圖，圖3b對應于在圖3a中由白色正方形指示的區(qū)域；圖4a和4b是圖Ia的鈔票樣本的第二彩色復制品的放大視圖，圖4b對應于在圖4a中由白色正方形指示的區(qū)域；圖5a是一級(一個迭代)離散小波變換的示意圖；圖5b是三級(三個迭代)離散小波變換的示意圖；圖6是不出多分辨率分析(MRA)的原理的不意圖；圖7a示出二維小波變換的一次迭代；圖7b示出在圖7a中所示的一次迭代后對二維小波變換的二次迭代；圖8是用于執(zhí)行二維小波變換的所謂“非標準分解”方法的示意圖；圖9是用于執(zhí)行二維小波變換的所謂“標準分解”方法的示意圖；圖IOa是對相應于圖2b中示出的所關(guān)注的區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)應用的二維小波變換的一次迭代的結(jié)果的圖示；圖IOb是如圖IOa所示的對相應于圖2b中示出的所關(guān)注的區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)的二維小波變換的一次迭代的結(jié)果的圖示，其中詳細的子圖像被歸一化用于更好的視覺表示；圖Ila至Ilc是為了更好的視覺表示而被歸一化的詳細的子圖像(如圖IOb所示)的組合結(jié)果的3個圖示，其中圖11a、Ilb和Ilc分別顯示對圖2b、3b和4b的圖像的處理的結(jié)果；圖12顯示9個直方圖，其示出從圖2b、3b和4b的圖像的一級小波變換得到的小波系數(shù)的統(tǒng)計分布，3個直方圖的上一行直方圖、中間一行直方圖和下一行直方圖分別代表從所述小波變換得到的水平細節(jié)、垂直細節(jié)以及對角線細節(jié)；圖13是兩個統(tǒng)計參數(shù)，S卩，偏度(也被稱為統(tǒng)計學中的三階矩)和過度峰度(也被稱為統(tǒng)計學中的四階矩)的示意圖，這些參數(shù)可以用于表征小波系數(shù)的統(tǒng)計分布；·圖14a到14c是3個條形圖，其示出從分別對水平細節(jié)、垂直細節(jié)和對角線細節(jié)的圖2b、3b和4b的圖像的一級小波變換得到的小波系數(shù)的統(tǒng)計分布的方差，即，離散度的度量;圖15a和15b是出現(xiàn)在5馬克鈔票的正面上的Bettina von Arnim的凹版印刷肖像的一部分的兩個放大視圖，該鈔票在引入歐元之前在1991到2001年期間被德國發(fā)行；圖16a是顯示5馬克鈔票的2個原始樣本(圖示A和B)和4個彩色副本(圖示C到F)的實質(zhì)上相同的區(qū)域的6個灰度掃描的視圖；圖16b顯示6個直方圖，其示出從圖16a的圖像的一級小波變換得到的小波系數(shù)的統(tǒng)計分布，每個直方圖示出組合的小波系數(shù)(即水平細節(jié)、垂直細節(jié)和對角線細節(jié)的組合)的統(tǒng)計分布；圖17是圖16b的左上角和右下角的直方圖的例證性疊加；圖18a是一個條形圖，其示出從與11個候選文件的相同的所關(guān)注的區(qū)域(如圖15b和16a所示)相應的圖像數(shù)據(jù)的一級小波變換得到的小波系數(shù)的統(tǒng)計分布的方差，這11個候選文件包括5馬克鈔票的5個原始樣本(候選文件I到5)以及6個彩色復制品(候選文件6到11)；圖18b是一個條形圖，其示出從與如圖18a中的相同的11個5馬克鈔票候選文件的相同的所關(guān)注的區(qū)域相應的圖像數(shù)據(jù)的一級小波變換得到的小波系數(shù)的統(tǒng)計分布的過度峰度，即“峰態(tài)”的度量；圖19是用于給候選文件分類的示例性特征空間的示意性表示，其中小波系數(shù)的統(tǒng)計分布的方差和過度峰度被用作(X，y)坐標來在所述特征空間中給候選文件定位；圖20是與圖19的特征空間類似的示例性特征空間的示意性表示，其中包括原始樣本和彩色復制品的多個候選文件使用作為(X，y)坐標的方差和過度峰度被表示在特征空間中；圖21是根據(jù)本發(fā)明的方法的用于檢查安全文件的真實性的設備的示意圖；以及圖22是根據(jù)本發(fā)明的方法的總結(jié)流程圖。本發(fā)明的實施方式的詳細描述本發(fā)明是源自于觀察到使用僅安全打印機可實現(xiàn)的特定制造工藝而印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的安全特征(特別是凹版印刷特征)呈現(xiàn)出可被具有關(guān)于所涉及的特定制造工藝的知識的有資格人士識別的高度特征性視覺特征(在下文中被稱為“固有特征”)。下面的討論將集中于分析通過凹版印刷產(chǎn)生的固有特征。然而應當認識到，相同的方法也適用于鈔票的其他固有特征，特別是行膠印印刷特征，凸版印刷特征和/或光衍射結(jié)構(gòu)。申請人已進行的測試的結(jié)果表明，凹版印刷特征非常適合于根據(jù)本發(fā)明的鑒定的目的，并且進一步給出最好的結(jié)果。這特別是由于凹版印刷實現(xiàn)非常精細、高分辨率以及清晰的圖案的印刷的事實。因此凹版印刷是用于制造在本發(fā)明的背景下利用的固有特征的優(yōu)選工藝。圖Ia是例證性鈔票樣本I的灰度掃描，該鈔票顯示本申請人在2004年期間制作的Jules Verne的肖像。該鈔票樣本I是使用鈔票制造所特有的印刷和處理技術(shù)的組合來制造的，具體地，這些印刷和處理技術(shù)包括用于印刷鈔票多色背景10的行膠印印刷，用于印刷包括平面天體圖20和六分儀21的圖形的光學可變油墨圖案的絲網(wǎng)印刷、應用光學可變設備、包括攜帶沿鈔票的高度垂直延伸的光學衍射結(jié)構(gòu)的材料條30(該材料條30在圖Ia中用2條虛線示意性地被定界)的箔燙印技術(shù)、用于印刷包括Jules Verne的肖像41的幾個凹版圖案41到49的凹版印刷、用于印刷2個序列號51、52的凸版印刷、以及用于給鈔票漆上一層保護性清漆的上漆。該鈔票樣本I上還在樣本的右手邊上設置有標記60，該標記60通過條30和膠印印刷油墨的下層(未加參考符號)的部分激光燒蝕而被應用。在所示例子中，肖像41 (與垂直的年份名稱2004和在該肖像周圍的形象化圖形一起)、帶有飛馬42的標志“礎4-61( 1”、標記“1 4-61( 1”43和“5 6(^1^11”44、以及在鈔票的三個角上和鈔票的左手邊與右手邊上的觸覺圖案45到49通過凹版印刷被印刷在行膠印印刷的背景10、絲網(wǎng)印刷的圖形20、21以及材料條30的頂部上。在凹版印刷階段之后，印刷序列號51、52，并且完成上漆。還應當進一步理解，鈔票樣本I是在單張印刷和處理設備(如本發(fā)明人提供的)上被制造的，每一印張攜帶多個鈔票樣本的陣列(如在本領(lǐng)域中常見的)，多個鈔票樣本在制造工藝結(jié)束時被最終切割為單獨的鈔票。圖Ib是圖Ia的鈔票樣本的右上角的灰度照片，其較詳細地顯示帶有天馬42的凹版印刷標志“KBA-GI0RI”以及包括以45度角與天馬42部分地重疊的一組平行線的觸覺圖案45。該凹版印刷的特征壓紋和浮雕效果以及印刷品的清晰度可以在這張照片中很容易看到。圖2a是圖Ia的肖像41左手邊部分的(圖案20、21和44在圖2a中也是部分可見的)更加詳細的視圖。圖2b是在圖2a中由白色正方形示出的肖像41的正方形部分(或所關(guān)注的區(qū)域R. ο. I)的放大視圖。圖2b顯示構(gòu)成肖像41的凹版圖案的一些特征性固有特征。用于隨后的信號處理的所關(guān)注的區(qū)域R. ο. I不需要覆蓋文件的大表面面積。更確切地說，測試已經(jīng)顯示，小于5cm2的表面面積已經(jīng)足以用于鑒定的目的。 圖3a、3b和4a、4b是如圖Ia所示的鈔票樣本的2個彩色復制品的與圖2a、2b相似的灰度圖像，這些復制品使用商用彩色復制設備制造。在圖3a和4a中的每一個中，所描繪的白色正方形指示分別顯示在圖3b和4b中的放大視圖中的肖像的所關(guān)注的相應區(qū)域R. O. I。在圖3a、3b中所示的第一彩色復制品是使用Epson噴墨打印機和Epson照片用紙制造的。在圖4a、4b中所示的第二彩色復制品是使用Canon噴墨打印機和普通紙制造的。高分辨率掃描儀被用來掃描原始樣本并為噴墨打印機提供必要的輸入。
雖然2個彩色復制品的總體視覺方面看起來與原始樣本類似，如圖3b和4b所示，更接近地觀看被復制的構(gòu)成肖像的凹版圖案的結(jié)構(gòu)表明該結(jié)構(gòu)并不像原始樣本中的一樣清晰(見圖2b)并且，由于噴墨打印工藝和所使用的紙的性質(zhì)，這些結(jié)構(gòu)顯得有些模糊和平滑。在圖3b和4b中包含的圖像信息很明顯與圖2b中所示的原始樣本的圖像信息不同。因此本發(fā)明涉及一種方法，其定義如何顯示并利用這種不同，以便區(qū)分開在圖2a、2b的原始和真實的樣本與圖3a、3b和4a、4b的復制品。以下的討論將專注于這一問題。如上面所暗示的，凹版印刷圖案的固有和特征性特征特別地是印刷的高清晰度，而噴墨打印的復制品特別是由于數(shù)字處理和打印而展示出實質(zhì)上較低的打印清晰度。彩色激光打印的復制品以及通過熱升華處理得到的復制品也可以說是這種情況。這種差異可以通過以下方式顯示將在待鑒定的候選文件的放大視圖(比如圖2b、3b和4b的視圖)中所包含的圖像數(shù)據(jù)(或所關(guān)注的區(qū)域)分解成包含該圖像的高分辨率細節(jié)的至少一個尺度子空間，并從該尺度子空間提取代表性的分類數(shù)據(jù)，這將在下文中更加詳細地說明。優(yōu)選地，圖像的分解通過執(zhí)行基于所謂小波(法語“ondelettes”)的數(shù)字信號處 理技術(shù)來實現(xiàn)。小波是用來將給定函數(shù)或信號分成不同的尺度分量的數(shù)學函數(shù)。小波轉(zhuǎn)換(或小波變換)是通過小波的函數(shù)或信號的表示。小波變換對表示具有不連續(xù)點和尖銳峰值的函數(shù)和信號具有優(yōu)于傳統(tǒng)傅里葉變換的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明，如將在下面討論的，特別使用所謂離散小波變換(DWT)的特性。應認識到，傅里葉變換(如例如在歐洲專利申請EP 1864825A1和美國專利第US5，884，296號中所討論的解決方案的背景下使用的)并不等同于小波變換。事實上，傅里葉變換僅涉及將被處理的圖像轉(zhuǎn)換為表示圖像的相關(guān)空間頻率內(nèi)容的頻譜，而沒有關(guān)于尺度的任何差別。在本描述中小波理論將不被深入討論，因為這個理論在本領(lǐng)域中同樣是眾所周知的，并且在關(guān)于這個主題的一些教科書中詳盡地討論和描述了。有興趣的讀者可以例如參考以下的關(guān)于小波理論的書籍和論文[Mal89]Stephane G. Mallat, " A Theory for Multiresolution SignalDecomposition The Wavelet Representation " , IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence, Vol. 11, No.7(July 7,1989), pp.674-693 ；[Dau92]Ingrid Daubechies, " Ten Lectures on Wavelets " , CBMS-NSFRegional Conference Series in Applied Mathematics 61, SIAM(Society forIndustrial and Applied Mathematics)，2nd edition,1992, ISBN 0-89871-274-2;[Bur98]Sidney C.Burrus,Ramesh A.Gopinath and Haitao Guo," Introductionto Wavelets and Wavelet Transforms A Primer" , Prentice-HalI, Inc.,1998, ISBN0-13-489600-9 ；[Hub98]Barbara Burke Hubbard, " The World According to Wavelets TheStory of a Mathematical Technique in the Making" , A K Peters, Ltd. ,2ndedition,1998， ISBN 1-56881-072-5 ；[MaI99]MALLAT, Stephane, " A wavelet tour of signal processing ",Academic Press, 2nd edition, 1999, ISBN 0-12-466606-X ;以及[Wal04]WALNUT, David F. " An Introduction to Wavelet Analysis ",Birkhauser Boston, 2nd edition, 2004，ISBN 0-8176-3962-4。理解了小波可以通過小波函數(shù)(或“母小波”)ψ和尺度函數(shù)(或“父小波”)φ方便地表示就足夠了。實際上，小波函數(shù)Ψ可以表示為帶通/高通濾波器，其對信號尺度/頻譜的上半部分進行濾波，同時尺度函數(shù)Φ可以表示為低通濾波器，其對信號尺度/頻譜的剩余的下半部分進行濾波。該原理在圖5a中被示意性示為一級數(shù)字濾波器組，其包括具有函數(shù)h(n)的低通濾波器和具有函數(shù)g (η)的高通濾波器，它們將信號尺度/頻譜分為相等的頻譜范圍的兩部分。當使離散采樣的信號x(n)通過圖5a中的濾波器組時，我們可以考慮該采樣信號x(n)的一級小波變換。本質(zhì)上是信號x(n)和函數(shù)h(n)的卷積*的結(jié)果的低通濾波器的輸出y_(n)包括尺度函數(shù)變換系數(shù)，或簡單地“尺度系數(shù)”(也被稱為近似系數(shù))，而類似地是信號X (η)和函數(shù)g(n)的卷積*的結(jié)果的高通濾波器的輸出yHrcH(n)包括小波函數(shù)變換系數(shù)，或簡單地“小波系數(shù)”(也被稱為細節(jié)系數(shù))。因為每個濾波器對信號X (η)的頻譜分量的一半進行濾波，根據(jù)尼奎斯特定律，被濾波的樣本的一半可以被丟棄。在圖2中，對低通和高通濾波器的輸出因此被下采樣為一半(因此在圖5a中下采樣操作符“丨2”跟隨在每個濾波器之后)，這意味著每2個樣本被丟棄一個。遵循這種方法，通過反復地重復該過程，S卩，通過將由低通濾波器輸出的近似系數(shù)傳遞到隨后的相似濾波階段，信號可以被分解為與不同尺度(或分辨率)相應的多個小波系數(shù)。此方法被稱為多分辨率分析或MRA(見[Mal89])，在圖5b中示意性示出了三級多分辨率分析的情況。如在圖5b中可以認識到的，事實上濾波器組是三級濾波器組，其中前面的濾波階段的被低通濾波的輸出通過隨后的濾波階段被再次濾波。在圖5b中，信號x(n)實際上被分解為相應于3個不同尺度的4個信號分量，即，
(i)在第一尺度的細節(jié)系數(shù)(一級系數(shù))，其包括與信號X(η)相比的一半數(shù)量的樣本，(ii)·在與第一個尺度不同的第二尺度的細節(jié)系數(shù)(二級系數(shù))，其包括與信號X (η)相比的1/4數(shù)量的樣本，以及(iii)近似系數(shù)和(iv)在第三尺度的細節(jié)系數(shù)(三級系數(shù))，每一個都包括與信號x(n)相比的1/8數(shù)量的樣本。事實上，離散采樣信號可以最終被完全分解成一組在不同尺度處的細節(jié)系數(shù)(小波系數(shù))，只要該采樣信號含有2N個樣本，其中N是將信號完全分解成小波系數(shù)所需要的迭代或級的數(shù)量?？傊喾直媛史治?MRA)或多尺度分析指基于小波變換的信號處理技術(shù)，由此如圖6的圖所示意性示出的，信號被分解在范圍從信號的精細細節(jié)(高分辨率分量)到粗略細節(jié)(低分辨率分量)的不同尺度的多個嵌套子空間中。根據(jù)本發(fā)明，真正的安全特征的固有特征，特別是凹版圖案的固有特征，將通過特別地看待鑒定的候選文件的圖像的精細高分辨率(精細尺度)細節(jié)而不是看候選文件的圖像的較粗略的低分辨率細節(jié)來識別。到現(xiàn)在為止，僅在處理一維信號的背景下對小波理論進行了討論。然而圖像被視為二維信號，這相應地需要二維處理。因此在轉(zhuǎn)到本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的實際描述之前，將簡要地討論二維小波變換的概念。如例如在[Mal89]中所討論的，上面討論的小波理論可以容易延伸到二維信號的分解。二維小波變換基本上涉及二維信號的行方向和列方向的處理，其中信號的行和列使用以上討論的一維小波算法被分開地處理。這將參考圖7a、7b、8和9來解釋。在圖7a中，示意性示出原始圖像(即，相應于待鑒定的候選文件的樣本圖像的被選擇的所關(guān)注的區(qū)域的圖像-比如圖2b、3b和4b的圖像)，該原始圖像被表示為C0。該原始圖像c°由ηχη個像素的矩陣組成，其中η可被2Ν除，N是相應于希望執(zhí)行的小波迭代的數(shù)量N的整數(shù)。實際上，圖像的尺寸應該足夠大以便包圍相對大數(shù)量的特征。為了說明起見，該原始圖像c°可例如由256x256個像素的矩陣組成。但是其他圖像尺寸是完全可能的。在300dpi的采樣分辨率處，應認識到，這樣的圖像尺寸對應于待鑒定的候選文件上的近似2x2cm2的表面面積。作為小波變換一次迭代的結(jié)果，如圖7a所示，原始圖像0°被分解成4個子圖像C1、Cl1Pd12和Cl13，其中每一個子圖像都具有(n/2)x(n/2)像素的尺寸。子圖像C1包含由沿著原 始圖像c°的行和列的低通濾波得到的原始圖像c°的近似。在另一方面，子圖像(1\、Cl12和Cl13包含從沿著原始圖像c°的行和列的高通濾波得到的原始圖像c°的細節(jié)。更準確地-Cl11是沿著原始圖像c°的行高通濾波并沿著列低通濾波的結(jié)果，并且包括原始圖像c°的水平細節(jié)；-Cl12是沿著原始圖像c°的行低通濾波并沿著列高通濾波的結(jié)果，并且包括原始圖像(°的垂直細節(jié)；以及-Cl13是沿著原始圖像c°的行和列高通濾波的結(jié)果，并且包括原始圖像c°的對角線細節(jié)。該處理可通過相似地將子圖像C1分解成4個附加的子圖像c2、Cl21, d22和d23在隨后的迭代期間重復，其中每一個子圖像具有(n/4)x(n/4)像素的尺寸，如圖7b中示意性示出的。在圖7b中，子圖像(、札和札表示以第一分辨率(或尺度)的圖像c°的細節(jié)，而子圖像Cfpd22和d23表示以第二分辨率(或尺度)的圖像c°的細節(jié)，該第二分辨率是所述
第一分辨率的一半。在N次迭代之后，原始圖像c°將會因此被分解成3N+1個子圖像d'、dm2、dm3和cN，其中m= 1,2, ...,N0如以上已經(jīng)暗示的，子圖像(T1每個都將包含以不同尺度(或分辨率)的原始圖像的水平細節(jié)，而子圖像dm2和dm3每個都分別包含以不同尺度的原始圖像的垂直或?qū)蔷€細節(jié)。二維小波變換優(yōu)選地根據(jù)所謂“非標準分解”方法執(zhí)行，該方法在圖8中示意性示出。根據(jù)這種分解方法，一維小波變換在圖像的行和列上被交替執(zhí)行。在圖8中，參考符號A、D、a、d分別表示A :圖像的行的近似(即，被低通濾波的)系數(shù)；D :圖像的行的細節(jié)(即，被高通濾波的)系數(shù)；a :圖像的列的近似(即，被低通濾波的)系數(shù)；以及d :圖像的列的細節(jié)(即，被高通濾波的)系數(shù)。如圖8的上部分所示的，原始圖像的行被首先處理然后是列，例如以產(chǎn)生圖7a中所示的結(jié)果(其中Aa、Da、Ad和Dd分別對應于子圖像C1、(1\、(I12和(I13)。如圖8的下部分所示的，子圖像Aa(其對應于子圖像C1)以行開始接著是列被類似地處理，導致與圖7b中所示的相同的分解(其中AaAa、AaDa、AaAd和AaDd分別對應于子圖像c2、(I21 > d22和d23)。以上討論的“非標準分解”方法的可選方案是所謂的“標準分解”方法，其通過執(zhí)行沿著行的所有所需要的迭代，然后僅執(zhí)行沿著列的所需要的迭代來實現(xiàn)。這種方法在圖9中示意性示出?！皹藴史纸狻狈椒ǖ膬?yōu)點在于圖像的每個行和列只需要從存儲器中被裝載一次以便轉(zhuǎn)換整個圖像的事實。這種方法相應地需要最小數(shù)量的內(nèi)存訪問，這在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)的背景下是有利的。雖然“非標準分解”方法相比于其他方法需要更多的存儲器訪問，但它有需要較少的計算時間的優(yōu)點，因為在每次迭代期間，只須處理從之前迭代得到的數(shù)據(jù)的僅四分之一。此外，如從圖8和9的比較中容易理解的，通過“非標準分解”方法分開地提取水平和垂直細節(jié)。不同類型的離散小波變換(DWT)在本發(fā)明的背景下是適合的。特別是通過使用在本領(lǐng)域中同樣已知的所謂Haar-、Daubechies-和Pascal小波變換完成了成功的測試。實際上Haar小波變換是第一個已知的小波變換。該小波變換(雖然當時沒有被同樣地命名)是在1909年被匈牙利數(shù)學家Alfred Haar發(fā)現(xiàn)的。該小波變換也被認為是所謂Daubechies小波變換的一種特例。Haar小波變換的相應高通和低通濾波器每個都由2個系數(shù)組成，即對低通濾波器
權(quán)利要求
1.小波變換用于鑒定安全文件的用途。
2.多分辨率分析(MRA)用于鑒定安全文件的用途。
3.如權(quán)利要求I或2所述的用途，用于數(shù)字地處理待鑒定的候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域(R. O. I)的樣本圖像(c0)。
4.如權(quán)利要求3所述的用途，用于數(shù)字地處理與同一候選文件的幾個所關(guān)注的區(qū)域(R. ο. I)相應的多個樣本圖像。
5.如權(quán)利要求3所述的用途，其中真實的安全文件包括被印刷、涂敷或以其他方式設置在該安全文件上的安全特征(41-49 ；30 ；10 ;51，52)，所述安全特征包括被用于制造該安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征，并且其中所述至少一個所關(guān)注的區(qū)域(R. ο. I)包括所述安全特征(41-49 ；30 ；10 ;51，52)的至少一部分。
6.如權(quán)利要求5所述的用途，用于提取表征所述安全特征(41-49；30 ；10 ;51，52)的分類特征(o2，C，···)。
7.如權(quán)利要求6所述的用途，用于基于所提取的分類特征(σ2，C，...)得到所述候選文件的真實性等級。
8.如權(quán)利要求6或7所述的用途，其中所述分類特征(o2，C，...)是選自包括表示所述樣本圖像(c°)的精細尺度的高分辨率細節(jié)(Cl11, Cl12, Cl13,...)的頻譜系數(shù)的統(tǒng)計分布的稱為統(tǒng)計學中的一階矩的算術(shù)平均值、稱為統(tǒng)計學中的二階矩的方差(σ2)、稱為統(tǒng)計學中的三階矩的偏度、稱為統(tǒng)計學中的四階矩的過度(C)、以及熵的組中的統(tǒng)計參數(shù)。
9.如權(quán)利要求5-7中的任一項所述的用途，其中所述安全特征包括凹版印刷的直線或曲線圖案(41-49)。
10.如權(quán)利要求3所述的用途，其中數(shù)字信號處理單元(200)被編程來執(zhí)行對所述樣本圖像(c°)的所述數(shù)字處理。
11.如權(quán)利要求3所述的用途，用在一種用于檢查安全文件的真實性的設備中，所述設備包括用于獲得所關(guān)注的區(qū)域(R.o. I)的樣本圖像(c°)的光學系統(tǒng)(100)和被編程以對所述樣本圖像(c°)執(zhí)行數(shù)字處理的數(shù)字信號處理單元(200)。
12.如權(quán)利要求I或2所述的用途，用于鈔票的鑒定。
全文摘要
描述了一種用于檢查安全文件特別是鈔票的真實性的方法，其中真實的安全文件包含被印刷、涂敷或以其他方式設置在安全文件上的安全特征(41-49；30；10；51，52)，這些安全特征包括被用于制造安全文件的工藝所固有的特征性視覺特征。該方法包含以下步驟(i)獲得待鑒定的候選文件的表面的至少一個所關(guān)注的區(qū)域(R.o.I)的樣本圖像(c0)，該所關(guān)注的區(qū)域包圍安全特征的至少一部分，(ii)通過執(zhí)行將樣本圖像(c0)分解到包含所述樣本圖像(c0)的高分辨率細節(jié)(d11，d12，d13，...)的至少一個尺度子空間并且從該尺度子空間中提取分類特征(σ2，C，...)來數(shù)字地處理樣本圖像(c0)，以及(iii)基于所提取的分類特征(σ2，C，...)得到候選文件的真實性等級。
文檔編號G07D7/20GK102930632SQ20121040868
公開日2013年2月13日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者沃爾克·洛韋格, 歐根·吉利赫, 約翰尼斯·謝德 申請人:卡巴-諾塔賽斯有限公司