專利名稱：使用與快速遮蓋歸一化互相關性相匹配的模板進行文檔認證的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于圖像圖案確認的安全文檔(例如護照、駕照、出生證明或金融單據(jù))的計算機輔助認證。
背景技術：
計算機輔助技術越來越多地用于驗證安全文檔的可靠性。安全文檔的例子包括護照、信用卡、身份證、駕照、出生證明、商業(yè)票據(jù)和金融單據(jù)。在一些情況下，將安全圖像打印、壓印、刻印或附連在安全文檔上，一般用來幫助檢測偽造或?qū)ξ唇?jīng)授權的文檔的使用。也就是說，安全文檔
可以包括一種或多種安全特征，例如難以仿造的紫外線油墨、回射3MConfirnT圖像以及回射虛像，從而能夠更可靠地驗證安全文檔，并更有效地檢測未授權文檔。

發(fā)明內(nèi)容
一般來講，本發(fā)明涉及對安全文檔進行認證的技術，所述安全文檔具有包含了多種安全特征的安全圖像。圖像模板匹配技術常用于從寧靜或弱噪聲干擾的背景中檢測強信號圖案。其它安全特征形成的遮蔽增加了預期圖案確認的復雜性，特別是在遮蔽物比圖像圖案信號更強的時候。該技術尤其可用于驗證具有安全圖案的安全文檔，所述安全圖案由在重復回射確認圖像背景上形成的一個或多個"虛"回射圖像組成。
如本文進一步所述，安全圖像中的虛回射圖像會形成更強的信號，該信號可能會主導背景回射確認圖像的分析和驗證，從而導致錯誤的認證。本文所述技術提供了一種修正的歸一化互相關性分析方法，該方法可遮蓋其它安全特征(例如一個或多個回射虛像)所引起的強信號，同時仍然允許快速有效地執(zhí)行與背景圖像相關的模板匹配。在一個實施例中，該方法包括采集至少一部分安全文檔的圖像，其中 安全文檔的部分包括具有第一回射特征和第二回射特征的安全圖像，利用 根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與第一回射特征相關的參考圖像和 采集圖像之間的修正歸一化互相關性，以及輸出參考圖像和采集圖像之間 的一個或多個匹配標記。
在另一個實施例中，安全文檔認證設備包括圖像采集接口，用于接收 制品的至少一部分的采集圖像，其中制品的部分包括具有第一回射特征和 第二回射特征的安全圖像。認證設備也包括快速遮蓋歸一化互相關(F麗CC) 模塊，用于利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與第一回射特征相 關的參考圖像和采集圖像之間的修正歸一化互相關性，還包括輸出參考圖 像和采集圖像之間的一個或多個匹配標記的顯示器。
在另一個實施例中，安全文檔認證系統(tǒng)包括圖像采集設備，其用于采 集制品圖像的至少一部分，其中制品的部分包括具有第一回射特征和第二 回射特征的安全圖像，以及用于利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計 算與第一回射特征相關的參考圖像和采集圖像之間的修正歸一化互相關 性、并輸出參考圖像和采集圖像之間的一個或多個匹配標記的主機系統(tǒng)。
在,又一個實施例中，方法包括采集文檔的至少一部分的圖像，其中文 檔的部分包括具有第一特征和第二特征的圖像。該方法還包括利用根據(jù)采 集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與第一特征相關的參考圖像和采集圖像之 間的修正歸一化互相關性，并輸出參考圖像和采集圖像之間的一個或多個 匹配的標記。
在附圖和下文的說明中將提供本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)?？?以從說明、附圖及權利要求中清楚地了解本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu) 點。


圖1為示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理對安全文檔進行分析的示例性 文檔認證系統(tǒng)。
圖2為框圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理使用快速遮蓋歸一化互相關性技 術對安全文檔進行分析的示例性主機系統(tǒng)。圖3為流程圖，示出圖1中文檔認證系統(tǒng)的示例操作。 圖4為流程圖，示出圖2中主機系統(tǒng)的示例操作。
圖5為重顯圖像，示出安全文檔的示例性安全圖像的示例采集圖像。
圖6為重顯圖像，示出示例性參考圖像。
圖7為從圖5的示例采集圖像中檢測到的示例遮蓋圖像的重顯圖像。 圖8A-8C示出采用不同模板匹配技術分析圖5中示例采集圖像時獲得 的實際結果，用以進行對比。
圖9示出由主機系統(tǒng)顯示的示例性顯示圖像。
圖10為由主機系統(tǒng)在顯示器上顯示的示例性輸出窗口，示出了示例模 板匹配數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
圖1為示意圖，示出用于根據(jù)本發(fā)明原理分析安全文檔12的示例性文 檔認證系統(tǒng)10。安全文檔12包括具有一個或多個安全特征的至少一個安 全圖像13。文檔認證系統(tǒng)10可以用于認證或驗證安全文檔12，例如通過 驗證安全文檔12具有某些安全特征。安全特征可以是(例如)打印、壓印 或附連到安全文檔12上的回射圖像、回射虛像或其它類型的圖像。
安全文檔12可以為(例如)護照、駕照、身份證、資格證書或其它制 品。文檔認證系統(tǒng)10可以被用于通過確定安全圖像13是否包括與存儲的 參考回射圖像(也稱為"模板"圖像)相匹配的回射圖像來驗證護照的真 實性。文檔認證系統(tǒng)10可以執(zhí)行這項確定，方法是通過采集安全圖像13 或安全文檔12整個表面的圖像，并分析采集圖像，以確定采集圖像內(nèi)是否 有一個或多個參考圖像存在。如果參考圖像存在于采集圖像中，則文檔認 證系統(tǒng)10會生成安全文檔12已正確驗證的標記(如音頻和/或視頻標 記)。如果采集圖像中不存在參考圖像，則文檔認證系統(tǒng)10會形成安全文 檔12無法自動驗證并可能被拒絕的標記。
在一些實施例中，安全圖像13可以包括其它安全特征。例如，除了包 括一個或多個匹配參考圖像的圖像區(qū)域外，安全圖像13可以包括作為其它 安全特征的回射虛像(如"浮"像)。在安全圖像13中形成浮像的示例性 技術在授予Florczak等人、名稱為"Sheeting With Composite Imagethat Floats"(帶有浮動合成圖像的片材)的美國專利No. 6， 288， 842中有 所描述，據(jù)此全文以引用方式并入本文。又如，安全圖像13可以包括紫外 線圖案、印制的可見圖案或生物特征(例如指紋)。
安全圖像13中包括的回射圖像和其它安全特征可以提供使用傳統(tǒng)的模 板匹配技術難以匹配的模板。具體地講，安全特征(例如回射虛像)可以 在采集圖像中產(chǎn)生比代表參考圖像的信號更強的信號，從而使得難以對安 全圖像13包含有效的參考圖像進行驗證。因此，文檔認證系統(tǒng)10的主機 系統(tǒng)20使用本文所述的"快速遮蓋歸一化互相關性"(FMNCC)技術有效和 高效地遮蓋任何由于其它安全特征而出現(xiàn)在采集圖像中的信號。主機系統(tǒng) 20將F^CC技術應用于所采集的圖像，以提供快速模板匹配分析和安全文 檔12的認證或拒絕。
在操作中，用戶將安全文檔12放置在查看框架14上。査看框架14相 對于文檔認證系統(tǒng)10的其它組件準確地布置安全文檔12。在圖1的示例 性實施例中，文檔認證系統(tǒng)10包括光源16，用于照亮放置在查看框架14 上的安全文檔12。光源16可以相對于査看位置成角度放置。在一些實施 例中，文檔認證系統(tǒng)10可以包括一個以上的光源。文檔認證系統(tǒng)10還包 括布置在査看位置的圖像采集設備18。圖像采集設備18可以為攝像頭， 例如電荷耦合器件(CCD)、行掃描儀或其它光學輸入設備。光源16和圖像 采集設備18可以由主機系統(tǒng)20進行控制。光源18的強度可以在最小值到 最大值之間的強度范圍內(nèi)由主機系統(tǒng)20自動調(diào)整或根據(jù)用戶輸入調(diào)整。
當用戶將安全文檔12放置在査看框架14中之后，圖像采集設備18采 集包括安全圖像13的安全文檔12的圖像。采集的圖像可以表示安全文檔 12的整體或部分，前提條件是該部分包括安全圖像13。圖像采集設備通過 信號通道22來將采集圖像傳送到主機系統(tǒng)20以進行圖像處理。被主機系 統(tǒng)20處理后的采集圖像可以顯示在與主機系統(tǒng)20相連的顯示器(未示 出)上以用于檢查。主機系統(tǒng)20可以為(例如)計算機、膝上型計算機、 移動個人數(shù)字助理(PDA)或其它具有足夠用于分析所采集圖像的處理器和存 儲器資源的計算系統(tǒng)。主機系統(tǒng)20的示例構造和操作將在下文進一步詳 述。圖2為框圖，示出根據(jù)本發(fā)明原理使用快速遮蓋歸一化互相關性技術
分析安全文檔的示例性主機系統(tǒng)20。主機系統(tǒng)20分析從圖像采集設備18
(圖1)接收的圖像數(shù)據(jù)，以確定是否可以在采集圖像中找到(即，與采 集圖像匹配的)給定的參考圖像。
主機系統(tǒng)20包括圖像采集接口 24，用于通過信號通道22從圖像采集 設備18接收圖像數(shù)據(jù)。圖像采集接口 24可以為(例如)串行或并行硬件 接口，用于與圖像采集設備18通信和接收圖像數(shù)據(jù)。又如，圖像采集接口 24可以為通用串行總線(USB)接口。主機系統(tǒng)20可以在圖像存儲26中存 儲接收到的圖像數(shù)據(jù)，如一個或多個文件，并且可以更新數(shù)據(jù)庫30以反映 圖像存儲26中圖像數(shù)據(jù)的位置。圖像存儲26可以為內(nèi)部或外部永久存儲 介質(zhì)，例如硬盤、光盤、磁帶、可移動存儲卡等。
主機系統(tǒng)20還可以通過用戶界面34接收用戶輸入32，并可以根據(jù)用 戶輸入更新數(shù)據(jù)庫30。用戶輸入32可以包括(例如)從參考圖像庫選擇 參考圖像，所述參考圖像在圖像存儲26中存儲為模板28。參考圖像庫可 以包括具有與不同類型安全文檔相關的具體安全特征的多個參考圖像。參 考圖像用于驗證安全文檔(例如護照、駕照、金融單據(jù)或其它安全文檔) 的有效性。
圖像采集接口 24通過信號通道22接收到的圖像數(shù)據(jù)可能表示整個或 部分安全文檔12的采集圖像。如上所述，采集圖像可以包括主要安全特征 和其它安全特征，例如回射虛像。主機系統(tǒng)20計算參考圖像和采集圖像之 間的修正歸一化互相關性。具體地講，遮蓋圖像生成器36生成"遮蓋圖 像"，該"遮蓋圖像"表示包含由于其它安全特征所引起的更強信號或其它 明顯圖像特征的采集圖像區(qū)域，并施加遮蓋圖像以消除其它安全特征對歸 一化互相關性計算的影響。
遮蓋圖像生成器36實時動態(tài)構建遮蓋圖像，其中遮蓋圖像的大小與安 全圖像13的相關采集圖像相同。在一個實施例中，遮蓋圖像生成器36可 以通過逐像素對采集圖像的圖像進行閾值處理來查找高信號強度的區(qū)域， 即很亮或者很暗的圖像區(qū)域，從而構建遮蓋圖像。遮蓋圖像生成器36還可 以進行一些形態(tài)處理。例如，遮蓋圖像生成器36可以生成遮蓋圖像，這可 以通過根據(jù)采集圖像中的對應像素的亮度值是在預定義亮度值范圍之內(nèi)還是之外來將遮蓋圖像的像素設置為最高亮度值(如，8位像素為255)或最 低亮度值(如，0)來完成。在一個實例中，當采集圖像的像素的亮度值在 50-200的范圍以外(即小于50或大于200)時，遮蓋圖像生成器36可以 將遮蓋圖像中相應像素的亮度值設置為0 (黑)；而如果采集圖像的像素的 亮度值在50到200的范圍之內(nèi)，遮蓋圖像生成器36可以將遮蓋圖像相應 像素的亮度值設置為255 (白)。幾輪膨脹和腐蝕可以顯著地改善遮蓋區(qū)域 的形狀。用于構建遮蓋圖像的具體范圍和方法可根據(jù)安全圖像13的類型或 特性或者安全圖像內(nèi)包含的安全特征的特性而有差別。遮蓋圖像生成器36 還可以包括多個預定義亮度范圍，其根據(jù)所分析的文檔類型而有差別。亮 度值范圍還可以動態(tài)估計。遮蓋圖像生成器36還可以提前統(tǒng)計地預計算遮 蓋圖像。
遮蓋圖像生成器36將遮蓋圖像提供給快速遮蓋歸一化互相關(F麗CC) 模塊38。 F麗CC模塊38從圖像存儲26獲取采集圖像，并將遮蓋圖像施加 至采集圖像，以生成"遮蓋后"圖像。遮蓋后圖像可以認為是采集圖像的 一個版本，但是其中由其它安全特征(例如回射浮像)所引起的任何強信 號是至少部分過濾的。FMNCC模塊38計算參考圖像和遮蓋后圖像之間的互 相關性并進行歸一化處理，并通過乘以各個匹配處模板大小與遮蓋面積的 比率來補償結果。根據(jù)這些計算結果，總稱為F^CC的一個實施例，主機 系統(tǒng)20可以確定采集圖像中的充分匹配參考圖像的像素區(qū)域，稱為匹配區(qū) 域。
FMNCC模塊38可以在遮蓋后圖像內(nèi)的多個區(qū)域査找參考圖像。當辨識 到匹配時，主機系統(tǒng)20生成正的標記，如匹配的音頻和/或視覺指示標 記。例如，主機系統(tǒng)20可以通過顯示器40顯示全部或部分采集圖像以及 采集圖像中的匹配區(qū)域的視覺內(nèi)容。作為另外一種選擇，如果FMNCC模塊 38沒有在遮蓋后圖像中找到與參考圖像足夠的匹配，則主機系統(tǒng)20輸出 負的標記(音頻或視頻標記)，以表明安全文檔13未通過認證。例如，主 機系統(tǒng)20可以顯示表明沒有找到匹配的消息或其它適當?shù)腻e誤消息。
圖3為流程圖，其示出圖1中文檔認證系統(tǒng)10的示例操作。首先，主 機系統(tǒng)20將一個或多個參考圖像28存儲到圖像存儲26。然后，用戶將安全文檔12 (例如護照)放置在圖像采集設備18下(42)。主機系統(tǒng)20接收 和存儲用圖像采集設備18和光源16采集的安全文檔12的采集圖像(44)。
主機系統(tǒng)20可以辨識手動認證的或使用多種特性自動認證的安全文檔 12的類型。根據(jù)辨識，主機系統(tǒng)20從模板28中選擇針對該文檔類型的一 個或多個參考圖像(46)。例如，用戶可以通過用戶界面34手動選擇參考圖 像。作為另外一種選擇，主機系統(tǒng)20可以采用自動文檔標識符以根據(jù)采集 圖像的特性(如文檔大小、機器可讀區(qū)域(MRZ)或其它文本光學字符識別 (OCR)或某些預定義標記的自動識別)自動或半自動地選擇參考圖像。又 如，主機系統(tǒng)20可以針對每種類型的安全文檔12來使用默認的參考圖 像。
選擇了模板之后，主機系統(tǒng)20進行快速遮蓋歸一化互相關性(FMNCC) 分析，以確定采集圖像和參考圖像之間的互相關性(48)。這樣，主機系統(tǒng) 20確定了采集圖像內(nèi)是否有一個或多個參考圖像的實例。該分析將在下文 中進一步詳述。主機系統(tǒng)20可以在顯示器40上顯示FMNCC分析的結果， 或生成任何其它適合的音頻或視覺指示標記(50)。
圖4為流程圖，其更詳細地示出圖2的主機系統(tǒng)20的示例操作。主機 系統(tǒng)20通過分析與安全文檔相關的采集圖像來認證安全文檔12。如上所 述，主機系統(tǒng)20通過圖像采集接口 24接收安全文檔12的采集圖像(52)， 并可以將采集圖像存儲到圖像存儲26。 F麗CC模塊38根據(jù)采集圖像生成遮 蓋圖像ni(x， y)，(如)通過上述針對圖2的采集圖像進行的閾值處理 (54)。此外，主機系統(tǒng)20從圖像存儲26的模板28訪問參考圖像(56)。
然后F麗CC模塊38使用遮蓋圖像去除參考圖像和遮蓋圖像之間的歸一 化互相關處理所不需要的對象。更具體地講，F(xiàn)MNCC模塊38將遮蓋圖像施 加于采集圖像上，以獲得遮蓋后圖像f (x， y) (58)。 FMNCC模塊38可以 通過將遮蓋圖像(以m(x， y)表示)引入模板圖像t(x， y)和采集圖像f(x， y)之間的歸一化互相關性計算來完成此操作。模板圖像和采集圖像之間的 歸一化互相關性通過以下方法給定
<formula>formula see original document page 14</formula><formula>formula see original document page 15</formula>(1)，
其中f是模板的平均值，而義.v是模板圖像下區(qū)域中的采集圖像f(x， y)的
平均值。
將遮蓋圖像施加在采集圖像上的歸一化互相關性L(x， y)的公式為<formula>formula see original document page 15</formula>
其中f—是模板的平均值，人"是位置(u， v)處模板下區(qū)域的f(x， y)的平均 值，而7—》是遮蓋后圖像fm(x， y)的相應平均值。 重新整理公式(2)得出以下公式
<formula>formula see original document page 15</formula>(3)
其中厶("力為模板圖像t(x， y)和遮蓋后圖像fm(x， y)之間的歸一化互相 關性，而八("，力由修飾因子進行了校正。該修飾因子的分母的形式為遮蓋 圖像和參考模板圖像之間的互相關性。在某些情況下，快速傅立葉變換 (FFT)可以用于提高互相關性的計算效率。然而，引入遮蓋后圖像會由于在 分母中引入了另一種巻積而復雜化，從而提高了總的互相關性計算復雜 度，并使得提高計算效率更為困難。為了提高計算效率，本文所述修飾因子的分母是經(jīng)遮蓋圖像過濾后的 采集圖像部分中每個像素的平方和，因此公式(3)中的修飾因子表示參考圖 像中每個像素平方和與該遮蓋部分每個像素平方和的比率。在許多實施例 中，參考圖像由亮度相近的圖形圖案構成。對于這些實施例，我們可以假 設該信號在整個參考圖像中均勻出現(xiàn)，即該信號在參考圖像的各個部分均 勻分布。通過假設信號在整個參考圖像中均勻分布，我們可以假定整個參 考圖像的方差O應接近遮蓋部分的方差O 。
因此，根據(jù)這一認識，我們可以簡化公式(3)，得到以下公式
<formula>formula see original document page 16</formula>(5)
其中o是整個參考圖像的方差，而c^是遮蓋部分的方差，Mt和Nt定義了參 考圖像的尺寸，而八("，v)為參考圖像和遮蓋后圖像的歸一化互相關性。如 果通過每個匹配區(qū)域的模板大小與遮蓋面積的比率來估計修飾因子(現(xiàn)稱 為遮蓋效果修飾因子)，則公式(5)可歸納為
<formula>formula see original document page 16</formula>(6)
其中a表示修正強度。
在實踐中，使用a =1的值會快速得到A("，力的良好近似值，即參考 圖像和遮蓋后圖像之間的歸一化互相關性。這一簡化方法使得FMCC模塊38能夠應用FFT來提高計算效率。FMNCC模塊38通過使用FFT計算遮蓋后 圖像和參考圖像之間的互相關性(60)，歸一化互相關性(62)(換句話講， 計算匕("，v))，以及通過將,'"("，力乘以遮蓋效果修飾因子以用遮蓋效果對 歸一化互相關性進行修正(64)，來獲得最終結果。在某些實施例中，F(xiàn)應CC 模塊38可以大約幾百毫秒的速度進行此計算，其中主機系統(tǒng)20包括一個 通用處理器，如2GHz處理器。
主機系統(tǒng)20根據(jù)上述快速遮蓋歸一化互相關性分析的結果確定是否存 在任何匹配區(qū)域。具體地講，主機系統(tǒng)利用上述快速遮蓋歸一化互相關性 技術的結果來確定釆集圖像中是否有任何區(qū)域充分匹配參考圖像。主機系 統(tǒng)20可以根據(jù)預定義分數(shù)閾值確定是否在采集圖像中找到任何匹配區(qū)域。 在一個實例中，預定義分數(shù)閾值可能需要至少75的相關性分數(shù)(用0到 100來計分)。在一些實施例中，主機系統(tǒng)可以根據(jù)所需最少數(shù)量的有著 預定義分數(shù)閾值以上的相關性分數(shù)的匹配，確定是否在采集圖像中找到任 何匹配區(qū)域。在一個實例中，主機系統(tǒng)20可被配置為使得對于找到的任何 匹配區(qū)域，至少有3個匹配區(qū)域必須有超過預定義分數(shù)閾值的相關性分 數(shù)。在一些實施例中，可以為不同的文檔類型定義不同的預定義分數(shù)閾 值。
在一些實施例中，主機系統(tǒng)20在顯示器20上顯示全部或部分采集圖 像，并且辨識其中充分匹配參考圖像40的任何區(qū)域(66)。例如，主機系統(tǒng) 20可以顯示具有高亮匹配區(qū)域的安全文檔的采集圖像。又如，主機系統(tǒng)20 可以顯示匹配區(qū)域的列表，如匹配參考圖像的采集圖像的匹配區(qū)域的中心 像素。匹配區(qū)域可以以相應的相關性分數(shù)顯示，如0-100。 FMNCC模塊38 可以識別匹配區(qū)域，即使其中的匹配圖像相對于參考圖像進行了旋轉(zhuǎn)。主 機系統(tǒng)20可以在顯示匹配時表明這樣的旋轉(zhuǎn)。作為另外一種選擇，主機系 統(tǒng)20可以只給出安全文檔12通過/失敗的指示。
圖5為重顯圖像，其示出安全文檔上的示例性安全圖像的一個示例采 集圖像70。采集圖像70示出具有多個安全特征的安全圖像。具體地講， 采集圖像70包括回射背景圖案72，其包括圖6中所示的參考圖像的多個 實例，以及以回射虛像74的形式出現(xiàn)的其它安全特征。如圖5所示，回射背景圖案72包括由單詞"CONFIRM"和圓形標志組 成的重復圖案。具有玻璃微球的回射薄片材料可以粘結到形成有重復圖案 的安全文檔上。圖案可以為回射性的，以使其在回射光下可見。回射虛像 74的其它安全特征形成在背景圖案上，并且在該實例中是具有沿波形顯現(xiàn) 的標志"3M"的波形設計?；厣涮撓?4可以為看起來相對于文檔移動顯示 的浮像。采集圖像70可以在安全文檔放置在査看框架14時由圖像采集設 備18 (圖1)所采集。
圖6為重顯圖像，示出用于創(chuàng)建回射背景圖案72的示例性參考圖像 76。在該實例中，參考圖像76包括回射安全標志。參考圖像76可以存儲 在模板數(shù)據(jù)結構28中，并且在用戶查看了采集圖像70之后可以由主機系 統(tǒng)20的操作員通過用戶界面34 (圖2)手動選擇，或可由主機系統(tǒng)20通 過分析文檔的特性來自動選擇。根據(jù)本文所述的技術，主機系統(tǒng)20處理采 集圖像70以識別充分匹配參考圖像76的一個或多個部分。
圖7為從圖5的示例采集圖像70檢測到的示例遮蓋圖像78的重顯圖 像。在該實例中，遮蓋圖像78通過對采集圖像70的每個像素"進行閾值 處理"來生成。例如，分析采集圖像70的每個像素以確定像素強度是否在 預定義范圍之外，即像素是否很亮或很暗。根據(jù)分析，遮蓋圖像78的相應 像素值設置為0。與采集圖像70中、處于預定義范圍之內(nèi)的像素相對應的 遮蓋圖像78的所有其它像素值設置為255。這樣，生成遮蓋圖像78以遮 蓋可以主導或掩蓋基礎背景圖案72的采集圖像70的部分。構建遮蓋圖像 的方法可根據(jù)采集圖像的類型或特性而有差別。
圖8A-8C示出采用不同模板匹配技術分析圖5中示例采集圖像70時的 實際結果，并將結果顯示以供對比。圖8A示出使用直接快速傅立葉轉(zhuǎn)換 (FFT)的互相關性計算所獲得的示例匹配結果82，并且沒有歸一化，也沒 有遮蓋回射虛像74， S卩，使用公式(l)中的分子。如圖8A所示，匹配結果 82示出回射虛像的其它安全特征引起的嚴重干涉和照明不均勻的情況。
圖8B示出在未對回射虛像74遮蓋的情況下使用歸一化互相關性(NCC) 獲得的實際匹配結果84, g卩，使用上述公式(l)。如圖所示，改善了照明 不均勻的問題，但是由于回射虛像74的強信號而使結果過度歸一化。圖8C示出使用本文所述的快速遮蓋NCC (FMNCC)技術獲得的實際匹配 結果86。可以從與匹配結果84和82相比較的匹配結果86看出，F(xiàn)麗CC技 術提供對采集圖像70內(nèi)參考圖像76中所有8個點進行的更好更一致的匹 配評估，如匹配點的白色峰值所示。
圖9示出由主機系統(tǒng)20顯示的示例性顯示圖像90。例如，主機系統(tǒng) 20可以在顯示器40上輸出顯示圖像90。在該實例中，主機系統(tǒng)20給出的 顯示圖像90包括圖5中的采集圖像70和標記匹配區(qū)域92的標識符，其中 該匹配區(qū)域被認為充分匹配參考圖像76。如圖所示，匹配結果僅由主機系 統(tǒng)20在采集圖像中找到的與整個參考圖像匹配的區(qū)域組成。每個匹配區(qū)域 92由方塊標記，在每個方塊中間有表明所顯示匹配區(qū)域的級別的數(shù)。相對 參考圖像76旋轉(zhuǎn)了 180°的匹配區(qū)域92的級別示于括號中。
圖10為由主機系統(tǒng)20在顯示器40上顯示的示例性輸出窗口 94，示 出示例模板匹配數(shù)據(jù)。輸出窗口 94可以在主機系統(tǒng)20分析了從安全文檔 12獲得的采集圖像70之后示于顯示器40 (圖2)上，或者該結果可以與 文檔認證的安全確認的其它部分結合。如圖10所示，輸出窗口 94為在采 集圖像70中找到的六個模板匹配各提供一行。每個匹配區(qū)域92的中心像 素的位置坐標顯示在列96[x， y]中，以左上角作為原點。根據(jù)匹配區(qū)域92 的相關性分數(shù)對其分級，如列98所示，這是一個在0到100之間的數(shù)值， 100為最大值。旋轉(zhuǎn)列100表示每個匹配區(qū)域92相對于參考圖像76的旋 轉(zhuǎn)度數(shù)。
以上描述了本發(fā)明的多個實施例。盡管基于對安全文檔中回射圖像的 模板匹配進行解釋的目的進行了描述，但本文所述的FMNCC技術可以應用 于其它形式的安全特征和模板匹配情況。上述及其它實施例均處在所附權 利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種方法，包括采集安全文檔的至少一部分的圖像，其中所述安全文檔的所述部分包括具有第一回射特征和第二回射特征的安全圖像；利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與所述第一回射特征相關的參考圖像和采集圖像之間的修正歸一化互相關性；以及輸出所述參考圖像和所述采集圖像之間的一個或多個匹配的標記。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中計算所述參考圖像和所述采集圖 像之間的所述修正歸一化互相關性的步驟包括-根據(jù)所述采集圖像生成遮蓋圖像；將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像以獲得遮蓋后圖像； 計算所述遮蓋后圖像和所述參考圖像之間的歸一化互相關性；以及 使用遮蓋效果修飾因子來修正所述計算得到的歸一化互相關性，所 述遮蓋效果修飾因子表示所述參考圖像大小與每個匹配區(qū)域處的遮 蓋面積的比率。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述遮蓋效果修飾因子為一" ，的形式，其中Mt和Nt定義了所述參考圖像的尺寸，m(x， y)表示所 述遮蓋圖像，而a表示修正強度。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中使用遮蓋效果修飾因子修正所述 計算得到的歸一化互相關性的步驟包括使用其中a = 1的遮蓋效果 修飾因子來進行修正。
5. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述第二回射特征是回射虛像， 并且其中將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像的步驟會從所述采集 圖像中去除所述回射虛像的至少一部分。
6. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述遮蓋圖像和所述采集圖像由多個像素組成，并且其中生成遮蓋圖像的步驟包括在所述采集圖像的相應像素具有處 在預定義亮度值范圍以外的亮度值時將所述遮蓋圖像的像素設置為 第一個值，并且在所述采集圖像的所述相應像素具有處在所述預定 義亮度值范圍以內(nèi)的亮度值時將所述遮蓋圖像的像素設置為第二個 值。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，還包括根據(jù)所述安全文檔的類型從多個預定義亮度值范圍中選擇預定義亮度值范圍的步驟。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括根據(jù)所述計算得到的修正歸一化互相關性確定所述采集圖像中的匹配區(qū)域的步驟。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中輸出一個或多個匹配的標記的步 驟包括顯示所述確定的匹配區(qū)域和對應于每個確定的匹配區(qū)域的相 關性分數(shù)。
10. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中輸出標記的步驟包括表示在所述 采集圖像中未找到任何匹配區(qū)域，其中未找到任何匹配區(qū)域是根據(jù) 預定義分數(shù)閾值和所要求的最小匹配數(shù)來確定的。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中計算所述參考圖像和所述采集圖 像之間的修正歸一化互相關性的步驟包括使用快速傅立葉變換計算 修正歸一化互相關性。
12. —種安全文檔認證設備，包括圖像采集接口，其用于接收制品的至少一部分的采集圖像，其中所述制品的所述部分包括具有第一回射特征和第二回射特征的安全圖像；快速遮蓋歸一化互相關(F麗CC)模塊，其利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與所述第一回射特征相關的參考圖像和所述采集圖像之間的修正歸一化互相關性；以及顯示器，其輸出所述參考圖像和所述采集圖像之間的一個或多個匹配的標記。
13. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，還包括遮蓋圖像生成器，其從所述采集圖像生成遮蓋圖像，其中所述FMNCC模塊將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像，以獲得遮蓋后圖像，計算所述遮蓋后圖像和所述參考圖像之間的歸一化互相關性，并用遮蓋效果修飾因子來修正所述計算得到的歸一化互相關性，所述遮蓋效果修飾因子表示所述參考圖像大小與每個匹配區(qū)域處的遮蓋面積的比率。
14. 根據(jù)權利要求13所述的認證設備，其中所述遮蓋圖像和所述采集圖像由多個像素組成，并且其中所述遮蓋圖像生成器通過以下方法生成所述遮蓋圖像在所述采集圖像的相應像素具有處在預定義亮度值范圍以外的亮度值時將所述遮蓋圖像的像素設置為第一個值，并且在所述采集圖像的所述相應像素具有處在所述預定義亮度值范圍之內(nèi)的亮度值時將所述遮蓋圖像的像素設置為第二個值。
15. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，其中所述FMNCC模塊根據(jù)所述計算得到的修正歸一化互相關性確定所述采集圖像中的匹配區(qū)域，并且其中所述顯示器顯示所述確定的匹配區(qū)域和對應于每個確定的匹配區(qū)域的相關性分數(shù)。
16. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，其中所述制品為護照、信用卡、身份證、出生證明或安全文檔中的一種。
17. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，其中所述FMNCC模塊使用快速傅立葉轉(zhuǎn)換來計算所述修正歸一化互相關性。
18. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，還包括圖像存儲模塊，其存儲所述采集圖像和包括參考圖像的參考圖像庫；以及用戶界面，其接收用于從所述參考圖像庫中選擇參考圖像的用戶輸入，其中所述認證設備從所述圖像存儲模塊中檢索出所選的參考圖像。
19. 根據(jù)權利要求12所述的認證設備，還包括圖像存儲模塊，其用于存儲所述采集圖像和包含所述參考圖像的參考圖像庫，其中自動文檔標識符根據(jù)所述采集圖像的特性從所述參考圖像庫中選擇參考圖像，其中所述認證設備從所述圖像存儲模中塊檢索出所選的參考圖像。
20. —種安全文檔認證系統(tǒng)，包括圖像采集設備，其用于采集制品的至少一部分的圖像，其中所述制品的所述部分包括具有第一回射特征和第二回射特征的安全圖像；以及主機系統(tǒng)，其用于利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與所述第一回射特征相關的參考圖像和所述采集圖像之間的修正歸一化互相關性，并輸出所述參考圖像和所述采集圖像之間的一個或多個匹配的標記。
21. 根據(jù)權利要求20所述的認證系統(tǒng)，其中所述主機系統(tǒng)根據(jù)所述采集圖像生成遮蓋圖像，將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像以獲得遮蓋后圖像，計算所述遮蓋后圖像和所述參考圖像之間的歸一化互相關性，并用遮蓋效果修飾因子來修正所述計算得到的歸一化互相關性，所述遮蓋效果修飾因子表示所述參考圖像大小與每個匹配區(qū)域處的遮蓋面積的比率。
22. 根據(jù)權利要求21所述的認證系統(tǒng)，其中所述第二回射特征為回射虛像，并且其中所述主機系統(tǒng)通過將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像來從所述采集圖像中去除所述回射虛像的至少一部分。
23. 根據(jù)權利要求20所述的認證系統(tǒng)，還包括照亮所述制品的光源，其中所述光源相對于査看位置成角度布置，并且其中所述圖像采集設備被布置在查看位置處。
24. —種方法，包括采集文檔的至少一部分的圖像，其中所述文檔的所述部分包括具有第一特征和第二特征的圖像；利用根據(jù)采集圖像所生成的遮蓋圖像來計算與所述第一特征相關的參考圖像和所述采集圖像之間的修正歸一化互相關性；以及輸出所述參考圖像和所述采集圖像之間的一個或多個匹配的標記。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述第一和第二特征是第一和第二紫外線圖案，并且其中計算修正歸一化互相關性的步驟包括將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像以從所述采集圖像中去除所述第二紫外線圖案的至少一部分。
26. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述第一和第二特征是第一和第二印制的可見圖案，并且其中計算修正歸一化互相關性的步驟包括將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像以從所述采集圖像去除所述第二可見圖案的至少一部分。
27.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述第二特征是生物特征，并且其中計算修正歸一化互相關性的步驟包括將所述遮蓋圖像施加到所述采集圖像以從所述采集圖像去除所述生物特征的至少一部分。
全文摘要
本文描述了用于認證安全文檔的技術，所述安全文檔具有包含多種安全特征的安全圖像。所述技術可以在照明不均勻的情況下生成魯棒模板匹配結果，即使是在具有更強的遮蔽對象的情況下。所述技術尤其可用于驗證具有安全圖像的安全文檔，所述安全圖像由在重復回射圖像背景上形成的一個或多個“虛”回射圖像組成。所述安全圖像中的虛回射圖像可形成可以主導背景回射圖像分析和驗證的強信號，從而導致錯誤的認證。所述技術提供遮蓋由諸如所述回射虛像之類的其它安全特征所產(chǎn)生的強信號的修正歸一化互相關性分析，同時仍然允許相對于所述背景圖像執(zhí)行快速有效的模板匹配。
文檔編號H04N1/387GK101491074SQ200780027559
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權日2006年7月24日
發(fā)明者雷宜武 申請人:3M創(chuàng)新有限公司