专利摘要

专利摘要

本发明属于印章的防伪识别技术领域，特别涉及一种带数字全息防伪印章的制作与识别方法，包括数字全息防伪印章的制作和全息印文的提取识别两部分。本发明的印章将对其印文图像的扫描复制和修改非常敏感，从而提高了伪造印章的识别性能，同时也增加了印章的伪造难度。

权利要求

1.一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：其包括下述步骤：

1）设计一个低像素的二值数字图像并令该二值图像为p(x₀,y₀)；

2）用一个随机相位模板对二值图像进行调制，调制后的图像表示为

3）再将该随机调制后的图像做d距离的菲涅耳衍射变换，得到衍射变换后的复振幅为

$P(x,y)=\int \int p_0(x_0,y_0)\exp \left[\mathrm{jk}\frac{{(x-x_0)}^2+(y-y_0)}{2d}\right]{\mathrm{dx}}_0{\mathrm{dy}}_0$

其中k＝2π/λ；

4）引入一平面参考光R(x,y)，设其传播方向与xy平面的夹角为（θ,β)，振幅为单位振幅，则在xy平面上参考光波可表示为

R(x,y)=exp[j2π(xcosθ+ucosβ)/λ]；

5）然后将二值图像的衍射波P(x,y)与参考光波R(x,y)进行叠加干涉并滤除背景直流分量得到光强分布图为H₀(x,y)=P(x,y)R^*(x,y)+P^*(x,y)R(x,y)；

6）将所得到的数字全息图H₀(x,y)进行二值化处理，从而得到二值化的数字全息图H(x,y)；

7）对图像进行0位插值，增加图像的信息冗余度，然后对其进行图像分割，从而得到N个子全息图，再按一定规则对N个子全息图进行置乱；

8）最后将这些置乱的子全息图作为印章背景纹理分别嵌在印章的空白区域内，从而制作出带数字全息防伪信息的防伪印章。

2.根据权利要求1所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：所述步骤1）中的二值数字图像呈黑白相间的方块棋盘或若干黑色的圆形阵列。

3.根据权利要求1所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：所述步骤2）中二维相位 由高斯随机数决定。

4.根据权利要求1所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：在所述步骤3）中引入算子Frt(p₀(x₀,y₀),d,λ)来表示对随机调制二值图像p₀(x,y)的菲涅耳衍射变换，λ为光波波长。

5.根据权利要求1所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：所述步骤1）中二值数字图像的像素为5X5-20X20。

6.根据权利要求4所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：所述步骤1）所述光波波长为可见光波波长。

7.根据权利要求1所述的一种数字全息防伪印章的制作方法，其特征在于：所述步骤3）中d为50-500mm，所述步骤4）中平面参考光R(x,y)的传播方向与xy平面的夹角（θ，β)为（0-10°，0-10°）。

8.一种根据权利要求1-7中任意一条所述制作方法制得的数字全息防伪印章的识别方法，其特征在于：其包括下述步骤：

1）通过成像装置获取真实印文图像作为参考印文图像，赋予每个参考印文图像一个固定的ID，构建参考印文数据库；

2）用与步骤1）相同的方法获取待验印章的印文图像；

3）根据原始印章的设计规则分别提取参考印文和待验印文空白区域的子全息图像，并按置乱规则进行逆向拼接和减采样，从而得到完整的数字全息防伪图像H(x,y)；

4）将步骤3）得到的全息防伪图像进行d距离的菲涅耳衍射并取模，即：

P_r(x₀,y₀)=|Frt(H(x,y),d,λ)|

由此可再现出位于x₀y₀平面的二值图像p(x₀,y₀)，对再现的待验印章和参考印章二值图像进行归一化均方误差（NMSE）计算，即

$\mathrm{NMSE}=\frac{\underset{i}{\Sigma }\underset{j}{\Sigma }{[p(i,j)-p^{\prime }(i,j)]}^2}{\underset{i}{\Sigma }\underset{j}{\Sigma }{\left[p(i,j)\right]}^2}$

式中p(i,j)、p′(i,j)分别为参考印文和待验印文中提取的数字全息再现像强度图；

5）将步骤4）计算得到的归一化均方误差与设置的某阈值进行比较，若小于该阈值，则认为待验印章为真印章，若大于阈值则待验印章为假印章。

9.根据权利要求8所述的识别方法，其特征在于：所述步骤1）和步骤2）中的成像装置为照相机、扫描仪或CCD摄像头的一种。

10.根据权利要求8所述的识别方法，其特征在于：所述步骤4）中d为50-500mm。

说明书

技术领域

本发明属于印章的防伪识别技术领域，特别涉及一种数字全息防伪水印的印章制作和识别技术，具体针对高仿真伪造印章的防伪与自动识别新技术和新方法。

背景技术

印章是国家机关、企事业单位和公民证明文书所记载内容的真实性、有效性或表明权利的重要手段，伪造印章往往会带来巨大的后果，而加快印章制作防伪技术以及伪造印章识别技术两方面的研究是解决问题的关键。当前常用的印章制作防伪技术包括印痕防伪和印油防伪两大类。已开发成功的印痕防伪技术包括：1）含印章专用字库的排版、激光雕刻系统；2）含特殊标志的排版、制凸版系统；3）含不规则点阵或光学随机幻纹等具有个性特征的排版、原子印章系统等技术手段。印油防伪是通过印油中包含的可检测物质实现的。已开发比较成功的印油防伪技术包括：1）热敏防伪技术；2）可见荧光防伪技术；3）紫外荧光防伪技术；3）红外防伪技术等。

但伪造印章的技术手段也在不断提高，传统手工雕刻和单字拼凑等伪造印章手法已经逐渐被高科技手段所代替。高科技伪造印章的手段首先通过扫描或者复印的方法获取真实印章的印文，然后采用激光雕刻、光敏制章、传统原子印章制章、树脂或金属版制章等与真实印章相同的制作方法制作高仿真印章。这种高仿真伪造印章由于制作印章的数据及制作的过程与真印章基本是一致的，有时可以达到以假乱真的程度，检验难度很高。

为了提高印章的伪造难度，中国专利CN1224665公开了一种可印制出激光全息印章痕迹的印章和印章机。利用该技术发明的激光全息印章基带，即可在纸上印制出清晰的激光全息印痕，使印章不易被仿制、假冒等效果。

对于高仿真伪造印章，目前的检验方法非常复杂，常用方法主要有：1）显微镜观察检验法，2）化学检验法；这两种方法由于操作复杂，耗时，对经验要求程度高，因此都未得到广泛的应用。2007年中国专利CN100568264公开了一种印章鉴自动识别控制方法。该发明通过扫描仪对印文图像进行采集，然后用数字图像处理提取印文骨架、边框等全局特征，最后通过模板匹配的方法对印文进行真伪鉴别。2010年中国专利CN101894260A公开了一种基于匹配特征点随机生成特征线的伪造印章识别方法。然而面对现代化的印文扫描和激光刻章等高仿真印章复制技术，现有的印章图像识别技术都将难以鉴别真伪。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的缺陷和不足，提供了一种对其印文图像的扫描复制和修改非常敏感，从而提高了伪造印章的识别性能，同时增加印章的伪造难度的带数字全息防伪信息的印章制作及识别方法。

本发明的技术方案：本发明内容包括两部分：数字全息防伪印章的制作和印文的数字全息识别。

1.一种数字全息防伪印章的制作方法，其包括下述步骤：

1）设计一个低像素的二值数字图像并令该二值图像为p(x0,y0)；

2）用一个随机相位模板对二值图像进行调制，调制后的图像表示为

3）再将该随机调制后的图像做d距离的菲涅耳衍射变换，得到衍射变换后的复振幅为

P(x,y)=∫∫p0(x0,y0)exp[jk(x-x0)2+(y-y0)2d]dx0dy0]]>

其中k＝2π/λ；

4）引入一平面参考光R(x,y)，设其传播方向与xy平面的夹角为（θ，β)，振幅为单位振幅，则在xy平面上参考光波可表示为

R(x,y)=exp[j2π(xcosθ+ucosβ)/λ]；该步骤便于得到二值图像的菲涅耳数字全息图；

5）然后将二值图像的衍射波P(x,y)与参考光波R(x,y)进行叠加干涉并滤除背景直流分量得到光强分布图为H₀(x,y)=P(x,y)R^*(x,y)+P^*(x,y)R(x,y)；

6）将所得到的数字全息图H0(x,y)进行二值化处理，从而得到二值化的数字全息图H(x,y)；该步骤使其便于印章雕刻；

7）对图像进行0位插值，增加图像的信息冗余度，然后对其进行图像分割，从而得到N个子全息图，再按一定规则对N个子全息图进行置乱；该步骤提高二值化全息图的隐蔽性；

8）最后将这些置乱的子全息图作为印章背景纹理分别嵌在印章的空白区域内，从而制作出带数字全息防伪信息的防伪印章。

所述步骤1）中的二值数字图像呈黑白相间的方块棋盘或若干黑色的圆形阵列。

所述步骤2）中二维相位 由高斯随机数决定。

在所述步骤3）中引入算子Frt(p₀(x₀,y₀),d,λ)来表示对随机调制二值图像p₀(x,y)的菲涅耳衍射变换，λ为光波波长。

所述步骤1）中二值数字图像的像素为5X5-20X20。

所述步骤1）所述光波波长为可见光波波长。

所述步骤3）中d为50-500mm，所述步骤4）中平面参考光R(x,y)的传播方向与xy平面的夹角（θ，β)为（0-10°，0-10°）。

2.一种数字全息防伪印章的识别方法其包括下述步骤：

1）通过成像装置获取真实印文图像作为参考印文图像，赋予每个参考印文图像一个固定的ID，构建参考印文数据库；

2）用与步骤1）相同的方法获取待验印章的印文图像；

3）根据原始印章的设计规则分别提取参考印文和待验印文空白区域的子全息图像，并按置乱规则进行逆向拼接和减采样，从而得到完整的数字全息防伪图像H(x,y)；

4）将步骤3）得到的全息防伪图像进行d距离的菲涅耳衍射并取模，即：

P_r(x₀,y₀)=|Frt(H(x,y),d,λ)|

由此可再现出位于x0y0平面的二值图像p(x0,y0)，对再现的待验印章和参考印章二值图像进行归一化均方误差（NMSE）计算，即

NMSE=ΣiΣj[p(i,j)-p′(i,j)]2ΣiΣj[p(i,j)]2]]>

式中p(i,j)、p′(i,j)分别为参考印文和待验印文中提取的数字全息再现像强度图；

5）将步骤4）计算得到的归一化均方误差与设置的某阈值进行比较，若小于该阈值，则认为待验印章为真印章，若大于阈值则待验印章为假印章。

优选地，所述步骤1）和步骤2）中的成像装置为照相机、扫描仪或CCD摄像头的一种。

优选地，所述步骤4）中d为50-500mm。

为了引入一平面参考光R(x,y)，设其传播方向与xy平面的夹角为（θ,β)，振幅为单位振幅，则在xy平面上参考光波可表示为

R(x,y)=exp[j2π(xcosθ+ucosβ)/λ]

然后将二值图像的衍射波P(x,y)与参考光波R(x,y)进行叠加干涉并滤除背景直流分量得到光强分布图为H₀(x,y)=P(x,y)R^*(x,y)+P^*(x,y)R(x,y)

由于数字全息再现像的清晰度对干涉条纹的纹理变化非常敏感，而在印章伪造过程中对真实印文的扫描和排版修改等操作都将引起印文中的干涉纹理分布发生变化，所以伪造印文中隐藏的数字全息再现像质量将比参考印文中提取的数字全息再现像质量下降很多，从而通过计算它们之间的归一化均方误差即可轻易鉴别印文的真伪。

附图说明

图1为本发明中数字全息防伪印章的制作流程图；

图2为本发明中二值化数字全息图；

图3为本发明中数字全息防伪印章示意图；

图4为本发明中数字全息防伪印章的识别流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

实施例1

本发明提出的数字全息防伪印章的制作和识别方法包括数字全息防伪印章的制作和印文的数字全息识别两部分。1、数字全息防伪印章制作：制作流程如图1所示。先设计一个10X10像素的二值图像1。用随机相位对其进行调制得到调制复振幅图2，然后用波长为632.8nm的平面光去照射该调制图像，对其进行200mm的菲涅耳衍射变换，并用一方向角为（5o,0o）振幅为1的平面参考光与该菲涅耳衍射场进行干涉得到干涉全息图3，对该全息图进行低通滤波和二值化处理得到高对比度的二值化数字全息图4，示例的二值全息图如图2所示。再将该二值全息图分割置乱作为背景纹理嵌于印文的空白区域形成防伪全息原始印文5，最后以此印文为模板通过激光雕刻或基带模压等手段制作成数字全息防伪印章6，其示例如图3所示。

2、数字全息印文识别：识别操作流程如图4所示。首先用照相机、扫描仪等成像装置获取真实印文图像作为参考印文图像1，赋予每个参考印文图像一个固定的ID，构建参考印文数据库。用同样的方法获取待验印章的印文图像(2)。提取印文空白区域中的子全息图，并按置乱规则进行图像拼接得到完整的防伪数字全息图3，将防伪数字全息图进行距离为200mm的菲涅耳衍射变换4，分别得到参考印文数字全息重建像强度分布5和待验印文数字全息重建像强度分布6，然后计算这两幅图之间的归一化均方误差7,最后将计算结果与阈值做比较，对待验印章作出真伪判决8。

实施例2

本发明提出的数字全息防伪印章的制作和识别方法包括数字全息防伪印章的制作和印文的数字全息识别两部分。1、数字全息防伪印章制作：制作流程如图1所示。先设计一个20X20像素的二值图像1。用随机相位对其进行调制得到调制复振幅图2，然后用波长为777.8nm的平面光去照射该调制图像，对其进行500mm的菲涅耳衍射变换，并用一方向角为（10o,0o）振幅为1的平面参考光与该菲涅耳衍射场进行干涉得到干涉全息图3，对该全息图进行低通滤波和二值化处理得到高对比度的二值化数字全息图4，示例的二值全息图如图2所示。再将该二值全息图分割置乱作为背景纹理嵌于印文的空白区域形成防伪全息原始印文5，最后以此印文为模板通过激光雕刻或基带模压等手段制作成数字全息防伪印章6，其示例如图3所示。

2、数字全息印文识别：识别操作流程如图4所示。首先用照相机、扫描仪等成像装置获取真实印文图像作为参考印文图像1，赋予每个参考印文图像一个固定的ID，构建参考印文数据库。用同样的方法获取待验印章的印文图像2。提取印文空白区域中的子全息图，并按置乱规则进行图像拼接得到完整的防伪数字全息图3，将防伪数字全息图进行距离为500mm的菲涅耳衍射变换4，分别得到参考印文数字全息重建像强度分布5和待验印文数字全息重建像强度分布6，然后计算这两幅图之间的归一化均方误差7,最后将计算结果与阈值做比较，对待验印章作出真伪判决8。

实施例3

本发明提出的数字全息防伪印章的制作和识别方法包括数字全息防伪印章的制作和印文的数字全息识别两部分。1、数字全息防伪印章制作：制作流程如图1所示。先设计一个5X5像素的二值图像1。用随机相位对其进行调制得到调制复振幅图2，然后用波长为555.8nm的平面光去照射该调制图像，对其进行50mm的菲涅耳衍射变换，并用一方向角为（0o,10o）振幅为1的平面参考光与该菲涅耳衍射场进行干涉得到干涉全息图3，对该全息图进行低通滤波和二值化处理得到高对比度的二值化数字全息图4，示例的二值全息图如图2所示。再将该二值全息图分割置乱作为背景纹理嵌于印文的空白区域形成防伪全息原始印文5，最后以此印文为模板通过激光雕刻或基带模压等手段制作成数字全息防伪印章6，其示例如图3所示。

2、数字全息印文识别：识别操作流程如图4所示。首先用照相机、扫描仪等成像装置获取真实印文图像作为参考印文图像1，赋予每个参考印文图像一个固定的ID，构建参考印文数据库。用同样的方法获取待验印章的印文图像2。提取印文空白区域中的子全息图，并按置乱规则进行图像拼接得到完整的防伪数字全息图3，将防伪数字全息图进行距离为50mm的菲涅耳衍射变换4，分别得到参考印文数字全息重建像强度分布5和待验印文数字全息重建像强度分布6，然后计算这两幅图之间的归一化均方误差7,最后将计算结果与阈值做比较，对待验印章作出真伪判决8。

数字全息防伪印章的制作与识别方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。