专利名称：用于有价证券鉴伪的光学检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种光学检测装置及其检测方法，尤其涉及一种应用在金融机具上， 可用于有价证券(包括但不限于纸币等)鉴伪的光学检测装置及其检测方法，属于金融鉴伪技术领域。
背景技术：
近年来，诸如欧元之类的有价证券普遍采用特种印刷材料和特种防伪油墨，如特种荧光油墨等印制特定的图案，从而提高有价证券的防伪水平。在对这些有价证券进行防伪检测时，如果对上述特种荧光油墨印制的图案照射波长范围为200纳米 450纳米的紫外光，则真币上的特种荧光油墨会被激发出肉眼可见的荧光；在假币上通常没有采用上述的特种荧光油墨，因此不会出现这种被激发的荧光。退一步说，即使假币上使用了某种荧光油墨，由于该荧光油墨被紫外光激发出的荧光在波长(颜色)和强度上与真币所激发出的荧光存在一定的差别。这种差别可以通过人眼观察或者专用设备检测而被识别出来，从而达到鉴伪的目的。在朱凤芝2004年提交的天津大学硕士学位论文《基于紫外荧光信号的人民币真伪鉴别装置的研究》中，以研究第四、五版人民币的真伪鉴别为目的，采用检测人民币上的紫外荧光标记的光反射能力为基本方法，以单片机智能判断为手段，进行了研究与探索。设计并实现了一种成本较低、通用性较强的防伪验钞装置。该研究中通过实验发现紫外光波长在360纳米到410纳米之间时，波长越长，所得信号的信噪比越小。通过观察实验发现在同一种紫外光分别照射真假币荧光标记时，真假币紫外荧光标记反射光的颜色不同，因此可以用颜色传感器检测出真假币的信号。在申请号为03139102. 8的中国发明专利申请中，提出了一种接触式图像传感器。 它所采用的技术方案是在框体上部设置有光源，框体中部设有透镜，框体下部设有传感器基板。传感器基板上设有感光部，其光源为至少可以发出紫外光的光源。这种光源是由紫外光发光二极管组成的阵列形光源，或者由紫外光发光二极管组成的阵列光源和普通可见光光源组成的复合型光源。透镜采用能透过可见光而屏蔽紫外光的透镜。在读取紫外光照射到如纸币等的原稿上所激励的磷光或荧光等可见光时，透镜可以阻止紫外光进入感光部，从而实现对磷光和荧光的读取。该技术方案解决了现有接触式图像传感器对于包含特殊材料的原稿，如对纸币等作为原稿进行读取时，就会有很多信息识别不出来的问题，尤其是对于含有荧光材料的原稿，会使图像读取的分辨率和精度恶化。但是，目前在金融机具上使用的传统鉴伪方法普遍存在如下的缺点I.由于特种荧光油墨被激发出的荧光很弱，为提高检测的灵敏度，需要采用大功率的紫外光源和高灵敏度的光电传感器，这就给紫外滤光片和光电传感器的设计和加工造成很大的困难；2.只能检测有价证券上的大块荧光区域，例如图I所示的欧元正面的荧光块，而无法检测一些更精细的荧光特征，例如图2所示的欧元背面的荧光图案；
3.仅仅检测荧光强度，而不能有效地分辨有价证券上的特种荧光油墨与伪造证券上的普通荧光油墨或者其它印刷材料；如果伪造证券上涂有足够强度的普通荧光油墨，往往能轻易突破传统的鉴伪方法；4.仅仅检测特种荧光油墨，而没有检测其他的特种防伪油墨，如加载红外特征的特种防伪油墨等。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于有价证券鉴伪的光学检测装置。本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于该光学检测装置的检测方法。为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案一种用于有价证券鉴伪的光学检测装置，其特征在于所述光学检测装置包括两个接触式图像传感器、三个红外光源和三个紫外光源； 其中，两个所述接触式图像传感器分别在待检测的有价证券的两侧相对放置，其中一个所述接触式图像传感器的一侧设置一个红外光源，另一侧设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第一组合光源；另一个所述接触式图像传感器的一侧设置一个紫外光源，另一侧也设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第二组合光源；在每个所述接触式图像传感器的前端设置有滤光片，所述滤光片用于滤除可见光而透过红外光和/或紫外光。其中，在所述滤光片的前端设置有汇聚透镜。所述红外光源和所述紫外光源是LED阵列或者导光柱。在所述红外光源和所述紫外光源的前方设置有柔光片。所述柔光片为毛玻璃、添加玻璃纤维的工程塑料和PLCC塑料薄膜中的任意一种。一种用于有价证券鉴伪的光学检测方法，基于上述的光学检测装置实现，其特征在于(I)由三个红外光源和三个紫外光源进行频闪，依次点亮照射待检测的有价证券;(2)两个接触式图像传感器以分时复用方式采集所述有价证券正面和背面的红外光谱反射、透射图像和紫外光谱反射、透射图像，(3)检测特种防伪油墨对紫外光的不同吸收特性、对红外光的不同吸收特性，以及所述有价证券的纸张对紫外光、红外光的不同透射特性来实现鉴伪。其中，在所述步骤(2)中，所采集的光谱图像包括所述有价证券的红外图案区域、 荧光图案区域、磷光图案区域的光谱图像。在所述步骤(3)中，对特种防伪油墨的图像使用图像检测算法和模式识别算法， 通过对比和识别特种防伪油墨印刷而成的防伪图案来实现对有价证券的鉴伪。在所述步骤(3)中，同时还识读有价证券上的图文信息，如纸币序列号等。本发明所提供的光学检测装置及其检测方法通过检测有价证券上的特种印刷材料对紫外光或红外光吸收率上的区别实现防伪。在同一光学检测装置中集成了紫外反射、紫外透射、红外反射、红外透射等多种检测方式，从而拓宽防伪检测的范围；通过采集防伪图案进行图像识别，提高有价证券鉴伪技术的鉴伪精度，减少了传感器的使用数量和光学检测装置的体积。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图I为20元面值欧元的正面荧光图案；图2为20元面值欧元的背面荧光图案；图3(a)和图3(b)为本发明所提供的光学检测装置的原理图，其中图3 (a)为反射实现方式，图3(b)为透射实现方式；图4为图3 (a)和图3 (b)所示的光学检测装置的一个实施例；图5为某种可用于本光学检测装置的滤光片的滤光曲线；图6为20元面值欧元应用本光学检测方法所采集的紫外光吸收图像；图7为20元面值欧元的可见光图像。
具体实施例方式如图3(a)和图3(b)所示，本发明所提供的用于有价证券鉴伪的光学检测装置主要包括紫外光源(和/或红外光源)、滤光片和光电传感器。该光学检测装置可以有两种实现方式，分别是图3 (a)所示的反射实现方式和图3(b)所示的透射实现方式。其中在图3 (a) 所示的反射实现方式中，紫外光源(和/或红外光源)、滤光片和光电传感器均位于待检测的有价证券的同一侧，紫外光源(和/或红外光源)发出的紫外(和/或红外)入射光经有价证券表面反射后射向滤光片，然后再进入光电传感器，从而产生电信号；在图3(b)所示的透射实现方式中，紫外光源(和/或红外光源)位于待检测的有价证券的一侧，滤光片和光电传感器均位于待检测的有价证券的另一侧，紫外光源(和/或红外光源)发出的紫外(和/或红外)入射光透射过有价证券之后射向滤光片，然后再进入光电传感器，从而产生电信号。由于有价证券上使用的印刷材料与伪造证券上使用的印刷材料显著不同，所以这些材料对于紫外光或红外光的吸收率也明显不同。例如真实有价证券上的特种荧光油墨与伪造证券上的普通荧光油墨对紫外光的吸收特性就相差巨大特种荧光油墨对紫外光有强烈的吸收效应，而伪造证券上的普通荧光油墨对紫外光的吸收效应非常微弱；又如真实有价证券上的特种红外油墨或水印与伪造证券上的普通油墨对红外光的吸收特性就相差巨大。上述差异可以通过本光学检测装置有效地检测鉴别出来。在本光学检测装置中，利用紫外光源或红外光源照射有价证券正面或者反面的完整幅面或者特定区域。在紫外入射光或红外入射光的反射光束或者透射光束的通路位置上放置滤光片。通过该滤光片可以滤除可见光，透过检测需要的红外光和/或紫外光，然后通过检测特种印刷材料对于紫外光或红外光的吸收特性来实现高精度鉴伪。即使在伪造证券上涂上大量普通荧光油墨或其他油墨，也能够被本光学检测装置有效地检测鉴别。光电传感器的感光元件位于滤光片后，检测反射或者透射的紫外光或红外光的光强，将紫外光或红外光的光强转化为电信号，将特种防伪油墨印刷的图案转化为数字图像。然后，使用图像检测算法和模式识别算法，通过对比和识别特种防伪油墨印制的防伪图案来实现对伪造有价证券的检测和鉴别。这里的图像检测算法和模式识别算法可以采用模式识别和计算机视觉领域的多种成熟算法实现，在此就不详细赘述了。图4为上述光学检测装置的一个具体工程实施例。在该实施例中，使用了两个接触式图像传感器(CIS)作为光电传感器，同时使用了三个红外光源和三个紫外光源。其中， 两个接触式图像传感器分别在有价证券的两侧相对放置，其中一个接触式图像传感器的一侧设置一个红外光源，另一侧设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第一组合光源；另一个接触式图像传感器的一侧设置一个紫外光源，另一侧也设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第二组合光源。该第一组合光源和第二组合光源也相对放置。这种放置方式可以在有限的传感器空间内，全面检测纸币正面、背面及透射的红外和紫外光谱图案特征，是一种低成本、高精度、高集成的解决方案。在每个接触式图像传感器的前端设置有滤光片，以便过滤可见光而透过红外光和紫外光。图5给出了符合此要求的三种不同的滤光片的滤光特性曲线，在实践中可以根据检测精度和检测成本的要求选用。在滤光片的前端设置有汇聚透镜。该汇聚透镜的作用是实现合适的景深效果和聚光效果。汇聚透镜的具体参数选择是光学领域普通技术人员都能掌握的常规技术，在此就不详细赘述了。上述的红外光源和紫外光源可以是LED阵列，也可以是导光柱。在红外光源和紫外光源的前方可以放置柔光片。该柔光片可以是毛玻璃，也可以是添加玻璃纤维的工程塑料，还可以是PLCC塑料薄膜，其作用是将定向的光变成不定向的光，使红外光源和紫外光源发出的光线均匀。本发明中的光学检测装置可应用于各种形式的光电管、光电管阵列、接触式光学检测装置、线扫CCD相机或面阵CCD相机等。在实际应用中，三个红外光源和三个紫外光源进行频闪，依次点亮照射有价证券，接触式图像传感器以分时复用方式采集有价证券正面和背面的红外光谱反射、透射图像和紫外光谱反射、透射图像，通过检测特种防伪油墨对紫外光的不同吸收特性、对红外光的不同吸收特性，以及纸张对紫外光、红外光的不同透射特性来实现鉴伪功能。具体而言，当使用紫外光照射有价证券时，有价证券反射或者透射紫外光，经过滤光片滤除其中混杂的可见光，然后使用光电传感器将过滤后的紫外光转化为电信号；当使用红外光照射有价证券时，有价证券反射或者透射红外光，经过滤光片滤除其中混杂的可见光，然后使用光电传感器将过滤后的红外光转化为电信号，从而形成红外图案区域、荧光图案区域、磷光图案区域等的多种光谱图像。然后，通过检测有价证券上的红外图案区域、荧光图案区域、磷光图案区域的信号强度和图案完整性，以及有价证券的纸质反应特征，或者扫描读取有价证券上的图文信息和编码(如纸币的序列号等)，就可以清楚地辨别某一张有价证券是真实的还是伪造的。图6和图7显示了利用本光学检测装置及其检测方法检测20元面值欧元的具体示例。从这两个图可以看出，某些在图7所示的可见光图像中不明显或不可见的特种防伪图案(如图中虚线标出的防复印暗记和五角星等)清晰地出现在图6所示的紫外吸收图像中，从而证明了本光学检测装置及其检测方法在有价证券防伪方面具有极高的应用价值。以上对本发明所提供的用于有价证券鉴伪的光学检测装置及其检测方法进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求
1.一种用于有价证券鉴伪的光学检测装置，其特征在于所述光学检测装置包括两个接触式图像传感器、三个红外光源和三个紫外光源；其中， 两个所述接触式图像传感器分别在待检测的有价证券的两侧相对放置，其中一个所述接触式图像传感器的一侧设置一个红外光源，另一侧设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第一组合光源；另一个所述接触式图像传感器的一侧设置一个紫外光源，另一侧也设置一个红外光源和一个紫外光源组成的第二组合光源；在每个所述接触式图像传感器的前端设置有滤光片，所述滤光片用于滤除可见光而透过红外光和/或紫外光。
2.如权利要求I所述的光学检测装置，其特征在于在所述滤光片的前端设置有汇聚透镜。
3.如权利要求I所述的光学检测装置，其特征在于所述红外光源和所述紫外光源是LED阵列。
4.如权利要求I所述的光学检测装置，其特征在于所述红外光源和所述紫外光源是导光柱。
5.如权利要求I所述的光学检测装置，其特征在于在所述红外光源和所述紫外光源的前方设置有柔光片。
6.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于所述柔光片为毛玻璃、添加玻璃纤维的工程塑料和PLCC塑料薄膜中的任意一种。
7.一种用于有价证券鉴伪的光学检测方法，基于如权利要求I所述的光学检测装置实现，其特征在于(1)由三个红外光源和三个紫外光源进行频闪，依次点亮照射待检测的有价证券；(2)两个接触式图像传感器以分时复用方式采集所述有价证券正面和背面的红外光谱反射、透射图像和紫外光谱反射、透射图像，(3)检测特种防伪油墨对紫外光的不同吸收特性、对红外光的不同吸收特性，以及所述有价证券的纸张对紫外光、红外光的不同透射特性来实现鉴伪。
8.如权利要求7所述的用于有价证券鉴伪的光学检测方法，其特征在于所述步骤(2)中，所采集的光谱图像包括所述有价证券的红外图案区域、荧光图案区域、磷光图案区域的光谱图像。
9.如权利要求7所述的用于有价证券鉴伪的光学检测方法，其特征在于所述步骤(3)中，对特种防伪油墨的图像使用图像检测算法和模式识别算法，通过对比和识别特种防伪油墨图像上的防伪图案来实现对有价证券的鉴伪。
10.如权利要求7所述的用于有价证券鉴伪的光学检测方法，其特征在于所述步骤(3)中，通过扫描读取有价证券上的图文信息和编码来实现对有价证券的鉴伪。
全文摘要
本发明公开了一种用于有价证券鉴伪的光学检测装置及其检测方法。该光学检测装置包括两个接触式图像传感器、三个红外光源和三个紫外光源；两个接触式图像传感器分别在待检测的有价证券的两侧相对放置，在每个接触式图像传感器的前端设置有滤光片。本发明通过检测有价证券上的特种印刷材料对紫外光或红外光吸收率上的区别实现防伪。在同一光学检测装置中集成了紫外反射、紫外透射、红外反射、红外透射等多种检测方式，从而拓宽防伪检测的范围，提高有价证券鉴伪技术的鉴伪精度，减少了传感器使用数量和光学检测装置的体积。
文档编号G07D7/20GK102610023SQ20101028491
公开日2012年7月25日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者孙志锋, 廖俊宁, 曹扬, 李毅, 李永翔, 李雪嫚, 杜梁缘, 柏年福, 武再杰, 王争儿, 王刚, 王学文, 褚玉凤, 郭建聪 申请人:中国印钞造币总公司, 中钞长城金融设备控股有限公司