专利名称：多波段偏振成像防伪元件辨识系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，对于使用偏振防伪技术制作的偏振测试片、隐形标贴等，能够有效检测出其中隐藏的信息，并且本系统的检测方法使用方便、检测结果直观可靠，在防伪鉴别领域具有广泛的应用前景。
背景技术：
为了保护物品，例如有价文件和纸张，以及消费品领域的备件、药物、纺织品或者其他注册商标产品免受仿制和伪造以及篡改，并且为了可以检测这些物品的真伪，为它们配置了特定防伪元件。制造防伪元件需要一些特殊的物质和颜料，由于它们具有特定的光学特性，故不容易被仿制。公知的防伪元件有水印、结合在纸张中的防伪线、发光或磁性颗粒等，可以将防伪元件加入印刷油墨或者浮凸全息图中，然后作为箔元件被施加在将受保护的物品表面或者物品的包装上。·目前，辨识偏振材料制作的防伪元件的方法，主要是依靠在偏振光下显现的颜色与在自然光或灯光下显现的颜色不同来实现的，尽管比较直观，但是其没有充分利用隐藏图案的光谱和偏振特性，不能准确精细地找出防伪元件中隐藏的信息。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，集成数据采集与处理、电机旋转控制等多个硬件模块，具有多波段、自动时空配准和实时性强等特点，满足偏振防伪元件辨识的性能需求。技术方案一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，其特征在于包括滤光片转轮、三个CCD相机、电机系统、卤素灯和计算机；在待测防伪样片的前后设有卤素灯和滤光片转轮，滤光片转轮上设有多个偏振片；滤光片转轮的后置为三个CCD相机，滤光片转轮受控于电机系统；三个CCD相机将摄取的图像输出至计算机进行处理；滤光片转轮转一周后，计算机对图像校正计算偏振参数并进行图像配准，然后再发送信号给电机系统控制双层滤光片转轮的转动；所述双层滤光片转轮上设有多个圆孔，每个圆孔内设置一个双层滤光片，每个双层滤光片只允许白光中的特定波段的光通过；所述三个CCD相机的前置的偏振片的偏振角度为0°、45°和90° ;三个C⑶相机、电机系统和计算机处理之间的循环运动关系为电机系统控制双层滤光片转轮转1/6周时，触发CCD相机成像，当双层滤光片转轮完成I周时，计算机进行图像校正计算偏振参数；图像校正结束存储完成，计算机控制电机系统的电机重新使得转双层滤光片转轮转1/6周，启动下一周期。所述双层滤光片转轮上设有六个用于安装滤光片的圆孔，每个直径约为25mm，其中，一个圆孔为空，四个圆孔分别安装彼此不同波长的快轴与参考方向成0°的1/4 λ波片，另一个圆孔安装快轴与参考方向成90°的1/4λ波片，且其带宽必须覆盖前面四个单一波片的波长。有益效果本发明提 出的一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，将偏振光源、波片、偏振片、CCD相机以及步进电机集成到一个系统中，实现了光机电一体化，并且采用多波段1/4 λ波片和偏振相机，可以根据探测目的自定义选择滤光波段进行防伪辨识，三CCD相机同时工作，具有结构紧凑、体积小、快速等优点，通过DSP精确控制电机转动快速获得图像，且系统还具有图像滤波、融合以及存储等功能，因此可达到稳定可靠工作、节省人力和财力的目的。
图I :多波段偏振成像防伪辨识系统硬件结构图；图2 :多波段偏振成像防伪辨识系统工作流程图；图3 :转轮1/4波片安装示意图图4 :成像设备中光路传播路径及偏振多波段数据立方体示意图；图5 :偏振平行光源结构图；图6 :实施例图像配准流程图；图7 :实施例图像配准处理中所需标定板示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本发明的技术方案中，主要包括偏振光源模块、多波段转轮控制模块(即电机控制模块)，偏振相机组图像采集模块、图像处理模块等组成部分。本实施实例所采用的光源是四个卤素灯，用四组平行光源和偏振片组成偏振光源，使用卤素灯作为光源，在光源前放置线偏振片，偏振片后加透镜，如图5所示。每个线偏振片透光轴与参考方向的角度相等，光线在目标区域重合后，覆盖面积不小于50 X 75mm,用来实现对待测防伪元件的偏振光照射。本实施实例所采用的计算机包括相机采集软件，计算机型号是联想启天M7300，另夕卜，多路图像传输装置通常由PCI1394视频采集卡构成，加载于主控计算机系统中。本实施实例的CCD相机采用维视MV-1300，转轮的驱动电机leadshine-1. 8/4. OA步进电机，1/4 λ波片采用波长为覆盖可见光波段和其他5个波段。转轮的控制单元为课题组开发的偏振多波段成像仪控制系统。多波段转轮控制模块主要实现转轮自身滤光片的设置以及电机对同轴转轮旋转的精确控制。在转轮上共设计了六个用于安装滤光片的圆孔，每个直径约为25mm，其中，一个圆孔为空，一个圆孔安装快轴与参考方向成90°的1/4λ波片，且其带宽必须覆盖前面四个单一波片的波长，这样设计便于Stokes参数计算，其余四个圆孔分别安装彼此不同波长的快轴与参考方向成0°的1/4λ波片，如图3所示。多波段转轮后紧接偏振相机，偏振相机组图像采集模块主要实现三路偏振图像的采集和存储。该模块涉及到三个CCD相机和三个线偏振片等硬件，三个线偏振片分别以透射轴与参考方向成0°、45°、90°的角度固定在三个CCD相机镜头前面，采集的图像由计算机显示。本发明的软件流程为图像采集、图像配准、偏振参数计算参见图2，介绍转轮控制和图像采集电路控制单元集成在DSP处理板上，是本系统的核心部件，其具体控制过程如下①电路控制单元中的电机控制模块对电机进行初始化操作，通过同轴方式精确控制转轮到正确位置，即转轮孔与相机镜头完全结合；②由接近开关发送反馈信号给偏振相机图像采集模块，同时控制三路CXD相机，自动曝光进行成像，成像完毕后自动进行图像的存储； ③发送反馈信号给电机控制模块，控制电机带动转轮转动60° ;④转动完毕后，重复②，③直至预先设置的圈数，由接近开关做零点校正，发送反馈信号给电路控制单元，校正零点位置；⑤在④期间，若图像数量满足计算Stokes参数的要求，即可对存储图像进行读取、几何校正以及偏振参数的计算等操作。根据在计算偏振度过程中是否忽略圆偏振光强度V的影响，将偏振图像的采集分为两种情况(I)忽略V的影响此时只需考虑在自然光入射条件下偏振参数的计算。即只需通过空的圆孔得到三个偏振角度下的图像就可以计算偏振参数；(2)考虑V的影响此时考虑在单色光入射条件下偏振参数的计算。即需要单一0° 1/4 λ波片的圆孔依次在三个偏振角度下成像以及90° 1/4λ波片在45°线偏振片下成像共四幅图像才能计算出偏振参数。参见附图6、7，主要介绍图像配准的过程。首先将标定板放置于目标位置，且尽量与目标保持同一平面，由三个CXD相机获取标定板图像。然后提取三幅图像的SIFT特征点，然后计算每个特征点的联合描述子，接下来以其中一个相机的图像为基准，运用双向匹配法将其余两幅图像与基准图像进行匹配，最后采用基于RANSAC算法和最小二乘法的参数估计方法求解变换模型参数，实现三幅图像间的配准。介绍偏振参数计算在偏振成像技术应用领域中，一般采用Stokes矢量分析准单色平面波的偏振状态，Stokes矢量可以描述为S = [IQUV]T。其中，I表示光波的总强度，Q表示水平方向上线偏振光的强度，U表不45°方向上线偏振光的强度。V表不圆偏振光的强度。在应用中，
V一般很小，在本系统中，当使用全色光计算偏振参数图像时，忽略V的大小，当使用某一单波段光计算偏振参数图像时，V不能忽略。假设线偏振片的透射轴方向与参考方向夹角为Θ，波片快轴方向与参考方向夹角为Φ ,则Stokes的强度公式为 Ι(θ, φ) =^·[/ -f {7cos 2Θ + U cos r/)sin 2Θ 十 V sin ^siri 2θ\从而推导可知Stokes参数和偏振参数(偏振度DoLP，偏振方位角AoP)为1 = 1(0。，0。)+1(90°，0。)Q =1(0。，0。)-1(90°，0。)
权利要求1.一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，其特征在于包括滤光片转轮、三个CCD相机、电机系统、卤素灯和计算机；在待测防伪样片的前后设有卤素灯和滤光片转轮，滤光片转轮上设有多个偏振片；滤光片转轮的后置为三个CCD相机,滤光片转轮受控于电机系统；三个CCD相机将摄取的图像输出至计算机进行处理；滤光片转轮转一周后，计算机对图像校正计算偏振参数并进行图像配准，然后再发送信号给电机系统控制双层滤光片转轮的转动；所述双层滤光片转轮上设有多个圆孔，每个圆孔内设置一个双层滤光片，每个双层滤光片只允许白光中的特定波段的光通过；所述三个CCD相机的前置的偏振片的偏振角度为0°、45°和90° ;三个C⑶相机、电机系统和计算机处理之间的循环运动关系为电机系统控制双层滤光片转轮转1/6周时，触发CCD相机成像，当双层滤光片转轮完成I周时，计算机进行图像校正计算偏振参数；图像校正结束存储完成，计算机控制电机系统的电机重新使得转双层滤光片转轮转1/6周，启动下一周期。
2.根据权利要求I所述的多波段偏振成像防伪元件辨识系统，其特征在于所述双层滤光片转轮上设有六个用于安装滤光片的圆孔，每个直径约为25mm，其中，一个圆孔为空，四个圆孔分别安装彼此不同波长的快轴与参考方向成0°的1/4λ波片，另一个圆孔安装快轴与参考方向成90°的1/4λ波片，且其带宽必须覆盖前面四个单一波片的波长。
专利摘要本实用新型涉及一种多波段偏振成像防伪元件辨识系统，其特征在于包括滤光片转轮、三个CCD相机、电机系统、卤素灯和计算机；在待测防伪样片的前后设有卤素灯和滤光片转轮，滤光片转轮上设有多个偏振片；滤光片转轮的后置为三个CCD相机，滤光片转轮受控于电机系统；三个CCD相机将摄取的图像输出至计算机进行处理。本实用新型将偏振光源、波片、偏振片、CCD相机以及步进电机集成到一个系统中，实现了光机电一体化，并且采用多波段1/4λ波片和偏振相机，根据探测目的自定义选择滤光波段进行防伪辨识，三CCD相机同时工作，通过DSP精确控制电机转动快速获得图像，且系统还具有图像滤波、融合以及存储等功能，因此可达到稳定可靠工作、节省人力和财力的目的。
文档编号G02B7/00GK202748301SQ201220354779
公开日2013年2月20日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者赵永强, 张清勇, 杨劲翔 申请人:西北工业大学