СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ МАРКИРОВКИ МУЗЕЙНЫХ ЦЕННОСТЕЙ
METHOD FOR OPTICAL MARKING MUSEUM VALUABLES

Настоящее изобретение относится к способам оптической маркировки изделий, в частности музейных ценностей, например картин, антикварных изделий с последующей идентификацией их и предназначено для защиты музейных ценностей от подделки, подлога и фальсификации.
Сформировано три наиболее перспективных способа маркировки раритетов;
1. Штриховое кодирование в двухмерных и трехмерных модификациях;
2. Метки радиочастотной модификации;
3. Метки по технологиям микроточек (Австралийская технология).
Первая технология постановки на учет и инвентаризации хорошо знакома специалистам, практична. Ее можно изготовить непосредственно в музее. Метка долго служит, легко считывается. Единственное ограничение - адаптация программного обеспечения, которое привязывает заказчика к производителю софта. Штриховой код наносится, не причиняя вреда предмету. Однако при сверке метка требует обязательного визуального контакта, что крайне сковывает служителей на ограниченных музейных площадях.
Вторая технология сопряжена с системой RFID - беспроводного способа обмена данными между электронной меткой и специальным радиоэлектронным устройством. Она работает в автоматическом (активном и пассивном) режимах. На 3 квадратных миллиметрах - таковы габариты прибора - можно разместить гораздо больше информации, нежели в штрихкоде. В его электронной памяти удерживаются фрагменты изображения предмета. Можно вносить информацию как в открытую (не блокированную) часть чипа, так и в закрытую (зашифрованную). С помощью этой технологии легко решается проблема инвентаризации: при определенной частоте и объеме метки есть возможность сканировать сотни предметов одновременно на пешеходной скорости, что позволяет осуществлять полную инвентаризацию ежедневно. С наилучшими характеристиками эти метки частотой (850-950 Mhz и 2.4-5 Ghz) работают, исключая, понятно, экранируемые помещения и экспозиции, содержащие металлические экспонаты.
Сама по себе маркировка изделия любым из вышеназванных методов не может обеспечить надежную защиту изделия от подделки и хищения.
Штриховые метки легко изготавливаются, но соответственно легко копируются, хотя и могут быть предложены методы, затрудняющие подделку, такие как применение специальных чернил, обеспечивающих случайную пространственную неоднородность отражающих характеристик в различных диапазонах волн и обеспечение случайной пространственной неоднородности графического образа при печати.
Радиочастотные метки, по-видимому, удобны для практического применения, но на самом деле надежность их считывания вовсе не 100%, как об этом любят говорить специалисты по рекламе и директора соответствующих компаний. На надежность их считывания влияют характеристики материала, к которому они прикреплены. Например, невозможно считать радиочастотные метки, прикрепленные к блистерам (алюминиевая фольга) с лекарствами, и это рассматривается как серьезный недостаток их применения в медицинской практике. Как известно, пигменты многих красок включают металлические наполнители. Кроме того, радиочастотную метку можно отделить от защищаемого предмета и переклеить на подделку. Серьезные опасения вызывает способность радиочастотных меток противостоять мерам радиоэлектронного противодействия - глушилкам и грабберам. Как известно, радиочастотная метка в ответ на излучение активатора излучает определенный сигнал - что мешает записать этот сигнал и повторить его аналогично, как это делается грабберами радиокода при взломе различных автосигнализаций, гораздо, в общем, более дорогих и сложных устройств.
Представляется очевидным, что надежная маркировка и идентификация дорогостоящего музейного экспоната должна быть привязана к уникальным характеристикам самого экспоната (это положение просматривается в вышеописанном предложении записывать в радиочастотную метку фрагменты изображения) Очевидно, однако, что для качественной записи деталей необходим большой объем памяти - гораздо больший, чем это может обеспечить радиочастотная метка. Кроме того, сравнение изображений достаточно непростая с точки зрения вычислительной сложности задача, и ее необходимо упростить, сохраняя информацию о местоположении и ориентации фрагмента.
Итак, известны многочисленные методы маркировки различных объектов разнообразными способами с использованием, например, люминесцентных маркеров, нанесением надписей и голограмм, применением встраиваемых электронных схем и др.
Так известны методы нанесения веществ, люминесцирующих или флуоресцирующих в видимой, ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра, с последующим их анализом с помощью электронных приборов, например, патенты Франции 2317844 и 2027429. Устройства, описанные в этих патентах, с помощью которых реализуются соответствующие способы идентификации, позволяют идентифицировать только вещи небольших размеров, например денежные знаки, кредитные карты, чеки, акции, документы, которые необходимо поместить в специальный держатель и переместить внутрь электронного прибора довольно сложной конструкции. Т.е. способами и устройствами, описанными в данных патентах, невозможно обнаружить и идентифицировать метки на крупных объектах больших размеров, например антикварных музыкальных инструментах, а также они не обеспечивают скрытность маркировки.
Известен способ идентификации объектов, в котором на/или в объекте размещают электронную метку в виде интегральной микросхемы (чипа), реагирующей на внешний сигнал заданного вида определенным ответным сигналом (заявка ЕПВ 0563713, 06.10.1993; патент РФ 2152076, 27.06.2000).
Известен способ защиты и идентификации материальных объектов с помощью скрытой маркировки, которая наносится на поверхность объектов в виде некоторого рисунка невидимой краской, которая становится видимой в ультрафиолетовых или инфракрасных лучах (патент РФ 2107945, 27.03.1998).
Недостатком известных способов и устройств маркировки является то, что они не позволяют записывать идентификационную информацию, а дают только ответ, подлинный документ или нет. Все эти способы имеют присущий им существенный недостаток, состоящий в том, что одним и тем же кодом маркируются все объекты данной серии. Некоторые методы, например встраиваемые микросхемы, не могут быть использованы для защиты произведений живописи или некоторых антикварных вещей.
Любые метки, наносимые человеком, могут быть подделаны "специалистами", занимающимися подобной деятельностью. Выходом из данной ситуации является разработка такой системы идентификации объектов, в основу которой были бы положены уникальные неповторимые, присущие только данному образцу признаки.
Известен способ идентификации объектов культуры, включая и антикварные вещи, заключающийся в том, что выбирают по меньшей мере один участок поверхности объекта, фиксируют изображение каждого выбранного участка поверхности и регистрируют сведения об изображении упомянутого участка поверхности в качестве эталона для последующей идентификации, в процессе которой фиксируют изображение по меньшей мере одного из ранее выбранных участков поверхности, регистрируют сведения об изображении каждого из этих участков и сравнивают полученное изображение идентифицируемого объекта с зарегистрированным изображением участка (патент РФ 2045779, 10.10.1995). В этом документе, однако, ничего не говорится о том, каким образом определяются те участки поверхности объекта, изображения которых используются при идентификации.
Из RU 2205450 C1, 11.10.2001 известен способ идентификации антикварных вещей.
В процессе идентификации антикварной вещи последнюю размещают на основании, освещают осветителем в виде ИК-прожектора. Снимают ранее выбранный по случайному закону участок поверхности TV-камерой. Разрешающая способность существующих телевизионных систем достаточно велика, и поэтому изображение с характерными признаками структуры поверхности, сформированное в инфракрасном излучении, ИК-диапазоне, прекрасно видно на экране монитора. При обнаружении этих характерных признаков осуществляют сравнение их с характерными признаками участков поверхности эталонной антикварной вещи, зарегистрированных в базе данных, и по результатам сравнения делают вывод о принадлежности изделия.
Известен способ оптической маркировки изделия, включающий выбор оптической марки, инкорпорирование названной марки в изделие, его упаковку или в прикрепленную к нему бирку. Марку изготавливают в виде тисненой голограммы (WO 9808691; приоритет 30.08.1996; дата публикации 5.03.1998, МПК B42D 15/10) (WO 2004029915; приоритет 29.09.2002; дата публикации 08.04.2004, МПК G09F 3/02). Процесс идентификации изделия в соответствии с известным способом сводится к освещению марки, ее визуальному осмотру и идентификации по признаку подобия наблюдаемой картинки изображениям на марках аналогичных изделий того же производителя или путем приборного декодирования изображения, восстановленного голограммой. В случае профессиональной экспертизы дополнительно выявляют приборными методами скрытые микронадписи или условные знаки на голографической марке.
Недостатком способа маркировки изделий тиснеными голограммами является их недостаточная степень защиты от подделки, поскольку тисненые голограммы могут быть воспроизведены и тиражированы с использованием доступных и широко распространенных технологий. Кроме того, персонификация конкретного образца изделия, включающего оптическую марку в виде тисненой голограммы, невозможна без применения дополнительных средств маркировки.
Известен также способ оптической маркировки изделия, в котором в качестве марки выбирают узор, образованный макропятнами с заданным распределением пятен по размерам и пространственному распределению (US Patent Application 20050024626; приоритет 20.10.2003; дата публикации 3.02.2005, МПК G06K 009/74). Этот узор одинаков для всех марок одной и той же серии. При этом пятна содержат дополнительно цветовую или поляризационную кодировку благодаря наличию в своем составе холестерических жидких кристаллов, имеющих свойство селективно отражать свет определенной длины волны или поляризации. Использование дополнительной поляризационной и цветовой кодировки существенно повышает степень защиты марки от несанкционированного копирования, однако не исключает полностью возможность ее подделки, поскольку для изготовления марки с макроскопическим масштабом неоднородностей возможно использование известных фотолитографических технологий.
Из RU 2202127 C2, 10.04.2003 известен способ распознавания подделки.
В соответствии с этим способом марку выбирают среди объектов, выполненных из материалов с четко видимым случайным узором. Этот узор формируется макроструктурными элементами материала, например, такого как дерево, камень, а также искусственных материалов, таких как бумага, пластмасса, стекло со специальным добавлением красителей, инородных включений, зерен неправильной формы. При этом считанный сканирующим устройством неповторяющийся от изделия к изделию случайный структурный узор марки, а также координаты характерных контрольных точек структурного узора хранятся в базе данных производителя изделия.
Процедура идентификации в соответствии с известным способом распознавания подделки изделия сводится к следующей последовательности операций: 1) посылают запрос в базу данных на хранящееся в ней изображение марки и/или координаты контрольных точек структурного узора марки; 2) получают информацию о структурном узоре по телефону, факсу или сети Интернет из базы данных; 3) производят сравнительный анализ подобия контрольных точек отображенного на дисплее изображения структурного узора марки со структурным узором самой марки или сравнение координат контрольных точек, напечатанных на изделии, с координатами контрольных точек, полученными из базы данных. На основании сравнения данных принимают экспертное заключение о подлинности или подделке изделия.
Достоинством известного способа является простота маркировки и процедуры идентификации подлинности изделия. Кроме того, подобный подход применим к практически неограниченному классу изделий. Однако при современном уровне развития полиграфической и копировальной техники изготовление копии или фальсификата идентификационной марки с четким видимым случайным макроструктурным узором не представляет большой технической сложности, о чем свидетельствуют многочисленные факты подделки денежных знаков и документов.
Кроме того, недостатком известного способа оптической маркировки изделия является необходимость использования для его идентификации базу данных большого объема, хранящую информацию о каждом изделии, что становится существенным ограничением для изделий массового производства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату с заявленным способом является известный способ оптической маркировки изделия, включающий выбор оптической марки, характеризующейся наличием неоднородностей со случайным пространственным распределением, считывание информации о распределении названных неоднородностей и сохранение полученной информации в базе данных системы идентификации, при этом выбор оптической марки производят из числа неповторяющихся, оптически анизотропных объектов со случайным пространственным распределением неоднородностей, неразличимых невооруженным глазом, на выбранную марку направляют пучок света от источника излучения, с помощью поляризационного прибора формируют пространственно модулированное распределение интенсивности излучения рабочего спектрального диапазона, обусловленное наличием названных визуально неразличимых неоднородностей оптически анизотропной марки, считывают названное распределение интенсивности излучения и сохраняют считанную информацию в базе данных в качестве основного кода изделия.
При этом оптическую марку изготавливают из анизотропного оптического материала в виде прозрачного окна, например, в виде стеклянной пластины или листа пластика, не подвергавшихся термическому отжигу и характеризующихся наличием свилей, нерегулярной волнистости поверхности или пространственно неоднородных внутренних напряжений;
Оптическую марку изготавливают из прозрачного материала, содержащего случайно распределенные двулучепреломляющие частицы, например, капсулированные жидкие кристаллы, частицы измельченной слюды, двулучепреломляющие микрокристаллы или волокна целлюлозы.
Оптическую марку изготавливают из перфорированного двулучепреломляющего материала со случайным распределением отверстий по размерам и пространственному расположению, например, из прозрачной перфорированной полимерной пленки.
Оптическую марку изготавливают в виде прозрачного окна из гранулированного микрокристаллического материала, например, оптической керамики или полидоменных кристаллов, анизотропия которых является пространственно модулированной по случайному закону.
При маркировке изделий в изделие дополнительно инкорпорируют вспомогательный оптический, магнитный или электронный носитель информации, заносят в названный носитель вторичный персонифицированный код изделия, полученный в результате перекодировки основного кода изделия одной из кодирующих функций, хранящихся в базе данных системы идентификации, а при идентификации подлинности изделия дополнительно производят сравнение названного вторичного персонифицированного кода с результатом перекодировки основного кода изделия, считанного при идентификации, кодирующей функцией, примененной ранее для генерации названного вторичного персонифицированного кода.
Недостатком известного способа является недостаточная степень защиты изделия от подделки, сложность самого способа, а также, в частности, необходимость нанесения координатной сетки на поверхность изделия.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени защиты изделия от подделки при существенном снижении требований к объему наносимых на поверхность, предпочтительно с оборотной стороны изделия, маркировочных знаков, необходимых для идентификации изделий.
Поставленная техническая задача достигается способом оптической маркировки музейных ценностей, таких как картины, с помощью оптических меток, представляющие собой двумерные штриховые коды типа Data Matrix, включающим нанесение их на оборотную сторону холста картины в виде клейкой этикетки с нанесенной на нее графическим образом или непосредственно на основу холста с помощью струйного принтера, и использование для последующей идентификации изделия фрагментов изображения текстуры самого холста с уникальными особенностями его либо на оборотной стороне холста и/или самого изображения на лицевой поверхности картины, при этом положение фрагмента и его ориентацию задают в виде координат углов указанной маркировки в виде квадратного двумерного штрихкода. Наличие 4-х уникальных точек (углов двумерного штрихкода) на каждом из сравниваемых изображений обеспечивает решение задачи определения параметров проекционного преобразования одного изображения в другое, что является обычной проблемой при сравнении фотографических изображений.
При этом положение и ориентацию фрагмента изображения оборотной стороны холста и/или лицевой стороны картины определяют в процессе декодирования указанной двумерной штриховой маркировки с помощью программного обеспечения. Кроме того, в указанную двумерную маркировку заносят адрес базы данных и ключевой идентификационный параметр фрагмента изображения.
Для ускорения идентификации заносят сжатую графическую информацию используемых фрагментов в одну или несколько двумерных штриховых меток, наносимых на оборотную сторону картины. При использовании нескольких двумерных меток их взаимное расположение также будет являться дополнительным защитным фактором при проверки. Кроме того, в этом случае увеличивается точность проекционного преобразования между фотографическими изображениями, поскольку увеличено число сопоставимых точек.
Ниже приводится подробное описание заявленного способа оптической маркировки музейных ценностей.
1) Маркировка осуществляется с помощью двумерных штриховых меток типа Data Matrix (Фиг.1).
2) Маркировка может осуществляться с помощью клейкой этикетки с нанесенным на нее графическим образом - Data Matrix, с помощью струйного принтера как с помощью обычных, так и «невидимых» чернил.
3) Программное обеспечение декодирования двумерных штриховых кодов должно определять с высокой точностью (предпочтительно с субпиксельной, т.е. в долях пикселя) координаты углов найденного и декодированного штрихового кода.
4) Найденные координаты 4-х углов (x, y) на изображении, полученном с помощью цифровой камеры высокого разрешения, обеспечивают задание системы координат на изображении поверхности изделия, с учетом упомянутого выше проекционного преобразования.
5) Полученное изображение оборотной стороны изделия с нанесенной маркировкой в виде квадратного штрихкода (размер стороны квадрата 5-10 мм) позволяет однозначно идентифицировать изделие по уникальным текстурным особенностям оборотной поверхности, таким как шаг и направление нитей, случайные особенности фактуры нитей (узелки и т.п.), поскольку благодаря случайным особенностям текстуры изображение оборотной стороны аналогично отпечатку пальцев (Фиг 1). Двумерный штриховой код используется для задания системы координат на изображении оборотной стороны картины.
6) Для получения качественного изображения двумерного ШK с выявлением текстуры окружающей оборотной поверхности картины используется устройство контрастного освещения (Фиг.2)
7) Двумерный ШK, нанесенный на оборотную поверхность картины, используется для координации фрагмента изображения лицевой стороны картины с помощью устройства, состоящего из двух цифровых камер, осуществляющих одновременную съемку оборотной с нанесенным ШК, и лицевой сторон картины (Фиг.3).
8) К 2D штрихкоде записывается адрес базы данных и ключевой учетный номер в базе данных, где будет храниться информация о фрагменте изображения картины. Не исключена возможность записывать в ШК фрагмент изображения в сжатом виде (например в виде Jpeg2000 и т.н.).
Единичная метка типа Data Matrix может содержать до 1500 байт информации, кроме того, количество записываемой информации можно значительно увеличить за счет использования, так называемого, Структурированного дополнения, когда информация записывается в несколько (до 16 меток). Причем каждая метка дополнения содержит номер дополнения и порядковый номер метки в дополнении, что и дает возможность при декодировании собрать информацию в единый блок в правильной последовательности.
Таким образом, заявленный в качестве изобретения способ маркировки музейных ценностей, таких как картины, не сложен в реализации и обеспечивает 100% защиту музейных ценностей от подделки.
Для доказательства соответствия данного изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость» приводим примеры конкретного выполнения. Этими примерами не исчерпывается сущность предложения.
Пример 1
На оборотной стороне картины, выполненной на холсте, наклеивается этикетка с двумерным штриховым кодом типа Data Matrix (Фиг.1.). Холст всегда характеризуется наличием нерегулярной (случайной) волнистости нитей, наличием узелков на нитях, нерегулярной толщиной и шагом нитей.
Для выявления и последующего использования указанных особенностей реальных текстур холста необходима качественная фотография поверхности оборотной поверхности холста, включая наклеенную (или напечатанную с помощью струйного принтера) двумерную метку. Качественная фотография, выявляющая особенности текстуры холста, требует сочетания следующих факторов:
- сенсор цифрового фотоаппарата должен иметь достаточно большое число пикселей, в настоящее время профессиональные цифровые фотоаппараты имеют 60-100 Mgp;
- оптическая схема фотоаппарата должна обеспечивать режим макросъемки, т.е. съемки с близкого расстояния, при которой характерный размерный элемент холста (толщина нити, шаг между нитями) должен соответствовать достаточно большому числу пикселей сенсора, в настоящее время большинство профессиональных или полупрофессиональных камер имеют режим макросъемки;
- освещение фотографируемой поверхности должно подчеркивать (выявлять) характерные особенности холста. Эта задача решается с помощью устройства контрастного освещения, выполненного по схеме 2. Опыт и расчеты показывают, что данная схема обеспечивает высокую равномерность освещения фотографируемой поверхности, при сохранении принципа контрастного освещения - освещения с низкого угла.
Полученная фотография преобразуется для дальнейших расчетов в изображение «в серой шкале», т.е. 256 оттенков серого цвета. Далее проводится специальная цифровая обработка данного изображения - выявление краев. Изображение краев содержит практически все характерные особенности холста и, кроме того, его легко сжать с высокой степенью сжатия, например по алгоритму JBIG (Joint Bi-Level Experts Group). Таким образом, изображение краев в сжатом виде записывается в базу данных.
При проведении сверки фотография элемента холста с этикеткой с двумерным штриховым кодом сравнивается с записанным в базу данных изображением краев. При этом при декодировании штриховой метки Data Matrix находятся координаты (x, y) 4-х углов Data Matrix. Отметим, что наличие координат 4-х углов (8 значений) дает возможность найти параметры проекционного преобразования (свойственного фотографическому снимку) для каждого изображения и наложить одно изображение на другое. Помимо расчета параметров проекционного преобразования для точного расчета совмещения изображений может использоваться, так называемое, Преобразование Расстояний (Distance Transform). Преобразованием Расстояний для некоторого изображения краев является изображение (или двумерный массив), где для каждого пикселя с координатами x, y изображение (массив) содержит декартовое расстояние от ближайшего края. Преимуществом использования Преобразования Расстояний заключается в том, что для сравнения изображения краев, записанного в базу данных, и изображения краев фрагмента, полученного при сверке, используются широко известные методы минимизации функции нескольких переменных.
Пример 2
Идентификация картины по ее фрагменту. Поскольку наклеивать этикетку с двумерным штриховым кодом на лицевую сторону никто не позволит, этикетку наклеиваем на оборотную сторону. Для координации фрагмента относительно этикетки используем устройство, реализованное по схеме на фиг.3. Соответственно с данной схемой получаем две фотографии - фотография фрагмента картины и фотография этикетки. Аналогично с примером 1 выделяем края на фотографии фрагмента картины и получаем изображение краев, которое записываем в сжатом виде в базу данных. При декодировании цифровой фотографии этикетки определяем координаты (x, y) четырех углов символа Data Matrix. Заметим, что каждый угол двумерного штрихового кода уникален по расположению к поисковому образцу символики Data Matrix - буквы "L", поэтому их нельзя перепутать. Как известно, при фотографировании квадрата на цифровом сенсоре получается в общем случае произвольный прямоугольник. Соотношение между пространством предмета (картина) и пространством изображений (на цифровом сенсоре) определяется проекционным преобразованием, характеризующимся 8 параметрами, которые как раз и определяются из наличия двух координат (x, y) четырех углов этикетки. Таким образом, для координации фрагмента картины указанные 8 значений координат углов или рассчитанные по ним параметры проекционного преобразования сохраняем также в базе данных, вместе с изображением краев фрагмента картины.
При идентичности картины также получаем две фотографии лицевой и оборотной стороны картины с помощью того же устройства, выполненного по схеме па фиг.3. Определяем координаты 4-х углов двумерного штрихового кода тина Data Matrix и на основе их соответствия координатам тех же 4-х углов, выбранных из базы данных, определяем проекционное преобразование между изображением краев хранящимся в базе данных и изображением краев, полученным по фотографии фрагмента при сверке. По совпадению этих двух изображений (с учетом проекционного преобразования) судим об идентичности картины.
На фиг.2 обозначено:
1 - Светодиоды осветительные;
2 - Корпус устройства контрастного освещения;
3 - Упоры;
4 - Экран защитный;
5 - Камера цифровая с режимом макросъемки;
А - белые рассеивающие поверхности;
B - черные поглощающие поверхности;
Экран защитный исключает попадание прямого излучения от светодиодов на фотографируемую поверхность.
Боковая цилиндрическая поверхность A, имеющая белую рассеивающую поверхность, (реализованную, например, на основе бериллиевых белил), обеспечивает освещение фотографируемой поверхности с низкого угла при равномерности освещения относительно вертикальной оси.
На фиг.3 обозначено:
6 - Картина;
7 - Цифровая камера лицевой стороны
8 - Цифровая камера оборотной стороны
9 - Станина устройства
10 - Технологический упор
11 - Двумерный штриховой код типа Data Matrix
1
A - лицевая сторона картины
1
B  - оборотная сторона картины.