Использование оптических эффектов в идентификации подлинности полиграфической продукции

Использование оптических эффектов в идентификации подлинности полиграфической продукции

А.А. Яцкевич, И.Н. Ермакова,

студентки группы ДТмт-5-1

Введение

Фальсификация товаров на российском рынке в последние годы достигла невероятного размаха и подделки производятся как на российских предприятиях, так и за рубежом.

Фальсификация (от лат. falsifico - подделываю) - действия, направленные на обман покупателя и/или потребителя путем подделки объекта купли-продажи с целью получения сверхприбыли. Фальсификация, в широком понимании этого термина - ухудшение потребительских свойств товара или уменьшение его количества при сохранении показателей, определяемых органолептически, но не являющихся существенными для потребителя. Фальсификация продовольственных товаров чаще всего производится путем придания им отдельных наиболее типичных признаков, например, внешнего вида, цвета, консистенции при общем ухудшении или полной утрате отдельных наиболее значимых свойств пищевой ценности (наличие полноценных белков, жиров, углеводов, витаминов и т. п.), в том числе и безопасности. Термин «фальсифицированные товары» не тождественен терминам «подделки-заменители» (суррогаты, имитаторы) и «дефектные товары» (получаемые из-за несовершенства технологии или низкой квалификации рабочих). Несмотря на то, что многие подделки-заменители и дефектные товары широко применяются с целью фальсификации натуральных продуктов. При фальсификации продовольственных товаров обычно подвергаются подделке подлинности одна или несколько характеристик товара. Поэтому различают следующие виды фальсифи-

кации продовольственных товаров: ассортиментная, качественная, количественная, стоимостная, информационная, комплексная.

При ассортиментной фальсификации подделка осуществляется путем полной замены товара заменителями другого сорта, вида или наименования с сохранением сходства одного или нескольких признаков.

Качественная фальсификация - подделка подлинных товаров с помощью различного рода пищевых или непищевых добавок или нарушений рецептур для изменения качественных показателей органо-лептических и других свойств продуктов.

Количественная фальсификация - это обман потребителя за счет значительных отклонений параметров товара (массы, объема, длины и т. п.) от предельно допустимых норм отклонений.

Информационная фальсификация - обман потребителя с помощью неточной или искаженной (ложной) информации о составе и/или свойствах товара.

Данный вид фальсификации осуществляется путем искажения информации в товарно-сопроводительных документах, сертификате, маркировке и рекламе.

Чаще всего не указывается или указывается неправильно страна происхождения товара, и при этом фальсифицируется штриховой код [1].

Методы защиты товаров от подделки

Для противодействия фальсификации продукта (товара) продавцы привносят в его оформление элемент защиты, который затруднительно воспроизвести, либо влечет за собой уголовную ответственность за подделку торговой марки или защищенных патентами элементов продукции. К методам (элементам) защиты предъявляются следующие основные требования [2]:

• расходы на копирование элементов защиты, в том числе за счет использования принципиально различных технологий, должны быть такими, чтобы копирование было экономически невыгодным. Если фальсификация обходится в несколько раз дороже оригинала, то она потеряет всякий смысл;

• использование защиты одновременно нескольких уровней -например, визуальной для потребителя и специальной для экспертов;

• сохранение механической целостности защитных элементов и элементов упаковки в процессе перехода товара от производителя к потребителю и доступность проверки целостности на любом этапе;

• режимная и правовая защита, доступность контроля за производством самих защитных элементов.

В соответствии с этим наибольшее применение нашли следующие способы защиты продукции от подделки.

Голограммы на фольге

Голограммы (рис. 1) выполняют на самоклеящейся, разрушающейся при попытке снять ее, клеевой основе или фольге горячего тиснения с применением защитных элементов. В одной голограмме в зависимости от потребностей заказчика могут сочетаться разные степени защиты:

• собственно оригинальная голограмма с уникальной игрой цветов, которую невозможно повторить копированием;

• микронадписи, не подлежащие оптическому копированию;

• скрытое изображение, видимое только с помощью специальных приборов;

• серийная или индивидуальная нумерация голограмм;

• разрушаемая голограмма. Такую голограмму можно наклеить только один раз, поскольку она рвется при попытке отклеивания.

В голограмме хорошо реализуется и принцип разных уровней защиты: при ее экспертном анализе есть возможность выявить до 15 квалификационных признаков (отличий) оригинала от подделки. У всех голограмм в целом есть существенные недостатки.

Рис. 1. Голограмма на банковской карте

Например, высокая стоимость изготовления оригинала, ограниченный перечень деталей. Главный недостаток голограмм - обычные покупатели без специального оборудования, «опознающего» голограммы, удовлетворяются лишь фактом их наличия и не могут идентифицировать их «тонкие» элементы.

Упаковка

В качестве идентификатора продукции часто применяют упаковки с уникальным дизайном. Этот метод имеет недостатки: высокая

стоимость упаковки и возможность использовать вторично. Пример -оригинальный дизайн бутылок как способ защиты содержимого.

Наклейки и этикетки

Наклейка и этикетка со штрих-кодом (рис. 2) содержит кодированную информацию о товаре и компании, реализующей товар. Наклейки и этикетки широко распространены, но также имеют недостатки, присущие голограммам (необходимость специального оборудования) и оригинальной упаковке (повторное использование и высокая цена).

Рис. 2. Штриховой код на пластиковой карте

Несмотря на большое число имеющихся технологий защиты, разработки в области новых, более эффективных способов защиты ведутся и патентуются все более активно [3].

Так, например, было предложено использовать латентное изображение штрихового кода, напечатанное флуоресцентными красками.

Применение флуоресцентных красок и люминофоров

Основа флуоресцентных красок - люминофор - вещество, способное преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение (люминесцировать).

Физическая природа люминесценции состоит в излучатель-ных переходах электронов атомов или молекул из возбужденного состояния в основное. При этом причиной их возбуждения являются различные факторы: внешнее излучение, нагрев, химические реакции и др.

Люминесцентное свечение тел принято делить на следующие виды:

1) фотолюминесценция - свечение под действием света (видимого и УФ-диапазона) подразделяется на: флуоресценцию (время жизни 10-9 - 10-6 с); фосфоресценцию (10-3 - 10 с);

Фосфоресценция - это процесс, в котором энергия, поглощенная веществом, высвобождается относительно медленно в виде света. Фосфоресцирующие материалы «абсорбируют» световую энергию и «хранят» ее дольше, так как внутриатомные реакции, переизлучающие накопленную энергию, происходят реже, чем при флуоресценции;

2) хемилюминесценция - свечение, использующее энергию химических реакций;

3) катодолюминесценция - вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами);

4) сонолюминесценция - люминесценция, вызванная звуком высокой частоты;

5) рентгенолюминесценция - свечение под действием рентгеновских лучей;

6) радиолюминесценция - при возбуждении вещества у-из-

лучением;

7) триболюминесценция - люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании люминофоров. Триболюминесценция вызывается электрическими разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями - свет разряда вызывает фотолюминесценцию люминофора;

8) электролюминесценция - возникает при пропускании электрического тока через определенные типы люминофоров;

9) кандолюминесценция - калильное свечение.

В настоящее время наиболее изучена фотолюминесценция, которая широко применяется в полиграфии, в том числе для защиты печатной продукции от фальсификации.

Наиболее сильной люминесценцией обладают: антрацен, нафталин, белки, содержащие ароматические аминокислоты и некоторые простетические группы, многие пигменты растений и в частности хлорофилл, а также ряд лекарственных препаратов [4].

Экспериментальная часть

Модификации изображения штрихового кода

Светомаскировка. Цель эксперимента - получение малозаметного или невидимого невооруженным глазом цветного штрихового кода на цветной подложке, проявление и регистрирование которого сканирующим устройством происходило бы только при наличии ультрафиолетового излучения. Исследования проводились с использованием акриловых флуоресцентных красок и мелованной глянцевой бумаги синего цвета, приобретенных в специализированных магазинах.

Условная блокировка частей штрихового кода. Цель эксперимента - искажение кода с возможностью регистрирования его только при нанесении флуоресцентной краски на затемненную область и

при воздействии ультрафиолетового излучения. Изучался метод видоизменения пробельного элемента штрихового кода с помощью его затемнения. Исследования проводились с использованием пленки из поли этилентерефталата с нанесенным на нее изображением штрихового кода, черной изоленты и акриловой флуоресцентной краски синего цвета.

Методика подготовки образцов и выполнения измерений

Печать штрихового кода осуществляется трафаретным способом с использованием маски из полимерной пленки. Первоначально определяется тип и вид информационного знака, который может быть закодирован в таких системах, как Code-128, QR, Data Matrix, EAN/UPC. Чтобы избежать затекания краски под трафарет и обеспечить максимально возможную точность ручной печати, решено было использовать штриховой код, который содержит наименьшее количество тонких штрихов. Таким штриховым кодом являются числа «00» в системе Code-128 (рис. 3).

Рис. 3. Штриховой код системы Code-128

Трафарет штрихового кода изготавливается вручную из самоклеящейся пленки и представляет собой негатив, т. е. обратное изображение кода с пустыми полями на месте пробельных элементов. Трафарет приклеивается к запечатываемой бумаге штрихами, а затем на области пробельных штрихов и «тихую зону», находящуюся за крайними штрихами кода, наносится акриловая ультрафиолетовая краска соответствующего цвета. Трафарет удаляется, на бумаге остается изображение, которое регистрируется сканирующим устройством (в данном случае, сканером смартфона) при воздействии ультрафиолетовым излучением (рис. 4, 5).

Рис. 4. Штриховой код без ультрафиолетовой подсветки

00

Рис. 5. Штриховой код под светом УФ-лампы

Для осуществления условной блокировки на отпечатке штрихового кода (рис. 6), выполненном из прозрачной пленки, произвольно выбирается пробельный элемент, на лицевую часть которого наносится акриловая флуоресцентная краска синего цвета (рис. 7). Так как данный цвет из спектра используемых имеет наиболее светлый оттенок, это позволяет ему быть малозаметным на прозрачной пленке. С оборота эта же область заклеивается изолентой черного цвета (рис. 8). С затемненной областью, т. е. с нарушенной структурой в результате блокировки одного пробела, штриховой код не регистрируется сканирующим устройством. При освещении ультрафиолетовой лампой зона, покрытая краской, начинает светиться и затемненный пробельный элемент становится светлым, что позволяет сканеру считать штриховой код (рис. 9).

1

Рис. б. Исходный штриховой код: 1 - пробел, выбранный для условной блокировки

1

Рис. 7. Искаженный штриховой код: 1 - блокированный пробел, покрытый краской

1

Рис. 8. Искаженный штриховой код: 1 - пробел, покрытый люминесцентной эмалью

00

1'

Рис. 9. Свечение пробела в ультрафиолетовых лучах

Таким же образом предлагается искажать с целью защиты информации и двумерные коды (рис. 10). Например, показано, что при затемнении одного из элементов в функциональной зоне, код ОК перестает регистрироваться (рис. 11). При нанесении флуоресцентной краски и воздействии ультрафиолетовым излучением, видоизмененная область светится, позволяя считать код (рис. 12).

Рис. 10. Исходный ОК-код

Рис. 11. Искаженный ОК-код:

1 - блокированный пробельный элемент, покрытый люминесцентной эмалью

Рис. 12. Код, считываемый сканером только при УФ-подсветке: 1 - свечение искаженной области кода в ультрафиолетовых лучах

00

Выбор люминофора и способа его нанесения на защитные детали полимерной упаковки

Для практического исследования оптических эффектов, основанных на свечении лаков или эмалей, содержащих люминофоры, особое значение имеет достаточная концентрация светоизлучающего компонента в определенной точке (рис. 12), или узкой зоне (рис. 6-9) и его прочное закрепление на поверхности полимера. Традиционное увеличение доли полимерного связующего с высокой адгезией к пленке приводит к капсулированию частиц люминофора и резкому снижению интенсивности его свечения при УФ облучении. Это обстоятельство вынуждает искать альтернативные пути надежного «закрепления» люминофоров на полимерной пленке с низкой энергией поверхности.

Перспективным приемом нанесения вещества на полимерную пленку и введения его в структуру поверхностного слоя без использования связующего является технология крейзинга [5, 6], позволяющая закрепить молекулы или коллоидные частицы вещества в наноструктуре микротрещин.

При проведении поисковых исследований в качестве флуоресцирующего вещества использовался антрацен, рекомендованный специалистами ЦФ РАН. Перед его применением исследовали способность антрацена диспергироваться или растворяться в органических жидкостях, а также возможность какого-либо специфического взаимодействия его с различными растворителями, позволяющего получать устойчивые системы.

Известно, что антрацен может фотодимеризоваться под действием УФ-излучения, что приводит к существенному изменению его свойств (рис. 13).

Рис. 13. Обратимая фотодимеризация антрацена с поглощением и излучением света

Первоначально нами было проверено, насколько хорошо антрацен растворяется в следующих веществах: тетрахлорид углерода, ацетон, 1,2-дихлорэтан, толуол, хлороформ, этиловый эфир уксусной кислоты.

Результаты показали, что наиболее устойчивая и однородная дисперсия образуется при смешивании антрацена с тетрахлоридом

углерода. Истинный раствор антрацена в толуоле получается лишь при нагревании и способность быстро разделяться на 2 фазы при охлаждении до комнатной температуры. Основываясь на эмпирической оценке, решено было использовать для внедрения антрацена в жесткоэласти-ческий полипропилен тетрахлорид углерода (рис. 14, 15).

Ж

Рис. 14. Вид пленки ППЖЭ с каплей дисперсии антрацена при УФ-облучении

Рис. 15. Вид пленки, полученной вытяжкой ППЖЭ в дисперсии антрацена после эластичного сокращения

При растяжении ППЖЭ на поверхности пленки образуются поры [5, 6]. Дисперсия антрацена с тетрахлоридом улерода частично проникает в них, при этом часть частиц пигмента всасывается внутрь пленки капиллярным давлением [6], а часть остается на поверхности, в то время как растворитель испаряется. Для проведения данных исследований использовались 2 метода: растяжение пленки вручную и нанесение капли дисперсии непосредственно на растянутую часть, и механическое растяжение пленки, погруженной в дисперсию. В обоих случаях, под воздействием УФ-излучения, модифицированная часть приобретала свечение. Это доказывает возможность применения данной технологии для защиты материалов от подделки, наряду с оптическим эффектом.

Для сравнения наносили люминофор на пленку из полипропилена в полимерной композиции с высоким содержанием связующего (лака). Поисковые работы проводились с использованием смеси антрацена с трафаретной базой. В качестве отпечатка получили изображение штрихового кода.

Методика выполнения: поверхность пленочного материала с одной стороны запечатывается краской. На эту область трафаретным способом наносится смесь антрацена с трафаретной базой, при этом используется предварительно подготовленная форма с негативным (обратным) изображением штрихового кода. Смесь имеет прозрачно-

белый цвет, поэтому почти не заметна на плашке при обычном освещении. При воздействии на пленку ультрафиолетовыми лучами скрытое изображение становится видимым (рис. 16).

Рис. 16. Латентное изображение штрихового кода в ультрафиолете

Для получения латентной метки для идентификации подлинности полиграфической продукции предложено использовать штриховой код Microsoft Tag (рис. 17).

Рис. 17. Пример кода Microsoft Tag, ведущего на сайт

МГУП имени Ивана Федорова

Microsoft Tag - двумерный цветной штриховой код, разработанный Microsoft [7]. Код был специально разработан для распознавания при помощи фотокамер, встроенных в мобильные телефоны. Предназначен для быстрой идентификации и получения на устройство заранее подготовленной информации, привязанной к коду и хранящейся на сервере компании Microsoft.

Продвинутые методики обработки изображений позволяют декодировать даже расфокусированные снимки, сделанные с использованием объективов с неподвижной, сфокусированной на бесконечность оптикой, свойственных большинству сотовых телефонов.

Код состоит из цветных треугольников, составленных в блоки между белыми полосами на черном фоне. Информацию несут ис-

ключительно небольшие кружочки в центрах треугольников (рис. 18, а) и концы синхронизационных линий. На всем остальном пространстве может быть что угодно, поэтому возможны MS Tag (рис. 18, б).

F71

I •

\л

а

Рис. 18: а — опорные элементы кода MS Tag; б— пример изображения,

нанесенного поверх опорных элементов кода MS Tag

Нанесение изображения поверх опорных элементов кода превращает его в латентную метку, способную служить элементом защитной маркировки полиграфической продукции.

Технология чувствительна к качеству и чистоте рамки кода, например, надпись, сделанная сразу под черной рамкой кода, делает его невалидным и может привести к сбою распознавания [7].

Коды чувствительны к геометрическим искажениям, поэтому для их использования требуется плоская поверхность. По этой же причине на распознавание влияет угол, под которым код виден считывающим устройством.

Код MS Tag может быть двухцветным, например черно-белым (рис. 19), что упрощает проблему нанесения на продукцию, печатаемую в одну краску и открывает возможность его латентного применения путем печати бесцветными люминесцентными лаками поверх темных фоновых изображений на упаковке товара. Для дальнейших исследований в этой области следует изучить и количественно установить следующее:

1. Какова доля области опорного элемента внутри треугольных элементов кода?

2. Как влияет искажение или удаление белых опорных линий на считываемость кода?

3. Как влияет изменение цвета одного или нескольких цветных элементов на восприятие кода сканером?

4. Как изменяется считываемость кода сканером при геометрическом искажении его части или части опорных линий. Также следует изучить роль «тихой зоны» кода в процессе идентификации изображения сканером.

w 1

к  W

U1V л

п шшл

ь, WI

ШШШГ УЯ

1

Рис. 19. Пример черно-белого кода MS Tag

Выводы

1. Показаны новые возможности использования оптических эффектов, проявляющихся на отпечатках штриховых кодов под УФ-об-лучениием, с целью защиты упаковки от фальсификации.

2. Предложены примерные варианты светомаскировки и условной блокировки элементов штриховых кодов на упаковке с использованием растворов и дисперсий люминофоров различного состава.

3. Сформулированы задачи для продолжения исследований в области использования кодов Microsoft Tag для печати на интервальных полимерных пленках.

Библиографический список

1. http://www.tovarovedenie.org

2. http://sklad.in

3. Лесняк В. Маркировка - способ решения проблемы подделки и идентификации товаров / В. Лесняк // «Склад и Техника». -№ 9/2004.

4. КрасовицкийБ.М. Органические люминофоры / Б.М. Кра-совицкий. - М. : X., 1984. - С. 272.

5. Волынский А.Л. Структурная самоорганизация аморфных полимеров / А.Л. Волынский, Н.Ф. Бакеев. - М. : Физматлит, 2005. -С. 232.

6. Кондратов А.П. Капсулирование в полимерных пленках / А.П. Кондратов, А.Н. Громов, В.Н. Манин. - М. : Химия, 1990. - С. 192.

7. http://habrahabr.ru

8. Кондратов А.П. Градиентные и интервальные термоусадочные материалы для защиты полиграфической продукции от фальсификации / А.П. Кондратов // Известия ВУЗов, Проблемы полиграфии. - № 4. - 2010. - С. 57-64.

9. Патент РФ № 98354, Российская Федерация МПК B41M3/10 Нанодисперсный полимерный пленочный материал для защищенной полиграфии с «водяным знаком» / Авторы: Баблюк Е.Б. (RU), Кондратов А.П. (RU), Дрыга М.А. (RU), заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО МГУП - заявка № 2010120835/12; заявл. 25.05.2010, опублик. 20.10.2010.