СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛКИ ЦЕННОГО ДОКУМЕНТА, ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ, ЗАЩИЩЕННЫЙ ОТ ПОДДЕЛКИ, СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЕГО ПОДЛИННОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ЦЕННОГО ДОКУМЕНТА
METHOD OF IMPORTANT DOCUMENT COUNTERFEIT PROTECTION, COUNTERFEIT-PROOF IMPORTANT DOCUMENT, METHOD TO IDENTIFY ITS AUTHENTICITY AND DEVICE TO INSPECT AUTHENTICITY OF IMPORTANT DOCUMENT

Изобретение относится к ценным документам, способам защиты ценных документов от подделки и определения их подлинности, а также к устройствам для контроля подлинности ценных документов.
В настоящее время разработаны различные защитные признаки для предотвращения фальсификации банковских карточек, лицензий, паспортов, ценных бумаг. Широко известно применение с этой целью люминофоров, жидких кристаллов, электропроводных и магнитных веществ, которые обнаруживаются с помощью специальных средств.
Известные параметры защиты, подходящие для идентификации электронными средствами, описаны в документах US 4446204 А, 01.05.1984, US 4650319 A, 17.05.1987, US 5160171 A, 03.11.1992. Эти параметры основываются на люминесценции, магнитных свойствах или на поглощении электромагнитного излучения в невидимой области спектра. Однако применение некоторых из указанных физических эффектов имеет недостатки. Например, в случае люминесценции интенсивность измеряемого излучения обычно является низкой, поэтому требуется весьма сложная технология, в том числе экранирование от окружающего излучения и от других эффектов потенциальных возмущений. Магнитные свойства менее пригодны в качестве параметра защиты, так как в этом случае обычно требуется механический контакт между банкнотой и магнитным сенсором (считывающей головкой). Это является главным источником ошибок, вызванных заклиниванием мятых банкнот в считывающем устройстве.
Кроме того, в документе US 4650319А, 17.05.1987, описано применение единственного соединения-поглотителя в качестве маскирующего элемента защиты вне видимой области спектра. Наличие маскирующего элемента защиты может быть выявлено с помощью общедоступных CCD камер (например, дверные камеры контроля, обладающие чувствительностью в диапазоне длин волн от 300 до 1100 нм) и общедоступных УФ- и ИК-фильтров, продающихся в фотомагазинах. Кроме того, генерические соединения, поглощающие УФ- и ИК-излучение, применяются во многих областях современной технологии, а именно в определенных электрофотографических проявителях, и, таким образом, они также имеются в продаже.
В основу настоящего изобретения положена разработка защитного признака, выполненного полиграфической краской, содержащей вещество, поглощающее в ближней ИК-области спектра и обладающее улучшенными защитными возможностями, а также способ его обнаружения и устройство для контроля подлинности.
Вещества, поглощающие в ближней ИК-области, являются производными фталоцианина: монохлорированного алюминиевого фталоцианина, монохлорированного галогенированного алюминиевого фталоцианина, кобальтового фталоцианина, а также бромированного медного фталоцианина. Полиграфические краски, содержащие вышеуказанные вещества, опознаются или обнаруживаются с помощью детектора ИК-поглощения, функционирующего в ближней ИК-области на длинах волн 700-2500 нм.
Известен способ маркировки и идентификации защищенной продукции (RU 2305119 C2, 27.08.2007), основанный на математическом алгоритме сопоставления спектров красителей или пигментов путем расчета координат в специальном гиперцветовом пространстве.
Математический алгоритм, рассмотренный в известном способе, имеет следующие недостатки. Для описания спектров поглощений или люминесценции защитных веществ используются значения оптической плотности. Значения зональной оптической плотности на подлинных документах могут изменяться в широких пределах. Разброс параметров подлинной продукции алгоритмом не учитывается, что приводит к существенному снижению точности идентификации. Для описания спектров поглощений или люминесценции защитных веществ используются только максимумы длин поглощения или люминесценции защитных веществ и не учитывается форма кривых поглощения этих веществ. Форма кривых поглощения, являясь «отпечатками пальцев» защитных веществ, является более информативной, чем максимум длины поглощения. Кроме того, он не позволяет рассматривать случаи использования смеси защитных веществ, имеющих близко расположенные максимумы полос поглощения или люминесценции.
Указанные недостатки устраняются заявленной группой изобретений, которые решают следующие задачи, обеспечивая достижение технического результата:
- разработка эффективного способа защиты ценного документа,
- надежный контроль защитного элемента подлинности с учетом спектральных особенностей соединений, содержащихся в полиграфической краске, таких, как максимум и минимум поглощения, форма кривых поглощения, в том числе для смеси защитных веществ, имеющих близко расположенные максимумы полос поглощения или люминесценции,
- разработка способа и устройства для контроля подлинности ценного документа.
Эти задачи решаются с помощью объектов, представленных в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы.
В частности, указанный технический результат достигается за счет способа защиты от подделки ценного документа, включающего нанесение на поверхность документа защитного элемента, выполненного печатной краской, содержащей ИК-абсорбер с полным цветовым различием по отношению к основе документа не более 7, обладающий способностью поглощения оптического излучения в диапазоне длин волн от 700 до 2500 нм и имеющий, по меньшей мере, одну полосу поглощения с полушириной от 100 до 300 нм.
Дополнительно результат достигается тем, что печатная краска дополнительно содержит стабилизатор, а ИК-абсорбер представляет собой соединение, выбранное из группы: производные цианинов, пириленов, тиопириленов, индоанилинов, скварлиевые, крокониевые, иминиевые, дииминиевые соединения, азулены, дитиолены и фталоцианины переходных металлов, органические и металлорганические азосоединения, а стабилизатор представляет собой соединение, выбранное из группы: N-изопропил-N'-фенил-п-фенилендиамин, пирокатехин, гидрохинон, 4-трет-бутилкатехол, бисфенол А.
Кроме того, печатная краска имеет следующий состав, мас.%: ИК-абсорбер 5-15, стабилизатор 2-4, сиккатив 2-4, связующее - остальное.
Результат достигается также за счет ценного документа, защищенного от подделки, посредством предлагаемого способа, описанного выше и представляющего собой банкноту, акцизную марку, паспорт, проездной документ, водительские права, удостоверение личности, ценную бумагу, пластиковую карту с защитным элементом, нанесенным на поверхность документа в виде скрытой защитной маркировки.
При этом защитный элемент может быть выполнен офсетным или типоофсетным способом.
Результат достигается также за счет способа идентификации подлинности описанного ценного документа, включающего облучение ценного документа тестовыми излучениями на разных длинах волн в пределах указанного диапазона, измерения коэффициентов диффузного отражения в видимой и/или ближней ИК-области оптического спектра, вычисления производной информации по алгоритму, включающему определение множества параметров из измеренных коэффициентов диффузного отражения, и сравнения ее с заданными эталонными значениями, причем производная информация представлена в виде точки в многомерном пространстве параметров, а эталонные значения представлены в виде кластера, описывающего возможные значения параметров подлинных документов, при этом определяют координаты центра кластера - вектор-центроид С и ковариационную матрицу Σ, описывающую форму кластера эталонных значений, а сравнение выполняют путем измерения расстояния от измеренной точки до кластера.
Вышеназванный способ реализуется с помощью еще одного изобретения - устройства для осуществления вышеуказанного способа и включает фотометр для измерения коэффициентов диффузного отражения исследуемых образцов, соединенный с источником питания и блоком обработки информации, причем фотометр включает фотоприемник, объектив и блок источников излучения различных длин волн, выполненный с возможностью включения в импульсном режиме и снабженный коническим рассеивателем, расположенным соосно объективу и установленным между блоком излучателей и исследуемым образцом, причем объектив представляет собой оптоволоконный градиентный объектив.
Кроме того, в качестве источников излучения устройство может содержать светодиоды, причем длины волн излучения совпадают с максимумами и минимумами спектров отражения защитного элемента, а для идентификации элемента защиты подлинности в его блок обработки в память записываются следующие данные:
-1
- обратная ковариационная матрица Σ;
- вектор-центроид С;
- порог срабатывания.
В качестве ИК-абсорбера, содержащегося в полиграфической краске для изготовления элементов защиты, могут быть использованы, в частности, органические соединения на основе цианинов с поглощением в ИК-области от 730 нм до 1100 нм, азулены (730 нм), пирилиевые и тиапирилиевые катионы (750 нм - 880 нм), иминиевые и дииминиевые соединения (720 нм - 1100 нм), скварливые и крокониевые соединения (700 нм - 850 нм), дитиолены переходных металлов (700 нм - 2500 нм), фталоцианины (700 нм - 830 нм), органические и металлорганические азосоединения (700 нм - 900 нм), индоанилины (700 нм - 800 нм). Фталоцианин, поглощающий в ближней ИК-области, представляет собой марганцевый фталоцианин, монохлорированный галогенированный алюминиевый фталоцианин, кобальтовый фталоцианин, бромированный медный фталоцианин. Эти фталоцианины поглощают на длинах волн более 700 нм и, в частности, в ближней ИК-области спектра на длинах волн 800-1100 нм, что сильно отличает их от медного фталоцианина, используемого обычно в качестве пигмента. Формула одного из представителей фталоцианиновых соединений - марганцевого фталоцианина - приведена на фиг.1.
Известны многие классы органических ИК-абсорберов, которые по своим спектральным свойствам в ближней ИК-области (700 нм - 1500 нм) могут представлять интерес для использования в печатных красках. [M.Simitani. Kagaku Kogyo. May 1986. P.379.]
Они включают цианины с поглощением в ИК-области от 730 нм до 1100 нм, азулены (730 нм), пирилиевые и тиопирилиевые катионы (750 нм - 880 нм), иминиевые и дииминиевые соединения (720 нм - 1100 нм), скварилиевые (squarilium) и крокониевые (croconium) соединения (700 нм - 850 нм), (скварилиевые и крокониевые соединения по-другому можно назвать так: четвертичные соли квадратичной (или квадратовой) и крокониевой кислот), а также дитиолены переходных металлов (700 нм - 1600 нм), хиноны/антрахиноны (750 нм - 800 нм), фталоцианины (700 нм - 830 нм), органические и металлорганические азосоединения (700 нм - 900 нм), индоанилины (700 нм - 800 нм).
Однако большинство из приведенных соединений характеризуются низкой термо-, свето- и химической стойкостью и вследствие отмеченной особенности не могут быть полезными для применения в печатных красках, являющихся агрессивными средами для органических соединений вследствие радикального механизма реакций, по которым эти краски отверждаются.
Предпочтительно, полиграфическая краска дополнительно содержит стабилизатор - вещество, снижающее скорость химических процессов, приводящих к старению (изменению свойств). Стабилизатор может быть выбран из группы: N-изопропил-N'-фенил-п-фенилендиамин, пирокатехин, гидрохинон, 4-трет-бутилкатехол, бисфенол А.
Предпочтительно, полиграфическая краска имеет следующий состав, мас.%: ИК-абсорбер 10-15, стабилизатор 2-4, сиккатив 2-4, связующее - остальное.
Предпочтительно, защитный элемент ценного документа выполнен полиграфическим способом, в частности, офсетным или типоофсетным способом.
Предпочтительно, заявляемое устройство в качестве источников излучения содержит светодиоды, причем длины волн излучения совпадают с максимумами и минимумами спектров отражения защитного элемента.
Предлагаемый способ характеризуется эффективным алгоритмом идентификации типа элемента защиты подлинности, основанного на методах многомерного кластерного анализа. Идентификация типа элемента защиты подлинности проводится путем математического преобразования значений коэффициентов отражения, полученных при облучении элемента защиты подлинности тестовыми излучениями с разными длинами волн, в совокупность параметров, описывающих наиболее характерные особенности спектра отражения; представления данных параметров в виде точки в многомерном пространстве с последующим определением принадлежности данной точки к одному из классов (кластеров), описывающих параметры элемента защиты подлинности на подлинной продукции. Характерной особенностью метода является описание эталонных значений в виде кластеров в многомерном пространстве, причем кластеры формируются на основе результатов измерений большого количества подлинных документов с защитной маркировкой, и в общем случае представляют не одно эталонное значение, а совокупность значений, описывающих свойства статистически значимой выборки подлинных документов с защитной маркировкой.
Для математического описания размера и формы кластеров могут быть использованы известные методы статистического анализа, например, метод вычисления ковариационной матрицы и вектора-центроида.
Для оценки принадлежности результатов измерений элемента защиты подлинности к одному из кластеров могут использоваться критерии, применяемые в многомерном статистическом анализе, например, расстояние Махаланобиса, евклидово расстояние, расстояние Минковского, расстояние Чебышева и т.п.
Перечень фигур графических изображений.
На фиг.1 изображена формула марганцевого фталоцианина.
На фиг.2 изображена схема фотометра, где показаны фотоприемник 1 с объективом 2 и несколько источников излучения 3, работающих на различных длинах волн, рассеиватель 4, исследуемый образец - объект 5.
На фиг.3 - спектр поглощения элемента защиты на основе марганцевого фталоцианина и спектры источников излучения.
На фиг.4 - схема кластера эталонных значений.
На фиг.5 - спектр поглощения элемента защиты подлинности на основе марганцевого фталоцианина с набором спектров поглощения обучающих выборок, описывающих параметры элемента защиты подлинности (технологический разброс) на подлинной продукции.
На фиг.6 показана схема идентификации защитного элемента.
На фиг.7 - спектр отражения имитатора элемента защиты подлинности с набором спектров поглощения обучающих выборок, описывающих параметры имитатора элемента защиты подлинности (технологический разброс) на фальсифицированной продукции.
На фиг.8 - схема идентификации имитатора элемента защиты подлинности.
Фотометр заявляемого устройства (фиг.2) включает фотоприемник 1 с объективом 2 и несколько источников излучения 3, работающих на различных длинах волн. Объектив 2 на основе оптического волокна с переменным коэффициентом преломления (градиентного волокна) обеспечивает создание изображения освещаемого участка на чувствительной площадке фотоприемника 1. Между блоком излучателей 3 и исследуемым образцом 5 соосно объективу установлен рассеиватель 4. Рассеиватель 4 представляет собой конический элемент из полупрозрачного полимера и обеспечивает диффузное освещение контролируемого объекта 5, что позволяет корректно детектировать защитные признаки при наклоне детектора относительно контролируемого объекта.
Устройство работает следующим образом. Светодиоды 3 включаются в импульсном режиме. Излучение светодиодов 3 проходит через рассеиватель 4 и облучает поверхность исследуемого образца 5. Отраженное от исследуемого образца 5 излучение попадает в градиентный объектив 4 и собирается им на чувствительной площадке фотоприемника 1.
Светодиоды работают независимо друг от друга, отраженные излучения также регистрируются независимо. Для разделения сигналов светодиодов в устройстве применяется частотная модуляция излучения. Каждый из светодиодов 3 работает в импульсном режиме на определенной частоте. Частоты включения разных светодиодов различаются. Для определения величины сигнала отдельно для каждого светодиода сигнал фотоприемника разделяется на частотные составляющие. При этом также происходит устранение паразитных сигналов от внешних источников излучения.
После регистрации излучений от разных светодиодов значения сигналов записываются и сравниваются с соответствующими значениями сигналов, полученными на опорном (калибровочном) объекте. Далее значения проходят математическую обработку, по результатам которой делается вывод о наличии или отсутствии на контролируемом объекте качественного защитного признака.
Пример реализации изобретения
Для создания защитного признака были выбраны модельные краски на основе офсетного связующего 680280 GSI фирмы «Huber», сиккатива 680272 и офсетной краски для одноцветной печати белой полупрозрачной 2516/2514-82 по ТУ 2352-005-02424767-04. Рецептуры модельных красок приведены в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты модельных красок
Количество, мас.%
ИК-абсорбер: марганцевый фталоцианин
13
13
13
10
13
10
13
13
13
Связующее 680280
83
83
83
86
83
86
83
83
83
Сиккатив 680272
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Лимонная кислота
2
-
1
1
-
-
-
-
-
Стеариновая кислота
-
-
-
-
1
1
-
-
-
N-изопропил-N'-фенил-п-фенилендиамин
-
-
-
-
-
-
-
2
-
4-трет-бутилкатехол (4ТБК)
-
2
1
1
1
1
-
-
-
Гидрохинон
-
-
-
-
-
-
2
-
-
Пирокатехин
-
-
-
-
-
-
-
-
2
Константа стабилизации (К<sub>ст</sub>)
0,8
Более 0,9
0,8
0,8
0,8
0,8
0,85
0,8
0,85
2
2
Для определения стабильности показателей защитных свойств ИК-абсорбера со стабилизаторами из модельных красок на лабораторном пробопечатном устройстве «Prüfbau MZ II» были изготовлены оттиски с разной толщиной красочного слоя от 1,4 г/м до 2,5 г/м.
ст
Для определения стабильности защитных свойств ИК-абсорбера в модельных рецептурах выбран критерий - константа стабилизации (К), которая определяется по формуле:
отр.изм.
где К - коэффициент отражения ИК-абсорбера, измеренный в течение времени;
отр.зад.
К - коэффициент отражения ИК-абсорбера, измеренный после получения оттиска (заданный).
ст
Изучение динамики значений специального защитного признака всех модельных красок показало, что наиболее критичным является период продолжительностью 10-14 дней с момента получения оттисков, в течение которого происходит наибольшее падение показателя защитного признака (критерий (К) - меньше 0,8). Далее процесс стабилизируется.
ст
ст
Для полиграфических красок на основе связующего 2516/2514-82 все выбранные стабилизаторы окислительно-восстановительного действия, кроме гидрохинона, показывают приблизительно одинаковый стабилизирующий эффект (К не менее 0,85). Оптимальным в данной группе стабилизаторов является 4ТБК. Для 4ТБК К составляет более 0,9.
Были исследованы разные соотношения с ИК-абсорбером и выбрано оптимальное - 2:13. Испытания ценного документа, содержащего защитный элемент со стабилизатором 4ТБК, проводили, используя предлагаемое устройство. Спектр поглощения ИК-абсорбера для элемента защиты подлинности приведен на фиг.3.
Характерным свойством спектра является наличие полосы поглощения в ближней ИК-области на длине волны около 800 нм и сравнительно высокий уровень отражения в видимом диапазоне и в полосе выше 1000 нм.
1
2
3
1
2
3
Для идентификации элемента защиты подлинности в качестве первичных данных применяются коэффициенты отражения К, К и К, измеренные на длинах волн λ=600 нм, λ=800 нм и λ=1000 нм. Измерение коэффициентов отражения проводятся путем облучения защитной метки тестовыми излучениями. Спектры источников излучения также приведены на фиг.3.
Для описания характерных особенностей спектра используется набор из четырех параметров Р. Параметры Р вычисляются из коэффициентов отражения по следующим формулам:
Каждый измеренный спектр описывается в виде вектора (точки) Р в четырехмерном математическом пространстве (пространстве параметров Р):
Р=
p<sub>1</sub>
p<sub>2</sub>
p<sub>3</sub>
p<sub>4</sub>
Кластер эталонных значений формируется на основе результатов измерений обучающей выборки по следующей схеме (фиг.4).
Выборка состоит из 10 документов с защитной маркировкой с максимальной вариацией параметров в пределах допустимого диапазона (см. таблицу 2).
В таблице 2 представлены спектры отражения образцов обучающей выборки.
Таблица 2
№ образца
Коэффициенты отражения
К<sub>1</sub>
К<sub>2</sub>
К<sub>3</sub>
1
0,55
0,21
0,87
2
0,52
0,18
0,79
3
0,51
0,13
0,74
4
0,52
0,15
0,81
5
0,48
0,13
0,80
6
0,40
0,08
0,73
7
0,42
0,09
0,71
8
0,40
0,05
0,63
9
0,52
0,23
0,92
10
0,54
0,17
0,88
После измерения коэффициентов отражения по формулам (2) проводится расчет параметров Р (см. таблицу 3).
В таблице 3 приведены значения параметров Р образцов обучающей выборки.
Таблица 3
№ образца
Значения параметров
Р<sub>1</sub>
Р<sub>2</sub>
Р<sub>3</sub>
Р<sub>4</sub>
1
2,62
0,63
0,24
1,52
2
2,89
0,66
0,23
1,50
3
3,92
0,69
0,18
1,77
4
3,47
0,64
0,19
1,93
5
3,69
0,60
0,16
2,46
6
5,00
0,55
0,11
4,13
7
4,67
0,59
0,13
3,22
8
8,00
0,63
0,08
4,60
9
2,26
0,57
0,25
1,74
10
3,18
0,61
0,19
2,00
Средн. арифмет.
3,969
0,617
0,175
2,487
По значениям параметров p рассчитываются две матрицы, описывающие кластер эталонных значений:
1. Координаты центра кластера (вектор-центроид С) - значения параметров, соответствующие «среднему» защитному признаку (номинальное значение защитного признака). Компоненты вектора - средние арифметические значения параметров р по обучающей выборке:
<img file="00000003.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />С=
с<sub>1</sub>
с<sub>2</sub>
с<sub>3</sub>
с<sub>4</sub>
=
3,969
0,617
0,175
2,487
2. Ковариационная матрица Σ, описывающая форму кластера эталонных значений:
Компоненты матрицы вычисляются по формуле:
,
где m - объем обучающей выборки (в данном примере m=10);
k - индекс документа в обучающей выборке;
1
4
i, j - индексы параметров ρ…ρ;
k
ki
i
kj
j
S=(p-c)(p-c);
с - компоненты вектора С (координаты центра кластера эталонных значений).
Для значений, приведенных в таблице 3, ковариационная матрица имеет следующий вид:
2,4664
-2·10<sup>-4</sup>
-0,078
1,5067
Σ=
-0,0002
0,0016
4·10<sup>-4</sup>
-0,017
-0,0777
0,0004
0,003
-0,053
1,5067
-0,017
-0,053
1,1209
-1
Для удобства дальнейших расчетов вычисляется обратная ковариационная матрица ∑:
22,97
-423,78
-112,72
-42,802
Σ<sup>-1</sup>=
-423,8
8963,8
3371,3
868,749
-112,7
3371,3
4534,7
418,92
-42,8
868,75
418,92
91,7859
Для идентификации элемента защиты подлинности в память прибора записываются следующие данные:
-1
- обратная ковариационная матрица Σ;
- вектор-центроид С;
- порог срабатывания.
m
В данном примере в качестве критерия наличия элемента защиты подлинности используется расстояние Махаланобиса D:
T
где (Р-С) - транспонированный вектор разности векторов Р и С.
m0
Пример идентификации элемента защиты подлинности на подлинном документе при установленном пороге срабатывания D=4. Идентификация элемента защиты подлинности выполняется в 7 этапов (фиг.5, 6).
m0
Пример выявления имитатора элемента защиты подлинности при установленном пороге срабатывания D=4 (фиг.7, 8).
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет выявлять качественные имитаторы элемента защиты подлинности.
По сравнению с известным методом идентификации защитных признаков путем сравнения коэффициентов отражения с эталонными значениями заявляемое изобретение обеспечивает значительное повышение надежности детектирования элемента защиты подлинности.
Заявляемое изобретение может быть реализовано на недорогом, бесконтактном оптическом оборудовании идентификации, работающем с высокой скоростью.