ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ЗАЩИТНЫХ ГОЛОГРАММ

Область техники
Полезная модель относится к области создания оптико-электронных устройств для распознавания, идентификации и контроля подлинности дифракционных и голограммных защитных оптических элементов (далее ДОЗЭ-ГОЗЭ), составляющих основу защитных голограмм (ЗГ), расположенных на документах и прозрачных ламинирующих пленках, при оперативном контроле документов, а также при технико-криминалистических исследованиях.
Уровень техники
Известны устройства для диагностики и идентификации ДОЗЭ-ГОЗЭ на голограммах и документах. Рассмотрим следующие устройства, наиболее близкие по технической сущности к заявленной полезной модели.
Известно устройство, описанное в патенте США №4131337 «Comparision reader for holographic identification cards» (МПК G02B 27/02; G03H 1/00; G03H 1/22; G07D 7/12; G07F 7/12; G06K 9/08; опубл. 26.12.1978). В устройстве проверку подлинности идентификационной карточки осуществляют путем сравнения изображения, нанесенного на саму карточку полиграфическим способом, с изображением, восстанавливаемым с голограммы при помощи лазерного излучателя. Голограмма, в свою очередь, содержит в себе зарегистрированное изображение, нанесенное на карточку полиграфическим способом. Таким образом, на матовый экран устройства попеременно выводят изображения: а) оптически спроецированное с информационной области карточки созданное полиграфическим способом; б) восстановленное с голограммы изображение. Оптические ветви прибора настроены таким образом, что изображения, полученные выше изложенным способом, имеют одинаковый размер и яркость. В случае если карточка не фальсифицирована, то чередующиеся изображения будут практически одинаковыми, и человек-контролер не заметит рассогласования в картине на матовом экране. Если изображения отличаются, то это легко определяется человеком-контролером, и делается вывод о фальсификации идентификационной карточки.
К недостаткам этого устройства следует отнести:
1) решение о подлинности карточки принимается человеком-оператором, а не автоматически самим прибором;
2) нет возможности регистрации и сохранения восстановленного с голограммы изображения;
3) устройство может контролировать только определенный тип идентификационных карточек с нанесенной на них голограммой.
Известно устройство, описанное в патенте США №7925096 «Method and apparatus for validating holograms» (МПК G06K 9/76, опубл. 12.04.2011). Предлагается сканировать документ, содержащий голограмму, в устройстве под различными углами, а именно: использовать несколько источников подсветки при сканировании голограммы или несколько приемников излучения. Полученные при различных условиях подсветки и наблюдения (по крайней мере, два положения источников или два положения приемников излучения) изображения голограммы передают в блок обработки изображения, который сравнивает их путем попиксельного вычитания одного из другого и на основе сравнения значения полученной разности с пороговым значением принимается решение о подлинном или поддельном характере ДОЗЭ-ГОЗЭ: если значение разности превышает порог, то голограмма считается подлинной, в противном случае - голограмма поддельная и содержащий ее документ выводится из оборота. Описан вариант устройства, в котором может использоваться больше двух источников излучения, установленных под разными углами к документу с голограммой, а изображение регистрируют одним приемником. При этом в предлагаемом устройстве может использоваться один источник излучения и изображение с голограммы регистрируют несколькими приемниками, установленными под различными углами. Описан вариант устройства, где приемник излучения один и неподвижен, а исследуемый документ и источник излучения поворачивают от первого угла ко второму
К недостаткам этого устройства следует отнести:
1) отсутствие возможности независимого линейного перемещения исследуемого объекта относительно источников и приемников излучения;
2) отсутствие возможности контроля скрытых голографических изображений;
3) отсутствие возможности контроля дифракционных защитных микроэлементов, содержащихся в голограмме.
Известно устройство, описанное в патенте США №7672475 «Method and apparatus for verifying a hologram and a credit card» (МПК G06K 9/00; G06K 9/74; G06K 9/76; G07D 7/12, опубл. 02.03.2010). В устройстве предложено подсвечивать кредитную карту, содержащую голограмму, несколькими светодиодными источниками излучения под различными углами. Регистрацию изображений голограммы производят несколькими ПЗС-камерами. Первым этапом контроля подлинности является сопоставление размеров контролируемой и эталонной голограмм, а также проверка геометрического расположения голограммы относительно кредитной карты. Если данные параметры удовлетворяют требованиям, то контроль продолжают, если есть недопустимые отличия от эталона, то кредитную карту признают поддельной. На следующем этапе контроля полученные при различных условиях подсветки и наблюдения изображения голограммы передают в электронный блок обработки, который сравнивает их путем попиксельного вычитания одного из другого, и на основе сравнения значения полученной разности с пороговым значением разности принимается решение о подлинном или поддельном характере голограммы.
К недостаткам этого устройства относятся:
1) снижение отношения сигнал-шум из-за операции вычитания одного изображения из другого;
2) отсутствие возможности контроля скрытых голографических изображений;
3) отсутствие возможности контроля дифракционных защитных микроэлементов, содержащихся в голограмме;
4) устройство может контролировать только определенный тип идентификационных карточек с нанесенной на них голограммой.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) предлагается наиболее близкое по технической сущности к заявляемой полезной модели устройство по патенту США №6832003 «Method and apparatus for reading and verifying holograms» (МПК G06K 7/10; G06K 9/00; G07F 7/08; G03H 1/22; G06K 19/06; G06K 9/76, опубл. 14.12.2004). Устройство состоит из полупроводникового лазера, коллимирующей оптической системы, светоделителей в виде куб-призм, направляющих излучение лазера на защитную голограмму, и матричное фотоприемное устройство. Также есть компьютер для обработки изображений дифракционного распределения, полученных в результате дифракции на защитном элементе проверяемой голограммы, методом пространственно-частотного анализа или спектра. В данном устройстве излучение от лазерного диода при помощи оптических элементов фокусируется в плоскости голограммного защитного элемента идентификационной карточки. Защитный элемент является полностью или частично отражающим, так что дифрагированное на нем излучение отражается и при помощи полупрозрачного зеркала направляется на матричное фотоприемное устройство. Картина дифракционного распределения (пространственного спектра) в плоскости приемника излучения непосредственно зависит от дифракционной структуры на защитном элементе и практически однозначно идентифицирует его. Она регистрируется и сохраняется в компьютере. Если при подсветке заданной области проверяемой защитной голограммы в плоскости матричного фотоприемного устройства излучения восстановилась картина, близкая к эталонной картине, хранящейся в компьютере, то можно утверждать об аутентичности идентификационной карточки. В прототипе для повышения надежности идентификации осуществляется последовательное считывание картин дифракционного распределения с нескольких областей голограммы в процессе ее перемещения относительно устройства.
Недостатками прототипного устройства являются:
1) устройство не имеет возможности регистрировать макроизображения дифракционных и голограммных оптических защитных элементов;
2) устройство не имеет возможности контролировать документ по нескольким зонам одновременно, что приводит к значительно более длительному времени контроля.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является создание более эффективного по времени оптико-электронного устройства экспресс-контроля подлинности ЗГ (и их ДОЗЭ-ГОЗЭ) и документов с ними.
Решение задачи выполнено разработкой оптико-электронного устройства экспресс-контроля подлинности защитных голограмм (ОЭУ ЭКПЗГ), принцип действия которого основан на анализе зарегистрированных пространственно-частотных спектров (ПЧС) микроструктур голографических изображений в ЗГ, нанесенных на документы, в том числе в гражданских паспортах. Оптико-электронное устройство экспресс-контроля подлинности защитных голограмм включает оптический канал регистрации, состоящий из установленных на оптической оси полупроводникового лазера, коллимирующей оптической системы, направляющей излучение лазера на защитную голограмму, и матричного фотоприемного устройства сигналов, отраженных от защитной голограммы, а также компьютера для обработки методом пространственно-частотного анализа сигналов с матричного фотоприемного устройства. При этом устройство дополнительно содержит (N-1)-оптических каналов регистрации для контроля подлинности защитных голограмм на контролируемом документе, где N≥2. В каждом оптическом канале регистрации есть излучатели с различными длинами волн излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона. Также устройство снабжено дополнительным каналом наведения, состоящим из проекционного объектива, m-го количества светодиодов белого света, установленных вокруг проекционного объектива под углом к оптической оси, и своего матричного фотоприемного устройства. Оптические каналы регистрации и канал наведения конструктивно объединены в единую компактную (возможно даже портативную) оптическую головку, которая снабжена автоматизированной системой своего линейного перемещения относительно контролируемого документа.
1
2
3
4
В конкретном варианте реализации каждый оптический канал регистрации содержит по четыре излучателя с лазерными диодами, излучающими на длинах волн видимого и ближнего инфракрасного диапазона λ=0,405 мкм, λ=0,532 мкм, λ=0,65 мкм, λ=0,85 мкм, по четыре блока управления указанными лазерными диодами, по четыре оптических волокна, оптически связанных с указанными лазерными диодами, наконечник, объединяющий оптические волокна и выполняющий ввод излучения в коллимирующую оптическую систему канала регистрации, и оптико-волоконную шайбу, установленную в плоскости коллимирующей оптической системы.
Для оптимизации работы оптические каналы регистрации в оптической головке установлены вдоль линии, параллельной длинной стороне исследуемого документа, что позволяет оптимально увеличить площадь и скорость обработки документа.
Также устройство имеет возможность автоматизированного перемещения оптической головки по линейным координатам в плоскости, параллельной контролируемому документу.
Перечень фигур
Фиг. 1 - Функциональная схема оптико-электронного устройства экспресс-контроля подлинности защитных голограмм (ОЭУ ЭКПЗГ);
Фиг. 2 - Функциональная схема унифицированного i-го (от 1 до N) оптического канала регистрации;
Фиг. 3 - Функциональная схема канала наведения.
Осуществление полезной модели
Принцип работы ОЭУ ЭКПЗГ основан на сравнительном анализе зарегистрированных пространственно-частотных спектров (ПЧС) микроструктуры голографических изображений в ЗГ, нанесенных на паспортные документы. Сущность анализа ПЧС ЗГ предлагаемым ОЭУ ЭКПЗГ заключается в получении ПЧС анализируемой ЗГ, описании ПЧС ЗГ при помощи интегральных и точечных характеристик и идентификации анализируемой ЗГ корреляционным методом опознавания путем сравнения характеристик ПЧС анализируемой и эталонной ЗГ. Для этого достаточно осветить ЗГ лазерным излучением, построить ПЧС ЗГ, зарегистрировать его матричным фотоприемником излучения и обработать в компьютере с помощью соответствующих алгоритмов обработки.
Функциональная схема ОЭУ ЭКПЗГ приведена на фиг. 1. На схеме тонкими стрелками обозначены электрические связи между компонентами, утолщенными стрелками показаны оптические излучения.
Конструктивно прибор с ОЭУ ЭКПЗГ 8 имеет прямоугольный корпус с ложементом 6, на котором размещают контролируемый документ 5. В корпусе закреплена оптическая головка 4, которая перемещается вдоль контролируемого документа 5, обеспечивая его линейное сканирование. Сканирование реализуется при помощи автоматизированной системы линейного перемещения 7. Оптическая головка 4 содержит канал наведения 3 и оптические каналы регистрации 1, 2, … i, …, N для контроля подлинности ЗГ с ДОЗЭ-ГОЗЭ. В компьютере 9 производится обработка информации, полученной с канала наведения 3 и оптических каналов регистрации, с последующим вычислением и формированием итоговых результатов контроля подлинности ЗГ документа.
Важной особенностью устройства является возможность одновременного контроля нескольких ДОЗЭ-ГОЗЭ в ЗГ, расположенных на контролируемом документе, или же контроля ЗГ с ДОЗЭ-ГОЗЭ значительных размеров по нескольким зонам. Для реализации этой возможности оптическая головка включает в свой состав N унифицированных оптических каналов регистрации (схема на фиг. 2), установленных вдоль линии, параллельной длинной стороне исследуемого документа. В конкретном варианте реализации каждый оптический канал регистрации состоит из четырех управляемых источников излучения 21…24, четырех оптических волокон 31…34 и коллимирующего объектива 37 для фокусировки когерентного излучения в плоскости контролируемого документа 5. В качестве источников излучения системы идентификации используют лазерные диоды (ЛД) 21…24 с оптико-волоконными выходами с унифицированными длинами волн излучения видимого и ближнего инфракрасного (ИК) диапазона - 0.405, 0.532, 0.65, 0.85 мкм, с мощностью излучения от 5 мВт до 20 мВт. Излучение на нескольких длинах волн требуется для охвата ДОЗЭ-ГОЗЭ с различной пространственной частотой дифракционных решеток. Управление лазерными диодами 21…24 осуществляется при помощи соответствующих блоков управления 11…14. Излучение от каждого лазерного диода 21…24 передают по соответствующему оптическому волокну 31…34 и, проходя через коллимирующий объектив 37, падает на поверхность контролируемого документа 5, размещенного на ложементе 6. Ввод излучения из оптического волокна в коллимирующий объектив 37 реализуют при помощи оптического разъема 36. Для этого все четыре оптических волокна 31…34 объединяют при помощи керамического наконечника 35. Каждый оптический канал регистрации снабжен своей оптико-волоконной шайбой 38, которая служит для отображения дифракционного распределения от контролируемой ЗГ и установлена по ходу лучей в дифрагированном свете, отражающем от ЗГ за коллимирующим объективом 37. Оптиковолоконная шайба 38 имеет отверстие в центре, в котором размещен коллимирующий объектив 37. В качестве приемника излучения используют унифицированное матричное фотоприемное устройство 39. Изображения, регистрируемые матричным фотоприемным устройством 39, передают в компьютер 9.
Канал наведения (схема на фиг. 3) предназначен для позиционирования оптической головки относительно ЗГ документа путем совмещения и сравнения изображения ЗГ получаемого со своего унифицированного матричного фотоприемного устройства 39, с изображением эталона ЗГ, хранящегося в базе данных образцов ЗГ в компьютере 9. В канале наведения контролируемый документ 5, размещенный на ложементе 6, освещают системой светодиодной подсветки 40. Система подсветки 40 состоит из m-го количества светодиодов белого света, расположенных вокруг объектива 41. Такое расположение светодиодов позволяет одновременно наблюдать изображения ЗГ с дифракционными решетками, имеющими различные ориентации. Изображение контролируемого документа 5 при помощи объектива 41 проецируется на матричный фотоприемник излучения 39 канала наведения и также передается в компьютер 9 для последующей обработки.
Техническим результатом полезной модели с конкретными техническими параметрами является возможность проверки документов, содержащих ДОЗЭ-ГОЗЭ, различных размеров, в том числе до 125×88 мм, или содержащих несколько ДОЗЭ-ГОЗЭ, возможность выделения и документирования характерных признаков, присущих исследуемой ДОЗЭ-ГОЗЭ, и возможность автоматизированного перемещения оптической головки по линейным координатам в плоскости, параллельной контролируемому документу, в пределах площади документа.
Реализация настоящей полезной модели обеспечивает возможность экспресс-контроля подлинности ДОЗЭ-ГОЗЭ в ЗГ на документах. Причем, за счет того, что оптическая головка включает в свой состав N одинаковых оптических каналов регистрации, устройство способно одновременно контролировать сразу несколько ЗГ, расположенных на документе. При этом площадь обработки документа увеличивается до 2…3 раз, и скорость обработки также увеличивается до 2…3 раз, а время обработки страницы паспорта с ЗГ может составлять порядка 10 секунд.