Оптико-электронные приборы контроля подлинности защитных голограмм (96
..pdfCopyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
С.Б. Одиноков, Д.С. Лушников, А.Ю. Павлов
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ЗАЩИТНЫХ ГОЛОГРАММ
Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия
Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 535.317 ББК 32.86
O-42
Рецензенты: Г.Н. Вишняков, И.Н. Спиридонов
Одиноков С.Б.
O-42 Оптико-электронные приборы контроля подлинности защитных голограмм : учеб. пособие / С.Б. Одиноков, Д.С. Лушников, А.Ю. Павлов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 43, [5] с.: ил.
Рассмотрены особенности проектирования автоматических систем идентификации голограмм, методика кодирования оптических сигналов с помощью алгоритмов векторно-матричного умножения. Представлен анализ преобразования оптического сигнала в системе контроля подлинности защитной голограммы от получения защитного элемента до восстановления и декодирования скрытого изображения на матричном фотоприемнике в устройстве контроля подлинности.
Для студентов старших курсов, обучающихся по направлению «Оптотехника», специальностям «Оптико-электронные системы безопасности» и «Оптическая голография».
УДК 535.317 ББК 32.86
c МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
В наше время серьезной и острой проблемой для производителей и потребителей является защита товаров от подделки. Подделки носят массовый характер в таких областях промышленности, как производство медицинских препаратов, изготовление сигарет и спиртных напитков, парфюмерии и косметики, выпуск аудио- и видеопродукции, программного обеспечения. Материальный и моральный ущерб, который подделки причиняют производственным, торговым и финансовым предприятиям всего мира, огромен. В последнее время участились подделки кредитных карт, смарт-карт оплаты услуг связи, пропускных документов и удостоверений на основе бесконтактных пластиковых карт.
Одним из общепринятых средств решения этой проблемы является маркирование материальных объектов специальными защитными знаками (СЗЗ), обладающими набором защитных свойств (ЗС). Решение об аутентичности материального объекта в этом случае принимается в зависимости от степени соответствия исследуемого СЗЗ эталонному. Последние признаются идентичными, если в результате анализа идентифицируются все предусмотренные для данного СЗЗ защитные свойства.
В зависимости от того, кто и какими средствами осуществляет идентификацию защитных свойств СЗЗ, выделяют три уровня, характеризующих полноту данного процесса:
•уровень неквалифицированного пользователя (НП);
•уровень контрольного органа (КО);
•экспертный уровень (Э).
На первом уровне (НП) производится анализ защитных свойств, идентифицируемых визуально, непосредственно в наблюдаемом изображении. Идентификация осуществляется нево-
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оруженным глазом, без применения дополнительных технических средств.
На втором уровне (КО) производится анализ защитных свойств, идентифицируемых визуально с использованием простых универсальных инструментальных средств (лупы, источников ультрафиолетового и инфракрасного излучения и т. п.), а также с помощью специализированных приборов идентификации.
На третьем уровне (Э) анализируются защитные свойства, которые могут быть идентифицированы только с помощью сложных универсальных приборов (микроскопов) и специализированных контрольных лабораторных стендов.
Количество проанализированных защитных свойств увеличивается при прохождении этих уровней. На последнем уровне должны быть идентифицированы все защитные свойства, предусмотренные для данного СЗЗ.
Можно выделить три основных метода идентификации защитных свойств специальных знаков, каждый из которых позволяет осуществлять идентификацию соответствующих классов защитных свойств:
•визуальная идентификация без применения дополнительных приборных средств (ВИ) — защитным свойством является общий внешний вид изображения и его элементы при обычном освещении (естественном или искусственном);
•инструментальная идентификация с помощью универсаль-
ных приборных средств (УИИ): микро- и нанотексты, микрооптические элементы; скрытые изображения, наблюдаемые при освещении УФ и ИК излучением;
• инструментальная идентификация с помощью специализированных приборных средств (СИИ): защитные метки различных типов — ультрафиолетовые, инфракрасные и магнитные; скрытые изображения, формирующиеся при освещении защитного знака когерентным излучением.
Очевидно, что процессы идентификации, относящиеся к первому (НП) и третьему (Э) уровням, не могут и не должны быть автоматизированы. На первом уровне это определяется принципиальным отсутствием технических средств, а на последнем — необходимостью досконального анализа всех защитных свойств и отсутствием жестких временных ограничений, предъявляемых к процессу идентификации.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вто же время на втором уровне идентификации (КО), как правило, требуется, чтобы анализ защитных свойств был проведен
вограниченное время персоналом невысокой квалификации, т. е. желательно минимальное участие в процессе оператора. С другой стороны, применяемые на данном уровне методы СИИ позволяют осуществлять автоматическую идентификацию защитных свойств. Приборы, применяемые в настоящее время для данной цели, хорошо известны (различные детекторы валют, замки с магнитной картой и т. п.).
Взначительной мере рост объемов подделки специальных защитных знаков обусловлен прогрессом в области копировальной и полиграфической техники, а также вычислительных средств совместно с устройствами ввода-вывода. Вследствие этого традиционные полиграфические защитные знаки, анализируемые методом ВИ, не могут успешно противостоять копированию и имитации, и разработчики вводят в них защитные свойства, идентифицируемые методами УИИ и СИИ. При этом наиболее устойчивыми к подделке являются знаки, набор защитных свойств которых формируется с помощью ряда различных технологических процессов.
Впоследнее время широкое применение находят защитные знаки, основанные на применении голограмм [1], обладающие уникальными свойствами, присущими данному способу записи информации. Как объемы выпуска, так и доля таких знаков (защитных голограмм) непрерывно растут.
Разрабатываемые в настоящее время защитные голограммы, как правило, имеют свойства, идентифицируемые методами ВИ и УИИ (реже СИИ). Во всех случаях анализ защитных свойств осуществляет человек-оператор визуально. На принятие окончательного решения в этом случае влияют параметры защитной голограммы, условия наблюдения и способности наблюдателя к восприятию и интерпретации полученной информации [2, 3]. Автоматизация процесса идентификации защитных свойств не только позволяет избавиться от влияния указанных субъективных факторов, но и повысить степень защиты голограмм от подделки [4, 5]. Однако
вотличие от положения, сложившегося для защитных знаков, полученных с помощью иных технологий, приборы автоматической идентификации защитных свойств голограмм на уровне контрольного органа в настоящее время не применяются. Серьезным пре-
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пятствием на пути их широкого использования является тот факт, что немногочисленные существующие в настоящее время приборы данного класса в силу специфики оптических схем представляют собой сложные, крупногабаритные и дорогие лабораторные установки, которые могут применяться только на экспертном уровне идентификации.
Основной целью данного учебного пособия является рассмотрение вопроса разработки метода и аппаратуры, предназначенных для автоматической идентификации защитных свойств голограмм.
В пособии будет подробно рассмотрен один из вариантов системы автоматической идентификации голограммы, выбранный на основе анализа защитных элементов, используемых в голограммах, и методов их распознавания с помощью оптико-электронных приборов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ
ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ГОЛОГРАММ
Основные параметры защищенности специальных защитных знаков (СЗЗ) подразделяются на три группы [6]:
•возможность подделки;
•идентифицируемость;
•стойкость защитных свойств.
Возможность подделки СЗЗ определяется исключительно особенностями технологического процесса их изготовления. Под стойкостью защитных свойств понимается наличие эффекта исчезновения предусмотренных свойств в случае несанкционированного воздействия на СЗЗ.
В рамках поставленной в работе задачи наибольший интерес представляет второй параметр — идентифицируемость СЗЗ, определяемая уровнем сложности сигнальной оптической информации, которая записана и может быть воспроизведена с таких знаков.
Для СЗЗ, основанных на применении голограмм, выделяют пять совокупностей характерных признаков (защитных свойств), влияющих на уровень сложности сигнальной оптической информации:
1)свойства, характеризующие качество изображения (размер элемента разрешения, полутоновые элементы);
2)свойства, характеризующие объемность изображения (трехмерное — объемное или «многоплановое», либо двумерное изображение);
3)свойства, характеризующие эффекты подвижности изображения при изменении ракурса наблюдения либо положения источника освещения;
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4)свойства, характеризующие цветовую гамму изображения;
5)свойства, характеризующие степень скрытности изображения (микро- и нанотексты, различные микрооптические элементы,
атакже изображения, воспроизводимые с помощью когерентного излучения).
С учетом сказанного во введении из приведенной классификации следует, что защитные свойства, относящиеся к первым четырем совокупностям, контролируют визуальным методом (первая совокупность — частично с помощью универсальных приборных средств — методом УИИ и далее рассмотрены не будут. Относящиеся к пятой совокупности микро- и нанотексты, а также микрооптические элементы контролируют методом УИИ. Скрытые изображения, также входящие в пятую совокупность, могут быть идентифицированы с помощью специализированных приборных средств, в том числе автоматических. Такие изображения могут храниться в специальных знаках в виде голографических защитных меток, аналогичных ультрафиолетовым, инфракрасным или магнитным, и содержать при этом объем информации, необходимый для их достоверной идентификации. С другой стороны, воспроизведенное скрытое изображение представляет собой оптический сигнал, который может быть легко введен в прибор идентификации.
Таким образом, под защитными свойствами, подлежащими идентифицированию, далее будем понимать скрытые изображения, воспроизводимые с защитной голограммы с помощью когерентного излучения, которые, с одной стороны, являются важными свойствами, непосредственно влияющими на идентифицируемость специального защитного знака, и, с другой стороны, наилучшим образом приспособлены для автоматической идентификации.
1.1.Основные требования, предъявляемые к методам
иустройствам идентификации
защитных свойств голограмм
Задача, которая ставится перед прибором идентификации защитных свойств голограмм, — в режиме реального времени выдать сигнал, однозначно интерпретируемый оператором или исполнительным устройством как информация о наличии предусмотрен-
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ного защитного свойства (защитной метки) у тестируемой голограммы. При этом условия применения приборов данного класса диктуют необходимость максимальной компактности и простоты конструкции прибора.
На основании сказанного выше можно сформулировать требования как к методам, на основе которых должна быть построена система идентификации защитных свойств голограмм, так и к самой системе. При этом под системой будем понимать совокупность устройств получения защитных голограмм, устройства идентификации и непосредственно голограммы. Такими требованиями являются:
•надежность идентификации, т. е. способность прибора к обнаружению защитного свойства и гарантированного определения соответствия (или несоответствия) обнаруженного и эталонного защитных свойств;
•устойчивость функционирования при наличии возможных
шумов и искажений входной информации;
•автоматическое осуществление идентификации защитных свойств (результат может быть проконтролирован оператором для окончательного решения либо являться управляющим сигналом для исполнительного устройства);
•простота санкционированного доступа к информации в голо-
грамме;
•низкая стоимость голограммы и носителя;
•защищенность информации в голограмме от несанкциониро-
ванного считывания;
•защищенность СЗЗ от несанкционированного копирования;
•желательна устойчивость СЗЗ к внешним воздействиям —
механическим, термическим, электромагнитным и т. п.;
• простота конструкции и малые габариты прибора.
1.2. Алгоритм работы приборов идентификации защитных свойств голограмм
Принцип идентификации объекта в общем случае заключается в извлечении присущей ему индивидуальной информации и сравнении ее с эталоном. При идентичности считанной с объекта и эталона информации объект считается успешно прошедшим данный этап идентификации, в противном случае — не прошедшим и,
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возможно, поддельным. Исходная анализируемая информация, как правило, должна быть предварительно записана на объект (носитель), сохранена в нем в течение длительного промежутка времени с возможно меньшими потерями и воспроизведена для сравнения.
Таким образом, можно выделить следующие основные этапы процесса идентификации защитного свойства:
1)формирование и запись исходной информации;
2)хранение записанной информации;
3)считывание записанной информации;
4)сравнение считанной и эталонной информации и вынесение решения об их соответствии.
Рассматривая объект на этапах 1—3 не только как носитель информации, но и как канал передачи информации через пространство и время с помехами, можно описать его в терминах теории связи.
Основной задачей, которая обычно возникает при передаче информации по каналу связи, является вынесение суждения о структуре и свойствах входного сигнала по определенным характеристикам выходного сигнала. Используемая при этом операция кодирования информации преследует три цели:
• преобразование информации, при котором может быть утрачена преимущественно та ее часть, которая не представляет интереса при решении основной задачи передачи информации;
• приспособление формы (в том числе физической природы) сигнала к используемому каналу связи;
• сокрытие передаваемой информации от несанкционированного использования.
Следовательно, необходимо закодировать исходную информацию, осуществить ее хранение, считывание и декодирование.
В приборах идентификации защитных свойств голограмм информация проходит по крайней мере по двум каналам — эталонному и объектному (количество и тех, и других может быть увеличено для повышения избыточности передачи). Базовым звеном объектного канала является защитная голограмма. Существуют различные пути передачи эталонной информации. Эталон может храниться непосредственно в приборе. Он представляет собой физический аналог защитной метки, содержащейся в голограмме, либо формируется в момент сравнения из информации, записанной
10