CN101120384B - 将不可见标记应用于介质上的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将不可见标记应用于介质上的方法，其针对提出适合于非常大生产量的、用于嵌入不可见标记的解决方案。通过基于图形，将不可见标记施加在介质上的方法实现，并包括下述步骤：确定施加该标记的区域，在该介质上施加透明或半透明物质，所述物质通过有效点调制以便通过修改每一有效点处的物质的数量，形成该图形。

Description

将不可见标记应用于介质上的方法

技术领域

本发明包含将鉴别标记放在介质上以便检测所述介质的拷贝和伪造的领域，后者是文档或包裹，可能由纸或纸板制成，但不限于这些材料。标记也通过存储真实文档的校验和，阻止未授权修改文档的尝试，也可以通过插入标识码，跟踪和追踪产品。

背景技术

在发明领域中，能发现两种标记，即：

-可见标记

该标记用于由消费者本人或授权的经销商，通过可视地校验该标记的存在，鉴别具有该标记的介质。能在纸币上发现这种技术，包括水印、3D全息图、小孔、金属线和具有特殊光学属性的墨水。

-不可见标记

不可见意味着肉眼不可辨别。这些标记隐藏在产品的表面上，以致仿造者不了解该标记的存在。

本发明仅集中在不可见标记上。

在文献WO02/25599中描述了用于施加这种标记的已知技术，其中，使用墨水来创建对应于该标记的对称或不对称调制。

形成标记基于使用分布在将标记的表面上的非常小的结构，例如以点的形式(例如10至80μm)。由用来将结构添加到该介质上，例如通过结合半色调打印的方法而定，必须特别考虑有关创建具有超出100μm的大小的聚集点。在一些情况下，这些聚集可能是所需特性(例如，具有非常低的反差墨水，如清漆)或不期望的特性(例如具有较高反差墨水)。

当与标记同时打印图像时，能使用对称方法。通过由初始设计增加或减去点，调制颜色以便形成标记。不同的实施例可以修改用来打印标记的色素或墨水的光谱反射率组成。

非对称方法具有更少限制以及例如，能用在打印图像时、打印图像前或甚至在稍后阶段通过附加打印。该方法例如通过打印有色点，基本上存在增加局部对比度，以便在空白区、具有均匀颜色的区域或包含装饰图像的区域上形成标记。

即使这些方法满足许多应用，在非常大的生产量的情况下，能注意到由于用于非常大的生产量的调度打印方法具有限制，诸如最大打印速度的事实，实现发明非常困难。

发明内容

应用不可见标记的本发明通过特别适用于大生产量的方法，解决该问题。

本发明涉及一种用于通过基于干燥后能凝固的液体物质的沉积的任何工业印刷技术，基于在材料的表面上增加伪随机缺陷，以肉眼不可见的方式施加标记，鉴别和跟踪工业印刷材料的方法，所述物质修改所述材料的至少一个光学特性，所述缺陷具有从10至500微米的单个大小以及基于表示由密钥初始化的伪随机数字二维图形的标记的有效点的单个位置，通过测量将所述图形与印刷材料的数字二维数字图像互相关获得的二维数字信号的信噪比，在稍后时间检测所述标记。

该物质修改反射光的特性。其能采用墨水、清漆、胶水或塑料涂层的形式。如果该物质是透明的，将不影响介质上的底层图像。

在本发明的一个实施例中，所计算的标记具有非常特定的自相关属性，便于在仿射变换后恢复。

当使用清漆时，在将图像施加在介质上后，在后一期间操作施加它。清漆能采用提供强发光透明涂层的树脂溶液的形式。

当施加该涂层时，修改该应用过程以便在透明层上产生不规则性(似乎为“缺陷”)。这些不规则性是与标记(特别是与有效点)的调制结果，它们对应于表面反射率的小的局部变化。

当使用墨水时，该缺陷通常将引入为均匀涂层区中的局部和稍微缺少或过剩墨水。因此，这些缺陷将分别对应于亮度的局部增加或局部减小。

在下文中，将使用术语“物质”来统称墨水或清漆。

该方法的主要优点是伪造者具有大的难度来通过标准方法，诸如高分辨率扫描仪和打印机仿造或复制调制涂层，因为扫描仪或打印机将不允许解决和复制反射率、亮度或颜色的这种稍微变化。

本发明的目的是调制介质的外部表面来嵌入标记，而不可视地修改介质的颜色，以及以该调制出现为自然想到的变形或缺陷的方式。即使优选实施例由在其应用期间调制涂层组成，其他实施例能用于应用标记，例如通过压力，通过激光或雕刻。

附图说明

由于附图，将更好理解本发明，其作为非限制例子，其中：

图1表示物质的正负调制，

图2a和2b表示在有效点的位置，具有完全移出区的改进物质层，

图3表示在有效点的位置，具有降低厚度的物质层，

图4表示如下所述的凹版印刷方法，

图5a和5b表示调制物质厚度的另一例子，

图6表示避免标记和未标记区间的反射率的任何差异的方法，

图7至10表示光与调制涂层相互作用的各种方法，

图11表示在检测过程期间的互相关因素的变化，

图12表示具有自相关标记的互相关的结果，

图13表示能如何平铺图形来覆盖更大区域，

图14表示通过本身自相关(B)或非自相关(A)的平铺图形获得的互相关峰值。

具体实施方式

在本发明中，具有三种主要的涂层调制方法。第一种在图1(左侧)和图3中示例说明。在一些位置(黑点)处降低施加在介质SP上的物质CT的量。

第二种方法由图2a和2b示例说明，其中，降低物质的量以便至少在有效点的中心，没有物质存在于介质上。

第三种方法在图1(右侧)中示例说明。物质调制为正，即，在将生成有效点处，将施加更多物质。

这些模式的变型也是本发明的一部分，例如仅当定义一个以上相邻有效点时，获得图2a中所示的例子。图2b用虚线示出有效点，以及用实线示出无效点。在该例子中，有必要具有至少两个相邻有效点来产生物质涂层的厚度的负调制，即，在介质上产生物质的缺少。

存在用于产生涂层的几种方法，以及本发明不限于下面的例子。

根据第一实施例，通过高分辨率，例如2500dpi或更高，定义初始标记，由此导致10μm的点大小。通过使用将生成用于伪随机生成器的指定密度和指定速度的随机扩展点集的伪随机生成器，创建该标记。随机种子称为标记的“密钥”。以该分辨率定义有效点，而不特别关心点的聚集。施加涂层的通用系统通常基于低分辨率光栅(例如每cm的80线)，因为不需要精确着色图像。该分辨率足够高来将涂层施加到被选区上，以及在其他区上抑制它。

以该低分辨率细化采样初始标记，以及最终标记，也称为印刷标记，通常由有效点聚集组成(这种聚集能具有大至500μm的大小)。

为增加检测速率和可靠性，能生成初始标记，以便它拥有固有的自相关属性。例如，通过以根据第一光栅的第一随机(或伪随机)图形开始，即在初始分辨率栅格的偶数线和行上，能生成自相关标记。然后，复制该第一随机标记，并将其施加在具有偏移量的相同图像上。该偏移量最好是线或行的奇数增量，以便避免第二偏移图形的点不期望地叠覆初始随机图形的一些点。重复该过程几次。例如，最终图像能包括在X和Y以及XY中移动初始随机图形四次。下表表示包含第一图形四次的自相关标记的例子。请注意以45°角转变第四图像。其他值是可用的，诸如X而不是Y中的不同偏移量(例如在X中为33以及在Y中为11)。也可以将放大因数应用于偏移标记，例如，图像2为第一图像的200％放大，然后根据预定偏移量偏移。在该例子中，图像一为第一图像。

图像	X偏移	Y偏移
			1	0	0
2	35	0
			3	0	35
4	35	35

所要求的方法具有四个主要优点：(1)它是不可见的，(2)不受底层印刷图像影响，(3)在未印刷区和印刷区上工作，(4)不要求高分辨率印刷过程。在先前的方法中，不可见性要求使用高分辨率印刷工艺或通过将稍微失真增加到那一图像上而将水印施加到预先存在的现有图像上。

凹版印刷

凹版印刷方法是在印刷介质的表面下形成图像的过程。

印刷图像由在金属图像滚筒中雕刻的凹单元组成。单元定义图像以及颜色密度是在单元中沉积的墨水量的函数，该量由单元的大小而定。

能用两种方法，即，控制相同平面的单元的深度或改变相同深度的单元的表面，调制该大小。

在图4中，印刷图像由在金属图像滚筒CYL中雕刻的凹单元组成。该图像滚筒CYL在包含低粘度液体墨的墨水槽ID中延伸。金属到墨刀BL相对于旋转滚筒CYL固定，因此，从滚筒的非图像面刮去过剩墨。通过两个滚轮，即加压辊IMR和备用滚轮BUR，将纸P施加在图像滚筒CYL上。

可以不按照图1所示的初始光栅。在图5a和5b中，示例说明另一调制方法。通过计算机控制其X，Y位移和冲击力的金刚石头，雕刻图像滚筒CYL。其他制造方法可以制作该滚筒，诸如使用化学蚀刻。灰点是从其初始位置移出的点。因此，不仅可以移出将施加有效点的物质，而且通过增加接近低压的过剩，增强效果。不仅由于低压，而且物质过剩在扫描仪输入上产生改变信号，这便于检测。

图6表示标记的放大，其中，白点表示缺少物质。应注意到在标记的边界附近，白点的密度降低。

在一个实施例中，在标记区中定义两个区域，第一个是标记本身，以及第二个是过渡区。例如，标记具有10％的密度以及过渡区具有从10％密度开始下降到接近0％的渐进阴影。在这种情况下，肉眼将不会注意到放置标记和无标记存在间的明显差异。

完全隐藏标记，特别是避免亮度或反射率的差异的检测的另一方法是在介质的剩余部分(不具有标记)上施加具有相同密度的伪标记。通过相同平均密度生成具有不同于主标记的统计属性的随机标记或图形并将其施加在介质上。该伪标记也可以为检测提供有用信息，如空间同步、互补编码性能、附加鲁棒特性等等。另一解决方案是简单地在介质上平铺标记，由此也避免标记和未标记区间的任何视觉差异。

平版印刷、苯胺印刷和其他印刷方法

与凹版印刷方法类似，在本发明的框架中，其他印刷过程也是可行的。在胶印方法中，不直接将墨水从印刷板(或滚筒)施加到衬底上，如在平版印刷、苯胺印刷和凸版印刷中。将墨水施加到印刷板，形成“图像”(诸如将印刷的文字或艺术作品)，然后平移或偏移成橡胶“敷层”。敷层上的图像然后被平移到衬底(通常纸或纸板)以便产生印刷产品。

印刷板，通常基于铝的板，包含在铝上施加或覆盖的光敏涂层。通过紫外线光以及在掩膜的帮助下，允许紫外线撞击仅在将形成图像的位置上的光敏聚合物。根据本发明，改变掩膜以便实现将隐藏的标记，同时施加物质。将改变以产生物质印刷板的过程以便产生标记。

检测

检测基于使用具有恢复标记的适当软件程序的标准的扫描仪或任何其他成像设备(数码相机、显微镜、光电二极管等等)。调制物质厚度导致接收信号的非常低的动态。低动态通常由于物质的透明属性以及反射率的差异，导致小的信号噪声比，使得恢复标记非常有打挑战性。

由物体反射的光量，以及如何反射它高度地由物质的平滑度或纹理而定。在现实世界中，大部分物体具有显示出漫反射以及在所有方向中反射入射光的螺旋表面。已知清漆增加反射入射光的镜面分量。清漆的缺少(或降低厚度)增加漫反射。同时，在所有方向中散射从未涂漆表面反射的漫射光。光传感器检测反射光的变化以及允许检测标记。在越不透明的物质，诸如墨水的情况下，主要现象是漫反射以及物质的局部量将影响颜色(例如通过越高墨水量，亮度将降低)。

图7-10示例说明光作用的不同类型。图7表示粗糙表面上的漫反射。在几乎每一方向中平均地反射所发出的光。图8表示例如镜子上的镜面反射。在仅一个方向中反射发出光。图9表示半透明介质上的光行为。光传播散射到半透明层，导致从该层出射的光的散射图。

图10表示透明层，诸如清漆中的光行为。到达介质上的光的撞击点由清漆厚度而定。因此，反射光受清漆厚度影响。

当分析反射光的图形时，难以检索初始定义的标记，即，有效和无效点。对此的一个重要原因是通过远低于初始分辨率的分辨率，雕刻该图形。例如，可以定义标记具有1200dpi，1024×1024像素位图(每一像素表示～20μm)，但通过80lpc(对应于按125μm间隔的线)的粗糙屏面分辨率光栅化，由此导致约200dpi的最大有效分辨率(不考虑可能进一步减小该值的屏蔽角。由于标记表面的磨损或刮擦，检测难度也可能增加。

该检测方法基于参考标记和当前分析的图像的二维互相关。参考标记叠加在所分析的图像上以及执行匹配分析。该分析不是合格/失败测试，而是当叠加两个图像并处于最佳对应时，通过最大值的对应测试。如果在整个介质上已平铺图形(图13)，因此，使用包裹的任何裁剪区，能计算互相关。如果该区域大于参考图形，几个峰值将在对应于每一瓦片的互相关图像(图14A)上可见。此外，如果自相关图形(例如4次)，那么将存在用于每一瓦片的多个峰值(用于4次XY自相关的9个峰值)(图14B)。

该分析还要求参考并且测试图具有相同的比例以及相同的旋转角。

印刷图形的比例将非常不同于参考图形。例如，图形可能稍微大于原始，或可以垂直于印刷滚筒轴拉伸。通过不同方法，导出缩放比：使用印刷方法的理论特性，使用已知其大小的可见设计元件或断流器，使用基于二分法的探索法，或使用图形的一些自相关属性(或为此目的增加的其他互补图形)。通常，该比例因子在连续打印输出期间基本上不变化，以及能视作用于指定印刷系列的常数。

旋转角通过成像过程得到：事实上，扫描期间一毫米未对准可能意味着旋转几厘米大小的图形一度或几度。通过几种方法确定该角度：使用纸的微观结构属性(纸颗粒通常在打印方向中不同)，由纸上的刮墨刀留下的微痕、一些已知的设计元件或断流器、图形的自相关(或为该目的增加的其他互补图形)或基于二分的探索过程。图11示例说明根据参考图形的旋转函数，互相关因素的变化。在该例子中，能看出能获得用于约-2度的旋转的最大值，这意味着在扫描过程期间，使印刷样本旋转该角度。

另一方法由使用对数变换组成。如果P(x，y)是图形，以及S(x，y)是分析图像，在P(Ln(x)，Ln(y))和S(Ln(x)，Ln(y))间执行互相关，其中，Ln是neperian算法函数。Ln()函数的属性是所获得的互相关图像的最大值的位置对应于比例因子。假定该比例因子在x和y方向中相同，也可以将使用半径-角度(r，t)坐标，代替矩形(x，y)坐标的极坐标变换与对数变换结合。然后，将该信号写成P(Ln(r)，t)。由此变换的P和S图像的互相关的最大值的位置给出该比例因子以及两个图像间的旋转角。

自相关(见上文)印刷标记的事实在检测过程中非常有用。由于由物质调制产生的高噪声，以及所述物质的粘度，初始标记的直接恢复是不可行的。这是为什么在检测过程期间，应用互相关过程的原因。由于自相关印刷标记的事实，互相关过程将产生几个强度最大值，这些最大值的数量由标记的自相关属性而定。在我们的例子中，使四个图像叠加，能量峰值的数量为9以及一个高于一个。这在图12中示例说明，其中，用黑点标记能量峰值。中心点对应于扫描图像中的自相关标记的精确叠加。

当生成自相关标记时，每一能量峰值间的距离不是随机的，而是与偏移量直接有关。相对于参考偏移量校验偏移量，以及如果该距离相同，扫描标记是真实的。

在互相关过程期间，能由不同步骤产生用作参考的标记：

第一随机标记：扫描标记与第一随机标记(非自相关)的互相关产生等于自相关的数量的多个能量峰值。在我们前面的例子中，自相关第一随机标记四次。结果，互相关将产生四个能量峰值，每一峰值间的距离与生成自相关标记时的偏移量成正比。将注意到所有能量峰值通常相等。

自相关标记：扫描标记与初始自相关标记的互相关产生大于自相关的数量的多个能量峰值，例如对自相关四次的标记，为9个峰值。特征在于峰值中的一个具有更大能量。

扫描标记：扫描标记与本身的互相关也产生能量峰值，用与自相关标记相同的方式。为证明该标记是真实的，可以使用九个能量峰值的图形以及将其与参考进行比较。在标记的自相关属性中定义的X，Y偏移量也能编码有关标记的所有者的信息。

自相关的另一优点是允许检测介质的可能改变，诸如仿射变换，或印刷过程。由于介质的温度变化或印刷滚筒的变化，能稍微改变该比例，即，拉伸标记。

在第一步骤中，扫描标记与自身互相关。四个峰值的距离和位置允许确定标记的旋转和实际比例，即，仿射变换。在另一检测步骤中引入这些值，即，修改参考标记，在该例子中，为自相关标记。另外，调整扫描标记以便与自相关标记对齐。这些修改具有它们补偿介质的物理改变的结果。

该方法的一个优点是扫描分辨率能与用于创建标记的分辨率不同。由于仅检测标记的一般图形，这能通过具有低于初始标记的粗略分辨率，诸如3：4倍的扫描过程来完成。如上所述，这假定初始标记来经受相同的重新采样过程，以便与通过扫描执行的过程匹配。

在前步骤中，分析在清漆或墨水下的图像以便提取图像以及仅保持标记。这能通过在被选区上建立平均颜色强度来完成，该区域至少大于初步分析表面。在已计算用于那一区域的平均颜色强度后，对每一初步分析面减去该值以便仅获得物质调制。其他方法也是可以的，例如基于统计预测方法，诸如Wiener过滤或任何其他类型的噪声过滤方法。

在第一实施例中，将参考标记与读取图像连续相关，直到找到匹配为止。

在第二实施列中，检测设备包括可能标记库，以及在相关过程前，检测物质下的图像，例如制造商的徽标。使用该标记来选择这些存储的参考标记中的一个。从那一检测，在相关过程中加载适当的参考标记以及匹配机制能开始。在第三实施例中，检测设备包括可能标记库以及每一标记连续地与读取图像相关，直到找到匹配为止。例如可以使用伪随机生成器的不同种子生成库的每一标记。代替库，当然也可以即时生成伪随机标记。

Claims (13)

1.用于鉴别和跟踪工业印刷材料的方法，通过调制所应用的标记的涂层物质的厚度，以及基于在所述工业印刷材料的表面上增加伪随机缺陷，以肉眼不可见的方式来实施所述方法，所述涂层物质修改所述工业印刷材料的至少一个光学特性，所述缺陷具有范围从10至500微米的单个大小以及基于表示由密钥初始化的伪随机数字二维图形的标记的有效点的单个位置，通过测量将所述图形与工业印刷材料的数字二维数字图像互相关获得的二维数字信号的能量峰值，在稍后时间检测所述标记。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该涂层物质是墨水、清漆、塑料或胶水涂层。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一有效点，降低涂层物质的数量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一有效点，增加涂层物质的数量。

5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在定义有效点的位置，完全移出该涂层物质。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所应用的标记包括具有自相关特性的第一标记，其中，第一标记至少被复制和偏移一次，以便第一标记和偏移标记的叠加形成所应用的标记。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，重复地复制第一标记，根据X轴偏移第一复制，根据Y轴偏移第二复制，以及根据X和Y轴偏移第三复制。

8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，标记还包括无效点并代表该图形，其中，有效和无效间的比率能为低至10％。

9.检测如权利要求1至8中任一项所述的方法应用的标记的方法，包括下述步骤：

-获得包括该标记的图像，

-自相关所获得的图像以便确定旋转和比例因子，

-在参考标记和所获得的图像间的自相关过程中应用旋转和比例因子，

-确定自相关过程的能量峰值，以及将这些能量峰值与参考进行比较。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将旋转和比例因子应用在参考标记上。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将旋转和比例因子应用在所获得的图像上。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，获得包括该标记的图像的步骤包括通过计算被选区上的所获得的信号的平均值以及在每一初步分析表面上减去该平均值，移出所获得的图像上的底层图像的步骤，所述被选区大于初步分析表面。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过连续地互相关几个不同的伪随机图形，识别特定图形，直到找到匹配图形为止。

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