Способ защиты и идентификации оптических защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления
Номер патента: 18419
Опубликовано: 30.07.2013
Авторы: Гончарский Александр Владимирович, Чернышев Алексей Васильевич, Гончарский Антон Александрович
Формула / Реферат
1. Способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что защитные метки содержат фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из n кольцевых секторов или точек на окружности с центром на оси падающего лазерного излучения, с заданными угловыми расстояниями между секторами или точками {j1, j2, ..., jn-1, jn}, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где ji - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками, и на основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отраженном от защитной метки лазерном свете, для идентификации подлинности оптической защитной метки формируют инвариантный относительно поворота оптической защитной метки признак подлинности, представляющий собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на окружности, который сравнивают с каждой из n заранее заданных эталонных последовательностей угловых расстояний {j1, j2, ..., jn-1, jn}, {j2, ..., jn-1, jn, j1}, ..., {jn, j1, j2, ..., jn-1}, причем оптическую защитную метку признают подлинной при совпадении хотя бы в одном из случаев.
2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее лазерный диод, блок детектирования, расположенный в плоскости, параллельной плоскости защитной метки, включающий в себя один кольцевой детектор или ПЗС матрицу, электронный блок обработки сигналов детекторов, включающий в себя АЦП, интерфейс, задающий эталонные последовательности угловых расстояний {j1, j2, ..., jn-1, jn}, {j2, ..., jn-1, jn, j1}, ..., {jn, j1, j2, ..., jn-1}, микроконтроллер, обеспечивающий возможность формирования инвариантного признака контроля, а также обеспечивающий возможность сравнения инвариантного признака с эталонными последовательностями и отображения результатов идентификации.
3. Способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что защитные метки содержат фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из кольцевых секторов или точек на двух концентрических окружностях с центром на оси падающего лазерного излучения, при этом на первой из окружностей расположено n кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами {j1, j2, ..., jn-1, jn}, а на второй окружности расположено k кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами {yl, y2, ..., yk-1, yk}, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где ji - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками на первой окружности, а yi - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками на второй окружности, и на основе контроля сформированного на окружностях изображения, полученного в отраженном лазерном свете, для идентификации подлинности оптической защитной метки формируют инвариантный относительно поворота оптической защитной метки признак подлинности, представляющий собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на обеих окружностях, при этом последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на первой окружности поочередно сравнивают с каждым из n заранее заданных эталонных последовательностей угловых расстояний {j1, j2, ..., jn-1, jn}, {j2, ..., jn-1, jn, j1}, ..., {jn, j1, j2, ..., jn-1}, и при совпадении хотя бы в одном из случаев проводят поочередное сравнение последовательности угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на второй окружности с k эталонными последовательностями {yl, y2, ..., yk-1, yk}, {y2, ..., yk-1, yk, y1}, ..., {yk, y1, y2, yk-1}, причем оптическую защитную метку признают подлинной в случае хотя бы одного совпадения на каждой из окружностей.
4. Устройство для реализации способа по п.3, содержащее лазерный диод, блок детектирования, расположенный в плоскости, параллельной плоскости защитной метки, включающий в себя два кольцевых детектора или ПЗС матрицу, электронный блок обработки сигналов детекторов, включающий в себя АЦП, интерфейс, задающий эталонные последовательности угловых расстояний {j1, j2, ..., jn-1, jn}, {j2, ..., jn-1, jn, j1}, ..., {jn, j1, j2, ..., jn-1} и {yl, y2, ..., yk-1, yk}, {y2, ..., yk-1, yk, y1}, ..., {yk, y1, y2, yk-1}, микроконтроллер, обеспечивающий возможность формирования инвариантного признака контроля, а также обеспечивающий возможность сравнения инвариантного признака с эталонными последовательностями и отображения результатов идентификации.

Текст
СПОСОБ ЗАЩИТЫ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ МЕТОК(ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Заявляемое изобретение относится преимущественно к технологиям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использовано для защиты от подделок банкнот, ценных бумаг, акцизных и идентификационных контрольных марок, а также различных товаров народного потребления. Изобретение обеспечивает автоматизацию контроля оптических защитных меток и их защиту от подделок при инвариантности процедуры контроля относительно положения прибора на оптической защитной метке. Согласно заявляемому изобретению в защитные метки включают фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение,состоящее из n кольцевых секторов или точек на окружности с центром по оси падающего лазерного излучения, с заданными угловыми расстояниями между секторами или точками 1, 2, , n-1, n, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где i - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками, и на основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отраженном лазерном свете,осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путем формирования инвариантного относительно ориентации оптической защитной метки признака подлинности,представляющего собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на окружности, который последовательно сравнивают с каждой из n заранее заданных эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1, причем оптическую защитную метку признают подлинной при совпадении хотя бы в одном из случаев. Согласно варианту изобретения инвариантный признак подлинности при формировании скрытого изображения на двух окружностях представляет собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на обеих окружностях. Гончарский Антон Александрович,Гончарский Александр Владимирович, Чернышев Алексей Васильевич (RU) Заявляемое изобретение относится преимущественно к технологиям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использовано для защиты от подделок банкнот,ценных бумаг, акцизных и идентификационных контрольных марок, а также различных товаров народного потребления. Оптические (голографические) защитные технологии в настоящее время широко используются для защиты от подделок документов, банкнот, брендов. Современные оптические технологии предлагают широкий набор защитных признаков для визуального контроля, таких как 2D/3D элементы, 3D элементы, эффекты смены изображений и т.д. Оптические технологии предлагают и большой набор скрытых изображений, контролировать которые можно визуально с помощью специальных устройств. К таким изображениям относятся различные микро- и нанотексты, микроэффекты смены изображений и т.д. В зависимости от размера микроизображений последние контролируются визуально с помощью лупы или микроскопа. Широкое распространение получила так называемая CLR (covert laser readable) технология, когда в оптические защитные метки включаются плоские фазовые оптические элементы, содержащие скрытые изображения, визуализируемые с помощью лазерного излучения. Известны и портативные приборы визуализации CLR изображений(патент РФ на промышленный образец 74441, Прибор контроля многоградационного скрытого изображения на голограммах). Разработка устройств автоматизированного контроля оптических защитных меток сопряжена с целым рядом трудностей. Использование оптических эффектов в отраженном от плоского оптического элемента дневном свете представляется мало перспективным, поскольку сильно зависит от условий освещения. Более перспективным представляется использование CLR технологии, где в качестве излучения, формирующего изображения, используются лазерные диоды. Устройство для оптического контроля специальных меток на пластиковых картах с целью идентификации их подлинности приведено в патенте ЕР 0533448 (А 2). В указанном изобретении оптическая защитная метка может смещаться относительно прибора контроля строго вдоль некоторой оси, однако поворот пластиковой карты относительно прибора контроля не допустим. Для формирования изображения в патенте используется лазерное излучение. Предложенное в патенте устройство осуществляет инвариантный контроль относительно сдвига пластиковой карты. Контроль не является инвариантным относительно поворота пластиковой карты. Аналогичным недостатком обладает и устройство контроля оптических защитных меток (патентWO 2006069723 А 2). Формируемая в этом патенте защитная метка также не допускает поворота относительно регистрирующей системы. Известны способы контроля защитных меток, инвариантные относительно сдвига и поворота устройства контроля на оптической защитной метке, в которых в клеевые составляющие оптических защитных меток (голограмм) добавляют магнитные краски, краски ультрафиолетового свечения и т.п. Так в патенте RU 2156491 (С 1) способ контроля заключается в добавлении в клеевые составляющие оптических антистоксовских добавок, которые при облучении оптической защитной метки невидимым для глаза ультрафиолетовым излучением дают видимое свечение в дневном диапазоне. Такой способ открывает широкие возможности для инвариантного контроля, однако антистоксовские добавки в настоящее время широко распространены и доступны, технология их нанесения очень проста, в связи с чем не обеспечивается надежная защита оптических меток, содержащих антистоксовские добавки, от подделок. Способов инвариантного относительно поворота автоматизированного контроля оптических меток,обладающих высоким уровнем защищенности от подделок, не выявлено. Прототип для способа и устройства не выявлен. Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, позволяющих обеспечить автоматизированный контроль оптических защитных меток, инвариантный относительно поворота, и их защиту от подделок. При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении защищенности используемых оптических меток от подделок, обеспечении высокой надежности распознавания и инвариантности процедуры контроля относительно поворота прибора контроля. Поставленная задача с обеспечением достижения указанного технического результата решается в способе защиты и идентификации оптических защитных меток тем, что в защитные метки включают фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки,асимметричное изображение, состоящее из n кольцевых секторов или точек на окружности с центром по оси падающего лазерного излучения, с заданными угловыми расстояниями между секторами или точками 1, 2, , n-1, n, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где i - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками, и на основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отраженном лазерном свете, осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путем формирования инвариантного относительно поворота оптической защитной метки признака подлинности, представляющего собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на окружности от контролируемой метки, который по-1 018419 следовательно сравнивают с каждой из n заранее заданных эталонных последовательностей 1, 2, ,n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1, причем оптическую защитную метку признают подлинной при совпадении хотя бы в одном из случаев. Последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами (или точками) изображения, представляющая собой инвариантный признак, может отсчитываться от любого кольцевого сектора(точки) изображения. Это и определяет задание n эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n,2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1. Аналогично, в случае, когда скрытое изображение формируется на двух окружностях, можно сформулировать способ защиты и идентификации оптических защитных меток (вариант двух колец детекторов), заключающийся в том, что в защитные метки включают фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из кольцевых секторов или точек на двух концентрических окружностях с центром по оси падающего лазерного излучения, при этом на первой из окружностей расположено n кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами 1, 2, , n-1, n, а на второй окружности расположено k кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами 1, 2 k-1, k, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где i - это угловое расстояние между i иi+1 кольцевыми секторами или точками на первой окружности, a i - это угловое расстояние между i иi+1 кольцевыми секторами или точками на второй окружности, и на основе контроля сформированного на окружностях изображения, полученного в отраженном лазерном свете от оптической защитной метки,осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путем формирования инвариантного относительно поворота оптической защитной метки признака подлинности, представляющего собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на обеих окружностях от контролируемой метки, при этом последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на первой окружности поочередно сравнивают с каждой из заранее заданных n эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1, и при совпадении хотя бы в одном из случаев проводят поочередное сравнение последовательности угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на второй окружности с к эталонными значениями 1, 2, , k-1, k, 2, , k-1, k, 1, , k, 1, 2, k-1, причем оптическую защитную метку признают подлинной в случае хотя бы одного совпадения на каждой из окружностей. Для реализации способа автоматизированного контроля в устройствах контроля в качестве системы регистрации сформированных изображений могут быть использованы кольцевые детекторы оптического излучения или ПЗС матрица. Достижение заявленного технического результата и реализацию предложенного способа обеспечивает устройство, содержащее лазерный диод, кольцо детекторов, расположенное в фокальной плоскости,параллельной плоскости защитной метки. Излучение лазера, отраженное от оптической метки, формирует в фокальной плоскости асимметричное изображение, которое используется в процедуре идентификации. Электронный блок обработки сигналов включает в себя детекторы оптического излучения, аналогоцифровой преобразователь (АЦП), интерфейс для задания эталонных последовательностей, микроконтроллер, формирующий инвариантный признак контроля, обеспечивающий сравнение инвариантного признака с эталонными последовательностями и отображение результатов идентификации. Для реализации варианта способа предложено устройство, содержащее лазерный диод, блок детекторов, включающий в себя два кольцевых детектора или ПЗС матрицу, расположенный в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки. Излучение лазера, отраженное от оптической метки, формирует в фокальной плоскости асимметричное изображение, используется в процедуре идентификации. Электронный блок обработки сигналов детекторов включает в себя АЦП, микроконтроллер,формирующий инвариантный признак контроля, а также обеспечивающий сравнение значения инвариантного признака с эталонными последовательностями. В заявляемом изобретении для формирования изображений, визуализируемых с помощью лазерного излучения, предлагается использовать многоградационные CLR изображения, формируемые оптическими метками, имеющими асимметричный микрорельеф. Использование асимметричного микрорельефа для формирования CLR изображений позволяет надежно защитить оптические защитные метки от подделок. Для формирования микрорельефа оптических защитных меток предлагается использовать электронно-лучевую литографию. Среди сотен компаний,работающих в области защитных технологий, всего несколько имеют установки для электронно-лучевой литографии. Стоимость таких устройств очень велика. Их использование требует специальных помещений и высокой квалификации персонала. Технология изготовлений многоградационных CLR изображений, используемых в настоящем изобретении, наукоемка. Все это обеспечивает высокую защищенность предлагаемого способа защиты от подделок. Согласно изобретению область CLR изображения разбивается на элементарные подобласти размером меньше диаметра луча. Каждая элементарная область формирует целиковое изображение в фокаль-2 018419 ной плоскости, а не отдельные его яркие точки. При этом сформированное изображение в предпочтительном варианте состоит из кольцевых секторов заданной конфигурации. Такой способ формирования изображения обеспечивает более надежный результат распознавания при деформациях оптических защитных меток, небольших наклонах прибора, повреждении микрорельефа и т.п. Способ формирования скрытых изображений, используемый в данном изобретении, получил название многоградационных киноформов. Киноформ, как оптический элемент, был представлен в работеDev., 13 (1969), 105-155. Многоградационный киноформ - это тонкий фазовый синтезированный оптический элемент, который несет однозначную информацию о фазовой составляющей объектной волны, т.е. отраженного от киноформа излучения, и позволяет восстанавливать ее при освещении опорной волной,т.е. падающего на киноформ излучения. Многоградационный киноформ формирует заданное изображение, но в отличие от тонких голограмм, записанных путем регистрации интерференционной картины,многоградационный киноформ формирует на заданной длине волны только одно изображение и при этом весь падающий на него свет дифрагирует в один порядок дифракции. Таким образом, многоградационный киноформ имеет максимальную теоретическую эффективность при формировании произвольных изображений. В отличие от объемных фазовых голограмм, обладающих также 100%-ной дифракционной эффективностью, многоградационный киноформ допускает массовое тиражирование с оригинала,при этом энергетическая эффективность тиражных копий также близка к 100%. Существующие алгоритмы позволяют рассчитать микрорельеф дифракционного оптического элемента - многоградационного киноформа, если заданы геометрические параметры, характеристики источников света и задано в фокальной плоскости изображение, которое необходимо сформировать(A.V. Goncharsky, A.A. Goncharsky, Computer OpticsComputer Holography, Moscow University Press,2004). Задача расчета и изготовления микрорельефа оптических элементов, формирующих скрытое изображение, является наукоемкой. Точность расчета и изготовления микрорельефа должна составлять порядка 20 нм. Все это гарантирует высокую защищенность от подделки. Предлагаемый способ обеспечивают надежный контроль защитных меток, инвариантный относительно поворота защитной метки относительно прибора контроля. Инвариантность контроля обеспечивается за счет формирования специального скрытого изображения, визуализируемого с помощью лазерного излучения, позволяющего сформировать инвариантный признак контроля подлинности изображения, не зависящий от поворота оптического защитного элемента. Использованные в настоящем изобретении оптические элементы для формирования многоградационных CLR изображений имеют асимметричный микрорельеф и обеспечивают высокую защищенность оптических защитных меток от подделки. Т.е. совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение указанного технического результата. Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 приведена оптическая схема устройства автоматизированного контроля подлинности оптических защитных меток (вариант одного кольца детектора); на фиг. 2 - схема устройства автоматизированного контроля (вариант двух колец детекторов); на фиг. 3 - оптическая схема устройства автоматизированного контроля подлинности оптических защитных меток (вариант использования ПЗС матрицы); на фиг. 4 - угловые расстояния между кольцевыми секторами сформированного изображения; на фиг. 5 - угловые расстояния между кольцевыми секторами, сформированными на разных расстояниях от центра; фиг. 6 демонстрирует независимость (инвариантность) угловых расстояний при повороте оптической защитной метки; на фиг. 7 приведена схема разбиения оптического защитного элемента на элементарные области; на фиг. 8 - фрагмент микрорельефа оптического защитного элемента (глубина микрорельефа оптического элемента пропорциональна потемнению в каждой точке); на фиг. 9 приведены профили микрорельефа оптического элемента; на фиг. 10 - блок-схема обработки сигналов детекторов; на фиг. 11 - фрагмент оптической защитной метки, включающей в себя контролируемое CLR изображение; на фиг. 12 - область CLR изображения контролируемой оптической метки. На фиг. 1 приведена принципиальная схема оптической части прибора автоматизированного контроля оптических защитных меток (предпочтительный вариант устройства контроля). Лазерный диод 1 освещает оптическую защитную метку 2, расположенную в плоскости 3 лазерным излучением 4, рассеянное излучение 5 формирует в фокальной плоскости 6 изображение, состоящее из четырех ярких кольцевых секторов. Устройство контроля предлагает два варианта детектирования регистрируемого изображения: одно или два кольца детекторов или ПЗС матриц. На фиг. 2 приведен вариант устройства с двумя концентрическими кольцами детектора. На фиг. 3 приведен вариант устройства, где в качестве элементов детектирования используется ПЗС матрица. Призма 7 поворачивает излучение от лазерного диода на 90. В перечисленных устройствах в фокальной плоскости формируется изображение, состоящее из кольцевых секторов (предпочтительный вариант). На фиг. 4 приведено изображение, состоящее, например, из 4-х ярких точек (кольцевых секторов) для одного кольца детектора. Из фиг. 4 видно, что формируемое изображение не является симметричным относительно центра окружности, что достигается асимметричностью профиля микрорельефа плоского оптического элемента. На фиг. 5 приведено изображение, состоящее из 4-х кольцевых секторов на внешнем кольце детектора и 3-х кольцевых секторов на внутреннем кольце детектора. Проблема состоит в том, что при повороте оптического защитного элемента относительно прибора изображение в фокальной плоскости повернется на тот же угол. На фиг. 6 приведено изображение, формируемое в фокальной плоскости при повороте оптического защитного элемента. Предлагаемая структура изображений в фокальной плоскости, формируемая плоскими оптическими элементами, такова, что, несмотря на то что изображение поворачивается при повороте оптического защитного элемента, можно выделить признаки, инвариантные относительно поворота. Таким признаком является последовательность угловых расстояний между формируемыми яркими точками изображения. Этот инвариантный относительно поворота признак и предлагается использовать в данном изобретении. Перейдем к описанию структуры формируемого CLR изображения, обеспечивающей инвариантность контроля как относительно поворота, так и сдвига оптической защитной метки. Для обеспечения инвариантности формируемых изображений относительно сдвига область CLR изображений разбита на элементарные области (фиг. 7), где 8 - падающий на оптическую метку луч лазера, 9 - элементарные области плоского фазового оптического элемента, формирующего изображение. Каждая из элементарных областей 9 на фиг. 7 имеет размер меньше диаметра лазерного пучка и формирует одно и то же изображение, см. фиг. 4. В этом случае любое перемещение прибора без поворота не будет менять изображение в фокальной плоскости, что обеспечивает инвариантность контроля относительно сдвига оптической защитной метки. В данном изобретении плоские оптические элементы изготовлены на основе использования известного способа расчета плоских оптических элементов в каждой элементарной области 9 (фиг. 7). Плоские оптические элементы в каждой элементарной области представляют собой киноформы, формирующие заданное изображение в фокальной плоскости. Идея синтеза киноформных элементов была предложена еще в 1969 году (L.B. Lesem, P.M. Hirsh, J. A. Jr. Jordan, The kinoform: a new wavefront reconstruction device, IBM J. Res. Dev., 13 (1969), 105-155). Суть метода состоит в том, что в каждой элементарной области 9 (фиг. 7) микрорельеф плоского оптического элемента может быть рассчитан специальным алгоритмом (А.V. Goncharsky, A.A. Goncharsky, Computer OpticsComputer Holography, Moscow UniversityPress, 2004). Каждая из элементарных областей 9 формирует целиком заданное изображение, состоящее из ярких кольцевых секторов на окружности. На фиг. 8 приведен фрагмент микрорельефа плоского оптического элемента, формирующего изображение, представленное на фиг. 4. В каждой точке изображения на фиг. 8 глубина микрорельефа оптического элемента пропорциональна потемнению в этой точке. Микрорельеф оптического элемента асимметричен (фиг. 9). Именно асимметричность микрорельефа является признаком, обеспечивающим решение одной из поставленных задач - обеспечение надежной защиты оптических защитных меток от подделки. Синтезированный описанным выше образом плоский оптический элемент обладает таким свойством, что при параллельном сдвиге прибора относительно любой оси формируемое изображение остается неизменным. Однако при повороте защитного элемента относительно устройства контроля на уголизображение меняется (фиг. 6), а именно все точки изображения смещаются на один и тот же уголпо сравнению с фиг. 4. Отметим, что угловые расстояния между яркими точками остаются без изменений. Таким образом, центральным моментом формирования контролируемых изображений является то,что последовательность угловых расстояний 1, 2, , n-1, n между яркими точками формируемого в изобретении изображения не зависит от поворота контролирующего прибора относительно защитной метки. В варианте, изображенном на фиг. 4, последовательность 1, 2, 3, 4 образует инвариантный признак, не зависящий от поворота прибора на контролируемой оптической защитной метке. В случае,когда изображение состоит из n кольцевых секторов, таким инвариантным признаком является последовательность угловых расстояний 1, 2, , n-1, n между кольцевыми секторами CLR изображения, отсчитываемая, например, против часовой стрелки. В варианте с двумя кольцами детекторов инвариантный признак формируется как из угловых расстояний на 1-й, так и на 2-й окружностях. Специальная структура CLR изображения, допускающая формирование инвариантного относительно поворота признака, - центральный момент настоящего изобретения, обеспечивающий автоматизированный контроль, не зависящий от поворота оптических защитных меток. Возможны несколько вариантов устройства автоматизированного контроля. В варианте с кольцом детекторов лазерный диод расположен перпендикулярно контролируемой оптической метке. В варианте с ПЗС матрицей лазерный диод располагается параллельно оптической за-4 018419 щитной метке. На фиг. 3 приведена оптическая схема устройства автоматизированного контроля подлинности голограмм (вариант использования ПЗС матрицы). Лазерный диод 1 освещает оптическую защитную метку 2, расположенную в плоскости 3 лазерным излучением 4, рассеянное излучение 5 формирует в фокальной плоскости 6 изображение, состоящее из ярких кольцевых секторов, призма 7 поворачивает излучение лазерного диода на 90. На фиг. 10 изображена блок-схема обработки сигналов: 10 - детекторы, 11 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), 12 - микроконтроллер, 13 - индикатор результата. Сигналы от детекторов 10 поступают в АЦП 11. Оцифрованные бинаризированные данные поступают в микроконтроллер 12. Микроконтроллер 12 решает следующие основные задачи: осуществляет интерфейс для задания эталонных последовательностей, формирует инвариантный признак контроля и осуществляет сравнение инвариантного признака с эталонными последовательностями. Формирование текущего инвариантного признака контроля. Микроконтроллер формирует инвариантный признак распознавания, который представляет собой угловые расстояния между яркими точками сформированного на окружности изображения в случае одного кольца детектора. В случае двух колец детектора микроконтроллер формирует две последовательности угловых расстояний между яркими точками сформированного изображения на каждой из окружностей. Интерфейс для задания эталонных значений инвариантного признака. С помощью этого интерфейса осуществляется первичная загрузка эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n,1, , n, 1, 2, , n-1 в случае одного кольца детекторов и 1, 2, , n-1, n,2, , n-1, n, 1, ,n, 1, 2, , n-1, l, 2, , k-1, k, 2, , k-1, k, 1, , k, 1, 2, k-1 в случае двух колец детекторов. Загрузка может быть осуществлена через сервисный разъем к портативному компьютеру. В другом варианте задание эталонных значений может осуществляться с помощью программатора. Заложенная информация об эталонном значении инвариантного признака, а также о программе обработки может быть защищена от несанкционированного доступа. Сравнение значения инвариантного признака с эталонным последовательностями. В процессе контроля инвариантный признак, формируемый микроконтроллером, сравнивается с эталонными последовательностями, хранящимися в памяти микроконтроллера. В варианте одного кольцевого детектора инвариантный признак подлинности представляет собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками изображения, формируемого контролируемой меткой. В процессе идентификации оптической защитной метки микроконтроллер, анализируя сформированное в фокальной плоскости изображение, последовательно сравнивает инвариантный признак с каждой из эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n,1, , n, 1, 2, , n-1. Если хотя бы одно сравнение дает положительный результат - оптическая защитная метка признается подлинной. В случае двух колец детекторов инвариантный признак подлинности представляет собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на обеих окружностях. В процессе идентификации оптической защитной метки микроконтроллер, анализируя сформированное в фокальной плоскости изображение, формирует последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на первой окружности и поочередно сравнивает с каждым из n заранее заданных эталонных последовательностей 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1. При совпадении хотя бы в одном из случаев проводят поочередное сравнение последовательности угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на второй окружности с k эталонными последовательностями l, 2, , k-1, k, 2, , k-1, k, 1, , k, 1, 2, k-1. Причем оптическую защитную метку признают подлинной в случае хотя бы одного совпадения на каждой из окружностей. Оптическая метка может состоять целиком из CLR изображения либо CLR изображение может составлять лишь часть оптической защитной метки. В обоих случаях контроль будет эффективным, если в процессе контроля прибор контроля пересечет область скрытого изображения. Формирование несимметричных относительно центра изображений в оптическом диапазоне представляет сложную проблему. Микрорельеф, формирующий подобные структуры, должен быть несимметричным, как это показано на фиг. 9 (справа). Точность расчета и изготовления таких микроструктур в оптическом диапазоне должна составлять 10-20 нм. В настоящее время существует технология, которая позволяет формировать микрорельеф для поставленной задачи с нужными точностями. Такой технологией является электронно-лучевая литография, которая позволяет решать задачи синтеза плоских оптических элементов, формирующих несимметричные изображения. Именно этот класс изображений и соответственно плоских оптических элементов и является предпочтительным для гарантии высокой защищенности предложенной технологии от подделки. Для массового тиражирования защитных элементов может быть использована стандартная технология массового тиражирования оптических защитных элементов. Элементы этой технологии (мультипликация, прокатка, нанесение клеевых покрытий и т.п.) позволяют поддерживать на всех ее этапах необходимую точность воспроизведения микрорельефа (A.V. Goncharsky, A.A. Goncharsky, Computer Optics Нижеприведенные примеры конкретного выполнения изобретения подтверждают возможность осуществления изобретения, не ограничивая его объем. Для демонстрации эффективности предложенного в патенте способа автоматизированного контроля и устройства автоматизированного контроля было изготовлено устройство автоматизированного контроля в портативном варианте согласно схеме (фиг. 1), где в качестве чувствительных элементов использовались 32 фотоэлемента, расположенных как кольцо детекторов. Аналоговый сигнал с детекторов преобразовывался АЦП в 16-разрядный цифровой поток, который по шине данных поступал в микроконтроллер. Тактовая частота считывания изображения с кольца детекторов составляла не менее 5 кГц. Эффективность патентуемого изобретения демонстрируется нижеследующими примерами. Пример 1. Оптическая метка целиком состояла из CLR изображения. Область скрытого изображения была изготовлена с помощью асимметричных микроструктур, так что при облучении его лазерным излучением в фокальной плоскости формировалось асимметричное изображение, состоящее из четырех кольцевых секторов (фиг. 4), расположенных на одном расстоянии от оси лазерного излучения. Угловые расстояния между кольцевыми секторами 1, 2, 3, 4 составили 19.2, 49.6, 34.5, 215.5, что определяет эталонную последовательность 19.2, 49.6, 34.5, 215.5, 49.6, 34.5, 215.5, 19.2, 34.5,215.5, 19.2, 49.6, 215.5, 19.2, 49.6, 34.5. В процессе идентификации устройство автоматизированного контроля формировало инвариантный признак, представляющий собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами сформированного оптической системой изображения,полученного от контролируемой оптической метки. В ходе тестов устройство однозначно идентифицировало оптическую защитную метку независимо от положения оптической метки и прибора контроля. Пример 2. Область скрытого CLR изображения на оптической защитной метке занимает около 20% (фиг. 11). Остальная область оптической защитной метки представляет собой голограмму, выполненную с помощью симметричных микроструктур (фиг. 9). Как в примере 1, скрытое изображение формирует в отраженном лазерном свете в фокальной плоскости изображение, состоящее из 3 кольцевых секторов на окружности с угловыми расстояниями 19.2, 49.6, 34.5, 215.5, что определяет эталонную последовательность 19.2, 49.6, 34.5, 215.5, 49.6, 34.5, 215.5, 19.2, 34.5, 215.5, 19.2, 49.6, 215.5,19.2, 49.6, 34.5. Идентификация оптической защитной метки проводилась как идентификация CLR изображения. Оптическая защитная метка признавалась подлинной, если контролируемые на ней фрагменты CLR изображения соответствуют эталонной последовательности 19.2, 49.6, 34.5, 215.5,49.6, 34.5, 215.5, 19.2, 34.5, 215.5, 19.2, 49.6, 215.5, 19.2, 49.6, 34.5. Высокая тактовая частота считывания и обработки изображений порядка 5 кГц позволяет осуществлять контроль фрагментов CLR изображения простым способом. Структура CLR изображения (фиг. 12) такова, что любое пересечение оптической защитной метки прибором контроля влечет за собой идентификацию одного или нескольких фрагментов CLR изображения. Высокая тактовая частота позволяет пересекать оптическую защитную метку по любой траектории со скоростью до 10 км/ч. Проведенные эксперименты показали, что такая скорость является более чем достаточной для автоматизированного контроля. Высокая защищенность голограммы от подделки связана с тем, что структура микрорельефа оптического защитного элемента является асимметричной. Точность изготовления такого микрорельефа должна составлять порядка 20 нм. Важнейшей проблемой для автоматизированного контроля является не только уверенное распознавание подлинных оптических защитных меток, но и такая же надежная идентификация любых оптических защитных меток как поддельных, если они не содержат фрагментов подлинного CLR изображения. Проведенные эксперименты показали высокую эффективность заявляемых способов и устройств автоматизированного контроля оптических защитных меток. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что защитные метки содержат фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом,который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из n кольцевых секторов или точек на окружности с центром на оси падающего лазерного излучения, с заданными угловыми расстояниями между секторами или точками 1, 2, , n-1, n, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, гдеi - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками, и на основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отраженном от защитной метки лазерном свете, для идентификации подлинности оптической защитной метки формируют инвариантный относительно поворота оптической защитной метки признак подлинности, представляющий собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на окружности, который сравнивают с каждой из n заранее заданных эталонных последовательностей угловых расстояний 1, 2, ,n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1, причем оптическую защитную метку признают подлинной при совпадении хотя бы в одном из случаев. 2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее лазерный диод, блок детектирования,расположенный в плоскости, параллельной плоскости защитной метки, включающий в себя один кольцевой детектор или ПЗС матрицу, электронный блок обработки сигналов детекторов, включающий в себя АЦП, интерфейс, задающий эталонные последовательности угловых расстояний 1, 2, , n-1, n,2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1, микроконтроллер, обеспечивающий возможность формирования инвариантного признака контроля, а также обеспечивающий возможность сравнения инвариантного признака с эталонными последовательностями и отображения результатов идентификации. 3. Способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что защитные метки содержат фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом,который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из кольцевых секторов или точек на двух концентрических окружностях с центром на оси падающего лазерного излучения, при этом на первой из окружностей расположено n кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами 1, 2, , n-1, n, а на второй окружности расположено k кольцевых секторов или точек с заданными угловыми расстояниями между секторами l, 2, , k-1, k, отсчитываемыми по или против часовой стрелки, где i - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками на первой окружности, а i - это угловое расстояние между i и i+1 кольцевыми секторами или точками на второй окружности, и на основе контроля сформированного на окружностях изображения,полученного в отраженном лазерном свете, для идентификации подлинности оптической защитной метки формируют инвариантный относительно поворота оптической защитной метки признак подлинности,представляющий собой последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на обеих окружностях, при этом последовательность угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на первой окружности поочередно сравнивают с каждым из n заранее заданных эталонных последовательностей угловых расстояний 1, 2, , n-1, n, 2, , n-1, n, 1, , n, 1, 2 n-1, и при совпадении хотя бы в одном из случаев проводят поочередное сравнение последовательности угловых расстояний между кольцевыми секторами или точками на второй окружности с k эталонными последовательностями l, 2, , k-1, k, 2, , k-1, k, 1, , k, 1, 2, k-1, причем оптическую защитную метку признают подлинной в случае хотя бы одного совпадения на каждой из окружностей. 4. Устройство для реализации способа по п.3, содержащее лазерный диод, блок детектирования,расположенный в плоскости, параллельной плоскости защитной метки, включающий в себя два кольцевых детектора или ПЗС матрицу, электронный блок обработки сигналов детекторов, включающий в себя АЦП, интерфейс, задающий эталонные последовательности угловых расстояний 1, 2, , n-1, n, 2 n-1, n, 1, , n, 1, 2, , n-1 и l, 2, , k-1, k, 2, , k-1, k, 1, , k, 1, 2, k-1, микроконтроллер, обеспечивающий возможность формирования инвариантного признака контроля, а также обеспечивающий возможность сравнения инвариантного признака с эталонными последовательностями и отображения результатов идентификации.
МПК / Метки
Метки: защиты, меток, защитных, осуществления, оптических, варианты, способ, устройство, идентификации
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-18419-sposob-zashhity-i-identifikacii-opticheskih-zashhitnyh-metok-varianty-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ защиты и идентификации оптических защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления</a>