Abstract
Automatic inspection of security hologram (SH) identity is highly demanded issue due high distributioon of SH worldwide to protect documents such as passports, driving licenses, banknotes etc. While most of the known approachhes use inspection of SH design features none of these approaches inspect the features of its surface relief that is a direct contributioon to original master matrix used for these holograms production. In our previous works we represented the device that was deveeloped to provide SH identification by processing of coherent responses of its surface elements. Most of the algorithms used in thiss device are based on application of correlation pattern recognition methods. The main issue of the present article is a descriptioon of these methods application specificities.
© 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license © 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.
(Peerhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-review under responsibility of the National ). Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering PPhysics Institute). Peer-review under responsibility of the National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute) Keywords: security holograms; automatic identification; optical-electronic scanner; distortion invariant pattern recognition..
Application of special holographic marks, also known as security holograms (SH) or opticaal variable devices (OVD), is one of the widespread methods to provide high level of security of valuable papers and documents in Russian Federation and worldwide. High distribution of SH is supported by its application to secure such a documents as ID cards, passports, driving licenses, credit cards, and banknotes etc. This stattement raises high interests in development of automatic devices of identity control of SH.
High production difficulty of master-matrix, that is used for stamping the SH complex diffractive surface structures, causes the holograms produced by this matrix to be highly unique elements. Thus the operative verification whether the chosen SH were produced by its original master-matrix or not can be very important procedure for counterstand the falsification of SH. One of the methods to provide such a procedure can be based on observation of SH diffractive structure local specificities.
In our previous publications we introduced the Optical-Electronic Scanner (OES) that was developed for automatic inspection of local SH specificities by numeric analysis of coherent diffraction responses of small surface elements [Zlokazov et. al. (2013), Zlokazov et.al. (2014)]. Capturing the diffracted light intensity by matrix photodetector and comparing the captured image responses with the same sample of the same local element of template SH in different points allows to obtain originality of the hologram under investigation. Specific problem of this approach is the requirement of precise positioning of control laser beam head to provide image matching with low error rate. Two ways were realized to decrease the affect of positioning error: 1) realisation of control head positioning in connection to SH global design and 2) application of the knowledge about possible distortions and variability in template image data that will be used in digital processing of surface diffraction responses captured by coherent control system of OES. In first case the aiming channel were developed to recognise SH design images and to provide the shift of optical head in front of the desired element of SH. In second case, using coherent control channel, we gathered data from different training examples of template SH with different shift error of optical head positioning. In both cases application of image processing methods based on invariant pattern recognition algorithms allowed to realize the SH identity procedure in OES with high precision.
2. Image recognition using distortion invariant correlation methods
Correlation pattern recognition (CPR) is widely used technique in digital image processing. In the basis of these methods lies the calculation and analysis of correlation dependence between input data and template object functions. Advantage of CPR methods application is high precision in positioning of target object on image field and possibility of stable target recognition in presence of distortions due to application of distortion-invariant composite correlation filters (CCF) [Kumar (1992)]. CCF is a digitally synthesized two-dimensional data massive which elements can be complex or real values. The CCF calculation algorithms imply the application of training images set which represent the template object under different distortions determined a priori. One of the most investigated and efficiently applied CCF are filters with optimization of output correlation field parameters which are mathematically efficient and showed promising recognition capabilities of objects represented by grayscale images [Zlokazov et.al. (2012)].
Figure 1 represents the input image correlation recognition algorithm using CCF. Training immages captured by data acquisition system during the preliminary adjustment process of OES image recognition unnit are subjected to
preprocessing in order to suppress the undesired noises and emphasize the characteristic features of template object in different possible variations of representation. Further the preprocessed training images are senntt to CCF synthesis unit that stores the synthesized CCF in OES memory. Also the process of threshold determinatiion (not shown on figure 1) is required for each synthesized CCF on the preliminary adjustment step. This proocess includes the statistical investigation of CCF response on input images of true and false target objects under ddifferent variations determined a priori. The same image-preprocessing unit must be used for processing of input imagges during the OES performance in operational regime. The acquired and preprocessed input images are sent to corrrelation processing unit “xcorr”. The output distribution of correlation function amplitude is subjected to thresholdding operation that searches peaks and compares its values with threshold value calculated on preliminary adjustmennt step. If the value of correlation peak exceeds threshold value the decision is “true” and input object is classified aas target object. If correlation peak value is less than threshold value the input object is classified as false.
3. Aiming Channel
Most of the real SH’s that used in our researches during OES development have deviatioon of optical head position relative to secured document body content such as printed text, images, and other securrity elements. Thus the positioning of control head in front of the hologram element to be investigated must be made inndependently from position of document “non holographic” elements. For this case an aiming channel was moundded to provide the recognition of SH design images.
Figure 2 represents the optical scheme of aiming channel. Several LED-sources were used ttoo eliminate the SH surface in order to reconstruct the encrypted images and project these images on array of photoo-detectors (PDA). Providing a document scan by aiming channel head allows to achieve the SH design images froom several angular positions light sources. Merging of all the achieved images allowed the detailed visualizatioon the SH design elements. Nevertheless the reference elements of SH design that was chosen to provide thee mapping control appeared roughly imaged in most cases (see figure 2(b)).
Application of correlation pattern recognition methods gave the decision of chosen SHH design reference elements rough images recognition problem. We used computer models of reference elements subbjected to distortion similar to those, which were observed during the capturing and merging of different template exaamples. Developed
4. Coherent control channel
The local structure of SH is represented by diffraction grating patterns with sizes from 2 too 200um, periods in the range from 0.4 to 2.0um and different orientations. Illumination of such a patterns by coheerent light provides appearance of characteristic diffraction peaks in scattered light intensity distribution that can be captured by matrix photo-detector. Elements with different set of gratings will produce diffraction images witth different spatial distribution of diffraction peaks. To capture such an images an optical scheme represented on figuure 3 can be used in coherent control head construction.
The scheme uses laser module contained by four laser diodes: blue, green, red, and infraarred. Flexible fiberoptical light guides were used to deliver an illumination from all the lasers to optical head. TThe opened ends of optical fibers were mounted on visualising disc such that to provide the normal illumination of SSH surface. Such a construction allowed to visualise a 1st diffraction orders on a top surface of visualizer and captture of these bright points by photo detector array (PDA) while DC order was reflected back to visualizer and attenuuated by fiber ends mounting. The collimating objective refracts the emitted laser light such that the +/- 1st diffracction orders appear focused on lower surface of visualizer.
As the sizes of SH surface grating patterns are less than precision of optical head positioniing error, two ways of solving this problem were developed. The first one was the size of the laser spot on SH surfaacce was set up to be about 0.5mm and the second one was the application of CCF implementation concept in trainning of the control channel image recognition algorithms [Kumar (1992)]. For every chosen cell of SH surface with tthe size 0.5x0.5mm the set of training images was contained by the diffraction images of cell itself also the imagess of neighbour cells were added. This allowed to compensate the la
บทคัดย่อการตรวจสอบโดยอัตโนมัติโฮโลแกรมการรักษาความปลอดภัย (SH) ตัวตนที่เป็นที่ต้องการอย่างมากเนื่องจากปัญหา distributioon สูงของ SH ทั่วโลกเพื่อป้องกันเอกสารเช่นพาสปอร์ต, ใบอนุญาตขับรถธนบัตร ฯลฯ ในขณะที่ส่วนใหญ่ของ approachhes ที่รู้จักกันในการตรวจสอบการใช้งานของการออกแบบ SH มีไม่มีวิธีการเหล่านี้ตรวจสอบ คุณสมบัติของการบรรเทาผิวที่เป็น contributioon โดยตรงกับเมทริกซ์ต้นแบบเดิมที่ใช้สำหรับการผลิตเหล่านี้โฮโลแกรม
ในผลงานก่อนหน้านี้ของเราที่เราเป็นตัวแทนของอุปกรณ์ที่ได้รับการ deveeloped เพื่อให้การระบุ SH โดยการประมวลผลของการตอบสนองที่สอดคล้องกันขององค์ประกอบพื้นผิวของมัน ส่วนใหญ่ของขั้นตอนวิธีที่ใช้ในอุปกรณ์ thiss จะขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้รูปแบบความสัมพันธ์วิธีการรับรู้ ปัญหาหลักของบทความปัจจุบันเป็น descriptioon วิธีการเหล่านี้ไม่เฉพาะเจาะจงโปรแกรม.
© 2015 ผู้เขียน จัดทำโดย Elsevier BV นี่คือบทความที่เปิดภายใต้ใบอนุญาต CC BY-NC-ND © 2015 ผู้เขียน จัดทำโดย Elsevier BV
(Peerhttp: //creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-review ภายใต้ความรับผิดชอบแห่งชาติ) มหาวิทยาลัยวิจัยนิวเคลียร์ MEPhI (มอสโกวิศวกรรม PPhysics สถาบัน) ทบทวนภายใต้ความรับผิดชอบของมหาวิทยาลัยวิจัยแห่งชาตินิวเคลียร์ MEPhI (มอสโกสถาบันฟิสิกส์วิศวกรรม) คำสำคัญ: โฮโลแกรมการรักษาความปลอดภัย ระบุอัตโนมัติ; สแกนเนอร์แสงอิเล็กทรอนิกส์ การบิดเบือนการจดจำรูปแบบคงที่ .. การประยุกต์ใช้โฮโลแกรมเครื่องหมายพิเศษที่เรียกกันว่าการรักษาความปลอดภัยโฮโลแกรม (SH) หรืออุปกรณ์ตัวแปร opticaal (OVD) เป็นหนึ่งในวิธีที่แพร่หลายเพื่อให้ระดับสูงของการรักษาความปลอดภัยของเอกสารที่มีคุณค่าและเอกสารในรัสเซียและทั่วโลก . การกระจายสูง SH ได้รับการสนับสนุนโดยการประยุกต์ใช้ในการรักษาความปลอดภัยของเอกสารเช่นบัตรประจำตัวประชาชน, พาสปอร์ต, ใบอนุญาตขับรถ, บัตรเครดิตและธนบัตร ฯลฯ stattement นี้ทำให้เกิดความสนใจสูงในการพัฒนาอุปกรณ์อัตโนมัติของการควบคุมตัวตนของ SH. ความยากลำบากในการผลิตสูง ต้นแบบเมทริกซ์ที่ใช้สำหรับการปั๊มโครงสร้างพื้นผิวที่ซับซ้อน SH diffractive ทำให้โฮโลแกรมที่ผลิตโดยเมทริกซ์นี้จะเป็นองค์ประกอบที่ไม่ซ้ำสูง ดังนั้นการตรวจสอบการดำเนินงานไม่ว่าจะเป็น SH เลือกที่ผลิตโดยเดิมต้นแบบเมทริกซ์หรือไม่สามารถเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากสำหรับการทำผิดของ counterstand SH หนึ่งในวิธีการที่จะให้ขั้นตอนดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับการสังเกตของโครงสร้าง diffractive SH จำเพาะท้องถิ่น. ในสิ่งพิมพ์ก่อนหน้านี้เราได้เปิดตัวเครื่องสแกนเนอร์ออฟติคอลอิเล็กทรอนิกส์ (OES) ที่ได้รับการพัฒนาสำหรับการตรวจสอบโดยอัตโนมัติจำเพาะ SH ท้องถิ่นโดยการวิเคราะห์ตัวเลขของการเชื่อมโยงกัน การตอบสนองต่อการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบพื้นผิวขนาดเล็ก [Zlokazov et อัล (2013) Zlokazov et.al. (2014)] จับความเข้มของแสงกระจายได้โดย photodetector เมทริกซ์และเปรียบเทียบการตอบสนองภาพที่จับกับตัวอย่างเดียวกันขององค์ประกอบในท้องถิ่นเดียวกันของแม่แบบ SH ในจุดที่แตกต่างกันจะช่วยให้ได้รับการริเริ่มของโฮโลแกรมภายใต้การตรวจสอบ ปัญหาของวิธีนี้คือความต้องการของการวางตำแหน่งที่แม่นยำของการควบคุมหัวลำแสงเลเซอร์ที่จะให้จับคู่ภาพที่มีอัตราความผิดพลาดต่ำ สองวิธีได้ตระหนักถึงการลดลงส่งผลกระทบต่อความผิดพลาดของการวางตำแหน่ง 1) ก่อให้เกิดการวางตำแหน่งหัวในการควบคุมการเชื่อมต่อกับ SH ออกแบบระดับโลกและ 2) การประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับการบิดเบือนที่เป็นไปได้และความแปรปรวนในแม่แบบข้อมูลภาพที่จะนำมาใช้ในการประมวลผลดิจิตอลของพื้นผิว การตอบสนองต่อการเลี้ยวเบนจับโดยระบบการควบคุมการเชื่อมโยงกันของ OES ในกรณีแรกที่ช่องเล็งได้รับการพัฒนาในการรับรู้ภาพการออกแบบ SH และเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงของหัวแสงในด้านหน้าขององค์ประกอบที่ต้องการของ SH ในกรณีที่สองโดยใช้ช่องทางควบคุมกันเรารวบรวมข้อมูลจากตัวอย่างการฝึกอบรมที่แตกต่างกันของแม่แบบ SH ด้วยความผิดพลาดการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันของการวางตำแหน่งหัวออปติคอล ทั้งในกรณีของการประยุกต์ใช้วิธีการประมวลผลภาพขึ้นอยู่กับรูปแบบขั้นตอนวิธีการรับรู้คงได้รับอนุญาตให้ตระหนักถึงขั้นตอนในตัวตน SH OES มีความแม่นยำสูง. 2 การรับรู้ภาพโดยใช้วิธีการบิดเบือนความสัมพันธ์คงจดจำรูปแบบความสัมพันธ์ (CPR) ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคนิคการประมวลผลภาพดิจิตอล ในพื้นฐานของวิธีการเหล่านี้อยู่ในการคำนวณและการวิเคราะห์ของการพึ่งพาอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างการป้อนข้อมูลและแม่แบบของฟังก์ชั่นวัตถุ ข้อได้เปรียบของการประยุกต์ใช้วิธีการทำ CPR ความแม่นยำสูงในการวางตำแหน่งของวัตถุเป้าหมายบนสนามของภาพและความเป็นไปได้ของการรับรู้เป้าหมายมีเสถียรภาพในการปรากฏตัวของการบิดเบือนจากการใช้ของผิดเพี้ยนคงกรองสัมพันธ์คอมโพสิต (CCF) [มาร์ (1992)] CCF เป็นสังเคราะห์ข้อมูลดิจิทัลสองมิติขนาดใหญ่ซึ่งองค์ประกอบที่สามารถเป็นค่าที่ซับซ้อนหรือจริง ขั้นตอนวิธีการคำนวณ CCF บ่งบอกถึงการประยุกต์ใช้ภาพการฝึกอบรมที่กำหนดซึ่งเป็นตัวแทนของวัตถุแม่แบบที่แตกต่างกันภายใต้การบิดเบือนการพิจารณาเบื้องต้น หนึ่งในการตรวจสอบมากที่สุดและนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพ CCF ตัวกรองด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์ด้านการส่งออกที่มีความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพและมีแนวโน้มที่แสดงให้เห็นความสามารถในการรับรู้ของวัตถุที่แสดงโดยภาพระดับสีเทา [Zlokazov et.al. (2012)]. รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงภาพที่นำเข้าขั้นตอนวิธีการรับรู้โดยใช้ความสัมพันธ์ CCF การฝึกอบรม immages จับโดยระบบเก็บข้อมูลในระหว่างขั้นตอนการปรับเบื้องต้นของการรับรู้ภาพ OES unnit จะถูกประมวลผลเบื้องต้นในการสั่งซื้อเพื่อให้การปราบปรามเสียงที่ไม่พึงประสงค์และเน้นคุณสมบัติลักษณะของแม่แบบของวัตถุที่อยู่ในรูปแบบที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันของการเป็นตัวแทน นอกจากภาพการฝึกอบรมจะ preprocessed senntt เพื่อ CCF หน่วยสังเคราะห์ที่เก็บ CCF สังเคราะห์ในหน่วยความจำ OES นอกจากนี้กระบวนการของ determinatiion เกณฑ์ (ไม่แสดงในรูปที่ 1) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแต่ละ CCF สังเคราะห์ในขั้นตอนการปรับเบื้องต้น proocess ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบสถิติของการตอบสนอง CCF ภาพการป้อนข้อมูลของวัตถุเป้าหมายจริงและเท็จภายใต้รูปแบบ ddifferent กำหนดเบื้องต้น หน่วยประมวลผลเบื้องต้นภาพเดียวกันจะต้องใช้สำหรับการประมวลผลของ imagges ป้อนข้อมูลในระหว่างการดำเนินงาน OES ในระบอบการปกครองในการดำเนินงาน ที่ได้มาและ preprocessed ภาพการป้อนข้อมูลที่ถูกส่งไปยังหน่วยประมวลผล corrrelation "xcorr" การกระจายการส่งออกของฟังก์ชั่นความกว้างความสัมพันธ์อยู่ภายใต้การดำเนิน thresholdding ที่ค้นหายอดและเปรียบเทียบค่ากับค่าเกณฑ์คำนวณในขั้นตอนที่ adjustmennt เบื้องต้น หากค่าสูงสุดของความสัมพันธ์เกินกว่าค่าเกณฑ์การตัดสินใจเป็น "จริง" และป้อนข้อมูลวัตถุจัดอยู่ในประเภทวัตถุเป้าหมาย AAS หากค่าสูงสุดสัมพันธ์น้อยกว่าค่าเกณฑ์วัตถุที่นำเข้าจัดเป็นเท็จ. 3 เล็งช่องส่วนใหญ่ของจริง SH ที่ใช้ในงานวิจัยของเราในระหว่างการพัฒนา OES ได้ deviatioon ตำแหน่งหัวของแสงเมื่อเทียบกับการรักษาความปลอดภัยของร่างกายเอกสารเนื้อหาเช่นข้อความที่พิมพ์ภาพและองค์ประกอบอื่น ๆ securrity ดังนั้นการวางตำแหน่งของหัวควบคุมในด้านหน้าขององค์ประกอบโฮโลแกรมที่จะตรวจสอบจะต้องทำ inndependently จากตำแหน่งของเอกสาร "โฮโลแกรมที่ไม่ใช่" องค์ประกอบ สำหรับกรณีนี้เป็นช่องทางที่ถูกเล็ง moundded เพื่อให้การรับรู้ของการออกแบบภาพ SH ได้. รูปที่ 2 แสดงให้เห็นถึงรูปแบบของแสงเล็งช่อง หลายแหล่งที่มา LED ถูกนำมาใช้ ttoo ขจัดผิว SH เพื่อที่จะสร้างภาพที่มีการเข้ารหัสและการฉายภาพเหล่านี้บนอาร์เรย์ของ photoo เครื่องตรวจจับ (พีดีเอ) ให้สแกนเอกสารโดยเล็งหัวช่องทางช่วยให้ประสบความสำเร็จในการออกแบบภาพ SH Froom หลายตำแหน่งเชิงมุมแหล่งกำเนิดแสง รวมของทุกภาพที่ประสบความสำเร็จที่ได้รับอนุญาตรายละเอียด visualizatioon องค์ประกอบของการออกแบบ SH แต่องค์ประกอบของการออกแบบอ้างอิง SH ที่ได้รับการคัดเลือกเพื่อให้ท่านควบคุมการทำแผนที่ปรากฏถ่ายภาพประมาณในกรณีส่วนใหญ่ (ดูรูปที่ 2 (ข)). การประยุกต์ใช้วิธีการจดจำรูปแบบความสัมพันธ์ให้การตัดสินใจของการออกแบบที่ได้รับการแต่งตั้ง SHH อ้างอิงองค์ประกอบภาพหยาบปัญหาการรับรู้ เราใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ขององค์ประกอบอ้างอิง subbjected การบิดเบือนคล้ายกับผู้ที่ถูกตั้งข้อสังเกตในระหว่างการจับและการรวมแม่แบบที่แตกต่างกัน exaamples การพัฒนา4 ช่องทางที่สอดคล้องกันควบคุมโครงสร้างของท้องถิ่น SH เป็นตัวแทนจากรูปแบบการเลี้ยวเบนตะแกรงที่มีขนาดตั้งแต่ 2 เกินไป 200um ระยะเวลาในช่วงตั้งแต่ 0.4 ถึง 2.0um และทิศทางที่แตกต่างกัน ความสว่างของรูปแบบดังกล่าวด้วยแสง coheerent มีการปรากฏตัวของยอดการเลี้ยวเบนลักษณะในการกระจายความเข้มของแสงกระจายที่สามารถจับโดยเมทริกซ์ภาพเครื่องตรวจจับ องค์ประกอบที่แตกต่างกันกับชุดของตะแกรงจะผลิตภาพการเลี้ยวเบน witth กระจายเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันของยอดเขาเลี้ยวเบน ในการจับภาพดังกล่าวเป็นโครงการแสงแสดงบน figuure 3 สามารถนำมาใช้ในการก่อสร้างหัวควบคุมที่สอดคล้องกัน. รูปแบบที่ใช้โมดูลเลเซอร์ที่มีอยู่โดยสี่เลเซอร์ไดโอด: สีฟ้า, สีเขียว, สีแดง, และ infraarred มีความยืดหยุ่นคู่มือแสง fiberoptical ถูกนำมาใช้ในการส่งมอบการส่องสว่างจากเลเซอร์ทั้งหมดที่ศีรษะออปติคอล TThe เปิดปลายของเส้นใยแสงถูกติดตั้งอยู่บนแผ่นภาพดังกล่าวว่าเพื่อให้การส่องสว่างของพื้นผิวปกติ SSH การก่อสร้างดังกล่าวได้รับอนุญาตให้เห็นภาพการสั่งซื้อเลนส์ 1 บนพื้นผิวด้านบนของ Visualizer และ captture ของจุดสว่างเหล่านี้โดยการตรวจจับภาพอาร์เรย์ (PDA) ในขณะที่ซีเพื่อสะท้อนกลับไป Visualizer และ attenuuated โดยเส้นใยจบการติดตั้ง วัตถุประสงค์ collimating หักเหแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาเช่นที่คำสั่งซื้อ diffracction +/- 1 ปรากฏบนพื้นผิวที่มุ่งเน้นการลดลงของ Visualizer. ในฐานะที่เป็นขนาดของรูปแบบตะแกรง SH พื้นผิวที่มีความแม่นยำน้อยกว่าของหัวแสง positioniing ข้อผิดพลาดสองวิธีในการแก้ปัญหานี้ได้ พัฒนา คนแรกที่ถูกขนาดของจุดเลเซอร์บน SH surfaacce ถูกจัดตั้งขึ้นเพื่อจะประมาณ 0.5 มมและคนที่สองคือการประยุกต์ใช้แนวคิดการดำเนินงาน CCF ในการฝึกอบรมของช่องการควบคุมภาพขั้นตอนวิธีการรับรู้ [มาร์ (1992)] สำหรับทุกเซลล์ได้รับการแต่งตั้งของพื้นผิวด้วย SH 0.5x0.5mm ขนาด Tthe ชุดของภาพการฝึกอบรมได้รับโดยมีภาพการเลี้ยวเบนของมือถือตัวเองยัง imagess ของเซลล์เพื่อนบ้านที่ถูกเพิ่ม นี้ได้รับอนุญาตเพื่อชดเชยลา
การแปล กรุณารอสักครู่..
