專利名稱：多波段偏振成像防偽元件辨識系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，對于使用偏振防偽技術制作的偏振測試片、隱形標貼等，能夠有效檢測出其中隱藏的信息，并且本系統的檢測方法使用方便、檢測結果直觀可靠，在防偽鑒別領域具有廣泛的應用前景。
背景技術：
為了保護物品，例如有價文件和紙張，以及消費品領域的備件、藥物、紡織品或者其他注冊商標產品免受仿制和偽造以及篡改，并且為了可以檢測這些物品的真偽，為它們配置了特定防偽元件。制造防偽元件需要一些特殊的物質和顏料，由于它們具有特定的光學特性，故不容易被仿制。公知的防偽元件有水印、結合在紙張中的防偽線、發光或磁性顆粒等，可以將防偽元件加入印刷油墨或者浮凸全息圖中，然后作為箔元件被施加在將受保護的物品表面或者物品的包裝上。
目前，辨識偏振材料制作的防偽元件的方法，主要是依靠在偏振光下顯現的顏色與在自然光或燈光下顯現的顏色不同來實現的，盡管比較直觀，但是其沒有充分利用隱藏圖案的光譜和偏振特性，不能準確精細地找出防偽元件中隱藏的信息。

發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，集成數據采集與處理、電機旋轉控制等多個硬件模塊，具有多波段、自動時空配準和實時性強等特點，滿足偏振防偽元件辨識的性能需求。技術方案一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，其特征在于包括濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統、鹵素燈和計算機；在待測防偽樣片的前后設有鹵素燈和濾光片轉輪，濾光片轉輪上設有多個偏振片；濾光片轉輪的后置為三個CCD相機，濾光片轉輪受控于電機系統；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理；濾光片轉輪轉一周后，計算機對圖像校正計算偏振參數并進行圖像配準，然后再發送信號給電機系統控制雙層濾光片轉輪的轉動；所述雙層濾光片轉輪上設有多個圓孔，每個圓孔內設置一個雙層濾光片，每個雙層濾光片只允許白光中的特定波段的光通過；所述三個CCD相機的前置的偏振片的偏振角度為0°、45°和90° ;三個C⑶相機、電機系統和計算機處理之間的循環運動關系為電機系統控制雙層濾光片轉輪轉1/6周時，觸發CCD相機成像，當雙層濾光片轉輪完成I周時，計算機進行圖像校正計算偏振參數；圖像校正結束存儲完成，計算機控制電機系統的電機重新使得轉雙層濾光片轉輪轉1/6周，啟動下一周期。所述雙層濾光片轉輪上設有六個用于安裝濾光片的圓孔，每個直徑約為25mm，其中，一個圓孔為空，四個圓孔分別安裝彼此不同波長的快軸與參考方向成0°的1/4 X波片，另一個圓孔安裝快軸與參考方向成90°的1/4X波片，且其帶寬必須覆蓋前面四個單一波片的波長。所述圖像校正計算偏振參數為偏振度DoLP和偏振方位角AoP，解算方法為
r n^lo2+II2+V2 . I , U BoLP = ^— AoP--tan其中1表示光波的總強度，且I = 1(0° ,0° )+1(90° ,0° )；Q表示水平方向上線偏振光的強度，且Q = 1(0° ,0° )-1(90° ,0° )；U表不45 ° 方向上線偏振光的強度，且U =21(45。，0。)-1(0°，0。)-1(90°，0。)；V 表示圓偏振光的強度，且 V = 21(45° ,90° )_1(0°，0° )-1(90° ,0° )。 有益效果本發明提出的一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，將偏振光源、波片、偏振片、CCD相機以及步進電機集成到一個系統中，實現了光機電一體化，并且采用多波段1/4 A波片和偏振相機，可以根據探測目的自定義選擇濾光波段進行防偽辨識，三CCD相機同時工作，具有結構緊湊、體積小、快速等優點，通過DSP精確控制電機轉動快速獲得圖像，且系統還具有圖像濾波、融合以及存儲等功能，因此可達到穩定可靠工作、節省人力和財力的目的。


圖I多波段偏振成像防偽辨識系統硬件結構圖；圖2多波段偏振成像防偽辨識系統工作流程圖；圖3轉輪1/4波片安裝示意4成像設備中光路傳播路徑及偏振多波段數據立方體示意圖；圖5偏振平行光源結構圖；圖6實施例圖像配準流程圖；圖7實施例圖像配準處理中所需標定板示意圖。
具體實施例方式現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述本發明的技術方案中，主要包括偏振光源模塊、多波段轉輪控制模塊(即電機控制模塊)，偏振相機組圖像采集模塊、圖像處理模塊等組成部分。本實施實例所采用的光源是四個鹵素燈，用四組平行光源和偏振片組成偏振光源，使用鹵素燈作為光源，在光源前放置線偏振片，偏振片后加透鏡，如圖5所示。每個線偏振片透光軸與參考方向的角度相等，光線在目標區域重合后，覆蓋面積不小于50 X 75mm,用來實現對待測防偽元件的偏振光照射。本實施實例所采用的計算機包括相機采集軟件，計算機型號是聯想啟天M7300，另夕卜，多路圖像傳輸裝置通常由PCI1394視頻采集卡構成，加載于主控計算機系統中。本實施實例的CCD相機采用維視MV-1300，轉輪的驅動電機leadshine-1. 8/4. OA步進電機，1/4 X波片采用波長為覆蓋可見光波段和其他5個波段。轉輪的控制單元為課題組開發的偏振多波段成像儀控制系統。
多波段轉輪控制模塊主要實現轉輪自身濾光片的設置以及電機對同軸轉輪旋轉的精確控制。在轉輪上共設計了六個用于安裝濾光片的圓孔，每個直徑約為25mm，其中，一個圓孔為空，一個圓孔安裝快軸與參考方向成90°的1/4X波片，且其帶寬必須覆蓋前面四個單一波片的波長，這樣設計便于Stokes參數計算，其余四個圓孔分別安裝彼此不同波長的快軸與參考方向成0°的1/4X波片，如圖3所示。多波段轉輪后緊接偏振相機，偏振相機組圖像采集模塊主要實現三路偏振圖像的采集和存儲。該模塊涉及到三個CCD相機和三個線偏振片等硬件，三個線偏振片分別以透射軸與參考方向成O。、45°、90°的角度固定在三個CCD相機鏡頭前面，采集的圖像由計算機顯示。本發明的軟件流程為圖像采集、圖像配準、偏振參數計算參見圖2，介紹轉輪控制和圖像采集 電路控制單元集成在DSP處理板上，是本系統的核心部件，其具體控制過程如下①電路控制單元中的電機控制模塊對電機進行初始化操作，通過同軸方式精確控制轉輪到正確位置，即轉輪孔與相機鏡頭完全結合；②由接近開關發送反饋信號給偏振相機圖像采集模塊，同時控制三路CXD相機，自動曝光進行成像，成像完畢后自動進行圖像的存儲；③發送反饋信號給電機控制模塊，控制電機帶動轉輪轉動60° ;④轉動完畢后，重復②，③直至預先設置的圈數，由接近開關做零點校正，發送反饋信號給電路控制單元，校正零點位置；⑤在④期間，若圖像數量滿足計算Stokes參數的要求，即可對存儲圖像進行讀取、幾何校正以及偏振參數的計算等操作。根據在計算偏振度過程中是否忽略圓偏振光強度V的影響，將偏振圖像的采集分為兩種情況(I)忽略V的影響此時只需考慮在自然光入射條件下偏振參數的計算。即只需通過空的圓孔得到三個偏振角度下的圖像就可以計算偏振參數；(2)考慮V的影響此時考慮在單色光入射條件下偏振參數的計算。即需要單一0° 1/4 X波片的圓孔依次在三個偏振角度下成像以及90° 1/4X波片在45°線偏振片下成像共四幅圖像才能計算出偏振參數。參見附圖6、7，主要介紹圖像配準的過程。首先將標定板放置于目標位置，且盡量與目標保持同一平面，由三個CXD相機獲取標定板圖像。然后提取三幅圖像的SIFT特征點，然后計算每個特征點的聯合描述子，接下來以其中一個相機的圖像為基準，運用雙向匹配法將其余兩幅圖像與基準圖像進行匹配，最后采用基于RANSAC算法和最小二乘法的參數估計方法求解變換模型參數，實現三幅圖像間的配準。介紹偏振參數計算在偏振成像技術應用領域中，一般采用Stokes矢量分析準單色平面波的偏振狀態，Stokes矢量可以描述為S = [IQUV]t。其中，I表示光波的總強度，Q表示水平方向上線偏振光的強度，U表不45°方向上線偏振光的強度。V表不圓偏振光的強度。在應用中，
V一般很小，在本系統中，當使用全色光計算偏振參數圖像時，忽略V的大小，當使用某一單波段光計算偏振參數圖像時，V不能忽略。假設線偏振片的透射軸方向與參考方向夾角為0，波片快軸方向與參考方向夾角為,則Stokes的強度公式為
權利要求
1.一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，其特征在于包括濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統、鹵素燈和計算機；在待測防偽樣片的前后設有鹵素燈和濾光片轉輪，濾光片轉輪上設有多個偏振片；濾光片轉輪的后置為三個CCD相機,濾光片轉輪受控于電機系統；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理；濾光片轉輪轉一周后，計算機對圖像校正計算偏振參數并進行圖像配準，然后再發送信號給電機系統控制雙層濾光片轉輪的轉動；所述雙層濾光片轉輪上設有多個圓孔，每個圓孔內設置一個雙層濾光片，每個雙層濾光片只允許白光中的特定波段的光通過；所述三個CCD相機的前置的偏振片的偏振角度為0°、45°和90° ;三個C⑶相機、電機系統和計算機處理之間的循環運動關系為電機系統控制雙層濾光片轉輪轉1/6周時，觸發CCD相機成像，當雙層濾光片轉輪完成I周時，計算機進行圖像校正計算偏振參數；圖像校正結束存儲完成，計算機控制電機系統的電機重新使得轉雙層濾光片轉輪轉1/6周，啟動下一周期。
2.根據權利要求I所述的多波段偏振成像防偽元件辨識系統，其特征在于所述雙層濾光片轉輪上設有六個用于安裝濾光片的圓孔，每個直徑約為25mm，其中，一個圓孔為空，四個圓孔分別安裝彼此不同波長的快軸與參考方向成0°的1/4λ波片，另一個圓孔安裝快軸與參考方向成90°的1/4λ波片，且其帶寬必須覆蓋前面四個單一波片的波長。
3.根據權利要求I所述的多波段偏振成像防偽元件辨識系統，其特征在于所述圖像校正計算偏振參數為偏振度DoLP和偏振方位角ΑοΡ，解算方法為
全文摘要
本發明涉及一種多波段偏振成像防偽元件辨識系統，其特征在于包括濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統、鹵素燈和計算機；在待測防偽樣片的前后設有鹵素燈和濾光片轉輪，濾光片轉輪上設有多個偏振片；濾光片轉輪的后置為三個CCD相機，濾光片轉輪受控于電機系統；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理。本發明將偏振光源、波片、偏振片、CCD相機以及步進電機集成到一個系統中，實現了光機電一體化，并且采用多波段1/4λ波片和偏振相機，根據探測目的自定義選擇濾光波段進行防偽辨識，三CCD相機同時工作，通過DSP精確控制電機轉動快速獲得圖像，且系統還具有圖像濾波、融合以及存儲等功能，因此可達到穩定可靠工作、節省人力和財力的目的。
文檔編號G02B7/00GK102759441SQ20121025236
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者張清勇, 楊勁翔, 趙永強 申請人:西北工業大學