способ защиты голограмм от подделки и устройство автоматического контроля подлинности голограммы

Формула изобретения

1. Способ защиты голограмм от подделки, при котором на регистрирующую среду с записанной на ней голограммой с видимым изображением методом наложения второй экспозиции записывают защитную голограмму со скрытым изображением и изображение точечного объекта, расположенного вне апертуры кодирующей маски для позиционирования защитной голограммы, восстанавливают скрытое изображение с защитной голограммы, регистрируют скрытое изображение матричным фотоприемником, обрабатывают полученный видеосигнал скрытого изображения в электронном блоке, а также восстанавливают с защитной голограммы изображение точечного объекта для позиционирования защитной голограммы, регистрируют изображение точечного объекта для позиционирования защитной голограммы фотоприемником контроля позиционирования и позиционируют защитную голограмму по максимальному электрическому сигналу с фотоприемника контроля позиционирования, отличающийся тем, что скрытое изображение формируют в виде двумерной матрицы из светлых оптических точек, задают в указанной матрице светлых оптических точек индивидуальный проверочный код для каждого типа защитной голограммы в заранее определенных узлах этой матрицы; кроме скрытого изображения на защитную голограмму записывают изображение точечного объекта в виде сходящейся сферической волны, которая при восстановлении формирует дополнительное незакодированное оптической маской изображение точечного объекта, вынесенного за пределы апертуры маски для позиционирования защитной голограммы; при записи защитной голограммы между скрытым изображением и голограммой с видимым изображением в канале объектного пучка устанавливают оптическую кодирующую маску; защитную голограмму со скрытым изображением предварительно записывают на регистрирующую среду с использованием в качестве источника света лазера с длиной волны, отличающейся не более чем на 10% от длины волны лазера, используемого в устройстве считывания голограммы, а затем копируют защитную голограмму контактным способом на пластинку с фоторезистом, на которую также записана голограмма с видимым изображением, с помощью лазера, длина волны которого соответствует зоне спектральной чувствительности данной пластинки с фоторезистом; при считывании скрытого изображения перемещают защитную голограмму до тех пор, пока используемое для контроля позиционирования голограммы восстановленное изображение точечного объекта, расположенного вне апертуры кодирующей маски, не попадет в точечное отверстие в микродиафрагме, и пока на выходе фотоприемника контроля позиционирования не зарегистрируют электрический сигнал с максимальной амплитудой, что определяет правильность позиционирования защитной голограммы; в процессе обработки в электронном блоке выбирают заранее заданные элементы, которые и содержат идентификационный код, сравнивают считанный таким образом код с эталоном, хранящимся в памяти, выводят в случае их совпадения на экран монитора изображение логотипа голограммы.

2. Способ защиты голограмм от подделки по п. 1, при котором в качестве оптической кодовой маски в канале объектного луча используют матрицу пирамидок, выдавленных на фазовой стеклянной пластинке для кодовой маски методом горячего прессования.

3. Способ защиты голограмм от подделки по п. 1, при котором в качестве оптической кодовой маски используют записанную на фотоэмульсию или на фоторезист спекл-структуру, возникающую при рассеянии лазерного излучения на матовом стекле, причем размеры спеклов на кодовой маске регулируют путем изменения диаметра лазерного луча на матовом стекле и изменения расстояния от матового стекла до фотопластинки при записи кодовой маски.

4. Устройство автоматического контроля подлинности защитной голограммы, включающее в себя последовательно установленные по ходу оптических лучей лазер с коллимирующим объективом, предназначенный для облучения защитной голограммы со скрытым изображением, матричный фотоприемник для преобразования восстановленного скрытого изображения в видеосигнал и фотоприемник контроля позиционирования защитной голограммы, а также блок электронной обработки, отличающееся тем, что блок электронной обработки выполнен с возможностью ввода видеосигнала, оцифровки видеосигнала, обработки оцифрованного видеосигнала, а также хранения эталонов, сравнения эталонов с обработанным оцифрованным видеосигналом и отображения результатов сравнения; между защитной голограммой и матричным фотоприемником установлена оптическая декодирующая маска для восстановления скрытого изображения; между защитной голограммой и фотоприемником контроля позиционирования установлена микродиафрагма.

5. Устройство по п. 4, в котором оптическая декодирующая маска выполнена в виде матрицы пирамидок, выдавленных на стеклянной пластинке методом горячего прессования.

6. Устройство по п. 4, в котором оптическая декодирующая маска выполнена в виде записанной на фотоэмульсию или на фоторезист спекл-структуры.

Описание изобретения к патенту

Область техники.

Изобретение относится к средствам защиты и контроля подлинности голограмм, предназначенных для маркирования и защиты от подделки товаров, продукции и изделий.

Уровень техники.

Проблема защиты голограмм от подделок возникла в первую очередь в связи с тем, что радужные голограммы широко используются как средство защиты документов и денежных купюр от подделки. На первых этапах предполагалось, что подделка радужной голограммы сама по себе является маловероятной и не может осуществляться без больших затрат. Однако развитие техники голографии привело к тому, что в настоящее время сотни небольших фирм вполне способны изготавливать практически любые голограммы. В связи с этим появилась необходимость защиты голограмм от подделки.

Были предложены различные варианты решения этой проблемы. В одном из первых вариантов было предложено совместно с радужной голограммой, видимой невооруженным глазом при освещении естественным светом, записывать еще одну голограмму, изображение с которой может быть считано только лазером (см., например [1]). Записанное таким образом изображение принято называть скрытым изображением. Практически это означает, что скрытое изображение дополнительной голограммы находится на достаточно большом расстоянии от плоскости голограммы и при освещении некогерентным светом оно смазывается из-за дисперсии и становится практически невидимым. Однако такое скрытое изображение легко восстанавливается лазерным лучом и поэтому не может обеспечить достаточную защиту от подделки, так как оно может быть скопировано и затем записано на новую голограмму.

В патенте [2] описано устройство, в котором дополнительная защитная голограмма записывается в виде тонкой (несколько десятков микрон) полоски, для формирования которой используется цилиндрическая оптика. Вследствие малых размеров такая голограмма трудно различима, а сложность изготовления цилиндрических линз делает затруднительным восстановление записанного изображения и соответственно изготовление подделок. Вместе с тем для восстановления изображения в этом случае необязательно иметь точно такие же цилиндрические линзы, как при изготовлении голограммы, что позволяет расшифровать голограмму, имея другой набор линз.

Были также предложены схемы изготовления защитных голограмм с использованием матового стекла в качестве пространственного модулятора волнового фронта с установкой его либо в канал опорного луча [3], либо в канал объектного луча [4, 5, 6]. Такие схемы обеспечивают высокую степень защищенности голограммы. Однако они требуют очень точного позиционирования голограммы при считывании (единицы микрон) для раскодирования изображения. Кроме того, для восстановления неискаженного скрытого изображения требуется декодирующая маска, которая должна быть точной копией матового стекла, использовавшегося при записи голограммы: изготовление таких копий является сложной проблемой.

Близким к предлагаемому устройству в части оптической схемы является устройство, описанное в патенте [7]. В этом устройстве в качестве кодовой маски используется растр микролинз. Устройство контроля подлинности голограммы содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллимирующий объектив, голограмму, фазовую маску (линзовый растр), Фурье-объектив и диффузный экран. Такое устройство допускает смещение голограммы относительно маски на расстояние

.

Здесь - допустимая величина сдвига голограммы, r - радиус кривизны микролинз в растре, n - коэффициент преломления материала линзового растра, d_e - размер скрытого изображения, f₀ - фокусное расстояние Фурье-объектива. Для случая практически реализуемых параметров элементов устройства допустимый сдвиг получается близким к 0.7 мм. Таким образом, использование микролинзового растра позволило снизить требования к точности установки голограммы при восстановлении изображения.

Недостатками указанного устройства являются: 1) перед каждой микролинзой растра при считывании с голограммы создается уменьшенное действительное изображение “скрытого объекта”, записанного на голограмму (или его части), которое может быть расшифровано с применением микроскопа, что для данного типа кодовой маски понижает степень защищенности голограммы; 2) проверка подлинности голограммы производится визуально, а не автоматически, что приводит к зависимости качества проверки от внимательности оператора, а также не позволяет производить дополнительную цифровую обработку считанной информации.

Наиболее близким к предлагаемым способу и устройству является описанное в патенте [8] способ и устройство для считывания информации с защитных голограмм, принятое в качестве прототипа. В этом устройстве на защитную голограмму записан штрих-код, действительное изображение которого восстанавливается на некотором (достаточно большом) расстоянии от поверхности голограммы и считывается фоточувствительной ПЗС-матрицей. Далее считанное изображение преобразуется в цифровой двоичный код, который вводится в компьютер для его цифровой обработки и сравнения с хранящимся в памяти эталоном. Таким образом, данное устройство обеспечивает автоматическую проверку подлинности голограммы. Дополнительной особенностью устройства является то, что защитная голограмма записывается совместно с дополнительной дифракционной решеткой (голограммой плоскопараллельной световой волны, распространяющейся под углом, отличным от угла распространения объектной волны, используемой для записи штрихкода), которая используется для точного позиционирования голограммы в устройстве считывания. С этой целью в устройстве считывания установлен дополнительный фотоприемник, на который попадает дифрагированный на решетке свет, так что выходной сигнал с фотоприемника достигает максимума, когда голограмма установлена в правильную позицию.

Недостатками данного устройства являются: 1) изображение штрихкода легко может быть считано с помощью лазерного луча - оно не закодировано оптически; 2) не используется возможность дополнительного кодирования цифровой последовательности, что снижает степень защищенности голограммы; 3) при дифракции лазерного луча на дифракционной решетке создается параллельный пучок света с диаметром, равным диаметру освещающего лазерного луча (или диаметру голограммы, если она меньше диаметра луча), поэтому точность установки голограммы сопоставима с диаметром лазерного луча и составляет несколько миллиметров, что недостаточно для использования этого метода для предварительной установки голограммы с закодированным оптически изображением.

Сущность изобретения.

Целью настоящего изобретения является повышение степени защищенности от подделки голограмм, используемых для маркировки изделий, а также других типов голограмм при одновременном сохранении простоты позиционирования голограммы в устройстве считывания закодированного изображения. Цель достигается путем наложения на голограмму с видимым изображением дополнительной защитной голограммы со скрытым изображением, которое не может быть считано без специальной оптической кодирующей-декодирующей маски. В отличие от ранее опубликованных методов защиты с помощью голограммы со скрытым изображением предлагается:

- использовать новый тип кодирующей-декодирующей маски, позволяющий снизить требования к точности позиционирования голограммы в устройстве контроля без снижения степени защищенности ее;

- защитную голограмму предлагается записывать лазером, имеющим длину волны, близкую к длине волны лазера, используемого в устройстве контроля, а затем копировать ее контактным способом с наложением на пластинку с фоторезистом, на которую записана голограмма с видимым изображением, что позволяет свести к минимуму искажения изображения, возникающие при отличии длин волн записывающего и считывающего лазеров;

- с целью повышения степени защищенности голограммы и автоматизации процесса контроля ее подлинности предлагается записывать в защитную голограмму изображение в виде двумерной (например, прямоугольной) матрицы из светлых оптических точек, содержащей индивидуальный проверочный цифровой код, значащие разряды которого располагаются в заранее выбранных узлах этой матрицы, и который затем считывается и проверяется по специальному алгоритму компьютером, соединенным с устройством контроля;

- с целью более точного процесса позиционирования голограммы при ее установке в считывающем устройстве предлагается вместе со скрытым изображением, закодированным оптически, записывать на защитную голограмму изображение точечного объекта, расположенного вне апертуры кодирующей маски, а при позиционировании голограммы в устройстве считывания совмещать восстановленное изображение точечного объекта с точечным отверстием в микродиафрагме, установленной перед фотоприемником контроля позиционирования, так чтобы электрический сигнал с этого фотоприемника достигал своего максимума; во втором варианте позиционирование контролируется визуально по совмещению восстановленного изображения точечного объекта с маркерным знаком (например, перекрестием) на матовом стекле, установленном вместо микродиафрагмы.

Описание изобретения и прилагаемых фигур.

Основные принципы, используемые для решения проблем, рассматриваемых в настоящем изобретении, иллюстрируются прилагаемыми фигурами.

На фиг.1 представлена схема записи оптической кодовой маски.

На фиг.2 представлена схема записи защитной голограммы.

На фиг.3 представлена структура изображения, записываемого на голограмму со скрытым изображением для устройства автоматического контроля подлинности голограммы.

На фиг.4 представлена схема устройства автоматического контроля с контролем позиционирования защитной голограммы по сигналу с выхода фотоприемника контроля позиционирования.

На фиг.5 представлена структура считанного изображения на входе матричного фотоприемника устройства считывания.

На фиг.6 представлена схема алгоритма обработки изображения в устройстве автоматического контроля.

На фиг.7 представлена схема устройства автоматического контроля с визуальным контролем позиционирования защитной голограммы.

Ниже приведено подробное описание предлагаемых решений поставленных проблем и принципов функционирования представленных на фигурах устройств.

Кодовая маска, используемая при записи защитной голограммы со скрытым изображением, должна таким образом преобразовать структуру предметного волнового фронта, чтобы невозможно было восстановить записанное на ней изображение без декодирующей маски. Ранее было показано, что этого можно достичь, используя в качестве фазовой маски матовое стекло. Однако при восстановлении изображения с такой голограммы возникают две серьезных проблемы: во-первых, необходимо обеспечить точность установки голограммы при считывании порядка единиц микрон, а во-вторых, для считывания необходимо использовать ту же маску, что и при записи, так как очень трудно изготовить точную копию такой маски.

В соответствии с этим одной из задач, решаемых в настоящем изобретении, является преодоление вышеуказанных трудностей. Для снижения требований к точности установки голограммы при ее считывании, а также для обеспечения возможности изготовления одинаковых кодовых масок в требуемом количестве предлагается в качестве кодовой маски использовать отбеленную фотопластинку с зарегистрированной спекл-структурой, образующейся при освещении матового стекла лучом лазера.

На фиг.1 показана схема записи кодовой маски, представляющей собой фотопластинку спекл-картины. Луч лазера 1 проходит через положительную линзу 2 и попадает затем на матовое стекло 3. Свет, рассеянный матовым стеклом, образует в пространстве спекл-структуру, которая регистрируется на фотопластинке 4. находящейся на расстоянии R от матового стекла. Распределение интенсивности света на фотопластине представляет собой случайную двумерную функцию с радиусом корреляции, равным размерам спеклов. После экспонирования фотопластинка проявляется и отбеливается. В результате оптическая толщина фотопластинки становится промодулированной в соответствии с распределением освещенности ее при экспонировании и она может быть использована, как фазовая маска со случайным распределением вносимого сдвига фазы по поверхности, причем радиус корреляции функции фазовой модуляции равен приблизительно среднему размеру спеклов.

При этом размеры спеклов d, регистрируемых на фотопластинке, приблизительно определяются формулой . Здесь - длина волны лазерного излучения, D - диаметр лазерного пятна на матовом стекле, а R - расстояние от матового стекла до фотопластинки.

Изменяя расстояние от линзы до матового стекла в пределах от 0 мм до фокусного расстояния линзы (F), можно изменить диаметр D светового пятна на матовом стекле от диаметра луча лазера (2-4 мм) до величины порядка 10 мкм. При R=20 cм размеры спеклов, таким образом, могут быть изменены от ~ 10 мкм до ~ 3 см. Размеры спеклов соответствуют радиусу корреляции случайной картины, записываемой на фотопластинку, т.е. в конечном счете, требуемой точности установки кодовой маски при восстановлении изображения. Так как глубина модуляции фазы такой маской не превышает нескольких длин волн, требуемая точность установки голограммы при считывании близка к размерам спеклов.

В схеме, показанной на фиг.1, может быть изготовлено необходимое количество копий кодовой маски. Для изготовления другой серии масок в случае необходимости достаточно сдвинуть матовое стекло на несколько миллиметров.

Достоинство данного типа оптической маски заключается в том, что, изменяя размеры спеклов на маске, можно регулировать требования к точности ее установки; кроме того, несложно изготовить серию идентичных масок для установки их в устройствах контроля, находящихся в разных пунктах контроля.

Второй вариант маски - фазовая стеклянная пластинка для кодовой маски с выдавленной на ней методом горячего прессования матрицей пирамидок с размерами порядка 1-2 мм. При достаточно малой высоте пирамидок вносимая ими глубина модуляции фазы проходящей световой волны может также составлять несколько длин волн и требуемая точность установки голограммы, как и в предыдущем случае, близка к размерам пирамидки.

Вторая проблема, решаемая настоящим изобретением, возникает в случае, когда запись голограммы и ее считывание производятся лазерами с отличающейся длиной волны. Известно, что и в обычных голограммах наблюдаются искажения изображения при восстановлении изображения излучением с длиной волны, отличающейся от той, которая была использована при записи. В случае голограмм, записанных с кодовой маской, эти искажения проявляются в еще большей степени, учитывая, что фазовые искажения, вносимые кодирующей маской, могут значительно изменяться при изменении длины волны света. В первом приближении можно считать, что показатель преломления материала фазовой маски не зависит от длины волны используемого света. Полагая допустимой остаточную ошибку фазового распределения после декодирующей маски = /10, при глубине фазовой модуляции, создаваемой маской, порядка длины волны, допустимое отличие длин волн при записи и при считывании голограммы не должно превышать 10%.

В устройстве для проверки подлинности голограммы целесообразно использовать полупроводниковый лазер, учитывая его малые габариты, низкую стоимость и высокую надежность. Наиболее распространенным типом таких лазеров являются лазеры с длиной волны 0.635-0.650 мкм. Соответственно защитную голограмму со скрытым изображением необходимо записывать лазером с длиной волны, близкой к указанным выше. Наиболее подходящим типом лазера в этом случае является He-Ne лазер с длиной волны 0,63 мкм.

Наиболее распространенный тип голограмм, нуждающихся в проверке, - что радужные голограммы, записываемые на фоторезисте, который нечувствителен к красному свету, и поэтому запись на него не может производиться гелий-неоновым лазером, а производится с помощью He-Cd лазера с длиной волны около 0.44 мкм. Вследствие значительного отличия длин волн при записи и при воспроизведении голограммы искажения волнового фронта оказываются настолько большими, что восстановить скрытое изображение красным полупроводниковым лазером не удается.

Для решения этой проблемы в настоящем изобретении предлагается записывать защитную голограмму со скрытым изображением с помощью He-Ne лазера, длина волны которого близка к длине волны полупроводниковых красных лазеров, на голографическую фотопластинку (например, типа ПФГ-01 или ПФГ-03), а затем контактным способом копировать ее на фоторезист с помощью He-Cd лазера. Предпочтительнее записывать первичную голограмму на фотопластинки ПФГ-03. которые имеют гораздо меньший уровень рассеяния света и соответственно создают меньше оптических шумов при копировании голограммы.

Полученная таким образом на фоторезисте голограмма сохраняет структуру голограммы, записанной с помощью He-Ne лазера, поэтому при считывании ее полупроводниковым лазером удается восстановить скрытое изображение.

Схема записи защитной голограммы He-Ne лазером представлена на фиг.2. Луч лазера 5 проходит сквозь затвор 6 и с помощью поворотного зеркала 7 направляется на светоделитель 8, с помощью которого луч расщепляется на два канала: канал опорного луча и канал объектного луча. Объектный луч расщепляется на два луча, один из которых используется для записи скрытого изображения, а второй - для записи на голограмму точечного объекта.

Зеркало 9 в канале объектного луча направляет первый луч на коллиматор 11, 12, 13, состоящий из софокусных линз 11 и 13 и микродиафрагмы 12. С помощью коллиматора производится увеличение диаметра лазерного луча до размеров, необходимых для освещения входного транспаранта, а с помощью микродиафрагмы - устранение рассеянного света, приводящего к паразитной пространственной модуляции распределения интенсивности света по апертуре транспаранта.

Далее объектный луч попадает на матовое стекло 14 и транспарант с входным изображением 15. Рассеяние света матовым стеклом исключает возможность создания теневого изображения транспаранта на кодовой маске, что уменьшило бы степень закодированности записанного скрытого изображения. Входное изображение представляет собой логотип для случая записи голограммы с последующим визуальным контролем подлинности или матрицу прозрачных и непрозрачных отверстий для случая автоматического контроля подлинности. Далее в канале объектного луча установлена кодовая маска 16 (один из вариантов, описанных выше), вносящая искажения в волновой фронт объектного луча, и фотопластинка 17, на которую производится запись защитной голограммы.

Созданный с помощью светоделителя 10 второй объектный луч зеркалом 18 направляется на линзу 19, в задней фокальной плоскости которой установлена микродиафрагма 20, а затем расходящийся из фокуса линзы пучок попадает на голограмму 17. Микродиафрагма, как и в первом объектном луче, используется для отфильтровывания рассеянного света.

В канале опорного луча установлено поворотное зеркало 21, затем коллиматор 22, 23, 24, выполняющий функции, аналогичные тем, которые выполняет коллиматор в канале объектного луча. Во время юстировки схемы записи выходной луч коллиматора отражается зеркалом 25 и на микродиафрагме 23 контролируется диаметр отраженного луча - он должен быть минимальным, что свидетельствует о том, что микродиафрагма 23 установлена в фокальной плоскости линзы 24 и опорный луч имеет плоский волновой фронт. Во время съемки голограммы зеркало 25 удаляется. После экспонирования и фотохимической обработки (проявление, фиксирование и отбеливание) голограмма устанавливается на свое место, канал объектного луча перекрывается непрозрачным экраном 26 и снова устанавливается зеркало 25. Если голограмма записана качественно, то в плоскости транспаранта появляется неискаженное изображение.

Далее производится копирование защитной голограммы светом He-Cd лазера на пластинку, покрытую слоем фоторезиста, на которую предварительно была записана голограмма с видимым изображением. При копировании фотопластинка с записанной на ней защитной голограммой устанавливается эмульсионной стороной к фоторезисту. Таким образом, защитная голограмма записывается на голограмму с видимым изображением методом наложения. После записи обеих голограмм производится проявление фоторезиста. Затем изготавливается металлическая матрица и производится тиражирование голограмм по известной традиционной технологии.

Структура скрытого изображения, записываемого на защитную голограмму для устройства автоматического контроля, показана на фиг.3. Изображение представляет собой матрицу N× N ячеек с 4-мя, расположенными по углам, реперами высокой яркости. Реперы находятся в вершинах образуемого ими прямоугольника, внутри которого находятся информативные "биты", (ячейки), представляющие собой круговые области, расположенные в узлах равномерной квадратной сетки с количеством узлов N× N.

С целью повышения надежности проверки подлинности голограммы вводится еще одна степень защиты, а именно цифровое кодирование информации во входном изображении. С этой целью из всего массива ячеек входной матрицы заранее выбираются номера ячеек, в которые записывается заранее заданный код. Обработка изображения в компьютере производится по специальному алгоритму, при котором выбираются ячейки, в которых должен быть записан идентификационный код, и проверяется соответствие считанной из этих ячеек информации заданному коду. При совпадении на экран монитора выводится изображение логотипа, при отсутствии совпадения - изображение не появляется, а выводится сообщение об ошибке.

Как уже отмечалось, для того чтобы упростить процедуру точной установки голограммы в устройство считывания на защитную голограмму записывается дополнительно незакодированное изображение точечного объекта.

Устройство автоматического контроля подлинности голограмм представлено на фиг.4. Коллимированный луч полупроводникового лазера 27 направляется на голограмму 28. Закодированное изображение, восстановленное с голограммы, проходит сквозь декодирующую маску 29 (это копия маски, использовавшейся при записи) и попадает на матричный фотоприемник 30. В результате корректировки декодирующей маской волнового фронта, восстановленного с голограммы, на входе матричного фотоприемника создается неискаженное изображение матрицы, записанной на защитную голограмму. Считанное изображение через интерфейс 31 вводится в компьютер 32 для последующей цифровой обработки.

Одновременно с восстановлением скрытого изображения восстанавливается изображение точки, которое смещается вместе с голограммой при ее перемещении. Голограмма позиционируется таким образом, чтобы восстановленное изображение точки оказалось в заранее рассчитанном месте, где находится отверстие микродиафрагмы 33, в результате чего на выходе фотодиода 34 появляется и достигает своего максимума фототок, что является свидетельством правильной установки защитной голограммы.

Считанное изображение представляет собой видеокадр с количеством пикселей, соответствующим разрешению фотоприемного устройства. Считанное изображение может быть искажено (наклонено или иметь трапецеидальные искажения, как показано на фиг.5) вследствие неточной установки фотоприемного устройства в процессе считывания изображения. Кроме того, вследствие некоторой зашумленности изображения, считанного с голограммы, яркость каждого пиксела отличается от той, которая должна быть при идеальном изображении.

Считанный видеосигнал, соответствующий яркости каждого пиксела изображения, преобразуется в 8-разрядный двоичный код, что соответствует изображению с 256 градациями серого, так что уровень сигнала может изменяться от 0 до 255.

Для восстановления изображения в виде двоичной матрицы используется алгоритм, укрупненная блок-схема которого приведена на фиг.6.

На первом шаге алгоритма выделяются на изображении четыре репера. которые необходимы для восстановления координат узлов информационной сетки. Для этого реализуется следующая процедура.

1) Определяется средняя яркость всего изображения I_cp., которая определяется как сумма видеосигналов от всех пикселей, деленная на общее количество пикселей.

2) Выбирается пороговая яркость Р_р =I_ср+k_p· (I_ср )^0,5· r· r, где k_p - априорпый коэффициент от 1 до 6, выбираемый эмпирически; r - размерность квадратной маски, соответствующая количеству пикселей, укладывающихся на стороне репера (зависит от характеристик считывающего устройства).

3) Проводится поиск размерных объектов и из них формируется множество М потенциальных реперов. Для этого формируется множество точек (координат пикселов) изображения, средняя яркость r-окрестности каждой из которых превышает значение порога Р_р (суммирование яркостей по скользящей квадратной маске размерностью r× r). Следующим шагом связываются ближайшие друг к другу точки из полученного множества отдельных пикселов. Связные точки формируют искомое множество М. Точки связываются в один объект, если расстояние от каждой точки до центра тяжести объекта не превышает значения k₀· r, где k₀ задается априорно. При присоединении очередной точки центр тяжести вычисляется с учетом координат последней точки (центр тяжести - среднее значение координат связанных точек с единичными весами).

4) Во множестве М находятся две пары объектов, расстояние между которыми максимальное. Это и есть искомые реперы с координатами Xr₁, Yr₁, Хr₂, Yr₂, Хr₃, Yr₄ , Хr₄, Yr₄. Далее вычисляются координаты угловых элементов информационной сетки X₀₁, Y ₀₁, Х₀₂, Y₀₂, Х₀₃, Y ₀₃, Х₀₄, Y₀₄

Здесь L - размер информационной сетки по горизонтали и по вертикали (для случая, когда сетка квадратная, и под размером понимается расстояние между центрами крайних узлов по горизонтали или по вертикали), а - расстояние по одной из координат от центра реперного узла до центра ближайшего информационного узла (см. фиг.3).

Затем вычисляются координаты (i, j) - узла сетки:

X_y =x₁+(x₂-x₁) j h;

Y_y=y₁+(y₂-y₁ ) j h;

где

y₁=Y₀₁+(Y₀₂ -Y₀₁) i h;

y₂=Y₀₄+(Y₀₃-Y₀₄ ) i h;

x₁=X₀₁+(X₀₄-X₀₁ ) i h;

x₂=X₀₂+(X₀₃-X₀₂ ) i h;

h=1/(N-1);

N - количество узлов по одному измерению квадратной сетки.

5) Следующим шагом является вычисление для каждого узла средней яркости I_у в ее m-окрестности. Величина m определяется по формуле

m=(Yr₂-Yr ₁)/((N-2) 2).

Средняя яркость есть среднее значение всех яркостей точек m-окрестности с единичными весами. Если I_y превышает пороговое значение яркости Р_y, задаваемое априорно, то соответствующему элементу информативной матрицы присваивается значение 1, в противном случае 0.

6) Полученная в результате работы алгоритма информативная матрица содержит код для извлечения соответствующего ему эталонного изображения из базы данных изображений (каждому эталонному изображению базы данных соответствует своя кодовая комбинация в матрице).

Процедура извлечения эталонного изображения производится следующим образом. Из информативной матрицы производится выборка элементов с заранее заданными номерами, из которых формируется двоичное слово. Полученное двоичное слово сравнивается с хранящимся в компьютере эталонным с помощью алгебраической операции "исключающее ИЛИ " (XOR). При совпадении слов выдается двоичный адрес, по которому из базы данных, хранящейся на CD-диске извлекается эталонное изображение (например, логотип), которое отображается на экране монитора компьютера. На этом процедура обработки изображения заканчивается.

На фиг.7 представлена схема устройства автоматического контроля подлинности голограмм с визуальным контролем позиционирования голограммы. По сравнению со схемой, представленной на фиг.4, микродиафрагма 33 и фотоприемник 34 заменены матовым стеклом с нанесенным на него реперным знаком (например, перекрестием), с которым должно быть совмещено изображение точки при позиционировании голограммы.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления защитных голограмм и устройство для их контроля могут быть использованы для повышения эффективности системы защиты от подделки голограмм. Изготавливаемые в соответствии с настоящим изобретением защитные голограммы и устройства для их контроля могут быть использованы также для защиты от подделки широкого круга изделий массового спроса.

Список литературы

1. John E. Wreede at al. Encoded hologram for producing a machine readable and a human readable image, Patent USA № 5499116 of Mar. 12, 1996.

2. Гальперн А.Д. Голографическое устройство для воспроизведения кодирующих элементов. Патент Российской Федерации №2110411 от 10.05.98 г.

3. Songcan Lai. Security holograms using an encoded reference wave. Optical Engineering, vol.35. № 9, September 1996.

4. Refregier P., Javidi B. Optical image encryption based on input plane and Fourier plane random encoding. Opt. Lett. - 1995. - V.20, N. - P.767-769.

5. Javidi В., Sergent A., Zhang G., Guibert L. Fault tolerance properties of a double phase encoding encryption technique. Opt. Eng. - 1997. - V.36, № 4. - Р.992-998.

6. Javidi В., Zhang G., Li J. Experimental demonstration of the random phase encoding technique for image encryption and security verification. Opt. Eng., 1996, V.35. № 9, р.2506-2512.

7. Бондарев Л.А., Куракин С.В., Курилович А.В., Одиноков С.Б., Смык А.Ф. Устройство для контроля подлинности голограмм, Патент Российской Федерации № 2103741 от 27.01.98 г.

8. David J. Pizzanelly, Holograms for security markings, Patent USA № 5623347 of Apr. 22, 1997 – прототип.