Способ защиты ценных документов от подделки

 

Способ защиты ценных документов от подделки заключается в нанесении на поверхность или имплантировании в объем материала контрастного вещества, образующего элемент защиты документа, представляющего собой метку, состоящую из кодирующих линий, штрихов или точек. Местоположение линий, штрихов или точек наносимой метки, ее размеры и количество наносимого контрастного вещества задают посредством кода, преобразуемого в волновой сигнал с базой B = 2TΔF, где В - база сигнала, Т - длительность сигнала, ΔF - полоса частоты сигнала, причем база сигнала находится в диапазоне 10⁴-10⁸ и более. Технический результат связан с возможностью использования сложных кодов, позволяющих наносить метку сверхмалым количеством контрастного вещества, так что изменить содержание вещества в отдельных элементах метки с необходимой для воспроизведения точностью становится невозможным. 2 з.п.ф-лы, 9 ил., 2 табл.

Изобретение относится к средствам защиты ценных бумаг, таких, например, как документы, денежные банкноты и др.

Известен способ защиты документов от подделки, заключающийся в просвечивании ценных бумаг или документов световым лучом, регистрации значений физических параметров прошедшего излучения, промодулированного по интенсивности внутренней текстурой бумаги и формировании по результатам регистрации метки, наносимой на поверхность ценных бумаг или документов, при этом наносимую метку формируют в виде штрихового кода в соответствии с полученным цифровым кодом текстуры бумаги (пат. RU N 2043201 С1, кл. В 44 F 1/12, от 10.05.93).

Недостатками указанного способа является высокая себестоимость и низкая технологичность процесса кодирования, связанные с необходимостью сканирования каждой отдельной ценной бумаги и нанесением в закодированном виде метки, содержащей информацию об электронном образе данного документа.

Задачей предложенного изобретения является снижение себестоимости и повышение технологичности процесса нанесения защитного кода без существенного ухудшения надежности защиты. Поставленная задача решается предлагаемым способом защиты документов от подделки, заключающемся в нанесении в процессе изготовления документа на его поверхность или имплантировании в объем материала контрастного вещества, образующего элемент защиты документа, представляющего собой метку, состоящую из кодирующих линий, штрихов или точек, размеры которых, местоположение и количество наносимого контрастного вещества задают посредством кода, преобразуемого при считывании в волновой сигнал с базой B = 2TΔF, = где B - база сигнала, T - длительность сигнала, ΔF - полоса частоты сигнала, причем база сигнала находится в диапазоне 10⁴-10⁸ и более, причем закон кодирования и размер базы сигнала выбираются эмитентом исходя из требуемой надежности защиты.

Кроме того, другим аспектом изобретения является то, что наносимая метка состоит из нескольких слоев, верхний из которых представляет собой произвольный рисунок, промежуточный выполнен прозрачной краской, а нижний представляет собой слой, несущий код метки. Также является целесообразным введение в код наносимой метки любой информации, например, даты изготовления документа, кода фабрики, номера станка и др., что также повышает надежность защиты.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в возможности использования сложных кодов, которые в свою очередь позволяют наносить метку сверхмалым количеством контрастного вещества, при этом измерить содержание вещества в отдельных элементах метки с необходимой для воспроизведения (подделки) точностью становится невозможным вследствие неизбежных шумов измерений. Обнаружить и идентифицировать метку возможно только по совокупности ее элементов, зная код метки. Следует также отметить, что наличие шумов измерений, конечная разрешающая способность сканирующей аппаратуры и технологическая погрешность нанесения метки приводят к тому, что при попытке подделки взаимное расположение и геометрические размеры элементов копии метки будут отличаться от оригинала. Это отличие легко обнаруживается, если известен код метки.

Техническая сущность изобретения иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 изображена схема структуры метки, на фиг.2 - график плотности распределения величин q_ш и q_с+ш, на фиг. 3 - структурная схема прибора обнаружения метки, на фиг. 4 - структурная схема алгоритма обработки изображения метки, на фиг. 5 - структурная схема экспериментальной установки для считывания и определения наличия метки, на фиг. 6 и 7 показаны исходное изображение метки и изображение после компенсации неравномерности засветки соответственно, на фиг. 8 показано изображение метки при произвольном расположении считывающего прибора, на фиг.9 - изображение метки после преобразования координат.

Ниже приведены примеры осуществления способа и необходимые пояснения, раскрывающие предложенный способ.

Метка представляет собой совокупность линий, штрихов или точек, содержащих контрастное вещество и нанесенных на поверхность документа в процессе печати или имплантированных в объем материала (бумаги). Размеры, местоположение элементов и количество контрастного вещества в них задаются специальным псевдослучайным кодом. Защитные свойства метки достигаются за счет использования сложных кодов с базой 10⁴ - 10⁸ и более, подобрать и повторить которые практически невозможно.

Повышение защитных свойств меток, наносимых печатным способом, достигается применением краски, прозрачной в видимом диапазоне для волн и имеющей высокий коэффициент отражения в дальней ИК-области. Погрешность измерения геометрических размеров элементов изображения в ИК-диапазоне увеличивается с увеличением длины волны вследствие явления дифракции, что затрудняет подделку метки.

Метка наносится любым способом печати (офсет, металлография, орловская, трафаретная, струйная печать и др.) краской со сверхнизким содержанием вещества, меняющего физические, химические или другие свойства материала. Изменения свойств должны быть настолько малы, чтобы измерить их в отдельном элементе было невозможно с достаточной для копирования точностью. Например, для нанесения метки можно использовать специальный пигмент, прозрачный в видимом диапазоне длин волн и отражающий (поглощающий) в других участках диапазона длин волн от дальнего ИК- до гамма-излучения. При печати метки офсетным способом двумя или несколькими печатными формами концентрация вещества в различных формах отличается столь незначительно, что обнаружить отличие концентрации без знания кода метки невозможно. Соотношение концентраций в различных формах также кодируется, что дополнительно повышает защищенность метки. Код может быть введен в печатный рисунок путем внесения небольших смещений (в пределах технологической погрешности печати) в элементы рисунка (точки растра). Внешне такой рисунок не отличается от исходного однако несет информацию о внесенном коде. Код не вводится в печатную продукцию, а для идентификации подлинности используются индивидуальные особенности печатного станка и печатных форм. При этом изображение определенного участка продукции сканируется, хранится в памяти прибора и используется в качестве эталона для идентификации. Для повышения степени защиты и механической стойкости поверх метки, напечатанной с использованием ИК-пигмента, может быть нанесен промежуточный слой ИК прозрачной краски и произвольный рисунок. Дополнительно в код метки может быть занесена любая информация, например дата печати, код фабрики, номер печатного станка и др. Пример структуры защитной метки приведен на фиг. 1.

При считывании используется метод оптимального обнаружения сигналов, а именно: известно, что для случая полностью известного сигнала s(t) оптимальным с точки зрения максимизации соотношения сигнал/помеха и соответственно вероятности обнаружения сигнала является корреляционный алгоритм. Если па входе присутствует аддитивная смесь сигнала и шума со спектральной плотностью мощности No, y(t)=s(t)+n(t), то на выходе коррелятора получим: Z(τ) = ∫s(t)·s(t-τ)dt+∫n(t)·s(t-τ)dt, (1) где ∫s(t)·s(t-τ)dt - автокорреляционная функция сигнала s(t), достигающая максимума при τ = 0 и при этом численно равная энергии сигнала E; ∫n(t)·s(t-τ)dt - функция взаимной корреляции сигнала и шума, дисперсия которой равна σ² = N₀E/2. Соотношение максимума автокорреляционной функции сигнала к среднеквадратическому отклонению (СКО) шума на выходе коррелятора равно В качестве примера для нормального шума на фиг. 2 приведены плотности распределения величин q_ш - шума и q_с+ш - сигнала + шум на выходе коррелятора.

Из фиг. 2 видно, что вероятности правильного обнаружения P_п.о. и ложных тревог P_л.т. зависят от величины H и значения порога обнаружения q_o. Указанные вероятности могут быть рассчитаны по формулам: .

В таблице 1 приведены расчетные значения P_п.о., и P_л.т. для различных значений соотношения энергии сигнала к спектральной плотности шума H^-2.

В задаче распознавания М равновероятных сигналов на фоне аддитивного нормального шума вероятность правильного обнаружения и вероятность ошибки рассчитываются по формулам: P_п.о.=1-P_ош
P_oш = K(1-Ф(H((1-ρ)/2)^1/2), гдe:
ρ = E^-1 ∫ s_is_jdt - коэффициент корреляции сигналов S_i S_j.

Формула 5 дает верхнюю границу оценки вероятности ошибок, коэффициент K в этой формуле меняется от 1 до М-1 в зависимости от числа распознаваемых сигналов и свойств базиса эталонов. Минимальное значение вероятности ошибок достигается при использовании ортонормированного базиса, удовлетворяющего условию:
ρ = 0, при i≠j ρ = 1, при i=j.

Эффективность работы коррелятора существенным образом зависит от свойств используемых сигналов. Выигрыш в отношении максимальной амплитуды сигнала к СКО шума на выходе коррелятора к отношению на входе равен:
W=(2B)^1/2,
где B = 2TΔF - база сигнала,
T-длительность сигнала,
ΔF - полоса частот сигнала.

Для дискретного сигнала шаг дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова равен 1/2ΔF, при этом B=n, где n - число отсчетов сигнала.

Таким образом, увеличивая базу сигнала, можно получить требуемые характеристики обнаружения при соотношении сигнал/шум на входе коррелятора много меньше 1. На этом и основаны защитные свойства метки. Для двухмерной дискретной метки база может быть оценена по формуле:
B=XY/dx dy,
где X,Y - геометрические размеры метки,
dx,dy - разрешающая способность по X и Y.

Например, для метки размером 5 x 7 мм при разрешающей способности dx=dy= 0,05 мм В = 14000, что позволяет в соответствии с (2) обеспечить вероятность обнаружения метки 0,99 при соотношении сигнал/шум 0,042.

При формировании шумоподобных сигналов наибольшее распространение получил метод на основе линейных рекуррентных последовательностей. Линейной рекуррентной последовательностью называется последовательность элементов d₁, d₂, d₃...d_i, удовлетворяющая рекуррентному правилу:

Каждый из элементов d₁, d₂, d₃,...d_j может принимать любые значения из области чисел (0, 1, 2,... p_э-1), коэффициенты a₁ a₂,...a_i, также принадлежат к той же области чисел. Символ означает суммирование по модулю p_э. Величина p_э есть простое число, являющееся основанием последовательности, m - "память" последовательности. Если у периодической последовательности с основанием p и памятью m используются все возможные сочетания из p по m, то последовательность имеет максимальный период, равный p^m-1.

Для обнаружения и идентификации метки используется специальный прибор, в памяти которого хранится код метки, позволяющий уверенно ее обнаруживать корреляционным методом. Структурная схема прибора представлена на фиг. 3.

Прибор состоит из считывающего устройства, преобразующего изображение метки в электрический сигнал, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), предназначенного для преобразования электрического сигнала в цифровой код, и процессора, реализующего алгоритм распознавания метки путем сравнения ее изображения с кодом, хранящимся в памяти прибора.

Алгоритм распознавания метки, реализуемый процессором, показан на фиг. 4 и состоит из следующих основных операций:
- компенсации неравномерности засветки кадра изображения;
- поиска центра метки и положения границ геометрической фигуры, обрамляющей метку;
- поворота изображения метки и переноса центра метки;
- расчета коэффициента корреляции изображения метки и эталона;
- принятия решения о подлинности метки.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа проводилась на лабораторной установке, схема которой приведена на фиг. 5. Установка состоит из телелупы прибора "Эксперт", с помощью которой производилась запись изображения метки в файл и PC-486 для обработки видеоданных. Разработано специальное программное обеспечение, реализующее алгоритм обработки изображений, представленный на фиг. 4.

Для проверки отпечатана метка на струйном принтере с разрешением 720 точек на дюйм. Метка имеет размеры 5x7 мм.

Метка скопирована на ксероксе, с копии снята еще одна копия.

На фиг. 6 и 7 показаны изображения метки до и после компенсации неравномерности засветки кадра изображения соответственно.

На фиг. 8 и 9 показаны изображения метки до и после поворота изображения метки и перенос центра метки соответственно.

Для проверки записаны по ≈10 изображений исходной метки, отпечатанной на принтере, и ее ксероксных копий, записанных при различных углах метки. В таблице 2 приведены полученные коэффициенты корреляции, математическое ожидание и СКО.

Из таблицы видно, что значение коэффициента корреляции с копией метки в 2-3 раза меньше, чем с оригиналом, что позволяет с высокой надежностью отличать подлинную метку от поддельной.

Формула изобретения

1. Способ защиты ценных документов от подделки, заключающийся в нанесении на поверхность или имплантировании в объем материала контрастного вещества, образующего элемента защиты документа, представляющего собой метку, состоящую из кодирующих линий, штрихов или точек, отличающийся тем, что местоположение линий, штрихов или точек наносимой метки, ее размеры и количество наносимого контрастного вещества задают посредством кода, преобразуемого в волновой сигнал с базой B = 2TΔF, где B - база сигнала, T - длительность сигнала, ΔF - полоса частоты сигнала, причем база сигнала находится в диапазоне 10⁴ - 10⁸ и более.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наносимую метку составляют из нескольких слоев, верхний из которых представляет собой произвольный рисунок, промежуточный выполнен прозрачной краской и нижний - представляет собой слой, несущий код метки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в код наносимой метки дополнительно вводят дату изготовления документа, код фабрики, номер станка и т.п.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11