基于数字化的纸币防伪技术.pdf

本发明公开了一种基于数字化的纸币防伪技术，旨在利用纸币号码信息，采用数字化手段对现有的纸币水印、荧光、磁性安全线防伪技术进行改进。通过对纸币数字化水印、荧光、磁性安全线三种技术的集成与综合，使得纸币的防伪技术向高科技方向转化，增加了纸币制造的高科技性和复杂性从而大幅度提高了纸币防伪的安全性。

1、  一种基于数字化的纸币防伪方法，包括在公知的计算机的Windows平台上装入C++编程软件的步骤，其特征在于：还包括下述步骤：
(1)纸币号码的获取；
(2)数字化水印的嵌入与提取；
(3)数字化荧光防伪加载与识别；和
(4)数字化磁性安全线防伪加载与识别。

2、  根据权利要求1所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化水印的嵌入过程包括下述步骤：
(2.1)生成原始数字图像；
(2.2)将纸币号码作为水印图像进行置乱变换；
(2.3)将数字图像分块，对各块进行多级离散小波变换以获得相应的小波域系数；
(2.4)利用水印信息修改步骤(2.3)中获得的各个低频小波域系数；
(2.5)将数字图像的频域系数经反变换以获得水印图像。

3、  根据权利要求2所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化水印的提取过程包括下述步骤：
(3.1)对(2.5)步骤生成的水印图像进行扫描与平滑处理；
(3.2)对(3.1)步骤的扫描图像进行离散小波变换并提取水印；
(3.3)对水印图像进行反置乱，从而获得识别码。

4、  根据权利要求3所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化荧光防伪的加载过程包括下述步骤：
(4.1)对所述纸币号码信息进行加密；
(4.2)将加密后的纸币号码信息按照QR Code二维码的编码方式进行编码，用深色模块单元表示二进制的“1”，用浅色模块单元表示二进制的“0”；
(4.3)对于编码图形的深色模块，采用荧光油墨在纸币的指定位置上进行印刷；对于编码图形的浅色模块，则不采用荧光油墨印刷。

5、  根据权利要求4所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化荧光防伪的识别过程包括下述步骤：
(5.1)采用紫外线照射所述的纸币，在涂有荧光油墨的位置上将显现出防伪图形；
(5.2)保存防伪图形并进行二值化处理；
(5.3)采用二维码阅读器分析识别防伪图形，获取对应的数字序列；
(5.4)对获得的数字序列采取与加密算法相对应的解密算法进行处理，以获得识别码；
(5.5)将识别码与检测到的钞面号码进行比较，相同则为真币，不同则为假币。

6、  根据权利要求5所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化磁性安全线防伪加载与识别过程包括下述步骤：
(6.1)将纸币的号码按所对应的十六进制数码进行编码，生成数字序列；
(6.2)在磁性安全线的对应于二进制码元“1”的位置，对安全线进行磁性涂料涂覆操作，对应于二进制码元“0”位置则不进行涂覆操作。

7、  根据权利要求6所述的基于数字化的纸币防伪方法，其特征在于所述的数字化磁性安全线的识别过程包括下述步骤：
(7.1)采用磁敏传感器接受磁信号，将磁头接收到的信号进行放大、比较、整形，获得矩形波；
(7.2)根据矩形波获得数字序列；
(7.3)采用与充磁过程相逆的编码方式进行解码、获得识别码；
(7.4)将识别码与钞面上的纸币号码相比较；相同则为真币，不同则为假币。

基于数字化的纸币防伪技术
技术领域
本发明涉及检验纸币、证券、债券或类似的有价纸币的真实性的方法，尤其涉及采用电装置、磁装置和采用光电检测装置的方法来改进纸币的防伪技术。
背景技术
中国是世界上使用纸币最早的国家，目前世界上共有两百多种纸币，流通于世界193个独立国家和其他地区。纸币作为主要的货币流通手段在人们的生活中承担着重要的角色，但随之而来的各种各样的假币也同时地出现在人们的生活中，给人们的生活增加了不和谐的音符。加之，金融犯罪日益严重，抢劫运钞车，抢劫银行，抢劫行人的事件屡屡发生，不但扰乱社会秩序，也威胁到了人们的生命安全与生活。因此，解决因假币及其它金融犯罪所引起的问题，不仅仅是解决鉴别真伪的问题，同时也是有效的保护国家和人民的生命财产安全，有效的遏制金融犯罪的问题。
随着科技的进步和发展，纸币的制造技术越来越先进，复杂程度也越来越高，但是印刷技术、复印技术和电子扫描技术的飞速进步也使得假币的制造技术不断升级，部分假币甚至可以逃过防伪验钞机的检测达到以假乱真的地步，造成了严重的后果。为了抵制假币的泛滥同时也为保护消费者和商家的利益，需要对纸币的制造技术进行不断的革新以因应上述种种风险。
传统的纸币防伪技术，基本上都采用材料防伪，属于共性化防伪。例如，被公认为当今最难仿造的日元纸币即采用了磁性油墨印刷技术，防伪的关键点在于油墨印刷的部位，用量以及配方等；新版的美元纸币印刷时，使用一种特别的油墨，印成的美钞在转动时会随着光线的强弱变化而改变某一局部的颜色；加拿大新版二十元纸币正面采用光学薄膜材料，在不同角度的光线照射下，由金黄色逐渐变成绿色，这种材料耐化学性、耐皱折性、耐持久性均比较好，且具有较强的光反射和折射性能。这些采用材料防伪的技术，其弱点在于一旦被人仿冒，全线失守，后果难以设想。这也就是为什么很多名优产品、有价证券不断更换防伪措施，但效果总不理想，而且极易造成识别过程的困难和混乱的原因。概括的说，传统防伪技术中的缺点主要是：传统的纸币水印防伪由于需要特殊的设备制作防伪标记，防伪标记呈完全暴露状态且不易修改，为造假者复制其防伪标记提供了可乘之机；传统的纸币荧光油墨防伪是将纸币的面值用荧光油墨印刷在纸币的某个特定部位，在紫外线的照射下，该部位就会显现出荧光字样，图形直观可见，容易被仿造；部分验钞机使用的磁性安全线防伪是依靠检测纸币磁性安全线有无磁性来鉴伪的，该方法属于定性的方法，不够准确，以及部分验钞机的磁性安全线防伪是有规律的矩形波，极易被仿造。
在科学技术日益发展的今天，将先进的高科学技术应用于纸币防伪具有一定的趋势性。因此采用基于数字化手段改进纸币的防伪技术，大幅提高纸币的安全性既具有重要的意义又势在必行。
发明内容
本发明的提出，旨在利用纸币号码的唯一性，通过数字化手段，改现有的纸币水印、荧光、磁性安全线防伪技术为数字化水印、荧光、磁性安全线防伪一体化的综合处理方法技术，使纸币防伪技术向高科技的方向转化，增加了纸币制造的复杂度，大幅度提高了纸币的安全性。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种基于数字化的纸币防伪方法，包括在公知的计算机的Windows平台上装入C++编程软件的步骤，其特征在于：还包括下述步骤：
(1)纸币号码的获取；
(2)数字化水印的嵌入与提取；
(3)数字化荧光防伪加载与识别；和
(4)数字化磁性安全线防伪加载与识别。
所述的数字化水印的嵌入过程包括下述步骤：
(2.1)生成原始数字图像；
(2.2)将纸币号码作为水印图像进行置乱变换；
(2.3)将数字图像分块，对各块进行多级离散小波变换以获得相应的小波域系数；
(2.4)利用水印信息修改步骤(2.3)中获得的各个低频小波域系数；
(2.5)将数字图像的频域系数经反变换以获得水印图像。
所述的数字化水印的提取过程包括下述步骤：
(3.1)对(2.5)步骤生成的水印图像进行扫描与平滑处理；
(3.2)对(3.1)步骤的扫描图像进行离散小波变换并提取水印；
(3.3)对水印图像进行反置乱，从而获得识别码。
所述的数字化荧光防伪的加载过程包括下述步骤：
(4.1)对所述纸币号码信息进行加密；
(4.2)将加密后的纸币号码信息按照QR Code二维码的编码方式进行编码，用深色模块单元表示二进制的“1”，用浅色模块单元表示二进制的“0”；
(4.3)对于编码图形的深色模块，采用荧光油墨在纸币的指定位置上进行印刷；对于编码图形的浅色模块，则不采用荧光油墨印刷。
所述的数字化荧光防伪的识别过程包括下述步骤：
(5.1)采用紫外线照射所述的纸币，在涂有荧光油墨的位置上将显现出防伪图形；
(5.2)保存防伪图形并进行二值化处理；
(5.3)采用二维码阅读器分析识别防伪图形，获取对应的数字序列；
(5.4)对获得的数字序列采取与加密算法相对应的解密算法进行处理，以获得识别码；
(5.5)将识别码与检测到的钞面号码进行比较，相同则为真币，不同则为假币。
所述的数字化磁性安全线防伪加载与识别过程包括下述步骤：
(6.1)将纸币的号码按所对应的十六进制数码进行编码，生成数字序列；
(6.2)在磁性安全体上，对应于二进制码元“1”的位置，对安全线进行磁性涂料涂覆操作，对应于二进制码元“0”位置则不进行涂覆操作。
所述的数字化磁性安全线的识别过程包括下述步骤：
(7.1)采用磁敏传感器接受磁信号，将磁头接收到的信号进行放大、比较、整形，获得矩形波；
(7.2)根据矩形波获得数字序列；
(7.3)采用与充磁过程相逆的编码方式进行解码、获得识别码；
(7.4)将识别码与钞面上的纸币号码相比较；相同则为真币，不同则为假币。
与传统的纸币防伪技术相比较，木发明的优点是显而易见的，主要表现在：
(1)数字化防伪是将纸币图文通过加密算法用数字信息加以实现，使造假者无法判断有否或识别防伪标记，且因数字化水印的内容易于修改或根据需要改变水印信息的嵌入与提取方法，而提高了防伪的安全性。
(2)数字化荧光防伪采用一定的规则将纸币自身信息转换成编码图形，直观上无法辨识，编码的对象及方式信息是造假者无法获取的，因此可以有效的避免仿造。
(3)数字化磁性安全线防伪是利用数字化的纸币号码信息调整安全线的磁性信号的分布来鉴伪的，分布方式具有小可辨识性。
附图说明
图1为数字化水印嵌入算法流程框图；
图2为数字化水印提取算法流程框图；
图3为数字化荧光防伪加载与识别流程框图；
图4为数字化磁性安全线防伪加载与识别流程框图；
图5为纸币检测系统功能框图。
具体实施方式
如图1～图5所示的一种基于数字化的纸币防伪方法，包括在公知计算机的Windows系统下，采用C++编程语言加以实现。具体工艺过程包括如下步骤：
1、纸币号码的获取
纸币的号码是在纸币的发行过程中对纸币进行的编号，通常采用字母和数字组合而成，反应纸币的发行数量及面值的大小，具有唯一性。由于本发明在鉴伪的过程中需要利用到纸币的号码信息，所以需要对钞面印有纸币号码位置的图像进行拍照，然后采用图像处理软件进行识别以获取纸币号码。这里对于图像的拍照和识别可以采用现有的设备和方法，因此不再赘述。
2、数字化水印防伪技术的具体实现方式
数字化水印的嵌入方法如下：
(1)生成原始数字图像；
(2)将纸币号码作为水印图像，首先进行置乱变换；
(3)将数字图像分块，对各块进行多级离散小波变换以获得相应的小波域系数；
(4)利用水印信息修改步骤(3)中获得的各个低频小波域系数；
(5)将数字图像的频域系数经反变换以获得水印图像。
数字化水印的提取是嵌入的逆过程，具体实现方式如下：
(1)扫描印刷图像并进行平滑处理；
(2)对扫描图像进行离散小波变换并提取水印；
(3)对水印图像进行反置乱，从而获得识别码。
也就是说，数字化水印防伪技术是采用纸币的号码信息作为水印信息来生成水印图像，然后采用数字化水印印刷技术来实现纸币的数字化水印防伪。纸币鉴伪时，需采用与水印嵌入相逆的方法提取水印信息并与纸币的号码相比较，相同则为真币，不同则为假币。
需要说明的是，水印的嵌入方式并不是唯一的，这里亦可以采用诸如离散余弦变换等其他的水印嵌入算法。
另外，为防止造假者使用高精度数字扫描仪复制数字水印图像，在数字水印嵌入时可以采用色谱当量给定算法，这种方法可以使造假者在满足工艺性调整原图的色彩时，无法避免改动色谱当量，进而从根本上避免了被仿照。
3、数字化荧光防伪的具体实施方式
数字化荧光防伪的关键技术为其编码方式，本发明采用二维码的编码方式。二维码具有信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图像等多种文字信息、保密防伪性强等优点。矩阵式二维码QR Code除具有二维码的上述特点外，还具有超高速全方位识读等特点。因此下面以矩阵式二维码QR Code为例说明数字荧光防伪的具体实施方式。
数字荧光防伪图形的生成方法如下：
(1)对纸币号码信息进行加密，这里加密算法不唯一；
(2)将加密后的纸币号码信息按照QR Code二维码的编码方式进行编码，用深色模块单元表示二进制的“1”，用浅色模块单元表示二进制的“0”；
(3)对于编码图形的深色模块，采用荧光油墨在纸币的指定位置上进行印刷，对于编码图形的浅色模块，不采用荧光油墨进行印刷；
基于数字化荧光防伪的鉴伪方法如下：
(1)采用紫外线照射纸币，在涂有荧光油墨的位置上将显现出防伪图形；
(2)保存防伪图形并进行二值化处理；
(3)采用二维码阅读器分析识别防伪图形，获取对应的数字序列；
(4)对获得的数字序列采取与加密算法相对应的解密算法进行处理，以获得识别码；
(5)将识别码与检测到的钞面纸币号码进行比较，相同则为真币，不同则为假币。
需要说明的是，二维码可以分为行排式和矩阵式两类，每一类又包含多种码型，因此数字化荧光防伪所采用的二维码编码码型并不是唯一的，亦可以采用Data Matrix、PDF417等其他码型。另外，上述对纸币号码信息的加密、解密算法亦不唯一。
4、数字化磁性安全线防伪的具体实现方式
磁性安全线的充磁方式如下：
(1)将纸币的号码所对应的十六进制数码进行编码，生成数字序列；
(2)在安全线上，对应于二进制码元“1”的位置对安全线进行磁性涂料涂敷操作，对应于二进制码元“0”的位置不进行涂敷操作。
需要说明的是，上述步骤1)中的编码方式不是唯一的。
鉴伪方式如下：
(1)采用磁敏传感器接收磁信号，将磁头接收到的信号进行放大、比较、整形，获得矩形波；
(2)根据矩形波获得数字序列；
(3)采用与充磁过程中相逆的编码方式进行解码，获得识别码；
(4)将识别码与钞面上的纸币号码相比较，相同则为真币，不同则为假币。
也就是说，由于不同的纸币其号码不同，因此磁性安全线就不同。采用磁性检验仪器进行检验的时候，在磁性涂料涂敷过的安全线处检测出的磁通量与没有进行涂敷的安全线处检测出的磁通量大小不同，再经过电路的放大、比较、整形后所获得的信号就不同，从而有效的进行鉴伪。