一种花状枝晶图案的物理不可克隆性防伪标识的识读方法技术

本发明专利技术提出一种花状枝晶图案的物理不可克隆性防伪标识的识读方法，首先针对花状枝晶图案提出了相应的识读方法，实现对不同种类花状枝晶图案的类间判断，而对于同一类类花状枝晶图案，则利用图案形状特征构造特征描述算子，建立了相应的特征向量，从而能够进行类内的匹配识别。与机器学习相比，特征值和特征向量匹配极大地降低了运算难度，而且无需对整幅图像进行存储，只需存储图像特征，可以极大的降低内存占用，缓解对处理器和内存的压力，降低对软硬件配置的要求。低对软硬件配置的要求。低对软硬件配置的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种花状枝晶图案的物理不可克隆性防伪标识的识读方法


[0001]本专利技术涉及模式识别技术，具体涉及一种透明花状枝晶图案防伪标识的识读方法。

技术介绍

[0002]利用物理不可克隆特征(physical unclonable function，PUF)构造防伪标识是抵制伪造产品的重要手段，这类标识一般是由精密控制的复杂的工艺流程制备，具有多样化的随机图案，不仅难以逆向工程复制，而且识读过程也颇具挑战。
[0003]已有的物品指纹、随机分布纳米粒子、随机褶皱等物理不可克隆防伪标识的识读均采用深度学习的方法，通过采集图片进行大规模训练实现对相似图案的精确区分。然而深度学习作为防伪标识的识读方法存在以下问题：首先，深度学习要想实现高精确识读，需要依赖一个庞大的训练样本数量，以便提供充分数量的数据集，对少件数的贵重商品、定制化商品、小批量生产的高价值高精密产品等不适用。其次，深度学习是基于图像的神经网络学习，存储的是大量原始图像，对计算机内存占用很高。再次，深度学习需要前期漫长的训练过程，增加了时间成本，且训练过程对算力要求很高，随着图模型的复杂化导致算法的时间复杂度急剧提升，普通的CPU无法满足深度学习的要求，需要使用GPU和TPU，对硬件配置要求很高。最后，深度学习不能够对数据的规律性进行无偏差的估计，对识别结果的可解释性不高。
[0004]特征匹配在模式识别中是一种公认的对识别结果具有解释能力的高可靠性算法，在军事、国防、货币等关乎国家安全的领域，具有不可撼动的地位。构建特征描述符的参数匹配法不依赖样本数量，可以实现小样本群体的模式识别。特征参数匹配法存储的是图像的特征，是一系列具体的数值，存储方便占内存小。而且参数匹配法对算力要求低，无需高的CPU、GPU和TPU配置，极大降低了对运算器和处理器的配置要求。最重要的是，基于特征参数匹配法的模式识别对结果的判定具有发言权，可以通过不断修正特征向量的表示形式，优化识别结果的准确性。然而，不可克隆图案具有复杂的样式，如何构建能反映花状枝晶图案细微差异的特征描述符，不仅需要一系列的图像处理，也需要从大量模糊信息中摒弃无效信息提取有用信息，目前尚没有相关解决方案被提出。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种花状枝晶图案的物理不可克隆性防伪标识的识读方法。
[0006]该花状枝晶图案由硅酸钠水溶液通过工艺调控形成，在扫描电镜或光学显微镜下呈现“胞状”、“多枝杂花状”、“十字状”、“细菌状”、“三枝杈状”和“枝杈密布状”六种花状枝晶图案。
[0007]在实际使用时，对于真实防伪标识，需要对防伪标识中的花状枝晶图案进行识读，包括类间的特征匹配和类内的匹配识别，建立对应该防伪标识的特征向量，所有真实防伪
标识的特征向量组成特征向量库。当对待识别标识进行判断时，首先通过类间的特征匹配判断标识中是否具有花状枝晶图案，以及具体是何种花状枝晶图案，再与特征向量库进行类内的匹配识别，判断是否是真实防伪标识。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一种花状枝晶图案的识读方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：在显微镜下拍摄花状枝晶图案显微图像，并对图像进行预处理，包括均值滤波、二值化、形态学开处理、轮廓提取、连通域参数计算；
[0011]所述花状枝晶图案分为“胞状”、“多枝杂花状”、“十字状”、“细菌状”、“三枝杈状”和“枝杈密布状”六种；
[0012]步骤2：对花状枝晶图案显微图像进行轮廓数量判断，若轮廓个数达到设定阈值，则判断为“胞状”图案；否则进一步进行直线数量判断，若直线数量达到设定阈值，则判断为“枝杈密布状”图案；否则进一步绘制轮廓极坐标图D
–
θ，提取轮廓极坐标图D
–
θ中的波峰波谷数量，有三个波峰三个波谷的图案是“三枝杈”图案，有四个波峰四个波谷的图案是“十字状”图案，若波峰波谷数量不满足，则根据轮廓长度P和轮廓面积A计算形状参数SP：
[0013][0014]SP值在[3.3，7.4]区间范围内的是“细菌状”图案，SP值在[19.4，27.1]区间范围内的是“多枝杂花状”图案。
[0015]进一步的，步骤2中轮廓个数设定阈值为15，直线数量设定阈值为15。
[0016]进一步的，所述花状枝晶图案通过以下步骤得到：
[0017]步骤a：将硅酸钠水溶液进行预处理得到待用溶液，所述预处理过程包括静置、超声振荡、球磨粉碎；
[0018]步骤b：将经过步骤a预处理之后的待用溶液涂覆在物体表面，在物体表面得到光滑平整无凹陷及残缺的均匀涂膜；
[0019]步骤c：对经过步骤b处理后的涂膜进行固化处理，得到具有花状枝晶图案的无定形硅聚物；
[0020]其中：步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：在280～288K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“胞状”图案；
[0021]步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“多枝杂花状”图案；
[0022]步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：先在280～288K温度下保温0.3～0.7h后，再按5～12K/min的升温速率升温至297～306K后保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“十字状”图案；
[0023]步骤a中采用超声振荡预处理，步骤c中固化条件为：先在297～306K温度下保温1～2h后，再按5～12K/min的升温速率升温至315～335K后保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“细菌状”图案；
[0024]步骤a中采用超声振荡预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“三枝杈状”图案；
[0025]步骤a中采用正反向交替球磨预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保
温不少于6h，得到花状枝晶图案为“枝杈密布状”图案。
[0026]一种基于花状枝晶图案的防伪标识标准特征参数数据库建立方法，包括以下步骤：
[0027]步骤A：对于制备完成的基于花状枝晶图案的防伪标识，在显微镜下提取产品防伪标识外轮廓，并按照防伪标识对应的花状枝晶图案选择相应的放大倍数，拍摄花状枝晶图案显微图像，并对图像进行预处理，包括均值滤波、二值化、形态学开处理、轮廓提取、连通域参数计算；
[0028]步骤B：根据防伪标识对应的花状枝晶图案，建立该防伪标识对应的Q
×
2维特征矩阵；所述Q
×
2维特征矩阵由两个Q维向量组成，对于“枝杈密布状”图案，两个Q维向量的元素分别是图案的Q分图像中各自最长直线段的长度占比和斜率；对于“胞状”、“多枝杂花状”、“十字状”、“细菌状”、“三枝杈状”图案，两个Q维向量的元素分别是图案的Q分图像中各自轮廓面积占比，以及各自轮廓数量在图案总轮廓数量中的占比；
[0029]步骤C：对所有制备完成的基于花状枝晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花状枝晶图案的识读方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在显微镜下拍摄花状枝晶图案显微图像，并对图像进行预处理，包括均值滤波、二值化、形态学开处理、轮廓提取、连通域参数计算；所述花状枝晶图案分为“胞状”、“多枝杂花状”、“十字状”、“细菌状”、“三枝杈状”和“枝杈密布状”六种；步骤2：对花状枝晶图案显微图像进行轮廓数量判断，若轮廓个数达到设定阈值，则判断为“胞状”图案；否则进一步进行直线数量判断，若直线数量达到设定阈值，则判断为“枝杈密布状”图案；否则进一步绘制轮廓极坐标图D
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θ，提取轮廓极坐标图D
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θ中的波峰波谷数量，有三个波峰三个波谷的图案是“三枝杈”图案，有四个波峰四个波谷的图案是“十字状”图案，若波峰波谷数量不满足，则根据轮廓长度P和轮廓面积A计算形状参数SP：SP值在[3.3，7.4]区间范围内的是“细菌状”图案，SP值在[19.4，27.1]区间范围内的是“多枝杂花状”图案。2.根据权利要求1所述一种花状枝晶图案的识读方法，其特征在于：步骤2中轮廓个数设定阈值为15，直线数量设定阈值为15。3.根据权利要求1所述一种花状枝晶图案的识读方法，其特征在于：所述花状枝晶图案通过以下步骤得到：步骤a：将硅酸钠水溶液进行预处理得到待用溶液，所述预处理过程包括静置、超声振荡、球磨粉碎；步骤b：将经过步骤a预处理之后的待用溶液涂覆在物体表面，在物体表面得到光滑平整无凹陷及残缺的均匀涂膜；步骤c：对经过步骤b处理后的涂膜进行固化处理，得到具有花状枝晶图案的无定形硅聚物；其中：步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：在280～288K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“胞状”图案；步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“多枝杂花状”图案；步骤a中采用室温静置预处理，步骤c中固化条件为：先在280～288K温度下保温0.3～0.7h后，再按5～12K/min的升温速率升温至297～306K后保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“十字状”图案；步骤a中采用超声振荡预处理，步骤c中固化条件为：先在297～306K温度下保温1～2h后，再按5～12K/min的升温速率升温至315～335K后保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“细菌状”图案；步骤a中采用超声振荡预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“三枝杈状”图案；步骤a中采用正反向交替球磨预处理，步骤c中固化条件为：在297～306K温度下保温不少于6h，得到花状枝晶图案为“枝杈密布状”图案。4.一种基于花状枝晶图案的防伪标识标准特征参数数据库建立方法，其特征在于：包
括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何卫平，张腾云，雷蕾，刘红飞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：