本发明涉及物品真伪鉴别技术领域，具体涉及一种基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法。
背景技术：
目前在许多领域都存在假冒仿造品，例如假文凭、假字画、假合同、假发票、假遗嘱等等，假冒仿造品对社会的各个方面都会造成极大的危害。快速、方便、有效的真伪鉴别技术是有效防范假冒仿造品出现的关键，能为销毁已有的假冒仿造品、打击假冒仿造品制造者提供技术支持。为了方便鉴别物品的真伪，已发展出许多种防伪技术，目前应用广泛的主要有印刷防伪技术、化学材料防伪技术、数码信息防伪技术等等。每种技术都有其优缺点，例如，化学材料防伪技术是在物品中加入特殊防伪材料(特殊油墨、荧光材料等)，对加入的防伪材料进行真伪鉴别已达到对物品真伪鉴别的目的，化学材料防伪技术不是对物品直接鉴别而是一种间接的真伪鉴别技术，鉴别方便、简单，但对物品可能有一定的侵害作用。
真假物品使用的材料不可能完全一样，也就是物品使用的材料具有唯一性。如果能够区分真伪物品所使用的材料，就能实现真伪物品的鉴别。但大部分的伪造品和真品所用的材料在外观上很难区分，只有在微观上可以区分，这就给真伪鉴别带来困难。近年来，数字图像技术的出现，为区分真伪物品的材料带来了方便。许多物品所用材料都具有随机分布的纹理，这种纹理的随机性具有唯一性，也就是可以通过这种随机分布纹理的唯一性来表征物品基材的唯一性。由此发展出了一类基于自然纹理唯一性的纹理防伪技术。该技术利用物品基材自然纹理的唯一性进行真伪鉴别，不需要对物品加入特殊防伪材料，对物品也就没有侵害作用。但是，也有许多物品基材的纹理分布具有相似的规律性而不具随机性，例如同型号同规格的人造编织画布的纹理分布就具有相似的网状规律性，因此利用这种纹理分布就难以表征物品基材的唯一性。因此目前已提出的纹理防伪技术对于具有相似规律性分布纹理的真伪物品，难以实现真伪鉴别。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有纹理防伪技术对非随机分布纹理基材物品鉴别困难的缺陷，提供一种基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
假冒仿造品的造假者通过模仿真实物品的外观特征，来达到以假充真的目的，外观特征模仿的越相似，人眼就越难于分辨真伪，因此真伪物品的外观特征具有高度的相似性。例如，中国书法作品，仿造者模仿的字迹和真品字迹具有高度的相似性，使得人眼难于分辨，书法作品的字迹就是所说外观特征。造假者可以高度模仿真品的外观特征，但是外观特征相对于基材纹理的分布状况，不管是随机分布纹理基材物品还是非随机分布纹理基材物品，都是难于模仿的，也就是基材纹理相对于外观特征的分布状况具有唯一性。因此，本发明提出一种基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，该方法利用基材纹理相对于外观特征的分布状况具有唯一性的特征，而不是现有方法单纯地利用随机分布纹理特征。本发明方法要分别获取真伪物品各两幅图像，一幅为不含基材纹理的外观特征图像，另一幅为包含有外观特征的基材纹理图像；获取这两幅图像的拍摄光学系统共用同一个相机但照明方式不同，共用一个相机从而保证了特征图像和基材纹理图像中的外观特征点的位置是配准的，用不同的照明光源照明，可以获得不同的图像拍摄效果，落射式照明方式(光源发出的光束入射到物品表面的入射角小于30度)只获取外观特征图像，掠射式照明方式(光源发出的光束入射到物品表面的入射角大于60度)或透射式照明方式获取含有外观特征的基材纹理图像。先利用真伪物品图像中的相似外观特征进行配准定位，再在两个配准的图像中选定具有相同位置坐标的两个区域，通过点对点计算这两个区域内基材纹理图像的相关性，根据计算得到的相关系数大小来表征基材纹理相对于外观特征的分布状况，相关系数大表示分布状况相同，相关系数小表示分布状况不相同，从而来判别这两个图像的物品是否使用同一基材，进行真伪鉴别。该物品真伪鉴别方法包括以下步骤：
s1、拍摄真实物品的外观特征图像和基材纹理图像：首先选定真实物品一个区域，该区域内包含有人眼可辨识的物品外观特征，利用外观特征图像拍摄光学系统采集该区域的外观特征图像，该图像中物品的外观特征明显可辨但物品基材的纹理不明显，称该图像为外观特征图像，用it,c表示；在不移动物品的情况下，再利用基材纹理图像拍摄光学系统采集上述同一区域的图像，该图像中包含物品的外观特征和物品基材的纹理，称该图像为特征纹理共有图像，用it,c t表示；外观特征图像拍摄光学系统和基材纹理图像拍摄光学系统共用同一个相机，但照明光源不同，共用一个相机从而保证了特征图像it,c中的外观特征点的位置和特征纹理共有图像it,c t中的外观特征点的位置是配准的，用不同的照明光源照明物品，可以获得不同的图像拍摄效果，落射式照明方式(光源发出的光束入射到物品表面的入射角小于30度)只获取外观特征图像，掠射式照明方式(光源发出的光束入射到物品表面的入射角大于60度)或透射式照明方式可以获取特征纹理共有图像；将上述两个图像存入存储介质的数据库中；
s2、拍摄待鉴别物品的外观特征图像和基材纹理图像。采用步骤s1中方法拍摄待鉴别物品的外观特征图像iv,c和特征纹理共有图像iv,c t；将上述两个图像存入存储介质的数据库中。
s3、对真实物品和待鉴定物品的特征纹理共有图像中的相似外观特征进行配准。先选定待鉴定物品外观特征图像iv,c和真实物品外观特征图像it,c中的相似外观特征，对这些相似外观特征像素点进行位置配准，获得以相似外观特征像素点为位置基准的两个外观特征图像it,c和iv,c的像素点坐标映射对应关系；再利用配准好的真实物品和待鉴定物品两个外观特征图像it,c和iv,c的像素点坐标映射对应关系，对真实物品和待鉴定物品的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t进行配准，获取两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t的像素点坐标映射对应关系；
s4、对待鉴定物品进行真伪鉴别：在配准好的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t中，分别选取像素点具有相同坐标位置的一个图像区域，对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定，如果具有高度同一性，那么待鉴别的物品为真，如果具有高度不同一性，那么待鉴别的物品为伪。
进一步地，所述的对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定的过程如下：
对两个图像区域的基材纹理进行相关性计算，获取相关系数r，运算公式为：
如果计算得到的相关系数r大于一个设定的阈值，那么选定的两个区域图像纹理具有高度同一性，待鉴别的物品为真；如果计算得到的相关系数r小于另一个设定的阈值，那么选定的两个区域图像纹理具有高度不同一性，待鉴别的物品为伪。
进一步地，所述的对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定的过程如下：将两个选定区域的图像在显示器上显示，用人眼辨识纹理图像进行同一性判定。
进一步地，所述的外观特征图像拍摄光学系统中，照明光源为一落射式环形光源，相机镜头设置在环形光源中央，光源发射的光束以落射式照明物品，光束入射到物品表面的入射角小于30度，相机拍摄光束经物品表面反射的图像。
进一步地，所述的基材纹理图像拍摄光学系统中，照明光源为一均匀发光的面光源，照明光源和相机设置在物品的不同侧，相机拍摄光束透过物品的图像。
进一步地，所述的基材纹理图像拍摄光学系统中，照明光源为一掠射式环形光源，照明光源和相机设置在物品的同一侧，光源发出的光束入射到物品表面的入射角大于60度，相机拍摄光束经物品表面反射的图像。
进一步地，所述的拍摄待鉴别物品图像和拍摄真实物品图像可以在不同时间和不同地点拍摄，可以用不同的相机在不同拍摄条件下进行拍摄，所述的拍摄条件包括光学放大倍数、物品和相机的相对位置。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明公开的物品真伪鉴别方法对物品基材纹理的分布特性没有要求，不管是随机分布还是具有相似规律性的非随机分布都可以鉴别；
(2)本发明公开的物品真伪鉴别方法中使用的真实物品的图像和待鉴定物品的图像，可以使用不同的拍摄装置在不同时间不同地点拍摄；
(3)本发明公开的物品真伪鉴别方法中使用的真实物品图像和待鉴定物品图像，大小和方向不必相同。
基于以上优点，本发明提出的方法相对已有方法，使用更加方便、适用性更广、有效性更强。
附图说明
图1是本发明提出的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法的实施流程图；
图2是本发明实施例中的图像拍摄装置示意图；
图3是本发明实施例一中拍摄的真实物品的外观特征图；
图4是本发明实施例一中拍摄的真实物品的特征纹理共有图；
图5是本发明实施例一中拍摄的待鉴定物品的外观特征图；
图6是本发明实施例一中拍摄的待鉴定物品的特征纹理共有图；
图7是本发明实施例一中两个外观特征图像的配准结果示意图；
图8是本发明实施例一中两个特征纹理共有图像的配准结果示意图；
图9是本发明实施例一中纹理同一性判定选定的两个图像区域示意图；
图10是本发明实施例二中拍摄的真实物品的外观特征图；
图11是本发明实施例二中拍摄的真实物品的特征纹理共有图；
图12是本发明实施例二中拍摄的待鉴定物品的外观特征图；
图13是本发明实施例二中拍摄的待鉴定物品的特征纹理共有图；
图14是本发明实施例二中两个外观特征图像的配准结果示意图；
图15是本发明实施例二中两个特征纹理共有图像的配准结果示意图；
图16是本发明实施例二中纹理同一性比对选定的两个图像区域示意图；
图中：1-相机，2-落射式环形光源，3-面光源，4-物品，5-掠射式环形光源，6-计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1是本发明公开的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法的实施步骤。利用该物品真伪鉴别方法对纸质中国书法作品的物品真伪进行鉴定，按以下步骤实施：
s1、拍摄真实书法作品的外观特征图像和纸质纹理图像。首先选定真实书法作品一个区域，该区域内包含有人眼可辨识的外观特征即某个字迹，将书法作品放置如图2所示的图像拍摄装置中，利用落射式环形光源2照明书法作品，相机1采集包含选定字迹区域的图像，该图像中选定的字迹明显可辨但纸质的纹理不明显，该图像为真实书法作品的外观特征图像，如图3所示，用it,c表示；在不移动书法作品的情况下，再利用如图2所示面光源3照明书法作品，相机1采集上述同一选定区域的透射式图像，该图像中包含选定的字迹和纸质的纹理，称该图像为特征纹理共有图像，如图4所示，用it,c t表示；由于共用同一个相机1并且两次拍摄物品处于同一位置，从而保证了特征图像it,c和特征纹理共有图像it,c t中的字迹特征是配准的；由计算机6控制拍摄上述图像，并将图像存入计算机6的存储介质的数据库中。
s2、拍摄待鉴别书法作品的外观特征图像和纸质纹理图像。将待鉴定的书法作品放入图2所示的图像拍摄装置中，采用步骤s1中方法分别拍摄待鉴别的书法作品的外观特征图像iv,c(如图5所示)和特征纹理共有图像iv,c t(如图6所示)，这两个图像中的字迹特征同样是配准的。由计算机6控制拍摄上述图像，并将图像存入计算机6的存储介质的数据库中。
s3、对真实书法作品和待鉴定书法作品的特征纹理共有图像中的相似外观特征进行配准。以选定的字迹外观特征为基准对图3所示的图像iv,c和图5所示的图像it,c进行配准，图7为两个外观特征图像的配准结果，获得两个图像配准的以字迹特征为基准的坐标映射关系。由于图像iv,c和iv,c t、it,c和it,c t在拍摄时就保证了两个图像的像素点位置坐标是配准的，也就获得了两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t的图像配准坐标映射关系，从而间接实现了待鉴定作品和真实作品的特征纹理共有图像的配准，图8为两个特征纹理共有图像的配准结果。利用计算机6实现上述图像配准。
s4、对待鉴定书法作品进行鉴定。在图8所示配准好的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t中，分别选取像素点具有相同坐标位置的一个图像区域，如图9所示(左边为真实作品图像，右边为待鉴定作品的图像)，对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定，本实施例的判定方法采用相关系数法，通过公式
实施例二
本实施例利用本发明公开的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法对著作封面的进行真伪鉴定，具体步骤如下：
s1、拍摄真实著作封面的外观特征图像和纸质纹理图像。首先选定真实封面一个区域，该区域内包含有人眼可辨识的外观特征即一个图标，将其放置如图2所示的图像拍摄装置中，利用落射式环形光源2照明封面，相机采集包含选定图标区域的图像，该图像中选定的图标明显可辨但纸质的纹理不明显，该图像为外观特征图像，如图10所示，用it,c表示；在不移动著作封面的情况下，再利用如图2所示的掠射式环形光源5照明著作封面，相机1采集上述同一选定区域的反射式图像，该图像中包含选定的图标和纸质的纹理，称该图像为特征纹理共有图像，如图11所示，用it,c t表示；由于共用同一个相机1并且两次拍摄物品处于同一位置，从而保证了特征图像it,c和特征纹理共有图像it,c t是配准的；由计算机6控制拍摄上述图像，并将图像存入计算机6的存储介质的数据库中。
s2、拍摄待鉴别著作封面的外观特征图像和纸质纹理图像。将待鉴定的著作封面放入图像拍摄装置中，采用步骤s1方法分别拍摄待鉴的著作封面的外观特征图像iv,c(如图12所示)和特征纹理共有图像iv,c t(如图13所示)，这两个图像同样是配准的。由计算机6控制拍摄上述图像，并将图像存入计算机6的存储介质的数据库中。
s3、对特征纹理共有图像it,c t和iv,c t进行配准。以选定的图标外观特征为基准对图10所示的图像iv,c和图12所示的图像it,c进行配准，图14为两个外观特征图像的配准结果，获得两个图像配准的坐标映射关系。由于图像iv,c和iv,c t、it,c和it,c t两两是配准的，也就获得了两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t的图像配准坐标映射关系，从而间接实现了鉴定封面和真实封面的特征纹理共有图像的配准，图15为两个特征纹理共有图像的配准结果。利用计算机6实现上述图像配准。
s4、对待鉴定著作封面进行鉴定。在图14所示配准好的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t中，分别选取像素点具有相同坐标位置的一个图像区域，如图16所示，对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定，本实施例的判定方法采用相关系数法，通过公式
综上所述，本实施例鉴于现有纹理防伪技术对非随机分布纹理基材物品鉴别困难的缺陷，提出了一种基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，也就是和已有的大多数方法只利用随机纹理一幅图像进行鉴别不同，需要利用基材纹理和外观特征两幅图像。本实施例提出的物品真伪鉴别方法不仅对随机分布基材纹理物品有效，对于具有相似规律性的非随机分布基材纹理物品，同样能实现真伪鉴别。本实施例提出的物品真伪鉴别方法，利用真伪物品的外观特征的相似性，和物品基材纹理相对于外观特征的分布具有唯一性来表征物品基材的唯一性。即使真伪物品基材具有相似规律性的非随机分布的纹理，但仿冒者在伪造物品的外观特征时，难于做到外观特征点的位置相对于基材纹理分布和真品完全一致，因此物品基材纹理相对于外观特征的分布具有唯一性。本实施例提出的物品真伪鉴别方法，利用真伪物品图像中的相似外观特征进行定位，选定真品和待鉴定物品图像中包含相似外观特征的位置一一对应的两个区域，通过计算这两个区域内纹理图像的相关性，来判别这两个图像的物品是否使用同一基材，从而进行真伪鉴别。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的物品真伪鉴别方法包括以下步骤：
s1、拍摄真实物品的外观特征图像和基材纹理图像：首先选定真实物品一个区域，该区域内包含有人眼可辨识的物品外观特征，利用外观特征图像拍摄光学系统采集该区域的外观特征图像，该图像中物品的外观特征明显可辨但物品基材的纹理不明显，称该图像为外观特征图像，用it,c表示；在不移动物品的情况下，再利用基材纹理图像拍摄光学系统采集上述同一区域的图像，该图像中包含物品的外观特征和物品基材的纹理，称该图像为特征纹理共有图像，用it,c t表示；其中，所述的外观特征图像拍摄光学系统和基材纹理图像拍摄光学系统共用同一个相机，但照明光源不同；将上述两个图像存入存储介质的数据库中；
s2、拍摄待鉴别物品的外观特征图像和基材纹理图像：重复步骤s1中方法拍摄待鉴别物品的外观特征图像iv,c和特征纹理共有图像iv,c t；将上述两个图像存入存储介质的数据库中；
s3、对真实物品和待鉴定物品的特征纹理共有图像中的相似外观特征进行配准：先选定待鉴定物品外观特征图像iv,c和真实物品外观特征图像it,c中的相似外观特征，对这些相似外观特征像素点进行位置配准，获得以相似外观特征像素点为位置基准的两个外观特征图像it,c和iv,c的像素点坐标映射对应关系；再利用配准好的真实物品和待鉴定物品两个外观特征图像it,c和iv,c的像素点坐标映射对应关系，对真实物品和待鉴定物品的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t进行配准，获取两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t的像素点坐标映射对应关系；
s4、对待鉴定物品进行真伪鉴别：在配准好的两个特征纹理共有图像it,c t和iv,c t中，分别选取像素点具有相同坐标位置的一个图像区域，对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定，如果具有高度同一性，那么待鉴别的物品为真，如果具有高度不同一性，那么待鉴别的物品为伪。
2.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定的过程如下：
对两个图像区域的基材纹理进行相关性计算，获取相关系数r，运算公式为：
如果计算得到的相关系数r大于一个设定的阈值，那么选定的两个区域图像的纹理具有高度同一性，待鉴别的物品为真；如果计算得到的相关系数r小于另一个设定的阈值，那么选定的两个区域图像的纹理具有高度不同一性，待鉴别的物品为伪。
3.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的对两个图像区域的基材纹理的同一性进行判定的过程如下：将两个选定区域的图像在显示器上显示，用人眼辨识纹理图像进行同一性判定。
4.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的外观特征图像拍摄光学系统中，照明光源为一落射式环形光源，相机镜头设置在环形光源中央，光源发射的光束以落射式照明物品，光束入射到物品表面的入射角小于30度，相机拍摄光束经物品表面反射的图像。
5.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的基材纹理图像拍摄光学系统中，照明光源为一均匀发光的面光源，照明光源和相机设置在物品的不同侧，相机拍摄光束透过物品的图像。
6.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，所述的基材纹理图像拍摄光学系统中，照明光源为一掠射式环形光源，照明光源和相机设置在物品的同一侧，光源发出的光束入射到物品表面的入射角大于60度，相机拍摄光束经物品表面反射的图像。
7.根据权利要求1所述的基于基材纹理图像和外观特征图像的物品真伪鉴别方法，其特征在于，拍摄待鉴别物品图像和拍摄真实物品图像可以在不同时间和不同地点拍摄，可以用不同的相机在不同拍摄条件下进行拍摄，所述的拍摄条件包括光学放大倍数、物品和相机的相对位置。
技术总结