高光譜成像的紙幣真?zhèn)舞b別研究

張振清, 董麗娟, 黃 宇, 陳興海, 黃 威, 孫 勇

1. 鐵道警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系, 河南 鄭州 450053 2. 山西大同大學(xué)微結(jié)構(gòu)電磁功能材料山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山西 大同 037009 3. 鄭州大學(xué)公共安全研究院， 河南 鄭州 450001 4. 無(wú)錫譜視界科技有限公司， 江蘇 無(wú)錫 214000 5. 公安部物證鑒定中心， 北京 100038 6. 同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)微結(jié)構(gòu)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092

引 言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 中國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體， 人民幣在國(guó)際支付中所占的份額越來(lái)越高。 然而越來(lái)越多的高仿真人民幣出現(xiàn)在流通領(lǐng)域， 嚴(yán)重地威脅了我國(guó)的金融安全， 危害了國(guó)內(nèi)的社會(huì)秩序。 因此， 加快人民幣真假的鑒定研究， 是保證我國(guó)金融安全， 維護(hù)人民幣在國(guó)際金融市場(chǎng)地位的重要技術(shù)保證[1]。 傳統(tǒng)的人民幣真?zhèn)蔚蔫b定一般是通過(guò)“一看、 二摸、 三聽(tīng)、 四測(cè)”的方法進(jìn)行的， 對(duì)于人民幣流通量大的領(lǐng)域， 則通常通過(guò)驗(yàn)鈔機(jī)等設(shè)備測(cè)試進(jìn)行預(yù)防。 然而對(duì)于一些“高仿”人民幣， 以上方法往往無(wú)法檢驗(yàn)出來(lái)， 需要研究新的更科學(xué)、 更準(zhǔn)確的鑒別方法[2]。

目前國(guó)內(nèi)、 外很多專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)人民幣的真假鑒定進(jìn)行了一系列的研究。 廖昱博等基于拉曼光譜分析技術(shù)， 識(shí)別偽造、 變?cè)斓娜嗣駧牛?而且還可以分辨不同來(lái)源的假幣[3]。 黃鷹等采用熒光光譜分析法， 對(duì)鈔票真?zhèn)芜M(jìn)行識(shí)[4]。 Woo June Choi等通過(guò)全場(chǎng)光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)探析鈔票的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 用來(lái)區(qū)分鈔票的真?zhèn)蝃5]。 陳強(qiáng)等利用發(fā)光光譜成像技術(shù)對(duì)真?zhèn)稳嗣駧胚M(jìn)行檢驗(yàn)， 并且可以較好的區(qū)分開(kāi)真假人民幣以及不同來(lái)源的假幣[6]。 王妍校通過(guò)分析假幣的近紅外光譜， 來(lái)溯源假幣的來(lái)源[7]。 蔡能斌等通過(guò)成像光譜儀獲取真假人民幣的光譜影像集， 以對(duì)假幣進(jìn)行鑒別[8]。 曹麗琴等利用真?zhèn)渭垘诺墓庾V差異性對(duì)紙幣真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別分析[9]。 Ioan Cristinel Negru等基于紅外光譜和質(zhì)譜法識(shí)別鈔票的真?zhèn)蝃10]。 Hoong Ta Lim等利用高光譜成像儀， 對(duì)流通的新加坡聚合物鈔票進(jìn)行了真假鑒定[11]。 Wang采用“增量”容差算法提取鈔票的主要顏色和紋理特征， 區(qū)分真?zhèn)吴n票[12]。 Radigya M Correia等利用近紅外光譜儀并結(jié)合主要成分分析和偏最小二乘判別分析對(duì)真?zhèn)吴n票進(jìn)行分析鑒別[13]。 劉海玲等基于太赫茲脈沖成像技術(shù)， 對(duì)真假人民幣進(jìn)行有效地鑒定[2]。

雖然專(zhuān)家學(xué)者們對(duì)真假鈔的鑒定做了許多研究， 但目前未有利用可見(jiàn)近紅外成像高光譜對(duì)真假鈔進(jìn)行鑒別分析， 特別是針對(duì)同一版本人民幣出現(xiàn)的多種版本假鈔正背面進(jìn)行分析研究。 高光譜成像集成了常規(guī)成像和光譜學(xué)， 可從標(biāo)本中獲得空間和光譜信息。 該技術(shù)使研究人員能夠分析痕跡的化學(xué)組分， 同時(shí)可視化它們的空間分布。 高光譜成像為紙幣的真?zhèn)涡缘臋z測(cè)， 識(shí)別提供了巨大的潛力[14-15]。

利用可見(jiàn)近紅外高光譜系統(tǒng)測(cè)量2005版百元真鈔以及兩個(gè)版本百元假鈔， 通過(guò)分析真鈔與不同版本的假鈔在可見(jiàn)近紅外光譜范圍內(nèi)高光譜反射率的差異以及運(yùn)用近紅外特征波段、 光譜運(yùn)算、 主成分分析、 紋理特征等技術(shù)手段， 旨在快速探索出真鈔與假鈔之間以及不同版本、 不同來(lái)源假鈔之間的差異。 不但為快速、 準(zhǔn)確鑒定人民幣真假提供技術(shù)支撐， 而且還可以準(zhǔn)確地對(duì)假鈔的來(lái)源地進(jìn)行溯源， 在公安實(shí)戰(zhàn)中具有實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品

以2005版百元人民幣為實(shí)驗(yàn)樣本， 其中所用的兩張百元假鈔由公安部物證鑒定中心提供。 假幣逼真度高， 偽裝性極好， 從肉眼上無(wú)法區(qū)分真假幣。 真幣編碼為： F80G749599， 假幣編碼為： HB90269566和HB90237038。

1.2 儀器

人民幣可見(jiàn)/近紅外光譜圖像數(shù)據(jù)的采集利用的是GaiaSorter高光譜分選儀系統(tǒng)(江蘇雙利合譜科技有限公司)， 該系統(tǒng)主要由光譜成像系統(tǒng)(GaiaFiled Pro-V10E)、 鹵素?zé)簟?暗箱、 計(jì)算機(jī)組成。

高光譜分選儀光譜范圍為400～1 000 nm， 光譜分辨率(FHWM)為2.8 nm， 可以區(qū)別極近似物質(zhì)之間的細(xì)微差別。 配套的消色差鏡頭為23 mm焦距， 視場(chǎng)角范圍為22°， 鏡頭的通光范圍是300～1 200 nm。 Gaiafield Pro-V10E光譜儀為逐線(xiàn)推掃成像， 每線(xiàn)的最大像素?cái)?shù)為1 920個(gè)， 每個(gè)像素在400～1 000 nm范圍內(nèi)的波段數(shù)最多為1 440個(gè)。 可以通過(guò)采集控制軟件Specview在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行波段數(shù)和像素?cái)?shù)的選擇。 每行像素?cái)?shù)可以選擇1 920， 960(相鄰兩個(gè)像素合并為1個(gè))和480(相鄰4個(gè)像素合并為1個(gè))。 波段數(shù)可以選擇1 440， 720(相鄰兩個(gè)光譜波段值合并為1個(gè))， 360(相鄰4個(gè)光譜波段合并為1個(gè))和176(相鄰8個(gè)光譜波段值合并為1個(gè))。

圖2為采集得到的百元鈔正面與背面的高光譜立方體圖像。 與傳統(tǒng)的只具有X軸和Y軸的二維平面圖像相比， 高光譜圖像除了X軸和Y軸， 還有代表光譜維的Z軸。 其成像的過(guò)程是錢(qián)幣隨暗箱內(nèi)的電動(dòng)平移臺(tái)勻速移動(dòng)， 逐線(xiàn)推掃成像。X軸是光譜儀狹縫長(zhǎng)度方向經(jīng)過(guò)鏡頭后能探測(cè)到的視場(chǎng)角范圍， 代表的是線(xiàn)推掃的空間像素?cái)?shù)。Z軸為一定光譜范圍內(nèi)的光譜通道數(shù)量。Y軸為推掃方向的累計(jì)線(xiàn)數(shù)的數(shù)量， 可以根據(jù)所測(cè)物品的長(zhǎng)短通過(guò)軟件進(jìn)行控制。

1.3 方法

在采集紙幣的高光譜數(shù)據(jù)前， 需要先根據(jù)光源的亮度調(diào)節(jié)儀器的曝光時(shí)間。 即， 將條形白板放在鏡頭下調(diào)節(jié)位置， 使得剛好覆蓋在鏡頭和狹縫采集成像的范圍內(nèi)， 點(diǎn)擊軟件上的自動(dòng)曝光按鈕， 經(jīng)過(guò)3 s后會(huì)在曝光時(shí)間欄自動(dòng)得到一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的曝光時(shí)間。 得到曝光時(shí)間后， 點(diǎn)擊白幀按鈕， 采集白板數(shù)據(jù)DNwhite， 然后蓋上鏡頭蓋， 點(diǎn)擊黒幀按鈕， 得到背景暗電流的數(shù)據(jù)DNdark.。

紙幣數(shù)據(jù)采集： 三張百元鈔票清理表面污漬后將其壓平， 然后按照假鈔1、 假鈔2、 真鈔的順序依次排列放置于暗箱的掃描平臺(tái)上。 為了減少背景信息對(duì)目標(biāo)圖像反射率的影響， 在圖像采集過(guò)程中使用黑色背景以減少背景反射所帶來(lái)的誤差。 在利用SpecView采集軟件進(jìn)行光譜圖像采集時(shí)， 經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后， 物鏡高度設(shè)置為31 cm， 曝光時(shí)間設(shè)置為11 ms， 平臺(tái)移動(dòng)速度分別設(shè)置為 4.8 mm·s-1。

參數(shù)設(shè)置完成后， 打開(kāi)Camera Setting相機(jī)設(shè)置窗口， 將Spatial選擇960， 即每線(xiàn)保存960個(gè)像素， 將Spectral選擇176， 即每個(gè)像素保存176個(gè)光譜通道。 然后點(diǎn)擊Capture Panel采集窗口的“采集”按鈕， 3張錢(qián)幣就會(huì)以每秒4.8 mm的速度， 在電動(dòng)平移臺(tái)上移動(dòng)， 同時(shí)光譜儀同步開(kāi)始推掃成像。 暗箱內(nèi)部有4個(gè)帶磨玻璃表面的鹵素?zé)簦?分別從暗箱的4個(gè)不同位置對(duì)被測(cè)錢(qián)幣進(jìn)行照射， 保證了從任何角度看過(guò)去都沒(méi)有陰影。

采集百元鈔的正面光譜圖像時(shí)， 任意選擇三個(gè)波長(zhǎng)的灰度圖組成偽彩色圖對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)行展示； 然后利用同樣的設(shè)置和步驟再采集百元鈔的背面光譜圖像。 經(jīng)過(guò)以上采集數(shù)據(jù)后， 得到百元鈔正面和背面的三維圖像如圖2所示。

1.4 光譜圖像預(yù)處理

試驗(yàn)獲取的圖像數(shù)據(jù)為DN值， 為無(wú)量綱數(shù)據(jù)， 需轉(zhuǎn)化為反射率數(shù)據(jù)方可進(jìn)行下一步的分析[16]， 由DN值轉(zhuǎn)為反射率值的轉(zhuǎn)換公式如式(1)所示。

(1)

式(1)中，Rref是校正過(guò)的圖像，DNraw是原始圖像，DNwhite為白板校正圖像，DNdark是黑板校正圖像。

試驗(yàn)得到的光譜含有由儀器和試驗(yàn)條件等引起的噪聲， 對(duì)這些噪聲的處理有助于減少噪聲對(duì)光譜分析的影響， 突出光譜的有效信息。 Savitzky-Golay (SG)平滑算法可以有效消減光譜數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲， 消噪效果受平滑點(diǎn)數(shù)的影響[17]； 選擇SG二次多項(xiàng)式5點(diǎn)平滑對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 同時(shí)去除400～1 000 nm前后50 nm低信號(hào)的光譜以減少分析結(jié)果的誤差。

2 結(jié)果與討論

2.1 百元真鈔與假鈔的光譜分析

圖3分別為百元假鈔(第一、 二張)與百元真鈔(第三張)正背面的成像光譜RGB(RGB分別為640， 550和460 nm)偽彩色圖以及真假鈔正背面4個(gè)特征位置的光譜反射率曲線(xiàn)。 真假鈔正面的4個(gè)特征位置分別為人民幣左下角的100數(shù)字、 右上角的國(guó)徽、 毛主席右邊的頭發(fā)以及毛主席衣服的衣領(lǐng)處[圖3(a)所示]。 真假鈔背面的4個(gè)特征點(diǎn)分別為人民幣右上角的100數(shù)字、 人民大會(huì)堂、 人民幣花卉的花邊以及右邊的毛主席隱形頭像[圖3(b)所示]。 從真假鈔正面四個(gè)特征位置的光譜反射率曲線(xiàn)可知， 真鈔與假鈔的光譜反射率差異較大， 假鈔之間的光譜反射率同樣有較大差異[圖3(c)所示]。 對(duì)于真假鈔正面的分析可知， 100數(shù)字處光譜在450～950 nm范圍內(nèi)差異顯著， 在450～700 nm范圍內(nèi)， 總體上第二張假鈔的光譜反射率高于真鈔， 真鈔的光譜反射率則高于第一張假鈔； 在700～950 nm范圍內(nèi)， 真鈔的光譜反射率均小于假鈔。 國(guó)徽處在575～725 nm光譜范圍內(nèi)， 真鈔與假鈔的反射率差異較大， 在450～575以及725～950 nm范圍內(nèi)， 差異并不顯著。 毛主席頭發(fā)處在450～575 nm范圍內(nèi)無(wú)顯著差異， 但在575～950 nm真鈔與第一張假鈔差異顯著， 在575～740 nm范圍內(nèi)真鈔與第二張假鈔差異顯著， 在740～950 nm范圍內(nèi)， 真鈔與第二張假鈔差異不顯著。 毛主席衣領(lǐng)處在590～950 nm范圍內(nèi)差異顯著， 在450～590 nm范圍內(nèi)差異不顯著。

圖3 真鈔與假鈔正背面特征點(diǎn)的光譜反射率曲線(xiàn)

對(duì)于真假鈔背面[圖3(d)所示]的分析可知， 100數(shù)字處在450～500 nm光譜范圍內(nèi)， 第二張假鈔的反射率高于第一張假鈔， 第一張假鈔與真鈔的反射率無(wú)顯著差異； 在575 nm范圍內(nèi)， 真鈔的光譜反射率值高于兩張假鈔， 第一張假鈔的反射率值則高于第二張假鈔。 大會(huì)堂處在450～540 nm范圍內(nèi)， 第一張假鈔的反射率低于第二張假鈔與真鈔； 在575～950 nm范圍內(nèi)， 真鈔與兩張假鈔的光譜反射率差異顯著。 真鈔的花卉處光譜在520 nm附近有一峰值， 在540 nm附近有一谷值， 然而2張假鈔在520和540 nm附近均無(wú)峰值與谷值； 在555～950 nm范圍內(nèi)， 第一張假鈔的光譜反射率高于真鈔， 而真鈔的光譜反射率高于第二張假鈔。 在隱形頭像處， 第二張假鈔光譜反射率變化趨勢(shì)與真鈔相似， 但真鈔的光譜反射率值高于假鈔。 在450～510 nm范圍內(nèi)， 真鈔的光譜反射率值高于第一張假鈔； 在510～550和600～950 nm范圍內(nèi)， 第一張假鈔的反射率值高于真鈔； 在550～600 nm之間， 真鈔與第一張假鈔的變化趨勢(shì)一致且反射率值相近。

2.2 百元真鈔與假鈔的圖像分析

根據(jù)圖3中真鈔與假鈔正背面8個(gè)拓征點(diǎn)的光譜反射率曲線(xiàn)變化特征， 選取500， 660和870 nm三個(gè)波長(zhǎng)的灰度圖觀(guān)察真鈔與假鈔在不同位置的顯示差異， 如圖4所示。

圖4 百元真鈔與假鈔的正反面在500， 660和870 nm的灰度圖

從圖4的真假鈔的正面可知， 在500 nm處真鈔正面的紋理清晰度高于假鈔， 但無(wú)其他顯著差異[圖4(a)所示]。 在660 nm處， 真鈔與假鈔在多處有明顯差異。 其中在真鈔與假鈔的正面， 真鈔的左下角有2個(gè)100字樣， 而假鈔只有1個(gè)100字樣； 真鈔的左邊有毛主席的頭像， 而假鈔沒(méi)有； 真鈔左上角的國(guó)徽顏色很淡， 基本上看不清， 而假鈔顯示很清晰； 真鈔右邊的毛主席頭像與其他位置如“中國(guó)人民銀行”字樣顏色較淡， 而假鈔在這些位置的顏色顯示深于真鈔[圖4(b)所示]。 在870 nm處， 第二張假鈔除了左下角的幾個(gè)數(shù)字， 無(wú)其他圖像信息。 而第一張假鈔圖像信息較為豐富， 與660 nm的灰度圖相似； 真鈔在870 nm同樣有2處毛主席頭像， 在左下角同樣有2個(gè)100字樣， 而假鈔只有1處毛主席頭像或者沒(méi)有， 左下角無(wú)100字樣或顯示不清， 真鈔在其他地方無(wú)顯著特征[圖4(c)所示]。

從圖4的真假鈔的背面可知， 與正面相似， 在500 nm的灰度圖處， 真鈔背面的紋理清晰度高于假鈔， 但無(wú)其他顯著差異[徒4(d)所示]。 在660 nm的灰度圖， 真鈔的右側(cè)有毛主席頭像及100字樣， 而假鈔沒(méi)有； 真鈔的左側(cè)圖像輪廓清晰， 而假鈔輪廓模糊[圖4(e)所示]。 在870 nm的灰度圖， 真鈔的右側(cè)依然有毛主席頭像及100字樣， 在人民幣的左側(cè)， 真鈔的人民大會(huì)堂左側(cè)顯示清晰， 右側(cè)無(wú)顯示， 而假鈔左右兩側(cè)均無(wú)顯示[圖4(f)所示]。

綜合分析真鈔與假鈔的正背面在500， 660和870 nm三個(gè)波段的灰度圖可知， 真鈔在500 nm處的圖像輪廓清晰， 在660和870 nm兩個(gè)波段， 無(wú)論是正面或背面， 真鈔均有多處特征位置有異于假鈔， 因此可用660或870 nm區(qū)別百元真假鈔。

波段運(yùn)算為多幅圖像的混合運(yùn)算提供了簡(jiǎn)單的方法， 通過(guò)波段運(yùn)算可以突出目標(biāo)物的某一特性或者細(xì)節(jié)[17]。 本工作采用簡(jiǎn)單的四則波段運(yùn)算， 目的是為了突出真鈔與假鈔之間的圖像差異。 根據(jù)圖3真鈔與假鈔8個(gè)不同位置的光譜反射率的變化規(guī)律， 選取520 nm處的反射率減去540 nm處的反射率， 得到圖5真鈔與假鈔正背面的灰度圖[圖5(a)]； 選取870 nm處的反射率減去660 nm處的反射率， 得到真鈔與假鈔正背面的灰度圖[圖5(b)]； 選取870 nm處的反射率減去500 nm處的反射率， 得到真鈔與假鈔正背面的灰度圖[圖5(c)]。

由圖5可知， 520 nm處的反射率減去540 nm處的反射率的灰度圖， 在正面上， 真鈔在毛主席頭像、 花卉、 小圓圈等多個(gè)地方區(qū)別于假鈔； 在背面上， 大會(huì)堂、 100數(shù)字、 右上角圖案等多個(gè)地方， 真鈔與假鈔顯示不同。 870 nm處的反射率減去660 nm處的反射率的灰度圖， 在正面上， 在毛主席頭像、 國(guó)徽、 右上角100數(shù)字及下方圖案等多個(gè)地方， 真鈔的顯示與假鈔存在較大區(qū)別； 在背面上， 真鈔在大會(huì)堂的圖案顯示上區(qū)別于假鈔。 870 nm處的反射率減去500 nm處的反射率的灰度圖， 在正面上真鈔左下角無(wú)100字樣， 而2張假鈔均有100字樣， 花卉上“壹佰元”， 真鈔顯示清晰于假鈔； 在背面上， 除顏色差異及清晰度不一樣外， 真假鈔難以辨別。

2.3 百元真鈔與假鈔的主成分分析

主成分分析(principal component analysis， PCA)是一種最基本的數(shù)據(jù)降維方法， 主要是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解， 特征值分解后的特征向量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的主成分， 特征值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)在各個(gè)主成分上的權(quán)重[18]。 利用PCA變換去除高光譜圖像波段間的相關(guān)性， 去除冗余信息； 經(jīng)過(guò)PCA變換后， 大部分信息集中在前幾個(gè)主成分分量中， 其他的主成分分量以噪聲為主[19]。

圖5 基于波段運(yùn)算的百元真鈔與假鈔灰度圖

圖6為真假鈔正面的前12個(gè)主成分的灰度圖。 從圖可知， 每一主成分均有真鈔顯著區(qū)別于假鈔的地方， 其中第3～7主成分真鈔區(qū)別于假鈔的地方較多， 比如第3主成分， 在毛主席頭像、 左下角的100字樣、 右上角的100字樣、 花卉、 國(guó)徽周邊圖案等多個(gè)地方， 真鈔可區(qū)別于假鈔。 第1主成分和第2主成分覆蓋的信息較多， 真鈔在花卉上的“壹佰元”字體、 毛主席頭像等地方與假鈔的顯示不同。 第8～12主成分雖然所含噪聲較多， 但在毛主席頭像、 100字樣等地方， 真鈔與假鈔的顯示均不相同。

圖6 百元真鈔與假鈔正面的前12個(gè)主成分

圖7為真假鈔背面的前12個(gè)主成分的灰度圖， 從圖中可知， 每一主成分也均有真鈔區(qū)別于假鈔的地方， 主要集中在大會(huì)堂、 右上角的100字樣、 左上角的100字樣、 左下角的100字樣、 中間的花卉。 左邊的圖案等多個(gè)地方。 其中第3～5主成分的灰度圖中， 真鈔區(qū)別于假鈔的地方較多。 在第一主成分中， 真鈔的圖案及輪廓的清晰度高于假鈔。 在第8～12主成分雖然所含噪聲較多， 但仍多處有較為顯著的差異可區(qū)別真鈔與假鈔。

圖7 百元真鈔與假鈔背面的前12個(gè)主成分

2.4 百元真鈔與假鈔的紋理分析

紋理特征提取的主要方法有統(tǒng)計(jì)方法、 模型方法、 信號(hào)處理方法和結(jié)構(gòu)方法等。 統(tǒng)計(jì)方法是基于像元及其領(lǐng)域的灰度屬性來(lái)研究紋理區(qū)域中的統(tǒng)計(jì)特性， 而灰度共生矩陣及其特征提取的方法一直是重要的統(tǒng)計(jì)紋理分析方法之一。

不同的圖像由于紋理尺度的不同， 灰度共生矩陣可以有很大的差別。 Haralick等在灰度共生矩陣(gray level co-occurrence matrix)的基礎(chǔ)上根據(jù)紋理的特點(diǎn)提出了基于灰度共生矩陣的紋理量化方法[20]， 如表1所示。

表1 基于灰度共生矩陣的紋理特征及其作用

灰度共生矩陣在一定程度上反映了紋理圖像中各灰度級(jí)在空間上的分布特性， 是紋理分析領(lǐng)域中最常用的特征之一[21]。 利用真鈔與假鈔正背面8個(gè)特征點(diǎn)的光譜反射率曲線(xiàn)變化特征， 選取500 nm波段的灰度圖計(jì)算其紋理信息， 如圖8所示。

圖8(a) 真假鈔正面在550 nm灰度圖的紋理信息

圖8(a)為真假鈔正面在550 nm波段的紋理特征圖， 從左到右， 從上到下依次為均值、 方差、 逆差矩、 對(duì)比度、 非相似度、 熵、 角二階矩和相關(guān)性。 從圖8(a)可知， 從宏觀(guān)角度看， 真假鈔正面在550 nm處的紋理特征并無(wú)顯著差別， 但從細(xì)微角度看， 真假鈔正面的文字信息， 如中國(guó)人民銀行、 100、 壹佰圓以及編號(hào)等， 在550 nm處真鈔的紋理顯示的更加清晰完整。 真鈔中間的條杠與假鈔相比， 也更加的清晰。 真鈔的熵、 角二階矩和相關(guān)性這三個(gè)紋理特征與假鈔相比輪廓更加清晰， 且比假鈔的輪廓大。

圖8(b)為真假鈔背面分別在550 nm波段的紋理特征圖， 從左到右， 從上到下依次為均值、 方差、 逆差矩、 對(duì)比度、 非相似度、 熵、 角二階矩和相關(guān)性。 從圖8(b)可知， 真假鈔背面在550 nm處除了方差、 對(duì)比度這兩個(gè)紋理特征中真假鈔在中間花卉有所區(qū)別外， 其余的紋理特征并無(wú)顯著區(qū)別。

圖8(b) 真假鈔背面在550 nm灰度圖的紋理信息

3 結(jié) 論

通過(guò)分析百元鈔中2005版真鈔與2005版不同批次假鈔的正背面的光譜反射率可知， 在400～1 000 nm光譜范圍內(nèi)， 真鈔與假鈔之間的有些圖案的光譜反射率差異較大， 有些圖案的光譜反射率則差異并不顯著。 而不同批次的假鈔， 其不同位置的光譜反射率也存在較大的差異。 這與真假鈔所用顏料及工藝有很大關(guān)系， 而且不同來(lái)源的假幣油墨成分也不相同。 通過(guò)對(duì)比真假鈔正背面單波段、 波段運(yùn)算、 主成分分析12個(gè)主成分的灰度圖和550 nm處的紋理特征可知， 基于單波段的灰度圖， 近紅外波段可在鈔票的正面毛主席頭像、 左下角的100字樣區(qū)別于假鈔， 在鈔票的背面， 真鈔可在毛主席頭像、 大會(huì)堂、 右下角的100字樣區(qū)別于假鈔， 而可見(jiàn)光的波段， 真假鈔較難區(qū)分； 基于波段運(yùn)算的灰度圖， 真鈔在正面上如毛主席頭像、 國(guó)徽、 右上角100數(shù)字、 小圓圈及下方圖案等多個(gè)地方區(qū)別于假鈔， 在背面上， 真鈔在大會(huì)堂、 100數(shù)字、 右上角圖案等地方可區(qū)別于假鈔； 基于主成分分析的灰度圖， 無(wú)論是正面或反面， 有信號(hào)的灰度圖， 真鈔均可區(qū)別于假鈔， 有些主成分存在多處可區(qū)別于真假鈔的地方； 在550 nm處， 真鈔與假鈔正背面的均值、 方差、 逆差矩、 對(duì)比度、 非相似度、 熵、 角二階矩和相關(guān)性這8個(gè)紋理特征均有所區(qū)別。

研究結(jié)果為通過(guò)高光譜成像技術(shù)進(jìn)行真?zhèn)螏盆b別和假幣溯源鑒定提供了可能性和理論支持， 也為其他類(lèi)型的真假鈔的驗(yàn)證做了技術(shù)鋪墊。