居民身份证中全息图的识别

居民身份证中全息图的识别

自中国实施居民身份证明制度以来，它在很多工作中发挥了重要作用，如居民管理和防止各种犯罪。居民身份证已经成为每个公民进行各类活动离不开的证件，因此居民身份证的伪造也就随之产生。虽然现在的居民身份加上了各种各样的防伪技术方法，甚至加上全息图防伪标记，但是随着高技术的普遍使用和人们文化程度的不断提高，甚至原子弹也已经被某些人员造出来了。据一家报纸报导，美国某刊物曾登出一则个人广告，声称个人出售原子弹，更不用说全息图了。为了避免居民身份证使用的全息塑封套被某些不法之徒伪造，我们需要研究出能够识别伪造全息图的方法。要能识别伪造全息图，我们首先要清楚了解全息照相的原理。本文将根据自己对全息图的了解和有关资料提出识别伪造全息图的两种可实施方案。一、全息照相的特征反映一个物体形像有表示物体明暗的光强和表示物体前后左右位置的位相信息，例如当一束光照射到一个物体上时的散射光信号可用下式来描述：这里a(x,y)代表光波的振幅，表示光线的强弱；Φ(x,y)反映物体前后左右位置的位相。一般照相只能记录光波的振幅，即a(x,y)=|U(x,y)|，它丢失了反映物体位置的位相信息Φ(x,y)。因此普通照相没有物体的前后位置信息，看不到物体的立体象，而只是一个平面图。要想把反映物体的前后左右散射光以一定的角度重迭时就产生干涉条纹，在这一位置放置高分辨率照底片时就能把这些干涉条纹记录下来，这些条纹图案就是全息图。这里物体的散射光叫物光束，第二束光叫参考光束。全息照相的光路原理图如图1。由激光器输出的激光束经透镜L准直成平面光束，它的一部分照射到物体上散射成带有反映物位置的信息记录下来，只有使用干涉记录方法，为此只有使用相干光束。当一束平面相干光束与物体的体明暗和前后位置信息的物光束U(x,y)=a(x,y)e这里ω由于照相底片对光强的反应是一种平方率探测器，这里的光强应为：这就是全息照相的数学表示式。也就是全息图记录下物体的全部光学信息。当用一平面光束照射记录有这些干涉条纹的底片时，就能把这些信息重现出来。现在我们用和制作全息图时一样的平面光束以θ角照射全息图时，全息图后面就出现三束沿着不同方向传播的光波分量（图2),即：上式第一项表示被减弱的再现光波，不过由于带有a(x,y)而产生不均匀性；第二项表示物体的实像，它位于全息图的前方，距全息为f的地方；第三项表示物体的虚像，它位于全息图的后面，距全息图为-f的地方，即为我们通常在垂直于全息图所看到的再现全息图。这里为了简单起见只考虑平面光波的情况，并且制作和重现都使用相同波长的激光束。如果使用球面光束和使用不同波长的光进行再现，情况要复杂，我们这里不再叙述，只引进两个因使用球面波和用不同波光再现所带来的放大因子：球面光波带来的放大因子为M根据物体离底片的远近和光源的发散度有近远场菲氏全息图和方和裴全息图，也有所谓白光全息图，彩虹全息图各种叫法。证件所使用的全息图为了方便检查一般使用白光全息图，这里就不再多叙述。根据前面了解的全息图原理，我们就可以利用参考角和再现光波的波长进行编码，开发出相应的全息识别仪。二、特定角度入射全息图按照全息照相原理拍摄全息图时需要使用物光束和参考光束，这两束光的夹角可以在一定范围变化，从而全息图再现时也有一定角度。而对于白光全息图来说，由于是多光谱光束，它会被全息图光栅条纹衍射成红、橙、黄、兰、绿、紫的光谱带。它们分别相应于不同的角度。根据全息图的这些特点我们可以设计出一种全息角度编码识别仪。有两种实现方案：一种是以一个小型激光器作为全息图再现光源,身份证以一固定角度插入，激光束按照拍摄全息母片时的参考角度入射，就能在一特定角度再现出全息图。在这一角度放置一个光电接收器就能接收到再现全息图信号，从而作出相应的显示。如果身份证上的全息图是伪造的，由于拍摄全息图时两光束夹角不可能完全一样，当这种伪造身份证插入识别仪时，其再现全息图就不在放置有光电接收器的位置上。因此光电接收器就不能接收到光信号，就会作出相反的显示，从而识别出伪造证件。这种方案由于激光比较强，再现的全息图更明亮，接收处理可能更方便简单些。但是由于从居民身份证上的全息图可能捉摸出相应两光束的近似夹角，有可能伪造出比较接近的角度，所以安全性差些。而且成本相对高一点。另一种方案是用一白炽灯作为全息图再现光源，身份证以一固定角度插入。在广角白炽灯照射下再现出红、橙、黄、绿、青、兰、紫的一系列全息图，不同的颜色对应不同角度，我们选择一种颜色的全息图(例如兰或绿)作为探测全息图(这是保密的)，在此位置放置带有能透过相应颜色滤光片的光电探测器件就能探测到相应的光信号，并作出相应显示，从而识别真正的证件。若插入的是伪造全息图身份证，同样会由于角度的差异使再现全息图不能被带有相应滤波片的光电器件接收，作出另一种显示，从而辨认出伪造的假全息图身份证。这种方法成本相对较低，但是由于再现出一系列全息图，其亮度比较弱，因而接收处理相对困难。这一方案有可能在现在使用的全息塑封套的基础上实现。这是我们首选考虑的方法之一，可能遇到的问题是接收全息图实像还是虚像的问题。三、全息身份证的假全息识别仪使用不同激光波长拍摄的全息图会产生不同角度的再现图像，例如我们用氩离子激光器4880魡输出波长，以两光束的夹角为30°拍摄全息图时，用原波长再现全息图的重现角度为15°，而用5145魡波长的激光再现时,其重现角度要大于15°，若用6328魡的氦氖激光束重现全息图，其重现全息图的再现角度会更大。因此，我们可以选取一特定的激光波长来拍摄我们的全息图，甚至用两种激光波长来拍摄同一张全息图，而只选取一种波长作为识别仪的光源。基于上面的考虑原则，我们可以设计出相应的全息波长编码识别仪。首先我们同时使用两种激光波长来制作同一张全息图，这样得到的全息图当用一种激光波长重现时会产生两个角度不同的再现全息图像。在这两个角度分别放置一个光电探测器来接收再现全息图信号，若能同时接收到两个再现全息图信号，将指示全息图是真的，若只接收到一个再现全息图信号将指示全息身份证是假的。这类识别仪同样有两种设计方式：一种是激光全息波长编码识别仪，另一种是白光全息编码识别仪。激光全息波长编码识别仪选用一种便宜小巧的激光器作为全息图再现光源（例如波长为6328魡的氦氖激光器)，全息身份证从一固定角度插入口插入，这种波长对于所使用的全息图有两个特定的重现角，在这两个特定角方向各配置一个光电接收器，它们将能同时接收到这两个再现全息图的信号，作出相应显示。而当伪造的全息身份证插入识别仪时，由于制作全息图只用一个激光波长，或者即使使用两种波长制作全息图，由于其中一个波长甚至两个波长都与我们使用的波长不同，这样的全息图的重现角度将千差万别。这样识别仪的两个光电探测器就不能同时接收到全息图的信号，甚至一个光电探测器也接收不到全息图信号，从而作出假全息身份证显示。白光全息波长编码识别仪是使用白炽灯作为重现光源，全息身份证以一固定角度插入，这时全息图将重现出两套相互重迭的红、橙、黄、绿、兰、紫的光谱带，我们选择两组光谱带中的一种颜色分别放置一个配备相应滤光片的光电接收器。同理，当真全息身份证插入时，两个相应光电探测器都能接收到全息图光信号，作出是真全息身份证判断，若伪造全息身证插入时，两个光电探测器不能同时接收到重现全息图