居民身份證中全息圖的識別

居民身份證中全息圖的識別

自中國實施居民身份證明制度以來，它在很多工作中發(fā)揮了重要作用，如居民管理和防止各種犯罪。居民身份證已經(jīng)成為每個公民進行各類活動離不開的證件，因此居民身份證的偽造也就隨之產(chǎn)生。雖然現(xiàn)在的居民身份加上了各種各樣的防偽技術(shù)方法，甚至加上全息圖防偽標(biāo)記，但是隨著高技術(shù)的普遍使用和人們文化程度的不斷提高，甚至原子彈也已經(jīng)被某些人員造出來了。據(jù)一家報紙報導(dǎo)，美國某刊物曾登出一則個人廣告，聲稱個人出售原子彈，更不用說全息圖了。為了避免居民身份證使用的全息塑封套被某些不法之徒偽造，我們需要研究出能夠識別偽造全息圖的方法。要能識別偽造全息圖，我們首先要清楚了解全息照相的原理。本文將根據(jù)自己對全息圖的了解和有關(guān)資料提出識別偽造全息圖的兩種可實施方案。一、全息照相的特征反映一個物體形像有表示物體明暗的光強和表示物體前后左右位置的位相信息，例如當(dāng)一束光照射到一個物體上時的散射光信號可用下式來描述：這里a(x,y)代表光波的振幅，表示光線的強弱；Φ(x,y)反映物體前后左右位置的位相。一般照相只能記錄光波的振幅，即a(x,y)=|U(x,y)|，它丟失了反映物體位置的位相信息Φ(x,y)。因此普通照相沒有物體的前后位置信息，看不到物體的立體象，而只是一個平面圖。要想把反映物體的前后左右散射光以一定的角度重迭時就產(chǎn)生干涉條紋，在這一位置放置高分辨率照底片時就能把這些干涉條紋記錄下來，這些條紋圖案就是全息圖。這里物體的散射光叫物光束，第二束光叫參考光束。全息照相的光路原理圖如圖1。由激光器輸出的激光束經(jīng)透鏡L準(zhǔn)直成平面光束，它的一部分照射到物體上散射成帶有反映物位置的信息記錄下來，只有使用干涉記錄方法，為此只有使用相干光束。當(dāng)一束平面相干光束與物體的體明暗和前后位置信息的物光束U(x,y)=a(x,y)e這里ω由于照相底片對光強的反應(yīng)是一種平方率探測器，這里的光強應(yīng)為：這就是全息照相的數(shù)學(xué)表示式。也就是全息圖記錄下物體的全部光學(xué)信息。當(dāng)用一平面光束照射記錄有這些干涉條紋的底片時，就能把這些信息重現(xiàn)出來。現(xiàn)在我們用和制作全息圖時一樣的平面光束以θ角照射全息圖時，全息圖后面就出現(xiàn)三束沿著不同方向傳播的光波分量（圖2),即：上式第一項表示被減弱的再現(xiàn)光波，不過由于帶有a(x,y)而產(chǎn)生不均勻性；第二項表示物體的實像，它位于全息圖的前方，距全息為f的地方；第三項表示物體的虛像，它位于全息圖的后面，距全息圖為-f的地方，即為我們通常在垂直于全息圖所看到的再現(xiàn)全息圖。這里為了簡單起見只考慮平面光波的情況，并且制作和重現(xiàn)都使用相同波長的激光束。如果使用球面光束和使用不同波長的光進行再現(xiàn)，情況要復(fù)雜，我們這里不再敘述，只引進兩個因使用球面波和用不同波光再現(xiàn)所帶來的放大因子：球面光波帶來的放大因子為M根據(jù)物體離底片的遠近和光源的發(fā)散度有近遠場菲氏全息圖和方和裴全息圖，也有所謂白光全息圖，彩虹全息圖各種叫法。證件所使用的全息圖為了方便檢查一般使用白光全息圖，這里就不再多敘述。根據(jù)前面了解的全息圖原理，我們就可以利用參考角和再現(xiàn)光波的波長進行編碼，開發(fā)出相應(yīng)的全息識別儀。二、特定角度入射全息圖按照全息照相原理拍攝全息圖時需要使用物光束和參考光束，這兩束光的夾角可以在一定范圍變化，從而全息圖再現(xiàn)時也有一定角度。而對于白光全息圖來說，由于是多光譜光束，它會被全息圖光柵條紋衍射成紅、橙、黃、蘭、綠、紫的光譜帶。它們分別相應(yīng)于不同的角度。根據(jù)全息圖的這些特點我們可以設(shè)計出一種全息角度編碼識別儀。有兩種實現(xiàn)方案：一種是以一個小型激光器作為全息圖再現(xiàn)光源,身份證以一固定角度插入，激光束按照拍攝全息母片時的參考角度入射，就能在一特定角度再現(xiàn)出全息圖。在這一角度放置一個光電接收器就能接收到再現(xiàn)全息圖信號，從而作出相應(yīng)的顯示。如果身份證上的全息圖是偽造的，由于拍攝全息圖時兩光束夾角不可能完全一樣，當(dāng)這種偽造身份證插入識別儀時，其再現(xiàn)全息圖就不在放置有光電接收器的位置上。因此光電接收器就不能接收到光信號，就會作出相反的顯示，從而識別出偽造證件。這種方案由于激光比較強，再現(xiàn)的全息圖更明亮，接收處理可能更方便簡單些。但是由于從居民身份證上的全息圖可能捉摸出相應(yīng)兩光束的近似夾角，有可能偽造出比較接近的角度，所以安全性差些。而且成本相對高一點。另一種方案是用一白熾燈作為全息圖再現(xiàn)光源，身份證以一固定角度插入。在廣角白熾燈照射下再現(xiàn)出紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫的一系列全息圖，不同的顏色對應(yīng)不同角度，我們選擇一種顏色的全息圖(例如蘭或綠)作為探測全息圖(這是保密的)，在此位置放置帶有能透過相應(yīng)顏色濾光片的光電探測器件就能探測到相應(yīng)的光信號，并作出相應(yīng)顯示，從而識別真正的證件。若插入的是偽造全息圖身份證，同樣會由于角度的差異使再現(xiàn)全息圖不能被帶有相應(yīng)濾波片的光電器件接收，作出另一種顯示，從而辨認出偽造的假全息圖身份證。這種方法成本相對較低，但是由于再現(xiàn)出一系列全息圖，其亮度比較弱，因而接收處理相對困難。這一方案有可能在現(xiàn)在使用的全息塑封套的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。這是我們首選考慮的方法之一，可能遇到的問題是接收全息圖實像還是虛像的問題。三、全息身份證的假全息識別儀使用不同激光波長拍攝的全息圖會產(chǎn)生不同角度的再現(xiàn)圖像，例如我們用氬離子激光器4880魡輸出波長，以兩光束的夾角為30°拍攝全息圖時，用原波長再現(xiàn)全息圖的重現(xiàn)角度為15°，而用5145魡波長的激光再現(xiàn)時,其重現(xiàn)角度要大于15°，若用6328魡的氦氖激光束重現(xiàn)全息圖，其重現(xiàn)全息圖的再現(xiàn)角度會更大。因此，我們可以選取一特定的激光波長來拍攝我們的全息圖，甚至用兩種激光波長來拍攝同一張全息圖，而只選取一種波長作為識別儀的光源?；谏厦娴目紤]原則，我們可以設(shè)計出相應(yīng)的全息波長編碼識別儀。首先我們同時使用兩種激光波長來制作同一張全息圖，這樣得到的全息圖當(dāng)用一種激光波長重現(xiàn)時會產(chǎn)生兩個角度不同的再現(xiàn)全息圖像。在這兩個角度分別放置一個光電探測器來接收再現(xiàn)全息圖信號，若能同時接收到兩個再現(xiàn)全息圖信號，將指示全息圖是真的，若只接收到一個再現(xiàn)全息圖信號將指示全息身份證是假的。這類識別儀同樣有兩種設(shè)計方式：一種是激光全息波長編碼識別儀，另一種是白光全息編碼識別儀。激光全息波長編碼識別儀選用一種便宜小巧的激光器作為全息圖再現(xiàn)光源（例如波長為6328魡的氦氖激光器)，全息身份證從一固定角度插入口插入，這種波長對于所使用的全息圖有兩個特定的重現(xiàn)角，在這兩個特定角方向各配置一個光電接收器，它們將能同時接收到這兩個再現(xiàn)全息圖的信號，作出相應(yīng)顯示。而當(dāng)偽造的全息身份證插入識別儀時，由于制作全息圖只用一個激光波長，或者即使使用兩種波長制作全息圖，由于其中一個波長甚至兩個波長都與我們使用的波長不同，這樣的全息圖的重現(xiàn)角度將千差萬別。這樣識別儀的兩個光電探測器就不能同時接收到全息圖的信號，甚至一個光電探測器也接收不到全息圖信號，從而作出假全息身份證顯示。白光全息波長編碼識別儀是使用白熾燈作為重現(xiàn)光源，全息身份證以一固定角度插入，這時全息圖將重現(xiàn)出兩套相互重迭的紅、橙、黃、綠、蘭、紫的光譜帶，我們選擇兩組光譜帶中的一種顏色分別放置一個配備相應(yīng)濾光片的光電接收器。同理，當(dāng)真全息身份證插入時，兩個相應(yīng)光電探測器都能接收到全息圖光信號，作出是真全息身份證判斷，若偽造全息身證插入時，兩個光電探測器不能同時接收到重現(xiàn)全息圖