[發明專利]一種用于防偽標簽的光學散斑PUF系統

有效

• 申請號: 201811121102.3
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109344942B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 莫立鋒;張躍軍;陳俊燁;鄭俊;蔡沛志;胡鑫
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G06K19/06
• 分類號: G06K19/06;G06K19/02;G06K7/10
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 方小惠

1.一種用于防偽標簽的光學散斑PUF系統，包括至少一個光學PUF樣本、圖像采集裝置和圖像處理裝置，其特征在于所述的光學PUF樣本包括長方形的基材和附著在所述的基材的正面的激光散斑，所述的基材的材料為玻璃，所述的激光散斑為多個隨機分布的黑色斑點，黑色斑點的粒徑為20～60μm，成分為丙烯酸，所述的激光散斑的面積為所述的基材的正面面積的0.45～0.55；

所述的圖像采集裝置包括紅外激光器、第一定向孔、第二定向孔、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、擴束鏡、準直透鏡、半反半透鏡、第一CCD相機和第二CCD相機；所述的紅外激光器、所述的第一定向孔、所述的第二定向孔和所述的第一反射鏡從左往右依次設置，所述的第一定向孔、所述的第二定向孔和所述的第一反射鏡位于所述的紅外激光器的發射光路上，所述的第一反射鏡的入射面與水平方向的夾角為45度，所述的紅外激光器發射的激光依次通過所述的第一定向孔和所述的第二定向孔后沿水平方向入射到所述的第一反射鏡，所述的第二反射鏡位于所述的第一反射鏡的后面，所述的第二反射鏡位于所述的第一反射鏡的反射光路上，所述的第二反射鏡的入射面與水平面的夾角為135度，所述的擴束鏡位于所述的第二反射鏡的左側，所述的第三反射鏡位于所述的擴束鏡的左側，所述的擴束鏡的擴大倍率為20倍，所述的擴束鏡位于所述的第二反射鏡的反射光路上，所述的第三反射鏡位于所述的擴束鏡的出射光路上，所述的第三反射鏡的入射面與水平方向的夾角為135度，所述的準直透鏡位于所述的第三反射鏡的反射光路上，所述的半反半透鏡位于所述的準直透鏡的出射光路上，所述的半反半透鏡的反射面與水平面之間的夾角為135度，一個所述的光學PUF樣本設置在所述的半反半透鏡的反射光路上，且該光學PUF樣本的背面朝向所述的半反半透鏡，該光學PUF樣本的正面朝向所述的第二CCD相機，所述的第一CCD相機和所述的第二CCD相機分別與所述的圖像處理裝置連接；

工作時，所述的紅外激光器發射的光束依次通過所述的第一定向孔和所述的第二定向孔后沿水平方向成45度入射到所述的第一反射鏡，光束通過所述的第一反射鏡反射后成45度入射到所述的第二反射鏡并經由所述的第二反射鏡反射后進入所述的擴束鏡中，所述的擴束鏡將進入其內的光束直徑放大20倍后再成45度入射到所述的第三反射鏡中，所述的第三反射鏡將光束入射到所述的準直透鏡中，所述的準直透鏡將攝入其內的光束調整為平行光束后成45度攝入所述的半反半透鏡中，所述的半反半透鏡將入射到其內的光束一方面反射到所述的光學PUF樣品的背面，一方面透射出去被所述的第一CCD相機捕獲，入射到所述的光學PUF樣品上的光束通過所述的光學PUF樣品上的正面后形成光學散斑，該光學散斑被所述的第二CCD相機捕獲并拍攝得到光學散斑圖，所述的圖像處理裝置對接收到的光學散斑圖進行處理，得到光學PUF。

2.根據權利要求1所述的一種用于防偽標簽的光學散斑PUF系統，其特征在于所述的光學PUF樣本的材料為長為76.2mm，寬為25.4mm，厚度為1.0-1.2mm的干凈無塵透明的載玻片或者邊長為22mm，厚度為0.13-0.17mm的干凈無塵透明的蓋玻片。

3.根據權利要求1或2所述的一種用于防偽標簽的光學散斑PUF系統，其特征在于所述的光學PUF樣本的制備過程為：

A.將基材清潔干凈后置于一平臺上；

B.采用自動噴漆設備在距離基材正面20cm高度處對基材正面噴射粒徑為20～60μm的丙烯酸涂料液滴，丙烯酸涂料液滴在基材正面形成多個隨機分布的黑色斑點；

C.放在無塵室中靜置5-6分鐘得到光學PUF樣本。

4.根據權利要求1所述的一種用于防偽標簽的光學散斑PUF系統，其特征在于所述的圖像處理裝置對接收到的光學散斑圖像進行處理，得到光學PUF的具體過程為：

(1)從接收的光學散斑圖中隨機選取一幅，將選取的光學散斑圖的像素記為N×M，其中，N為第二CCD相機的橫向像素數，M為第二CCD相機的縱向像素數；

(2)對選取的光學散斑圖進行灰度化處理，得到N行×M列像素的灰度圖，并獲取灰度圖中每個像素對應的灰度值；

(3)對得到的N×M像素的灰度圖進行二值化處理，具體步驟如下：

Ⅰ.新建一個能夠存放N行×M列數據的二維數組；

Ⅱ.設定一個中間變量a，將a初始化為大于等于0且小于等于255的一個整數；

Ⅲ.將灰度圖中第j行第k列的像素對應的灰度值與a的當前值進行比較，如果該灰度值小于a，則將0存放到二維數組的第j行第k列，如果該灰度值大于等于a，則將1存放到二維數組的第j行第k列，j＝1,2，…，N，k＝1,2，…，M；

Ⅳ.計算二值化數組存放的N*M個數的平均值，將該平均值記為b，*為乘運算符號，對b進行判定：

如果b大于等于0.48且小于等于0.52，則將當前得到的二維數組作為二值化數組，進入步驟(4)；

如果b不屬于0.48-0.52范圍內的數，則對先a的值進行更新，將a更新后的值作為a的當前值，重復步驟Ⅲ和Ⅳ，直至b大于等于0.48且小于等于0.52，將最后得到的二維數組作為二值化數組，進入步驟(4)，其中a的具體更新過程為：當b小于0.48，且b與0.48之間的差值不大于0.1時，采用a的當前值減去c的值對a的取值進行更新，c為小于等于10的整數，當b小于0.48，且b與0.48之間的差值大于0.1時，采用a的當前值加上d的值對a的取值進行更新，d為小于等于10的整數，當b大于0.52，且b與0.52之間的差值不大于0.1時，采用a的當前值減去e的值對a的取值進行更新，e為大于10的整數，當b大于0.52，且b與0.52之間的差值大于0.1時，采用a的當前值加上f的值對a的取值進行更新，f為大于10的整數；

(4)新建一個用于存放1行×N*M列數據的一維數組，對該一維數組進行賦值：將二值化數組的第1行第1列的數存放到該一維數組的第1行第1列，二值化數組的第1行第2列的數存放到該一維數組的第1行第2列，以此類推，直到將二值化數組的第N行第M列的數存放到該一維數組的第1行第N*M列，將得到的一維數組記為B；

(5)對一維數組B進行馮諾依曼處理，具體步驟如下：

a.判斷N*M是否為偶數，如果N*M不是偶數，則在該一維數組B中增加一列作為一維數組B的第1行第N*M+1列，并將1存放在該處，如果N*M是偶數，則不作處理，將一維數組B的當前列數記為M₁；

b.新建一個用于存放馮諾依曼處理數據的一維數組，將其記為Q，設定一個中間變量p，將1賦值給p；

c.采用一維數組B的第1行第2p-1列的數和第1行2p列的數組成兩位二進制數，一維數組B的第1行第2p-1列的數為該兩位二進制數的高位，一維數組B的第1行第2p列的數為該兩位二進制數的低位，如果該兩位二進制數為10，則在一維數組Q的從左向右第一個空位處存入0，如果該兩位二進制數為01，則在一維數組Q從左向右第一個空位處存入1，如果該兩位二進制數為11或者00，則不對一維數組Q進行處理；

d.判定p是否等于N*M₁/2，如果不等于，則采用p的當前值加1后的值更新p，然后返回步驟c，如果等于，則一維數組Q數據存放完成，將當前的一維數組Q作為第一次馮諾依曼處理數組，將第一次馮諾依曼處理數組的列數記為M₂；

(6)采用步驟(5)相同的方法對第一次馮諾依曼處理數組進行馮諾依曼處理，得到第二次馮諾依曼處理數組；

(7)將第二次馮諾依曼處理數組放入NIST測試軟件測試，若測試項的P-value值全都大于顯著性水平0.01，而且Block Frequency此項數據大于0.5，則表示第二次馮諾依曼處理數組通過NIST測試，滿足隨機數的條件，否則不能通過NIST測試，此時再隨機選取一幅未被選取過的光學散斑圖，返回步驟(2)重新進行處理，直至得到滿足隨機數條件的第二次馮諾依曼處理數組，將滿足隨機數條件的第二次馮諾依曼處理數組的列數記為M₃；

(8)對滿足隨機數條件的第二次馮諾依曼處理數組進行重組，具體步驟如下：

S1.判斷M₃能否表示為某個整數的平方，如果能，則對滿足隨機數條件的第二次馮諾依曼處理數組不做處理，如果不能，則增加滿足隨機數條件的第二次馮諾依曼處理數組的列數，使其列數能表示為某個整數的平方，且增加的列數為滿足條件的最少列數，在增加的列數處從左往右按照010101……的規則存放數據，將當前的第二次馮諾依曼處理數的列數開根號得到的數記為I；

S2.新建一個用于存放I行xI列的二維數組F，將步驟S1中最后得到的第二次馮諾依曼處理數組的第1行第1列的數存放到二維數組F的第1行第1列，第1行第2列的數存放到二維數組F的第1行第2列，第1行第I+1列的數存放到二維數組F的第2行第1列，以此類推，直至將第1行第I*I列的數存放到二維數組F的第I行第I列，將此時的二維數組F作為散斑數組；

(9)新建一個用于存放I行×I列像素的散點圖，對該散點圖進行填充：如果散斑數組的第h行第w列的數為1，則將散點圖的第h行第w列的像素處用黑色填充，如果為0，則用白色填充，h＝1,2，…，I，w＝1,2，…，I；

(10)填充后得到的散點圖即為光學PUF。