Способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, и устройство для его реализации Российский патент 2020 года по МПК G07D7/12 

Изобретение относится к области создания способов и оптико-электронных устройств, предназначенных для обнаружения, измерения параметров, регистрации, экспертного анализа подлинности и качества изготовления цифровых синтезированных защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур.

При изготовлении защитных голограмм широкое распространение получила технология цифрового синтеза, при котором проект голограммы рассчитывается методами математического моделирования интерференционной картины, видимой наблюдателем.

Такие голограммы состоят из дифракционных оптических микроструктур -элементов заданной формы, размер которых выбирается меньшим, чем может различить невооруженный глаз наблюдателя (типичное значение 10-100 мкм), площадь внутри контура каждого элемента заполнен дифракционной решеткой с заданным периодом и углом поворота относительно выбранного направления в плоскости поверхности голограммы. Такие элементы в литературе часто называют голопикселями.

При освещении голограмм, состоящих из голопикселей с различными периодами дифракционных решеток и углами поворота источником света, дифрагированный на каждом структурном элементе голограммы свет при наблюдении невооруженным глазом образует синтезированное изображение или ряд изображений, информационная составляющая которых зависит от спектра освещающего источника и углов освещения и наблюдения.

Выполненные по такой технологии синтезированные защитные голограммы, в зарубежной литературе называемые DOVID (Diffractive Optically Variable Image Device -дифракционное оптическое устройство с переменным изображением), далее по тексту для краткости называемые голограммами, позволяют получать яркое и качественное изображение при освещении голограмм некогерентным белым светом, а также имеют хорошо отработанную технологию их изготовления и тиражирования. Макроструктура таких голограмм, включающая расположение, размеры и форму голопикселей или структурных элементов, заполненных дифракционными решетками одного типа, зависит от примененного для изготовления защитной голограммы технологического оборудования. При использовании технологического оборудования типа дот-матрикс, голопиксели имеют овальную или прямоугольную форму с диапазоном периодов дифракционных решеток 0.6-2 мкм и характерным размером голопикселей от 10×10 до 500×500 мкм² (Одинокое С.Б. Методы и оптикоэлектронные приборы для автоматического контроля подлинности защитных голограмм. Москва: Техносфера, 2013. -176 с). Для изготовления более сложных голограмм используется технология электронно-лучевой литографии, разрешающая способность которой существенно выше и составляет 0.1-0.2 мкм. При использовании технологии электронно-лучевой литографии возможна запись голограммы структурными элементами практически любой формы, например, часто используются плотные упаковки из пикселей шестиугольной формы и фигур Эшера, дифракционные и недифракционные микротексты, тонкие линии и другие художественные и защитные элементы.

Известные методы исследования образцов голограмм, можно разделить на методы микроскопического исследования, в которых исследование проводится прямым изучением голограммы с помощью высокоразрешающей оптической микроскопии, и дифракционные методы, в которых регистрируются и исследуются дифракционные картины, полученные от голограммы или ее элементов при различных условиях освещения.

Исследование голограммы с применением методов оптической микроскопии требует разрешения периодов дифракционных решеток в субмикронном диапазоне, что подразумевает применение высокоапертурных объективов с большой кратностью (60-100Х). Такие объективы, как правило, имеют малое поле зрения, составляющее 100-200 мкм, малый рабочий отрезок и глубину фокуса. Типичное время сканирования зоны размером 100×100 мкм² одноканальным конфокальным микроскопом с размерностью поля сканирования 500×500 пикселей, составляет 2-10 сек, следовательно, скорость сканирования образца составит не менее 3 часа/см². Это приводит к тому, что как время сканирования всей площади голограммы, составляющей несколько см², так и объем подлежащих сохранению и дальнейшей обработке исходных данных, оказываются достаточно большими и во многих случаях неприемлемыми. Существенным недостатком метода оптической микроскопии является то, что при использовании высокоапертурных объективов для микроскопического исследования голограмм, выполненных, как правило, на тонких прозрачных пленках, поверхность образца голограммы приходится исследовать через тонкую пленку - носитель или ламинирующую пленку, которые вносят значительные аберрации, что существенно снижает разрешение и контраст полученного изображения, и, следовательно, эффективность микроскопического исследования. Также при сканировании всей площади поверхности голограммы с применением высокоапертурных объективов возникает проблема фокусировки объектива на поверхности образца, так как глубина фокуса для таких объективов составляет единицы мкм при рабочем отрезке объектива 100-500 мкм, что вносит дополнительные трудности при использовании данного метода для большинства исследуемых образцов голограмм.

Методы исследования голограмм, использующие регистрацию и анализ дифракционных картин, представлены разнообразием конструкции типа осветителей и методов регистрации.

Известно техническое решение, описанное в способе проверки голограмм и в устройстве для его реализации (Патент US7925096 «Method and apparatus for validating holograms», МПК G06K 9/76, опубликовано 18.06.2009). В данном техническом решении предложен способ и устройство для определения наличия голограммы посредством сканирования под несколькими углами засветки и регистрации (как минимум, 2 источника излучения или как минимум 2 приемника излучения), после чего изображения, полученные при разных угловых положениях излучателей или приемников, попиксельно вычитаются, и, в случае превышения значением яркости полученного разностного изображения установленного порога, голограмма признается подлинной. Также предложены варианты с использованием одного приемника и вращением исследуемого объекта или источников излучения.

Недостатком известного технического решения является недостаточная степень достоверности определения подлинности голограммы, так как оно позволяет только разделить объекты, выполненные в виде голограмм и объекты, не являющиеся голограммой, например, выполненные печатным способом.

Известно техническое решение, представленное в способе считывания и проверки подлинности голограмм и устройстве для его реализации (Патент US6832003 «Method and apparatus for reading and verifying holograms», МПК G06K 7/10; G06K 9/00; G07F 7/08; G03H 1/22; G06K 19/06; G06K 9/76, опубликовано 14.12.2004). Согласно предложенной схеме, свет от источника лазерного излучения фокусируется на поверхности исследуемого образца голограммы.

Дифрагированный на образце голограммы свет через разделитель пучка отображается на матричный фотоприемник, который регистрирует дифракционную картину, определяемую структурой исследуемого образца голограммы. Зарегистрированная дифракционная картина сравнивается с эталонной, и, на основании этого сравнения, делается вывод о подлинности исследуемого образца голограммы. Исследуемый образец голограммы может линейно перемещаться в ХУ плоскости для сканирования нескольких предварительно определенных областей исследуемой голограммы.

Такой принцип реализован в Универсальном сканере голограмм (UHS) (Testing the Universal Hologram Scanner, Published in the Keesing Journal of Documents & Identity, Issue 12, 2005, pp. 7-10 (authorized text version)), который с 2000 года используется для судебных расследований в Counterfeiting Intelligence Bureau, входящем в подразделение службы коммерческих преступлений Международной торговой палаты (ICC) в Лондоне.

Недостатком данного устройства является то, что считывание исследуемой голограммы и сравнительный анализ пространственно-частотных спектров исследуемой и эталонной голограмм осуществляется только по конечному числу малых зон в пределах полной площади голограммы и не позволяет получить информацию о форме, размерах и расположении структурных элементов голограммы, что существенно снижает эффективность предложенного метода.

Известно техническое решение сравнения изображения поверхности объекта, содержащего голограмму с изображением поверхности эталонного объекта, также содержащую голограмму (Патент ЕР3054429 «Photometric dovid comparison», МПК G07D 7/20, G07D 7/12, опубликовано 10.08.2016 г.), выбранное в качестве прототипа. В предложенном техническом решении вся поверхность исследуемой голограммы последовательно освещается источниками излучения, расположенными под различными углами по горизонтали и по вертикали (ϕ, θ), относительно поверхности исследуемой голограммы, где угол ϕ обозначает направление падения света относительно выбранного направления на поверхности голограммы (азимутальный угол), а θ представляет собой угол возвышения источника света над поверхностью голограммы (зенитный угол). При освещении поверхности исследуемой голограммы последовательно каждым из источников излучения, блоком записи изображений регистрируются цифровые изображения поверхности исследуемой голограммы одинакового размера, по одному цифровому изображению для каждого освещающего поверхность голограммы источника излучения. Из зарегистрированных цифровых изображений формируется стек цифровых изображений одинакового размера, в котором количество цифровых изображений соответствует количеству расположенных под разными углами к поверхности голограммы источников излучения, для каждого пиксела с координатами х и у в стеке цифровых изображений вычисляется функция распределения освещенности, которая указывает, насколько сильно в соответствующей данному пикселю области голограммы отображается свет от всех, расположенных под разными углами ϕ, θ источников излучения.

При вычислении функции распределения освещенности узловыми точками являются проекции точек размещения источников излучения на плоскость, включающую поверхность исследуемой голограммы, для построения функции распределения освещенности между узловыми точками используется интерполяция. Функции распределения освещенности подлинных образцов голограмм имеют характерную эллиптическую форму, которая оценивается по параметрам угла ориентации и эллиптичности. Вычисление этих параметров для каждого пиксела осуществляется с помощью взвешенного метода главных компонент в координатах функции распределения освещенности, где измеренные значения интенсивности служат в качестве весов двумерных координат направления на узловые точки функции распределения освещенности. Используя результат указанных вычислений создается характеристическое изображение того же размера, что и зарегистрированные цифровые изображения, в котором каждому пикселу с координатами х и у присваивается значение вычисленных характеристических параметров угла ориентации и эллиптичности функции распределения освещенности для соответствующего пиксела с координатами х и у в стеке цифровых изображений.

Как для исследуемого образца, так и для эталонного образца голограмм, при одинаковых условиях освещения и регистрации изображений, строятся характеристические изображения, на основании которых производится сравнение исследуемого и эталонного образцов голограмм, в частности, при помощи сравнения гистограмм частоты встречаемости значений характеристического признака (доминирующего угла ориентации, эллиптичности) в пределах определенного диапазона значений по всей площади поверхности исследуемого и эталонного образцов голограмм. Также предложено осуществлять сравнение Фурье-образов гистограмм исследуемого и эталонного образцов голограмм.

Недостатком известного технического решения для определения подлинности защитной голограммы является то, что:

1. Отсутствует возможность определения таких важных параметров голограммы, как технология изготовления исследуемого образца голограммы, геометрические размеры, расположение и форма дифракционных микроструктур, составляющих голограмму, а также их дифракционную эффективность, что существенно снижает возможности данного метода при его применении в задачах экспертного анализа и, в особенности, в задачах контроля качества изготовления голограмм.

2. Отсутствует возможность сравнения исследуемого образца голограммы с ее CAD моделью или иным описанием проекта голограммы.

3. Отсутствует возможность объединения и совместного анализа полученных с использованием рассматриваемого способа данных с данными, полученными при использовании других методов исследования образца голограммы (например, методов оптической микроскопии).

Перед авторами ставилась задача разработать способ и устройство для его реализации, предназначенного для измерения параметров составляющих голограмму структурных элементов - дифракционных микроструктур, с целью осуществления экспертного анализа подлинности и контроля качества изготовления исследуемого образца голограммы.

Поставленная задача решается тем, что способе определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, включающий использование устройства для его осуществления, содержащего основание; исследуемую защитную голограмму; блок регистрации изображений, включающий цифровую фотокамеру; мультиугловой осветитель, содержащий более одного некогерентного источника излучения, имеющих длину волны, лежащую в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры, и каждый из которых расположен под разными азимутальными и зенитными углами относительно поверхности исследуемой защитной голограммы, расположенной в поле зрения блока регистрации изображений; блок управления и обработки данных, управляющий включением некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, блоком регистрации изображений, цифровой фотокамерой; размещение исследуемой защитной голограммы в поле зрения блока регистрации изображений, освещение поверхности исследуемой защитной голограммы последовательно каждым из некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя и регистрацию цифровой фотокамерой последовательности цифровых изображений зоны поверхности исследуемой защитной голограммы, попадающей в поле зрения блока регистрации изображений, создание блоком управления и обработки данных стека цифровых изображений поверхности исследуемой защитной голограммы одинакового размера, причем номер цифрового изображения в стеке цифровых изображений однозначно соответствует значениям угловых направлений некогерентного источника излучения мультиуглового осветителя, при освещении которым поверхности исследуемой защитной голограммы было зарегистрировано данное цифровое изображение, формирование блоком управления и обработки данных характеристического изображения, имеющего тот же размер, что и цифровые изображения в стеке, сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы полученным при тех же условиях освещения и регистрации цифровых изображений характеристическим изображением эталонной защитной голограммы, принятие решения о соответствии исследуемой защитной голограммы установленным критериям подлинности, устройство выполняют дополнительно содержащим моторизированный двухкоординатный стол для размещения исследуемой защитной голограммы, и расположенный на основании и в плоскости, параллельной плоскости фокуса блока регистрации изображений, моторизированный привод вращения, который выполняют механически связанным с мультиугловым осветителем, моторизованным приводом линейного перемещения, который выполняют механически связанным с мультиугловым осветителем и блоком регистрации изображений и обеспечивающим перемещение мультиуглового осветителя и блока регистрации изображений в направлении, перпендикулярном плоскости фокуса блока регистрации изображений; а блок регистрации изображений выполняют дополнительно содержащим микрообъектив, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости исследуемой защитной голограммы и тубусную линзу, которые выполняют расположенными по схеме прямого микроскопа и оптически связанными с цифровой фотокамерой, регулируемую диафрагму, которую выполняют расположенной вблизи задней фокальной плоскости микрообъектива, осветитель и светоделитель, которые выполняют расположенными по схеме освещения через микрообъектив; мультиугловой осветитель дополнительно выполняют с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с его осью симметрии и оптической осью микрообъектива, посредством моторизированного привода вращения, а конструкцию мультиуглового осветителя выполняют обеспечивающей пересечение угловых направлений световых пучков некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя в точке, совпадающей с фокусом микрообьектива, при этом некогерентные источники излучения расположены в мультиугловом осветителе таким образом, чтобы некогерентные источники излучения с соседними угловыми положениями по зенитному углу имели разные угловые положения по азимутальному углу, некогерентные источники излучения дополнительно выполняют коллимированными и монохроматическими, при этом моторизированный двухкоординатный стол, блок регистрации изображений, моторизованный привод линейного перемещения и мультиугловой осветитель выполняют электрически связанными с блоком управления и обработки данных; кроме того дополнительно перед выполнением регистрации цифровых изображений при освещении исследуемой защитной голограммы каждым из коллимированных монохроматических некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, при включенном осветителе и открытой регулируемой диафрагме, наблюдают изображение поверхности исследуемой защитной голограммы в отраженном свете и посредством моторизованного привода линейного перемещения производят фокусировку блока регистрации изображений на поверхность исследуемой защитной голограммы; выбирают область исследования, выполняют разделение области исследуемой защитной голограммы на зоны, размер которых равен размеру поля зрения блока регистрации изображений; диаметр апертуры регулируемой диафрагмы устанавливают близким к значению da=Fobj *tg (Δθ), где da - диаметр апертуры диафрагмы, Δθ -дискрета расположения некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя по зенитному углу, Fobj - фокусное расстояние микрообъектива; а после регистрации цифровых изображений при выключенном осветителе и освещении исследуемой защитной голограммы каждым из некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя производят вращение мультиуглового осветителя относительно оптической оси микрообъектива блока регистрации изображений в заранее выбранном направлении на угол, равный дискрете измерения угла ориентации дифракционных структур, далее выполняют повторение получения последовательности цифровых изображений и угловых перемещений мультиуглового осветителя в том же направлении на угол равный дискрете измерения угла ориентации дифракционных структур, пока угловые положения некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя не займут все возможные значения угловых положений в диапазоне азимутальных углов от 0 до 360 градусов с дискретой азимутального угла, равной дискрете измерения угла ориентации дифракционных микроструктур, построение характеристического изображения производят таким образом, что для каждого пиксела характеристического изображения с координатами х, у определяют пару зенитных и азимутальных углов расположения некогерентного коллимированного монохроматического источника излучения θ_m, ϕ_m, при освещении которым поверхности исследуемой защитной голограммы, значение зарегистрированной интенсивности в стеке цифровых изображений для соответствующего пиксела максимальна и, исходя из значений этих углов, зарегистрированной максимальной интенсивности I_max(x,y), длины волны некогерентного коллимированного монохроматического источника излучения λ и номера регистрируемого порядка дифракции m, каждому пикселу характеристического изображения ставят в соответствие измеренные значения параметров максимальной интенсивности I_max(x,y), периода D(x,y), угла ориентации α(х,у) дифракционной структуры, геометрически расположенной в области поверхности исследуемой защитной голограммы, отображаемой данным пикселем функционального изображения, где α(х,у)=ϕ_m; D(x,y)=λ*m/sin(θ_m); затем выполняют перемещение исследуемой защитной голограммы моторизированным двухкоординатным столом на расстояние, равное или меньшее полю зрения блока регистрации изображений, и выполняют цикл, включающий, получение характеристического изображения и перемещение исследуемой защитной голограммы на следующую зону до тех пор, пока не будут получены характеристические изображения всех зон поверхности подлежащей исследованию области защитной голограммы, затем выполняют совмещение полученных характеристических изображений всех зон исследуемой области защитной голограммы в одно полное характеристическое изображение подлежащей исследованию защитной голограммы, при этом сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы проводят с характеристическим изображением, рассчитанным в процессе математического моделирования эталонной защитной голограммы либо сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы проводят с данными о форме, расположении, периодах и углах ориентации дифракционных микроструктур, содержащихся на поверхности эталонной защитной голограммы, полученными прямыми измерениями с помощью высокоразрешающего микроскопа или рентгеновского оборудования, при этом конструкцию мультиуглового осветителя выполняют содержащей некогерентные коллимированные монохроматические источники излучения, имеющие разные длины волн, лежащие в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры.

Способ реализуется с помощью устройства для определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, содержащего основание; исследуемую защитную голограмму; блок регистрации изображений, включающий цифровую фотокамеру; мультиугловой осветитель, содержащий более одного некогерентного источника излучения, имеющих длину волны, лежащую в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры, и каждый из которых расположен под разными азимутальными и зенитными углами относительно поверхности исследуемой защитной голограммы, расположенной в поле зрения блока регистрации изображений; блок управления и обработки данных, управляющий включением некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, блоком регистрации изображений, цифровой фотокамерой, которое выполнено дополнительно содержащим моторизированный двухкоординатный стол для размещения исследуемой защитной голограммы, и расположенный на основании и в плоскости, параллельной плоскости фокуса блока регистрации изображений, моторизированный привод вращения, который выполнен механически связанным с мультиугловым осветителем, моторизованный привод линейного перемещения, который выполнен механически связанным с мультиугловым осветителем и блоком регистрации изображений и обеспечивающий перемещение мультиуглового осветителя и блока регистрации изображений в направлении, перпендикулярном плоскости фокуса блока регистрации изображений; а блок регистрации изображений выполнен дополнительно содержащим микрообъектив, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости исследуемой защитной голограммы, тубусную линзу, которые выполнены расположенными по схеме прямого микроскопа и оптически связанными с цифровой фотокамерой, регулируемую диафрагму, которая выполнена расположенной вблизи задней фокальной плоскости микрообъектива, осветитель и светоделитель, которые выполнены расположенными по схеме освещения через микрообъектив; мультиугловой осветитель дополнительно выполнен с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с его осью симметрии и оптической осью микрообъектива, посредством моторизированного привода вращения, а конструкция мультиуглового осветителя выполнена обеспечивающей пересечение угловых направлений световых пучков некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя в точке, совпадающей с фокусом микрообьектива, при этом некогерентные источники излучения расположены в мультиугловом осветителе таким образом, чтобы некогерентные источники излучения с соседними угловыми положениями по зенитному углу имели разные угловые положения по азимутальному углу, при этом некогерентные источники излучения дополнительно выполнены коллимированными и монохроматическими, при этом моторизированный двухкоординатный стол, блок регистрации изображений, моторизованный привод линейного перемещения и мультиугловой осветитель выполнены электрически связанными с блоком управления и обработки данных, при этом конструкция мультиуглового осветителя выполнена содержащей некогерентные коллимированные монохроматические источники излучения, имеющие разные длины волн, лежащие в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры.

Техническим результатом изобретения является: повышение качества распознавания подлинности защитной голограммы, расширение количества определяемых параметров составляющих защитную голограмму дифракционных микроструктур, а так же расширение ассортимента средств данного назначения.

На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, где 1 - мультиугловой осветитель, 2 - некогерентный источник излучения, 3 - блок регистрации изображений, 4 - исследуемая защитная голограмма, 5 - основание, 6 - цифровая фотокамера, 7 - блок управления и обработки данных, 8 - микрообъктив, 9 - регулируемая диафрагма, 10 - светоделитель, 11 - тубусная линза, 12 - моторизированный привод вращения, 13 - моторизированный двухкоординатный стол, 14 - моторизированный привод линейного перемещения, 15 - осветитель. Стрелками с двойной сплошной линией на рисунке обозначены механические связи между элементами, стрелки со сплошными одинарными линиями обозначают электрические связи и стрелки с пунктирными линиями обозначают оптические связи между элементами блок-схемы.

На Фиг. 2 представлена схема хода лучей в блоке регистрации изображений, где 2 - некогерентный источник излучения- 4 - исследуемая защитная голограмма, 6 - цифровая фотокамера, 8 - микрообъктив, 9 - регулируемая диафрагма, 10 - светоделитель, 11 - тубусная линза.

На Фиг. 3 представлена схема устройства для определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, где, 1 - мультиугловой осветитель 2 - некогерентный источник излучения, 3 - блок регистраций изображений, 4 - исследуемая защитная голограмма, 5- основание, 6 - цифровая фотокамера, 7 - блок управления и обработки данных, 8 - микрообъктив, 9 - регулируемая диафрагма, 10 - светоделитель, 11 - тубусная линза, 12 - моторизированный привод вращения, 13 - моторизированный двухкоординатный стол, 14 - моторизированный привод линейного перемещения, 15 - осветитель.

На Фиг. 4 представлен пример реализации конструкции мультиуглового осветителя, содержащего 45 идентичных некогерентных источников излучения, разделенных на 3 одинаковых сектора, с угловым размером каждого сектора по азимутальному углу равным 120°, таким образом, каждый сектор содержит 15 некогерентных источников излучения.

(а) идентичные некогерентные источники излучения, направленные под разными углами к поверхности исследуемой голограммы, конструктивно расположены на поверхности полусферы. Круглые отверстия в корпусе мультиуглового осветителя являются местами размещения некогерентных источников излучения.

(б) развертка части поверхности мультиуглового осветителя, некогерентные источники излучения одного сектора мультиуглового осветителя показанные кружками большего диаметра и обозначенные цифрами 2.1-2.15, расположены в 5 столбцах по 3 некогерентных источника излучения в каждом столбце, 16 - ось вращения мультиуглового осветителя, 17 - направление вращения мультиуглового осветителя. При вращении мультиуглового осветителя в указанном направлении, некогерентный источник изучения, например, обозначенный цифрой 2.5, при шаге углового перемещения, принятом равным угловому расстоянию между столбцами, займет последовательно, положения 2.5а, 2.5б, 2.5с, 2.5г. Одновременно происходит перемещение остальных некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя и за 5 шагов перемещения по азимутальному угловому положению, источники излучения мультиуглового осветителя займут все возможные угловые положения по зенитному углу в пределах от конструктивно ограниченных максимального и минимального значения зенитного угла с конструктивно заданной дискретой зенитного угла, а по азимутальному углу все положения в диапазоне 0-360° с дискретой азимутального угла, заданной значением единичного углового перемещения по азимутальному углу.

Принцип работы заявляемого способа определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, можно пояснить на основании работы устройства для определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур. В предложенном техническом решении измеряемыми параметрами являются параметры заполняющих поверхность защитной голограммы 4 дифракционных микроструктур - период и угол ориентации штрихов дифракционных микроструктур, а также их дифракционная эффективность, расположение, геометрические размеры и форма.

Измерение параметров дифракционных микроструктур на поверхности исследуемой защитной голограммы 4 осуществляется посредством определения такого углового расположения некогерентного источника излучения 2, который дополнительно выполняют коллимированным и монохроматическим, освещающего поверхность исследуемой защитной голограммы, чтобы свет, продифрагировавший на дифракционных микроструктурах исследуемой защитной голограммы 4 и зарегистрированный цифровой фотокамерой 6, достигал максимального значения по сравнению с другими угловыми расположениями некогерентных источников излучения 2. Определив, таким образом, угол дифракции от некоторого структурного элемента на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, можно определить такие параметры дифракционной решетки, заполняющей данную дифракционную микроструктуру, как период и направление штрихов решетки. Используемые источники излучения должны быть некогерентными для того, чтобы не возникало интерференционной картины, которая в данном случае является помехой. Для повышения достоверности измерений некогерентные источники излучения 2 также должны быть коллимированными и близкими к монохроматическим, с четко выраженным максимумом спектральной характеристики. Освещение поверхности исследуемой защитной голограммы 4 производится поочередным включением некогерентных источников излучения 2, расположенными под разными углами ϕ, θ к поверхности исследуемой защитной голограммы 4, где азимутальный угол ϕ обозначает направление падения света относительно выбранного направления на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, а зенитный угол θ представляет собой угол возвышения источника света над поверхностью исследуемой защитной голограммы 4, отсчитываемый от нормали к поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Интенсивность некогерентных источников излучения 2 откалибрована таким образом, чтобы нивелировать изменения освещенности поверхности исследуемой защитной голограммы 4 в зависимости от углового положения каждого некогерентного источника излучения 2 относительно поверхности исследуемой защитной голограммы 4 и технологического разброса характеристик некогерентных источников излучения 2. В каждый момент времени образец в виде исследуемой защитной голограммы 4 освещается только одним некогерентным источником излучения 2. Свет от каждого некогерентного источника излучения 2 дифрагирует на дифракционных решетках, заполняющих дифракционные микроструктуры, расположенные на поверхности исследуемой защитной голограммы 4 и регистрируется цифровой фотокамерой 6, входящим в состав блока регистрации изображений 3, причем цифровая фотокамера 6 выбрана так, чтобы приведенный к поверхности исследуемой защитной голограммы 4 размер пиксела цифровой фотокамеры 6 был существенно меньше размера структурных элементов на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Цифровая фотокамера 6 регистрирует последовательность цифровых изображений, по одному изображению для каждого из поочередно включаемых некогерентных источников излучения 2. При освещении поверхности защитной голограммы 4 некогерентным источником излучения 2 свет, дифрагированный на структурных элементах исследуемой защитной голограммы 4, попадает на цифровую фотокамеру 6 только при соблюдении следующих условий: зенитный угол 9 освещающего поверхность исследуемой защитной голограммы 4 некогерентным источником излучения 2 близок к углу выбранного для регистрации порядка дифракции при соответствующем значении периода дифракционной решетки и длины волны источника излучения, а азимутальный угол некогерентного источника излучения 2 ϕ близок к ортогональному к направлению штрихов дифракционной решетки на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. На Фиг. 2 иллюстрируется схема хода лучей в блоке регистрации изображений 3 при построении изображения поверхности исследуемой защитной голограммы 4 на цифровой фотокамере 6. При соблюдении указанных условий свет, испытавший угловое отклонение на дифракционных структурах, расположенных на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, распространяется в направлении, близком к нормали к поверхности исследуемой защитной голограммы 4 и попадает в микрообъектив 8 блока регистрации изображений 3, оптическая ось которого расположена также перпендикулярно к поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Микрообъектив 8 и тубусная линза 11 в блоке регистрации изображений 3 расположены по схеме микроскопа, разрешающая способность которого выбрана таким образом, чтобы быть достаточной для определения положения, размеров и формы содержащих дифракционные решетки структурных элементов или голопикселей на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Микрообъектив 8 и тубусная линза 11 строят изображение области поверхности исследуемой защитной голограммы 4 в выбранном порядке дифракции на матричном фотоприемнике цифровой фотокамеры 6 блока регистрации изображений 3.

Сформированные в выбранном порядке дифракции изображения поверхности исследуемой защитной голограммы 4 регистрируются цифровой фотокамерой 6 блока регистрации изображений 3, при этом выделение нужного порядка дифракции и повышение угловой селективности устройства происходит на специально введенной в состав блока регистрации изображений регулируемой диафрагме 9. Свет от других порядков дифракции или свет от поверхности исследуемой защитной голограммы 4 в ситуации, когда зенитный угол θ некогерентного источника излучения 2 не равен углу выбранного для регистрации порядка дифракции или азимутальный угол ϕ некогерентного источника излучения 2 не ортогонален направлению штрихов дифракционных структур на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, задерживается регулируемой диафрагмой 9 и не попадает на цифровую фотокамеру 6. Для более точного выделения максимума интенсивности принимаемого дифрагированного света в зависимости от углов падения на поверхность исследуемой защитной голограммы 4 света от некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя 1, значение диаметра апертуры d_{a регулируемой диафрагмы выбирается близким к значению da=Fobj *tg (Δθ), где da - диаметр апертуры регулируемой диафрагмы 9, Fobj - фокусное расстояние микрообъектива 8, Δθ - конструктивно заданное значение дискреты зенитного угла расположения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1. Используемое значение апертуры регулируемой диафрагмы 9 выбирается исходя из компромисса между повышением угловой селективности, определяющей точность измерения периодов и углов направления дифракционных микроструктур при уменьшении диаметра апертуры регулируемой диафрагмы 9, и увеличением уровня сигнала на цифровой фотокамере 6, а также повышением латерального разрешения изображений в случае увеличения диаметра апертуры регулируемой диафрагмы 9. При необходимости выполнения фокусировки блока регистрации изображений 3 на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, поверхность исследуемой защитной голограммы 4 освещается специально введенным в состав заявляемого устройства осветителем 15. Изображение поверхности исследуемой защитной голограммы 4 при выполнении фокусировки наблюдается в рассеянном свете. Регулируемая диафрагма 9 при выполнении фокусировки полностью открыта, и диаметр апертуры регулируемой диафрагмы da равен или больше диаметра выходного зрачка микрообъектива 8, таким образом, регулируемая диафрагма 9 не ухудшает пространственное разрешение наблюдаемого в процессе фокусировки изображения поверхности исследуемой защитной голограммы 4 в отраженном свете. Светоделитель 10 предназначен для разделения света, попадающий на поверхность исследуемой защитной голограммы 4 от осветителя 15 и собираемого блоком регистрации изображений 3 света, рассеянного или дифрагированного на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Фокусировка осуществляется при помощи моторизированного привода линейного перемещения 14, одновременно перемещающего в направлении, совпадающим с нормалью к поверхности исследуемой защитной голограммы 4 и оптической осью микрообъектива 8, мультиугловой осветитель 1, и элементы блока регистрации изображений цифровой фотокамеры 6, микрообъктива 8, регулируемой диафрагмы 9, светоделителя 10 и тубусной линзы 11.}

Для каждой зоны поверхности исследуемой защитной голограммы 4, размер которой определен полем зрения блока регистрации изображений 3, создается последовательность, или стек цифровых изображений данной зоны поверхности исследуемой защитной голограммы 4, по одному изображению для каждого поочередно включаемых некогерентных источников излучения 2, затем из указанного стека изображений строится одно или несколько цифровых характеристических изображений того же размера, что и исходные цифровые изображения. Для каждого пиксела характеристического изображения определяется пара углов расположения некогерентных источников излучения 2 (ϕ_m, θ_m), при которых интенсивность зарегистрированного сигнала была максимальной, и для каждого пиксела характеристического изображения назначаются следующие параметры: координаты пиксела (х, у), угол ориентации α и период D штрихов дифракционных микроэлементов, интенсивность I_max, вариабельность V. Здесь под интенсивностью I_max понимается максимальная зарегистрированная интенсивность для пиксела с данными координатами в исходном стеке изображений, а период D однозначно определяется из зенитного угла некогерентного источника излучения 2 к поверхности исследуемой защитной голограммы 4 θ_m, длины волны некогерентного источника излучения 2 и выбранного для регистрации порядка дифракции:

, где λ - длина волны некогерентного и источника излучения, m - регистрируемый порядок дифракции.

Угол направления штрихов дифракционных микроэлементов относительно выбранного направления определяется как:

Характеристика вариабельности используется как классифицирующий признак наличия дифракционных элементов в области на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, соответствующей координатам (х, у) характеристического изображения и определяется как мера изменчивости значений интенсивности для пикселей с заданной координатой (х, у) в стеке исходных изображений:

, где I_avg - среднее значение интенсивности для пикселов сданными координатами в исходном стеке цифровых изображений, а V принимает значения в диапазоне от 0 до 1.

Перемещением исследуемой защитной голограммы 4 при помощи моторизированного двухкоординатного стола 13 на расстояние, равное или меньшее поля зрения блока регистрации изображений 3, достигается покрытие указанными зонами, определяемыми полем зрения блока регистрации изображений 3, всей поверхности исследуемой защитной голограммы 4 или подлежащей анализу выделенной области на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, и для каждой из зон производится указанная выше последовательность получения цифровых изображений и построения характеристического изображения, а затем выполняется совмещение полученных характеристических изображений в подлежащее дальнейшему анализу единое характеристическое изображение всей поверхности исследуемой защитной голограммы 4 или подлежащей исследованию области защитной голограммы 4.

Блок схема устройства, реализующего предложенный способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, приведена на Фиг. 1. Устройство содержит: мультиугловой осветитель 1, включающий расположенные под разными углами некогерентные, источники излучения 2, которые выполнены коллимированными и монохроматическими, блок регистрации изображений 3, включающий микрообъктив 8, регулируемую диафрагму 9, светоделитель 10, тубусною линзу 11 и цифровую фотокамеру 6, моторизированный двухкоординатный стол 13, моторизированный привод линейного перемещения 14, моторизованный привод вращения 12, осветитель 15, блок управления и обработки данных 7, который обеспечивает прием, сохранение и обработку данных от цифровой фотокамеры 6, управление мультиугловым осветителем 1 и осветителем 15, управление моторизированным приводом вращения 12, моторизированным двухкоординатным столом 13 и моторизированным приводом линейного перемещения 14.

Блок регистрации изображений 3 включает микрообъектив 8, регулируемую диафрагму 9, расположенную вблизи задней фокальной плоскости микрообъектива 8, светоделитель 10, тубусную линзу 11, цифровую фотокамеру 6. Микрообъектив 8, тубусная линза 11 и цифровая фотокамера 6 образуют схему микроскопа, разрешающая способность которого выбрана таким образом, чтобы быть достаточной для определения положения, размеров и формы содержащих элементарные дифракционные решетки структурных элементов или голопикселей на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Светоделитель 10 разделяет свет, попадающий на поверхность исследуемой защитной голограммы 4 от осветителя 15 и собираемый блоком регистрации изображений 3 свет, рассеянный или дифрагированный на поверхности исследуемой защитной голограммы 4.

Моторизированный привод линейного перемещения 14 предназначен для фокусирования микрообъектива 8 блока регистрации изображений 3 на поверхности исследуемой защитной голограммы 4, при этом конструкция мультиуглового осветителя 1 выполнена таким образом, чтобы угловые направления содержащихся в мультиугловом осветителе 1 некогерентных источников излучения 2 пересекались в точке, совпадающей с фокусом микрообьектива 8 блока регистрации изображений 3, как изображено на функциональной схеме устройства, приведенной на Фиг. 3.

Осветитель 15 выполнен, напрмер, по схеме осветительной системы светового металлографического микроскопа и предназначен для освещения поверхности исследуемой защитной голограммы 4 под углом, совпадающим с нормалью к поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Осветитель 15 используется в процессе фокусировки микрообъектива 8 блока регистрации изображений 3 на поверхности исследуемой защитной голограммы 4 для наблюдения поверхности исследуемой защитной голограммы 4 в отраженном свете при определении координат границ или области интереса на поверхности исследуемой защитной голограммы 4.

Моторизированный двухкоординатный стол 13 предназначен для перемещения исследуемой защитной голограммы 4 в плоскости фокуса микрообъектива 8, блока регистрации изображений 2 целью покрытия зонами, определяемыми полем зрения блока регистрации изображений 2, всей поверхности или выделенной области исследуемой защитной голограммы 4.

Мультиугловой осветитель 1 содержит набор некогерентных источников излучения 2 выполненных коллимированными и монохроматическими, в текущей реализации конструктивно расположенных на поверхности полусферы, помещенной над поверхностью исследуемой защитной голограммы 4, причем мультиугловой осветитель 1 выполнен таким образом, чтобы угловое расстояние между соседними некогерентными источниками 2 излучения было достаточно малым для обеспечения требуемой точности измерения угла ориентации и периода дифракционных микроструктур, записанных на поверхности исследуемой защитной голограммы 4. В связи с тем, что зависимость угла дифракции от периода решетки, заполняющей дифракционную микроструктуру, носит нелинейный характер, точность измерения периода при одной и той же дискрете зенитного угла расположения некогерентных источников излучения 2 неодинакова в диапазоне измеряемых периодов. Точность измерения периода решеток значительно ниже в области малых углов дифракции, что соответствует большим значениям периодов решеток. Для того, чтобы расширить диапазон и повысить точность измерения периодов решеток, мультиугловой осветитель 1 может одновременно содержать некогерентные источники излучения, работающие на разных длинах волн видимого и ближнего ИК диапазонов.

Плотность размещения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 имеет конструктивные ограничения. В то же время точность измерения периода и направления элементарных решеток напрямую зависит от дискреты задания угловых направлений некогерентных источников излучения 2. В настоящей реализации прибора с целью уменьшения дискреты задания угловых направлений некогерентных источников излучения 2 в конструкцию дополнительно введен привод вращения 12 мультиуглового осветителя 1, а некогерентные источники излучения 2 в конструкции мультиуглового осветителя 1 расположены таким образом, чтобы при вращении мультиуглового осветителя некогерентные источники излучения 2 занимали промежуточные между угловыми положениями соседних некогерентных источников излучения 2 угловые положения как по 9, так и по (р. Конструкция мультиуглового осветителя 1 проиллюстрирована на Фиг. 4, где приведен пример конфигурации мультиуглового осветителя, содержащего 45 некогерентных источников излучения 2, и разделенного на 3 одинаковых сектора, таким образом, каждый сектор содержит 15 некогерентных источников излучения 2.

Разделение мультиуглового осветителя 1 на угловые сектора введено с целью ограничения угла вращения мультиуглового осветителя 1, необходимого для покрытия полного диапазона возможного азимутального угла, составляющего 360°, до угла вращения мультиуглового осветителя 1 в пределах одного сектора, в представленном примере составляющего 120°. Это позволяет упростить конструкцию мультиуглового осветителя 1 и электрических связей, осуществляющих управление мультиуглового осветителя 1, а также повысить быстродействие устройства за счет уменьшения времени, затрачиваемого на механическое вращательное движение мультиуглового осветителя 1.

В представленном примере каждый сектор мультиуглового осветителя 1 состоит из 5 столбцов некогерентных источников излучения 2, отличающихся между собой по азимутальному углу на 24°, столбцы отличаются друг от друга на 3° по зенитному углу, каждый столбец содержит 3 некогерентных источника излучения 2 с угловыми расстояниями между ними 15°. Диапазон зенитных углов некогерентных источников излучения 2 в данном примере составляет от 33° до 75° от нормали к поверхности исследуемой защитной голограммы 4. Дискретность углового расположения некогерентных источников излучения 2 мультиуглового осветителя 1 по зенитному углу составляет 3°, дискретность углового расположения некогерентных источников излучения 2 по азимутальному углу 24°. Уменьшение дискретности измерения по азимутальному углу достигается посредством угловых перемещений мультиуглового осветителя 1 по азимутальному углу с дискретой углового перемещения, равной заданной дискрете измерения по азимутальному углу посредством моторизованного привода вращения 12. Дискрета перемещения по азимутальному углу при вращении мультиуглового осветителя 1 должна целое количество раз укладываться в угловое расстояние между столбцами, т.е. значение углового шага при вращении должно составлять 24/k угловых градуса, где k - натуральное число. При соблюдении этого условия некогерентные источники излучения 2 соседних столбцов в процессе вращения мультиуглового осветителя 1 на полный угол одного сектора 120° будут занимать положения строго друг под другом и сформируют соответствующее дискрете измерения азимутального угла количество вертикальных столбцов, равное 360°/Δϕ_u в полном диапазоне азимутального угла 360°. Таким образом, в процессе вращения мультиуглового осветителя 1 на угловую ширину одного сектора 120°, будут получены все комбинации зенитных и азимутальных углов с дискретой зенитного угла 3° и заданной дискретностью измерения по азимутальному углу.

Значения зенитного угла расположения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 θ_p в приведенном примере лежат в пределах от θ_pmin=33° до θ_pmax=75°, значение дискреты углового расположения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 по зенитному углу Δθ_p=3°, Δϕ_р -значение дискреты расположения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 по азимутальному углу, в приведенном примере конфигурации мультиуглового осветителя 1 Δϕ_р=24°.

Размер стека цифровых изображений для получения характеристического изображения зависит от значения дискреты измерения азимутального угла и в приведенном примере составит

N=(120°/Δϕ_u)*45.

Алгоритм отображения {n=>(θ_n, ϕ_n)} текущего номера зарегистрированного цифрового изображения в стеке n в соответствующую этому индексу пару чисел (θ_n, ϕ_n), где (θ_n, ϕ_n) - значения зенитного и азимутального углового направления некогерентного источника излучения 2, при освещении которым было получено цифровое изображение с номером n в стеке цифровых изображений, строится следующим образом: текущий номер цифрового изображения в стеке может принимать следующие значения:

n={0…[(120°/Δϕ_u)*45-1]};

обозначая далее знаком () результат целочисленного деления, и знаком (%) остаток от целочисленного деления двух натуральных чисел, j - номер цикла перемещения на одну дискрету перемещения по азимутальному углу j=(0..k-1), i - номер некогерентного источника излучения 2 в пределах сектора, i=(0,1,2…14), s- - номер сектора, s=(0,1,2), тогда:

j=n45, s={(n % 45)15}, i={(n % 45) % 15}.

и преобразование {n=>(θ_n, ϕ_n)} выражается следующим образом:

Полученные выражения для преобразования текущего номера n зарегистрированного цифрового изображения в стеке в соответствующую этому номеру пару чисел (θ_n, ϕ_n) получены для указанной в примере конфигурации мультиуглового осветителя и дискрете измерения ориентации штрихов дифракционных микроструктур, равной угловому расстоянию по азимутальному углу между некогерентными источниками излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 и последовательности включения некогерентных источников излучения 2 мультиуглового осветителя 1 в очередности, приведенной в Таблице 1. В Таблице 1 по строкам отложены значения угловых направлений источников излучения в мультиугловом осветителе 1 по зенитному углу, по столбцам - то же по азимутальному углу, а номера в поле таблицы отображают очередность включения некогерентных источников излучения 2 мультиуглового осветителя 1 при получении стека цифровых изображений, стрелки указывают принятое направление вращения мультиуглового осветителя 1.

Таблица 1. Последовательность включения некогерентных источников излучения 2 в мультиугловом осветителе 1 при получении стека цифровых изображений.

Для получения значений дискреты по азимутальному углу, меньшей, чем заданное конструкцией мультиуглового осветителя 1 угловое расстояние по азимутальному углу между некогерентными источниками излучения 2 в мультиугловом осветителе 1, алгоритм отображения текущего номера цифрового изображения в стеке n в соответствующую этому номеру пару чисел (θ_n, ϕ_n) строится по аналогичному принципу.

Таким образом, последовательность действий при работе устройства реализации предложенного способа выглядит следующим образом:

Образец исследуемой защитной голограммы 4 устанавливается на координатную поверхность моторизованного двухкоординатного стола 13; при влюченном осветителе 15 и полностью открытой регулируемой диафрагме 9 поверхность исследуемой голограммы 4 наблюдается в отраженном свете и, при необходимости, осуществляется фокусировка блока регистрации изображений 3 на поверхность исследуемой голограммы 4 при помощи моторизированного привода линейного перемещения 14, перемещающего в направлении, совпадающим с нормалью к поверхности исследуемой голограммы 4, мультиугловой осветитель 1, и элементы блока регистрации изображений: микрообъектив 8, регулируемую диафрагму 9, светоделитель 10, тубусную линзу 11 и цифровую фотокамеру 6; при перемещении образца исследуемой голограммы 4 моторизированным двухкоординатным столом 13 в плоскости фокуса блока регистрации изображений определяются координаты подлежащей исследованию области поверхности защитной голограммы, в системе координат моторизированного двухкоординатного стола; после выполнения процесса фокусировки и определения координат подлежащей исследованию области голограммы осветитель выключается; если размер подлежащей исследованию области поверхности голограммы превышает размер поля зрения блока регистрации изображений, производится разделение указанной области на зоны, размер которых равен размеру поля зрения блока регистрации изображений и которые покрывают всю подлежащую исследованию область голограммы; для первой зоны создается стек цифровых изображений и строится характеристическое изображение, после этого моторизированным двухкоординатным столом производится перемещение голограммы в плоскости фокуса блока регистрации изображений на расстояние, равное или меньшее полю зрения блока регистрации изображений, после чего строится характеристического изображения следующей зоны и осуществляется повторение указанных действий до получение набора характеристических изображений всех зон поверхности подлежащей исследованию области голограммы, затем выполняется совмещение полученных характеристических изображений в единое характеристическое изображение всей подлежащей исследованию области защитной голограммы.

Создание стека цифровых изображений и построение характеристического изображения для каждой зоны выполняется в следующей последовательности:

Производится поочередное, в заранее установленной последовательности, освещение поверхности исследуемой голограммы каждым из некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения 2 мультиуглового осветителя 1 и производится регистрация цифровых изображений одинакового размера, по одному цифровому изображению для каждого из включаемых источников излучения; производится вращательное перемещение мультиуглового осветителя относительно оптической оси микрообъектива блока регистрации изображений в заранее выбранном направлении на угол, равный требуемой дискрете измерения азимутального угла; последовательность получения цифровых изображений и угловых перемещений мультиуглового осветителя повторяется, до тех пор, пока угловые положения источников излучения мультиуглового осветителя не займут все возможные значения угловых положений в полном диапазоне зенитных и азимутальных углов с дискретами угловых положений источников излучения по зенитному углу и дискретой измерения угла ориентации штрихов дифракционных микроэлементов; полученные цифровые изображения объединяются в стек цифровых изображений со сквозной нумерацией цифровых изображений в стеке; строится характеристическое изображение того же размера, что и каждое из цифровых изображений в стеке так, что для каждого пиксела характеристического изображения с координатами х, у определяется номер цифрового изображения в стеке, для которого в данном пикселе было зарегистрировано максимальное значение интенсивности среди всех цифровых изображений стека, далее по алгоритму, представленному формулами {4} и {5} находятся пара углов, соответствующих тому угловому расположению освещающего поверхность исследуемой голограммы источника излучения, при котором было получено цифровое изображение с данным номером в стеке цифровых изображений, и, исходя из значений этих углов, зарегистрированной максимальной интенсивности I_max(x,y), длины волны источников излучения λ и номера регистрируемого порядка дифракции m, для каждого пиксела характеристического изображения, используя формулы {1-3} находятся измеренные значения параметров максимальной интенсивности I_max(x,y), вариабельности V(x,y) периода D(x,y) и угла ориентации штрихов α(х,у) дифракционной решетки, геометрически расположенной в области поверхности исследуемой голограммы, отображаемой данным пикселем характеристического изображения.

Последующее сравнение полученного характеристического изображения исследуемой голограммы может быть произведено как с подготовленным в соответствии с теми же критериями характеристическим изображением эталонной голограммы, так и с характеристическим изображением, рассчитанным в процессе математического моделирования эталонной защитной голограммы или с данными о форме, расположении, периодах и углах ориентации дифракционных микроструктур, содержащихся на поверхности эталонной защитной голограммы, полученными прямыми измерениями с помощью высокоразрешающего микроскопа или рентгеновского оборудования. По результатам сравнения принимается решение о соответствии исследуемой голограммы установленным критериям подлинности, или установленным критериям качества изготовления исследуемого образца голограммы.

Таким образом, заявляемый способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур позволяет:

1. Определить наличие, расположение, геометрические размеры и форму дифракционных микроструктур на поверхности исследуемой защитной голограммы, измерить параметры заполняющих микроструктуры дифракционных решеток. Измеряемыми параметрами являются наличие, период и направление дифракционных решеток, а также их дифракционная эффективность.

2. Сделать обоснованный вывод о технологии изготовления исследуемой защитной голограммы.

3. Сравнить исследуемый образец защитной голограммы как с эталонным образцом голограммы, так и с проектом для изготовления голограммы, подготовленным и рассчитанным в процессе математического моделирования эталонной защитной голограммы или с описанием защитной голограммы, полученными прямыми измерениями с помощью высокоразрешающего микроскопа или рентгеновского оборудования, и сделать обоснованный вывод о признании голограммы подлинной или соответствующей установленным критериям качества.

4. Сохранить в электронном виде результаты измерения параметров дифракционных структур, имеющихся на поверхности исследуемой голограммы.

При этом защитные голограммы могут быть выполнены на различных носителях, таких, как металлические и стеклянные подложки, тонкие полимерные пленки с металлическим напылением и без металлического напыления, полимерные ламинирующие пленки, и могут быть расположены на документах, банкнотах или упаковке защищаемой продукции.

Изобретение относится к созданию способа и устройства, предназначенных для измерения основных параметров синтезированных защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, для целей экспертного анализа подлинности и контроля качества изготовления этих голограмм, которые могут быть выполнены на различных носителях, таких как металлические и стеклянные подложки, тонкие полимерные пленки с металлическим напылением и без него, полимерные ламинирующие пленки, и могут быть расположены на документах, банкнотах или упаковке защищаемой продукции. Определение подлинности и качества изготовления синтезированных защитных голограмм производится посредством сравнения измеренных основных параметров дифракционных микроструктур, содержащихся в исследуемой защитной голограмме как с измеренными параметрами дифракционных микроструктур, содержащихся в эталонном образце защитной голограммы, так и с проектом для изготовления голограммы, подготовленным в соответствующей системе проектирования или с описанием голограммы, полученными прямыми измерениями с помощью высокоразрешающего микроскопа или рентгеновского оборудования. Техническим результатом является повышение качества распознавания подлинности, расширение количества определяемых параметров составляющих защитную голограмму дифракционных микроструктур. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, включающий использование устройства для его осуществления, содержащего основание; исследуемую защитную голограмму; блок регистрации изображений, включающий цифровую фотокамеру; мультиугловой осветитель, содержащий более одного некогерентного источника излучения, имеющих длину волны, лежащую в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры, и каждый из которых расположен под разными азимутальными и зенитными углами относительно поверхности исследуемой защитной голограммы, расположенной в поле зрения блока регистрации изображений; блок управления и обработки данных, управляющий включением некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, блоком регистрации изображений, цифровой фотокамерой; размещение исследуемой защитной голограммы в поле зрения блока регистрации изображений, освещение поверхности исследуемой защитной голограммы последовательно каждым из некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя и регистрацию цифровой фотокамерой последовательности цифровых изображений зоны поверхности исследуемой защитной голограммы, попадающей в поле зрения блока регистрации изображений, создание блоком управления и обработки данных стека цифровых изображений поверхности исследуемой защитной голограммы одинакового размера, причем номер цифрового изображения в стеке цифровых изображений однозначно соответствует значениям угловых направлений некогерентного источника излучения мультиуглового осветителя, при освещении которым поверхности исследуемой защитной голограммы было зарегистрировано данное цифровое изображение, формирование блоком управления и обработки данных характеристического изображения, имеющего тот же размер, что и цифровые изображения в стеке, сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы полученным при тех же условиях освещения и регистрации цифровых изображений характеристическим изображением эталонной защитной голограммы, принятие решения о соответствии исследуемой защитной голограммы установленным критериям подлинности, отличающийся тем, что устройство выполняют дополнительно содержащим моторизированный двухкоординатный стол для размещения исследуемой защитной голограммы, и расположенный на основании и в плоскости, параллельной плоскости фокуса блока регистрации изображений, моторизированный привод вращения, который выполняют механически связанным с мультиугловым осветителем, моторизованным приводом линейного перемещения, который выполняют механически связанным с мультиугловым осветителем и блоком регистрации изображений и обеспечивающим перемещение мультиуглового осветителя и блока регистрации изображений в направлении, перпендикулярном плоскости фокуса блока регистрации изображений; а блок регистрации изображений выполняют дополнительно содержащим микрообъектив, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости исследуемой защитной голограммы, и тубусную линзу, которые выполняют расположенными по схеме прямого микроскопа и оптически связанными с цифровой фотокамерой, регулируемую диафрагму, которую выполняют расположенной вблизи задней фокальной плоскости микрообъектива, осветитель и светоделитель, которые выполняют расположенными по схеме освещения через микрообъектив; мультиугловой осветитель дополнительно выполняют с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с его осью симметрии и оптической осью микрообъектива, посредством моторизированного привода вращения, а конструкцию мультиуглового осветителя выполняют обеспечивающей пересечение угловых направлений световых пучков некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя в точке, совпадающей с фокусом микрообьектива, при этом некогерентные источники излучения расположены в мультиугловом осветителе таким образом, чтобы некогерентные источники излучения с соседними угловыми положениями по зенитному углу имели разные угловые положения по азимутальному углу, некогерентные источники излучения дополнительно выполняют коллимированными и монохроматическими, при этом моторизированный двухкоординатный стол, блок регистрации изображений, моторизованный привод линейного перемещения и мультиугловой осветитель выполняют электрически связанными с блоком управления и обработки данных; кроме того, дополнительно перед выполнением регистрации цифровых изображений, при освещении исследуемой защитной голограммы каждым из коллимированных монохроматических некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, при включенном осветителе и открытой регулируемой диафрагме, наблюдают изображение поверхности исследуемой защитной голограммы в отраженном свете, и, посредством моторизованного привода линейного перемещения, производят фокусировку блока регистрации изображений на поверхность исследуемой защитной голограммы; выбирают область исследования, выполняют разделение области исследуемой защитной голограммы на зоны, размер которых равен размеру поля зрения блока регистрации изображений; диаметр апертуры регулируемой диафрагмы устанавливают близким к значению da=Fobj *tg (Δθ), где da - диаметр апертуры диафрагмы, Δθ - дискрета расположения некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя по зенитному углу, Fobj - фокусное расстояние микрообъектива; а после регистрации цифровых изображений при выключенном осветителе и освещении исследуемой защитной голограммы каждым из некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя производят вращение мультиуглового осветителя относительно оптической оси микрообъектива блока регистрации изображений в заранее выбранном направлении на угол, равный дискрете измерения угла ориентации дифракционных структур, далее выполняют повторение получения последовательности цифровых изображений и угловых перемещений мультиуглового осветителя в том же направлении на угол, равный дискрете измерения угла ориентации дифракционных структур, пока угловые положения некогерентных коллимированных монохроматических источников излучения мультиуглового осветителя не займут все возможные значения угловых положений в диапазоне азимутальных углов от 0 до 360 градусов с дискретой азимутального угла, равной дискрете измерения угла ориентации дифракционных микроструктур, построение характеристического изображения производят таким образом, что для каждого пиксела характеристического изображения с координатами х, у определяют пару зенитных и азимутальных углов расположения некогерентного коллимированного монохроматического источника излучения θ_m, ϕ_m, при освещении которым поверхности исследуемой защитной голограммы, значение зарегистрированной интенсивности в стеке цифровых изображений для соответствующего пиксела максимальна и, исходя из значений этих углов, зарегистрированной максимальной интенсивности I_max(x,y), длины волны некогерентного коллимированного монохроматического источника излучения λ и номера регистрируемого порядка дифракции m, каждому пикселу характеристического изображения ставят в соответствие измеренные значения параметров максимальной интенсивности I_max(x,y), периода D(x,y), угла ориентации α(х,у) дифракционной структуры, геометрически расположенной в области поверхности исследуемой защитной голограммы, отображаемой данным пикселем функционального изображения, где α(х,у)=ϕ_m; D(x,y)=λ*m/sin(θ_m); затем выполняют перемещение исследуемой защитной голограммы моторизированным двухкоординатным столом на расстояние, равное или меньшее полю зрения блока регистрации изображений, и выполняют цикл, включающий, получение характеристического изображения и перемещение исследуемой защитной голограммы на следующую зону до тех пор, пока не будут получены характеристические изображения всех зон поверхности подлежащей исследованию области защитной голограммы, затем выполняют совмещение полученных характеристических изображений всех зон исследуемой области защитной голограммы в одно полное характеристическое изображение подлежащей исследованию защитной голограммы.

2. Способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур по п. 1, отличающийся тем, что сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы проводят с характеристическим изображением, рассчитанным в процессе математического моделирования эталонной защитной голограммы.

3. Способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур по п. 1, отличающийся тем, что сравнение полученного характеристического изображения исследуемой защитной голограммы проводят с данными о форме, расположении, периодах и углах ориентации дифракционных микроструктур, содержащихся на поверхности эталонной защитной голограммы, полученными прямыми измерениями с помощью высокоразрешающего микроскопа или рентгеновского оборудования.

4. Способ определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур по п. 1, отличающийся тем, что конструкцию мультиуглового осветителя выполняют содержащей некогерентные коллимированные монохроматические источники излучения, имеющие разные длины волн, лежащие в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры.

5. Устройство для определения подлинности и качества изготовления защитных голограмм, выполненных на основе дифракционных микроструктур, содержащее основание; исследуемую защитную голограмму; блок регистрации изображений, включающий цифровую фотокамеру; мультиугловой осветитель, содержащий более одного некогерентного источника излучения, имеющих длину волны, лежащую в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры, и каждый из которых расположен под разными азимутальными и зенитными углами относительно поверхности исследуемой защитной голограммы, расположенной в поле зрения блока регистрации изображений; блок управления и обработки данных, управляющий включением некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя, блоком регистрации изображений, цифровой фотокамерой, отличающееся тем, что оно выполнено дополнительно содержащим моторизированный двухкоординатный стол для размещения исследуемой защитной голограммы, и расположенный на основании и в плоскости, параллельной плоскости фокуса блока регистрации изображений, моторизированный привод вращения, который выполнен механически связанным с мультиугловым осветителем, моторизованный привод линейного перемещения, который выполнен механически связанным с мультиугловым осветителем и блоком регистрации изображений и обеспечивающий перемещение мультиуглового осветителя и блока регистрации изображений в направлении, перпендикулярном плоскости фокуса блока регистрации изображений; а блок регистрации изображений выполнен дополнительно содержащим микрообъектив, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости исследуемой защитной голограммы, тубусную линзу, которые выполнены расположенными по схеме прямого микроскопа и оптически связанными с цифровой фотокамерой, регулируемую диафрагму, которая выполнена расположенной вблизи задней фокальной плоскости микрообъектива, осветитель и светоделитель, которые выполнены расположенными по схеме освещения через микрообъектив; мультиугловой осветитель дополнительно выполнен с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с его осью симметрии и оптической осью микрообъектива, посредством моторизированного привода вращения, а конструкция мультиуглового осветителя выполнена обеспечивающей пересечение угловых направлений световых пучков некогерентных источников излучения мультиуглового осветителя в точке, совпадающей с фокусом микрообьектива, при этом некогерентные источники излучения расположены в мультиугловом осветителе таким образом, чтобы некогерентные источники излучения с соседними угловыми положениями по зенитному углу имели разные угловые положения по азимутальному углу, при этом некогерентные источники излучения дополнительно выполнены коллимированными и монохроматическими, при этом моторизированный двухкоординатный стол, блок регистрации изображений, моторизованный привод линейного перемещения и мультиугловой осветитель выполнены электрически связанными с блоком управления и обработки данных.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что конструкция мультиуглового осветителя выполнена содержащей некогерентные коллимированные монохроматические источники излучения, имеющие разные длины волн, лежащие в области спектральной чувствительности цифровой фотокамеры.