基于表面等离子体光学的超高分辨率图像防伪技术研究

摘要

随着全球商品制造业的迅猛发展，全球商品的保有量持续上升，但是由于现有的防伪技术中普遍存在着较为低效的防复制性问题，导致了假冒伪劣产品的泛滥，使广大消费者对商品市场心有余悸。为了保障广大消费者的利益和维护企业品牌的名声，研制新型的光学图像防伪技术成为了当前表面等离子体光学与计算机图像图形学领域中一个重要的研究课题。
　　本文结合表面等离子体光学和计算机图像图形学的特点，主要围绕模式识别算法、金属表面等离子体光学和纳米加工技术，研究了利用由不同直径、不同间距的金纳米圆盘所组成的纳米阵列结构作为图像像素点的纳米光学防伪技术，具体的研究方法包括：
　　(1)利用FDTD模拟软件计算出以四个为一组的金纳米圆盘阵列的散射光谱特性，并根据CIE颜色空间的数据，利用颜色感知算法将由不同直径、不同间距的金纳米圆盘所组成的纳米阵列结构的光谱图与 RGB彩色空间进行转换，得出相对应的81种RGB色彩值，并构建颜色匹配数据库；
　　(2)为了确保图像中重要信息的完整保留，利用数字图像处理算法对任意原图像进行图像边缘检测和连接、RGB分解和归一化处理，并使用色彩匹配算法将处理后的图像与颜色匹配数据库进行配对，导出由81种颜色组成的MATLAB图像和控制电子束曝光的目的版图；
　　(3)基于10nm尺度图形加工技术，制作物理尺寸小于250nm的金纳米圆盘阵列结构，利用其作为图像中的像素点，并根据目的版图控制像素点的排列组合顺序，生成超高分辨率彩色图像。
　　利用上述研究方法，当把图像中每一个像素点的物理尺寸控制在小于250nm时，能打破限制着图像分辨率提高的可见光衍射极限，使图像打印技术达到每英寸10万个点，从而制造出物理尺寸为50μm左右的超高分辨率微米级彩色图像，相当于将原图像缩小了104倍，因此人眼在正常情况下无法识别图像，并且由于该技术门槛高、可复制性低和制作成本高等因素，可作为光学图像防伪技术维护商品经济的健康发展。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 防伪技术的国内外现状与发展趋势

1.3 本文工作与创新点

1.4 本文结构与内容安排

第2章 超高分辨率图像防伪技术的理论基础

2.1 数字图像成像原理

2.2 金属表面等离子体共振效应

2.3 模式匹配算法

2.4 本章小结

第3章 数值模拟与实验

3.1 数值模拟

3.2 实验测试与结果对比

3.3 本章小结

第4章 颜色感知与色彩匹配算法

4.1 光谱图—RGB色彩空间转换算法

4.2 原图像的处理流程

4.3 色彩匹配算法与目的图像生成

4.4 本章小结

第5章 超高分辨率图像的实现

5.1 超高分辨率图像打印技术工艺流程

5.2 超高分辨率图像生成

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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附录B 攻读学位期间所参加的科研项目目录