古陶瓷自动认证方法

摘要

本发明涉及一种古陶瓷自动认证方法，所述方法包括注册和认证两阶段；注册阶段包括步骤：a)对于待注册古陶瓷，从其表面上选取图像采集点位；b)逐一采取选定点位的图像；c)将所采集的图像存储到系统后台，作为形成陶瓷身份证的依据；d)为古陶瓷生成电子身份证的唯一编号；认证阶段包括步骤：e)对于待认证古陶瓷，依据其注册所得身份唯一编号，查询图像采集点位；f)逐一采取查询所得点位的图像，并与注册时所采集图像做匹配；g)检查从待认证古陶瓷表面点位上获取的图像是否全部能够与其注册时采集的点位图像匹配。本发明的古陶瓷自动认证方法，能快速、精准、无损、低成本地实现对古陶瓷进行认证鉴别。

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷鉴定的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于生物特征识别的陶 瓷自动认证方法。

背景技术

古陶瓷是古代人类活动遗留下来的产物，是研究人类历史活动的实物资料，具有重要的 收藏价值和考古价值。目前，由于多种原因，古陶瓷市场赝品充斥、真伪难辨。如何快速、 无损、低成本地鉴别真伪是古陶瓷鉴定领域亟需解决的问题。

古陶瓷鉴定主要有四大项任务，分别是辨真伪、断窑口、定时代、评价值。其中，辨真 伪是古陶瓷鉴定的首要任务，是后续三项任务的基础。一般来说，鉴定古陶瓷真伪的方法， 主要有两大类。一类是基于专家经验的传统鉴定方法，是鉴定者在长期的古玩鉴定实践中， 依据个人所积累的经验，通过眼看、手摸、耳听、鼻闻等感觉器官，对器物进行鉴别的行为 过程。传统经验鉴定在鉴定古陶瓷的文化背景方面优势十分突出，主要表现在：第一，方便、 快捷；第二，能够对古陶瓷的人文社会属性做出比较准确的判断，如被鉴定器物的生产时代、 窑口、器形、釉色、纹饰及其历史文化价值、艺术美学价值、科技工艺价值和市场经济价值。 但是，由于人的感觉器官存在着天生的局限性，这些直接经验和间接经验本身也就难免存在 不准确、不全面、甚至完全错误的情况，传统经验鉴定方法易出现主观性错误。

另一类是凭借现代科技手段对古陶瓷进行鉴定的科技鉴定法。这类方法通过分析被鉴定 器物的化学成分，得出鉴定结果。该类方法的鉴定结论不受人为因素干扰，客观而准确，代 表着今后研究发展的方向。具体来说，古陶瓷科技鉴定法的优势主要在于：第一，能够对被 鉴定器物的自然属性做出客观、准确的定量分析和判断；第二，应用范围比较全面而广泛； 第三，有利于建立统一的行业标准。但是，长期的鉴定实践业已证明，科技鉴定方法也有其 局限性，具体表现在：第一，鉴定设备的体积庞大、价格昂贵；第二，又对需要建立准确、 可靠、完整、系统的庞大数据库作支撑；第三，无法对古陶瓷的人文社会属性做出判断；第 四，某些有损的测试模式，会破坏古陶瓷的完整性；第五，鉴定费用高，绝大多数收藏家难 以承受；第六，不能广泛运用于社会市场，普及性差。

因此，无论是传统经验鉴定法还是基于化学成分分析的科技鉴定法，都不能构建一套快 速、精准、无损、低成本的古陶瓷真伪鉴别系统。为了快速、高效地掌握陶瓷的基本属性， 如真伪、窑口、时代等，古陶瓷鉴定领域采用一次鉴定终身有效的方针，为陶瓷制作鉴定证 书，记录陶瓷鉴定结果。陶瓷鉴定书堪称陶瓷“身份证”，一般由陶瓷专业鉴定机构颁发。目 前，基于鉴定证书的方法，可容易判断古陶瓷真伪，被广泛应用古陶瓷鉴定领域。但是该类 方法同样存在着致命的缺点。首先，陶瓷鉴定证书管理混乱。其次，陶瓷鉴定证书容易伪造。 这些缺点导致了陶瓷鉴定证书的公信度较为有限。

本发明针对陶瓷鉴定证书容易伪造的缺点，采用生物特征识别为古陶瓷构建安全性强的 电子身份证，实现对古陶瓷的自动认证鉴定。生物特征识别是利用人的生理特征或行为特征， 来进行个人身份的鉴定。同样，由于原料、工艺、保存环境等因素的影响，古陶瓷本身也具 有唯一的、不可复制的特征，如气泡等等。因此，借助生物特征识别，利用古陶瓷本身的独 特特征来生成其电子身份证，具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带” 和随时随地可用等优点。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种古陶瓷自动认证方法。

为了解决上述技术问题并实现本发明的发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种古陶瓷自动认证方法，其特征在于：所述方法包括注册和认证两大阶段；其中，

注册阶段包括如下步骤：a)对于待注册古陶瓷，从其表面上选取若干个图像采集点位； b)使用电子显微镜逐一采取古陶瓷表面选定点位的图像；c)将所采集的图像存储到系统后 台，作为形成陶瓷身份证的依据；d)对所述古陶瓷生成电子身份证的唯一编号；

认证阶段包括如下步骤：e)对于待认证古陶瓷，依据其注册所得身份唯一编号，查询图 像采集点位；f)使用电子显微镜逐一采取查询所得点位的图像，并与注册时所采集图像做匹 配；g)检查从待认证古陶瓷表面点位上获取的图像是否全部能够与其注册时采集的点位图像 匹配。如果是，则表明待认证古陶瓷和注册古陶同一；否则，不同一。

其中，所述注册阶段是为给定古陶瓷生成电子“身份证”的过程，待注册的古陶瓷为经 过权威机构或者专家鉴定过的真品。

其中，所述认证阶段是对待认证古陶验证“身份”的过程，待认证古陶瓷应已具有电子 “身份证”。

其中，所述图像采集点位分散于古陶瓷表面纹理丰富的区域，且图像采集点位的数量不 少于5。

其中，在步骤b中，所述电子显微镜的放大倍数为100～500。

其中，在步骤b中，所述图像采集点位图像应清晰，且光照均匀。

其中，在步骤e中，所述图像采集点位是待认证古陶瓷在注册阶段步骤a)中所确定的点位。

作为优选地，所述步骤f中计算两幅图像匹配的步骤如下：

f1)对于采自同一点位的两幅图像，采用加速稳健特征(Speeded Up Robust Features， SURF)寻找匹配点集；

f2)依据所述两幅图像间的匹配点集，采用仿射变换原理，对其做图像对齐操作；

f3)对所述对齐后的两幅图像进行裁剪，保留两幅图像的重叠区域，删去不重叠部分；

f4)对于所述裁剪后的两幅图像，提取局部二值模式(LocalBinaryPattem，LBP)特征；

f5)对于所述两幅图像的局部二值模式特征，采用卡方距离计算两幅图像特征间的距离；

f6)依据计算所得卡方距离的值d，判别所述两幅图像是否匹配。

进一步优选地，在步骤f2中，所述图像对齐操作，利用两图像间匹配分数最高的三对匹 配点，计算仿射变换矩阵；

进一步优选地，在步骤f3中，所述删去不重叠部分，是指将不重叠区域部分像素点的像 素值置0；

进一步优选地，在步骤f6中，所述判别所述两幅图像是否匹配的依据是卡方距离d的值是 否小于阈值T，即若d≤T，则匹配成功；否则，匹配不成功。

优选地，阈值T的值采用统计的方法确定为10。

与现有技术相比，本发明所述的古陶瓷自动认证方法具有以下有益效果：

本发明所述的自动认证方法能够为古陶瓷生成安全性极强的电子身份证，具有容易使用、 不易伪造的特点。

附图说明

图1示意性示出了以放大倍数为100的电子显微拍摄的两幅古陶瓷表面图像。

图2示意性示出了本发明的古陶瓷自动认证方法的总体流程图。

图3示意性示出了本发明的古陶瓷细节信息图匹配算法的流程图。

图4示意性示出了本发明利用加速稳健特征寻找两幅图像间的匹配点集。

图5示意性示出了本发明对齐裁剪后的两幅古陶瓷细节信息图。

图6示意性示出了图5中所示裁剪后两幅古陶瓷细节信息图的局部二值模式特征。

具体实施方式

以下将通过参考示范性实施例，阐明本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能 的方法。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加 以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类 似的部件，或者相同或类似的步骤。

实施例1

本实施例所述的古陶瓷自动认证方法，以生物特征识别为理论基础，以古陶瓷自身的独 特信息为特征，为古陶瓷生成不易伪造的电子身份证。该方法可用于构建快速、高效、精准、 低成本的陶瓷认证系统。其核心思想是：让计算机利用古陶瓷本身的细节信息来认证鉴别其 真伪性。受材料、工艺、烧制环境、保存环境等因素的影响，古陶瓷表面细节信息的组成具 有高度随机性。图1示意性示出了以放大倍数为100的电子显微拍摄的两幅古陶瓷表面图像。 从图中可知，陶瓷表面细节信息的随机性主要体现如下两个方面：一是，图案细节变化的随 机性。古陶瓷表面的绘彩图案是人工绘制的，就算是同一人绘制的同一图案都会存在一定的 细节差异；二是，气泡、斑点等形态及分布的随机性。气泡、斑点的形成与陶瓷烧制环境或 者保存环境密切相关，而无论是烧制环境还是保存环境都难以精确复制。由此可见，陶瓷表 面细节信息就像人的指纹、虹膜等生物特征信息，具有较强的唯一性。另外，陶瓷表面的细 节信息还具有普遍性、持久性和易采集性。根据生物特征识别理论，任何满足唯一性、普遍 性、持久性和易采集性的人体特征都可用于人的身份识别。同样地，古陶瓷表面细节信息可 用于识别古陶瓷的身份。

图2示意性示出了本发明的古陶瓷自动认证方法的总体流程图。如图2所示，本发明的实 施主要包含注册和认证两部分。注册阶段主要完成为古陶瓷生成电子身份证的任务，而认证 阶段则依据古陶瓷的电子身份证和其本身特征验证古陶瓷的真伪性。与传统古陶瓷鉴定证书 相比，本发明方法生成的电子身份证的特点如下：第一，不易伪造。第二，随身携带。

注册阶段主要包含如下四大步骤：

步骤210，对于待注册古陶瓷，选取若干个图像采集点位；

图像采集点位指的是古陶瓷细节信息采集区域。本发明将依据所选定的图像采集点位采 集陶瓷细节信息，作为生成古陶瓷电子身份证的依据。因此，图像采集点位的选取与本发明 方法的认证精度直接相关。为充分保证古陶瓷细节信息的唯一性，图像采集点位的选择应遵 循“特征明显、纹理丰富”的原则。“特征明显”指的是采集点位区域内的气泡和斑点等细 节信息较多。“纹理丰富”指的是采集点位区域内绘图等纹理信息丰富；

每选定一个点位都需经过认证阶段步骤260所述图像匹配方法测试所选择点位的合理性。 具体测试方法为：让不同操作人员，在不同时间点从所选定点位处采集细节信息图，然后使 用步骤260所述图像匹配方法检验它们互相间是否匹配。若匹配，则所选定的图像采集点位合 理；否则，不合理；

每一件古陶瓷上图像采集点位的数量应根据其安全级别而定，安全级别越高，所需图像 采集点位越多。一般来说，图像采集点位的数量不应少于5；

步骤220，使用电子显微镜逐一采取选定点位的图像；

除了计算机以外，电子显微镜是本发明方法使用的唯一硬件。借助电子显微镜，可清晰 地采集到古陶瓷表面气泡、斑点等细节信息。一般来说，电子显微镜放大倍数越大，所获取 的细节信息越精细。但是放大倍数过大，会带来难以定位图像采集点位的问题。因此，电子 显微镜的放大倍数应100～500为宜；

步骤230，将所采集的图像存储到系统后台，作为形成陶瓷身份证的依据；

本发明方法依据古陶瓷细节图像间的匹配情况来判定古陶瓷身份的真伪。为此，需要在 注册阶段采集若干细节图像作为比对模版，形成古陶瓷的电子身份证。步骤220所采集到古陶 瓷细节信息图是其电子身份证的原始数据状态。从系统本身的安全性考虑，需对其加密存储。

步骤240，为给定古陶瓷录入相关属性信息，并生成电子身份证的唯一编号；

为了便于使用，古陶瓷的电子身份证也应像人的身份证一样具有一个唯一编号。本发明 方法采用由数字或者字母组成的字符串作为陶瓷身份的唯一编号，编号长度应不小于6。

认证阶段主要包含如下三大步骤：

步骤250，对于待认证古陶瓷，依据其注册所得身份唯一编号，查询图像采集点位；

在注册阶段，古陶瓷上的指定点位上的细节信息被采集，用于生成其电子身份证。在认 证阶段，古陶瓷上同样点位上的细节信息将会被再次采集，用于古陶瓷身份的验证；

步骤260，使用电子显微镜逐一采取查询所得点位的图像，并与注册时所采集的点位图像 做匹配。

使用步骤220所述同品牌、同型号的电子显微镜逐一采集步骤250查询所得图像采集点位 上的古陶瓷细节信息图。采集得到一幅古陶瓷细节信息图后，使用图像匹配算法计算采集得 到的细节信息图与注册的细节信息图间的匹配分数。图3示意性示出了本发明的古陶瓷细节信 息图匹配算法的流程图。下面以认证阶段所采集图像A和注册阶段所采集的图像B的匹配过程 为例，阐述计算古陶瓷细节信息图匹配分数的步骤：

步骤310，对于采自同一点位的两幅图像A和B，采用加速稳健特征(Speeded Up Robust  Features，SURF)寻找匹配点集。加速稳健特征是Herbert Bay于2006年在欧洲计算机视觉会 议Europe Conference on Computer Vision上发表论文《Surf：Speeded up robust features》提出的 尺度和旋转不变图像检测子和描述子，被广泛应用于目标识别和三维重建。利用加速稳健特 征可实现两幅图像间匹配点集的查找。图4示意性示出了本发明利用加速稳健特征寻找两幅图 像间的匹配点集。

步骤320，依据所述两幅图像间的匹配点集，采用仿射变换原理，对其做图像对齐操作。 得到两幅图像间的匹配点集后，便可利用两图像间匹配分数最高的三对匹配点，计算仿射变 换矩阵，实现两幅图像的对齐。

步骤330，对所述对齐后的两幅图像进行裁剪，保留两幅图像的重叠区域，删去不重叠部 分。由于缩放、旋转等因素的影响，图像经过仿射变换后，形状一般不规则。但是数字图像 必须以矩形存储和显示。为了能够在规则的矩形内存储和显示不规则图像，本发明采用“保 留重叠区域，删去不重叠部分”(即将不重叠部分的像素值置0)的策略实现对对齐后的图像 进行统一表达和存储。图5示意性示出了本发明对齐裁剪后的两幅古陶瓷细节信息图。

步骤340，对于所述裁剪后的两幅图像，提取局部二值模式(LocalBinaryPattem，LBP) 特征。

局部二值模式是T.Oiala于1994年在论文《Performance evaluation of texture measures with  classification based on Kullback discrimination of distributions》中提出的图像局部纹理特征描述 子。目前，LBP局部纹理提取算子，已经成功应用在指纹识别、字符识别、人脸识别、车牌 识别等领域。本发明将局部二值模式应用于古陶瓷细节图像特征表达。图6示意性示出了图5 中所示裁剪后两幅古陶瓷细节信息图的局部二值模式特征。

步骤350，对于所述两幅图像的局部二值模式特征，采用卡方距离计算两幅图像特征间的 距离。

分别计算得到待认证古陶瓷细节图像A和注册古陶瓷细节图像B的局部二值模式特征后， 本发明采用卡方系数计算它们间的距离如下：

$\left(\begin{array}{cc}d& (H_a,H_b)=\underset{i}{\Sigma }\frac{{\left(H_a\left(i\right)H_b\left(i\right)\right)}^2}{H_c\left(i\right)+H_b\left(i\right)}\end{array}\right)$

其中，H_a表示图像A的局部二值模式特征，H_b表示图像B的局部二值模式特征。

步骤360，依据计算所得卡方距离的值d，判别所述两幅图像是否匹配。

本发明中，两幅图像间的卡方距离是判别它们是否匹配的唯一依据。因此，设置阈值T， 依据卡方距离d与阈值T之间的关系来确立两幅图像间是否匹配。如果d≤T，则匹配成功；否 则，匹配不成功。

步骤270，检验古陶瓷上所有点位采集的图像是否都与注册图像匹配成功。如果是，则待 认证古陶瓷与注册古陶瓷同一；否则，不同一。

综上所述，本发明提出的古陶瓷自动认证方法，能快速、精准、无损、低成本地实现对 古陶瓷进行认证鉴别。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本 发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种 非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发 明的保护范围之内。