本發(fā)明屬于光子學(xué)及計算機(jī)科學(xué)交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及上轉(zhuǎn)換材料發(fā)射出熒光的識別。

背景技術(shù)：

近年來，上轉(zhuǎn)換熒光納米材料以其特殊的性能和廣泛的用途成為研究的焦點，在固體激光、太陽能電池、光動力治療，特別是在熒光防偽方面有很大的潛在應(yīng)用價值。過去十幾年中，科學(xué)工作者們對上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的尺寸、相純、化學(xué)成分以及性質(zhì)的操控進(jìn)行了大量研究。

以四氟化釔鈉(化學(xué)式為NaYF₄)為基質(zhì)的上轉(zhuǎn)換熒光材料是迄今為止發(fā)現(xiàn)的效率最高的上轉(zhuǎn)換熒光材料，引起了廣泛的關(guān)注，潛在的應(yīng)用價值巨大。其中，在熒光防偽應(yīng)用方面，上轉(zhuǎn)換材料在不可見的紅外光激勵時能夠發(fā)出可見熒光，產(chǎn)生視覺效應(yīng)，同時，因為基質(zhì)材料中摻雜不同的稀土離子，在不同波長的激光激勵下，會發(fā)射出不同頻率的熒光，而且材料所發(fā)出熒光具有唯一性和不可復(fù)制性，特征熒光信息代表著特征材料。目前，對上轉(zhuǎn)換材料防偽功能的研究已經(jīng)引起了一部分科研工作者的注意，上轉(zhuǎn)換材料防偽應(yīng)用主要方法是將上轉(zhuǎn)換納米材料通過物理機(jī)械方法，以二維碼的形式噴涂在介質(zhì)上，通過掃描二維碼而得出附著信息。然而這種方法與傳統(tǒng)的噴墨打印二維碼形式無異，并未充分利用上轉(zhuǎn)換材料特有的性質(zhì)，而且容易偽造。對上轉(zhuǎn)換熒光的識別仍然缺失一種較為有效、實用的方法。

鑒于以上發(fā)展趨勢，我們需要研究一種較為有效、實用的對上轉(zhuǎn)換熒光的識別方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是基于研究一種有效、實用的上轉(zhuǎn)換熒光攜帶信息的識別方法。通過獲取熒光光譜，并對不同頻率下熒光強(qiáng)度進(jìn)行編碼，來識別熒光光譜所攜帶信息。本發(fā)明方法相對于傳統(tǒng)二維碼識別信息而言，具有更強(qiáng)的防偽性能。將制得的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒附著在基質(zhì)材料中，隨機(jī)性使得所發(fā)射熒光具有唯一性，基本不可能被復(fù)制偽造。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種利用上轉(zhuǎn)換熒光進(jìn)行編碼識別的方法，其包括如下步驟：

建立特征點信息數(shù)據(jù)庫；

將上轉(zhuǎn)換材料涂覆于商品的外包裝上，形成條碼；

利用激光掃描所述條碼，收集上轉(zhuǎn)換材料中的熒光特征信息；

將所述熒光特征信息與特征點信息數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比對，以是否匹配成功判斷商品的真?zhèn)巍?/p>

作為優(yōu)選方案，所述特征點信息數(shù)據(jù)庫的建立方法為：

利用激光將上轉(zhuǎn)換材料激發(fā)出熒光；

用光譜儀將所述熒光進(jìn)行收集，并對熒光的特征頻率進(jìn)行標(biāo)定；

將所述特征頻率與熒光的強(qiáng)度進(jìn)行匹配編碼，得到熒光光譜的特征點信息；

將所述特征點信息存儲成數(shù)據(jù)庫。

作為優(yōu)選方案，所述上轉(zhuǎn)換材料可選自摻有鐿和鉺的四氟化釔鈉、摻有鐿和鉺的四氟化釓鈉、摻有鐿和鉺的氧化釔等等一系列可以發(fā)出上轉(zhuǎn)換熒光的材料。

作為優(yōu)選方案，所述熒光在用光譜儀收集之前先進(jìn)行聚焦和濾波。為了盡可能多的獲取熒光信息，可以將熒光通過透鏡聚焦后再射入光譜儀，因為激發(fā)光功率較熒光功率高很多，可以在光譜儀前放置低通濾波片濾除一部分激發(fā)光。

作為優(yōu)選方案，所述激光的發(fā)射裝置選自半導(dǎo)體激光器、二氧化碳激光器、光纖激光器中的一種。

本發(fā)明的基本原理為：上轉(zhuǎn)換納米材料在相應(yīng)長波長激光激勵下，會輻射出熒光。用光譜儀收集熒光光譜，并將光譜特征頻率進(jìn)行標(biāo)定，光譜特征頻率與上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料中摻雜的稀土離子的種類有關(guān)，摻雜同種稀土離子的上轉(zhuǎn)換材料輻射出熒光的頻率成分大體是一致的(即特征頻率不隨基質(zhì)材料的改變而變化)，將光譜中該特征頻率進(jìn)行標(biāo)定，熒光光譜的區(qū)別在于特征頻率熒光的強(qiáng)度信息不同；將特征頻率熒光強(qiáng)度進(jìn)行編碼，輻射光譜中特征頻率熒光強(qiáng)度值隨摻雜稀土離子濃度、基質(zhì)材料種類、上轉(zhuǎn)換納米材料的濃度、在上轉(zhuǎn)換納米材料中額外摻雜貴金屬納米顆粒的種類的不同而發(fā)生改變，按照標(biāo)定的頻率熒光強(qiáng)度大小分成十六等級，即1,2,3,4,5,6,7,,,16，十六位數(shù)值，將每個頻率下的熒光強(qiáng)度都進(jìn)行等級化數(shù)值標(biāo)定，得到一串有特定排列順序的數(shù)列；提取熒光光譜的特征點信息，提取經(jīng)過熒光強(qiáng)度編碼后得到的有特定排列順序的數(shù)列；特征點信息庫中索引并匹配，讀取防偽信息，將第一次激發(fā)的熒光光譜特征點信息存儲入庫，當(dāng)再次激發(fā)時，索引信息并進(jìn)行匹配，匹配成功即可讀取防偽信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、防偽性能增強(qiáng)、可操作性與實用性能提高，用處非常廣泛；

2、將上轉(zhuǎn)換納米顆粒附著在需要進(jìn)行防偽應(yīng)用的基質(zhì)材料上，包含著該基質(zhì)材料的特征信息；

3、基質(zhì)材料可以是商品的外包裝，熒光信息可以對應(yīng)包含商品的生產(chǎn)日期、產(chǎn)地等屬性，方便商品在流通過程中對其進(jìn)行監(jiān)控與防偽；也可以是護(hù)照等證件，熒光在無激光激勵下是不可見的，在激光激勵下代表著特征的身份信息；也可以是商品包裝封口處防偽標(biāo)識，一旦商品包裝被拆開，上轉(zhuǎn)換材料即被破壞，在激光激勵下得到的上轉(zhuǎn)換熒光隨即改變，通過強(qiáng)度編碼識別的信息即會發(fā)生錯誤。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明方法中的上轉(zhuǎn)換熒光識別系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明方法利用強(qiáng)度編碼技術(shù)識別上轉(zhuǎn)換熒光的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明可利用的上轉(zhuǎn)換熒光識別系統(tǒng)，如圖1所示，包括：光譜獲取模塊、特征頻率標(biāo)定模塊、強(qiáng)度編碼模塊、索引匹配與識別模塊，上述各個模塊均屬于本領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)，故不再展開說明。

本發(fā)明提出的利用強(qiáng)度編碼技術(shù)識別上轉(zhuǎn)換熒光的方法，如圖2所示，包括下述步驟：

步驟1、特殊的材料成分在激光激勵下會發(fā)射出獨特的熒光。根據(jù)摻雜稀土離子的不同而選取相應(yīng)波長的激光進(jìn)行激發(fā)。將激發(fā)所得熒光通過透鏡聚焦處理后再射進(jìn)光譜儀，通過光譜獲取模塊來獲取熒光光譜圖像。

步驟2、利用特征頻率標(biāo)定模塊將光譜中特征頻率進(jìn)行標(biāo)定。光譜特征頻率與上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料中摻雜的稀土離子的種類有關(guān)，摻雜不同種稀土離子的上轉(zhuǎn)換材料輻射出熒光的頻率成分是不同的，而摻雜同種稀土離子的上轉(zhuǎn)換材料輻射出熒光的頻率成分大體是一致的(即特征頻率不隨基質(zhì)材料的改變而變化)，將該特征頻率熒光標(biāo)定出來。

步驟3、利用強(qiáng)度編碼模塊將特征頻率熒光強(qiáng)度進(jìn)行編碼。輻射光譜中特征頻率熒光強(qiáng)度值隨摻雜稀土離子濃度、基質(zhì)材料種類、上轉(zhuǎn)換納米材料的濃度、在上轉(zhuǎn)換納米材料中額外摻雜貴金屬納米顆粒的種類的不同而發(fā)生改變，按照標(biāo)定的頻率熒光強(qiáng)度大小分成十六等級，即1,2,3,4,5,6,7,,,16，十六位數(shù)值；將每個頻率下的熒光強(qiáng)度都進(jìn)行等級化數(shù)值標(biāo)定，這一有特定排列順序的數(shù)列即為熒光強(qiáng)度編碼。

步驟4、提取熒光光譜的特征點信息，也即為提取經(jīng)過熒光強(qiáng)度編碼后得到的有特征排列順序的數(shù)列。

步驟5、特征點信息庫中索引并匹配。將第一次獲得的經(jīng)過熒光強(qiáng)度編碼后得到的有特征排列順序的數(shù)列存儲在庫中；當(dāng)再一次(激勵激光波長不變，功率可以變化)獲得強(qiáng)度編碼數(shù)列時，在庫中進(jìn)行索引并匹配。如果匹配成功，則可以讀取對應(yīng)寫入的防偽信息。

以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明上述利用強(qiáng)度編碼技術(shù)識別上轉(zhuǎn)換熒光信息的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。

實施例1

選擇上轉(zhuǎn)換熒光材料為以NaYF₄為基質(zhì)，鐿離子(Yb³⁺)為敏化劑，鉺離子(Er³⁺)為激活劑，上轉(zhuǎn)換熒光材料的化學(xué)組分為NaYF₄：Er³⁺：Yb³⁺，摩爾比為1:0.02:0.2。該上轉(zhuǎn)換材料在980nm波長激光激勵下會發(fā)出熒光。將上述上轉(zhuǎn)換納米材料溶液噴在一張干凈的包裝紙上，待溶液中水分蒸干以后，納米材料分子滲透進(jìn)紙纖維中。用波長為980nm的連續(xù)半導(dǎo)體激光器激勵上轉(zhuǎn)換材料，當(dāng)激發(fā)光平均功率為50mW時，上轉(zhuǎn)換納米材料發(fā)出紅色偏黃上轉(zhuǎn)換熒光。將激發(fā)所得熒光通過透鏡聚焦處理后再進(jìn)入光譜儀，通過光譜儀來獲取熒光光譜圖像。

將光譜中特征頻率進(jìn)行標(biāo)定200。該上轉(zhuǎn)換材料輻射出熒光的特征頻率為521nm、542nm、564nm、654nm、671nm。特征頻率允許有4mm的偏差。

標(biāo)定后，對熒光強(qiáng)度進(jìn)行編碼。在這個濃度，顆粒尺寸及激勵光功率的條件下，熒光強(qiáng)度最大值為25293counts，對應(yīng)的頻率為671nm，頻率為654nm光強(qiáng)為19819counts，頻率為564nm光強(qiáng)為1901counts，頻率為542nm光強(qiáng)為3399counts，頻率為521nm光強(qiáng)為2193counts。

規(guī)定一種編碼方式，即當(dāng)counts值為0～1000時，標(biāo)值為1；當(dāng)counts值為1000～2000時，標(biāo)值為2；當(dāng)counts值為2000～3000時，標(biāo)值為3；當(dāng)counts值為3000～4000時，標(biāo)值為4；當(dāng)counts值為4000～5000時，標(biāo)值為5；當(dāng)counts值為5000～6000時，標(biāo)值為6；當(dāng)counts值為6000～8000時，標(biāo)值為7；當(dāng)counts值為8000～10000時，標(biāo)值為8；當(dāng)counts值為10000～12000時，標(biāo)值為9；當(dāng)counts值為12000～14000時，標(biāo)值為10；當(dāng)counts值為14000～16000時，標(biāo)值為11；當(dāng)counts值為16000～18000時，標(biāo)值為12；當(dāng)counts值為18000～20000時，標(biāo)值為13；當(dāng)counts值為10000～22000時，標(biāo)值為14；當(dāng)counts值為22000～24000時，標(biāo)值為15；當(dāng)counts值為24000～26000時，標(biāo)值為16。則該熒光光譜經(jīng)過強(qiáng)度編碼后得到的有序排列的數(shù)列為3，2，4，13，16。

將該數(shù)值序列存入數(shù)據(jù)庫中存儲。

將上述包裝紙放在室外晾曬三天，模擬商品流通環(huán)境。同樣用波長為980nm的連續(xù)半導(dǎo)體激光器激勵附著在包裝紙上的上轉(zhuǎn)換材料，當(dāng)激發(fā)光平均功率為50mW時，用光譜儀收集熒光光譜。同樣進(jìn)行特征頻率標(biāo)定并對特征頻率下熒光強(qiáng)度進(jìn)行編碼，得到一組有序數(shù)列。雖然強(qiáng)度值有一些微小變化，但編碼后得到的有序數(shù)列仍為3，2，4，13，16。將該數(shù)列在庫中通過索引匹配出存儲的信息。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。