CN111095298B - 光学认证方法 - Google Patents

Abstract

该方法包括以下步骤：在对象上附加标识符(100)；形成标识符的第一数字图像并且随后形成标识符的第二数字图像；分别导出第一图像和第二图像的第一数字密钥和第二数字密钥；以及将第二数字密钥与第一数字密钥进行比较；其中，标识符(100)包括具有相同直径并且随机分布在对象表面上的微珠(120)，微珠嵌入粘合剂层(110’)中，并且导出第一数字密钥包括以下步骤：对第一图像中表示微珠位置的点的分布应用椭圆拟合以限定椭圆，以及通过在基于椭圆的参考系中表示所述点的位置来应用参考系的改变。

Description

光学认证方法

技术领域

本发明的领域是防侵权领域以及借助涂于对象上的标识符来识别对象的方法。

现有技术

从专利文献WO2006/042913中已知一种这样的认证方法。

该认证方法提供了通过以下方式认证对象的解决方案：(1)形成在每个待识别对象上制造的标记(特别是气泡标识符)的图像，(2)计算图像的数字密钥，以及(3)将图像的数字密钥与预先存储在远程数据库中、并且从生产待识别对象的生产线中的在预定条件下形成的数字图像导出的数字密钥进行比较。

对象的数字图像的特性自然取决于拍摄图像的条件，例如用于形成图像的光学系统的类型，以及光学系统相对于对象的距离和角度位置。从图像导出的数字密钥很大程度上依赖于这些参数，并且最终表征出与该图像所示对象一样多的拍摄该图像本身的条件。因此，利用同一对象的两个不同图像的数字密钥来识别所述对象仍然是主要的挑战。

理想的是，光学认证系统必须使得能够从同一标识符的两个不同图像导出唯一且不变的数字密钥，而且尽管存在关于这两个图像的拍摄条件以及还有关于所使用的设备的差异和未知也能如此适用。这尤其适用于由没有特殊设备或训练的终端用户形成图像的情况。

专利文献EP 2 849 118、US 2006/0268259、EP 1 475 242和EP 1 873 616公开了涉及分析标识符图像的方法，标识符包括形成进行产品认证所依赖的图案的元素，然而这些方法是复杂的并且/或者基于精细的标识符。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点。

本发明的光学识别方法依赖于使用具有极易涂在待识别对象上的结构的标识符，该标识符包括以随机图案分布在要认证的对象的表面上的等直径微珠。

特别地，本发明的用于认证对象的认证方法使用涂于每个对象上的标识符，并且该认证方法包括以下步骤：

-在要认证的对象上涂标识符；

-形成涂于对象上的标识符的第一数字图像；

-从第一数字图像导出第一数字密钥；

-将第一数字密钥存储在包含多个第一数字密钥的数据库中；

-随后，形成涂于对象上的标识符的第二数字图像；

-从第二图像导出第二数字密钥；以及

-将第二数字密钥与存储在数据库中的第一数字密钥进行比较以检测匹配，并且响应于检测到匹配而将对象识别为可信的；

其中，对于涂于对象上的标识符，使用以随机方式分布在对象表面上的等直径微珠，这些微珠被嵌入喷涂在对象表面上的粘合剂层中；并且其中，从第一图像导出第一数字密钥包括以下步骤：

-对第一图像中的、位于微珠中的相应微珠的位置处的各个点的分布应用椭圆回归以限定椭圆；以及

-应用参考系的改变，包括在基于椭圆的参考系中表示分布的每个点的坐标。

本发明的方法的优点在于以下事实：无论拍摄图片的角度和距离如何，微珠都被看作是圆片或圆。因此，易于在标识符的数字图像中识别这些微珠并确定微珠形成的图案。此外，由于微珠的直径相同，因此可以通过利用它们在图像中的表观直径来执行相对简单的数字处理，以达到通过建立特定于由微珠形成的图案的参考系、独立于其在与图像相关联的参考系中的坐标来描述微珠的分布。换言之，可以独立于拍摄图片的条件来表征由微珠形成的图案。

本发明的这种认证方法很稳健，足以可靠地识别其上涂有标识符的对象的可信性，并且该方法可以由终端用户在没有任何特殊知识且没有任何专用于该目的的设备的情况下完成。

与其他技术不同，这种识别方法不需要与认证标记所关联的预定识别代码相关联。本发明的标识符本身就足够了，这提供了很大的使用灵活性，并且简化了从供应商涂标识符和管理标识服务到终端用户进行使用的整个应用过程。

此外，该方法本身非常适于对象的大规模生产和使用。例如，仅通过作用于标识符自身的大小和/或作用于微珠的直径和数量就能够容易地使该方法适应于各种应用。

本发明的认证方法还可以呈现以下特征：

-从第二图像导出第二数字密钥可以包括以下步骤：

-对第二图像中的、位于微珠中的相应微珠的位置处的各个点的分布应用姿态校正步骤，以重构出如沿着与其上形成有标识符的表面垂直的方向观察所看到的标识符图像；

-对第二图像中的、已经经过姿态校正的、与微珠中的相应微珠对应的各个点的分布应用椭圆回归，以限定椭圆；以及

-应用参考系的改变，包括在基于椭圆的参考系中表示分布的每个点的坐标；

-该方法可以包括以下步骤：通过将分布的点在基于椭圆的参考系中的坐标乘以比例因子来使其归一化，该比例因子等于微珠的实际直径除以在图像中看到的微珠的平均直径得到的比；

-可以对第一数字图像和/或第二数字图像中可见的微珠图像应用圆形回归；

-可以使用具有第一亮度和/或第一色调的微珠以及具有第二亮度和/或第二色调的微珠两者，第二亮度和/或第二色调分别不同于第一亮度和/或第一色调，使得微珠中的至少一些微珠相对于对象的表面呈现出足够的视觉对比，以便从数字图像中自动地识别这些微珠；

-可以将粘合剂喷涂在对象的表面上，使粘合剂内限在直径小于或等于15毫米(mm)的圆中；

-可以将粘合剂喷涂在对象的表面上，使粘合剂内限在离心率大于或等于1.5且长轴小于或等于15mm的椭圆中；

-可以使用包括10至100个微珠的认证标记，每个微珠的直径在20微米(μm)至150μm范围内；

-可以使用具有摄像机和数据处理器单元的智能电话来形成第二图像，并且可以借助于智能电话的所述数据处理器单元和/或借助于远程数据处理器单元从第二数字图像导出第二数字密钥。

附图说明

在阅读以下对通过非限制性示例实现并且由附图示出的实现方式的详细描述时，可以更好地理解本发明，并且其他优点也变得明显，在附图中：

图1A和图1B示出了本发明的标识符的各个平面图；

图1C示出了图1A的标识符的剖视图；

图1D示出了用于通过使用图1A或图1B的标识符来标记要认证的对象的队列；

图2A示出了使用图1A或图1B的认证标记的认证方法；

图2B示出了由图1A或图1B的标识符构成的数字图像；

图3示出了表示图1A或图1B的标识符的图像的数字处理；

图4A至图4D示出了图3的数字处理中的步骤。

具体实施方式

图2A和图2B示出了本发明的认证方法。

第一步骤E10包括例如在生产诸如酒瓶或识别标签的对象的阶段提供要认证的对象。在步骤E20期间，将标识符100涂于对象的表面。应当注意，由于标识符本身会被用于生成数字标识密钥，因此不需要提供与标识符相关联的标识码。在涂标识符之后，在步骤E30期间形成标识符的第一数字图像，然后在步骤E35期间从第一图像导出第一数字密钥。在步骤E38期间，将该密钥存储在存储有多个第一数字密钥的数据库240中。

随后，在步骤E40中，将对象转移给用户。在步骤E50期间，用户通过借助于摄影装置形成标识符的第二数字图像来执行认证方法的一部分。该摄影装置可以是具有相机210和数据处理器单元220的智能电话200。

在步骤E55期间，从第二图像导出第二数字密钥。作为示例，必要的计算操作可以由智能电话200的数据处理器单元220执行。

在步骤E60期间，将第二数字密钥与数据库240的一个或更多个第一数字密钥进行比较以检测匹配。

在执行步骤E50、E55和E60时，用户可以远离数据库，并且智能电话200可以经由诸如因特网的数据交换网络ED将第二数字密钥发送到数据库以用于比较目的。替选地，第二数字图像可以被如此发送到数据库240和/或可以由连接到数据库240的远程数据处理器单元260进行数字处理以导出第二数字密钥。另一替选方案是在用户终端处借助于智能电话的数据处理器单元220执行图像预处理，例如包括通过消除噪声来清理图像、将图像转换为黑白图像、调整对比度或者甚至压缩图像，并且然后将经预处理的图像发送到远程数据处理器单元260以结束生成第二数字密钥的操作并且以便将经预处理的图像与数据库240中的一个或更多个第一数字密钥进行比较。

响应于在数据库中检测到匹配而将对象识别为可信对象，并且可以向智能电话200发送可信性确认消息。

图1A至图1D示出了标识符、其在要认证的对象上的涂敷以及第一数字图像的形成。

标识符100具有被涂于要认证的对象135的表面130的粘合剂层110。层110包括以随机方式分布在表面130上的等直径微珠120。

应当注意，应当参照预期应用和相关联的规格来评估术语“等直径”。重要的是，微珠的直径和球度足够统一，以便可以执行确定数字密钥的方法。可以使用来自制造商Cospheric的微珠，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)或“PMMA”球体，确保其中90％的直径都在45μm至47μm范围内并且球度大于99％。

如图1A所示，粘合剂层110可以形成圆片。优选地，粘合剂层具有细长的形状，例如，椭圆形，如图1B中示出的标识符100’的层110’所示。层110的细长形状通过使得更易于确定特定于由微珠形成的图像的参考系从而更易于确定数字密钥而大大增强了识别方法的鲁棒性。

如图1D所示，通过将可硬化液体粘合剂185(例如包含微珠120的可聚合液体)的一个或更多个液滴140喷涂到要认证的对象135的表面130上来标记要通过标识符100或标识符100’认证的对象135。

按照标记队列138进行标记，其中，多个要认证的对象135沿着队列138以方向D行进并且相继被标记。

由喷涂系统155使用喷射系统160来喷涂可硬化粘合剂185，该喷射系统160具有喷嘴170并且连接至罐180，罐180包含其中混合有微珠126的可硬化粘合剂185。

液滴140在要认证的对象135的表面130上扩散并形成液态薄膜112，其中微珠120以随机图案分布。

当可硬化粘合剂是可聚合液体时，通过借助于聚合器180使液态薄膜112硬化来完成标记，从而形成粘合剂层110并且将微珠120的分布永久地设置为唯一且不可预测的分布。

通过使用不对称的喷嘴或通过在喷涂期间相对于要认证的对象移动喷嘴，可以赋予层110细长形状。

一个特定但非限制性示例是使用光敏聚合物作为可硬化粘合剂185。聚合器180则是光源，优选为紫外光。

可硬化粘合剂185也可以是颜料或清漆，聚合器180可以是热源或红外辐射源。优选的是粘合剂具有短的硬化时间，以避免减慢生产线或使方法复杂化。

如图1D所示，标记队列158包括用于在离开队列时形成物理签名(100)的第一图像的摄影装置190。

如图1B(110B)所示，形成细长的粘合剂层可以有助于以下文详述的方式促进特定于标识符的参考系的创建。

微珠可以是透明或不透明、有色或无色的微珠，关键点是要相对于微珠被沉积到的对象表面保持良好的视觉对比。术语“良好的视觉对比”用于表示目前可用的自动数字图像处理器装置能够将微珠识别为标识符的数字图像中的圆片或圆。

为了克服视觉对比的问题，还可以利用彼此不同的亮度和/或色调。例如，对于呈现黑白图案的表面，组合使用白色微珠和黑色微珠两者使得可以保证微珠中的至少一些微珠保持清晰可见。换言之，微珠中的至少一些微珠相对于它们分散于其上的对象表面呈现良好的视觉对比。

微珠可以呈现出一定直径，使得目前可用的摄像装置能够以足够的分辨率对微珠成像，换言之，以圆片或圆的形式对微珠成像。在本发明中，适当的微珠直径可以在20μm至150μm的范围内。

粘合剂层可以被设计成内限在直径为15mm的圆中，优选地内限在直径为10mm的圆片中，并且更优选地内限在直径为7mm的圆片中。替选地，粘合剂层可以内限在离心率大于或等于1.5、并且长轴小于或等于15mm、优选为10mm、并且更优选为7mm的椭圆中。粘合剂层也可以是透明的。这些特性单独或组合起来具有下述优点：产生了不显眼(discreet)而且不会显著降低要认证的对象的外观的标记。

可以根据包括微珠120的层110的大小来优化微珠120的数量和大小，目的是：(1)实现足以使实际上标识符的每种微珠分布唯一的可能的构造数量，以及(2)保持获得簇(彼此接触的微珠束)的概率低于预期应用的给定限制下可接受的限度。对于在长度大于3mm且内限在直径为15mm的圆中的直线段上延伸的粘合剂层110，对于认证标记而言以下情况被认为是可接受的：微珠数量在10个至100个范围内，优选为20个至100个，微珠的直径在20μm至150μm范围内，并且优选地在30μm至70μm范围内。在层110中发现一个或更多个簇的概率优选地被保持为低于10％，并且更优选地低于5％。可以通过操控可聚合液体185中存在的微珠120的密度来调节标识符中微珠的平均数量。

图3和图4A至图4D中示出了适合于对第一图像和/或第二图像应用的数字处理300。该数字处理300通过生成数字密钥而终止，其目的在于从同一标识符的不同图像获得相同的数字密钥。

在步骤E310中形成标识符100的数字图像之后，在步骤E320期间在图像中识别圆形图案410(圆或圆片)。这些圆形图案与标识符100的微珠120对应，而且无论拍摄图片的距离或角度如何，这些微珠都可以被看成圆形，从而使其易于识别。

替选地，并且优先在数字图像中检测圆形图案，假设图像中可见的对比斑点就对应于圆或圆片，从而大大简化了识别步骤E328。在可接受的微珠簇的量小的情况下这种假设愈发现实。这种方法的优点在于消除了在图像中搜索圆形形状的任何需要，从而极大地限制了计算负担。因此，每个可见的对比斑点，像每个圆形图案一样，可以对应于微珠中的一个微珠。

为了不受像素化效果的影响，在步骤E330期间，可以对在步骤E320期间识别出的每个圆形图案应用圆形回归。然后，可以用计算出的圆形图案420替换最初识别的圆形图案210或对比斑点。应用这种圆形回归便于随后的计算并且大大提高了计算的准确度，特别是在姿态校正步骤E350期间。

在步骤E340期间确定圆形图案或对比斑点或者计算出的圆形图案的直径和/或中心的位置，并且可以将其表示在特定于数字图像的参考系中。中心的位置对应于形成点分布430的点。基于这种点分布430生成数字密钥，每个点在标识符的数字图像中位于微珠中的一个微珠的图像的中心处。应当注意，可以应用除上述方法以外的方法，只要所确定的分布具有以与微珠图像相同的方式分布并且优选地在微珠中心处的点即可。

数字处理可以包括姿态校正步骤E350，该步骤用于校正摄影装置的取向可能对数字图像造成的影响。通过知晓微珠的真实直径，可以进行这种校正，其用于重构出如沿着与形成有标识符的表面垂直的方向观察所看到的标识符图像。该步骤对于校正在沿着相对于与形成有标识符的表面垂直的方向偏离量过大以至于无法形成不变数字密钥的方向观看时获取的标识符的数字图像而言是有用的。

校正可以包括确定两个角度θ和其分别对应于用于形成数字图像的摄像装置的摄影传感器相对于该装置的第一轴线和第二轴线(第二轴垂直于第一轴)的第一姿态差和第二姿态差。可以如下所述确定第一角度(写作θ)。传感器的第一轴线和第二轴线可以对应于由摄像装置获取的数字图像的两个垂直边缘。

将摄影传感器与认证标记之间的距离写作D，并且将摄像装置的焦距写作f。图像中的微珠的直径是放大率乘以真实微珠直径/>的乘积，即：

在摄影装置的图像平面中，微珠k的直径可以被写作下式：

其中，l_k是从微珠k到第一轴的距离。

对于小角度θ，该关系可以被简化为下式：

这种关系使得能够通过对具有坐标对的点云应用的线性回归来确定θ。此后，使用公知方法将分布的点围绕对应轴线旋转角度θ。基于同样的原理，确定并使分布的点旋转角度/>在这两个旋转之后，图像中所有微珠应当具有相同的表观直径。

步骤E360、E370和E380的目的是生成特定于分布430的参考系。为此，在步骤E360中，无论分布的点是否已经过姿态校正，都对其应用椭圆回归，从而限定出作为该分布的点集的最佳拟合的椭圆440。

应当注意，尽管在如图4A所示的总体为细长的粘合剂层110’中设定的点分布对于生成参考系是有利的，但是仍然可以使用如图1A所示的总体为圆形的层110。

步骤E370包括在初始数字图像的参考系中确定椭圆的中心、长轴、短轴和长轴的角度。椭圆的中心、长轴和短轴可以分别用于限定特定于点分布的新参考系的中心、横轴和纵轴。

在用于改变参考系的步骤E380期间，在基于椭圆440的参考系中表示分布的每个点的坐标。在这样的参考系改变之后，分布的点的坐标被表示在纯粹链接到分布本身、而不是像在该步骤之前应用的那样链接到数字图像的参考系中。

步骤E390包括通过乘以比例因子来对分布的点的含量进行归一化，该比例因子等于微珠的实际直径除以在图像中计算的圆形的平均直径(即，除以在图像中看到的微珠的平均直径)得到的比。

该步骤使得在获取图像时，生成数字密钥与用于形成图像的光学装置的视角无关并且/或者与光学装置的中心与认证标记之间的距离无关，因此有助于生成不变的数字密钥。

使用如上所述的认证标记100的图像，并且在步骤E322至步骤E390的数字处理之后，可以在生成数字密钥的步骤E395期间生成与摄像条件无关的数字密钥。

应当注意，不需要在每种情况下都应用所有上述数字处理步骤。例如，姿态校正步骤E350特别适用于用户在控制不佳的条件下(特别是涉及摄影角度时)形成认证标记的手持图像的情况。在这样的情形下，很可能需要进行姿态校正。相比之下，在工厂条件下，摄像装置的取向可以得到控制，因而使得姿态校正步骤多余。

Claims (9)

1.一种认证方法，其用于通过使用涂于每个对象(135)上的标识符(100，100’)来认证所述对象，所述方法包括以下步骤：

-在要认证的对象上涂(E20)标识符；

-形成(E30)涂于所述对象上的所述标识符(100，100’)的第一数字图像；

-从所述第一数字图像导出(E35)第一数字密钥；

-将所述第一数字密钥存储(E38)在包含多个第一数字密钥的数据库(240)中；

-随后，形成(E50)涂于所述对象上的所述标识符(100，100’)的第二数字图像；

-从所述第二数字图像导出(E55)第二数字密钥；以及

-将所述第二数字密钥与存储在所述数据库中的所述第一数字密钥进行比较(E60)以检测匹配，并且响应于检测到匹配而将所述对象识别为可信；

其中，对于涂于对象(135)上的所述标识符(100，100’)，使用以随机方式分布在所述对象(135)的表面上的等直径微珠(120)，所述微珠(120)嵌入被喷涂到所述对象(135)的表面上的粘合剂层(110，110’)中；并且

其特征在于，从所述第一数字图像导出所述第一数字密钥包括以下步骤：

-对所述第一数字图像中的、位于所述微珠中的相应微珠的位置处的各个点的分布(430)应用(E360)椭圆回归以限定椭圆(440)；以及

-应用(E380)参考系的改变，包括在基于所述椭圆(440)的参考系中表示所述分布的每个点的坐标。

2.根据权利要求1所述的认证方法，其特征在于，从所述第二数字图像导出所述第二数字密钥包括以下步骤：

-对所述第二数字图像中的、位于所述微珠中的相应微珠的位置处的各个点的分布(430)应用姿态校正步骤(E350)，以重构出如沿着与形成有所述标识符的表面垂直的方向观察所看到的标识符图像；

-对所述第二数字图像中的、已经经过所述姿态校正的、与所述微珠中的相应微珠对应的各个点的分布(430)应用(E360)椭圆回归，以限定椭圆(440)；以及

-应用(E380)参考系的改变，包括在基于所述椭圆(440)的参考系中表示所述分布的每个点的坐标。

3.根据权利要求1或2所述的认证方法，其特征在于，所述认证方法包括以下步骤：通过将所述分布的点在基于所述椭圆的所述参考系中的坐标乘以比例因子来使其归一化，所述比例因子等于所述微珠的真实直径除以在所述图像中看到的所述微珠的平均直径而得到的比。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，对在所述第一数字图像和/或所述第二数字图像中可见的微珠(120)的图像应用圆形回归。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，使用具有第一亮度和/或第一色调的微珠(120)以及具有第二亮度和/或第二色调的微珠两者，所述第二亮度和/或第二色调分别不同于所述第一亮度和/或所述第一色调，使得所述微珠(120)中的至少一些微珠相对于所述对象(135)的表面呈现出足够的视觉对比，以便从所述数字图像中自动识别所述微珠。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，将粘合剂(185)喷涂在所述对象(135)的表面上，使所述粘合剂内限在直径小于或等于15mm的圆中。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，将所述粘合剂(185)喷涂在所述对象(135)的表面上，使所述粘合剂内限在离心率大于或等于1.5且长轴小于或等于15mm的椭圆中。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，使用包括数量在10个至100个范围内的多个微珠(120)的标识符(100，100’)，每个微珠的直径在20μm至150μm范围内。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的认证方法，其特征在于，使用具有相机(210)和数据处理器单元(220)的智能电话(200)来形成所述第二数字图像，并且借助于所述智能电话(200)的所述数据处理器单元(220)和/或借助于远程数据处理器单元(260)来从所述第二数字图像导出所述第二数字密钥。