CN1668478A - 检验防伪元件真伪的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，利用该方法由利用右旋和左旋圆偏振过滤器得到的防伪元件的两个图像生成差分图像，并且该方法用于检验防伪元件的真伪，以及涉及一种用于执行该方法的装置。

Description

检验防伪元件真伪的方法及装置

技术领域

本发明涉及用于检验基于液晶材料的防伪元件真伪的方法，以及执行该方法的装置。

背景技术

为了保护物品，例如有价文件和纸张，以及消费品领域的备件、药物、纺织品或者其他注册商标产品免受仿制和伪造以及篡改，并且为了可以检验这些物品的真伪，为它们配置了特定防伪元件。公知的防伪元件是，例如水印或结合在纸张中的防伪线、发光或磁性颗粒，例如将防伪元件加入印刷油墨或者浮凸全息图中，防伪元件作为箔元件被施加在将受保护的物品表面或者物品的包装上。为了制造公知的防伪元件，用到了物质和颜料，这是由于它们特定的光学特性不能被仿制或者仅能通过艰巨努力才能被仿制，并且并非对于每个人都能轻易实现。这是对于例如薄膜颜料的情况，当从不同角度观察或照射时其显示不同颜色。出于此原因，诸如包含此类颜料的印记的标记也可被称为“光学可变(optically variable)”。

光学可变材料的组也包括液晶材料，其光学特性，例如吸收和反射，在排列状态下取决于方向。由于它们极佳的处理特性，特别是交联液晶聚合物可以用于防伪元件，例如可表现为薄的箔状层或颜料形式。这些液晶聚合物可作为小片(small plate)或者颜料添加于印刷油墨和漆料或塑料和其他聚合粘结剂，并且利用传统技术来处理，例如印刷、涂漆或者贴箔技术的方法。在EP 0601483A1中说明了包含液晶材料的颜料的生产和处理。

当观察具有手性状态(chiral phase)的液晶材料时，不仅被感知的颜色取决于观察角度的变化，而且从该材料反射的光线被圆偏振(circularlypolarized)。根据材料的分子结构，该偏振可以是左旋或者右旋。包含各液晶材料的防伪元件，由于它们的光学可变特性，具有以下优点，例如即使通过高质量复制机器、扫描仪或者照相装置也不能复制或者仿制它们的取决于方向的光学特性。

例如，由EP 0435029A1可知，例如有价纸张和文件这类的数据载体配备有包含液晶材料的防伪元件。为了检验它们的真伪，使用了颜色过滤器、四分之一波片、分光器和线性偏振片以及一对检测器。通过比较表现在两检测器中的信号强度，就可得出有关防伪特征真伪的结论。

WO 94/02329也说明了利用液晶材料进行有价文件和纸张的保护。这些材料被施加于半透明区域，特别是在水印上。利用例如检测器的协助进行真伪检验，其检测由该防伪元件传输和反射的部分光线。为了由机器自动评估，特别提出了条形码，在相邻条中的液晶材料的偏手性(handedness)不同。

但是存在有对于新的和改进的检验方法的不断需求，特别是以下方法，即，特别可靠并可自动进行并且可由未受训练的人员快速并简易执行的方法。进一步的方面是提供一种方法，其特别适于检验具有可置换沉积(refundable deposit)的容器上的沉积标志(deposit token)。本发明的问题在于提供这样一种方法以及用于执行该方法的相应装置。该问题可通过具有独立权利要求的特征的方法或装置来解决。

发明内容

可用于此目的的防伪元件基于液晶材料并具有至少一个带有右旋圆偏振材料的第一标记和至少一个带有左旋圆偏振材料的第二标记。或者，也可以仅有一个标记，其既包含右旋又包含左旋圆偏振材料。根据本发明，为了检验这种防伪元件的真伪，从该防伪元件记录两个图像，其中入射到防伪元件上的光线或者由它们反射的光线均被引导通过圆偏振器，其主要仅允许预定偏振方向的光线通过。如果为了所述一个图像，使用仅允许左旋圆偏振光线通过的过滤器，另一图像由右旋圆偏振光偏振器过滤的光线记录。在防伪元件的两个图像的基础上，确定差分图像(differential image)并且由该差分图像得出关于防伪元件真伪的声明或者结果。当确定所述差异时，带有右旋圆偏振材料的标记和带有左旋圆偏振材料的标记之间的对比以及标记的不具有偏振材料的周围的对比增加了，从而简化了图像中标记的定位。通过强化对比，标记的视觉感知更好了，并且所述标记可由机器简单地编辑，即图像处理。此外，当检验防伪元件真伪时，存在拾取由不同偏振材料导致的差分图像中不同强度或者亮度等级的可能性，并且存在将它们考虑为进一步信息的可能性。

该方法能够进行识别从而保护以防止不同的伪造企图。如果将打印油墨用作所述标记，其仅在颜色方面与所述标记相似，然而却不会改变其偏振，所述标记将不会显示于差分图像中。

根据进一步变化，该防伪元件仅包括一个标记，其仅包含一种圆偏振材料，优选为左旋圆偏振材料。根据所述方法，所述检验也是有效的。记录两个图像，其一利用右旋圆偏振过滤器记录，另一利用左旋圆偏振过滤器记录。通过由其确定的差分图像，可得到有关防伪元件真伪的声明或者结论。对于仅有一个偏振方向的标记，可得到差分图像的较低对比度。

由于由带有液晶材料的防伪元件反射的光线的偏振状态不能为肉眼所感知，所以防伪元件在视觉上显示为是一致的，而不会感知第一和第二标记是不同的，其中液晶材料具有手性状态。带有右旋或左旋圆偏振材料的第一和第二标记可直接地彼此相邻，或者甚至互相交叠或封闭，或者也可互相分离。直到在具有预定偏振方向的圆偏振器的协助下，才由防伪元件进行图像记录或者成像，第一和第二标记的区域在其强度方面明显不同。然而，如果仅采用一个标记，该标记例如以适量液晶颜料的混合物的形式包含右旋圆偏振材料和左旋圆偏振材料，在标记中不同偏振材料的内容或效果彼此不同的情况下，在利用两个不同圆偏振器进行的图像记录时至少接收标记的不同强度和亮度值。标记的这种变化对于工艺设计比在不同区域包含不同偏振材料的标记具有更易于生产(例如由单个印刷操作)的优点。

对于防伪元件的图像记录，既可以利用环境光线工作又可以对将要成像的区域提供照明。例如，当周围状态是不利的或者不可预知的，照明具有优点，当检验装置设计为移动、可运输装置时其尤其可能发生。借助照明装置，图像记录区域以合适的方式被照明，即，特别是以足够的光强。特别是，光传导的柔性纤维束是适合的，其允许完全精确的照明。也优选使用防止环境光线的屏蔽，其防止可能的不稳定环境光线照射到防伪元件，从而当使用附加的照明时保证稳定和可再现的图像记录状态。

圆偏振器可置于照明侧并过滤入射到防伪元件上的光线，或者置于反射侧，由防伪元件反射的光线穿过该圆偏振器。

成像方法尤其可用于成像，使用其可对将要成像的区域进行逐点或者逐行扫描从而确定各强度值。优选地，存储这些强度值以进一步编辑或处理，尤其是，供存储的可以是电子存储介质。逐行扫描对于利用高时钟频率的检验和移动物品的检验是有益的。作为用于成像的图像记录装置，数码摄像机或视频摄像机是特别适合的。

利用右旋或左旋圆偏振器进行的第一和第二图像的记录可同时或者依次进行。如果依次记录两个图像，一个成像装置就足够了，防伪元件的两个图像可由该装置记录。将要在两个图像记录之间执行的从右旋至左旋或者相反的圆偏振器的改变可以手动进行。然而，优选的是由圆偏振器的机器自动改变，因为从而可防止混淆并且可更快地记录两个图像。过滤器的移动和改变可通过线性或者通过环形移动来进行，例如通过所谓的“调制盘”进行。如果两个图像依次被记录，在两个图像记录之间的时间中禁止移动防伪元件。如果发生这样的情况，这样的移动可通过图像处理的方法得以补偿，从而在确定差分图像前使防伪元件的两个图像一致。

如果同时进行两个图像记录，其一起可进行更快的检验，对于各图像记录必须采用独立的图像记录装置，即例如两个摄像机。为了保证两个成像的相同观察状态，优选使用分光器，其在两个图像记录装置中平均分配由防伪元件反射的光线。在该配置中，两偏振器，其一为右旋而另一为左旋，必须置于分光器后。

当由两个图像确定差分图像时，必须注意以下事实，即这些图像区域是通过互相对应的比较加以利用的。这可例如通过仔细使将要检验的物品和图像记录装置对齐并定位或者通过用图像处理的公用算法编辑优选电子存储图像数据来进行。以此方式也可保证使用相同图像区域进行差异确定。也便于校正或者关联各图像，从而例如补偿或者至少减少系统产生误差或偏差，例如信号偏移、散射效应或者炫目效应(dazzling effect)。通过从第二图像的对应局部区域的相应强度值中减去第一图像的局部区域的强度值来确定差分图像。由差分图像的电子评价可得到有关防伪元件真伪的声明。为此目的，使用了数字图像处理和/或模式识别的优选方法。关于防伪元件真伪的声明可连接于声和/或光信号或者连接于适当数据的传输，例如检验报告。优选地，检验结果的传输通过编码数据和/或与电子签名一起和/或通过所谓的“信息证实”来进行，其中发送器和接收器之间的通信是根据预定协议进行的。从而可保证检验结果不被自由访问并且可保护它们免受未经授权的操纵。可将检验结果传输至通信模块，其中该通信模块形成部分检验装置，或者其可被传输至外部。如果被检验的防伪元件是，例如沉积标志，则检验结果可被传输至外部现金系统或者票据交换所。另外或者附加地，差分图像可显示于显示装置，如果需要，各图像也可显示于显示装置，显示装置为例如监视器或者显示器。从而，如果必须，关于所检验防伪元件真伪的结果可由受过训练的检查员做出。

用于促进图像评估的进一步的可能性包括将从第一和第二图像获得的信号或者亮度值以及从其中确定的差分值提供给RGB监视器的信道。普通图像的红、绿或者兰色部分由各图像的强度分布控制。两个标记和它们的周围在RGB表示中显示为明显可区分的颜色，并且可通过图像处理方法即使在大区域上也能轻易定位并验证所述标记。不将信号供应给RGB显示器的信道，而是可数字化存储数据，颜色信息也可存储为其他不同于RGB的形式。然后，这些数据可由机器进行进一步处理。

除了右旋和左旋偏振过滤器，也可使用附加颜色过滤器进行防伪元件的真伪检验。通过该方式，优选地，所检测的光谱范围是有限的，从而可防止伪造物，其标记可具有正确的偏振特性，但是不具有正确的反射波长，从而显示另一颜色。此外，通过颜色过滤器，其传输范围被调整至所用液晶材料的颜色，在真伪检验上外部光线或者散射光线的负面影响减少了。此外，在颜色过滤器的协助下，可检测颜色变化，在改变照射和/或观察角度时其发生在具有手性状态的液晶材料中。为此目的，例如从不同角度照射该标记和/或从不同角度计算由它们反射的光线。

在本发明的方法的特定变化中，使用单个圆偏振器，其具有各个右旋和左旋区域，这些区域以棋盘方式(checkerboard fashion)被交替并排放置。如果一过滤器直接安装在摄像机的检测器的前面，由检测器记录的图像的各图像点(象素)或者图像区域可被分配至一偏振方向。然后，可计算确定两个单独图像。如果各过滤器区域足够小，并且在依然足够的分辨率的情况下，可插补在各单独图像中出现的间隙。

附图说明

以下参照附图中所示的实施例对本发明进行说明。

图1以俯视图示出防伪元件；

图2示出用于执行本发明方法的第一结构；

图3示出用于执行本发明方法的另一结构；

图4示出具有分光器和两个摄像机的用于执行本发明方法的结构；

图5示出由圆偏振器形成的图像的示意图以及其中确定的差分图像。

具体实施方式

图1示出防伪元件1，其形成为标签或标志，并且具有作为印记的带液晶材料的两个标记2、3。但是，也可以直接将具有液晶材料的该印记直接施加于将被防伪的物品表面或者该物品包装上。第一标记2具有三角形状，其由第二标记3完全封闭，第二标记3具有圆形外部轮廓。两标记也可具有任何所需的和技术上可行的其他几何形状。如果两标记之一以左旋圆偏振方式偏振所反射的光线，则以右旋圆偏振方式偏振由另一标记反射的光线。被反射的光线偏振中的不同不能由肉眼观察到，即对于肉眼，两标记形成一致的表面，该表面显示出取决于观察角度的颜色变化，其对于具有手性状态的液晶颜料是公知的。

图2中，防伪元件1被直接施加到基板4的表面上。这可通过例如图中未示出的粘结剂层或者通过接合剂(其包含于形成标记的层中)来实现。标记2、3在此构成两个并排设置并且互相邻接的区域。基板4可包括例如纸张、纸板、塑料或者金属，并且构成例如可处理的容器，在该容器上防伪元件1形成将要被检验的沉积标志。采用特别是可聚焦光源作为照明装置5，例如具有反射镜的点光源。利用该光源照明两个标记2、3的区域并且允许由该区域反射的光线通过圆偏振器6。例如摄像机7可用作防伪元件图像的图像记录装置。简单的黑白摄像机是廉价的并且可达到小的整体尺寸。可使用同一摄像机7进行防伪元件1的两个图像记录，但是利用不同圆偏振器6进行右旋偏振和左旋偏振。两个图像可中间地存储在摄像机7中或者未示出的单独存储介质中，并且为了确定差分图像，差分图像可被传输至用于进行电子数据处理的系统。

用于记录图像的另一结构示于图3中。在此，圆偏振器6置于照明装置5和防伪元件1之间。标记2、3通过中间层8置于基板上，中间层包括例如塑料膜或纸并且呈粘性标签的形式。在该实施例中，两个标记被设计为互相间隔的分离区域。与标记的特定几何形状和结构以及检验装置的元件无关，被照明和被记录的区域通常选择为可捕捉到两个标记。

用于执行本发明方法的另一优选结构示于图4中。在此，防伪元件1被印制在将要检验的文件10上，并且标记包括互相部分交叠的两个圆形印记。通过不包含任何液晶材料的印刷元件11，标记被图形地结合于其周围环境。由标记反射的光线被分光器9分成两均等分支。各分支具有其各自摄像机7和圆偏振器6，并且在一个分支中在左旋圆偏振光的协助下记录图像，而在另一分支中利用右旋圆偏振光记录图像。由摄像机7记录的图像或者信号被供应给评估单元8，例如商业个人计算机。该评估单元8具有监视器，该显示器可用于显示两个独立图像和由其确定的差分图像或者用于显示由评估单元确定的检验结果。该结构具有特别的优点，即对于利用左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的图像记录必须给定相同照明和图像记录状态并且两个图像记录可同时进行。由于两个独立的测量分支，所以无需改变过滤器。从而这种配置特别适于要求高产量或者高时钟频率的检测。

在图5中，通过图1中防伪元件的示例的方式，两个图像的对比状态和由其确定的差分图像得到说明。防伪元件的两个图像之一通过例如左旋圆偏振光的偏振器得以记录，并且被标记为a)。对应于三角形状内部区域的第一标记2将被明亮地显示，如果该标记包含具有手性状态的液晶材料，其以左旋圆偏振方式偏振被反射的光线。如果第二标记的材料以右旋圆偏振方式偏振被反射的光线，则具有圆形轮廓形状的周围区域对应于第二标记3并且将被阴暗地显示于图像a)中。包围两标记的防伪元件1的区域没有液晶材料，其改变被反射的光线的偏振状态。仅有驻留光线(residual light)和散射光线由该区域接收并且各表面仅由低强度显示，即例如显示为暗灰度。

在标记为b)的第二图像中，其例如由右旋圆偏振过滤器记录，两标记2、3的对比状态刚好相反。第一标记2的包含左旋圆偏振材料的内部三角区域在该图像中显示为暗的，而包含右旋圆偏振材料的第二标记3的外部圆形区域被明亮地显示。由于驻留光线和散射光线，两标记的周围又仅以低强度显示。

当确定该差异时，周围的强度通常被消除，而两标记之一以高对比度的方式突显出来并且易于定位和识别。当在上述示例中从两个图像之间的差异(a-b)确定差分图像时，首先，内部标记以三角形式被清晰地显示。然而，在差分图像(b-a)中，圆形外部、第二标记被加强了。当差分图像表示为二进制编码时，所述效应得以提高，其中处于预定阈值上的所有图像区域以最大强度表示，并且如果它们处于阈值下则以最小强度表示。在图像由例如黑白摄像机记录的情况下，所述摄像机为各图像点分配灰度值，通过设定例如为110的阈值，各图像点被标准化为0到255的范围，就可产生特定高对比度的黑白图像。其中的标记可被快速且可靠地检验，并且可由检验员视觉地和在图像处理算法和/或模式识别算法的协助下自动地评估。

另一种确定差异尤其适于具有图像处理的自动检验。在此，在第一步骤中，评估图像a)中标记2、3的形状。然后从图像数据形成所谓的“柱状图”，即确定灰度阴影的分布。对图像b)进行相似地处理。随后，进一步处理柱状图的值，从而形成差分值。这具有以下优点，即并非必须处理整个图像的数据，而仅是相当少的数据量。

Claims (32)

1.用于检验基于液晶材料的防伪元件真伪的方法，该防伪元件具有至少一个具有圆偏振材料的标记，该方法包括以下步骤：

-利用用于第一偏振方向的第一圆偏振器过滤入射到防伪元件上的光线或者由防伪元件反射的光线并且记录防伪元件的第一图像；

-利用用于第二偏振方向的第二圆偏振器过滤入射到防伪元件上的光线或者由防伪元件反射的光线并且记录防伪元件的第二图像；

-由第一和第二图像确定差分图像；

-在差分图像的基础上得出有关防伪元件真伪的声明。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别使用右旋偏振器和左旋偏振器作为第一和第二圆偏振器。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在图像记录过程中照明防伪元件。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在第一或第二图像的记录过程中，第一或第二圆偏振器位于防伪元件和用于记录图像的装置之间。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在第一或第二图像的记录过程中，第一或第二圆偏振器位于一照明装置和所述防伪元件之间。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在第一图像的记录和第二图像的记录之间执行圆偏振器的自动改变。

7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，为了记录各所述第一和第二图像，使用独立的图像记录装置。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第一和第二图像被同时记录。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，第一和第二图像的记录是通过公共分光器执行的，所述分光器置于两个图像记录装置和防伪元件之间。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，使用摄像机或者数码摄像机作为图像记录装置。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，有关防伪元件真伪的声明的得出是由对差分图像进行电子评估执行的。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，为了对差分图像进行电子评估，使用数字图像处理的方法。

13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，差分图像图示于显示装置中。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，差分图像的显示是在监视器或者显示器上进行的。

15.如权利要求3所述的方法，其特征在于，防伪元件的照明是通过一束光导纤维进行的。

16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述两个图像中至少之一或者它们的数据中的差异之前进行校正。

17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，其特征在于，真伪检验的结果被编码传输或者被配备有电子签名的传递。

18.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，真伪检验是在防伪元件上进行的，所述防伪元件是容器的沉积标志。

19.用于检验基于液晶材料的防伪元件真伪的装置，防伪元件具有至少一个带有圆偏振材料的标记，该装置包括以下部件：

至少一个左旋和一个右旋圆偏振器；

至少一个用于记录防伪元件的一个或多个图像的图像记录装置；

用于确定差分图像的装置。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，存在有用于自动评估差分图像的装置。

21.如权利要求19或20所述的装置，其特征在于，其具有存储一个或多个图像的局部区域的强度值的装置。

22.如权利要求19-21中任一项所述的装置，其特征在于，其具有照明装置。

23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，提供有一束光导纤维作为照明装置。

24.如权利要求19-23中任一项所述的装置，其特征在于，圆偏振器设置于防伪元件和图像记录装置之间。

25.如权利要求22或23所述的装置，其特征在于，圆偏振器设置于照明装置和防伪元件之间。

26.如权利要求19-25中任一项所述的装置，其特征在于，存在有用于自动改变圆偏振器的装置。

27.如权利要求19-25中任一项所述的装置，其特征在于，其具有两个图像记录装置。

28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，分光器设置于防伪元件和图像记录装置之间。

29.如权利要求19-28中任一项所述的装置，其特征在于，其具有用于显示差分图像的显示装置。

30.如权利要求19-29中任一项所述的装置，其特征在于，提供有至少一个数码或视频摄像机作为图像记录装置。

31.如权利要求19-24中任一项所述的装置，其特征在于，所述左旋圆偏振器和所述右旋圆偏振器按以下方式结合为一个圆偏振器，左旋圆区域和右旋圆区域按棋盘方式交替，并且该所结合的圆偏振器直接置于成像装置的图像检测器前。

32.如权利要求19-31中任一项所述的装置，其特征在于，在至少一个图像记录装置前面的光束路径中设置至少一个颜色过滤器。

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