DE102006019248A1

DE102006019248A1 - Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen

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Publication number: DE102006019248A1
Application number: DE102006019248A
Authority: DE
Inventors: Werner Niemeyer-Stein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung 32 zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen 11', wobei auf jeden Gegenstand 11' eine einzigartige, diesen Gegenstand 11' individualisierende Identifizierungskennzeichnung 32 aufgebracht wird. Zur Bereitstellung einer kostengünstigen Identifizierungskennzeichnung wird die Identifizierungskennzeichnung 32 als ein Punktmuster 46 mit einer Vielzahl von gleichförmigen, verschieden großen Punkten 42, 44 mit stochastischer Verteilung ihrer Größe ausgebildet, wobei diese Punkte stochastisch über eine Fläche verteilt sind und wobei das Punktmuster 46 in einem mittels eines vorbestimmten Auffindmusters 34 gekennzeichneten oder zu kennzeichnenden Bereich des Gegenstandes 11' aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner eine derartige Identifizierungskennzeichnung sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Identifizierungskennzeichnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer derartigen Identifizierungskennzeichnung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen, wie Produktverpackungen, wobei auf jeden Gegenstand eine einzigartige, diesen Gegenstand individualisierende Identifizierungskennzeichnung aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner unmittelbar eine derartige Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung und Individualisierung von Gegenständen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Identifizierungskennzeichnung, mittels der auf jeden Gegenstand eine derartige Identifizierungskennzeichnung aufbringbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer derartigen Identifizierungskennzeichnung.
Herkömmlicherweise werden Gegenstände mittels fortlaufender Seriennummern gekennzeichnet. Derartige Identifizierungskennzeichnungen zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen werden bspw. bei Kraftfahrzeugfahrgestellen in Klarschrift und in deterministischen Punktkennzeichen verwendet. Jedes Fahrgestell erhält seine eigene einzigartige, d.h. nur einmal vergebene, Kennzeichnung, um dieses Fahrgestell zu identifizieren und zu individualisieren, d.h. von anderen Fahrgestellen unverwechselbar unterscheidbar zu machen.
Es gibt jedoch Anwendungsbereiche, bei denen eine derartige Vergabe von zuvor bestimmten Seriennummern bereits bei der Herstellung der Gegenstände zu einem unverhältnismäßig hohen Aufwand und somit zu nicht gerechtfertigten Kosten führt. Beispiele hierfür sind Verpackungen der Lebensmittelindustrie. Bspw. sind Folienschalen zu nennen, welche in sehr großen Stückzahlen produziert und anschließend mit Lebensmitteln befüllt und ggf. weiter verpackt werden. Es würde einen unverhältnismäßig hohen Aufwand darstellen, jede derartige Folienschale bereits bei der Herstellung dieser Folienschale mit einer eigenen fortlaufenden Nummer zu versehen und diese Nummern zu verwalten. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass eine spezielle Nummer nicht mehrfach vergeben wird, da ansonsten eine derartige Individualisierung nicht mehr sichergestellt wäre.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine weniger aufwändige Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen bereitzustellen.
Die Erfindung löst dieses Problem mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen, wie Produktverpackungen, wobei auf jeden Gegenstand wenigsten eine einzigartige, diesen Gegenstand individualisierende Identifizierungskennzeichnung aufgebracht wird, wobei die Identifizierungskennzeichnung ein Punktmuster mit einer Vielzahl von gleichförmigen, verschieden großen Punkten mit stochastischer Verteilung ihrer Größe aufweist, wobei die Punkte stochastisch über eine Fläche verteilt sind und wobei das Punktmuster in einem mittels eines vorbestimmten, insbesondere variablen deterministischen Auffindmusters gekennzeichneten oder zu kennzeichnenden Bereich des Gegenstandes aufgebracht wird.
Die Erfindung löst dieses Problem ferner mittels einer Identifizierungskennzeichnung gemäß Anspruch 15 sowie einer Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Identifizierungskennzeichnung gemäß Anspruch 17, einem Verfahren zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer derartigen Identifizierungskennzeichnung nach Anspruch 21 sowie einer Vorrichtung zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer derartigen Identifizierungskennzeichnung gemäß Anspruch 32.
Die erfindungsgemäße Identifizierungskennzeichnung ist für jeden Gegenstand unterschiedlich, da ein Punktmuster verwendet wird, das zufällig erzeugt wird und somit eine Vielzahl von gleichförmigen, dabei stochastisch verschieden großen, d.h. mit stochastischer Größenverteilung, und stochastisch, insbesondere sporadisch (über einen Bereich des Gegenstandes) verteilten Punkten aufweist, d.h. Punkten, die sich untereinander nicht berühren. Ein Punktmuster ist dabei vorzugsweise die Summe aller Punkte des Identifizierungskennzeichens. Dieses Punktmuster ist sehr einfach herzustellen, indem bspw. überwiegend nicht einander überdeckende Farbspritzer oder -sprenkel unterschiedlicher Größe auf den Gegenstand aufgebracht werden. Unter dem Begriff "Punkt" ist folglich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein (kleiner) Fleck oder Tupfen, also ein zwei- oder dreidimensionales Gebilde mit einer (kleinen) flächigen oder räumlichen Ausdehnung zu verstehen. Hingegen ist mit diesem Begriff nicht bloß ein gedachtes geometrisches Gebilde ohne Ausdehnung gemeint. Aufgrund der Anzahl und der stochastischen Verteilung von Größe und Lage der Punkte entstehen immer wieder unterschiedliche Punktmuster, ohne dass dies durch spezielle Verfahren deterministisch vorherbestimmt werden muss oder kann. Eine Verwaltung von Seriennummern kann daher zunächst entfallen. Insbesondere ist somit sichergestellt, dass bspw. an verschiedenen Produktionsstätten nicht dieselben Nummernkreise verwendet werden können. Vielmehr wird aufgrund der zufälligen Verteilung der Punkte des Punktmusters jeder Gegenstand mit einer individuellen Identifizierungskennzeichnung zunächst ohne individuelle Registrierung versehen.
Das Punktmuster wird zu diesem Zweck im Bereich eines vorbestimmten Auffindmusters – auch Finding Pattern genannt – angeordnet, damit die Lage und Größe des Punktmusters auf dem Gegenstand definiert ist. Dieses Auffindmuster dient zum Auffinden des Punktmusters und zum Bestimmen seiner Ausrichtung. Es ist daher für eine beliebig große Anzahl von Gegenständen gleichen Gegenstandtyps in Form und Farbe einheitlich. Für alle Gegenstände wird dasselbe Auffindmuster verwendet. Das Auffindmuster kann vor, während oder nach dem Aufbringen des Punktmusters aufgebracht werden. Es ist dabei unbeachtlich, ob sich die Identifizierungskennzeichnung durch das nachträgliche Aufbringen des Auffindmusters verändert.
Die Identifizierungskennzeichnung ist eine optisch erkennbare Kennzeichnung. Sie kann auch eine im sichtbaren Bereich des Lichts oder eine mit hochfrequen ten elektromagnetischen Wellen, bspw. mit für Radarwellen typischen Wellenlängen, erkennbare Kennzeichnung sein.
Vorzugsweise sind die Punkte der Identifizierungskennzeichnung kreisartig bzw. kreisähnlich umrandet. Die Punkte besitzen somit keine spezielle Ausrichtung; sie haben keine vektoriellen Eigenschaften, da Kreise bzw. Punkte keine Richtung aufweisen. Dies vereinfacht die Erfassung und Verarbeitung derartiger Punkte.
Vorteilhafterweise weisen die Punkte innerhalb eines Punktmusters der Identifizierungskennzeichnung signifikant unterschiedliche Größen auf. Bspw. können die größten Punkte innerhalb eines Punktmusters rund 1000-mal so groß sein wie die kleinsten Punkte. Es ergibt sich somit eine hohe Variationsbandbreite zum Erzeugen unterschiedlicher Punkte. Überdies ist die Anzahl und die Lage der Punkte innerhalb des Punktmusters beliebig, so dass auch hierdurch die Variationsvielfalt praktisch nahezu unbegrenzt ist.
Eine auf diese Weise hergestelltes Identifizierungskennzeichnung ist überdies technisch nicht reproduzierbar, da es zufällig erzeugt wird, ohne die Größenverteilung willkürlich zu beschränken. Somit ist ein derartiges Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung eigentümlich und sehr fälschungssicher.
Bevorzugterweise wird das Auffindmuster und ggf. eine weitere darin enthaltene Typkennzeichnung zur Kennzeichnung des Gegenstandtyps durch Prägen auf den Gegenstand aufgebracht. Ebenso können auch Farben aufgedruckt werden, die sich von der Farbe der Identifizierungskennzeichnung signifikant unterscheiden und die sich nicht vollständig gegenseitig verdecken.
Vorteilhafterweise kann ferner eine weitere wasserzeichenartige Kennzeichnung im Bereich der Identifizierungskennzeichnung aufgebracht werden. Eine derartige wasserzeichenähnliche Kennzeichnung ist deterministisch definiert. Vorteilhafterweise ist sie ebenso als Punktmuster ausgeprägt, wie die stochastische Identifizierungskennzeichnung, insbesondere in Form von Farbpunkten. Auf diese Weise ist eine Überlagerung in Form eines Wasserzeichens bereitzustellen, das für einen unbefugten Dritten als solches aufgrund der Gleichförmigkeit mit den Punkten der stochastischen Identifizierungskennzeichnung nicht zu erken nen ist. Eine derartige wasserzeichenähnliche Kennzeichnung ist, ebenso wie die Identifizierungskennzeichnung, berührungslos auf dem Gegenstand aufbringbar, bspw. durch eine feste Mehrfach-Düsenanordnung mit Piezojets für Einzelpunkte.
Vorteilhafterweise wird das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster durch direktes berührungsloses Auftragen von flüssiger Farbe oder durch direktes berührungsloses Auftragen von pulvrigen Farbpartikeln auf dem Gegenstand erzeugt.
Zusätzlich oder alternativ kann das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster zunächst auf einer Matrize, einem Stempel oder einer Form zum Formen des Gegenstandes erzeugt und anschließend von der Matrize, dem Stempel bzw. der Form auf den Gegenstand übertragen werden. Die Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster können somit im sog. Kontaktverfahren erzeugt werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster mittels eines fotografischen Verfahrens, bspw. mittels fotografischer Belichtung und Entwicklung aufgebracht.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren weist die Identifizierungskennzeichnung Farbpartikel einer fluoreszierenden oder einer lumineszierenden Farbe auf. Die Verwendung einer lumineszierenden Farbe hat den Vorteil, dass das Muster auch nach Abschalten einer Lichtquelle kurzzeitig weiterhin Licht emittiert. Wenn man somit das Punktmuster beleuchtet und nach Ausschalten der entsprechenden Lichtquelle eine Aufnahme des Punktmusters macht, d.h. ein Bild erfasst, erhält man einen hohen Kontrast der Punkte gegenüber dem Hintergrund, wodurch eine genaue Abbildung der Identifizierungskennzeichnung erfasst werden kann. Ferner werden somit Einflüsse durch wechselnde Lichtintensitäten und -färbungen des Umgebungslichts ausgeschaltet. Ebenso kann auch die Abbildung der Identifizierungskennzeichnung durch die Farben des Auffindmusters nicht überlagert oder verdeckt werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Registrieren und/oder Wiedererkennen bzw. Identifizieren einer Identifizierungskennzeichnung wird daher eine gepulste Lichtquelle verwendet, um die Identifizierungskennzeichnung zu beleuchten, wobei das Bild des Punktmusters nach Ausschalten der Lichtquelle erfasst wird.
Vorteilhafterweise wird eine lumineszierende Farbe mit bi- oder multifrequent emittierenden Pigmenten verwendet. Hierdurch kann die Unterscheidbarkeit der Punkte gegenüber dem Hintergrund weiter erhöht werden. Vorzugsweise wird die Abbildung der Identifizierungskennzeichnung durch ein spezielles Farbfilter aufgenommen, so dass Einflüsse anderer Lichtquellen zusätzlich beschränkt werden.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster unter Verwendung einer inerten Farbe bzw. einer biologisch verträglichen bzw. biokompatiblen Träger- und Haft-Flüssigkeit mit inerten Farbpartikeln erzeugt. Die Verwendung derartiger inerter Substanzen mit und ohne biologisch verträglichen Träger- oder Haft-Flüssigkeiten ist besonders vorteilhaft für die Anwendung im Lebensmittelbereich. Da nicht auszuschließen ist, dass die Kennzeichnung mit Lebensmitteln in Berührung kommt, muss bei derartigen Anwendungen sichergestellt sein, dass die Kennzeichnung lebensmittelverträglich ist.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Identifizierungskennzeichnung des einzelnen gekennzeichneten Gegenstandes abgebildet und in einer Datenbank registriert. Hierdurch kann der mit dieser Identifizierungskennzeichnung versehene Gegenstand verfolgt werden, d.h. es ist eine Zuordnung des Gegenstandes zu seinen Herstellungs- und Lagerorten möglich.
Mittelbar ist somit auch eine Zuordnung zu den Herstellungs- und Lagerorten der in den als Verpackung genutzten Gegenstände eingefüllten Waren möglich. Es kann somit bspw. im Falle eines Lebensmittels der Weg des Lebensmittels vom Hersteller bis zum Einzelhändler zurückverfolgt werden, wenn bspw. es infolge eines Qualitätsmangels zu Beanstandungen gekommen ist. Die gesetzliche Anforderung der Rückverfolgung wird mit dieser Identifizierungskennzeichnung technisch unterstützt.
Die Registrierung einer Identifizierungskennzeichnung in der Datenbank erfolgt vorteilhafterweise, indem ein Bild des Punktmusters und des Auffindmusters er fasst wird, und das erfasste Bild anhand des Auffindmusters zunächst ausgewertet, bspw. dabei begrenzt und ggf. aufgerichtet und entzerrt wird.
Signifikante Texturelemente aus Bildelementen innerhalb des erfassten Bildes werden aus der Abbildung durch eine mathematische Filterung herausgelöst, wobei die Texturelemente vorbestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich ihrer Größe erfüllen müssen. Vorzugsweise sind Texturelemente Punkte einer bestimmten Mindestgröße. Diese extrahierten Texturelemente werden klassifiziert und geordnet. Die klassifizierten und geordneten Texturelemente werden nach einem determinierten Bewertungsverfahren in einen Nummerncode, bspw. einen numerischen oder alphanumerischen Code, insbesondere einen Binärcode, umgesetzt und der Nummerncode in der Datenbank als Bitfolge gespeichert. Ein Nummerncode ist dabei vorzugsweise jede Repräsentanz eines Punkt-Codes in einer numerischen Datendarstellung mit einer beliebigen Basiszahl des verwendeten Zahlensystems. Auf diese Weise wird dem darstellenden Punktmuster einer Identifizierungskennzeichnung ein Nummerncode als Punkt-Code, d.h. einem aus dem Punktmuster abgeleiteten Code, eindeutig und gut reproduzierbar zugeordnet, der allein das Auffinden eines bereits vergebenen Punkt-Codes einer bereits zuvor registrierten Identifizierungskennzeichnung in dieser Datenbank bestimmt. Des Weiteren wird durch die Verwendung der Texturelemente nur ein Teil der Bildinformation verarbeitet und somit kann die Identifizierungskennzeichnung mit einer gegenüber einer einfachen hochauflösenden Abbildung reduzierten Datenmenge gespeichert werden.
Nachdem ein derartiger Punkt-Code in einer Datenbank gespeichert worden ist, kann eine weitere erneute Abbildung desselben Gegenstandes, die aus der Identifizierungskennzeichnung einen ebensolchen Punkt-Code liefert, mit den in der Datenbank bereits registrierten Punkt-Codes verglichen werden. Sofern eine teilweise und hinreichende Übereinstimmung zweier Punkt-Codes festgestellt wird, kann eine Feststellung der Identität dieser beiden Punkt-Codes und damit der Identität des Gegenstandes erfolgen. Auf diese Weise kann ein bereits zuvor registrierter Gegenstand bzw. eine zuvor registrierte Identifizierungskennzeichnung zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgefunden werden. Bspw. können somit Gegenstände eines Hersteller zunächst registriert und im späteren Verlauf dieser Gegenstand wieder der zuvor erfolgten Registrierung zugeordnet werden.
Jeder bereits durch seine Identifizierungskennzeichnung bekannte einzelne Gegenstand lässt sich somit später re-identifizieren.
Welcher Grad der Übereinstimmung der zahlenmäßig überbestimmenden Punkt-Codes dabei als hinreichend erachtet wird, kann durch den Anwender dieses Verfahrens willkürlich festgelegt werden. Damit wird die Schärfe der Trennung zweier Gegenstände gleichen Gegenstandtyps allein aufgrund der Identifizierungskennzeichnung bestimmt. Diese im Grad der Übereinstimmung variable Bewertung ist vorteilhaft, da weder die Herstellung der Identifizierungskennzeichnung determiniert werden kann, noch dessen Abbildung infolge der Reduzierung der Information des Bildes der Kamera auf den Punkt-Code nicht vollständig in diesem Punkt-Code enthalten sein kann. Dies ist außerdem vorteilhaft, da möglicherweise vor dem erneuten Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung dieses verschmutzt oder beschädigt worden ist, so dass es ohnehin nicht mehr vollständig identisch abgebildet wird, wie zu einem früheren Zeitpunkt.
Vorteilhafterweise werden komplexe Merkmale der Identifizierungskennzeichnung zur besseren Visualisierung der Verarbeitung des erfassten Bildes und zum schnellen Vergleich der Identifizierungskennzeichnung mit bereits registrierten komplexen Merkmalen in zwei aufeinander folgenden Schritten extrahiert. Dabei wird für eine sichere Wiedererkennung einer Identifizierungskennzeichnung eine zweifache optische Abbildung verwendet, wobei die erste eine Klassifizierung und die zweite eine Identifizierung liefert.
In einem ersten Schritt wird ein Bild des Punktmusters und des Auffindmusters erfasst, das erfasste Bild anhand des Auffindmusters virtuell ausgerichtet und/oder entzerrt und grobe Texturelemente bzw. eine Auswahl von Texturelementen innerhalb des erfassten Bildes, welche bestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich der relativen maximalen Größe der Texturelemente erfüllen, erfasst. Diese maximal großen Texturelemente werden dann extrahiert und grob klassifiziert. Die extrahierten und klassifizierten groben Texturelemente werden dann in einen gering auflösenden skalaren ersten Punkt-Code umgesetzt. Der erste Punkt-Code ist daher vorzugsweise ein aus den erkennbar größten Punkten abgeleiteter Code. Ein einer groben Textur mehrerer Texturelemente überlagerter virtueller Linienzug wird für eine Visualisierung der groben Klassifizierung und für eine schnelle Vergleichsfunktion des ersten Punkt-Codes verwendet.
Eine Textur ist dabei vorzugsweise eine menge von Punkten einer bestimmten Mindestgröße.
In einem zweiten Schritt wird ein erfasstes Bild des Punktmusters und des Auffindmusters anhand des Auffindmusters virtuell ausgerichtet und/oder entzerrt. Sodann werden sämtliche Texturelemente innerhalb des erfassten Bildes, welche vorbestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich einer bestimmten minimalen Größe der Texturelemente, erfüllen, erfasst. Diese Texturelemente werden insgesamt extrahiert und die extrahierten und klassifizierten Texturelemente in einen hoch auflösenden skalaren zweiten Punkt-Code umgesetzt. Der zweite Punkt-Code ist daher vorzugsweise ein aus allen Punkten einer bestimmten Mindestgröße abgeleiteter Code. Die extrahierte Textur wird für die Auswertung der Identifizierungskennzeichnung zur Re-Identifizierung verwendet.
Vorteilhafterweise werden zwar diese beiden Schritte aufeinanderfolgend durchgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung beider Schritte hintereinander beschränkt. Vielmehr kann auch nur der zweite Schritt ausgeführt werden, um eine hochgenaue Registrierung oder Wiedererkennung einer Identifizierungskennzeichnung bereitzustellen.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform wird der Grad der Übereinstimmung unter Verwendung von Fuzzy-Logik-Regeln ermittelt. Mittels der Verwendung von Fuzzy-Logik-Regeln können Unterschiede des mehrmals unabhängig aus der Identifizierungskennzeichnung bestimmten Punkt-Codes in bestimmten Grenzen toleriert und gleichwohl ein Gegenstand re-identifiziert werden.
Vorteilhafterweise wird bei der Identifizierung oder Registrierung einer Identifizierungskennzeichnung diese mit einer Schräglichtquelle beleuchtet, so dass die Identifizierungskennzeichnung schräg beleuchtet wird. Dies ist vorteilhaft, wenn bspw. das Auffindmuster durch Prägen erzeugt worden ist, so dass sich dieses Auffindmuster infolge der Schräglichtbeleuchtung durch Schattenwurf klar abzeichnet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend insbesondere anhand der in der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt:
1 eine herkömmliche Kennzeichnung einer typischen Produktverpackung für verderbliche Waren oder andere Produkte;
2 eine Anordnung einer Sprühvorrichtung als Mittel zum Aufbringen einer Identifizierungskennzeichnung auf Produktverpackungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitenansicht;
3 die Anordnung gemäß 2 in einer Ansicht von unten;
4 eine Anordnung einer Kameravorrichtung zum Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Produktverpackung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine weitere Produktverpackung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechend 5;
7 einen Ausschnitt der 5 bzw. 6 zur Darstellung des Auffindmusters;
8 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Größenverhältnisses geprägter Elemente des Auffindmusters zu den größten aufgesprühten Punkten des Punktmusters;
9 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Klassifizierung eines Punktmusters anhand eines ausgewählten Texturelements;
10 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Größenverhältnisses der größten Punkte des Punktmusters zu den kleinsten verarbeiteten Punkten;
11 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Überlagerung des Auffindmusters und des Punktmusters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine schematische Darstellung einer Data-Matrix-Typkennzeichnung unter Weglassen des Punktmusters;
13 einen Auszug des in 11 gezeigten Punktmusters zur Erläuterung von Texturelementen;
14 eine Darstellung zur Veranschaulichung der logischen Verarbeitung der Punktmuster;
15 und 16 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Erfassung einer Identifizierungskennzeichnung mittels einer Kamera;
17 eine schematische Anordnung einer Kameravorrichtung auf einem Tisch zum Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung in einer Ansicht von oben;
18 die Kameravorrichtung gemäß 17 in einer Ansicht von der Seite;
19 eine schematische Anordnung einer Kameravorrichtung unter einer Förderstrecke zum Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung in einer Ansicht von oben und
20 die Kameravorrichtung gemäß 19 in einer Ansicht von der Seite.
Nachfolgend wird ein opto-frequentes System zur automatischen Identifizierung von Objekten erläutert, welches die Objekte und speziell eine Identifizierungskennzeichnung dieser Objekte mittels einer elektronischen Kamera in Echtzeit digitalisiert abbildet.
Die Kennzeichnung der Objekte erfolgt mit Farbmustern aus einer sporadisch, d.h. in einer Verteilung mit Lücken und folglich nicht flächendeckend, ansonsten aber beliebig abgeschiedenen Emulsion, Suspension, einem trockenem Pulverstrom oder mechanischem Pulverauftrag als nicht geschlossenes zufälliges Punktmuster. Die Ausprägung dieses Musters wird bspw. durch die Einstellung der Oberflächenspannung der Farbflüssigkeit bzw. die Größenverteilung im Pulverstrom und die passenden Oberflächenmerkmale der Objektoberfläche erreicht. Die Fixierung des Farbauftrags auf der Oberfläche des Gegenstandes erfolgt wahlweise durch atmosphärische Trocknung eines Haftvermittlers, thermische Sinterung des Farbpulvers oder mechanische Prägung in duktilen oder harten und amorphen, metallischen oder kristallinen Oberflächengefügen.
Die Kennzeichnung besteht aus einer sporadischen und annähernd normal verteilten stochastischen Verteilung von Punkten, insbesondere Farbpunkten unterschiedlicher Größe, die im Kamerabild infolge geeigneter Beleuchtung mit hohem Kontrast zumindest kurzzeitig derart zu beobachten ist, dass ein reproduzierbares Kamerabild erzeugt werden kann.
Die Erzeugung des Musters erfolgt bspw. mittels mechanischem Farbspritzen, Airbrush-Sprühverfahren oder Airless-Sprühverfahren. Der Farbauftrag zum Erzeugen des Punktmusters erfolgt so mittels eines technischen Verfahrens, das in Gegensatz zu deterministischen Verfahren in keiner Stufe der Erzeugung des Codebildes eine exakte oder inkrementelle Positionierung für den einzelnen Punkt erfordert.
Um das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung zu erzeugen, wird ein Farbauftragsverfahren verwendet, das eine zufällige sporadische, jedoch stochastisch annähernd normale Verteilung bzgl. der Anordnung und der Größe der Farbpunkte bewirkt. Stochastische verteilte Punkte sind dabei solche Punkte, die kein regelmäßiges Muster bilden. Normal verteilte Punkte sind solche Punkte, deren Verteilungsstatistik der Normalverteilung gehorcht. Es ist keinerlei Beschränkung der minimalen Größe des einzelnen erzeugten Punktes bestimmt. Jedwede deterministische Positionierung von Elementen des Punktmusters wird durch den Verzicht auf eine Schablone vermieden. Hingegen kann eine Schablone zur Begrenzung des mit dem Punktmuster bedeckten Fläche nach außen verwendet werden.
Vorteilhafterweise werden spezielle Pigmente bei der Herstellung des Punktmusters verwendet, welche eine Trennung der monochromen Anregung durch eine erste Lichtfarbe und der Beobachtung in einer zweiten monochromen Lichtfarbe ermöglichen. Dann kann das Punktmuster zunächst mit einer ersten Farbe beleuchtet werden, so dass die besonderen Farbpartikel ihrerseits angeregt werden. Aufgrund dieser Anregung kommt es zu einem lumineszierendeen Nachleuchten der Farbpartikel mit einer zweiten Lichtfarbe, sobald die Beleuchtung abgeschaltet wird. Diese zweite Lichtfarbe kann dann ungestört beobachtet werden. Bei entsprechender Filterung ist das von der Kamera erfasste Bild dann unabhängig von Effekten des Umgebungslichtes. Somit können die Bedingungen zum Erfassen der Identifizierungskennzeichnung gezielt optimiert werden.
Die Kennzeichnung wird gegenüber einer beliebigen Umgebung auf der Oberfläche des Objekts durch einen optofrequent sichtbaren und in einem vorhergehenden oder nachfolgenden Prozess hergestellten Rahmen aus einem bekannten sog. Auffindmuster bzw. Finder Pattern nach dem Vorbild des Data-Matrix-Codes erzeugt. Dieses ist bspw. in ISO/IEC 16022 und ISO/IEC 24720 beschrieben. Die Formen des Rahmens und des Punktmusters weisen infolge geeigneter Beleuchtung einen ausreichend hohen Kontrast durch Schattenwurf in der farblich uniformen Oberfläche des Gegenstandes auf, dass zumindest ein reproduzierbares Kamerabild einer Berandung der am gleichen Ort und gleichzeitig zu beobachtenden Verteilung von Punkten erzeugt werden kann.
Die Benennung und Erkennung des geeigneten Verfahrens der Codegenerierung aus dem Punktmuster erfolgt entweder aus dem Data-Matrix-Code innerhalb des Auffindmusters oder durch eine gleichzeitig mit dem begrenzenden Rahmen aufgebrachte Kennzeichnung in Form einer Punze außerhalb des Auffindmusters, wobei zu jeder Form der Punze ein Daten-Identifizierer für das Codeschema eines speziellen Punkt-Codes eindeutig zugeordnet wird. Die Punze wird als Daten-Identifizierer genutzt, um vor Beginn einer Erkennung einer Textur und einer nachfolgenden Suche des Punkt-Codes eines mehrere realisierter Codierungsverfahren nach einem bestimmten Codeschema des Punkt-Codes zu bestimmen.
Die durch das Kamerabild digitalisierte zweidimensionale Abbildung der Punkte des Punktmusters innerhalb dieses Rahmens wird mit einem Transformationsalgorithmus ortstreu bewertet und als serieller Punkt-Code nach einem vorbestimmten Codeschema digitalisiert und gespeichert. Dieses Codeschema wird speziell derart ausgelegt, dass ein großes Codevolumen in der Größenordnung von bspw. mindestens 10exp9 erreicht werden kann. Zusätzlich wird eine Überbestimmung durch eine gleichartige Codereserve des Punkt-Codes vorgesehen, welche eine hohe Unterscheidbarkeit der Punkt-Codes auch bei teilweiser Beschädigung sicherstellt.
Verbunden mit dieser Speicherung der Punkt-Codes und des Daten-Identifizierers wird eine mit geeigneter Einrichtung hergestellte oder erfasste und ebenfalls codierte Typinformation, welche die Merkmale, bspw. den Typ des Objekts, beschreibt und als Data-Matrix-Code bereitgestellt. Über die Kombination dieser beiden Informationen aus Punkt-Code und Data-Matrix-Code mit einem für das Verfahren innerhalb dieses Data-Matrix-Codes fest vergebenen Daten-Identifizierer, bspw. nach ISO15418 oder vermittels der Punze, erhält man eine eindeutige Beschreibung eines individuellen Gegenstandes als Verbundcode. Ein Verbundcode ist vorzugsweise eine Zusammenfassung von Data-Matrix-Code, erstem Punkt-Code und zweitem Punkt-Code, Code für die Punze und/oder dem Code des Wasserzeichens, also mehrerer Nummercodes. Diese Beschreibung wird in einer Datenbank für Nutzer, insbesondere nur für berechtigte Nutzer, zugänglich gemacht, bspw. auch als Identifizierungscode in einem Lieferavis vom Versender an dem Empfänger des Objekts weitergegeben.
Um bei erneuter Identifizierung die Objektinstanz (ein bestimmtes Objekt) eindeutig als bekannt zu bestimmen, wird erneut der Punkt-Code nach erneuter Abbildung nach demselben Verfahren generiert und in der Datenbank gesucht. Bei Übereinstimmung des neu generierten Punkt-Codes mit einem bereits zuvor gespeicherten Punkt-Code in einem Verbundcode wird die gesamte Information zur Identität eines einzelnen Objekts bereitgestellt.
Zur Behebung der für das Verfahren typischen Unschärfe der Vergleichsoperation wird die sog. Logik der Unschärfe nach Prof. Lotfi Zadeh bzw. Fuzzy-Logik verwendet. Zur Information für den Nutzer der Vergleichsergebnisse wird der Grad der Übereinstimmung als Zusatzinformation bereitgestellt. Zur Visualisie rung des Vergleichs wird eine aus dem Punktmuster extrahierte Textur mit einem virtuellen Linienzug gezeigt. Diese Textur wird ebenfalls als zweiter Punkt-Code mit ausschließlich skalaren Eigenschaften ohne irgendwelche Linienmerkmale im Verbundcode abgelegt.
Eine Unterscheidung der Übereinstimmung wird im erfindungsgemäßen Verfahren typischerweise mit einer Fehlerquote erreicht, die um mehrere, bspw. drei Größenordnungen besser d.h. niedriger ist, als durch die Codereichweite des Codeverfahrens bestimmt. Durch das Verfahren der deterministischen Erzeugung des Punkt-Codes aus dem zufälligen Ausgangsbild wird sichergestellt, dass der Punkt-Code jederzeit mit gleicher Ausrüstung mit hinreichender Übereinstimmung neu generiert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht eine effiziente, zufällige Kennzeichnung von Objekten mit einem zufälligen optischen Muster. Erfindungsgemäß werden hierzu besonders einfach herzustellende und leicht zu erkennende optische Farbkennzeichnungen verwendet. Dabei ist eine Reproduzierbarkeit der optischen Identifizierungskennzeichnungen nicht möglich. Die Kennzeichnungen werden vielmehr zufällig erzeugt und sind somit eindeutig für jedes individuelle Objekt.
Aufgrund der Verwendung von Punktmustern mit überwiegend kreisförmigen Punkten als Texturelementen erhält man einen parametrischen, nicht vektoriell ortsauflösenden Punkt-Code. Dieser kann als serieller Zifferncode oder als Bit-Code interpretiert und gespeichert werden. Eine willkürliche Reproduktion eines identischen Punkt-Codes aus einem zweiten zufälligen Ausgangsbild ist wegen der annähernden Normalverteilung der Punktgröße im Auftragsverfahren für das Punktmuster und wegen der annähernden Normalverteilung Punkte in der Fläche des Punktmusters technisch nicht zu erreichen. Es gibt somit keine zwei Objekte mit gleichem Punkt-Code, soweit die verwendete Kamera eine hinreichende Auflösung und die fotografischen Merkmale, insbesondere die Beleuchtung des Objekts, eine hinreichende Qualität der Abbildung bieten.
Die gute Reproduzierbarkeit der optischen Abbildung der Kennzeichnung in einen eindeutigen seriellen Punkt-Code ist mit einfacher digitaler Kamera gegeben. Das in der Kamera digitalisierte Kamerabild wird bereits vor der Übertragung zur weiteren Verarbeitung des Bildes einer ersten Datenkompression unterzogen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das nutzbare Codevolumen des Punkt-Codes durch Parameter, wie die berücksichtigte Punktgröße und die hergestellte Punktdichte sowie die Kameraauflösung einzustellen.
Eine Besonderheit des Verfahrens ist die typische Unschärfe der Bewertung. So ist es unvermeidbar, dass dieselbe Identifizierungskennzeichnung desselben Objekts mit zwei unmittelbar in unveränderter Konfiguration aufeinander folgenden Kamerabildern unterschiedlich erfasst und bewertet wird. Dies ist umso mehr zu erwarten, da das Punktmuster aus einer Vielzahl kleiner Farbpunkte besteht, welche im Laufe des Transports eines Produkts allen möglichen Beanspruchungen unterliegen. Insbesondere kann das Punktmuster verschmutzt oder beschädigt und damit partiell zerstört werden. Insofern wird eine identische Generierung des Punkt-Codes desselben Punktmusters in der Praxis nicht zu erzielen sein.
Zur Bewertung von Punktmustern und den daraus abgeleiteten Punkt-Codes werden Regeln der Logik der Unschärfe (Fuzzy-Logik-Regeln) verwendet, um eine schnelle und sichere Reproduktion des seriellen Punkt-Codes aus dem Kamerabild zu unterstützen. Die vorgesehene determinierte Umsetzung des ortsauflösenden stochastischen Einzelbildes in einen seriellen Punkt-Code ist vorteilhaft. Man erreicht durch die hohe Auflösung der Kamera eine sehr hohe Trennschärfe für die Erkennung verschiedener Gegenstände und durch die zusätzlich gewählte Begrenzung der Auflösung des digitalisierten Bildes eine erhebliche Reduzierung des abgeleiteten Codes gegenüber einem digitalisierten und komprimierten Rohbild.
Der von der Kamera erfasste Bildinhalt wird einer automatischen rechnergestützten Bewertung unterzogen. Da das verwendete Punktmuster bzgl. der Punkte keine Orientierung aufweist, kann die Bildverarbeitung und anschließende Codierung des Punkt-Codes auf einfache Weise und somit schnell und unter Echtzeit erfolgen.
Das bewertete Bild wird in einen seriellen numerischen oder alphanumerischen Punkt-Code fester Länge umgesetzt. Dies entspricht einer erneuten Bandbegrenzung des erfassten Bildes. Diese Bandbegrenzung wird auf die gewünschte Reichweite des Codevolumens eingestellt.
Dies erlaubt bei normaler Auflösung mindestens eine praktische Codebreite für den Punkt-Code von 2exp(10exp6) Bit und somit etwa 10exp(10exp4) Digits. Dies ist ein Codevolumen, das durch kein herkömmliches deterministisches Codeverfahren nutzbar angeboten wird. Durch realistische Einschränkung mit dem Ziel einer guten Vergleichbarkeit bei technischer Unschärfe verbleibt ein nutzbares Codevolumen von ca. 10exp27. Dieses Codevolumen ist ausreichend, um Gegenstände jedweder Art eindeutig zu kennzeichnen.
Dieser Punkt-Code kann zusätzlich mit einer Typ-Kennzeichnung zur Kennzeichnung des Objekt-Typs des gekennzeichneten Gegenstandes einem Data-Matrix-Code verbunden werden. Hiermit wird die Codereichweite durch Beschränkung auf den durch den Data-Matrix-Code bestimmten einzelnen Objekt-Typ und auf ein durch die Punze bestimmtes Codierungsverfahren weiter erhöht.
Nimmt man einen Kamerasensor mit vier Millionen Bildpunkten an, wird durch die rechteckige Bildgeometrie der Kamera und die Rotation und die Aspektwinkel das nutzbare Kernfeld auf etwa zwei Millionen Bildpunkte reduziert. Das Punktmuster wird bspw. in der Begrenzung standardisierter Data-Matrix-Codes in einer Auflösung von 10 × 10 Punkten und einer Fläche von etwa einer Briefmarke erzeugt.
Es folgt eine beispielhafte Beschreibung einer Verwendung eines Punkt-Codes im Bereich der Verpackung von Gegenständen. Die Umrandung eines Punktmusters durch das Auffindmuster eines Data-Matrix-Codes wird in gleicher Weise durch den Hersteller der Verpackung, wie bisherige Kennzeichnungen mit Symbolen oder Klartext durch Prägen in die Verpackung ohne Färbung eingebracht.
Die Typ-Kennzeichnung, d.h. die Kennzeichnung des Objekt-Typs der Verpackung erfolgt innerhalb des Auffindmusters ebenfalls durch Prägung ohne Färbung. Diese geprägte Kennzeichnung kann durch Beleuchtung mit einer schräg angeordneten Lichtquelle sichtbar gemacht werden, da es dann zu einem Schattenwurf kommt. Zur Verbesserung der Sichtbarkeit wird mit einem offenen Punktmuster gearbeitet, bei dem sich die geprägten Punkte nicht berühren.
Mittels einer Punze kann ebenfalls durch Prägung ein weiteres Unterscheidungsmerkmal in die Verpackung eingebracht werden. Diese Punzen sitzen üblicherweise außerhalb des Auffindmusters benachbart zu diesem, um mit demselben Abbildungsvorgang erfasst zu werden.
Die Punktmuster werden alternativ direkt innerhalb des Auffindmusters, bspw. durch Abstreifen einer Bürste an einer Kante, aufgespritzt. Dabei ist es unbeachtlich, ob das Punktmuster über das Auffindmuster hinausreicht.
Alternativ können Punktmuster indirekt innerhalb des Auffindmusters durch Anblasen von Pigmenten in eine Herstellform bzw. Pressform für die Verpackung und geeignetes die Haftung vermittelndes Aufpressen des Materials der Verpackung übertragen werden. Es ist unbeachtlich, ob das Punktmuster vor oder nach dem Auffindmuster aufgebracht wird, solange das Auffindmuster durch das Auftragsverfahren nicht beeinträchtigt wird. Auch hierbei ist es unbeachtlich, ob das Punktmuster über das Auffindmuster hinausreicht.
Punktmuster werden bis zum Einfüllen von Ware in die Verpackung nicht weiter beachtet. An einer Packstation werden Parameter der Ware durch Sensoren erfasst, wie bspw. das Warengewicht, oder variabel eingestellt, wie bspw. die Warenart, und mit weiteren Daten, wie bspw. des Datums und der Uhrzeit, verknüpft.
Ferner wird an der Packstation die Kennzeichnung mit Data-Matrix-Codes und Punze gleichzeitig im Schräglichtverfahren per Kamera erfasst. Daraus werden der Typcode des Warentyps der Verpackung gelesen und der Daten-Identifizierer des Warentyps der Verpackung generiert.
Ebenso wird an der Packstation das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung im Auflichtverfahren erfasst, wobei eine Lichtquelle im wesentlichen senkrecht auf das Muster scheint. Hieraus wird der Punkt-Code der Identifizierungskennzeichnung generiert.
Die einzeln erfassten Daten werden zu komplexen Packungsdaten verknüpft und einem System zur Steuerung der Produktionsaufträge zurückgemeldet und dort in einer Datenbank gespeichert.
Bei Zusammenfassung mehrerer Produktverpackungen in einem Karton werden die Identifizierungsdaten des Kartons mit den Packungsdaten in der Datenbank logisch als Kartondaten verknüpft. Die Punktmuster werden wiederum bis zum Verkauf der Ware mit der Verpackung und darüber hinaus nicht weiter beachtet. Lediglich beim Verkauf an der Kasse kann fakultativ die einzelne Verpackung erneut identifiziert und der Punkt-Code mit den Ereignisdaten des Verkaufs verknüpft und dort in einer Datenbank gespeichert werden. Dabei ist es bei Verwendung geeigneter Farben unbeachtlich, ob das Punktmuster von einer einzelnen optisch transparenten Folienlage überdeckt wird.
Im Falle einer Reklamation durch einen der Teilnehmer der Vertriebskette oder durch den Endkunden wird die Ware mit der Verpackung wieder entgegengenommen und diese, unabhängig von der etwa verdorbenen Ware, in einer entsprechenden Kameravorrichtung zur Identifizierung der Kennzeichnung der Punkt-Codes erneut abgebildet und der Punkt-Code abgeleitet. Durch Vergleich des nunmehr erneut bestimmten Punkt-Codes mit den in der Datenbank abgespeicherten Punkt-Codes werden die zugehörigen Packungsdaten verfügbar. Im Zuge der Rückverfolgung können über den Punkt-Code die einzelnen Stationen festgestellt werden, an denen die einzelne Packung oder der Karton mit den zuvor einzeln registrierten Packungen gelagert oder umgeschlagen und dabei erneut identifiziert wurde.
Die Berechnung eines Punkt-Codes für die Registrierung neuer Punktmuster in einer Datenbank der registrierten Punktmuster und das Vergleichen einzelner Punktmuster mit bereits registrierten und damit bekannten Punktmustern erfolgt wie nachfolgend erläutert:
Zunächst wird mittels einer Kameravorrichtung und einem sog. Frame-Grabber ein Bild des Punktmusters erfasst und einer Filterung und einer ortstreuen Kompression unterzogen. Damit wird eine visuell und auch datentechnisch nutzbare und gut übertragbare Abbildung des auf dem Objekt befindlichen Punktmusters erzeugt.
Sodann erfolgt eine automatische Berandung und Orientierung des Punktmusters anhand des ebenso und in derselben Kameraposition aufgenommenen Auf findmusters des überlagerten Data-Matrix-Codes mit anschließender Entzerrung und Aufrichtung zu einem Rechteck einheitlicher Größe. Damit wird das Bildfeld für die Extraktion des Punktmusters festgelegt. Gleichzeitig wird das Bildfeld zur Visualisierung des Erfassungsprozesses erzeugt.
Sodann wird in einem ersten Rechenschritt der Bildinhalt des Punktmusters ausgewertet und daraus zunächst eine signifikante Textur aus elementaren und gut trennbaren Bildelementen etwa runder Punkte maximaler Größe extrahiert. Diese Textur wird als Merkmal der groben Klassifizierung verwendet. Damit erreicht man eine grobe Klassifizierung des Bildinhalts für eine systematische Archivierung und für eine beschleunigte Suche im Falle jeder späteren Re-Identifizierung. Sie vermittelt zwischen dem visuellen Bildeindruck des Betrachters und der Funktion eines groben Mustervergleichs.
In einem nachfolgenden zweiten Rechenschritt, werden alle Punkte, welche oberhalb einer vorbestimmten Mindestgröße liegen, durch geeignete Filterung extrahiert. Dadurch wird ein gleich verteiltes Muster des Hintergrundes aus der weiteren Bewertung ausgeschlossen. Ferner wird ein Muster von Bildelementen anderer Form oder auch einzelne Bildelemente signifikant anderer Form, bspw. Linientexturen wie bspw. durch Abrieb entstanden, aus der weiteren Bewertung ausgeschlossen.
Sodann erfolgt eine Extraktion und Bewertung des gesamten bereinigten Bildinhalts als individuelle Textur aus Bildelementen mit Grundelementen von Punkten bis zu der durch die Filterung festgelegten minimalen Größe. Dabei wird die Abbildung des Punktmusters durch die definierte Mindestgröße der Punkte in der Auflösung und somit in der Bitlänge des zu berechnenden äquivalenten Punkt-Codes begrenzt. Durch geeignete komplexe Rechenregeln werden die durch die endliche Auflösung der Kamera und unterschiedliche Bildwinkel bei der Aufnahme entstehenden Effekte der Falschabbildung vermieden.
Damit wird aus dem Bild unter Verwendung entsprechender Algorithmen der Bildverarbeitung ein Code abgeleitet, dessen Bewertung nach festen Regeln gut reproduzierbar ist. Die Umsetzung des Bildinhalts in eine Bitfolge liefert einen äquivalenten Punkt-Code, welcher die Position und Größe der einzelnen erkannten Grundelemente summarisch eindeutig beschreibt. Dieser Punkt-Code bleibt in seiner Länge bspw. um zwei Größenordnungen unter dem Code des komprimierten Bildinhalts mindestens in der Größenordnung heute gängiger deterministischer Nummernsysteme. Damit ist ein neues Punktmuster abschließend bestimmt.
Bei jeder Re-Identfizierung erfolgt schließlich ein Vergleich zweier nach diesem Verfahren gewonnener Punkt-Code des vermeintlich selben Objektes nach einem festen Algorithmus unter Berücksichtigung der Fehler und Beschränkungen der Abbildung mittels der Logik der Unschärfe (Fuzzy-Logik). Die Hypothese der Identität kann anhand der bereits bekannten und registrierten Codes mit geeigneten Suchstrategien schnell geprüft werden und für den neuen Code verworfen oder bestätigt werden. Im praktischen Einsatz sind aufgrund der Breite des gespeicherten Punkt-Codes bei hinreichend definierter Codelänge keine fehlerhaften Annahmen der Hypothese der Identität zu erwarten.
1 zeigt eine Produktverpackung 11 gemäß dem Stand der Technik. Bei dieser Produktverpackung handelt es sich bspw. um eine Folienschale, die in einer Ansicht von unten dargestellt ist. Diese Produktverpackung 11 weist mehrere Kennzeichnungen auf, nämlich ein eingeprägtes Firmenlogo 12, ein eingeprägtes Materialkennzeichen 14 für das spätere Recycling sowie eine eingeprägte Typennummer 16 zur Kennzeichnung des Verpackungstyps.
2 zeigt in einer Seitenansicht derartige Produktverpackungen 11 entlang eines Förderweges 18, welche unmittelbar nach dem Ausformen aus der Pressform mittels einer mehrfach angeordneten Mittel bspw. als Sprühvorrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besprüht werden. Mittels der Sprühvorrichtung 20 können die Produktverpackungen 11 gleichzeitig mit Farbe besprüht werden, indem in einem Sprühkegel 22 Farbpigmente auf die Produktverpackung 11 aufgebracht werden. Alternativ kann vor dem Pressen des Formlings der Produktverpackung 11 die Negativ-Pressform für den Formling der Produktverpackung 11 in entsprechender Weise besprüht werden, so dass das aufgesprühte Muster von der Negativ-Pressform auf jeden Formling der Produktverpackung 11 übertragen wird.
3 zeigt die Sprühvorrichtung und Produktverpackungen 11 aus 2 in einer Ansicht von unten. Sie entspricht im Übrigen 2, so dass auf die obigen Erläuterungen Bezug genommen wird.
4 zeigt wiederum mit Waren 24, bspw. Hühnerschenkeln, belegte Produktverpackungen 11 in einer Ansicht von oben mit einer virtuellen Sicht durch die in die Verpackung eingefüllten Waren hindurch auf eine Kameravorrichtung 26 mit einer Kameraoptik 27 zum Erfassen eines sich in einem Bereich 29 innerhalb eines auf die Produktverpackungen geprägten Rahmens 28 befindenden Musters.
5 zeigt wiederum eine Produktverpackung in einer Ansicht von unten, ähnlich der in 1 gezeigten Produktverpackung, wobei jedoch diese Produktverpackung 11' zusätzlich zum Firmenlogo 12, der Materialkennzeichnung 14 und der Typnummer 16 eine weitere Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 mit dem für diese Kennzeichnung typischen Umrandung, dem Auffindmuster 34 (Finder-Pattern), sowie eine Punze 13 als weiteres Typkennzeichen aufweist. Das Auffindmuster 34 dient als Rahmen 28 der unabhängig davon aufzubringenden Identifizierungskennzeichnung 32
6 zeigt die Produktverpackung 11' gemäß 5, wobei jedoch die Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 (teilweise dargestellt durch das Auffindmuster 34) mit einer Sprühmarkierung einer kennzeichnenden Farbe für die Identifizierungskennzeichnung 32 zum Identifizieren der Produktverpackung 11' überdeckt ist. Diese Identifizierungskennzeichnung 32 überdeckt im dargestellten Ausführungsbeispiel mehr als die Fläche der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 und füllt damit den Bereich 29 vollständig aus. Sie kann jedoch auch lediglich nur innerhalb des Rahmens 28, bestehend aus dem Auffindmuster 34 der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30, vorgesehen sein.
7 zeigt einen Teil der Data-Matrix-Typkennzeichnung, nämlich das Auffindmuster 34, ausgeführt als so genanntes offenes Punktmuster, das auch als Finder-Pattern bezeichnet wird. Dieses Auffindmuster 34 ist in dem in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Prägung der Produktverpackung 11' ausgebildet. Zusätzlich ist eine gleichzeitig hergestellte Punze 13 außerhalb Auffindmusters 34 als Typkennzeichnung ebenfalls als Prägung ausgebildet. Das Auffindmuster 34 begrenzt als Rahmen 28 den Bereich 29 der Identifizierungskennzeichnung 32.
8 veranschaulicht ein typisches Größenverhältnis der Vertiefungen (Pits) 36 der farblos geprägten Umrandung des Auffindmusters 34 zu einem größten aufgesprühten Farbpunkt 38 des Punktmusters. Der größte Farbpunkt 38 des Punktmusters ist mithin bspw. rund 10-mal so klein wie jede Vertiefung 36 des Auffindmusters 34.
9 veranschaulicht die grobe Klassifizierung eines zufälligen Punktmusters (zur besseren Visualisierung hier dargestellt aus Ringen) durch ein ausgewähltes virtuelles Texturelement 40, welches einen virtuellen Linienzug über bspw. die vier größten Punkte 42 des zufälligen Punktmusters umfasst. Eine Vielzahl weiterer kleinerer Punkte 44 ist im Punktmuster 46 enthalten. Das Punktmuster wird anhand des ausgewählten Texturelements 40 grob klassifiziert. Der virtuelle Linienzug 40 kann ebenso wie das Auffindmuster 34 zusammen mit einem Kamerabild des Punktmusters und überlagert mit dem Data-Matrix-Typkennzeichnung lagetreu und wahlfrei überlagert visualisiert und für eine grobe visuelle Einschätzung der Güte der Abbildung genutzt werden.
10 veranschaulicht das Größenverhältnis der aufgesprühten Farbpunkte von den größten Punkten 42 einer charakteristischen Textur über kleinere Punkte 44, 44' bis zu den kleinsten verarbeiteten Punkten 45. Dieses Größenverhältnis beträgt bspw. 100 : 1. Dieses Größenverhältnis kann wahlweise bspw. in der Sprühvorrichtung 20 auch auf andere Werte eingestellt werden.
11 veranschaulicht eine Überlagerung eines Data-Matrix-Prägemusters 30, von dem nur das Auffindmuster 34 dargestellt ist, durch ein Punktmuster 46 (dargestellt als Ringe) mit einer charakteristischen Textur 40, gebildet aus Texturelementen größter Punkte 42.
12 zeigt den Teil der Abbildung nur der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 ohne das Punktmuster 46. Diese Data-Matrix-Kennzeichnung 30 besteht aus einer nach einem festen Codeschema bestimmten Vielzahl von eingeprägten Vertiefungen innerhalb des Rahmens 28 und einschließlich des Auffindmusters 34 als Rahmen 28. Solch eine tatsächliche Trennung der Bildinhalte eines mittels Kamera erfassten Bildes in Data-Matrix-Kennzeichnung 30 und Punktmuster 46 wird bspw. tatsächlich auch durch geeignete Wahl der Farben für Kennzeichnung und Beleuchtung und bspw. durch optische Filter vor der Kameraoptik erreicht.
13 zeigt wiederum nur einen Teil des in 11 gezeigten Musters und zwar die Textur 40 bildenden größten Punkte 42 zusammen mit einem virtuellen Linienzug 41 zur Heraushebung der Textur. Die Data-Matrix-Kennzeichnung 30 ist ebenso wie die weiteren Punkte des Punktmusters 46 nicht dargestellt. Solch eine virtuelle Trennung realer Bildinhalte oder Überlagerung virtueller Bildinhalte wird bspw. tatsächlich auch durch geeignete Überlagerung der Farben in der Visualisierung erreicht.
14 veranschaulicht die logische Verarbeitung von Punkten 44 beliebiger Größe, die ineinander übergehen. Mittels Bildverarbeitungsverfahren können derart zusammenhängende Punkte 44 erkannt und als Tupel von Primitiven runder Punkte 44 gezählt werden. Unter "Primitiv" ist hierbei eine geometrische Form zu verstehen, die als Datum mathematisch wohl definiert ist und aus der sich kompliziertere Punktmuster 46 als komplexer Datensatz zusammensetzen lassen. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei diesen Primitiven um kreisrunde Punkte (dargestellt als Ringe).
15 veranschaulicht die Sicht einer Kameraoptik 48 mit einem Kamerachip 50 auf eine Identifizierungskennzeichnung 32, von der lediglich der Rahmen 28 des Auffindmusters 34 dargestellt ist. Die Identifizierungskennzeichnung 32 ist gegenüber der Position der Kamera verdreht und versetzt. Bei vielen Anwendungen wird es dazu kommen, dass die Kameraoptik mit dem Kamerachip nicht optimal ausgerichtet, insbesondere nicht vollständig parallel auf die Identifizierungskennzeichnung gerichtet ist.
Kameraoptik 48 und Kamerachip 50 liefern eine vollständige Abbildung der Identifizierungskennzeichnung mit dieser Verdrehung und diesem Versatz gegenüber einer parallelen zentrierten Orientierung. So lange jedoch das Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32 durch die Verkleinerung mittels der Kameraoptik 48 im Bildfeld des Kamerachips 50 der Kamera ist und ebenso das begrenzende Auffindmuster 34 sich ebenfalls im Bildfeld des Kamerachips 50 der Kamera be findet, ist das Abbild ausreichend. Durch Verwendung geeigneter Filterverfahren kann eine Falschabbildung des Punktmusters (aliasing) korrigiert werden.
16 zeigt einen Fall einer schrägen Ausrichtung des Kamerachips 50 auf eine Identifizierungskennzeichnung 32. Bei einigen Anwendungen kann es dazu kommen, dass die Kameraoptik 48 nicht senkrecht auf die Objektoberfläche mit der Identifizierungskennzeichnung 34 gerichtet ist. Die Kameraoptik 48 mit dem Kamerachip 50 erfasst dann ein schräges verzerrtes Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32. Die Abbildung ist somit bzgl. aller Raumwinkel gegenüber der parallelen Orientierung der Ebenen in die Ebene des Kamerachips 50 gedreht. Die der Kamera nachgeschaltete Bildverarbeitung entzerrt jedoch die Abbildung und richtet es auf und aus, bis eine anschauliche Visualisierung der Identifizierungskennzeichnung 32 möglich ist. Die Verarbeitung des Bildes des Kamerachips 50 erfolgt je nach Anlage der verwendeten Rechenschritte wahlweise vor oder nach einer solchen Korrektur.
17 zeigt eine Vorrichtung 52 zum Identifizieren und Registrieren einer Identifizierungskennzeichnung an einer Packung im Zuge der Befüllung oder später bei erneuter Präsentation der Verpackung zwecks Rückverfolgung. Während 17 diese Vorrichtung 52 mit einem Tisch 54 in einer Ansicht von oben zeigt, zeigt 18 dieselbe Vorrichtung in einer Seitenansicht.
19 zeigt dieselbe Vorrichtung aus 17 an einer Förderstrecke entlang des Förderwegs 18 für das Verpacken von Waren in einer Ansicht von oben und 20 dieselbe Vorrichtung aus 18 in der 19 entsprechenden Seitenansicht.
Die Anordnung zeigt die Vorrichtung 52 auf einem Tisch 54 oder eine Platte 59 mit einer optischen Öffnung 57 unter der Platte 59 sowie jeweils eine Kamera 56. In der Bildebene des Kamerachips 50 der Kamera 56 befindet sich das Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32 zur Kennzeichnung der Produktverpackung 11' samt darin enthaltener Waren 24. Die Vorrichtung weist ferner eine Schräglichtquelle 58 auf, welche von unten auf die Produktverpackung 11' gerichtet ist, diese dabei jedoch nicht frontal, sondern schräg anstrahlt. Auf dieses Weise entstehen Schatten bei Vertiefungen innerhalb der auf der Produktverpackung 11' angebrachten Data-Matrix-Typkennzeichnung 30. Somit lässt sich insbesondere das geprägte Auffindmuster 34 der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 zur Begrenzung der Identifizierungskennzeichnung 32 bestens erkennen. Des weiteren weist die Vorrichtung eine Lichtquelle 60 in der Achse der Kameraoptik auf, mittels der das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung 32 frontal beleuchtet werden kann, welches vorzugsweise mittels einer lumineszierenden Farbe erzeugt worden ist. Diese weitere Lichtquelle 60 zum Bestrahlen der lumineszierenden Farbe kann sowohl die gleiche Lichtquelle sein wie die Schräglichtquelle 58. Sie kann jedoch auch als separate koaxiale Lichtquelle 60 ausgebildet sein, die vorzugsweise das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung 32 frontal anstrahlt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung (32) zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen (11, 11'), wie Produktverpackungen, wobei auf jeden Gegenstand (11, 11') wenigstens eine einzigartige, diesen Gegenstand (11, 11') individualisierendes Identifizierungskennzeichnung (32) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) ein Punktmuster (46) mit einer Vielzahl von annähernd gleichförmigen, verschieden großen Punkten (42, 44) mit stochastischer Verteilung ihrer Größe aufweist, wobei die Punkte (42, 44) stochastisch über eine Fläche verteilt sind und wobei das Punktmuster (46) in einem mittels eines vorbestimmten Auffindmusters (34) gekennzeichneten oder zu kennzeichnenden Bereich (29) des Gegenstandes (11, 11') aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte (42, 44) kreisartig bzw. kreisähnlich umrandet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte (42, 44) der Identifizierungskennzeichnung (32) signifikant unterschiedliche Größen aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffindmuster (34) und ggf. eine weitere Typkennzeichnung (12, 13, 14, 16, 30) durch Prägen auf den Gegenstand (11, 11') aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) und/oder das Auffindmuster (34) durch direktes Auftragen von flüssiger Farbe auf den Gegenstand (11, 11') erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) und/oder das Auffindmuster (34) durch direktes Auftragen von pulvrigen Farbpartikeln auf den Gegenstand (11, 11') erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) und/oder das Auffindmuster (34) zunächst auf einer Matrize, einem Stempel oder einer Form zum Formen des Gegenstandes (11, 11') erzeugt und anschließend von der Matrize, dem Stempel bzw. der Form auf den Gegenstand (11, 11') übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) und/oder das Auffindmuster (34) mittels eines fotografischen Verfahrens, insbesondere mittels fotografischer Belichtung und Entwicklung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) Farbpunkte einer fluoreszierenden oder einer lumineszierenden Farbe aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster (46) und/oder das Auffindmuster (34) unter Verwendung einer inerten Farbe bzw. einer biologisch verträglichen bzw. biokompatiblen Flüssigkeit mit inerten Farbpartikeln erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) in einer Datenbank registriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) gleichzeitig in zwei verschieden ermittelten Zerlegungen unterschiedlicher Auflösung registriert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) in der Datenbank registriert wird, indem a) ein Bild des Punktmusters (46) und des Auffindmusters (34) erfasst wird, b) das erfasste Bild anhand des Auffindmusters (34) ausgerichtet und ggf. entzerrt wird, c) signifikante Texturelemente (40) innerhalb des erfassten Bildes, welche vorbestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich der Größe der Texturelemente (40), erfüllen, erfasst werden, d) diese Texturelemente (40) extrahiert und klassifiziert werden, e) die extrahierten und klassifizierten Texturelemente (40) in einen sogenannten Punkt-Code umgesetzt werden, und f) der Punkt-Code in der Datenbank gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffindmuster für die Visualisierung der groben Aufrichtung des Bildes des Punktmusters verwendet wird.
Identifizierungskennzeichnung zur unterscheidbaren Identifizierung und Individualisierung von Gegenständen (11, 11'), wie Produktverpackungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) ein Punktmuster (46) mit einer Vielzahl von gleichförmigen, verschieden großen Punkten (42, 44) mit stochastischer Verteilung ihrer Größe aufweist, wobei die Punkte (42, 44) stochastisch über eine Fläche verteilt sind und wobei das Punktmuster (46) in einem mittels eines vorbestimmten Auffindmusters (34) gekennzeichneten Bereich (28) angeordnet ist.
Identifizierungskennzeichnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung, insbesondere nach Anspruch 15 oder 16, zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen (11, 11'), wie Produktverpackungen, mittels der auf jeden Gegenstand (11, 11') eine einzigartige, diesen Gegenstand (11, 11') individualisierende Identifizierungskennzeichnung (32) aufbringbar ist, gekennzeichnet durch Mittel (20) zum Aufbringen eines Punktmusters (46), das eine Vielzahl von gleichförmigen, verschieden großen Punkten (42, 44) mit stochastischer Verteilung ihrer Größe aufweist, wobei die Punkte (42, 44) stochastisch über eine Fläche verteilt sind, in einem mittels eines vorbestimmten Auffindmusters (34) gekennzeichneten oder zu kennzeichnenden Bereichs (28) des Gegenstandes (11, 11').
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) zum Aufbringen des Punktmusters (46) eine Sprühvorrichtung für flüssige Farben aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) zum Aufbringen des Punktmusters (46) eine elektrostatisch betreibbare Einrichtung zum elektrostatischen Auftrag von pulvrigen Farbpartikeln aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) zum Aufbringen des Punktmusters (46) eine pneumatisch betreibbare Einrichtung zum Laser-thermischen Auftrag von pulvrigen Farbpartikeln aufweisen.
Verfahren zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer Identifizierungskennzeichnung (32) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei a) ein Bild des Punktmusters (46) und des Auffindmusters (34) erfasst wird, b) das erfasste Bild anhand des Auffindmusters (34) virtuell ausgerichtet und/oder entzerrt wird, c) Texturelemente (40) innerhalb des erfassten Bildes, welche vorbestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich der minimalen Größe der Texturelemente, erfüllen, erfasst werden, d) diese Texturelemente (40) extrahiert und klassifiziert werden und e) die extrahierten und klassifizierten Texturelemente (40) in einen Punkt-Code umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Auswahl von Texturelementen (40) erfasst, extrahiert und klassifiziert wird, um in einen ersten skalaren gering auflösenden Punkt-Code umgesetzt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein einer Textur mehrerer ausgewählter Texturelemente überlagerter virtueller Linienzug für eine Visualisierung der groben Klassifizierung und für eine schnelle Vergleichsfunktion des Codes verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Texturelemente (40) erfasst, extrahiert und klassifiziert werden, um in einen zweiten skalaren hoch auflösenden Punkt-Code umgesetzt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die extrahierte Textur für die Auswertung der Identifizierungskennzeichnung (32) zur Re-Identifizierung verwendet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Punkt-Code in einer Datenbank gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Punkt-Code mit in der Datenbank bereits registrierten weiteren Punkt-Codes verglichen wird und bei vollständiger oder teilweiser Übereinstimmung zweier Punkt-Codes eine Zuordnung dieser beiden Punkt-Codes zueinander erfolgt, um einen speziellen Gegenstand wiederzuerkennen bzw. zu identifizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswahl von Texturelementen zu einem bereits registrierten und einem neu ermittelten Punkt-Code gleichzeitig oder getrennt zur Visualisierung einer erkannten Textur verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Übereinstimmung mittels Regeln der Logik der Unschärfe bzw. Fuzzy-Logik-Regeln bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) mit einer Schräglichtquelle (58), die schräg auf die Identifizierungskennzeichnung (32) einfallendes Licht aussendet, beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungskennzeichnung (32) mit einer gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, wobei das Bild des Punktmusters (46) während ausgeschalteter Lichtquelle erfasst wird.
Vorrichtung zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer Identifizierungskennzeichnung (32) nach Anspruch 15 oder 16, die aufweist: a) eine elektronische Kamera zum Erfassen eines Bildes des Punktmusters (46) und des Auffindmusters (34), b) eine Recheneinrichtung zum virtuellen Ausrichten und/oder Entzerren des erfassten Bildes anhand des Auffindmusters (34), zum Erfassen von Texturelementen (40) innerhalb des erfassten Bildes anhand vorbestimmter Kriterien, insbesondere hinsichtlich der Größe der Texturelemente (40), zum Extrahieren und Klassifizieren der Texturelemente (40) und zum Umsetzen der klassifizierten Texturelemente (40) in einen, zwei oder mehrere Punkt-Codes.
Vorrichtung nach Anspruch 32, die ferner eine Speichereinheit zum Speichern einer Datenbank der Punkt-Codes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, die Mittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 31 aufweist.