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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur parallelen Identifizierung
und Authentifizierung von Objekten. Ferner betrifft die Erfindung
eine Vorrichtung, mit der Objekte identifiziert und/oder authentifiziert
werden können.
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Die
automatisierte Erkennung von Objekten mittels optischer Methoden
ist nach dem Stand der Technik bekannt. Jedem geläufig
sind z. B. Strichcodes, die auf Waren und/oder Verpackungen aufgebracht
sind, und die eine maschinelle Identifizierung der Waren zur Ermittlung
z. B. des Preises erlauben.
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Ein
bekannter Vertreter der Strichcodes ist der Code EAN 8, der in der
internationalen Norm ISO/IEC 15420 definiert ist. Er kodiert eine
Folge von 8 Ziffern in Form von verschieden breiten Balken und Lecken.
In der Regel werden die Balken mit einer schwarzen Druckfarbe auf
einen weißen Träger, z. B. die Verpackung des
zu kennzeichnenden Objekts oder auf das Objekt selbst gedruckt.
Beim maschinellen Lesen des Codes wird er mittels einer geeigneten Lichtquelle
abgetastet und das reflektierte Licht mit einem Detektor aufgefangen.
Da die dunklen Balken weniger Licht reflektieren als die hellen
Lücken, weist der reflektierte Lichtstrahl entsprechende
Helligkeitsunterschiede auf, die vom Detektor erfasst und in elektronische
Signale umgewandelt werden. Die Auswertung der elektronischen Signale
erfolgt mittels Mikroprozessoren. In der Regel wird über
einen Ausgangskanal die dekodierte Ziffernfolge ausgegeben.
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Neben
dem beschriebenen Code EAN 8 gibt es zahlreiche weitere Strichcodes,
die neben Ziffern auch Buchstaben, Sonderzeichen und Steuerzeichen
kodieren. Ferner enthalten einige Codes Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturzeichen,
die es erlauben, Fehler in der Signalübertragung zu erkennen
und teilweise sogar zu korrigieren.
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Eine
Weiterentwicklung der Strichcodes stellen die 2D-Codes dar, in denen
die Information nicht nur eindimensional, sondern in zwei Dimensionen optisch
kodiert ist. Eine Untergruppe der 2D-Codes bilden die so genannten
Matrix-Codes. Ein bekannter Vertreter ist z. B. der Data Matrix
Code, der in der internationalen Norm ISO/IEC 16022 definiert ist.
Der Vorteil der Matrix-Codes liegt in ihrer höheren Informationsdichte.
Je nach Größe des Data Matrix Codes lassen sich
bis zu 2334 ASCII-Zeichen (sieben Bit), 1558 erweiterte ASCII-Zeichen
(acht Bit) oder 3116 Ziffern kodieren. Während Strichcodes
beim Lesen in der Regel mit einem fokussierten Lichtstrahl abgetastet
werden, werden für das Auslesen von Matrix-Codes Kamera-Systeme
verwendet. Daher verfügen Matrix-Codes über so
genannte „Finder Pattern" zur Orientierung des Lesegeräts.
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Im
Folgenden seien Strichcodes, 2D-Codes und Matrix-Codes unter dem
Oberbegriff optische Codes zusammengefasst. Optische Codes lassen sich
einfach und äußerst kostengünstig erstellen (Druck)
und sind schnell und robust in der Erfassung. Sie sind zur Identifizierung
von Objekten ideal geeignet. Insbesondere sind optische Codes für
die Objektverfolgung (track & trace)
geeignet. Dabei wird einem Objekt eine Nummer zugeordnet, sodass
das Objekt an jeder Station in der Logistikkette identifiziert und
damit die Bewegung des Objekts von einer Station der Logistikkette
zu einer anderen verfolgt werden kann.
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Optische
Codes lassen sich jedoch einfach kopieren und reproduzieren und
fälschen, sodass sie zu einer Authentifizierung von Objekten
nicht herangezogen werden können.
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Es
gibt jedoch Objekte, bei denen der Wunsch besteht, die individuellen
Objekte zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkennen und
ihre Echtheit (Authentizität) nachweisen zu können.
Ein einfaches Beispiel sind Ausweise. Ein Ausweis sollte einzigartig sein.
Im Rahmen der zunehmenden Automatisierung sollte die Einzigartigkeit
eines Ausweises maschinell erfassbar sein.
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RFID-Chips
sind hierzu in der Lage. Sie enthalten einen geheimen Schlüssel,
der von außen nicht auslesbar ist. Bei der Kommunikation
mit dem RFID-Chip werden Nachrichten vom Chip mit dem geheimen Schlüssel
verschlüsselt. Die Nachrichten können mit dem
korrespondierenden öffentlichen Schlüssel entschlüsselt
werden. Da aber der geheime Schlüssel nicht zugänglich
ist, lässt sich ein Duplikat oder ein Dummy (Fälschung)
nur sehr schwer bereitstellen. Somit ist es prinzipiell möglich,
durch das Anbringen von RFID-Chips an Objekten, eine Möglichkeit
bereitzustellen, die Objekte zu identifizieren und zu authentifizieren.
Es gibt jedoch viele Objekte, die sich aus technischen und/oder ökonomischen
Gründen nicht mit einem RFID-Chip ausstatten lassen. RFID-Chips
sind beispielsweise bruchanfällig und anfällig
gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. RFID-Chips
sind um ein Vielfaches teurer als gedruckte optische Codes. Ferner
häufen sich in letzter Zeit die Meldungen über
gefälschte oder nachgeahmte RFID-Chips.
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In
WO 2005088533(A1) ist
ein Verfahren beschrieben, das zur Identifizierung und Authentifizierung
eines Objekts ohne einen zusätzlichen Datenträger
(optischer Code, RFID-Chip) auskommt und Objekte anhand ihrer Beschaffenheit
eindeutig zuordnen lässt. Hierbei wird ein Laserstrahl
auf die Oberfläche des Objekts fokussiert, über
die Oberfläche bewegt (scanning) und mittels Photodetektoren die
an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche unter verschiedenen
Winkein unterschiedlich stark gestreuten Strahlen detektiert. Die
erfasste Streustrahlung ist charakteristisch für eine Vielzahl
von unterschiedlichen Materialien und lässt sich nur sehr schwer
nachmachen, da sie auf Zufälligkeiten bei der Herstellung
zurückzuführen ist. Zum Beispiel weisen papierartige
Objekte eine herstellungsbedingte Faserstruktur auf, die für
jedes hergestellte Objekt einzigartig ist. Die Streudaten zu den
einzelnen Objekten werden in einer Datenbank gespeichert, um zu
einem späteren Zeitpunkt das Objekt authentifizieren zu
können. Hierzu wird das Objekt erneut vermessen und die
Streudaten mit den gespeicherten Referenzdaten verglichen.
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Nachteilig
ist, dass eine umfangreiche Datenbank für die Streudaten
aller erfassten Objekte angelegt werden muss. Die Datenbank muss
auf der einen Seite eine hohe Speicherkapazität aufweisen, um
die hohen Datenmengen von Streudaten einer großen Zahl
von Objekten speichern zu können. Auf der anderen Seite
muss die Zugriffszeit auf die Daten in der Datenbank schnell sein,
da die erfassten Streudaten für eine Authentifizierung
mit allen Referenzdaten in der Datenbank verglichen werden müssen
(Abgleich), um den richtigen Datensatz zu finden. Aufgrund von Positionierungenauigkeiten
bei der Erfassung, aufgrund von im Laufe der Zeit leicht verändertem
Streuverhalten des Objekts (aufgrund von Verschmutzung, Abnutzung,
etc.) und aufgrund von technischen Abweichungen bei verschiedenen
Erfassungsgeräten sind die erfassten Streudaten eines Objekts
niemals absolut identisch sondern weisen Variationen auf. Daher
ist es erforderlich, einen Abgleich mit allen Referenzdaten vorzunehmen,
um den Datensatz mit der höchsten Übereinstimmung
zu finden. Ferner muss die Positionierung des Objekts unterhalb
des Erfassungsgerätes hinreichend genau sein, damit eine
hinreichend genaue Übereinstimmung beim Abgleich erzielt
wird. Vereinfacht ausgedrückt muss sichergestellt werden,
dass der Bereich, der zur Authentifizierung herangezogen wird, immer derselbe
ist. Das bedeutet, dass das Objekt in Bezug zum Erfassungsgerät
positioniert werden muss. Die Positioniergenauigkeit ist wesentlicher
höher als bei der Erfassung von optischen Codes, wie man
sich schnell an dem Vergleich der Dimensionen der Balken und Lücken
beim Strichcode mit den Dimensionen bei Streuzentren eines papierartigen
Objekts verdeutlichen kann. Eine höhere Positioniergenauigkeit
bedeutet jedoch nichts anderes als eine längere Zeit zur
Erfassung eines Objekts (Zeit zur Messvorbereitung + Messzeit).
Während optische Codes nur in das optische Blickfeld eines
Scanners gebracht werden müssen, muss ein Objekt zur Erfassung
seines Streuverhaltens im Fall der
WO 2005088533(A1) gegenüber der
Erfassungseinheit genau ausgerichtet und fixiert werden.
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Aufgrund
der oben genannten Nachteile eignet sich das Verfahren aus
WO 2005088533(A1) nur sehr
begrenzt für die Identifizierung und Verfolgung von Objekten.
Identifizierungslösungen basierend auf der Erfassung optischer
Codes sind fest etabliert. Damit ist eine IT-Infrastruktur vorhanden,
auf die das Verfahren aus
WO 2005088533(A1) aus den oben genannten
Gründen jedoch nicht zurückgreifen kann. Zur Nutzung
des Verfahrens aus
WO 2005088533(A1) wäre
eine neue IT-Infrastruktur oder zumindest eine Erweiterung der bestehenden IT-Infrastruktur
notwendig, was die Markteinführung des Verfahrens aus
WO 2005088533(A1) erschwert (hohe
Markteintrittsbarriere). Eine langsame Migration von der etablierten
Technologie (Identifizierung auf Basis der Erfassung optischer Codes)
zur neuen Technologie (Identifizierung und Authentifizierung durch
Erfassung des Streuverhaltens) ist nicht möglich.
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Es
lässt sich somit festhalten, dass es nach dem Stand der
Technik Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und zur
Authentifizierung von Objekten gibt. Verfahren und Vorrichtungen
zur Identifizierung mittels optischer Codes sind jedoch aufgrund der
einfachen Fälschbarkeit der zur Identifizierung herangezogenen
Merkmale nicht zur Authentifizierung von Objekten geeignet. Umgekehrt
ist das Authentifizierverfahren aus
WO 2005088533(A1) zwar ideal
für die Authentifizierung geeignet, es ist jedoch aufgrund
der hohen Datenmengen und den damit verbundenen hohen Anforderungen
an das IT-Backend-System (Datenbank, Netzwerk) sowie der hohen Anforderung
an die Positioniergenauigkeit und der damit verbundenen hohen Dauer
der Erfassung nicht für die Identifizierung und Objektverfolgung (track & trace) geeignet.
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Es
stellt sich damit, ausgehend vom bekannten Stand der Technik, die
Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Identifizierung
und Authentifizierung von Objekten ermöglicht und dabei
nach Möglichkeit auf die bestehende IT-Infrastruktur vorhandener
Identifizierungslösungen zurückgreifen kann. Das
Verfahren soll kostengünstig sein und eine geringe Markteintrittsbarriere
aufweisen. Das Verfahren soll robust und durch einen Benutzer einfach
zu handhaben sein. Nach Möglichkeit sollte das Verfahren
keine Umgewöhnung beim Benutzer voraussetzen, sondern in
seiner Ausführung bestehenden Verfahren ähnlich
sein.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher ein Verfahren zur parallelen Identifizierung
und Authentifizierung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass
das Objekt einen Identifikator mit einem Codebereich und einem Streubereich
umfasst, der zur Authentifizierung und/oder Identifizierung mit
elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, derart, dass die vom
Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung
zur Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte
elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird.
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Unter
Identifizierung wird der Vorgang verstanden, der zum eindeutigen
Erkennen einer Person oder eines Objektes dient. Ist ein Objekt
oder eine Person eindeutig erkannt, kann sie eindeutig zugeordnet
werden oder es kann eine eindeutige Zuordnung zu dem erkannten Objekt
oder der erkannten Person vorgenommen werden. Z. B. kann einer identifizierten
Ware (Objekt) ein Preis oder sein Bestimmungsort zugeordnet werden.
Die Identifizierung erfolgt anhand von die Person oder das Objekt
kennzeichnenden und von anderen Personen oder Objekten unterscheidenden
Merkmalen.
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Unter
Authentifizierung wird der Vorgang der Überprüfung
(Verifikation) einer behaupteten Identität verstanden.
Die Authentifizierung von Objekten, Dokumenten oder Daten ist die
Feststellung, dass diese authentisch sind – es sich also
um ein unverändertes, nicht kopiertes Original handelt.
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Wie
die Identifizierung erfolgt auch die Authentifizierung anhand von
die Person oder das Objekt kennzeichnenden und von anderen Personen oder
Objekten unterscheidenden Merkmalen. Im Unterschied zur Identifizierung
sind die Merkmale, die zur Authentifizierung herangezogen werden,
vorzugsweise nicht übertragbar, nicht kopierbar und nicht
fälschbar. Aus den physikalischen Merkmalen werden mittels
physikalischer Methoden eindeutige, elektronisch verarbeitbare Daten
ermittelt, damit Objekte maschinell erfasst und zugeordnet werden
können. Im Folgenden werden die Merkmalsdaten, die zur
Identifizierung dienen, als Identifizierungscode und die Merkmalsdaten,
die zur Authentifizierung dienen, als Signatur bezeichnet.
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Unter
paralleler Identifizierung und Authentifizierung wird verstanden,
dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl zur
Identifizierung oder zur Authentifizierung, als auch zur kombinierten,
d. h. nacheinander erfolgenden Identifizierung und Authentifizierung,
als auch zur simultanen, d. h. gleichzeitig erfolgenden Identifizierung
und Authentifizierung eingesetzt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch
aus, dass elektromagnetische Strahlung auf ein zu identifizierendes
und/oder zu authentifizierendes Objekt geleitet wird und das vom
Objekt zurückgesandte Signal analysiert und ausgewertet wird.
Die Bestrahlung des Objekts und die Auswertung der vom Objekt zurückgesandten
Strahlung erfolgt durch eine Erfassungseinheit, die ebenfalls Gegenstand
der Erfindung ist.
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Für
die Authentifizierung des Objekts wird bevorzugt kohärente
elektromagnetische Strahlung verwendet.
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Das
Objekt umfasst einen Identifikator. Der Identifikator dient zur
Identifizierung und/oder Authentifizierung des Objekts. Er ist mit
dem Objekt untrennbar verbunden. Bei dem Versuch, den Identifikator
vom Objekt zu trennen, wird der Identifikator unbrauchbar, d. h.
er kann nicht mehr zur Identifizierung und/oder Authentifizierung
des Objekts herangezogen werden. Der Identifikator umfasst einen
Bereich, der mit einem optischen Code versehen ist – im Folgenden
als Codebereich bezeichnet – und einen Bereich zur Erfassung
des Streuverhaltens – im Folgenden als Streubereich bezeichnet.
Streubereich und Codebereich können örtlich getrennt
voneinander, d. h. nebeneinander vorliegen, sie können
sich teilweise überlappen oder ein Bereich kann den anderen
Bereich vollständig überlappen (siehe 1). Der
Identifikator ist bevorzugt ebenmäßig ausgeführt.
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Erfindungsgemäß dient
der Codebereich der Identifizierung des Objekts, während
der Streubereich der Authentifizierung dient. Der Identifikator kann
ein Element sein, das mit dem Objekt verbunden wird. Er kann aber
auch Teil des Objekts selbst sein. Insofern ist der Begriff Identifikator
eher abstrakt als gegenständlich zu verstehen. Gilt es
z. B. ein Medikament zu identifizieren und/oder zu authentifizieren,
ist dieses in der Regel in eine Verpackung eingebracht. In dem Fall
kann ein Teil der Verpackung als Identifikator verwendet werden.
Dazu wird auf einen Bereich der Verpackung ein optischer Code aufgebracht
und ein Bereich definiert, der zur Ermittlung des Streuverhaltens
und somit zur Ermittlung der Signatur herangezogen wird. Der Streubereich
muss als solcher nicht gekennzeichnet werden, d. h. er muss nicht
z. B. durch eine optische Markierung gekennzeichnet werden, denn
die Position des Streubereichs lässt sich relativ zur Position
des optischen Codes eindeutig festlegen. Es ist z. B. auch denkbar, dass
der Identifikator Teil einer elektronischen Platine ist, auf der
ein optischer Code aufgedruckt oder in der ein optischer Code eingestanzt
ist. Es ist z. B. auch denkbar, dass der Identifikator ein Etikett
ist, das einen aufgedruckten optischen Code trägt und das
bereits einmal zur Ermittlung des Streuverhaltens erfasst worden
ist. In dem Fall ist das Etikett authentisch und wird mit einem
Objekt bevorzugt untrennbar verbunden, wodurch das Objekt selbst
authentifizierbar wird. Der Streubereich des Identifikators weist bevorzugt
eine durch die Herstellung und/oder Verarbeitung bedingte Oberflächenstruktur
auf, die charakteristisch und schwer fälschbar und schwer
nachahmbar ist. Bevorzugt wird als Material für den Streubereich
ein Faserstoff wie Papier, Pappe oder Textil verwendet. Streubereich
und Codebereich können aus verschiedenen Materialien bestehen.
Sie können einstückig oder mehrstückig
ausgeführt sein. Bevorzugt bestehen Codebereich und Streubereich
aus demselben Material. Der Identifikator ist bevorzugt einstückig
ausgeführt.
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Der
Identifikator weist bevorzugt eine Größe von 0,1
cm2 bis 100 cm2 auf,
besonders bevorzugt eine Größe von 0,5 cm2 bis 30 cm2.
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Als
optischer Code kommt jeder optisch, maschinell auslesbare Code in
Frage, z. B. Strichcodes, gestapelte Codes, Matrix-Codes, OCR-Text
(OCR = Optical Character Recognition). Die Größe
des optischen Codes ergibt sich aus der jeweiligen Spezifikation
für den Code.
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Der
auf den Identifikator geleitete elektromagnetische Strahl wird vom
Identifikator zum Teil reflektiert. Die reflektierte Strahlung wird
mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und analysiert. Je
nachdem, ob die elektromagnetische Strahlung den Codebereich oder
den Streubereich oder beide trifft, enthält die reflektierte
Strahlung Informationen zur Identifizierung oder zur Authentifizierung
oder zur Identifizierung und Authentifizierung. Dies sei an dem in 2 dargestellten
Beispiel verdeutlicht. 2(a) zeigt
das an einem Detektor gemessene Signal (2-3) in Form einer
Helligkeitskurve an, das durch elektromagnetische Strahlung erzeugt
wird, die vom Codebereich (2-1) reflektiert wird. Die dunklen
Balken des optischen Codes in 2(a) absorbieren
einen Großteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung;
nur ein geringer Teil wird reflektiert; dementsprechend ist das
am Detektor gemessene Signal (2-3) an diesen Stellen gering.
Die hellen Lücken des optischen Codes in 2(a) reflektieren
einen Großteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung; dementsprechend
ist das am Detektor gemessene Signal (2-3) an diesen Stellen
hoch.
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2(b) zeigt das an einem Detektor gemessene
Signal (2-4) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch
kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die
vom Streubereich (2-2) reflektiert wird. Der Streubereich
(2-2) weist eine hohe Dichte an Streuzentren auf, die bei
Bestrahlung mit kohärenter Strahlung zu einer Überlagerung
von Speckles und diffuser Streuung führen. Das Signal (2-4),
das durch Bestrahlung des Streubereichs (2-2) verursacht
wird, weist eine geringere Varianz auf als das Signal (2-3),
das durch Bestrahlung des Codebereichs (2-1) verursacht
wird.
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Beide
Signale beinhalten Informationen. Führt man eine Fourier-Transformation
der Signale durch, erkennt man, dass das Signal (2-3) vom
Codebereich durch niedrigere Frequenzen bestimmt wird, während
das Signal (2-4) vom Streubereich durch höhere
Frequenzen bestimmt wird.
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Das
Signal (
2-3) vom Codebereich wird bevorzugt zur Identifizierung
des Objekts herangezogen, während das Signal (
2-4)
vom Streubereich bevorzugt zur Authentifizierung herangezogen wird. Das
vom Codebereich und/oder Streubereich reflektierte Signal wird auf
mindestens einen Detektor geleitet, wo das elektromagnetische Signal
in ein elektronisches Signal umgewandelt wird. Es erfolgt anschließend
gegebenenfalls eine Signalfilterung und die Dekodierung des Signals.
Die Dekodierung des Streusignals bzw. die Ermittlung einer Signatur
aus dem Streusignal erfolgt in der in
WO 2005088533(A1) und/oder
der in
WO2006016114(A1) beschriebenen
Art und Weise. Bevorzugt wird dabei ein Fourier-transformiertes
Signal zur Ermittlung der Signatur verwendet, da die Fourier-Transformation
eine translatorische Invarianz aufweist und damit eine höhere Positioniertoleranz
gegeben ist. Die Dekodierung des Signals vom optischen Code erfolgt
in der für den jeweiligen optischen Code bekannten Weise.
Hier sei auf die umfangreiche Literatur zur Dekodierung von optischen Codes
verwiesen (z. B.
C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz,
Industrielle Bildverarbeitung, Springer-Verlag, 1998, S. 133 ff,
J.
Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff).
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Der
Identifikator kann zur Identifizierung und/oder Authentifizierung
durch einen elektromagnetischen Strahl punktförmig oder
linienförmig abgerastert oder flächenhaft bestrahlt
werden.
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In
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, werden die Signale vom Codebereich und Streubereich
simultan, d. h. gleichzeitig erfasst. Bevorzugt wird hierfür
ein Identifikator verwendet, bei dem sich Codebereich und Streubereich überlappen
(siehe z. B. 1(c), 1(d)).
In diesem Fall überlappen sich auch die Signale, wie in 2(c) an einem Beispiel verdeutlicht ist. 2(c) zeigt das an einem Detektor gemessene
Signal (2-6) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch
kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die
von einem Bereich (2-5) des Identifikators reflektiert
wird, in dem sich Codebereich und Streubereich überlappen.
Das Signal ist eine Überlagerung der Signale aus 2(a) und 2(b).
Dementsprechend weist das Signal Informationen zur Identifizierung
und zur Authentifizierung auf. Da das Signal (2-6) durch
die Signalanteile vom Codebereich dominiert wird, wird erfindungsgemäß ein
Signalfilter eingesetzt, der die niedrigeren Frequenzanteile des
Signals vom Codebereich herausfiltert (3). Das
Ergebnis ist ein Signal (3-2), das zwar immer noch durch
das Signal vom Codebereich gekennzeichnet ist, das aber zur Authentifizierung
herangezogen werden kann. Dadurch, dass die schwarzen Balken des
Codebereichs in 2(c) den Großteil
der einfallenden elektromagnetischen Strahlung absorbieren, ist
in diesem Bereich auch das Streusignal sehr gering. Daher kann man
das vom Codebereich stammende Signal auch in dem gefilterten Signal
(3-2) in 3 noch erkennen. Die Tatsache,
dass der größte Teil des Lichts im Bereich der
dunklen Anteile eines optischen Codes absorbiert wird und daher
diese Anteile keinen Beitrag zum Streusignal liefern, führt
dazu, dass der Informationsgehalt zur Authentifizierung geringer
ist. Ein geringerer Anteil des Informationsgehalts führt dazu,
dass prinzipiell weniger Objekte anhand des Streusignals eindeutig
unterscheidbar sind. Es kann also zur Erhöhung der Sicherheit
sinnvoll und/oder erforderlich sein, dass sich Streubereich und
Codebereich wenig oder gar nicht überlappen.
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Bevorzugt
sind Streubereich und Codebereich so zueinander angeordnet, dass
das Signal vom Codebereich zur Positionierung und/oder Positionsbestimmung
des Identifikators in Bezug zur Erfassungseinheit verwendet werden
kann. Aufgrund der groben Strukturen des Codebereichs, die für
das menschliche Auge sichtbar sind, ist eine manuelle Positionierung
des Identifikators in Bezug zur Erfassungseinheit anhand der Strukturen
des Codebereichs leicht möglich. Aufgrund der feineren
Strukturen, die zur Authentifizierung herangezogen werden, ist eine
höhere Positioniergenauigkeit des Identifikators in Bezug
zur Erfassungseinheit nötig.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Problem dadurch gelöst, das der Codebereich zur
manuellen und/oder automatischen Positionierung und/oder Positionsbestimmung
herangezogen wird.
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Dies
kann in zwei Schritten geschehen. Zunächst werden Identifikator
und Erfassungseinheit manuell zueinander positioniert, wobei der
optische Code auf dem Codebereich des Identifikators oder ein Teil
des optischen Codes an einer Markierung an der Erfassungseinheit
ausgerichtet oder mit einer Markierung der Erfassungseinheit zur
Deckung gebracht wird. Falls erforderlich, erfolgt in einem zweiten
Schritt eine automatisierte Feinpositionierung derart, dass der
Codebereich oder ein Teil des Codebereichs bestrahlt wird und das
vom Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte Signal analysiert
wird. Anhand des ausgewerteten Signals wird ein Aktuator angesteuert,
der Identifikator und Erfassungseinheit hinreichend genau zueinander
positioniert.
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Die
Positioniergenauigkeit spielt für zwei Prozesse, die miteinander
im Zusammenhang stehen, eine wichtige Rolle: die Ersterfassung und
die Authentifizierung.
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Bei
der Ersterfassung gilt es, Identifikator und Erfassungseinheit so
zueinander zu positionieren, dass ein optimales Signal-/Rauschverhältnis
am Detektor erzielt wird. Aus dem Signal am Detektor wird nämlich
eine Signatur ermittelt, die für alle zukünftigen
Authentifizierungsprozesse als Referenz verwendet wird. Je besser
das Signal-/Rauschverhältnis bei der Ersterfassung ist,
desto sicherer lässt sich dieses Objekt zu einem späteren
Zeitpunkt wiedererkennen bzw. von anderen Objekten unterscheiden,
bzw. lassen sich andere Objekt von diesem Objekt unterscheiden.
Die optimale Position ist maßgeblich von der konkreten
Ausführung der Erfassungseinheit, des Objekts sowie des
Identifikators abhängig. Zur Positionsoptimierung bei der
Ersterfassung sei auf die Beschreibungen in
WO 2005088533(A1) und
WO2006016114(A1) verwiesen.
Bevorzugt sollte der Identifikator eben ausgeführt sein.
Die elektromagnetische Strahlung zur Erfassung des Identifikators sollte
bevorzugt senkrecht auf die Ebene des Identifikators fallen. Bei
der relativen Bewegung zwischen Identifikator und Erfassungseinheit
zueinander, bei der verschiedene Bereiche des Identifikators erfasst werden,
sollte der senkrechte Einfall beibehalten werden. Das Maß der
Verkippung der Identifikatorebene gegenüber der einfallenden
Strahlung sollte kleiner als 10° betragen. Bevorzugt sollte
die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung in einem
Winkelbereich um ±1° bis ±30° um
die einfallende Strahlung erfasst werden. Der Abstand zwischen Identifikator
und Erfassungseinheit entlang der senkrechten Z-Achse der einfallenden
Strahlung sollte bevorzugt zwischen 0,5 mm und 30 cm liegen. Die
Erfassung wird bevorzugt entlang einer Geraden in der Identifikatorebene
ausgeführt. Die Länge dieser Geraden entspricht
der Länge des erfassten Bereichs in X-Richtung und beträgt
bevorzugt zwischen 1 mm und 30 cm. Die senkrecht auf der X-Achse
stehende Y-Achse, die ebenfalls in der Identifikatorebene liegt, gibt
die zweite Dimension des erfassten Bereichs an. Die Größe
des erfassten Bereichs entlang der Y-Achse ist abhängig
von der Spotgröße des Lasers und sie ist davon
abhängig, ob eine Erfassung nur in einer Richtung (X) oder
auch in einer zweiten Richtungen (Y) vorgenommen wird.
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Bei
der (späteren) Authentifizierung sollte die Lage von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander nach Möglichkeit die gleiche
sein, wie bei der Ersterfassung. Geringe Abweichungen sind immer gegeben,
da das Objekt im Laufe der Zeit Veränderungen unterworfen
sein kann und Erfassungseinheiten niemals absolut identisch gebaut
sind, sondern Fertigungsabweichungen aufweisen. Je höher
die Übereinstimmung der Lage ist, desto sicherer lässt sich
eine Aussage darüber treffen, ob das erfasste Objekt mit
einem bereits früher erfassten Objekt identisch ist oder
nicht. Nach Möglichkeit sollte die Lage des Identifikators
bei der Authentifizierung (X, Y, Z-Koordinaten) gegenüber
der Lage des Identifikators bei der Ersterfassung um weniger als
1 cm, bevorzugt um weniger als 5 mm, besonders bevorzugt um weniger
als 1 mm abweichen. Der Identifikator sollte gegenüber
der Lage bei der Ersterfassung um weniger als 10° gekippt
sein (um die X-Achse bzw. um die Y-Achse) sowie um weniger als 10° gedreht sein
(um die Z-Achse).
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Je
nach Aufgabe, für die das erfindungsgemäße
Verfahren eingesetzt wird, ergeben sich verschiedene Abläufe:
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1. reine Identifizierung:
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur
reinen Identifizierung von Objekten eingesetzt werden, unterscheidet
sich dann aber nicht von einem Identifizierungsverfahren anhand
optischer Codes nach dem Stand der Technik.
- a.
Manuelle und/oder ggf. automatische Positionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein
Teil des optischen Codes vom Codebereich und/oder eine Markierung
an der Erfassungseinheit als Orientierungsmittel dienen,
- b. Bestrahlung des Codebereichs mit elektromagnetischer Strahlung,
- c. Erfassen der vom Codebereich zurückgesandten elektromagnetischen
Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen
Signals in ein elektronisches Signal,
- d. Digitalisierung des elektronischen Signals, Dekodierung des
digitalisierten Signals zur Ermittlung eines Identifizierungscodes,
- e. ggf. Vergleich des Identifizierungscodes mit Identifizierungscodes,
die in einer Datenbank gespeichert sind,
- f. ggf. Ausgabe des Identifizierungscodes,
- g. ggf. Ausgabe einer anderen Information, die mit dem Identifizierungscode
in Zusammenhang steht (z. B. Preis einer Ware).
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2. reine Authentifizierung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur
reinen Authentifizierung von Objekten eingesetzt werden. Es unterscheidet
sich vom Stand der Technik dahingehend, dass, falls erforderlich,
eine Positionierung des Identifikators anhand des optischen Codes
des Codebereichs erfolgt. Das erfindungsgemäße
Verfahren unterscheidet sich darüber hinaus vom Stand der
Technik dahingehend, dass das Signal zur Authentifizierung des Objekts
aus einem Signal, das Anteile des Signals vom Codebereich enthält,
mittels Signalfilterung teilweise befreit werden kann.
- a. Manuelle und/oder automatische Positionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein
Teil des optischen Codes vom Codebereich und/oder eine Markierung
der Erfassungseinheit als Orientierungsmittel dienen,
- b. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei der Codebereich oder ein
Teil des Codebereichs mit elektromagnetische Strahlung bestrahlt
werden, das vom Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte
Licht mittels mindestens eines Detektors erfasst, analysiert und
anhand des analysierten Signals ein Aktuator angesteuert wird, der
eine Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit
zueinander vornimmt,
- c. Bestrahlung des Streubereichs mit kohärenter elektromagnetischer
Strahlung,
- d. Erfassung der vom Streubereich zurückgegebenen elektromagnetischen
Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des
elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal,
- e. ggf. Signalfilterung, falls Codebereich und Streubereich
teilweise oder ganz überlappen, um das Streusignal weitestgehend
vom Codesignal zu befreien,
- f. ggf. Digitalisierung und Dekodierung des Streusignals zur
Ermittlung einer Signatur,
- g. ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten, die
zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden,
- h. ggf. Ausgabe von Informationen darüber, inwieweit
die Signatur des Objekts mit einer der Signaturen von Objekten,
die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
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3. kombinierte Identifizierung
und Authentifizierung
-
Bei
der kombinierten Identifizierung und Authentifizierung erfolgen
eine Identifizierung und eine Authentifizierung des Objekts nacheinander.
Bevorzugt erfolgt in einem ersten Schritt eine Identifizierung und
in einem zweiten Schritt eine Authentifizierung:
- a.
Manuelle und/oder automatische Positionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein
Teil des optischen Codes vom Codebereich und/oder eine Markierung
der Erfassungseinheit als Orientierungsmittel dienen,
- b. Bestrahlung des Codebereichs mit elektromagnetischer Strahlung,
- c. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei das vom Codebereich oder
einem Teil des Codebereichs reflektierte Licht mittels mindestens
eines Detektors erfasst, analysiert und anhand des analysierten
Signals ein Aktuator angesteuert wird, der eine Feinpositionierung
von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vornimmt,
- d. Erfassen der vom Codebereich zurückgesandten elektromagnetischen
Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen
Signals in ein elektronisches Signal, ggf. Digitalisierung des elektronischen
Signals, ggf. Dekodierung des digitalisierten Signals zur Ermittlung
eines Identifizierungscodes, ggf. Vergleich des Identifizierungscodes mit
Identifizierungscodes, die in einer Datenbank gespeichert sind,
ggf. Ausgabe des Identifizierungscodes, ggf. Ausgabe einer anderen
Information, die mit dem Identifizierungscode in Zusammenhang steht
(z. B. Preis einer Ware),
- e. Bestrahlung des Streubereichs mit kohärenter elektromagnetischer
Strahlung,
- f. Erfassung der vom Streubereich zurückgegebenen elektromagnetischen
Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen
Signals in ein elektronisches Signal, ggf. Signalfilterung, falls
Codebereich und Streubereich teilweise oder ganz überlappen,
um das Streusignal weitestgehend vom Codesignal zu befreien, ggf.
Digitalisierung und Dekodierung des Streusignals zur Ermittlung
einer Signatur, ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten,
die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, ggf. Ausgabe
von Informationen darüber, inwieweit die Signatur des Objekts mit
einer der Signaturen von Objekten, die zu einem früheren
Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
-
4. simultane Identifizierung
und Authentifizierung
-
Bei
der simultanen Identifizierung und Authentifizierung erfolgen eine
Identifizierung und eine Authentifizierung des Objekts gleichzeitig:
- a. Manuelle und/oder automatische Positionierung
von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische
Code oder ein Teil des optischen Codes vom Codebereich und/oder eine
Markierung der Erfassungseinheit als Orientierungsmittel dienen,
- b. Bestrahlung des Codebereichs und Streubereichs mit kohärenter
elektromagnetischer Strahlung,
- c. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator
und Erfassungseinheit zueinander, wobei das vom Codebereich oder
einem Teil des Codebereichs reflektierte Licht mittels mindestens
eines Detektors erfasst, analysiert und anhand des analysierten
Signals ein Aktuator angesteuert wird, der eine Feinpositionierung
von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vornimmt,
- d. Erfassen der vom Codebereich und Streubereich zurückgesandten
elektromagnetischen Strahlung mittels mindestens eines Detektors
und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches
Signal, ggf. Digitalisierung des Signals, ggf. Signalfilterung zur
Ermittlung getrennter Signale für Identifizierung und Authentifizierung,
ggf. Digitalisierung der Signale, ggf. Dekodierung des Signals zur
Identifizierung zur Ermittlung des Identifizierungscodes, ggf. Dekodierung
des Signals zur Authentifizierung zur Ermittlung der Signatur, ggf.
Ausgabe des Identifizierungscodes, ggf. Ausgabe einer anderen Information,
die mit dem Identifizierungscode in Zusammenhang steht (z. B. Preis
einer Ware), ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten, die
zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, ggf. Ausgabe
von Informationen darüber, inwieweit die Signatur des Objekts
mit einer der Signaturen von Objekten, die zu einem früheren
Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
-
Es
sei erwähnt, dass die Schritte in den oben aufgeführten
Abläufen nicht notwendigerweise in der aufgeführten
Reihenfolge erfolgen müssen. Insbesondere kann die Signalfilterung
vor oder nach der Digitalisierung des elektronischen Signals erfolgen. Bevorzugt
erfolgt die Signalfilterung mittels Frequenzfilter unter Verwendung
elektronischer Schaltungen. Es werden bevorzugt Hochpassfilter und/oder
Bandpassfilter eingesetzt. Die konkrete Auslegung des Signalfilters
ist abhängig von der konkreten Ausführungsform
der Erfindung. Hier sei auf Lehrbücher der Signalverarbeitung
verwiesen (z. B. Martin Meyer, Signalverarbeitung, Analoge
und digitale Signale, 4. Auflage, Vieweg-Verlag, 2006).
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren vereint die Vorteile
der Identifizierung von Objekten durch Erfassung optischer Codes
und der Authentifizierung von Objekten mittels Erfassung des Streuverhaltens. Darüber
hinaus führt das erfindungsgemäße Verfahren
zu synergistischen Effekten. Zunächst erlaubt das Vorhandensein
des Codebereichs eine effektive und effiziente Positionierung von
Identifikator und Erfassungseinheit zueinander. Durch den Codebereich ist
es möglich, den zur Authentifizierung verwendeten Bereich
bei jeder erneuten Erfassung stets aufzufinden. Des Weiteren erlaubt
das erfindungsgemäße Verfahren die Nutzung des
für Identifizierungslösungen anhand optischer
Codes ggf. bereits vorhandenen IT-Systems. Insbesondere erlaubt
das erfindungsgemäße Verfahren eine langsame Migration von
einer reinen Identifizierungslösung hin zu einer kombinierten
Identifizierungs-/Authentifizierungslösung. Denn der erfindungsgemäße
Identifikator kann auch zur reinen Identifizierung eingesetzt werden, wobei
auch bestehende Erfassungssystem für optische Codes verwendet
werden können. Somit kann ein Nutzer des erfindungsgemäßen
Verfahrens die bestehenden Erfassungssysteme für die Identifizierung
anhand optischer Codes allmählich durch die erfindungsgemäßen
Erfassungssysteme substituieren und die Datenbank für Identifizierungslösungen
um die Möglichkeit zur Speicherung und zum Abgleich von
Authentifizierungs-Referenzdatensätzen erweitern.
-
Schließlich
ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren
die Verwendung einer einzigen Erfassungseinheit für die
Identifizierung und Authentifizierung, ggf. sogar für eine
simultane Identifizierung und Authentifizierung. Die Erfassungseinheit
ist im Folgenden näher beschrieben.
-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Erfassungseinheit zur
parallelen Identifizierung und Authentifizierung von Objekten.
-
Die
erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst mindestens
eine Quelle für kohärente elektromagnetische Strahlung,
vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 350 nm und
1900 nm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 400 nm und 1000
nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 500 nm und 800
nm. Mittels der kohärenten Strahlungsquelle wird der Identifikator
oder ein Teil des Identifikators beleuchtet.
-
Die
Geometrie des Laserspots auf der Oberfläche des Identifikators
ist bevorzugt elliptisch ausgeführt, wobei die längere
Achse der Ellipse bevorzugt senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung
zwischen Erfassungseinheit und Identifikator liegt. Die Länge
der Achsen liegt bevorzugt zwischen 1 μm und 10 mm.
-
Die
erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst weiterhin
mindestens eine Detektoreinheit zur Aufnahme der von dem Identifikator
oder einem Teil des Identifikators zurückgesandten elektromagnetischen
Strahlung. Die mindestens eine Detektoreinheit wandelt elektromagnetische
Strahlung in elektronische Signale um. Als Detektoreinheit kommen
z. B. Photodioden oder Kameras (CCD, CMOS) in Betracht.
-
Die
erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst weiterhin
mindestens einen Analog/Digitalwandler (A/D-Wandler), der analoge
elektronische Signale in digitale elektronische Signale umwandelt.
-
Die
erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst weiterhin
mindestens einen Dekodierbaustein, der die elektronischen Signale
in digitale Informationen überführt. Der Dekodierbaustein
ist in der Regel ein Mikroprozessor.
-
Im
Folgenden seien zur Verdeutlichung einige Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Erfassungseinheit dargestellt,
ohne die Erfindung jedoch auf diese Ausführungsformen zu
beschränken.
-
Eine
besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in 4 dargestellt. Als Quelle für
elektromagnetische Strahlung wird ein Laser (4-1) verwendet.
Die vom Laser emittierte kohärente Strahlung (4-2)
wird mittels eines Spiegels (4-3) und geeigneter Linsen
(4-4) auf die Oberfläche eines Identifikators
(4-5) fokussiert. Der Spiegel (4-3) ist halbdurchlässig
ausgeführt. Identifikator und Erfassungseinheit werden
zueinander bewegt. Die vom Identifikator zurückgesandte
Strahlung wird auf einen Detektor (4-6) geleitet, in dem
die Umwandlung in ein elektronisches Signal erfolgt. Das elektronische
Signal wird mittels eines Signalfilters so aufgearbeitet, dass zwei
Signale resultieren, wobei ein Signal überwiegend Informationen über
den optischen Code enthält und zur Identifierung herangezogen
wird und das andere Signal überwiegend Informationen über
das Streuverhalten enthält und zur Authentifizierung herangezogen
wird. Die Signale werden im Dekodierbaustein (4-8) dekodiert.
Der Dekodierbaustein ist mit einer externen Peripherie (hier nicht
gezeigt) verbunden, in der die dekodierten Signale weiterverarbeitet
werden.
-
Die
Bewegung von Identifikator und Erfassungseinheit relativ zueinander
erfolgt mittels eines Aktuators (hier nicht gezeigt). Die Bewegung
erfolgt unter Einhaltung eines konstanten Abstands zwischen Identifikator
und Erfassungseinheit längs des Identifikators. Als Aktuatoren
kommen elektrische Motoren wie Servomotoren, Schrittmotoren oder
andere Motoren in Frage. Daneben kommen prinzipiell auch andere
Aktuatoren in Frage, die eine relative Bewegung von Identifkator
und Erfassungeinheit zueinander ermöglichen, wie z. B.
Piezoaktoren.
-
Die
Bewegung kann so ausgeführt sein, dass der Identifikator
ortsfest ist und die Erfassungseinheit bewegt wird; die Bewegung
kann aber auch so ausgeführt sein, dass die Erfassungseinheit
ortsfest ist und der Identifikator bewegt wird.
-
Es
ist auch möglich, die Erfassungseinheit und den Identifikator
unbewegt zu lassen, und den elektromagnetischen Strahl mittels einer
Scanvorrichtung über den Identifikator zu führen.
Ein Beispiel einer solchen Scanvorrichtung ist in 5 gezeigt, wo
ein Spiegelrad verwendet wird: Ein Laser (5-1) emittiert
kohärente elektromagnetische Strahlung (5-2),
die durch einen Spiegel mit Loch (5-5) auf ein Spiegelrad
(5-3) geleitet wird. Die Rotation des Spiegelrads bewirkt,
dass die elektromagnetische Strahlung den Identifikator (5-4)
in Längsrichtung überstreicht. Die vom Identifikator
zurückgesandte Strahlung wird mittels geeigneter Linsen
(5-6) auf einen Detektor (5-7) geleitet. Alternativ
zum Spiegelrad kann auch ein Schwing- oder Kippspiegel verwendet werden.
Ebenso ist es möglich, zwei Schwing- oder Kippspiegel,
die eine Bewegung senkrecht zueinander ausführen, zu kombinieren,
um den Identifikator nicht nur eindimensional sondern in zwei Dimensionen
abzutasten. Genauso ist es denkbar, einen Schwing- oder Kippspiegel
mit einem Spiegelrad zu kombinieren, um denselben Effekt der flächenhaften Abtastung
des Identifikators zu erreichen. Natürlich können
auch andere optische Elemente, die elektromagnetische Strahlung
in geeigneter Weise ablenken können, zu diesem Zweck verwendet
werden.
-
In
6 ist
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Erfassungseinheit gezeigt. Die bisherigen Ausführungsformen
(
4,
5) kamen mit einem Detektor
aus. Es kann aber sinnvoll und nützlich sein, die erfindungsgemäße
Erfassungseinheit mit mehreren Detektoren auszustatten. Wie bereits
oben erläutert und aus
2 ersichtlich
ist das Streusignal schwächer als das Signal, das durch Abtastung
des optischen Codes gewonnen wird. Zusätzliche Detektoren
können zur Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses
herangezogen werden. Daneben erlauben zusätzliche Detektoren
die Durchführung einer Kreuzkorrelation zwischen den Signalen,
die an verschiedenen Detektoren gemessen werden. Die Kreuzkorrelation
kann zur Signalverarbeitung und Ermittlung der Signatur verwendet
werden, wie im Detail in
WO
2005088533(A1) ausgeführt wird.
-
Zusätzlich
zu den bereits aus 4 bekannten Elementen verfügt
die Ausführungsform in 6 über
weitere Detektoren (6-1, 6-2), die in einem Winkel
seitlich um die auf den Identifikator einfallenden Strahlung angebracht
sind. Diese Detektoren werden für die Aufnahme des Streusignals,
das zur Authentifizierung herangezogen wird, verwendet. Ein weiterer Detektor
(6-3) wird für die Aufnahme des Signals zur Identifizierung
verwendet. Ggf. verfügt die Erfassungseinheit über
einen Signalfilter (6-4), der das Streusignal weitestgehend
von niedrigen Frequenzen, die vom optischen Code herrühren,
befreit. In einem Dekodierbaustein (6-5) erfolgt die Dekodierung der
Signale. Der Detektor (6-3) kann ggf. auch noch zur Ermittlung
des Streusignals verwendet werden.
-
Neben
den seitlich angebrachten Detektoren (6-1, 6-2)
können weitere Detektoren um den einfallenden Strahl angebracht
werden. Dabei liegen die Detektoren bevorzugt innerhalb einer Ebene
zusammen mit dem einfallenden Strahl. Die Detektoren sind bevorzugt
in einem Winkelbreich von 5° bis 20° seitlich
des einfallenden Strahls angeordnet.
-
7 zeigt
eine weitere besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Erfassungseinheit. Der Identifikator wird mittels eines aufgeweiteten
Laserstrahls (7-2) flächig beleuchtet. Die vom Identifikator
zurückgeworfene Strahlung wird auf einen Flächensensor
(7-4) geleitet. Als Flächensensoren kommen z.
B. Kamerasysteme (CCD, CMOS) in Frage. Aber auch eine flächige
Anordnung von Photodioden ist denkbar. Das Detektorsystem erfasst den
gesamten Messbereich des Identifikators auf einmal. Das Signal wird
analog des Beispiels in den 2 und 3 ausgewertet.
-
Die
Positionierung des Identifkators relativ zur Erfassungseinheit kann
mit Hilfe eines Flächensensors auch elektronisch und/oder
softwaretechnisch vorgenommen werden. Hierzu ist der Kameraausschnitt,
d. h. der Bereich, den der Flächensensor erfasst, größer
als der auf dem Flächensensor abgebildete Identifikator.
Auf dem Flächensensor wird der optische Code sowie dessen
Umgebung abgebildet. Die Helligkeitsunterschiede werden durch den
Flächensensor in elektronische Signale überführt.
Da die einzelnen Elemente des Flächensensors (Pixel genannt)
einzeln addressbar und auslesbar sind, kann ausgelesen werden, in
welchem Bereich des Kameraausschnitts der optische Code abgebildet wird.
Da die Geometrie des Identifikators und die Anordnung von Streubereich
und Codebereich auf dem Identifikator bekannt sind, kann berechnet
werden, welche Pixel des Flächensensors ausgelesen werden
müssen, um das Signal vom Streubereich zu ermitteln.
-
Insbesondere
ist es möglich, zur Authentifizierung nur die Pixel auszulesen
und zur Ermittlung des Streuverhaltens heranzuziehen, die eine Mindesthelligkeit
aufweisen. Das bedeutet, dass die Pixel, auf die dunkle Bereiche
des optischen Codes abgebildet werden, gar nicht zur Ermittlung
des Streuverhaltens herangezogen werden, um das Problem der Signalfilterung
zu umgehen.
-
Es
sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Erfassungseinheit
auch durch Kombination von Elementen aus den Ausführungsformen
der 4, 5, 6 und 7 gewonnen
werden kann. So ist es z. B. möglich, in einer erfindungsgemäßen
Erfassungseinheit einen Flächendetektor z. B. mit einer Photodiode
zu kombinieren. Der Flächendetektor dient der schnellen
Identifikation und Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit
zueinander, da der Flächendetektor den Identifikator als
Ganzes erfasst und damit keine Bewegung von Identifikator und Erfassungseinheit
zueinander vollzogen werden muss. In einem zweiten Schritt wird
der Streubereich des Identifikators mittels Laser abgetastet und
das Streuverhalten erfasst. Zur Identifizierung ist weiterhin nicht
unbedingt ein Laser erforderlich, sodass die erfindungsgemäße
Erfassungseinheit z. B. mit LED (Light Emitting Diodes) ausgestattet
wird, die den Identifikator zur Erfassung des optischen Codes und/oder
zur Positionierung des Identikators, insbesondere des Streubereichs
relativ zur Erfassungseinheit, flächig beleuchten, während
ein Laser nur für die Authentifizierung eingesetzt wird.
-
Bevorzugt
verfügt die erfindungsgemäße Erfassungseinheit über
ein Gehäuse, um die Komponenten vor Verschmutzung zu schützen.
Bevorzugt ist in das Gehäuse mindestens ein Fester eingefügt, durch
das der elektromagnetische Erfassungsstrahl austreten und auf den
Identifikator gelangen kann. Ferner kann die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung
bevorzugt durch dasselbe Fenster in das Gehäuse und auf
den Detektor gelangen.
-
Bevorzugt
wird der Identifikator zur Identifikation und/oder Authentifikation
manuell zum Fenster positioniert. Hierzu können Markierungen
auf oder am Gehäuse oder auf oder im Fenster verwendet werden.
Bevorzugt bleibt der Identifikator relativ zum Fenster und zum Gehäuse
unbewegt, während die Erfassungseinheit und/oder die elektromagnetische Strahlung
innerhalb des Gehäuses bewegt wird. Bei Verwendung ausschließlich
eines Flächensensors als Detektoreinheit ist natürlich
gar keine Bewegung nötig.
-
Es
ist denkbar, in das Gehäuse mehrere Erfassungseinheiten
nebeneinander einzubringen, um das Signal/Rauschverhältnis
zu erhöhen oder um eine schnellere Identifizierung und/oder
Authentifizierung vornehmen zu können.
-
Die
erfindungsgemäße Erfassungseinheit ist bevorzugt
mit einer Peripherie verbunden, in der die dekodierten Signale weiterverarbeitet
werden. Die Verbindung mit der Peripherie kann elektronisch über Kabel, über
Funk, optisch, akustisch oder über einen anderen Kanal
der Signalübertragung verbunden sein. Die Peripherie umfasst
bevorzugt eine Datenbank mit gespeicherten Signaturen und/oder Identifikationscodes.
Sie umfasst weiterhin bevorzugt Bauelemente (Mikroprozessoren) zum
Abgleich zwischen den bereits zu einem früheren Zeitpunkt
erfassten Signaturen und aktuell erfassten Signaturen. Sie umfasst
weiterhin bevorzugt weitere Daten, die den Identifikationscodes
zugeordnet werden können. Bevorzugt umfasst die Peripherie
die Möglichkeit, Informationen an einen Benutzer mit Hilfe
optischer und/oder akustischer und/oder anderer die Sinne des Menschen
ansprechenden Signale.
-
Es
ist denkbar, Teile der Peripherie zusammen mit einer oder mehreren
Erfassungseinheiten in ein Gehäuse einzubringen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Erfassungseinheit eignen sich zur Identifizierung und/oder Authentifizierung
von Personen, Tieren und allen denkbaren Gegenständen wie
Verpackungen, Briefe, Pakete, Dokumente, Geld, Ausweise, Schmuck,
Medikamente, elektronische und mechanische Bauteile, Zwischenprodukte, Endprodukte,
weitere Wertgegenstände, etc.
-
Die
Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus, ist stationär
und mobil einsetzbar, intuitiv anwendbar, kostengünstig
in der Herstellung und Verwendung und erlaubt die Kombination mit
bereits existierenden Verfahren zur Identifikation anhand optischer
Codes.
-
1 zeigt
einen Identifikator mit einem Codebereich (1-1) und einem
Streubereich (1-1). Codebereich (1-1) und Streubereich
(1-1) können getrennt voneinander vorliegen (1(a)), sie können sich teilweise überlappen
(1(b)) und ein Bereich kann den anderen
Bereich vollständig umfassen (1(c) und 1(d)).
-
2(a) zeigt das an einem Detektor gemessene
Signal (2-3) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch
elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die vom Codebereich (2-1)
reflektiert wird. 2(b) zeigt das an
einem Detektor gemessene Signal (2-4) in Form einer Helligkeitskurve
an, das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt
wird, die vom Streubereich (2-2) reflektiert wird. 2(c) zeigt das an einem Detektor gemessene
Signal (2-6) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch kohärente
elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die von einem Bereich
(2-5) des Identifikators reflektiert wird, in dem sich
Codebereich und Streubereich überlappen.
-
3 zeigt
die Wirkung der Signalfilterung. Das an einem Detektor gemessene
Signal (3-1), das durch kohärente elektromagnetische
Strahlung erzeugt wird, die von einem Bereich des Identifikators reflektiert
wird, in dem sich Codebereich und Streubereich überlappen,
wird durch Signalfilterung weitgehend von den niederfrequenten Anteilen,
die vom optischen Code herrühren, befreit (3-2).
-
4 zeigt
eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (4-1),
die kohärente elektromagnetische Strahlung (4-2)
erzeugt, einem halbdurchlässigen Spiegel (4-3),
Linsen zur Fokussierung (4-4) der elektromagnetischen Strahlung
auf einen Identifikator (4-5), einem Detektor (4-6),
einem Signalfilter (4-7) und einem Dekodierbaustein (4-8).
-
5 zeigt
eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (5-1),
die kohärente elektromagnetische Strahlung (5-2)
erzeugt, einem Spiegel mit Loch (5-3), Linsen zur Fokussierung
(5-6), einem Detektor (5-7) und einem Spiegelrad
(5-3), welches die elektromagnetische Strahlung über
den Identifikator (5-4) rastert.
-
6 zeigt
eine Erfassungseinheit mit analogen Komponenten, wie im Beispiel
von 4 und zusätzlich zwei Detektoren (6-1, 6-2),
die seitlich um den auf den Identifikator fallenden Strahl angebracht sind.
Die Detektoren (6-1, 6-2) dienen der Aufnahme des
Streusignals, während Detektor (6-3) der Aufnahme
des Identifikationssignals dient. Wiederum sind Signalfilter (6-4)
und Dekodierbaustein (6-5) zur Verarbeitung der Signale
eingebracht.
-
7 zeigt
eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (7-1)
für kohärente elektromagnetische Strahlung (7-2),
welche den Identifikator flächig (7-3) beleuchtet.
Ein Flächendetektor (7-4) dient der Aufnahme der
vom Identifikator zurückgesandten Strahlung, wobei eine
Abbildung des Identifikators auf den Flächendetektor erfolgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005088533
A1 [0010, 0011, 0012, 0012, 0012, 0012, 0013, 0029, 0036, 0057]
- - WO 2006016114 A1 [0029, 0036]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - C. Demant,
B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrielle Bildverarbeitung,
Springer-Verlag, 1998, S. 133 ff [0029]
- - J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84
ff [0029]
- - Martin Meyer, Signalverarbeitung, Analoge und digitale Signale,
4. Auflage, Vieweg-Verlag, 2006 [0043]