DE102008007731B4

DE102008007731B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten

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Publication number: DE102008007731B4
Application number: DE102008007731A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Gerigk; Ludger Prof. Dr. Brüll; Martin Dr. Friedrich; Jürgen Focke; Simon Vougioukas; Josef Kenfenheuer; Klaus WÜRSCHINGER; Wolfgang Joa
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer Intellectual Property GmbH
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-02-06
Also published as: DE102008007731A1

Abstract

Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts umfassend einen Identifikator mit einem Codebereich enthaltend mindestens einen optischen Code und mit einem Streubereich enthaltend eine Vielzahl von Streuzentren, wobei der Identifikator zur Identifizierung und/oder Authentifizierung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die vom Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, in einem ersten Schritt manuell gegenüber einer Erfassungseinheit positioniert wird, in einem zweiten Schritt der mindestens eine optische Code oder ein Teil des mindestens einen optischen Codes mittels elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die vom optischen Code oder von einem Teil des optischen Codes zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches Signal überführt wird und dieses elektronische Signal zur Ansteuerung eines Aktuators verwendet wird, der eine Feinpositionierung des Objekts relativ zur Erfassungseinheit vornimmt, in einem dritten Schritt der Streubereich, dessen...

Description

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.
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.
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 Lücken. 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.
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.
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.
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.
Optische Codes lassen sich jedoch einfach kopieren und reproduzieren und fälschen, sodass sie zu einer Authentifizierung von Objekten nicht herangezogen werden können.
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.
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.
In WO 2005088533 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das zur Identifizierung und 1 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 Winkeln 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Für die Authentifizierung des Objekts wird bevorzugt kohärente elektromagnetische Strahlung verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 WO 2006016114 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, 2002, S. 135 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff).
Der Identifikator kann zur Identifizierung und/oder Authentifizierung durch einen elektromagnetischen Strahl punktförmig oder linienförmig abgerastert oder flächenhaft bestrahlt werden.
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.
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.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, das der Codebereich zur manuellen und/oder automatischen Positionierung und/oder Positionsbestimmung herangezogen wird.
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.
Die Positioniergenauigkeit spielt für zwei Prozesse, die miteinander im Zusammenhang stehen, eine wichtige Rolle: die Ersterfassung und die Authentifizierung.
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 WO 2006016114 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.
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).
Je nach Aufgabe, für die das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, ergeben sich verschiedene Abläufe:
1. reine Identifizierung:
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).

2. reine Authentifizierung
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.

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.

Claims

Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts umfassend einen Identifikator mit einem Codebereich enthaltend mindestens einen optischen Code und mit einem Streubereich enthaltend eine Vielzahl von Streuzentren, wobei der Identifikator zur Identifizierung und/oder Authentifizierung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die vom Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, in einem ersten Schritt manuell gegenüber einer Erfassungseinheit positioniert wird, in einem zweiten Schritt der mindestens eine optische Code oder ein Teil des mindestens einen optischen Codes mittels elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die vom optischen Code oder von einem Teil des optischen Codes zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches Signal überführt wird und dieses elektronische Signal zur Ansteuerung eines Aktuators verwendet wird, der eine Feinpositionierung des Objekts relativ zur Erfassungseinheit vornimmt, in einem dritten Schritt der Streubereich, dessen Lage in Relation zur Lage des optischen Codes eindeutig festgelegt ist, mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, und die von dem streuenden Bereich zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches Signal überführt wird, aus dem eine eindeutige Signatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Teil des Streubereichs mit einem Teil des Codebereichs überlappt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Codebereich innerhalb des Streubereichs liegt oder der Streubereich innerhalb des Codebereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Codebereich und Streubereich identisch sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator oder ein Teil des Identifikators mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung Punkt- oder linienförmig abgetastet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator oder ein Teil des Identifikators mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung flächig beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung mittels eines Signalfilters gefiltert wird, um niedrige Frequenzen, die von dem optischen Code herrühren, herauszufiltern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Identifizierung und Authentifizierung nacheinander erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Identifizierung und Authentifizierung gleichzeitig erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens ein Detektor ein Flächendetektor verwendet wird, auf dem der optische Code abgebildet wird, und nur die hellen Pixel des optischen Codes auf dem Flächendetektor zur Ermittlung einer Signatur herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt in einem ersten Schritt mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, in einem zweiten Schritt die vom Objekt zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen wird und in ein elektronisches Signal überführt wird, in einem dritten Schritt eine Signalfilterung vorgenommen wird, die dazu führt, das zwei Signale entstehen, von denen ein Signal vorwiegend Informationen über den optischen Code enthält und das andere Signal vorwiegend Informationen über das Streuverhalten der streuenden Fläche des Objekts enthält, wobei das erste Signal zur Identifizierung und das zweite Signal zur Authentifizierung herangezogen wird.