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Hintergrund
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Es wird ein Verfahren beschrieben zur Kontrolle von Wasserzeichen in einem Trägermaterial, zum Beispiel Papier, und insbesondere in sicherheitsrelevanten Dokumenten oder Druckerzeugnissen wie Banknoten, Ausweisdokumenten, etc.
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Wasserzeichen werden häufig als Sicherheitsmerkmal verwendet, da sie zum einen nur mit großem Aufwand reproduziert werden können und zum anderen durch eine einfache Durchlichtbeleuchtung für das menschliche Auge sichtbar gemacht werden können. Aufgrund der strukturellen Eigenschaften der Wasserzeichen ist eine automatische Erfassung allerdings ungleich schwieriger.
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Wasserzeichen werden bereits während des Herstellprozesses in die Struktur des Trägermaterials eingebracht. Die Faserschicht des Trägermaterials ist in den Bereichen des Wasserzeichens dünner oder dicker als in den übrigen Bereichen. Im Durchlicht erscheint dann eine dünnere Faserschicht heller und eine dickere Faserschicht dunkler. Da Wasserzeichen strukturelle Merkmale im Trägermaterial sind, erscheinen ihre Kanten im Vergleich zu gedruckten Kanten meist unscharf. Ebenso ist der Kontrast zwischen Wasserzeichen und Hintergrund in der Regel geringer als der Kontrast gedruckter Bilder. Dies führt dazu, dass eine automatische Erfassung nicht oder nur mit komplexen Verfahren/Vorrichtungen möglich ist.
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Insbesondere bei der Herstellung von Papier, das Wasserzeichen aufweist, und beim Druck von Banknoten oder anderen sicherheitsrelevanten Druckerzeugnissen kann dies zu erheblichen Problemen führen. Oft ist es nicht wirtschaftlich, komplexe Bildverarbeitungsverfahren zur Kontrolle einzelner Herstellschritte einzusetzen. Stattdessen werden die Wasserzeichen dann durch visuelle Inspektion kontrolliert.
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Beim Überwachen der Herstellung oder der Weiterverarbeitung von Papier mit Wasserzeichen oder von Banknoten ist es in der Regel ausreichend, zu ermitteln, ob ein Wasserzeichen vorhanden ist und ob das Wasserzeichen richtig angeordnet ist. Das Unterscheiden unterschiedlicher Motive ist nicht notwendig, da die Form des Wasserzeichens bekannt ist und innerhalb einer Serie nicht variiert.
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Problem
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Es besteht somit die Aufgabe, mit geringem Aufwand ein in einen Träger eingebrachtes Wasserzeichen schnell und zuverlässig zu erfassen und zu beurteilen, ob das Wasserzeichen den vorgegebenen Anforderungen entspricht.
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Vorgeschlagene Lösung
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Kontrolle eines in einen Träger eingebrachten Wasserzeichens vorgeschlagen. In dem Verfahren wird der das Wasserzeichen enthaltende Träger beleuchtet; ein Bild des Trägers als Durchlicht-Grauwertebild erfasst, wobei einer Mehrzahl von Bildpunkten jeweils ein Grauwert zugeordnet wird; ein zu kontrollierender Wasserzeichen-Bereich innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes definiert; ein erstes Glättungsfilter auf den Wasserzeichen-Bereich angewendet, um ein erstes geglättetes Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches zu erhalten; ein Differenzbild aus dem Wasserzeichen-Bereich und dem ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches ermittelt; ein erster Schwellenwert definiert; die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes ermittelt, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist; ein zweiter Schwellenwert definiert; die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes mit dem zweiten Schwellenwert verglichen; ein erstes Signal ausgegeben, wenn die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes kleiner als der zweite Schwellenwert ist; oder ein zweites Signal ausgegeben, wenn die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes größer als der zweiten Schwellenwert ist.
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Dieses Verfahren ermöglicht es, auf einfache Weise ein Wasserzeichen zu erkennen. Da das Verfahren keine komplexen Verfahrensschritte umfasst, kann es auch auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung mit geringer Rechenleistung ausgeführt werden. Ebenso bestehen keine besonderen Anforderungen an die Qualität des Bildes.
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Da nicht die Form des Wasserzeichens, sondern nur eine Anzahl von Grauwerten beurteilt wird, kann das Verfahren auch dann angewendet werden, wenn Teile des Wasserzeichens durch gedruckte Elemente verdeckt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht somit darin, dass es auch dann eingesetzt werden kann, wenn die Erfassung des Wasserzeichens erschwert ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn das Erscheinungsbild des Wasserzeichens stark schwankt oder wenn sich das Wasserzeichen auf Papier mit sichtbarer Textur befindet.
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Somit wird ein einfaches Verfahren bereitgestellt, das es ermöglicht, ein Wasserzeichen, das in einen Träger eingebracht worden ist, zuverlässig zu erfassen.
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Ausgestaltung und Eigenschaften
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Der Träger kann zum Beispiel Papier oder jedes andere Material sein, das ein Wasserzeichen enthält. Das Bild kann als digitales Grauwertebild erfasst und als Bilddatei gespeichert werden. Beim Erfassen des Bildes kann der Träger zwischen einer Lichtquelle und einer Kamera angeordnet sein. Daher entspricht das Bild einem Durchlicht-Grauwertebild des Trägers.
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Es ist ersichtlich, dass der Vergleich der ermittelten Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes, deren Grauwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist, auf unterschiedliche Arten erfolgen kann. So ist es zum Beispiel auch möglich, dass anstatt der Anzahl der Bildpunkte, deren Grauwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist (Anzahl der dunklen Bildpunkte), die Anzahl der Bildpunkte ermittelt wird, deren Grauwert größer als der zweite Schwellenwert ist (Anzahl der hellen Bildpunkte). Dabei kann dann aus der Anzahl der hellen Bildpunkte und der Gesamtzahl der Bildpunkte des Differenzbildes die Anzahl der dunklen Bildpunkte ermittelt werden.
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Auch kann, anstatt der Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist, die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes ermittelt werden, deren Grauwert größer als der erste Schwellenwert ist. Es ist ersichtlich, dass auch der zweite Schwellenwert entsprechend definiert werden muss.
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Die Verfahrensschritte Definieren eines zu kontrollierenden Wasserzeichen-Bereiches, Definieren eines ersten Schwellenwertes, und/oder Definieren eines zweiten Schwellenwertes können auch vor der Ausführung des Verfahrens oder zu Beginn des Verfahrens ausgeführt werden. Zum Beispiel kann zumindest einer der Schritte bereits vor der Ausführung des Verfahrens ausgeführt werden und der definierte Wert und/oder Bereich kann als Standardeinstellung in einer Speichereinrichtung hinterlegt werden. Beim Ausführen des Verfahrens wird dann der gespeicherte Wert ausgelesen. Diese Schritte können auch zu einem anderen Zeitpunkt während des Verfahrens ausgeführt werden. So kann zum Beispiel der Schritt Definieren eines ersten Schwellenwertes bereits vor dem Schritt Definieren eines zu kontrollierenden Wasserzeichen-Bereiches ausgeführt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann zusätzlich ein zweites Glättungsfilter verwendet werden. Dabei kann das zweite Glättungsfilter unmittelbar vor oder nach dem Anwenden des ersten Glättungsfilters angewendet werden. Das Glättungsfilter kann dabei auf den Wasserzeichen-Bereich innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes angewendet werden, so dass ein zweites geglättetes Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches entsteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Differenzbild aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches ermittelt. Dabei kann der Grauwert eines Bildpunktes des zweiten geglätteten Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches vom Grauwert eines korrespondierenden Bildpunktes des ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches subtrahiert werden. Die Subtraktion kann dabei nacheinander für alle Bildpunkte ausgeführt werden. Da negative Differenzwerte nicht unmittelbar als Grauwerte dargestellt werden können, können alle negativen Differenzwerte durch Null ersetzt werden. Es kann aber auch der Betrag der Differenz verwendet werden.
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Die Glättungsfilter können zum Beispiel Gaußfilter sein. Werden zwei Gaußfilter verwendet, kann die Standardabweichung der zwei Gaußfilter unterschiedlich sein. So kann die Standardabweichung des ersten Gaußfilters kleiner oder größer als die Standardabweichung des zweiten Gaußfilters sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Standardabweichung des ersten Gaußfilters wesentlich größer als die Standardabweichung des zweiten Gaußfilters sein.
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Das erste und/oder das zweite Gaußfilter kann jeweils in zwei zueinander orthogonale, eindimensionale Filterkerne aufgeteilt werden. Diese eindimensionalen Filterkerne können jeweils entlang einer Längs- oder Quer- oder Diagonalachse des Wasserzeichen-Bereiches angewendet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Standardabweichung des ersten und des zweiten Gaußfilters während des Verfahrens unabhängig voneinander verändert werden. So kann zum Beispiel die Standardabweichung des ersten Gaußfilters und des zweiten Gaußfilters derart verändert werden, dass die Kanten eines Wasserzeichens verstärkt werden.
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Nach der Definition des ersten Schwellenwertes kann den Bildpunkten des Differenzbildes, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist, ein erster Grauwert zugewiesen werden. Dieser Grauwert kann zum Beispiel ein minimaler Grauwert sein. Ebenso kann den restlichen Bildpunkten des Differenzbildes ein zweiter Grauwert zugewiesen werden. Dieser Grauwert kann zum Beispiel ein maximaler Grauwert sein.
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Der Wasserzeichen-Bereich kann die Form eines Quadrates, eines Rechteckes, eines Vieleckes, eines Kreises oder einer Ellipse oder einer sonstigen geschlossenen Fläche aufweisen.
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Das Verfahren kann auch zur Kontrolle einer Mehrzahl gleichartiger Wasserzeichen in einer Mehrzahl gleichartiger Träger eingesetzt werden. Die Mehrzahl gleichartiger Träger kann zum Beispiel eine Mehrzahl gleichartiger Banknoten umfassen, die alle ein gleichartiges Wasserzeichen aufweisen. Dabei kann das Wasserzeichen auf jedem Träger im Wesentlichen gleich angeordnet sein. Das Verfahren kann für einen ersten Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger ausgeführt werden. Dabei kann die Form und die Position des Wasserzeichen-Bereiches, der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert gespeichert werden. Für jeden weiteren Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger kann dann folgendes Verfahren ausgeführt werden: Beleuchten des das Wasserzeichen enthaltenden Trägers; Erfassen eines Bildes des Trägers als Durchlicht-Grauwertebild, wobei einer Mehrzahl von Bildpunkten jeweils ein Grauwert zugeordnet wird; Verwenden der gespeicherten Form und Position des Wasserzeichen-Bereiches, um einen Wasserzeichen-Bereich innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes zu definieren; Anwenden des ersten Glättungsfilters auf den Wasserzeichen-Bereich, um ein erstes geglättetes Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches zu erhalten; Ermitteln des Differenzbildes aus dem Wasserzeichen-Bereich und dem ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches; Ermitteln der Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist; Vergleichen der ermittelten Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes mit dem zweiten Schwellenwert; Ausgeben eines ersten Signals, wenn die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes kleiner als der zweite Schwellenwert ist und Ausgeben eines zweiten Signals, wenn die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes größer als der zweite Schwellenwert ist.
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Es ist ersichtlich, dass das Verfahren zur Kontrolle einer Mehrzahl gleichartiger Wasserzeichen in einer Mehrzahl gleichartiger Träger mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden kann. So können zwei Glättungsfilter verwendet werden. Diese zwei Glättungsfilter können zum Beispiel zwei Gaußfilter sein. Die Standardabweichungen der zwei Gaußfilter können für den ersten Träger der Mehrzahl gleichartigen Träger definiert werden. Die Werte der Standardabweichung können gespeichert werden und für die weiteren Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger verwendet werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die Bilder zwischen den einzelnen Verfahrensschritten zusätzlich mit Bildverarbeitungsverfahren bearbeitet werden. So kann beispielsweise bei zu hellen oder zu dunklen Bildern die Verteilung der Grauwerte verändert werden. Zum Beispiel kann in einem zu dunklen Bild dem größten Grauwert ein Maximalwert zugeordnet werden. Die anderen Grauwerte werden dann in einem weiteren Schrittentsprechend erhöht. Damit kann die Helligkeit des Bildes insgesamt erhöht werden, wobei die Helligkeitsunterschiede im Wesentlichen erhalten bleiben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen.
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, mit dem ein in einen Träger eingebrachtes Wasserzeichen kontrolliert werden kann.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens, mit dem ein in einen Träger eingebrachtes Wasserzeichen kontrolliert werden kann.
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3a zeigt ein Durchlicht-Grauwertebild eines Trägers, in dem ein Wasserzeichen eingebracht worden ist.
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3b zeigt ein Differenzbild des in 3a dargestellten Durchlicht-Grauwertebildes.
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3c zeigt ein binarisiertes Bild des in 3b dargestellten Differenzbildes.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, mit dem ein in einen Träger eingebrachtes Wasserzeichen kontrolliert werden kann. In Schritt 102 wird ein ein Wasserzeichen enthaltender Träger beleuchtet. Der Träger kann zum Beispiel aus Papier bestehen, das ein Wasserzeichen enthält. Derartiges Papier kann beispielsweise zum Herstellen von Banknoten verwendet werden.
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In Schritt 104 wird ein Bild des Trägers als Durchlicht-Grauwertebild erfasst. Dazu kann zum Beispiel eine Digitalkamera verwendet werden. Zum Erfassen des Bildes wird der Träger zwischen einer Lichtquelle und der Digitalkamera angeordnet, so dass im Durchlicht das Wasserzeichen sichtbar ist. Das Bild wird dabei derart erfasst, dass einer Mehrzahl von Bildpunkten jeweils ein Grauwert zugeordnet wird. So kann ein Durchlicht-Grauwertebild des Trägers erstellt werden. Das Durchlicht-Grauwertebild kann den gesamten Träger oder einen Teil des Trägers umfassen. Alternativ dazu kann das Bild auch in Form eines farbigen Bildes erfasst werden, das dann in ein Grauwertebild umgewandelt wird.
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In Schritt 106 wird innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes ein zu kontrollierender Wasserzeichen-Bereich definiert. Der Wasserzeichen-Bereich grenzt einen Bereich innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes ab, in dem die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden. Der Wasserzeichen-Bereich kann dabei auch das gesamte Durchlicht-Grauwertebild umfassen. Um die nachfolgenden Verfahrensschritte effektiver ausführen zu können, ist es allerdings vorteilhaft, wenn der Wasserzeichen-Bereich nur den Bereich des Durchlicht-Grauwertebildes umfasst, der ein Wasserzeichen enthält.
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In Schritt 108 wird ein erstes Glättungsfilter auf den Wasserzeichen-Bereich angewendet. Dieses Glättungsfilter kann zum Beispiel ein Gaußfilter sein. Das Verfahren kann aber auch mit anderen Glättungsfiltern ausgeführt werden. So können zum Beispiel auch Mittelwertfilter oder nichtlineare Glättungsfilter verwendet werden.
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Gaußfilter sind separabel. Daher kann ein zweidimensionaler Filterkern (zum Beispiel 5×5 Filtermatrix) in zwei eindimensionale Filterkerne (zum Beispiel 1×5 und 5×1 Filtermatrizen) aufgeteilt werden. Während bei dem zweidimensionalen Filterkern der Einfluss aller umgebenden Bildpunkte auf einmal berücksichtigt wird, wird bei den zwei eindimensionalen Filterkernen der gewichtete Grauwert in zwei Schritten ermittelt. Dabei werden zunächst die umgebenden Bildpunkte berücksichtigt, die entlang einer ersten Achse, zum Beispiel der X-Achse des zu filternden Bereichs, angeordnet sind. Im zweiten Schritt werden dann die umgebenden Bildpunkte berücksichtigt, die entlang einer zweiten Achse, zum Beispiel der Y-Achse des zu filternden Bereichs, angeordnet sind. Diese zwei Achsen sind dabei orthogonal zueinander angeordnet. Durch die Verwendung eindimensionaler Filterkerne kann die Ausführung des Verfahrens beschleunigt werden.
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Das Glättungsfilter gleicht den Grauwert eines Bildpunktes an die Grauwerte der umgebenden Bildpunkte an. Daher verändert das Filter vor allem die Grauwerte der Bildpunkte, die in Bereichen liegen, in denen die Grauwerte der benachbarten Bildpunkte inhomogen sind. Auf die Grauwerte der Bildpunkte, die in einem Bereich mit homogenen Grauwerten liegen, hat das Glättungsfilter hingegen keine oder kaum Auswirkungen. Dies führt dazu, dass die Kanten zwischen unterschiedlichen Grauwertebereichen eines Bildes unschärfer werden, oder anders ausgedrückt, die Unterschiede zwischen unterschiedlichen Grauwerten werden geglättet.
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Wird ein Gaußfilter als Glättungsfilter verwendet, kann durch die Standardabweichung die Filterwirkung des Gaußfilters eingestellt werden. Dabei bewirkt eine größere Standardabweichung, dass eine größere Anzahl von umgebenden Bildpunkten berücksichtigt, sprich der Grauwert eines Bildpunktes über einen größeren Bereich gemittelt wird.
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Durch die Anwendung des ersten Glättungsfilters in Schritt 108 erhält man ein erstes geglättetes Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches.
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In Schritt 110 wird ein Differenzbild aus dem Wasserzeichen-Bereich und dem ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches ermittelt. Dabei werden die Grauwerte der Bildpunkte des Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches von den Grauwerten der korrespondierenden Bildpunkte des Wasserzeichen-Bereiches subtrahiert.
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Es ist ersichtlich, dass die Differenz für die Bildpunkte am größten ist, deren Grauwert durch das Glättungsfilter am stärksten verändert wurde. Ebenso ist ersichtlich, dass die Grauwerte der Bildpunkte, die durch das Glättungsfilter nicht verändert wurden, quasi von sich selbst abgezogen werden und die Differenz der Grauwerte Null ist. Allgemein gilt, je inhomogener die Grauwerte innerhalb eines Bildbereiches sind, desto größer ist die Differenz der Grauwerte. Somit stellt das Differenzbild die inhomogenen Bildbereiche innerhalb des Wasserzeichen-Bereiches dar. Oder anders ausgedrückt, das Differenzbild zeigt die Kanten (insbesondere die Kanten des Wasserzeichens) innerhalb des Wasserzeichen-Bereiches.
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In Schritt 112 wird ein erster Schwellenwert definiert. Dem ersten Schwellenwert kann ein Wert zugewiesen werden, der innerhalb des gleichen Wertebereiches wie die Grauwerte liegen. Wird zum Beispiel für die Grauwerte ein 8-Bit Datenformat verwendet, kann dem ersten Schwellenwert ebenfalls ein 8-Bit Wert zugewiesen werden.
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In Schritt 114 wird die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes ermittelt, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist. Dabei wird der Grauwert jedes Bildpunktes mit dem ersten Schwellenwert verglichen und anschließend die Anzahl der Bildpunkte gezählt, die diese Bedingung erfüllen. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Anzahl der Bildpunkte zu ermitteln, deren Grauwert größer als der erste Schwellenwert ist.
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Es ist ersichtlich, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkeiten besteht, die Anzahl der Bildpunkte zu ermitteln. So kann zum Beispiel bei dunklen Bildern die Anzahl der Bildpunkte gezählt werden, deren Grauwert größer als der erste Schwellenwert ist. Diese kann dann von der Gesamtzahl der Bildpunkte subtrahiert werden.
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In Schritt 116 wird ein zweiter Schwellenwert definiert. Dem zweiten Schwellenwert kann ein Wert zugewiesen werden, der in einem Wertebereich zwischen Null und der Gesamtzahl der Bildpunkte des Durchlicht-Grauwertebildes liegt.
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In Schritt 118 wird die ermittelte Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes mit dem zweiten Schwellenwert verglichen. Ist die ermittelte Anzahl der Bildpunkte kleiner als der zweite Schwellenwert, wird in Schritt 120 ein erstes Signal ausgegeben. Das erste Signal kann zum Beispiel anzeigen, dass das Wasserzeichen fehlerhaft ist. Ist die ermittelte Anzahl der Bildpunkte größer als der zweite Schwellenwert, wird ein zweites Signal ausgeben. Das zweite Signal kann zum Beispiel anzeigen, dass das Wasserzeichen in Ordnung ist.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens, mit dem ein in einen Träger eingebrachtes Wasserzeichen kontrolliert werden kann. Das in 2 dargestellte Verfahren basiert auf den in 1 dargestellten Verfahren. Allerdings werden bei dem in 2 dargestellten Verfahren zwei Glättungsfilter verwendet und das Differenzbild wird binarisiert. Die übrigen Verfahrensschritte korrespondieren im Wesentlichen mit den in Verbindung mit 1 beschriebenen Verfahrensschritten. So korrespondieren die Verfahrensschritte 202, 204, 206, 208 mit den Verfahrensschritten 102, 104, 106, 108. Daher wird auf eine erneute Beschreibung dieser Schritte verzichtet.
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Durch die Verwendung eines zweiten Glättungsfilters kann die Qualität der Kantenerfassung erhöht werden. Wenn nur ein Glättungsfilter verwendet wird und die Grauwerte der Bildpunkte des ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches von den Grauwerten der Bildpunkte des Wasserzeichen-Bereiches subtrahiert werden, kann das Differenzbild eine Vielzahl von Artefakten aufweisen. Durch das Verwenden von zwei Glättungsfiltern können verfahrensbedingte Fehler minimiert werden. Außerdem kann fehlerhafte oder verrauschte Bildinformation des Durchlicht-Grauwertebildes besser „herausgefiltert” werden. Werden zwei Gaußfilter zur Kantenerfassung verwendet, wird dies als „Difference of Gaussian” (DoG) bezeichnet.
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In Schritt 210 wird das zweite Glättungsfilter auf den Wasserzeichen-Bereich innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes angewendet, um ein zweites geglättetes Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches zu erhalten. Dabei unterscheiden sich die Filterparameter des zweiten Glättungsfilters von den Filterparametern des ersten Glättungsfilters. Werden zum Beispiel zwei Gaußfilter verwendet, können sich das erste und das zweite Gaußfilter in ihrer Standardabweichung unterscheiden. So kann die Standardabweichung des ersten Gaußfilters größer als die Standardabweichung des zweiten Gaußfilters sein.
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Die Standardabweichung des ersten und des zweiten Gaußfilters kann dabei vor der Ausführung der Schritte 208 und 210 bestimmt werden. Ein Kriterium beim Bestimmen der unterschiedlichen Standardabweichungen kann sein, dass die Kanten des Wasserzeichens im Differenzbild gut erkannt werden können. Ein zweites Kriterium kann sein, dass Artefakte im Differenzbild möglichst unterdrückt werden.
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Um das Definieren der Werte der Standardabweichung zu erleichtern, kann eine Bildvorschau bereitgestellt werden. Dabei können die Auswirkungen einer Veränderung der Standardabweichung in der Bildvorschau dargestellt werden. Die Standardabweichung des ersten und des zweiten Gaußfilters kann beispielsweise in einem Wertebereich zwischen 0 und 20 variiert werden. Ferner können die definierten Werte als Standardeinstellung gespeichert werden.
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In Schritt 212 wird ein Differenzbild aus dem ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches und dem zweiten geglätteten Durchlicht-Grauwertebild des Wasserzeichen-Bereiches ermittelt. Analog zum Schritt 110 werden die Grauwerte der Bildpunkte des zweiten geglätteten Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches von den Grauwerten der korrespondierenden Bildpunkte des ersten geglätteten Durchlicht-Grauwertebildes des Wasserzeichen-Bereiches subtrahiert.
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In Schritt 214 wird analog zu Schritt 112 ein erster Schwellenwert definiert.
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In Schritt 216 wird allen Bildpunkten des Differenzbildes, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist, ein erster Grauwert zugewiesen. Der erste Grauwert kann zum Beispiel Null sein. Denn restlichen Bildpunkten des Differenzbildes kann ein zweiter Grauwert zugewiesen werden. Der zweite Grauwert kann zum Beispiel 255 sein. Dieser Vorgang wird als Binarisierung des Durchlicht-Grauwertebildes bezeichnet. Da dabei die Bildinformation auf ein Minimum reduziert wird, können die nachfolgenden Schritte effektiver ausgeführt werden. Zudem werden die Kanten deutlicher dargestellt.
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In Schritt 218 wird analog zu Schritt 116 ein zweiter Schwellenwert definiert.
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In Schritt 220 wird die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes, denen der erste Grauwert zugewiesen wurde, mit dem zweiten Schwellenwert verglichen. Alternativ dazu kann auch die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes, denen der zweite Grauwert zugewiesen wurde, mit dem zweiten Schwellenwert verglichen werden.
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In Schritt 222 wird analog zu Schritt 120 ein erstes Signal ausgegeben, wenn die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Das erste Signal kann zum Beispiel anzeigen, dass das Wasserzeichen fehlerhaft ist. Ist die Anzahl der Bildpunkte des Differenzbildes größer als der zweite Schwellenwert, wird in Schritt 222 ein zweites Signal ausgeben. Das zweite Signal kann zum Beispiel anzeigen, dass das Wasserzeichen in Ordnung ist.
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Durch die Definition des zweiten Schwellenwertes und den Vergleich mit der Anzahl der Bildpunkte kann auf einfache Weise ein Wasserzeichen kontrolliert werden. Liegt zum Beispiel ein Wasserzeichen außerhalb des Wasserzeichen-Bereiches, kann dies festgestellt werden, da ein Teil der Kanten des Wasserzeichens außerhalb des Wasserzeichen-Bereiches liegen. Da die Kanten des Wasserzeichens als Bildpunkte wiedergegeben werden, deren Grauwert über dem ersten Schwellenwert liegt, ist die Anzahl der Bildpunkte, deren Grauwert größer als der erste Schwellenwert ist, wesentlich geringer.
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Ebenso wird erkannt, wenn das Wasserzeichen unzureichend in das Trägermaterial eingeprägt wurde. In diesem Fall ist der Kontrast zu den umgebenden Bereichen geringer. Daher ist der Wasserzeichen-Bereich insgesamt homogener und die Grauwerte des Differenzbildes sind allgemein kleiner.
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Zusätzlich kann ein dritter Schwellenwert definiert werden. Dabei können der zweite und der dritte Schwellenwert die Grenzen eines Wertebereiches bilden. Der erste Schwellenwert kann ein Minimalwert und der dritte Schwellenwert ein Maximalwert des Wertebereiches sein. Wenn die Anzahl der Bildpunkte, deren Grauwert größer als der erste Schwellenwert ist, außerhalb des Wertebereiches liegt, kann das Wasserzeichen als fehlerhaft erkannt werden.
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So kann zum Beispiel erkannt werden, dass ein Wasserzeichen zu viele Kanten enthält, oder dass die Kanten eines Wasserzeichens zu tief in das Trägermaterial eingeprägt wurden.
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Eine Anwendung des in 1 und 2 beschriebenen Verfahrens besteht darin, eine Mehrzahl gleichartiger Träger zu kontrollieren. Die gleichartigen Träger können dabei Sicherheitsdokumente oder Banknoten mit Wasserzeichen sein. Dabei wird das Verfahren so wie es in 1 oder 2 dargestellt ist für einen ersten Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger ausgeführt. Die für den ersten Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger definierten Werte können in einer Speichereinrichtung hinterlegt werden. Für die restlichen Träger der Mehrzahl gleichartiger Träger kann dann das Verfahren basierend auf den hinterlegten Werten ausgeführt werden.
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Die 3a stellt ein Durchlicht-Grauwertebild eines Trägers mit einem Wasserzeichen 302 dar. Das Wasserzeichen 302 besteht aus Kanten 304 und eingeschlossenen Bereichen 306. In dem Durchlicht-Grauwertebild ist eine Ellipse dargestellt. Diese Ellipse kennzeichnet den Wasserzeichen-Bereich 308 innerhalb des Durchlicht-Grauwertebildes. Außerdem erstreckt sich ein bedruckter Bereich 310 in den Wasserzeichen-Bereich 308 und überdeckt das Wasserzeichen 302 teilweise.
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Die 3b stellt ein Differenzbild des in 3a dargestellten Durchlicht-Grauwertebildes dar. Das Differenzbild entspricht einem Bild, das mit den Verfahrensschritten 110 der 1 und 212 der 2 ermittelt wurde. Hier wurde als Werte für die Standardabweichung Sigma1 und Sigma2 der beiden Gaußfilter zum Beispiel 10,74 und 2,25 verwendet. Das Differenzbild enthält eine Mehrzahl heller und dunkler Bereiche. Die hellen Bereiche 312 stellen die Bereiche dar, in denen die Grauwerte benachbarter Bildpunkte des Durchlicht-Grauwertebildes inhomogen sind, oder anders ausgedrückt, die Kanten innerhalb des Wasserzeichen-Bereiches. Die dunklen Bereiche 314 stellen die Bereiche des Durchlicht-Grauwertebildes dar, in denen die Grauwerte benachbarter Bildpunkte homogen sind. Somit entsprechen die hellen Bereiche 312 den Kanten 304 des Wasserzeichens 302 und die dunklen Bereiche 314 den eingeschlossenen Bereichen 306 des Wasserzeichens 302 sowie dem Hintergrund.
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Das in 3b dargestellte Differenzbild enthält außerdem ein Artefakt 316. Das Artefakt 316 ist in 3b als heller Bereich und somit als Kante innerhalb Wasserzeichen-Bereiches 308 dargestellt. Diese Darstellung ist insofern korrekt, da das Artefakt 316 eine Kante des bedruckten Bereiches 308 ist.
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Die 3c ist eine binarisierte Darstellung des in 3c dargestellten Differenzbildes. Dabei wurde den Bildpunkten, deren Grauwert kleiner als der erste Schwellenwert ist, ein erster Grauwert zugeordnet. Dies ist in 3c als schwarzer Bereich 322 dargestellt. Den restlichen Bildpunkten wurde ein zweiter Grauwert zugeordnet. Dies ist als weißer Bereich 324 dargestellt.
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Aus 3c ist ersichtlich, dass durch die binarisierte Darstellung des Differenzbildes die Kanten deutlicher dargestellt werden können. Die binarisierte Darstellung des Differenzbildes kann zum Beispiel für eine Bildvorschau verwendet werden. So kann zum Beispiel der Wert des ersten Schwellenwertes in einem Bereich zwischen 0 und 15 variiert werden. In der Bildvorschau wird dann ein entsprechend binarisiertes Differenzbild dargestellt. Somit ermöglicht es die Bildvorschau, den Wert des ersten Schwellenwertes so zu definieren, dass die Kanten des Wasserzeichens möglichst gut wiedergeben werden. Der definierte Wert des ersten Schwellenwertes kann dann als Standardeinstellung gespeichert werden.
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Die vorstehend erläuterten Details des Verfahrens sind zwar im Zusammenhang dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie, zumindest soweit einzelne auf sie gerichtete Patentansprüche aufgestellt sind, auch unabhängig von einander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind.
