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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings mit einer Grafik zur Herstellung eines Dokuments mittels einer Bestrahlungseinrichtung sowie eine Vorrichtung zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Personalisierung eines Dokuments bekannt. Beispielsweise kann hierzu eine Grafik wie ein Porträt des Dokumenteninhabers auf das Dokument aufgebracht werden. Zum Aufbringen einer Grafik auf ein Dokument hat sich die Technik der Lasergravur bewährt. Dabei werden in dem Dokumentenrohling Farbpigmente durch Beschuss eines fotosensitiven Materials mit Laserlicht erzeugt. Dabei findet in dem fotosensitiven Material eine Materialumwandlung statt, wodurch am Auftreffpunkt des Lasers einzelne Bildpunkte erzeugt werden können. Dabei kann beispielsweise eine Grafik zunächst gerastert werden, wobei anschließend die einzelnen Pixel der Grafik durch einzelne Laserpulse auf das Dokument übertragen werden. Hierzu kann auf den Dokumenten beispielsweise eine Polycarbonatschicht oder ein Polyvinylchlorid aufgebracht sein, dem ein Additiv, welches im Wesentlichen aus Kohlenstoffketten besteht, beigemischt ist. Wird diese Schicht nun mit einem Laserpuls beschossen, können einzelne Molekülketten aufbrechen und Kohlenstoff freigesetzt werden. Dies manifestiert sich in einer Schwärzung der Schicht im Bereich der durch den Laserpuls getroffenen Region. Dabei ist im Allgemeinen die erzeugte Graustufe abhängig von der Pulsenergie.
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Üblicherweise werden Grafiken Zeile für Zeile oder Spalte für Spalte durch Lasergravur auf ein Dokument aufgebracht. Dabei kann es innerhalb einer Zeile oder Spalte zu starken Helligkeitsschwankungen zwischen benachbarten Pixeln kommen. Für einen die Pixel erzeugenden Laser bedeutet dies, dass von Pixel zu Pixel die abgegebene Pulsenergie stark variiert werden muss. Dies kann beispielsweise bei kostengünstigen Faserlasern zu einem Verschmieren der Konturen der erzeugten Grafik führen, da das Lasersystem den schnellen Sprüngen in der erforderlichen Pulsenergie während des Gravierens einer Zeile nicht folgen kann.
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Bekannte Lösungen für dieses Problem bestehen beispielsweise entweder in der Verwendung teurer Festkörperlasersysteme oder stark verlustbehafteter Faserlasersysteme mit nachgeschalteten Güteschaltern, welche eine schnell veränderliche Pulsenergie bereitstellen können, oder in einer Verlangsamung des Abbildungsvorgangs, so dass genügend Zeit zur korrekten Einstellung des Lasersystems auf die erforderliche Pulsenergie vorhanden ist. Während die erstgenannte Lösung eine erhebliche Steigerung der Kosten für eine Lasergravurvorrichtung bedeutet, verursacht die zweitgenannte Lösung eine erhebliche Verlängerung der Abbildungsdauer.
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Die
EP 2 322 355 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Erzeugung eines dauerhaften Bildes auf einem Dokumentensubstrat mit erhabenen Elementen, welche Bildfragmente variabler Sichtbarkeit in Abhängigkeit von dem Sichtwinkel bilden. Dabei beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen eines lasergravierbaren Dokumentensubstrats und das Aussetzen des Dokumentensubstrats eines Laserstrahls um die erhabenen Elemente zu gravieren.
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Ferner offenbart die
US 2010/0102043 A1 eine Lasergravurvorrichtung um ein Graustufen-Bild auf ein Kunststoff-Ausweisdokument zu gravieren, wobei der Laser ein modulierbarer, optisch gepumpter Halbleiterlaser ist. Eine Fokussieroptik fokussiert einen Strahl des Lasers auf einen Fokuspunkt von etwa 10 Mikrometer Durchmesser. Das Ausweisdokument ist auf einem Drehtisch gelagert, welcher so rotiert wird, dass der Fokuspunkt über das Ausweisdokument streicht. Der Drehtisch wird in eine Richtung quer zur Rotationsrichtung verschoben und der Laser wird so moduliert, dass das gravierte Graustufen-Bild durch eine Matrix von parallelen schwarzen Linien verschiedener Länge und Beabstandung gebildet wird.
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Zudem beschreibt die
DE10 2005 032997 A1 ein Gitterbild zur Darstellung eines ungerasterten Halbtonbildes mit mehreren Helligkeitsstufen, wobei das Gitterbild mehrere Gitterfelder aufweist, die jeweils ein elektromagnetische Strahlung beeinflussendes Gittermuster aus einer Vielzahl von Strichgitterlinien enthalten und die bei Beleuchtung jeweils einen flächigen Bereich des Halbtonbildes mit gleicher Helligkeitsstufe erzeugen.
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Ferner wird für einen allgemeinen Überblick über Chipkarten und deren Personalisierung auf das Handbuch der Chipkarten von Wolfgang Rankl und Wolfgang Effing verwiesen.
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Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings mit einer Grafik, welches sich neben einer geringen Prozessdauer dadurch auszeichnet, dass eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auch mit kostengünstigen Lasersystemen, welche eine träge Energieumschaltung aufweisen, gebildet werden kann.
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Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Sofern nicht ausdrücklich Gegenteiliges zum Ausdruck gebracht wird, können Ausführungsformen der Erfindung frei miteinander kombiniert werden.
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Bei einem „Dokument“ kann es sich um ein Wert- oder Sicherheitsdokument handeln. Unter einem Dokument werden erfindungsgemäß papierbasierte und/oder kunststoffbasierte Dokumente verstanden, wie zum Beispiel Ausweisdokumente, insbesondere Reisepässe, Personalausweise, VISA sowie Führerscheine, Fahrzeugscheine, Fahrzeugbriefe, Firmenausweise, Gesundheitskarten oder andere ID-Dokumente sowie auch Chipkarten, Zahlungsmittel, insbesondere Banknoten, Bankkarten und Kreditkarten, Frachtbriefe oder sonstige Berechtigungsnachweise. In diese kann nach Ausführungsformen ein Datenspeicher zur Speicherung zumindest eines Attributs integriert sein.
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Unter einem „Dokument“ wird hier insbesondere auch ein tragbares elektronisches Gerät verstanden, welches zumindest einen Datenspeicher zur Speicherung eines Attributs und eine Kommunikationsschnittstelle zum Auslesen des Attributs aufweist. Vorzugsweise hat das Dokument einen gesicherten Speicherbereich zur Speicherung des zumindest einen Attributs, um zu verhindern, dass das in dem Speicherbereich gespeicherte Attribut in unerlaubter Weise verändert oder ohne die dafür erforderliche Berechtigung ausgelesen wird.
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In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings mit einer Grafik zur Herstellung eines Dokuments mittels einer Bestrahlungseinrichtung. Dabei weist der Dokumentenrohling eine fotosensitive Schicht auf, welche so ausgebildet ist, dass sich bei Beaufschlagung der fotosensitiven Schicht mit elektromagnetischer Strahlung mindestens ein optisch detektierbarer Parameter der fotosensitiven Schicht verändert. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Schwärzung oder Aufhellung der fotosensitiven Schicht bei Beaufschlagung mit Laserlicht handeln. Die Veränderung des Parameters, also beispielsweise die Aufhellung oder Schwärzung skaliert hierbei mit der in die fotosensitive Schicht durch die elektromagnetische Strahlung eingetragenen Energie.
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Die elektromagnetische Strahlung wird durch eine Bestrahlungseinrichtung bereitgestellt, wobei die Intensität der durch die Bestrahlungseinrichtung bereitgestellten Strahlung einstellbar ist. Dabei kann die Einstellung der Bestrahlungsintensität stufenlos oder in fest definierten Schritten erfolgen.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine monochrome Ausgangsgrafik bereitgestellt. Bei der Ausgangsgrafik kann es sich beispielsweise um ein Porträt des späteren Dokumenteninhabers handeln, oder um ein Logo oder ein anderes Identifikationsmerkmal. Neben der Bereitstellung einer Ausgangsgrafik die bereits monochrom ist, wäre es erfindungsgemäß auch möglich, eine zunächst polychrome Ausgangsgrafik in einem vorgeschalteten Verfahrensschritt zu monochromatisieren. Dabei ist festzuhalten, dass der Begriff „monochrom“ in diesem Fall bedeuten kann, dass die monochrome Ausgangsgrafik nur Grauwerte aufweist oder aber verschiedene Helligkeitswerte einer definierten Farbe. Beispielsweise kann eine Ausgangsgrafik also auch aus einer Vielzahl von Helligkeitswerten eines Blautons bestehen. Einem einzelnen Bildpunkt kann dabei ein Informationsgehalt von einem Byte zugeordnet sein, was 255 verschiedenen Helligkeitswerten entspricht.
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In einem folgenden Verfahrensschritt werden nun die Helligkeitswerte der monochromen Ausgangsgrafik auf mindestens zwei Helligkeitsstufen reduziert. Am Beispiel eines Graustufenbildes ist dieser Vorgang als Graustufenreduktion bekannt. Dabei wird allen Helligkeitswerten innerhalb eines definierten Intervalls ein einheitlicher Helligkeitswert zugeordnet. Das Resultat dieses Verfahrensschritts ist eine reduzierte Ausgangsgrafik, welche nur noch Bildpunkte enthält, deren Helligkeitswert einem der einheitlichen Helligkeitswerte der Helligkeitsstufen entspricht.
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Diese reduzierte Ausgangsgrafik wird in einem nächsten Verfahrensschritt in Teilgrafiken unterteilt, wobei jede der Teilgrafiken nur Bildpunkte gleicher Helligkeit aufweist. Wurden beispielsweise in den vorhergegangenen Verfahrensschritt fünf Helligkeitsstufen ausgewählt, so erhält man dementsprechend auch fünf Teilgrafiken.
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Diese einzelnen Teilgrafiken werden anschließend jeweils vollständig auf dem Dokumentenrohling abgebildet, indem die fotosensitive Schicht des Dokumentenrohlings mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird. Dabei ist jeder Helligkeitsstufe eine durch die elektromagnetische Strahlung in die fotosensitive Schicht einzubringende Energie zugeordnet. Da jede Teilgrafik nur Bildpunkte gleicher Helligkeit, das heißt Bildpunkte einer einzigen Helligkeitsstufe beinhaltet, wird bei Abbilden einer Teilgrafik die fotosensitive Schicht des Dokumentenrohlings nur mit der der Helligkeitsstufe der Teilgrafik zugeordneten einzubringenden Energie beaufschlagt.
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Das zuvor beschriebene Verfahren könnte den Vorteil haben, dass während des Aufbringens einer einzelnen Teilgrafik die Ausgangsleistung der Bestrahlungseinrichtung nicht geändert werden muss. Somit entfallen die üblicherweise notwendigen Wartezeiten, welche durch die Umstellung der Energie der durch die Bestrahlungseinrichtung abgegebenen elektromagnetischen Strahlung entstehen. Gleichzeitig können zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Bestrahlungseinrichtungen verwendet werden, welche nur sehr träge auf eine notwendige Änderung der abgegebenen Energie reagieren, da eine solche Umstellung nur einmal, nämlich nur vor Beginn der Abbildung einer Teilgrafik notwendig ist. Anschließend kann die gesamte Teilgrafik mit ein und derselben Einstellung der Bestrahlungseinrichtung auf den Dokumentenrohling aufgebracht werden.
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Gleichzeitig könnte durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden, dass bei einem Sprung der Helligkeitsstufe von einem Pixel zu einem benachbarten Pixel ein Verschmier-Effekt aufgrund einer zu langsamen Reaktion der Bestrahlungseinrichtung auf eine notwendige Veränderung der Ausgangsleistung auftritt. Somit könnte insgesamt durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein schärferes Bild bei Verwendung einer kostengünstigen Bestrahlungseinrichtung erzeugt werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei einer Teilgrafik nicht zwingend um alle Pixel einer Helligkeitsstufe handeln muss, die in der gesamten reduzierten Ausgangsgrafik vorhanden sind. Eine Teilgrafik kann beispielsweise auch aus allen Bildpunkten einer Helligkeitsstufe in einer Zeile der reduzierten Ausgangsgrafik bestehen. In diesem Fall durchläuft die Bestrahlungseinrichtung bei Abbildung der Teilgrafiken eine Bildzeile mehrfach nacheinander, wobei bei einem Durchlauf durch die Bildzeile nur Bildpunkte einer Teilgrafik, also einer Helligkeitsstufe aufgebracht werden.
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Die mindestens zwei Helligkeitsstufen der reduzierten Ausgangsgrafik für jede aufzubringende Grafik können dabei individuell definiert oder für jede Grafik gleich gewählt werden. Die Entscheidung, ob man die Helligkeitsstufen an die aufzubringende Grafik anpasst, oder über eine Vielzahl von Grafiken konstant hält, hängt von den aufzubringenden Grafiken ab. Handelt es sich beispielsweise um eine Grafik, bei der die verschiedenen Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte gleichmäßig über das gesamte Spektrum von möglichen Helligkeitswerten verteilt sind, können die Helligkeitsstufen so gewählt sein, dass sich die Zahl der Bildpunkte der aufgebrachten Grafik gleichmäßig auf die Helligkeitsstufe verteilen. Handelt es sich beispielsweise um eine Grafik von 1000 Bildpunkten und wurden vier Helligkeitsstufen gewählt, so wären in dieser Ausführungsform die Grenzen der Helligkeitsstufen so zu wählen, dass in jede Helligkeitsstufe 250 Pixel fallen.
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In einem verwandten Beispiel können die Helligkeitsstufen auch so gewählt sein, dass jede Helligkeitsstufe die gleiche Anzahl an Helligkeitswerten beinhaltet. Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, kann ein Pixel beispielsweise 255 verschiedene Helligkeitswerte annehmen (1 Byte). Würde man beispielsweise vier Helligkeitsstufen definieren, so wären diese so zu wählen, dass innerhalb jeder Helligkeitsstufe 64, bzw. 63 Helligkeitswerte enthalten sind.
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Die beiden vorgenannten Möglichkeiten die Helligkeitsstufen zu definieren, wären insbesondere dann geeignet, wenn eine Zahl von Helligkeitsstufen für mehrere Grafiken beibehalten werden soll. Hierdurch könnte die Prozesszeit zur Erzeugung einer Grafik reduziert werden, da nicht für jede Grafik individuell eine Festlegung der Helligkeitsstufen getroffen werden muss.
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Es kann jedoch auch vorkommen, dass die Helligkeitswerte der Bildpunkte einer Grafik sich nicht gleichmäßig auf alle verfügbaren Helligkeitswerte verteilen, sondern dass es beispielsweise zu Häufungen bestimmter Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte kommt. In diesem Fall kann es nach einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft sein, zunächst ein Helligkeitsspektrum der Grafik zu erstellen, wobei in dem Helligkeitsspektrum die Zahl der in der Ausgangsgrafik vorhandenen Bildpunkte je Helligkeitswert abgebildet ist. Anschließend kann auf dieses Helligkeitsspektrum ein Clustering-Verfahren angewendet werden, um Häufungen in dem Helligkeitsspektrum zu ermitteln. Anschließend können die später verwendeten Helligkeitsstufen an eben dieser ermittelten Häufungen von Helligkeitswerten angepasst werden, indem beispielsweise das Intervall der Helligkeitswerte, welche einer Helligkeitsstufe zugeordnet werden, um eine Häufung zentriert wird und der Helligkeitswert, welcher der Helligkeitsstufe zugeordnet ist, entsprechend des Maximums der Häufung gewählt wird. Alternativ kann die Wahl der Grenzen einer Helligkeitsstufe, sowie die Wahl des der Helligkeitsstufe zugeordneten Helligkeitswerts auch anderweitig an die Form der Häufungen der Bildpunkte angepasst werden. Dies könnte beispielsweise notwendig werden, wenn Häufungen keiner symmetrischen Verteilung (Gaußverteilung) folgen, sondern stark asymmetrisch ausgebildet sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei der Bestrahlungseinrichtung um eine Laserquelle handeln. Dabei ist die Laserquelle vorzugsweise so konfiguriert, dass sie Laserpulse definierte Energie abgeben kann. Beispielsweise kann es sich bei einem Laserpuls um einen Lichtpuls einer Pulsenergie zwischen 0,01mJ und 1mJ und einer Pulsbreite von etwa 3ns bis 250ns handeln. Dabei weist ein solcher Puls Spitzenleistungen von ca. 10kW bis 50kW auf. Die Wellenlänge des hierbei emittierten Lichts muss an die Anforderungen der fotosensitiven Schicht angepasst werden. Üblich sind bei Lasergravurverfahren Wellenlängen im nahen Infrarot, etwa bei 1064nm. Bei Verwendung einer gepulsten Laserquelle kann dann jeder Bildpunkt einer aufgebrachten Grafik durch Beaufschlagung der fotosensitiven Schicht mit einem Laserpuls definierter Energie erzeugt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es je nachdem, welches fotosensitive Material auf dem Dokumentenrohling aufgebracht ist, auch möglich, anstelle eines einzelnen Pulses definierter Energie mehrere Pulse gleicher Energie auf einen Bildpunkt zu lenken. Dabei muss das Produkt aus der Anzahl an Pulsen und der Energie eines einzelnen Pulses der in das fotosensitive Material einzubringenden Energie für die Erzeugung der gewünschten Helligkeitsstufe angepasst werden. Wurden beispielsweise bei der Festlegung der Helligkeitsstufen 5 Stufen gewählt, wäre um einen Bildpunkt der ersten Helligkeitsstufe zu erzeugen ein einzelner Laserpuls nötig, während bei einem Bildpunkt der dritten Helligkeitsstufe drei Laserpulse nötig wären um einen Bildpunkt der gewünschten Helligkeitsstufe zu erhalten. Dabei kann die Ausgangsleistung des Laser bei jedem Puls konstant bleiben, unabhängig von der zu erzeugenden Helligkeitsstufe. Es müssten lediglich bei verschiedenen Helligkeitsstufen unterschiedliche Anzahlen von Laserpulsen auf einen Bildpunkt abgegeben werden. Da die Schwärzung fotosensitiver Material jedoch in manchen Fällen nicht additiv ist, also nicht für jeden absorbierten Laserpuls gleichmäßig zunimmt, ist dies nicht bei allen fotosensitiven Materialien möglich.
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Bei der Laserquelle kann es sich nach einer Ausführungsform um einen Faserlaser handeln, der beispielsweise aus einer Pulsquelle und einem nachgeschaltetem Faserverstärker besteht. Solche Systeme sind im Stand der Technik als MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) System bekannt. Bei Verwendung eines solchen Faserlasers kann während der vollständigen Abbildung einer Teilgrafik die Pumpleistung, mit der der Faserverstärker gepumpt wird, konstant gehalten werden. Um an einem bestimmten Punkt innerhalb einer Grafik ein Pixel definierter Helligkeit zu erzeugen, muss dann lediglich die Pulsquelle dazu veranlasst werden, einen einzelnen Laserpuls abzugeben. Dieser wird dann auf das durch die konstant gehaltene Pumpleistung definierte Leistungsniveau verstärkt und erzeugt bei Auftreffen auf die fotosensitive Schicht ein Pixel definierter Helligkeit. Damit könnte die Verwendung eines solchen Faserlasers den Vorteil haben, dass die Steuerung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr einfach gestaltet werden kann, da während der Abbildung einer Teilgrafik der verwendete Faserverstärker unangetastet bleibt und lediglich die Pulsquelle und die Ausrichtung der Laserstrahlung auf den Dokumentenrohling gesteuert werden muss.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann die reduzierte Ausgangsgrafik vor dem Unterteilen in Teilgrafiken durch Dithering und/oder Posterisation aufbereitet werden. Hierdurch können durch die zuvor durchgeführte Reduktion auf die mindestens zwei Helligkeitsstufen aufgetretene Kanten der Grafik zwischen den Teilbildern der Helligkeitsstufen geglättet werden, so dass sich eine Verbesserung der Bildqualität verglichen mit dem der Grafik zugrunde liegenden Original einstellt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der aufgebrachten Grafik um das Negativ der zugrundeliegenden Ausgangsgrafik. Hierzu kann beispielsweise eine fotosensitive Schicht verwendet werden, welche bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung nicht dunkler sondern heller wird. Dies könnte den Vorteil haben, dass nach Erzeugung der Grafik keine weiteren Änderungen an der Grafik durch Schwärzung einzelner Bildpunkte mehr vorgenommen werden können. So kann beispielsweise bei einem Positiv einer Grafik stets ein dunklerer Pixel hinzugefügt werden, es ist jedoch nicht möglich, bei einem Negativ einen bereits ausgeblichenen Pixel wieder zu schwärzen Somit könnte durch das Aufbringen eines Negativs die Fälschungssicherheit des erzeugten Dokuments verbessert werden.
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An die zuvor genannte Ausführungsform anschließend ist es nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass jene Bereiche der fotosensitiven Schicht, welche außerhalb der Ränder der aufgebrachten Grafik liegen, mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt werden, so dass diese ausbleichen. Hierdurch kann verhindert werden, dass in diesen Randbereichen nachträglich Veränderungen vorgenommen werden können.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich zu dem Negativ der Grafik auch ein Positiv der Grafik auf den Dokumentenrohling aufgebracht werden. Dies könnte die Fälschungssicherheit des Dokuments weiter erhöhen, da jederzeit überprüft werden kann, ob das Negativ zu dem dargestellten Positiv passt oder ob sich Diskrepanzen zwischen den beiden Grafiken feststellen lassen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Dokumentenrohling einen mehrschichtigen Dokumentenkörper auf, wobei es sich bei den Schichten um Kunststoff und/oder Papier und/oder Metall und/oder Polymerschichten handeln kann. Insbesondere ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Dokumentenrohling in einer der Schichten einen Chip mit einem Speicherbereich sowie eine Schnittstelle aufweist, wobei die Schnittstelle einen Zugriff auf den Speicherbereich des Chips ermöglicht. In diesem Speicherbereich des Chips kann im Rahmen des Verfahrens die auf das Dokument aufgebrachte Ausgangsgrafik abgelegt werden, wobei beispielsweise bei einer Kontrolle des Dokuments die gespeicherte Ausgangsgrafik über die Schnittstelle ausgelesen werden kann. So kann die Fälschungssicherheit des Dokuments weiter erhöht werden, da bei einer Kontrolle der Echtheit des Dokuments das Negativ, das Positiv und das Original der Grafik miteinander verglichen werden können.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings mit einer Grafik zur Herstellung eines Dokuments mit einer Bestrahlungseinrichtung zur Bereitstellung elektromagnetischer Strahlung. Der Bestrahlungseinrichtung ist eine Steuerungseinrichtung zugeordnet, durch welche die Intensität der durch die Bestrahlungseinrichtung bereitgestellten Strahlung eingestellt werden kann. Die Bestrahlungseinrichtung ist wiederum dazu ausgebildet, einen Dokumentenrohling mit einer fotosensitiven Schicht mit elektromagnetischer Strahlung zu beaufschlagen. Durch die Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung verändert sich hierbei mindestens ein optisch detektierbarer Parameter der fotosensitiven Schicht, wobei die Veränderung des Parameters mit der in die fotosensitive Schicht eingetragenen Energie skaliert. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung mit Prozessormitteln, Speichermitteln und einer Schnittstelle, wobei die Schnittstelle dazu ausgebildet ist, eine monochrome Ausgangsgrafik einzulesen. Die Prozessormittel der Vorrichtung sind dazu ausgebildet
- - die Helligkeitswerte der monochromen Ausgangsgrafik auf mindestens zwei Helligkeitsstufen zu reduzieren um eine reduzierte Ausgangsgrafik zu erhalten
- - die reduzierte Ausgangsgrafik in Teilgrafiken zu unterteilen, wobei jede der Teilgrafiken nur Bildpunkte gleicher Helligkeit aufweist
- - die Steuerungseinrichtung der Bestrahlungseinrichtung so anzusteuern, dass die einzelnen Teilgrafiken jeweils vollständig auf dem Dokumentenrohling durch Beaufschlagen der fotosensitiven Schicht mit elektromagnetischer Strahlung durch die Bestrahlungseinrichtung abgebildet werden.
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Die Speichermittel beinhalten hierbei eine Zuordnung der Helligkeitsstufen zu einer in die fotosensitive Schicht einzubringenden Energie. Vor Abbilden einer Teilgrafik greifen die Prozessormittel auf die Speichermittel zu, um die der Helligkeitsstufe einer Teilgrafik zugeordnete einzubringende Energie zu ermitteln und die Steuerungseinrichtung der Bestrahlungseinrichtung anschließend so anzusteuern, dass die fotosensitive Schicht mit der der Helligkeitsstufe zugeordneten einzubringenden Energie beaufschlagt wird.
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Dabei sind die Helligkeitsstufen so gewählt, dass sich die Zahl der Bildpunkte der aufgebrachten Grafik gleichmäßig auf die Helligkeitsstufen verteilen.
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Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung einer analoge Vorrichtung hierzu analoge Vorrichtung, welche für die Auswahl der Helligkeitsstufen dazu ausgebildet ist:
- • Ein Helligkeitsspektrum zu ermitteln, wobei das Helligkeitsspektrum die Zahl der in der Ausgangsgrafik vorhandenen Bildpunkte je Helligkeitswert abbildet,
- • Ein Clusteringverfahren anzuwenden, um Häufungen in dem Helligkeitsspektrum zu ermitteln, und
- • Die Helligkeitsstufen so einzuteilen, dass jede Helligkeitsstufe eine Häufung umfasst.
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Nach einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung weiter eine Zuführeinrichtung und eine Stapeleinrichtung, wobei die Zuführeinrichtung eine Vielzahl von Dokumentenrohlingen beinhaltet und dazu ausgebildet ist, die Dokumentenrohlinge der Bestrahlungseinrichtung zur Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung zuzuführen und wobei die Stapeleinrichtung dazu ausgebildet ist, personalisierte Dokumentenrohlinge aufzunehmen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Stapeleinrichtung ferner dazu ausgebildet, fehlerhafte Dokumente separat von den personalisierten Dokumentenrohlingen aufzunehmen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings mit einer Grafik;
- 2 eine beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Bildbearbeitungsschritte;
- 3 schematische Darstellungen möglicher Verteilungen von Bildpunkten auf verschiedene Helligkeitswerte und die resultierende Einteilung in Helligkeitsstufen; und
- 4 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Dokuments.
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Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 100 zur Personalisierung eines Dokumentenrohlings 102 mit einer Grafik. Die Vorrichtung 100 besteht im Wesentlichen aus einer Bestrahlungseinrichtung 104 und einer Fördereinrichtung 106. Dabei beinhaltet die Bestrahlungseinrichtung 104 eine Laserquelle 108, wobei die Laserquelle 108 operativ mit einer Lasersteuerung 110 verbunden ist. Ferner beinhaltet die Bestrahlungseinrichtung 104 Prozessormittel 112 sowie Speichermittel 114 und eine Schnittstelle 116. Die Lasersteuerung 110 beinhaltet weiter ein Programmmodul 118, welches maschinenlesbaren Code beinhaltet, durch dessen Ausführung die Lasersteuerung 110 die Laserquelle 108 ansteuert. Die Laserquelle 108 ist über Kopplungsmittel, wie beispielsweise eine Faserkopplung 120 mit einem Bearbeitungskopf 122 verbunden.
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Der Bearbeitungskopf 122 ist dabei dazu ausgebildet, die von der Laserquelle 108 erzeugte und über die Faserkopplung 120 den Bearbeitungskopf 122 zugeführte Laserstrahlung auszukoppeln, so dass ein zielgerichteter Strahl 124 auf den Kartenrohling 102 abgegeben werden kann. Die Ausrichtung des Strahls 124 kann dabei beispielsweise durch eine Anordnung von Ablenkspiegeln, deren Ausrichtung durch piezoelektrische oder elektroaktorische Elemente gesteuert wird, erfolgen. Beispielsweise kann es sich bei dem in dem Bearbeitungskopf 122 verwendeten Lichtablenksystem um einen Galvanometerscanner handeln. Neben einer Ablenkung des Strahls 124 ist es auch möglich, den gesamten Bearbeitungskopf 122 in der Ebene des Dokumentenrohlings 102 zu verschieben, wie es beispielsweise bei einem x-y-Schreiber (Plotter) üblich ist. Neben einer Verschiebung des Bearbeitungskopfes 122 kann auch der Dokumentenrohling 102 relativ zum Bearbeitungskopf 122 verschoben werden.
Es sei an dieser Stelle festgehalten, dass die Prozessormittel 112, die Speichermittel 114 und die Schnittstelle 116 nicht zwingend Teil der Bestrahlungseinrichtung 104 sein müssen. Es ist auch möglich, diese Elemente auszugliedern, so lange sie mit der Bestrahlungseinrichtung 104 operativ verbunden sind. Beispielsweise können die Prozessormittel 112, die Speichermittel 114 und die Schnittstelle 116 Teil eines separaten Rechnersystems sein, welches kabelgebunden oder kabellos mit der Bestrahlungsvorrichtung verbunden ist.
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Um mit der Vorrichtung 100 den Dokumentenrohling 102 durch Aufbringen einer Grafik zu personalisieren, wird zunächst über die Schnittstelle 116 die Ausgangsgrafik eingelesen. Dabei kann es sich bei der Ausgangsgrafik sowohl um eine monochrome Ausgangsgrafik als auch um eine zunächst polychrome Ausgangsgrafik handeln, welche im Folgenden monochromatisiert wird. In der 2a ist eine solche Ausgangsgrafik 202 beispielhaft dargestellt. Die über die Schnittstelle 116 eingelesene Ausgangsgrafik 202 wird in den Speichermitteln 114 zunächst abgelegt. Anschließend wird die Ausgangsgrafik 202 durch Ausführung eines entsprechenden Programms durch die Prozessormittel 212 aufbereitet, so dass sie auf den Kartenrohling 102 aufgebracht werden kann. Hierzu werden zunächst mindestens zwei Helligkeitsstufen der monochromen Ausgangsgrafik 202 definiert. Dies kann beispielsweise entweder dadurch geschehen, dass die Prozessormittel 112 auf die Speichermittel 114 zugreifen und dort abgelegte Parameter für anzuwendende Helligkeitsstufen abrufen, oder dass die Prozessormittel 112 die gespeicherte Ausgangsgrafik analysieren und eine individuelle Definition von Helligkeitsstufen für die aufzubringende Ausgangsgrafik vornehmen. Eine solche Auswahl von Helligkeitsstufen wird im Folgenden mit Bezug auf 3 näher erläutert werden.
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Nach Festlegung der Helligkeitsstufen werden anschließend alle Pixel der Ausgangsgrafik 202 aufgrund ihres Helligkeitswertes einer der Helligkeitsstufen zugeordnet und es wird allen Pixeln einer Helligkeitsstufe ein fester neuer Helligkeitswert zugeordnet. Dieser Vorgang ist im Kontext eines Graustufenbildes als Graustufenreduktion bekannt. Das Resultat dieses Vorgangs ist eine Grafik in welcher nur noch Bildpunkte einer definierten Zahl von Helligkeitswerten vorhanden sind. Beispielhaft ist in 2b eine graustufenreduzierte Grafik 204 dargestellt. Die Grafik 204 wurde ferner nach Durchführung der Graustufenreduktion durch Dithering einer Bildverbesserung unterzogen.
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Dabei wurden in dem in 2b dargestellten Fall insgesamt fünf Graustufen definiert.
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Die graustufenreduzierte Grafik 204 wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt durch den Prozessor 112 in Teilgrafiken, welche in 2c exemplarisch dargestellt sind, zerlegt. Dabei enthält jede der Teilgrafiken 206, 208, 210 und 212 jeweils nur Bildpunkte ein- und derselben Helligkeitsstufe. So enthält beispielsweise die Teilgrafik 206 nur Bildpunkte mit einem sehr hellen Grauton, die Teilgrafik 208 nur Bildpunkte mit einem mittleren Grauton, die Teilgrafik 210 nur Bildpunkte mit einem dunklen Grauton, während die Teilgrafik 212 nur Bildpunkte enthält, die schwarz sind. Nicht dargestellt ist hierbei jene Teilgrafik, welche nur weiße Bildpunkte enthält.
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Die so erzeugten Teilgrafiken 206, 208, 210 und 212 werden anschließend im Speicher 114 abgelegt. Durch Ausführung des Programmoduls 118 werden die Teilgrafiken 206, 208, 210 und 212 nacheinander auf den Kartenrohling 102 übertragen, indem die Lasersteuerung 110 die Laserquelle 108 entsprechend ansteuert. Hierzu wird zunächst ermittelt, mit welcher Energie die fotosensitive Schicht des Kartenrohlings beaufschlagt werden muss um Bildpunkte der Graustufe der gerade aufzubringenden Teilgrafik 206 zu erzeugen. Liefert beispielsweise die Laserquelle 108 Pulsenergien zwischen 0,01mJ und 1mJ, könnte einem hellen Grau eine Pulsenergie von 0,1mJ Watt entsprechen.
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Anschließend wird durch den Bearbeitungskopf 122 der Strahl 124 nacheinander auf die Positionen der zu erzeugenden Pixel auf den Kartenrohling 102 ausgerichtet und es wird durch Ansteuerung der Laserquelle 108 über die Faserkopplung 120 und den Bearbeitungskopf 122 ein Laserpuls auf den anvisierten Bildpunkt auf dem Kartenrohling 102 abgegeben. Hierdurch wird an dem Auftreffpunkt des Laserpulses auf der fotosensitiven Schicht ein Bildpunkt der gewünschten Graustufe erzeugt. Dies wird nacheinander für alle Bildpunkte der abzubildenden Teilgrafik durchgeführt. Erst wenn die Teilgrafik vollständig auf dem Kartenrohling 102 abgebildet ist, wird die nächste Teilgrafik geladen und analog auf dem Kartenrohling abgebildet. Da es sich bei der nächsten Teilgrafik um eine Grafik von unterschiedlicher Graustufe handelt, wird dabei zunächst die Laserquelle in ihre Ausgangsleistung an die zu erzielende Graustufe der zu erzeugenden Pixel angepasst. Soll beispielsweise nach der zuvor aufgebrachten Teilgrafik nun eine Teilgrafik mit dunkleren Pixeln erzeugt werden, muss die Ausgangsleistung des Lasers entsprechend gesteigert werden. Durch Übertragen aller Teilgrafiken 206, 208, 210 und 212 kann auf diesem Wege die reduzierte Grafik 204 auf den Kartenrohling 102 übertragen werden.
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Nachdem die Abbildung einer Grafik auf den Kartenrohling 102 abgeschlossen wurde, kann das erzeugte Dokument durch die Fördereinrichtung 106 aus dem Bearbeitungsbereich entfernt werden. Anschließend kann durch die Fördereinrichtung 106 ein neuer Dokumentenrohling 102 unter dem Bearbeitungskopf 122 der Bestrahlungsvorrichtung 100 positioniert werden, sodass das Personalisierungsverfahren erneut durchlaufen werden kann. Die Fördereinrichtung 106 kann dabei die bereits bearbeiteten Dokumente einer Stapeleinrichtung (nicht dargestellt) zuführen. Dabei kann die Fördereinrichtung 106 so gestaltet sein, dass sie im Falle einer fehlerhaften Abbildung der Ausgangsgrafik den bearbeiteten Dokumentenrohling 102 einer anderen Ablage zuführt, als jene Dokumentenrohlinge 102, auf welchen die Abbildung der Ausgangsgrafik korrekt vonstatten gegangen ist.
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In den 3a und 3b sind exemplarisch zwei mögliche Helligkeitsspektren einer abzubildenden Grafik dargestellt. Beispielsweise ist in 3a ein Helligkeitsspektrum 302 einer Grafik dargestellt, in welcher die Zahl der Bildpunkte, welche einen bestimmten Helligkeitswert aufweisen, über alle Helligkeitswerte gleichmäßig verteilt ist. Dabei sind in dem Helligkeitsspektrum 302 auf der x-Achse die Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte dargestellt, während auf der y-Achse die Zahl der Bildpunkte je Helligkeitswert aufgetragen ist. Da es sich um eine exemplarische Darstellung handelt, wurde auf eine weitere Achsenbeschriftung verzichtet. Um die der 3a zugrundeliegende Grafik im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Dokumentenrohling zu übertragen, müssen nun zunächst Helligkeitsstufen definiert werden. Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Helligkeitsspektrum in gleich große Teilbereiche unterteilt wird.
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In 3a sind exemplarisch vier Intervalle dargestellt, die jeweils einer Helligkeitsstufe entsprechen. Jedem Bildpunkt, dessen Helligkeitswert in eines der Intervalle fällt, wird erfindungsgemäß der dem entsprechenden Intervall zugeordnete Helligkeitswert zugeordnet. Beispielsweise wird allen Bildpunkten, deren Helligkeitsweit in Intervall A liegt, der Helligkeitswert H1 zugeordnet, während alle Bildpunkte deren Helligkeitswerte in Intervall C liegt, den Helligkeitswert H3 erhalten: Die Wahl der Helligkeitswerte H1, H2, H3 und H4 kann dabei so angepasst werden, dass sich ein optimierter Kontrast des erzeugten Bildes ergibt. Ist wie in 3a dargestellt die Zahl der Bildpunkte gleichmäßig über die Helligkeitswerte verteilt, kann beispielsweise der Helligkeitswert H1 des Intervalls A innerhalb des Intervalls A zentriert gewählt werden.
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In manchen Fällen ist jedoch die Zahl der Bildpunkte stark inhomogen über die verschiedenen Helligkeitswerte verteilt. Dies ist exemplarisch in 3b dargestellt. Beispielsweise kann es sich bei dem Helligkeitsspektrum 304 in 3b um das Spektrum einer dreifarbigen Flagge handeln. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, die Helligkeitsstufen bzw. die Intervalle für die Helligkeitswerte nicht äquidistant zu wählen, sondern an Häufungen in den Helligkeitsspektren anzupassen. Am Beispiel der 3b kann es sinnvoll sein, die Intervalle E, F, und G so zu wählen, dass jedes der Intervalle einen der Häufungsbereiche, welche durch die starke Zunahme der Zahl der Bildpunkte je Helligkeitswert dargestellt sind, beinhaltet. Bei der Wahl des Helligkeitswerts, welcher allen Bildpunkten innerhalb des Intervalls zugeordnet werden soll, wäre dann darauf zu achten, dass dieser Helligkeitswert jenem entspricht, um den die Häufung der Bildpunkte zu beobachten ist. Dies ist exemplarisch durch die Helligkeitswerte H5, H6 und H7 angedeutet.
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Wie in der 3b angedeutet, ist es durchaus möglich, dass die einzelnen Intervalle sich in ihrer Breite stark unterscheiden und auch der einem Intervall zugeordnete Helligkeitswert nicht innerhalb des Intervalls zentriert ist. Grundsätzlich kann die Wahl der den Helligkeitsstufen zugrundeliegenden Intervalle stets so an die zugrundeliegende Ausgangsgrafik angepasst werden, dass der Kontrast und die Bildqualität der auf dem Dokumentenrohling erzeugten Grafik optimiert ist.
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Die 4 zeigt ein Blockdiagramm eines durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Dokuments 400. Das Dokument 400 beinhaltet ein Negativ 402 sowie ein Positiv 404 einer auf das Dokument aufzubringenden Ausgangsgrafik. Beispielsweise kann es sich bei der Grafik um das Porträt des Dokumenteninhabers handeln. Ferner beinhaltet das Dokument 400 einen Chip 406 mit einem Speicherbereich 408 sowie eine Schnittstelle 410. Über die Schnittstelle 410 kann beispielsweise das dem Positiv 402 und dem Negativ 404 zugrundeliegende Bild in dem Speicherbereich 408 des Chips 406 abgelegt oder aus diesem ausgelesen werden. So kann beispielsweise bei einer Validitätskontrolle des Dokuments 400 das Negativ 402 mit dem Positiv 404 und dem in dem Speicherbereich 408 abgelegten Original der Grafik verglichen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 102
- Dokumentenrohling
- 104
- Bestrahlungseinrichtung
- 106
- Fördereinrichtung
- 108
- Laserquelle
- 110
- Lasersteuerung
- 112
- Prozessormittel
- 114
- Speicher
- 116
- Schnittstelle
- 118
- Programmmodul
- 120
- Faserkopplung
- 122
- Bearbeitungskopf
- 124
- Laserstrahl
- 202
- Ausgangsgrafik
- 204
- reduzierte Grafik
- 206
- Teilgrafik
- 208
- Teilgrafik
- 210
- Teilgrafik
- 212
- Teilgrafik
- 302
- Helligkeitsspektrum
- 304
- Helligkeitsspektrum
- 400
- Dokument
- 402
- Negativ
- 404
- Positiv
- 406
- Chip
- 408
- Speicherbereich
- 410
- Schnittstelle
