DE102018109142A1 - Method for verifying a fluorescent-based security feature - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verifikation eines leuchtstoffbasierten Sicherheitsmerkmals, welches einen zur Emission anregbaren Leuchtstoff enthält, mittels eines Smartphones. In einem ersten Schritt wird der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals zur Emission angeregt, mittels einer Beleuchtungseinheit des Smartphones. Die Emission wird nach Abschluss der Anregung während einer vorbestimmten Abklingzeit erfasst, durch Aufnahme einer Bilderserie oder einer Videoaufnahme mit einer Bilderfassungseinheit des Smartphones. Schließlich wird die Bilderserie oder Videoaufnahme mithilfe einer Datenverarbeitungseinheit des Smartphones ausgewertet, wobei die während der Abklingzeit erfasste Emission mit gespeicherten Referenzdaten verglichen wird, um die Echtheit des Sicherheitsmerkmals zu verifizieren. The invention relates to a method for the verification of a fluorescent-based security feature, which contains a stimulable to the emission phosphor, by means of a smartphone. In a first step, the phosphor of the security feature is stimulated to emit by means of a lighting unit of the smartphone. The emission is detected after completion of the excitation during a predetermined cooldown, by taking a series of pictures or a video recording with an image capture unit of the smartphone. Finally, the image series or video recording is evaluated by means of a data processing unit of the smartphone, the emission detected during the cooldown being compared with stored reference data in order to verify the authenticity of the security feature.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verifikation eines Sicherheitsmerkmals.The present invention relates to a method for verifying a security feature.
Aus dem Stand der Technik ist es seit langem bekannt Sicherheitsdokumente mit Sicherheitsmerkmalen in Form von lumineszierenden Substanzen zu versehen, um sie fälschungssicher bzw. verifizierbar zu machen. Solche Sicherheitsmerkmale müssen durch geeignete Verfahren verifiziert werden.From the state of the art it has long been known to provide security documents with security features in the form of luminescent substances in order to make them forgery-proof or verifiable. Such security features must be verified by appropriate procedures.
Aus der
Die
Die
Bei der Verifikation der im vorgenannten Stand der Technik beschriebenen leuchtstoffbasierten Sicherheitsmerkmale haben sich zwei bislang ungelöste Probleme gezeigt. Vorbekannte Leuchtstoffe werden regelmäßig als sogenannte Konversionsleuchtstoffe zur Herstellung weißer LED verwendet, sodass diese Leuchtstoffe auch in den Blitzlicht-LED der Bildaufnahmeeinheiten (Kameras) von Smartphones und ähnlichen Mobilgeräten regelmäßig enthalten sind. Wünscht man für die Überprüfung von Sicherheitsmerkmalen die Verwendung solcher Geräte zur Bereitstellung der Anregungsstrahlung so zeigt die Anregungsquelle dieselben Emissionen, die von dem zu untersuchenden Sicherheitsmerkmal erwartet werden, sodass eine sichere Verifizierung ausgeschlossen ist. Ein zweites Problem resultiert aus dem Umstand, dass die im Stand der Technik genannten Leuchtstoffe sehr kurze Abklingzeiten im ns- bis µs-Bereich zeigen. Da die Kamera eines Mobilgerätes typischerweise eine relativ niedrige Aufnahmegeschwindigkeit haben (moderne Premium-Smartphones bis 240fps) sind bei einer Anregung mit einem Blitzlicht eines Smartphones die vom Sicherheitsmerkmal stammenden Emissionen regelmäßig schon abgeklungen, bevor die Bildaufnahme mit der Kamera eines Smartphones nach Beendigung der Anregung erfolgen kann.In verifying the fluorescent-based security features described in the aforementioned prior art, two hitherto unsolved problems have emerged. Previously known phosphors are regularly used as so-called conversion phosphors for the production of white LEDs, so that these phosphors are also regularly included in the flash LED of the image capture units (cameras) of smartphones and similar mobile devices. If the use of such devices for providing the excitation radiation is desired for checking security features, then the excitation source shows the same emissions that are expected from the security feature to be investigated, so that reliable verification is precluded. A second problem results from the fact that the phosphors mentioned in the prior art show very short decay times in the nanoseconds to μs range. Since the camera of a mobile device typically have a relatively low recording speed (modern premium smartphones up to 240 fps), the emissions originating from the security feature have decayed regularly before being picked up with a flash of a smartphone before taking the picture with the camera of a smartphone after completion of the excitation can.
Nach dem vor der Erfindung gegebenen Erkenntnisstand ging die Fachwelt davon aus, dass leuchtstoffbasierte Sicherheitsmerkmale für eine unter Alltagsbedingungen einfach durchzuführende Verifikation, die gleichzeitig vergleichsweise hohen Sicherheitsanforderungen genügt, kaum geeignet sind, da sie mit preiswerten und weit verbreiteten Geräten nicht verifizierbar sind. Entweder benötigen die bekannten Sicherheitsmerkmale sehr spezielle Prüfgeräte, die nur von größeren Einheiten, wie Banken oder Passkontrollstellen vorgehalten werden können. Oder die mit allgemein verfügbaren Geräten wie insbesondere Smartphones prüfbaren Sicherheitsmerkmale sind leicht zu fälschen.After the state of knowledge given prior to the invention, the experts assumed that fluorescent-based security features are hardly suitable for a verification that is easy to perform under everyday conditions and at the same time satisfies comparatively high security requirements, since they are not verifiable with inexpensive and widespread devices. Either the known security features require very special test equipment, which can only be kept by larger units, such as banks or passport control points. Or the security features that can be tested with generally available devices, in particular smartphones, are easy to fake.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Verifikation eines leuchtstoffbasierten Sicherheitsmerkmals bereitzustellen. Insbesondere soll das Sicherheitsmerkmal mittels einer Bildaufnahmeeinheit eines Smartphones erfassbar sein und mit der Datenverarbeitungseinheit des Smartphones auch verifizierbar sein. Insbesondere sollen bei Verifizierung nicht nur die Anwesenheit einer Emission sondern spezifische Eigenschaften der Emission geprüft werden.An object of the present invention is therefore to provide an improved method for the verification of a fluorescent-based security feature. In particular, the security feature should be detectable by means of an image capture unit of a smartphone and also verifiable with the data processing unit of the smartphone. In particular, when verifying not only the presence of an emission but specific properties of the emission to be tested.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren zur Verifikation eines leuchtstoffbasierten Sicherheitsmerkmals gemäß dem beigefügten Anspruch 1.According to the invention, the object is achieved by a method for the verification of a fluorescent-based security feature according to the appended claim 1.
Ein allgemeiner Lösungsgedanke für die genannte Aufgabenstellung, den die Erfindung umsetzt, besteht zunächst darin, dass ein Sicherheitsmerkmal mit einem spezifischen Leuchtstoff ausgerüstet wird, der die oben beschriebenen Probleme umgeht. Dieser Leuchtstoff muss dazu derart konfiguriert sein, dass er einerseits mit einer Lichtquelle eines Smartphones bzw. eines gleichartigen mobilen Datenverarbeitungsgerätes, also insbesondere einer Blitzlicht-LED eines Smartphones, anregbar ist. Gleichzeitig muss der Leuchtstoff eine solche Lumineszenzcharakteristik (Lumineszenzausbeute, Abklingzeit) aufweisen, die es ermöglicht, die abklingenden Lumineszenzsignale auch nach dem Ende der Blitzlichtanregung noch sicher zu detektieren. Die Abklingzeit und die während des Abklingens erfolgende Emission müssen von anderen Leuchtstoffen unterscheidbar sein, und außerdem sollten die abklingenden Lumineszenzsignale nicht visuell vom Menschen wahrnehmbar sein. Es hat sich gezeigt, dass diese Bedingungen nur von wenigen, spezifisch konfigurierten Leuchtstoffen, die sich in Sicherheitsmerkmalen verwenden lassen, erfüllt werden. Ein geeigneter Leuchtstoff ist in der weiteren Patentanmeldung mit dem Titel „Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes Sicherheitsmerkmal und Anordnung zur Verifizierung“ beschrieben, die von der Anmelderin am selben Tag eingereicht wurde. Der Inhalt dieser weiteren Patentanmeldung, insbesondere in Bezug auf die Zusammensetzung und die Herstellung eines hier verwendbaren Leuchtstoffs, wird in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung ausdrücklich und vollständig einbezogen.A general solution to the aforementioned problem, which the invention implements, is first of all that a security feature is equipped with a specific phosphor which avoids the problems described above. This phosphor must be configured so that it is on the one hand with a light source of a smartphone or a similar mobile computing device, ie in particular a flash LED of a smartphone, excitable. At the same time, the phosphor must be one Luminescence (Lumineszenzausbeute, cooldown) have, which makes it possible to detect the decaying luminescence even after the end of the flash excitation still safe. The cooldown and emission during decay must be distinguishable from other phosphors and, in addition, the evanescent luminescent signals should not be visually perceptible to humans. It has been found that these conditions are only met by a few, specifically configured phosphors that can be used in safety features. A suitable phosphor is described in the further patent application entitled "Smartphone Verifiable Fluorescent-based Security Feature and Apparatus for Verification" filed by the same day applicant. The content of this further patent application, in particular with regard to the composition and the preparation of a phosphor which can be used here, is explicitly and completely included in the disclosure of the present invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Verifikation eines leuchtstoffbasierten zur Emission anregbaren Sicherheitsmerkmals, welches auf einem Sicherheitsdokument angeordnet ist. Das Verfahren ist mithilfe eines Smartphones oder eines gleichartigen mobilen Endgeräts ausführbar, welches durch eine Software, vorzugsweise in der Art einer App entsprechend konfiguriert und gesteuert wird.The method according to the invention is used to verify a fluorescent-based emission-triggerable security feature which is arranged on a security document. The method can be executed using a smartphone or a similar mobile terminal, which is configured and controlled by software, preferably in the manner of an app.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren auswertbares Sicherheitsmerkmal ist auf einem Sicherheitsdokument aufgebracht bzw. in dieses eingebracht und umfasst den o.g. Leuchtstoff. Der Leuchtstoff ist mit einer elektromagnetischen Strahlung vorbestimmter Wellenlänge zur Lumineszenz anregbar, woraufhin er eine Strahlung emittiert. Die Emission des Leuchtstoffes weist eine Abklingzeit im ms-Bereich auf. Bevorzugt ist die Abklingzeit im Bereich zwischen 1 bis 100 ms, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 5 bis 50 ms, nochmals bevorzugt zwischen 10 und 30 ms gewählt. Weiterhin ist die Emission des Leuchtstoffes mittels einer Bilderfassungseinheit eines Smartphones detektierbar.A security feature which can be evaluated by the method according to the invention is applied to or introduced into a security document and comprises the above-mentioned security feature. Phosphor. The phosphor can be excited by an electromagnetic radiation of predetermined wavelength for luminescence, whereupon it emits radiation. The emission of the phosphor has a cooldown in the ms range. Preferably, the cooldown in the range between 1 to 100 ms, more preferably in the range between 5 to 50 ms, more preferably selected between 10 and 30 ms. Furthermore, the emission of the phosphor can be detected by means of an image acquisition unit of a smartphone.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Sicherheitsdokument so positioniert, dass das Sicherheitsmerkmal von einer Bildaufnahmeeinheit des Smartphones erfasst wird. Im einfachsten Fall erfolgt dies durch manuelle Positionierung des Sicherheitsdokuments vor der Bilderfassungseinheit. Bevorzugt wird als Nutzerunterstützung eine halbtransparente Maske oder ein Positionsrahmen im Display des mobilen Endgerätes dargestellt, der als Positionshilfe dient. Auf dem Sicherheitsdokument kann ein durch einen Menschen visuell wahrnehmbares Kennzeichen angebracht sein, welches innerhalb des Positionsrahmens positioniert wird. Das Sicherheitsmerkmal ist dann in der Nähe dieses Kennzeichens angebracht, sodass es im Erfassungsbereich der Bilderfassungseinheit liegt.In a first method step, the security document is positioned so that the security feature is detected by an image capture unit of the smartphone. In the simplest case, this is done by manual positioning of the security document in front of the image acquisition unit. Preferably, a semi-transparent mask or a position frame in the display of the mobile terminal is shown as a user support, which serves as a position aid. The security document may have a human visually recognizable tag positioned within the position frame. The security feature is then located near this tag so that it is within the detection range of the image capture unit.
Alternativ kann eine Objekterkennung mittels der Bilderfassungseinheit und einer Datenverarbeitungseinheit des Smartphones (mobilen Endgerätes) durchgeführt werden. Die Objekterkennung dient mittelbar der Bestimmung der Position des Sicherheitsmerkmals auf dem Dokument und/oder sie unterstützt das Positionieren des Smartphones über dem Sicherheitsdokument. Die Objekterkennung kann außerdem für eine automatische Auslösung der Detektion verwendet werden.Alternatively, an object recognition can be carried out by means of the image acquisition unit and a data processing unit of the smartphone (mobile terminal). The object recognition serves indirectly to determine the position of the security feature on the document and / or it supports the positioning of the smartphone over the security document. The object recognition can also be used for an automatic triggering of the detection.
In einem optionalen Verfahrensschritt wird ein Aufnahmerahmen bzw. ein Aufnahmefenster festgelegt, wobei dessen Position anhand der zuvor bestimmten Position des Sicherheitsmerkmals definiert wird und wobei der Aufnahmerahmen so gewählt ist, dass das Sicherheitsmerkmal im Bereich des Aufnahmerahmens angeordnet ist.In an optional method step, a receiving frame or a receiving window is defined, wherein its position is defined on the basis of the previously determined position of the security feature and wherein the receiving frame is selected such that the security feature is arranged in the region of the receiving frame.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Sicherheitsmerkmal mittels einer Beleuchtungseinheit des Smartphones (mobilen Endgerätes) zur Lumineszenz angeregt, sodass das Sicherheitsmerkmal eine elektromagnetische Strahlung emittiert. Durch eine App (Software-Applikation) werden Beleuchtungseinheit und Bildaufnahmeeinheit von der Datenverarbeitungseinheit des Smartphones gesteuert, wobei eine Kombination von Einzelblitz und Videoaufnahme oder Einzelblitz und Serienaufnahme erfolgt und wobei die Beleuchtungseinheit nach dem Anregen des Leuchtstoffs des Sicherheitsmerkmals abgeschaltet wird, sodass nach Blitzende die abklingende Emission durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden kann.In a subsequent method step, the security feature is excited by means of a lighting unit of the smartphone (mobile terminal) for luminescence, so that the security feature emits an electromagnetic radiation. By means of an app (software application), the illumination unit and the image acquisition unit are controlled by the data processing unit of the smartphone, whereby a combination of single flash and video recording or single flash and continuous shooting takes place and the lighting unit is switched off after the stimulation of the phosphor of the security feature, so that after the end of the flash the decaying Emission can be recorded by the image acquisition unit.
Ein optionaler Verfahrensschritt sieht vor, dass ein Referenzbereich definiert wird, der sich unmittelbar benachbart zu dem Sicherheitsmerkmal befindet. Die Auswertung von erfassten Bildern des Sicherheitsmerkmals und des Referenzbereichs sowie der dort erfassten Unterschiede (Bilddifferenz, Histogramme, Farbtonwerte) kann für eine Verifikation des Dokumentes bei stark flimmerndem Fremdlicht hilfreich sein.An optional method step provides that a reference area is defined, which is located immediately adjacent to the security feature. The evaluation of captured images of the security feature and the reference range as well as the differences recorded there (image difference, histograms, hue values) can be helpful for a verification of the document in strongly flickering extraneous light.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Bildserie oder ein Video des Sicherheitsmerkmals sowie optional vom Referenzbereich mittels einer Bilderfassungseinheit des Smartphones aufgenommen, um die Emission zu erfassen. Vorzugsweise erfolgt die Aufnahme im festgelegten Aufnahmebereich. Das Erfasse der Emission erfolgt nach Abschluss der Anregung, d.h. nach Abschalten des Blitzlichts. Die Aufnahmezeit der durch die Bilderfassungseinheit aufgenommenen Bildserie bzw. des Videos ist vorzugsweise so gewählt, dass im letzten Bild der Bildserie oder des Videos keine Emission des Sicherheitsmerkmals mehr detektierbar ist, sofern die vorbestimmten Abklingzeiten des Leuchtstoffs des Sicherheitsmerkmals eingehalten sind. Dieses letzte Bild wird als Referenzbild (Bref) aufgenommen. Ebenso kann optional vor dem Anregen des Leuchtstoffs ein Startbild aufgenommen werden, welches als weitere Referenz in die Verifikation einbezogen werden kann.In a further method step, an image series or a video of the security feature as well as optionally of the reference region is recorded by means of an image capture unit of the smartphone in order to detect the emission. Preferably, the recording takes place in the specified recording area. The detection of the emission takes place after completion of the excitation, ie after switching off the flash. The recording time of the image series recorded by the image acquisition unit or the video is preferably selected such that the last Image of the image series or video no emission of the security feature is more detectable, provided that the predetermined decay times of the phosphor of the security feature are met. This last image is taken as a reference image (B ref ). Likewise, optionally before starting the phosphor, a start image can be recorded, which can be included as a further reference in the verification.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die erfassten bzw. aufgenommenen Bildserien oder Videos mittels der Datenverarbeitungseinheit verarbeitet und mit Vorgabe- bzw. Referenzdaten verglichen. Im einfachsten Fall sind im Smartphone Referenzdaten hinterlegt, die mit den ermittelten Emissionsparametern verglichen werden.In a further method step, the acquired or recorded image series or videos are processed by means of the data processing unit and compared with default or reference data. In the simplest case, reference data are stored in the smartphone, which are compared with the determined emission parameters.
Bevorzugt werden die Bilddifferenzen zwischen den erfassten Bildern und dem nach Abklingen der Emission erfassten Referenzbild erzeugt (Δ1R=B1-Bref ... ΔnR=Bn-Bref), woraus anschließend mittels eines RGB Histogramms die Emissionswerte als Farbtonwert der unterschiedlichen Farbkanäle berechnet werden und anschließend die Abklingzeit des Leuchtstoffes aus den ermittelten Daten analysiert wird. Vorzugsweise werden n=10 Bilder für die Berechnung der Bilddifferenz verwendet. Bevorzugt liegt die Bildanzahl zwischen 5 und 15 Bildern.The image differences between the acquired images and the reference image acquired after the emission has subsided are preferably generated (Δ 1R = B 1 -B ref ... Δ nR = B n -B ref ), from which the emission values are subsequently determined by means of an RGB histogram different color channels are calculated and then the decay time of the phosphor is analyzed from the determined data. Preferably, n = 10 images are used for the calculation of the image difference. Preferably, the number of images is between 5 and 15 images.
Bei Annahme eines exponentiellen Abklingverhaltens kann die Abklingzeit(τ) durch folgende Gleichung bestimmt werden:
Diese Werte können aus einem Histogramm der Bilder bzw. der Bilddifferenz ermittelt werden.These values can be determined from a histogram of the images or the image difference.
Die spektrale Verteilung der Emission des Leuchtstoffes kann aus den Farbkoordinaten für unterschiedliche Bilder ermittelt werden, wobei gilt:
Weiterhin ist ein Vergleich eines vor der Aktivierung der Anregungsstrahlung aufgenommenen zusätzlichen Startbildes mit den Bildern der während der Abklingzeit aufgenommenen Bildserie sowie mit dem letzten Bild (Referenzbild) möglich.Furthermore, a comparison of an additional start image recorded before activation of the excitation radiation with the images of the image series recorded during the decay time and with the last image (reference image) is possible.
Durch den Vergleich kann das Vorhandensein des Sicherheitsmerkmals im Bereich des Aufnahmerahmens verifiziert und nachfolgend die Echtheit des Sicherheitsdokuments überprüft werden. Insbesondere kann durch die Verifikation des Sicherheitsmerkmals auf dem Sicherheitsdokument die Authentizität und Integrität des Sicherheitsdokuments überprüft werden.By means of the comparison, the presence of the security feature in the region of the receiving frame can be verified and subsequently the authenticity of the security document can be checked. In particular, verification of the security feature on the security document can verify the authenticity and integrity of the security document.
Das Referenzbild, welches das letzte Bild der Bildserie ist, wird in einem vorbestimmten Zeitrahmen, insbesondere im ms-Bereich erzeugt, wodurch Emissionen mit Abklingzeiten größer dem ms-Bereich ebenfalls ausgefiltert werden. Dafür kann das Referenzbild mit dem vor der Aktivierung der Anregungsstrahlung aufgenommenen Startbild verglichen werden.The reference image, which is the last image of the image series, is generated in a predetermined time frame, in particular in the ms range, whereby emissions with decay times greater than the ms range are also filtered out. For this purpose, the reference image can be compared with the start image recorded before activation of the excitation radiation.
Die Echtheit des Sicherheitsmerkmals wird in einer Ausführungsform des Verfahrens anhand folgender Merkmale überprüft:
- - Referenzprüfung, Vergleich des letzten Bilds (Referenzbild) aus der Serienaufnahme mit einem vor der Anregung aufgenommenen Startbild;
- - Detektion des Sicherheitsmerkmals und
- - Bestimmung der Emissionseigenschaften (τ, λ) des Sicherheitsmerkmals bzw. dessen Leuchtstoff.
- - reference test, comparison of the last image (reference image) from the series recording with a recorded before the excitation start image;
- - Detection of the security feature and
- - Determination of the emission properties (τ, λ) of the security feature or its phosphor.
Die Aufnahmegeschwindigkeit beim Erzeugen der Bildserie wird so gewählt, dass fluoreszierende Leuchtstoffe bzw. Merkmale mit kurzen Abklingzeiten, d.h. im µs-Bereich, als nicht verifizierbar ausgeschlossen werden, da solche kurzen Emissionen nicht mit hinreichender Intensität erfasst werden. Mittels einer Referenzprüfung, bei welcher ein Vergleich des letzten Bildes in der Aufnahme mit dem vor Anregung aufgenommenen Startbild erfolgt, werden Leuchtstoffe mit langen Abklingzeiten als nicht verifizierbar ausgeschlossen. Weist eines der beiden vorstehenden Merkmale auf einen fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Leuchtstoff hin, so wird das Ergebnis der Echtheit des Sicherheitsmerkmals mit „falsch“ ausgegeben.The take-up speed in generating the image series is selected so that fluorescent phosphors or features with short cooldowns, i. in the μs range, are excluded as unverifiable, since such short emissions are not detected with sufficient intensity. By means of a reference test, in which a comparison of the last image in the image with the image taken before excitation takes place, phosphors with long cooldowns are excluded as unverifiable. If one of the two preceding features points to a fluorescent or phosphorescent phosphor, the result of the authenticity of the security feature is output as "false".
Neben der Anwesenheit des gesuchten Leuchtstoffes im Sicherheitsmerkmal kann auch die äußere Form des Sicherheitsmerkmals überprüft werden. Entsprechen der detektierte Leuchtstoff sowie das Sicherheitsmerkmal nicht den hinterlegten Daten des vorbestimmten Leuchtstoffs bzw. Sicherheitsmerkmals wird die Echtheit als „falsch“ bestimmt. Für das Merkmal der Emissionseigenschaften werden die spektrale Verteilung der vom Leuchtstoff emittierten Strahlung sowie die Abklingzeit des Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals überprüft. Stimmen die Spektrallage sowie die Abklingzeit des Leuchtstoffes mit den hinterlegten Werten überein, und sind weiterhin die anderen Merkmale positiv („echt“) bestätigt, ergibt die Verifikation, dass das Sicherheitsmerkmal „echt“ ist.In addition to the presence of the searched phosphor in the security feature and the outer shape of the security feature can be checked. If the detected phosphor and the security feature do not correspond to the deposited data of the predetermined phosphor or security feature, the authenticity is determined to be "false". For the characteristic of the emission properties, the spectral distribution of the radiation emitted by the phosphor and the decay time of the phosphor of the security feature are checked. If the spectral position as well as the cooldown of the phosphor match the stored values, and if the other features are still positive ("true"), the verification indicates that the security feature is "genuine".
Die optionale Objekterkennung umfasst vorzugsweise verschiedene Bildverarbeitungsschritte, wie Filteranwendungen zur Rauschreduzierung, Kontrastanpassung oder Farbkanalverstärkung, eine Formanalyse zur Erfassung des Sicherheitsmerkmals. Die Rauschreduzierung kann beispielsweise mittels morphologischer Filter wie Erosion oder Dilatation erfolgen. Für die Formanalyse kann ein Template Matching zum Einsatz kommen. Auch die schnelle Fourier-Transformation (FFT) der Bilder kann verwendet werden.The optional object recognition preferably comprises various image processing steps, such as noise reduction, contrast matching or color channel enhancement filter applications, a shape analysis to detect the security feature. The noise reduction can be done for example by means of morphological filters such as erosion or dilatation. For the shape analysis a template matching can be used. The fast Fourier transform (FFT) of the images can also be used.
In einem bevorzugten Verfahrensschritt, der vor allem bei starkem Umgebungslicht sinnvoll ist, wird der Abstand zwischen dem Sicherheitsdokument mit dem Sicherheitsmerkmal und der Bilderfassungseinheit des Smartphones kleiner oder gleich dem Abstand des Scharfstellungsbereichs der Bilderfassungseinheit gewählt. Es wird keine optische Scharfstellung bzw. eine Fokuseinstellung benötigt. Der Abstand zwischen der Smartphone-Kamera und dem Sicherheitsmerkmal bei der Erfassung der Bilder kann somit sehr gering gewählt werden, da für das vorliegende Verfahren keine scharfen Bilder benötigt werden, weil lediglich die Emission und bei Bedarf die Form des Sicherheitsmerkmals erfasst werden. Der geringe Abstand zwischen dem Sicherheitsmerkmal und der Kamera bedingt den Vorteil, dass für die Anregung des Leuchtstoffs des Sicherheitsmerkmals mehr Energie zur Verfügung steht, und dass die Emission des Leuchtstoffs über einen breiten Raumwinkel erfasst wird. Die Minimierung des Abstands zwischen Kamera und Sicherheitsmerkmal ist besonders bedeutsam aufgrund der quadratischen Abhängigkeit der Intensität des Blitzlichts vom Abstand zur Anregungsquelle bzw. der Emission vom Abstand zur Detektionseinheit. Damit kann auch eine vergleichsweise geringe Emission erfasst werden, die bei einer Aufnahme im Scharfstellungsbereich nicht mehr detektierbar wäre. Dies reduziert die Falsch-Zurückweisungsrate (d. h. ein echtes Sicherheitsdokument wird als falsches bewertet). Übliche Smartphones weisen beispielsweise einen Scharfstellungsbereich von 60 mm auf. Bevorzugt wird für das Verfahren daher ein Abstand zwischen 10 mm und 80 mm zwischen der Bilderfassungseinheit und dem Sicherheitsdokument mit Sicherheitsmerkmal zur Aufnahme der Bilder verwendet. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand während der Bildaufnahme zwischen der Bilderfassungseinheit und dem Sicherheitsdokument mit dem Sicherheitsmerkmal weniger als 50 mm. Ein weiterer Vorteil der Verwendung unscharfer Bilder besteht darin, die Auflösung der Bilder zu reduzieren und damit die Bearbeitung der Bilder zu beschleunigen.In a preferred method step, which makes sense above all in strong ambient light, the distance between the security document with the security feature and the image capture unit of the smartphone is selected to be less than or equal to the distance of the focus range of the image capture unit. No optical focus or focus adjustment is needed. The distance between the smartphone camera and the security feature when capturing the images can thus be chosen to be very small, since no sharp images are needed for the present method, because only the emission and if necessary the shape of the security feature are detected. The small distance between the security feature and the camera has the advantage that more energy is available for the excitation of the phosphor of the security feature, and that the emission of the phosphor is detected over a wide solid angle. The minimization of the distance between camera and security feature is particularly significant due to the quadratic dependence of the intensity of the flash light on the distance to the excitation source or the emission from the distance to the detection unit. Thus, a comparatively low emission can be detected, which would no longer be detectable when recording in the focus range. This reduces the false rejection rate (i.e., a true security document is rated false). For example, standard smartphones have a focus range of 60 mm. Preferably, therefore, a distance between 10 mm and 80 mm between the image capture unit and the security document with security feature for taking the images is used for the method. Particularly preferably, the distance during image acquisition between the image capture unit and the security document with the security feature is less than 50 mm. Another advantage of using blurred images is to reduce the resolution of the images and thus speed up the processing of the images.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals wird ein Referenzbereich neben dem Bereich des Sicherheitsmerkmals, also neben dem Bereich des Leuchtstoffes ausgewählt. Vorzugsweise haben die beiden Bereiche die gleiche sichtbare Körperfarbe. Damit kann die Schwankung der Belichtung während der Aufnahme bei Kunstlicht (50 Hz Flackern) kompensiert werden. Vorzugsweise sind die Positionen des Leuchtstoffes und des Referenzbereich auf dem Sicherheitsdokument vordefiniert (z. B. relativ zu einem markanten Zeichen auf dem Dokument). Für die Verifikation wird eine gleiche Pixelanzahl in beiden Bereichen für alle erfassten Bilder ausgewählt und für jedes Bild wird eine Bilderdifferenz für diese Ausschnitte erstellt.In another embodiment of the method for verifying the security feature, a reference area is selected next to the area of the security feature, ie next to the area of the phosphor. Preferably, the two areas have the same visible body color. This compensates for the fluctuation in exposure during exposure to artificial light (50 Hz flickering). Preferably, the positions of the phosphor and the reference region are predefined on the security document (eg, relative to a prominent character on the document). For verification, an equal number of pixels in both areas is selected for all acquired images, and for each image, a difference in image is created for those areas.
Für bestimmte Leuchtstoffe, insbesondere Silicat-Granate kann ein zusätzlicher Verifikationsfaktor verwendet werden. Diese Leuchtstoffe zeigen ein breites Emissionsspektrum mit lokalen Maxima im grünen und roten Spektralbereich, die darüber hinaus unterschiedliche Abklingzeiten aufweisen. Daraus ergibt sich, dass bei Abklingmessungen über den gesamten sichtbaren Spektralbereich ein charakteristischer Farbshift festgestellt wird, der ebenfalls als Echtheitskriterium verwendet werden kann.For certain phosphors, especially silicate garnets, an additional verification factor can be used. These phosphors show a broad emission spectrum with local maxima in the green and red spectral range, which also have different cooldowns. It follows that during decay measurements over the entire visible spectral range a characteristic color shift is detected, which can also be used as authenticity criterion.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass das bekannte und bei einer Vielzahl der Anwender vorhandene Smartphone als mobiles Endgerät zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals verwendet werden kann. Es wird eine schnelle, interne Auswertung und Authentifizierung der mit dem Smartphone gemessenen Leuchtstoffemissionen durchgeführt. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Abstand zwischen dem Sicherheitsmerkmal und der Bilderfassungseinheit gering gehalten werden kann, da gleichzeitig ein Abdecken des Sicherheitsmerkmals gegen Umgebungslicht, wie Tageslicht oder Raumlicht, erfolgt.A further advantage of the method is that the known and existing in a variety of users smartphone can be used as a mobile terminal for verification of the security feature. It is a quick, internal evaluation and authentication of measured with the smartphone phosphor emissions carried out. It is also advantageous that the distance between the security feature and the image capture unit can be kept low, since at the same time covering the security feature against ambient light, such as daylight or room light occurs.
Das Verfahren mit seinen Verfahrensschritten wird bevorzugt als Applikation bzw. App für das Smartphone bereitgestellt.The method with its method steps is preferably provided as an application or app for the smartphone.
Die Bildfrequenz des eingesetzten Bildsensors (insbesondere Smartphone-Kamera) bestimmt eine untere Grenze, welche durch das Abklingverhalten des Leuchtstoffes erreicht werden muss. Eine obere Grenze ist durch die physiologischen Eigenschaften des menschlichen Sehvermögens vorgegeben, insbesondere durch die visuelle Wahrnehmung, also die Aufnahme und Verarbeitung optischer Reize durch das Auge und das Gehirn. Um den im Sicherheitsmerkmal verwendeten Leuchtstoff einer hohen Sicherheitsstufe zuordnen zu können, soll die Emission des Sicherheitsmerkmals nicht durch visuelle Wahrnehmung vom Menschen erfassbar sein. Insbesondere soll die Abklingzeit des Leuchtstoffes kleiner 1 s sein, da ab 1 s ein Nachleuchten des Leuchtstoffes erfolgt, welches durch den Menschen wahrnehmbar ist. Der Leuchtstoff ist so gewählt, dass seine Abklingzeit im einstelligen oder zweistelligen ms-Bereich liegt. Bevorzugt liegt die Abklingzeit des Leuchtstoffes (immer betrachtet ab dem Abschalten der Anregungsquelle) des Sicherheitsmerkmals im Bereich von 1 ms bis 50 ms. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals eine Abklingzeit von 10 ms bis 30 ms auf.The frame rate of the image sensor used (in particular smartphone camera) determines a lower limit, which must be achieved by the decay behavior of the phosphor. An upper limit is given by the physiological properties of the human eye, in particular by the visual perception, ie the reception and processing of optical stimuli by the eye and the brain. In order to be able to assign the luminescent material used in the security feature to a high security level, the emission of the security feature should not be detectable by human visual perception. In particular, the cooldown of the phosphor should be less than 1 s, since from 1 s afterglow of the Phosphor takes place, which is perceptible by humans. The phosphor is chosen so that its decay time is in the single-digit or two-digit ms range. Preferably, the decay time of the phosphor (always considered from switching off the excitation source) of the security feature is in the range of 1 ms to 50 ms. The phosphor of the security feature particularly preferably has a decay time of 10 ms to 30 ms.
Damit das Sicherheitsmerkmal allein mittels eines mobilen Endgerätes (insbesondere Smartphone) erfassbar ist, ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im blauen Spektralbereich anregbar ist, damit die Blitzlichtquelle des Smartphones diese Anregungsstrahlung liefern kann. Weiterhin ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich emittiert, wobei diese Emission aufgrund der kurzen Abklingzeit nicht vom Benutzer durch visuelle Wahrnehmung erfassbar ist.So that the security feature can be detected solely by means of a mobile terminal (in particular a smartphone), the phosphor is configured so that it can be excited in the visible spectral range, in particular in the blue spectral range, so that the flash light source of the smartphone can supply this excitation radiation. Furthermore, the phosphor is configured to emit in the visible spectral region, which emission due to the short decay time is not detectable by the user by visual perception.
Das weiße Licht der Beleuchtungseinheit eines Smartphones, wird durch eine LED erzeugt, welche aus einem LED-Halbleiterchip mit einer Emission bei etwa 450 nm und oberhalb des LED-Halbleiterchip platzierten LED-Konversionsleuchtstoffen besteht, wobei die Konversionsleuchtstoffe die Emission der blauen LED anteilig in langwelligere sichtbare Lumineszenzstrahlung (breitbandige Emission im grünen, gelben und roten Spektralbereich) mit einem Emissionsmaximum von beispielsweise etwa 560 nm umwandeln. Das weiße Licht der als Beleuchtungseinheit handelsüblicher Smartphones bereitstehenden LED resultiert aus der additiven Farbmischung der beschriebenen einzelnen Lumineszenzkomponenten, wobei der blaue Spektralanteil die höhere Intensität aufweist. Das bedeutet, dass der für die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals verwendbare Leuchtstoff vorzugsweise so konfiguriert sein muss, dass er insbesondere im Bereich zwischen 420 nm bis 470 nm eine hohe Effizienz der spektralen Anregbarkeit aufweist. Besonders bevorzugt besitzt der Leuchtstoff eine effektive Anregungswellenlänge von 450 nm.The white light of the illumination unit of a smartphone is generated by an LED consisting of an LED semiconductor chip with an emission at about 450 nm and LED conversion phosphors placed above the LED semiconductor chip, the conversion phosphors proportionately converting the emission of the blue LEDs into longer wavelengths convert visible luminescence radiation (broadband emission in the green, yellow and red spectral range) with an emission maximum of, for example, about 560 nm. The white light of the LED, which is available as a lighting unit for commercially available smartphones, results from the additive color mixing of the individual luminescence components described, with the blue spectral component having the higher intensity. This means that the phosphor which can be used for providing the security feature according to the invention preferably has to be configured in such a way that it has a high spectral excitability efficiency, in particular in the range between 420 nm and 470 nm. Particularly preferably, the phosphor has an effective excitation wavelength of 450 nm.
Zur Detektion der Lumineszenzsignale des Leuchtstoffes steht als Bilderfassungseinheit die Smartphone-Kamera zur Verfügung. Bevorzugt ist die Bilderfassungseinheit ein CMOS-Sensor, der mit einem IR-Filter ausgestattet ist, wodurch eine spektrale Empfindlichkeit bis etwa 750 nm besteht. Mittels der Bilderfassungseinheit können Einzelbilder, Bildserien oder Videos aufgezeichnet werden.For detecting the luminescence signals of the phosphor, the smartphone camera is available as image capture unit. Preferably, the image capture unit is a CMOS sensor equipped with an IR filter, whereby a spectral sensitivity to about 750 nm exists. By means of the image capture unit, individual images, image series or videos can be recorded.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich in verschiedenen Prüfgeräten angewendet werden. Solche Prüfgeräte können als Nachrüstmodul für die stationäre Prüfung verwendet werden (z. B. in Geldautomaten) oder bevorzugt als ein mobiles Endgerät gestaltet sein. Das mobile Endgerät ist bevorzugt ein Smartphone, kann aber auch ein Tablet oder ein anderes ähnliches multifunktionales Datenverarbeitungsgerät sein, welches eine Kamera mit Bilderfassungseinheit und/oder Beleuchtungseinheit sowie eine Datenverarbeitungseinheit umfasst. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor. Die Prüfung kann auch mit stationären Endgeräten, bzw. anderen Datenverarbeitungssystemen mit Bilderfassungseinheiten (z. B. Desktop-Monitore oder Service-Terminals) erfolgen.The method according to the invention can in principle be used in various testing devices. Such testers can be used as a retrofit module for stationary testing (eg in ATMs) or preferably designed as a mobile terminal. The mobile terminal is preferably a smartphone, but may also be a tablet or another similar multifunctional data processing device that includes a camera with an image capture unit and / or illumination unit and a data processing unit. The data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor. The check can also be performed with stationary terminals or other data processing systems with image acquisition units (eg desktop monitors or service terminals).
Bevorzugt ist der Leuchtstoff im Sicherheitsmerkmal so angeordnet, dass er ein Muster bildet. Der Leuchtstoff, insbesondere die Lumineszenzpigmente des Leuchtstoffes sind bevorzugt als ein definiertes Muster auf einem Träger aufgebracht. Das Muster kann als eine Form, beispielsweise ein Dreieck oder ein Stern angeordnet sein. Alternativ kann das durch den Leuchtstoff gebildete Muster des Sicherheitsmerkmals Daten enthalten und als ein Code, beispielsweise eine QR-Code, angeordnet sein.Preferably, the phosphor is arranged in the security feature so that it forms a pattern. The phosphor, in particular the luminescent pigments of the phosphor are preferably applied as a defined pattern on a support. The pattern may be arranged as a shape, for example a triangle or a star. Alternatively, the security feature pattern formed by the phosphor may include data and be arranged as a code, such as a QR code.
Die Pigmente des Leuchtstoffes sind als Sicherheitsmerkmal beispielsweise auf ein Sicherheitsdokument oder auf eine Schicht eines Sicherheitsdokumentes aufgedruckt. Das Aufdrucken oder Applizieren des Leuchtstoffes auf das Sicherheitsdokument kann mit bekannten Druckverfahren wie z. B. Tiefdruck, Flexodruck, Offsetdruck, Siebdruck oder auch Digitaldruckverfahren erfolgen. Weiterhin kann der Leuchtstoff durch Beschichtungsverfahren oder Laminierungsverfahren auf das Sicherheitsdokument aufgebracht werden.The pigments of the phosphor are printed as a security feature, for example on a security document or on a layer of a security document. The printing or application of the phosphor on the security document can with known printing methods such. As gravure, flexographic, offset, screen or digital printing process done. Furthermore, the phosphor can be applied to the security document by coating methods or laminating methods.
Es kann eine Authentizitätsprüfung und/oder Integritätsprüfung erfolgen. Die Verifizierung des Sicherheitsmerkmals ist erst durch die Wahl des Leuchtstoffes mit Abklingzeiten im ms-Bereich möglich. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass durch den speziell gewählten Leuchtstoff dessen Emissionen auch nach Beendigung des Anregungsprozesses noch sicher messbar sind. Verifizierbar sind sowohl der Leuchtstoff über die Abklingzeit und das Emissionsspektrum, als auch das durch den Leuchtstoff gebildete Muster als weiterer Sicherheitsfaktor. Damit ist eine hohe Sicherheit gegen Fälschung durch die Kombination mehrerer Faktoren erreichbar. Zur sicheren Authentifizierung eines Sicherheitsdokuments mit dem Sicherheitsmerkmal kann dieses beispielsweise in einem Bereich eines weiteren Sicherheitsmerkmals, wie einer Abbildung, angeordnet werden.An authenticity check and / or integrity check can be carried out. The verification of the security feature is only possible by the choice of the phosphor with cooldowns in the ms range. It has proved to be advantageous that its emissions are still measurable safely even after completion of the excitation process by the specially selected phosphor. Both the phosphor over the cooldown and the emission spectrum, as well as the pattern formed by the phosphor can be verified as a further safety factor. Thus, a high level of security against counterfeiting can be achieved by combining several factors. For secure authentication of a security document with the security feature, it can be arranged, for example, in a region of another security feature, such as a figure.
Das Sicherheitsmerkmal ist auf unterschiedlichen Sicherheitsdokumenten aufbringbar, beispielsweise einer Banknote, einem Ausweis, einem Reisepass, einem Führerschein, einem Ticket, einer Briefmarke oder ähnlichem.The security feature can be applied to different security documents, for example, a banknote, an ID card, a Passport, driver's license, ticket, stamp or similar.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals auf einem Geldschein; -
2 eine schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals; -
3 ein Diagramm mit dem An- und Abklingverhalten eines Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals bei Blitzlichtanregung; -
4 ein Ablaufplan zur Durchführung der Verifikation des Sicherheitsmerkmals mit der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 an embodiment of a security feature according to the invention on a bill; -
2 a schematic representation of components of an inventive arrangement for verification of the security feature; -
3 a diagram with the arrival and Abklingverhalten a phosphor of the security feature in flash excitation; -
4 a flowchart for performing the verification of the security feature with the inventive arrangement.
Das Sicherheitsmerkmal
In
Unterhalb der Zeitachse sind in
Je nach Auswerteverfahren kann ein zusätzliches Referenzbild
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Sicherheitsmerkmalsafety feature
- 0202
- Sicherheitsdokument / Geldschein / BanknoteSecurity document / banknote / banknote
- 0303
- Nominalwertnominal value
- 0404
- Beleuchtungseinheitlighting unit
- 0505
- --
- 0606
- BildaufnahmeeinheitImaging unit
- 0707
- SmartphoneSmartphone
- 0808
- Blitzlichtflashlight
- 0909
- Detektor / KameraDetector / camera
- 1010
- --
- 1111
- Emissionskurveemission curve
- 1212
- BlitzlichtanregungskurveFlash light excitation curve
- 1313
-
Bildaufnahme des Sicherheitsmerkmals
01 Image capture of thesecurity feature 01 - 14a14a
- Startbildstart screen
- 14b14b
- Referenzbild reference image
- 41 - 4541 - 45
- Verfahrensschrittesteps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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