DE102018125780A1

DE102018125780A1 - Ähnlichkeitsbestimmung eines von einem Druckexemplar erstellten Digitalbildes mit einer Digitalvorlage

Info

Publication number: DE102018125780A1
Application number: DE102018125780.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Weiss; Jan Vorbrüggen
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-23
Also published as: WO2020078885A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Ähnlichkeitsgrades zwischen einem von einem Druckexemplar erstellten Digitalbild und einer Digitalvorlage vorgeschlagen, wobei das Verfahren mindestens Folgendes umfasst:a) Erstellen eines Digitalbildes (B) von einem Druckexemplar (P) oder zumindest Verwenden eines davon erstellten Digitalbildes (B), wobei das Druckexemplar (P) an einem Gegenstand und/oder an seiner Oberfläche als Bedruckung oder in sonstiger körperlicher Form dauerhaft ausgebildet ist und das Digitalbild (B) mittels eines digitalen Bildaufnahmegeräts von dem Druckexemplar (P) erstellt wird und/oder erstellt ist,b) Errechnen eines Ähnlichkeitsgrades (Q) zwischen dem Digitalbild (B) und einer Digitalvorlage (D0) undc) Anzeigen oder anderweitiges Ausgeben des errechneten Ähnlichkeitsgrades (Q) und/oder eines darauf basierenden Bewertungsergebnisses (R), wobei die Schritte b) und/oder c) ferner Folgendes umfassen:i) Vorgeben, Zwischenspeichern und/oder Ermitteln mindestens eines dem Digitalbild (B) zugeordneten und/oder für dessen Erstellung zumindest vorübergehend eingestellten Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) undii) Errechnen des Ähnlichkeitsgrades (Q) unter Verwendung einer von dem mindestens einen Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) abhängigen Korrektur, wodurch der Einfluss des mindestens einen Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) auf den Ähnlichkeitsgrad (Q) bei der Errechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) kompensiert wird.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Ähnlichkeitsgrades eines von einem Druckexemplar erstellten Digitalbildes mit einer Digitalvorlage des Druckexemplars. Eine solche Bestimmung des Ähnlichkeitsgrades ist beispielsweise zur Bewertung eines zur Authentifizierung bestimmten Rauschmusters oder für beliebige sonstige Zwecke anwendbar.
In vielen Gebieten der Technik sind zusätzlich zu Originalprodukten, Originalverpackungen, echten Ausweisen oder sonstigen echten Dokumenten auch solche Exemplare im Umlauf, die gefälscht oder auf sonstige Weise unbefugt nachgeahmt, wiederverwendet oder manipuliert worden sind. Neben Dokumenten wie Siegeln, Ausweisen und Zugangsberechtigungen seien hier als eigentliche technische Produkte bzw. Handelsgüter exemplarisch Medikamente sowie Fahrzeugteile genannt, das Problem besteht jedoch bei Produkten jeder Art. Auch Etiketten zum Etikettieren beliebiger Produkte oder ihrer Verpackungen (etwa von Medikamentenbehältern) sind oft gefälscht. Zum Schutz vor solchen Fälschungen sind Etiketten, Dokumente oder sonstige Produkte oft mit einem zur Authentifizierung dienenden Rauschmuster versehen, um die Echtheit des betreffenden Gegenstands prüfen zu können, genauer gesagt mit einem Druckexemplar des Rauschmusters, das als Bedruckung oder in sonstiger körperlicher Form dauerhaft an dem Gegenstand ausgebildet ist; meist auf seiner Oberfläche.
Von dem hier beschriebenen Verfahren zur Ähnlichkeitsbestimmung können jedoch nicht nur Rausch- und Authentifizierungsmuster profitieren, sondern es sind beliebige andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, etwa Qualitätsmessungen an gedruckten Motiven, etwa zur Prüfung der Bildschärfe oder der Rauigkeit der bedruckten Oberfläche; ferner Untersuchungen zur Prüfung der Bild- oder Druckqualität eines drucktechnisch hergestellten, auf einem Druckträger verkörperten Druckbildes, d.h. Druckexemplars (z.B. Farbschraffuren bzw. Druckpunktmuster) und/oder zur Überprüfung und Untersuchung des angewandten Druckprozesses selbst (beispielsweise Laserdirektdruck). Stellvertretend für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten wird nachstehend hauptsächlich auf Rauschmuster und insbesondere Authentifizierungsmuster näher eingegangen; das hier vorgeschlagene Verfahren ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
Die beim Abfotografieren eines gedruckten Exemplars (z.B. eines zur Authentifizierung dienenden Rauschmusters) aufgenommenen Digitalbilder besitzen zwangsläufig Abweichungen gegenüber dem Original; bei unbefugter Vervielfältigung (z.B. eines Rauschmusters oder eines sonstigen gedruckten Motivs) wird daher meist modernste Technik, beispielsweise ein hochauflösender Scanner eingesetzt, um bei der Reproduktion möglichst nah an das gedruckte Original heranzukommen und das Erkennen von Nachahmungen zu erschweren. Dennoch ist der durch Vervielfältigung entstehende zusätzliche Verlust an Ähnlichkeit mit dem Original meistens groß genug, um die Nachahmung als solche zu erkennen. Herkömmlich wird für das Abfotografieren eines originalen und eines nachgeahmten, reproduzierten Druckexemplars jeweils ein unterschiedlich großer Ähnlichkeitsgrad erwartet, festgestellt und oft auch im Voraus durch den Hersteller messtechnisch ermittelt. Als Grenzwert Qmin für das mindestens erforderliche Ähnlichkeitsmaß zum Identifizieren eines Originals wird meist der Mittelwert zwischen diesen beiden Ähnlichkeitsgraden angesetzt (beispielsweise Qmin = 75%).
Nachteilig hierbei ist, dass eine Restunsicherheit verbleibt, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein nachgeahmtes bzw. reproduziertes Muster oder sonstiges Motiv in Folge außergewöhnlich hochwertiger Reproduktion einen oberhalb dieses Grenzwerts liegenden Ähnlichkeitsgrad zum Original erreicht. Umgekehrt kann auch das Abfotografieren oder Einscannen eines echten Druckexemplars unter ungünstigen Bedingungen, etwa ungeeigneten Belichtungs- oder Aufnahmebedingungen oder durch die Handhabung des Bildaufnahmegeräts, dazu führen, dass anstelle des eigentlich erreichbaren Ähnlichkeitsgrades nur ein unterhalb dieses Grenzwertes Qmin liegender Ähnlichkeitsgrad detektiert wird, der das abfotografierte echte Druckexemplar fälschlicherweise als Nachahmung bewertet.
Es wäre wünschenswert, das Risiko solcher Fehlbewertungen zumindest deutlich zu verringern und ein objektiveres Maß zur Unterscheidung zwischen ursprünglichen und nachgeahmten Druckexemplaren beliebiger Druckmotive zu finden. Auch für sonstige Anwendungen wäre es wünschenswert, eine objektivere Bestimmung des Ähnlichkeitsgrades zwischen einem von einem Druckexemplar erstellten Digitalbild und einer Digitalvorlage des Druckexemplars zu erreichen.
Es ist daher die Aufgabe dieser Anmeldung, ein objektiveres und/oder präziseres Verfahren zur Ähnlichkeitsbestimmung bereitzustellen, mit dem die Ähnlichkeit eines von einem Druckexemplar erstellten Digitalbildes mit einer Digitalvorlage des Druckexemplars zuverlässiger bestimmbar ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst; bevorzugte Ausführungsarten sind insbesondere in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass schon bei der Errechnung des Ähnlichkeitsgrades zumindest ein Aufnahmeparameter des Digitalbildes oder des Bildaufnahmegeräts vorgegeben, zwischengespeichert und/oder ermittelt wird und dass der Ähnlichkeitsgrad in Abhängigkeit von diesem mindestens einen Aufnahmeparameter, insbesondere als Korrekturfunktion dieses Aufnahmeparameters errechnet wird, wodurch der Einfluss des Aufnahmeparameters auf den Ähnlichkeitsgrad schon bei dessen Errechnung kompensiert wird. Gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zur Bewertung eines gedruckten Musters oder sonstigen gedruckten Motivs ermöglicht dies einen objektiveren Vergleich zwischen dem ursprünglichen Digitalbild und dem durch Scannen oder Abfotografieren des Druckexemplars gewonnenen Digitalbild. Bislang inhärente, mehr oder weniger unvermeidbare Einflüsse von Aufnahmeparametern werden dadurch kompensiert, und der so errechnete Ähnlichkeitsgrad und das darauf basierende Bewertungsergebnis sind genauer, zuverlässiger und/oder objektiver.
Einige exemplarische Ausführungsformen werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 einen Gegenstand, der ein Druckexemplar eines zur Authentifizierung dienenden Rauschmusters aufweist,
2 eine typische Anordnung mit einem Smartphone oder sonstigen Bildaufnahmegerät zum Erzeugen eines Digitalbildes von dem Druckexemplar des Rauschmusters,
3 eine schematische Abfolge von jeweils verlustbehafteten Reproduktionsschritten bei der Herstellung und ggfs. späteren Vervielfältigung eines zur Authentifizierung dienenden Rauschmusters in gedruckter und/oder digitaler Form,
die 4A bis 4E verschiedene in 3 aufgeführte Vorlage- und Wiedergabestufen am Beispiel eines zur Authentifizierung dienenden Rauschmusters,
5A in herkömmlicher Weise berechnete Qualitätswerte eines jeweils identischen Druckexemplars eines Rauschmusters bei unterschiedlichen Aufnahmeeinstellungen eines verwendeten Smartphones, aufgetragen über die jeweilige Bildschärfe,
5B eine ausschnittweise fotografische Wiedergabe einiger der der 5A zugrundeliegenden Digitalbilder,
5C ein anhand eines Digitalbildes eines erstmaligen Druckexemplars erstelltes Diagramm zur Abhängigkeit eines Qualitätswertes in Abhängigkeit von der Bildschärfe bei Variation verschiedener Aufnahmeparameter,
5D die Abhängigkeit des Bildkontrasts von der Bildschärfe bei Variation der Aufnahmeparameter gemäß 5C,
5E die Abhängigkeit des Qualitätswerts aus 5C als Funktion des Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast,
5F eine Berechnung eines um den Einfluss des Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast korrigierten, gemäß dieser Anmeldung erzielbaren Qualitätswerts, der weitgehend konstant ist,
5G die Abhängigkeit unkorrigierter Qualitätswerte von Digitalbildern, aufgenommen von realen Druckexemplaren von Rauschmustern, vom Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast,
5H die Differenz zwischen Qualitätswerten von Digitalfotos von ursprünglichen Druckexemplaren und solchen von Digitalfotos von reproduzierten Druckexemplaren, ausgedrückt in Einheiten der Standardabweichung des Qualitätswerts der Digitalfotos, die mittels eines Smartphones von den echten, ursprünglichen Druckexemplaren gemacht wurden; dargestellt für drei unterschiedliche Smartphonemodelle,
51 die der 5H zugrundliegende Größe der Standardabweichung des Qualitätswerts von Digitalbildern authentifizierter, ursprünglicher Druckexemplare für die drei Modelle von Smartphones,
die 6A und 6B die mit Hilfe eines Gradientenfilters zur Schärfeberechnung erhaltenen, unkorrigierten Qualitätswerte, aufgetragen in Abhängigkeit vom Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast; berechnet mit zwei verschiedenen Faltungsmatrizen,
7 die wie in 51 aufgetragene Standardabweichung des Qualitätswerts von mit verschiedenen Smartphones erstellten Digitalbildern von authentifizierbaren, echten bzw. ursprünglichen Druckexemplaren, wobei das Kriterium zur Auswahl der zu berücksichtigenden Bildpunkte auf dem Gradientenfeld beruht,
8 die wie in 5H aufgetragene Differenz zwischen Qualitätswerten von Digitalfotos ursprünglicher Druckexemplare und derjenigen von Digitalfotos reproduzierter Druckexemplare, fotografiert mit drei verschiedenen Smartphones und ausgedrückt in Einheiten der Standardabweichung, wobei das Kriterium zur Auswahl der zu berücksichtigenden Bildpunkte auf dem Gradientenfeld beruht,
9 ein Diagramm zur Abhängigkeit des unkorrigierten Ähnlichkeitsgrades von der Bildauflösung der Digitalbilder,
10 ein Diagramm zur Abhängigkeit des unkorrigierten Ähnlichkeitsgrades sowohl von der Bildauflösung der Digitalbilder als auch von dem Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast,
11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß dieser Anmeldung zur objektiveren Errechnung eines Ähnlichkeitsgrades,
12A herkömmliche Größenverhältnisse von Produktionsschwankungen verdruckter Rauschmuster, deren Prozessfenster und Messschwankungen zur Q-Wert-Bestimmung zueinander und
die 12B und 12C die veränderten Größenverhältnisse bei Anwendung eines anmeldungsgemäßen Verfahrens.

Als eine denkbare Anwendungsmöglichkeit des hier vorgeschlagenen Verfahrens werden nachfolgend Rauschmuster, insbesondere Authentifizierungsmuster exemplarisch behandelt. Jedoch betrifft das Verfahren zur Ähnlichkeitsbestimmung ebenso vielfältige andere Anwendungen; beispielsweise Qualitätsmessungen an Beschriftungsbildern oder an sonstigen gedruckten (d.h. drucktechnisch realisierten und somit als Druckexemplar verkörperten) Motiven, etwa an einem Siemens-Stern oder an einem sonstigen visuellen, z.B. grafischen Bild- und/oder Textmotiv zur Prüfung der Bildschärfe in der Fotografie oder in einem sonstigen Gebiet der Technik; weiterhin Messungen und/oder Ähnlichkeitsbestimmungen zur Prüfung von Oberflächeneigenschaften gedruckter Motive; etwa der Rauigkeit oder einer sonstigen Beschaffenheit der durch Bedrucken gestalteten Oberfläche; ferner Messungen oder sonstige Untersuchungen an Farbschraffuren oder sonstigen Druckpunktmustern; ferner Untersuchungen zur Prüfung der Bild- oder Druckqualität eines Druckexemplars und/oder eines angewandten Druckprozesses, beispielsweise beim Laserdirektmarkierung usw.
Rauschmuster sind Kontrastmuster mit einer Vielzahl kleiner, meist quadratischer Elementarflächen, von denen ca. die eine Hälfte schwarz oder jedenfalls dunkel und die andere Hälfte weiß bzw. hell ausgebildet ist; die Verteilung von hellen und dunklen Kontrastflächen ist scheinbar zufällig gewählt. Im Gegensatz zu beispielsweise QR-Codes, die aus relativ großen, einzeln erkennbaren Elementarflächen gebildet sind, um durch Abfotografieren mittels Smartphone usw. beispielsweise einen Internetlink zu öffnen und/oder eine Information abzurufen, sind die Kontrastflächen eines Rauschmusters, das als Sicherheitsmerkmal, d.h. als Authentifizierungsmuster dient, mit so kleinen Abmessungen gedruckt, dass einerseits ein Erkennen der einzelnen Kontrastflächen praktisch nur mit technischen Hilfsmitteln, nämlich anhand einer vergrößerten Digitalkopie, d.h. durch Abfotografieren oder Scannen möglich ist und dass andererseits bei einer unbefugten missbräuchlichen Vervielfältigung des Druckexemplars - durch nochmalige drucktechnische Reproduktion aus dem Digitalbild - ein im Voraus einkalkulierter Verlust an Übereinstimmung zwischen ursprünglichem und reproduziertem Druckexemplar entsteht. Die Echtheit eines zunächst unbekannten Druckexemplars des Rauschmusters wird überprüft, indem dieses abfotografiert oder gescannt wird und ein Ähnlichkeitsgrad (auch Qualitätswert oder Q-Wert genannt) des Digitalbildes mit einer z.B. beim Produkthersteller abrufbaren Digitalvorlage des Druckexemplars ermittelt wird; dessen numerischer Wert ermöglicht eine Aussage zur Echtheit des Druckexemplars.
Die hohe Dichte der Kontrastflächen in dem echten Druckexemplar des Authentifizierungsmusters garantiert, dass das verdruckte Muster auf dem Gegenstand, seiner Verpackung oder seinem Etikett selbst im Falle der Verwendung modernster Ausrüstung, etwa zum Einscannen oder anderweitigen bildlich-digitalen Erfassen des bedruckten Rauschmusters, niemals verlustfrei reproduzierbar ist. Der Verlust an Übereinstimmung ist jedoch so bemessen, dass beim nur einmaligen, nämlich erstmaligen digitalen Abfotografieren oder Scannen zumindest ein gewisser Ähnlichkeitsgrad (von beispielsweise 70 oder 80%; je nach Rauschmuster) überschritten wird.
Wird ein echtes Authentifizierungs- oder Rauschmuster nachgeahmt, so muss dieselbe, identische Anordnung heller und dunkler Kontrastflächen wiederhergestellt, d.h. dupliziert werden, da andernfalls das Druckexemplar aufgrund der unterschiedlich verteilten Hell-Dunkel-Flächen sofort als Nachahmung erkennbar wäre. Somit muss der Nachahmer zumindest ein echtes Druckexemplar eines Rauschmusters beschaffen und digital aufzeichnen, d.h. fotografieren oder scannen und daraus nach entsprechender Bildbearbeitung ein oder mehrere Druckexemplare quasi „zweiter Generation“ erzeugen, die als Nachahmung dienen sollen. Wird ein solches Druckexemplar zweiter Generation später zur Prüfung seiner Echtheit ein zweites Mal abfotografiert bzw. digital erfasst, kommt ein zusätzlicher Informationsverlust durch das nochmalige Abfotografieren sowie den nachfolgenden, nochmaligen Druckprozess für das nachgeahmte Druckexemplar hinzu. Infolge des nun nochmals verringerten Ähnlichkeitsgrades ist das Druckexemplar zweiter Generation als Nachahmung und ggfs. Fälschung erkennbar.
Der Benutzer eines Lesegeräts für Authentifizierungsmuster, eines dafür bestimmten Scanners oder eines Smartphones mit entsprechender Softwareausstattung kann beispielsweise mit Hilfe eines elektronischen Schlüssels über das Internet einen Zugangscode und/oder sonstige Daten zum Downloaden oder Erzeugen des ursprünglichen, digitalen Rauschmusters, d.h. eine Digitalvorlage des Druckexemplars beschaffen, um auf seinem Smartphone oder sonstigen Bildaufnahmegerät diese ursprüngliche Digitalvorlage zu regenerieren und sein Digitalfoto damit zu vergleichen. Der dabei errechenbare Ähnlichkeitsgrad, auch Q-Wert oder Qualitätswert genannt und oft als Prozentangabe (entsprechend theoretisch 100% bei vollständiger Übereinstimmung) ausgedrückt, gibt Auskunft darüber, ob das fotografierte Druckexemplar echt (d.h. ein Druckexemplar erster Generation) oder nachgeahmt (d.h. ein Druckexemplar zweiter Generation) ist. Zur Unterscheidung zwischen echten und nachgeahmten Druckexemplaren von Authentifizierungsmustern wird oft ein Grenzwert (Qmin) angegeben, der das mindestens erforderliche Ähnlichkeitsmaß angibt (beispielsweise von 75%), damit das Druckexemplar als echt gelten kann; Digitalfotos von Druckexemplaren mit einem geringeren Ähnlichkeitsgrad zum elektronischen Original zeigen an, dass das fotografierte Druckexemplar kein originales, vom Hersteller oder in sonstiger Weise bevollmächtigten Händler autorisiertes Druckexemplar des Authentifizierungsmusters ist.
1 zeigt in schematischer Draufsicht die Oberfläche 101 eines Gegenstandes 100, der mit einem Rauschmuster 1 versehen ist. Das Rauschmuster 1 kann beispielsweise ein Sicherheitsmerkmal 10 sein, das zur Überprüfung der Echtheit des Gegenstandes dient, d.h. zur Überprüfung, ob dieser konkrete Gegenstand durch den Originalhersteller, einen bevollmächtigten Zulieferer oder sonstigen Lizenznehmer hergestellt ist, also keine unbefugte Kopie, Fälschung oder sonstige Nachahmung darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann das Rauschmuster 1 zum Abrufen einer Information, beispielsweise über das Internet, zur Einsicht in und gegebenenfalls Änderung einer Datenbank, zum Austausch sonstiger Informationen oder zur Benachrichtigung des Herstellers usw. dienen. Dies ist aber nicht erforderlich. Ferner kann das Rauschmuster 1 zur Gewährung oder Erlangung einer Zugangsberechtigung, etwa in einem Gebäude oder zu einem Geldautomaten, oder für eine sonstige Bevollmächtigung des Inhabers oder Benutzers dienen. Der mit dem Rauschmuster 1 versehene Gegenstand 100 kann ein Dokument oder Ausweis oder ein sonstiger beliebiger Gegenstand 100 oder eine Verpackung desselben sein, alternativ auch ein auf diese oder auf den Gegenstand 100 aufgeklebtes oder noch aufzuklebendes, d.h. zum späteren Aufkleben bestimmtes Etikett. Im einfachsten Fall ist das Rauschmuster 1 ein gedrucktes Muster P; beispielsweise ein Kontrastmuster aus einfarbigen, dunklen oder schwarzen, näherungsweise beispielsweise quadratischen Pixelflächen und entsprechenden Aussparungen zwischen ihnen. Statt in gedruckter Form kann das Rauschmuster 1 auch geätzt, eingelasert oder eingraviert sein, beispielsweise in eine metallische Oberfläche hinein oder auch unterhalb einer Oberfläche, aber von dieser aus sichtbar und/oder digital erfassbar. Das Rauschmuster 1 kann an ebenen Oberflächen wie auch gekrümmten Oberflächen, beispielsweise eines Fahrzeugteils oder eines pharmazeutischen Behältnisses, vorgesehen sein. Der Gegenstand 100 kann auf seiner Oberfläche 101 eine Bedruckung 102 aufweisen, die beispielsweise Beschriftungen in Form alphanumerischer Zeichen sowie Bilder, Grafiken oder sonstige grafische oder visuelle Elemente aufweisen, insbesondere wenn der Gegenstand ein Etikett ist oder umfasst. Das Rauschmuster 1 kann ein zusätzliches, separates Element solch einer Bedruckung 102 sein; alternativ kann das Rauschmuster 1 auch mit alphanumerischen oder sonstigen, beispielsweise grafischen Elementen der Bedruckung 102 kombiniert, beispielsweise damit vereinigt sein; so kann das Rauschmuster ein Bestandteil eines komplexeren Beschriftungs- oder Bedruckungsmusters bilden oder umgekehrt. Beispielsweise lassen sich eigentlich homogene Teilflächen alphanumerischer oder grafischer Elemente durch das Rauschmuster weiter untergliedern, ohne dass die Lesbarkeit oder Deutlichkeit dieser Elemente nennenswert beeinträchtigt wird.
Im Gegensatz zur ursprünglichen, digitalen Bildvorlage D0 (vgl. 3), die das Rauschmuster definiert, trägt die Oberfläche 101 des Gegenstandes 100 lediglich ein Druckexemplar P, d.h. ein durch eine Drucktechnik oder ein sonstiges Verfahren hergestelltes, gegenständlich und dauerhaft verkörpertes Abbild der Digitalvorlage des Rauschmusters.
Sofern das Druckexemplar P ein authentisches, originales Druckexemplar P1 erster Generation ist, wurde es direkt vom Hersteller oder autorisierten Händler unmittelbar basierend auf der originalen Digitalvorlage D0 gedruckt. Andernfalls jedoch handelt es sich um ein Druckexemplar P2 zweiter Generation, das eine unerlaubte oder herstellerseitig lediglich zu Testzwecken erstellte, mittelbare Kopie von einem originalen Druckexemplar P1 erster Generation darstellt. Solch eine Kopie P2 besitzt stärkere Abweichungen von der ursprünglichen Digitalvorlage D0, die mit bloßem Auge nicht feststellbar, aber durch Abfotografieren oder Scannen und anschließendes Errechnen eines Ähnlichkeitsgrades Q ermittelbar sind. Zunächst ist jedoch ungewiss, ob ein autorisiertes Druckexemplar P1 oder ein nachgeahmtes P2 vorliegt.
2 zeigt eine typische Anordnung zum Erstellen eines Digitalbildes B von einem vorliegenden Druckexemplar P eines Rauschmusters 1, das zur Authentifizierung dient und insbesondere als Sicherheitsmerkmal 10 dient. Das Abfotografieren oder Scannen des Druckexemplars P erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Smartphones 60, mit einer darin eingebauten oder einer separaten Digitalkamera 70 oder mit einem sonstigen Bildaufnahmegerät 50, beispielsweise mit einem Scanner 80 oder einem speziell gestalteten Lesegerät 90. So existieren Lesegeräte, die zum Auslesen, d.h. bildlichen Erfassen und Bewerten von Authentifizierungsmustern konstruiert sind und zum Fotografieren auf diese aufgelegt bzw. aufgedrückt werden.
3 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen verschiedenen Reproduktionsschritten, beginnend mit der ursprünglichen Digitalvorlage D0, einem davon ursprünglich hergestellten Druckexemplar P1 erster Generation, das das Rauschmuster 1 (und beispielsweise als Sicherheitsmerkmal dienende Authentifizierungsmuster) verkörpert. Zur Prüfung des Druckexemplars P; P1 wird hiervon ein Digitalbild B; B1 erstellt, welches durch das Drucken des Druckexemplars P1 entstandene Abweichungen von der Digitalvorlage D0 sowie dem Digitalbild B1 selbst anhaftende, inhärente Abweichungen aufweist; beide sind unvermeidlich, aber beherrschbar, sodass beim Vergleich des Digitalbildes B1 mit dem ursprünglichen D0 ein Qualitäts- oder Q-Wert, d.h. ein Ähnlichkeitsgrad Q1 des Digitalbildes B1 erreichbar bzw. nachweisbar ist, der oberhalb eines vorgebbaren Referenz- bzw. Grenzwertes Qmin liegt. Beispielsweise kann Q1 einen Wert von 80% besitzen. Wenn jedoch ein einmal vergebenes und auf einem Produkt, einem Etikett oder einer Verpackung angebrachtes Druckexemplar P1 nachgeahmt wird, ist hiervon zunächst wieder eine (in diesem Fall zu Nachahmungszwecken erstellte) Digitalvorlage D1 erforderlich, die als Grundlage zum Drucken eines nachgeahmten Druckexemplars P2 zweiter Generation dient. Wird das Druckexemplar P2 dann (in gleicher Weise wie ein echtes, ursprüngliches Druckexemplars P1, etwa wie in 2) geprüft, so erstellt die Prüfperson ein Digitalbild B2, das in diesem Fall jedoch nur ein Digitalbild ebenfalls zweiter Generation ist und alle Abweichungen des Druckexemplars P2 zweiter Generation, die durch die zweimalige Druckwiedergabe entstanden sind, enthält und nur noch einen geringeren Ähnlichkeitsgrad Q2 < Q1 aufweisen kann. Ein Vergleich mit einem Grenzwert Qmin wird anzeigen, dass das geprüfte Druckexemplar P2 kein vom Hersteller oder in sonstiger Weise autorisiert gedrucktes Druckexemplar P1 ist. Die Berechnung des Qualitätsgrades Q, etwa durch das zur Erstellung des Digitalbildes verwendete Bildaufnahmegerät 50 dient als Grundlage für ein Bewertungsergebnis bzw. für ein Resultat R(Q), welches anzeigt, ob das fotografierte Druckexemplar P ein authentischer, originaler Abdruck ist oder eine drucktechnische Kopie eines solchen. Damit wird verhindert oder zumindest erschwert, Nachahmungen von Originaldrucken als Originaldrucke auszugeben.
Die 4A bis 4E zeigen verschiedene Vorlage- und Wiedergabestufen am Beispiel eines Rauschmusters, das beispielsweise zur Authentifizierung bzw. Echtheitsprüfung dient. Anstelle eines Rauschmusters kann auch jedes sonstige zweidimensionale Motiv gewählt werden, auch eines, das bunt statt schwarz-weiß ist; dies gilt auch für alle übrigen Figuren und sonstigen Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung. 4A zeigt schematisch (in stark vergrößerter Ausschnittansicht) exemplarisch ein Rauschmuster 1 als ursprüngliche, geometrisch definierte Digitalvorlage D0, die als Vorlage zur drucktechnischen oder anderweitigen Herstellung eines Sicherheitsmerkmals 10 an mindestens einem authentifizierbar zu gestaltenden Gegenstand dient und beispielsweise in einer Datenbank des Herstellers gespeichert und durch ein Lesegerät mit Hilfe eines Zugangscodes oder -schlüssels zu Vergleichszwecken heranziehbar bzw. wiederherstellbar ist. Die 4B bis 4E zeigen verschiedene Wiedergabeformen und weitere Vorlageformen, die aus dieser ursprünglichen Digitalvorlage D0 herstellbar sind.
4B zeigt ein unmittelbar von dieser ursprünglichen Vorlage D0 gemäß 4A erstelltes Druckexemplar P1, wie es dauerhaft und gegenständlich an der Oberfläche oder einem sonstigen Bereich eines Etiketts, eines Verpackungsteils oder eines beliebigen Gegenstandes z.B. als Bedruckung verkörpert ist. Von diesem Druckexemplar P1 erster Generation zeigt 4B ausschnittsweise eine mit einem Mikroskop gewonnene Aufnahme. Ungeachtet der Verzerrungen durch die Mikroskopaufnahme ist zu erahnen, dass bereits die erste drucktechnische Reproduktion P1 gewisse Informationsverluste bzw. Abweichungen gegenüber der originalen Digitalvorlage D0 mit sich bringt.
Auch 4C zeigt ebenfalls ein unmittelbar von der ursprünglichen Vorlage D0 gemäß 4A erstelltes Druckexemplar P1; nun jedoch in Form eines mit einem Lesegerät gewonnenen Scans B1. Die Informationsverluste gegenüber der originalen Digitalvorlage sind hier wesentlich größer. Für eine nochmalige drucktechnische Reproduktion würde man daher als Vorlage also keinen Scan eines Lesegeräts (4C) verwenden, sondern eine mikroskopische Aufnahme wie in 4B; zumindest für Reproduktionszwecke ist das Mikroskop das geeignetere Bildaufnahmegerät.
Genau genommen zeigen die 4B und 4C nicht das Druckexemplar erster Generation P1 selbst, sondern lediglich digitale Aufnahmen davon, wie bereits an den unterschiedlich hohen Informationsverlusten deutlich wird. Das Druckexemplar erster Generation P1 selbst kann (allein schon wegen der viel geringeren realen Abmessungen) hier nicht dargestellt werden, da es z.B. an dem Gegenstand, beispielsweise auf einer ursprünglichen, originalen Verpackung fest aufgedruckt und verkörpert ist. Dennoch wird hier die Mikroskopaufnahme aus 4B noch nicht als digitale Vorlage erster Generation bezeichnet, denn auf die Mikroskopaufnahme aus 4B sind zuerst noch rechnerische Bildveränderungen anzuwenden, bevor (wie nachstehend in 4D gezeigt) eine brauchbare (z.B. kontrastreichere) digitale Vorlage zweiter Generation D1 entstehen kann.
4D zeigt eine solche digitale Vorlage zweiter Generation D1, die aus der mikroskopischen Aufnahme aus 4B errechnet wurde und die nun zur nochmaligen drucktechnischen Reproduktion verwendbar ist, wodurch dann die zweite drucktechnische Reproduktion P2 entsteht.
Das Druckexemplar zweiter Generation P2 selbst ist ebenfalls nicht darstellbar, da es an dem weiteren Gegenstand, beispielsweise auf einer reproduzierten, nicht mehr ursprünglichen Verpackung aufgedruckt und verkörpert ist. 4E zeigt jedoch ein mit einem Bildaufnahmegerät 50 (vgl. 2) aufgenommenes Digitalbild B2 (hier ein mikroskopisches Digitalbild), das von dem Druckexemplar P2 zweiter Generation aufgenommen wurde. Dieses Digitalbild zweiter Generation besitzt gegenüber der ursprünglichen Digitalvorlage (4A) erkennbar größere Informationsverluste als das Digitalbild erster Generation (4B); beim Vergleich von D1 und/oder D2 mit der ursprünglichen Digitalvorlage D0 (3) ist der jeweilige Informationsverlust als Ähnlichkeitsgrad oder Q-Wert errechenbar.
In der Praxis erstellt ein Hersteller, Händler, Käufer, Kunde oder eine sonstige (Prüf-)Person durch Abfotografieren oder Scannen des Druckexemplars P ein Digitalbild B, ohne zu wissen, ob das vorliegende Druckexemplar ein ursprüngliches Druckexemplar erster Generation P1 oder ein erst durch erneutes Reproduzieren entstandenes Druckexemplar zweiter Generation P2 ist. Erst der Vergleich mit der ursprünglichen Digitalvorlage D0, der den Ähnlichkeitsgrad Q liefert, ermöglicht diese Bewertung. Der Ähnlichkeitsgrad Q des Digitalbildes mit der originalen Digitalvorlage D0 dient zur Bewertung, ob das Druckexemplar P ein authentisches, herstellerseitig autorisiertes Exemplar P1 ist oder lediglich eine durch nochmalige Reproduktion entstandene Nachahmung P2. Das Verfahren dieser Anmeldung ermöglicht es, diese Bewertung zuverlässiger und objektiver als bisher vorzunehmen.
Der Vergleich eines Digitalbildes B mit der originalen Digitalvorlage D0 aus 4A erfolgt herkömmlich nach Kriterien, die sich aus dem Aufbau des zum Prüfen selbst erstellten Digitalvorlage D; D0 ergeben. Dabei wird auf entsprechende Algorithmen zurückgegriffen, die beispielsweise blockweise in Blöcken von n x n Pixeln einen Vergleich zwischen dem vorliegenden Digitalbild B und der ursprünglichen Digitalvorlage D0 vornehmen. Eine vollständige Übereinstimmung (Q = 100%) ist nur theoretisch erreichbar; realistische Werte liegen im Falle eines Digitalbildes B1 eines autorisierten Druckexemplars P1 z.B. bei einem Wert von 80%. Beim Erstellen eines Digitalbildes B2 von einem (missbräuchlich oder herstellerseitig testweise) durch Duplizieren des ersten Druckexemplars P1 entstandenen Druckexemplar P2 zweiter Generation und anschließendem Vergleich des Digitalbildes B2 mit der Originalvorlage D0 kann der maximal mögliche Ähnlichkeitsgrad z.B. bei einem Wert von 70% liegen. Üblicherweise in der Mitte zwischen beiden Werten (hier also bei 75%) wird ein Grenzwert Qmin definiert, der als Unterscheidungsschwelle zwischen autorisierten, echten P1 und nachgeahmten Druckexemplaren P2 dient. Dabei ist ein errechneter Ähnlichkeitsgrad Q eines verglichenen Digitalbildes B1 oder B2 stets mit einer gewissen, letztlich unvermeidbaren Unsicherheit behaftet, da weder die Bedingungen bei der drucktechnischen oder anderweitigen Herstellung des Druckexemplars (erster und ggfs. auch zweiter Generation) noch die Bedingungen bei der Erstellung des Digitalbilds (B1; ggfs. auch B2) bekannt sind, insbesondere nicht einzeln rückverfolgbar oder auch nur voneinander trennbar sind.
Als Aufnahmeparameter, dessen Einfluss auf den Q-Wert korrigiert wird, dient nachfolgend die Schärfe s des mittels des Smartphones 60 oder sonstigen Bildaufnahmegeräts 50 (2) erstellten Digitalbildes B (d.h. je nach Fall B1 bzw. B2). Gemäß 5A wurde zur Untersuchung der Abhängigkeit des Ähnlichkeitsgrades bzw. Q-Wertes von der Bildschärfe s von einem bedruckten Druckträger, auf den eine Vielzahl originaler, bestimmungsgemäß eigentlich identischer Druckexemplare P1 abgedruckt sind, eine Vielzahl von Digitalbildern mit unterschiedlichen Belichtungseinstellungen und Aufnahmebedingungen aufgenommen, insbesondere mit unterschiedlichen Belichtungszeiten von 20 ms und 40 ms sowie bei leicht variierenden Aufnahmeabständen; einige der Digitalbilder B1 sind in 5B abgebildet. Für diese Digitalbilder B1 wurde wie nachfolgend beschrieben die Schärfe s, die einen individuell variierenden Aufnahmeparameter der jeweiligen Digitalbilder B1 darstellt, berechnet und jeweils der Ähnlichkeitsgrad bzw. Q-Wert des jeweiligen Bildes B1 durch Vergleich mit der originalen Digitalvorlage D0 errechnet. Die Auftragung von Q (bzw. der unkorrigierten Werte Qo) über die Schärfe s in 5A zeigt eine recht verschmierte Verteilung der errechneten Q-Werte mit Schwankungen um bis zu 20% Ähnlichkeitsunterschied im Vergleich zur Originalvorlage D0, andererseits auch einen gewissen systematischen Anstieg mit zunehmender Schärfe s.
Die vorliegende Anmeldung beseitigt zumindest einen Teil dieser Unsicherheit und erzielt eine scheinbar relativierte, doch letztlich objektivere Berechnung des Ähnlichkeitsgrades Q. Die Berechnung ist deshalb objektiver, weil der Einfluss von Aufnahmeparametern (z.B. solchen des verwendeten Bildaufnahmegeräts), die sich bei der Erstellung des Digitalbildes auf dieses auswirken, kompensiert wird. Beispielsweise lässt sich die Abhängigkeit des Ähnlichkeitsgrades von der Bildschärfe, insbesondere seine Abhängigkeit vom Quotienten aus Bildschärfe und Kontrast, ermitteln und kompensieren. Aber auch andere Parameter und/oder Parameterkombinationen eignen sich, um eine objektivere Berechnung des Ähnlichkeitsgrades Q zu erreichen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, bei der Berechnung den Einfluss eines oder mehrerer Aufnahmeparameter des zu prüfenden Digitalbildes B; B1, B2 und/oder des dazu verwendeten Bildaufnahmegeräts 50 als Parameter in die Berechnung mit einzubeziehen. Hierzu dient das in dieser Anmeldung vorgeschlagene Verfahren gemäß Anspruch 1 oder der nachfolgenden Unteransprüche. Hierzu werden nachstehend einige konkretere Ausführungsbeispiele erläutert.
Die Berechnung der Schärfe erfolgt gemäß herkömmlichen Algorithmen zur Schärfebestimmung von Digitalbildern, beispielsweise unter Verwendung eines Laplace-Filters oder sonstiger Methoden, die in der Nähe der schärfstmöglichen Aufnahme zu einer anderen Steilheit des Schärfemaßes führen können. Die Berechnung der Schärfe s erfolgte hier unter Verwendung eines Laplace-Filters gemäß $S = \sum_{M} \sum_{N} | L |$
Dabei wurde für die Bildpunkte mit den Koordinaten (x, y) aus dem Produkt der Intensität, d.h. des Helligkeitsgrades oder Grauwertes I(x, y) mit einer Faltungsmaske bzw. Faltungsmatrix der Form $h = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & - 4 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{matrix}]$
eine Matrix L(x, y) = I(x, y) · h(x, y) errechnet und deren Beitrag, insbesondere deren Betrag bzw. Determinantenwert für alle über die M Zeilen und N Spalten des Digitalbildes B1 verteilten Bildpunkte aufsummiert. Bei dieser Summenbildung wurde jedoch nur der Beitrag derjenigen Bildpunkte berücksichtigt, für die |L| ≥ T gilt, d.h. für die der Beitrag oberhalb eines gewissen, vorgebbaren Schwellwertes T liegt, wohingegen die Beiträge aller übrigen Bildpunkte ignoriert wurden. Typischerweise werden je nach Schwellwert T nur Bildpunkte im Bereich großer lokaler Helligkeitsänderungen berücksichtigt. Anstelle der obigen Faltungsmatrix h(x, y) kann auch ein sonstiger Filter, etwa ein Kantenfilter angewandt werden, bei dem auch unterschiedliche und/oder unterschiedlich viele benachbarte Bildpunkte berücksichtigt und mit den obigen oder anderen Zahlenwerten multipliziert werden können.
Ausgehend von der Auftragung des Ähnlichkeitswertes Q₀ über die Schärfe s gemäß 5A wurde jedoch nicht unmittelbar ein Zusammenhang zwischen beiden errechnet, sondern die Abhängigkeit des Q-Wertes von weiteren Aufgabeparametern untersucht, die in den 5C bis 5G dargestellt ist.
In 5C wurde die Abhängigkeit des Ähnlichkeitsgrades, d.h. des Qualitätsmaßes Q von verschiedenen Aufnahmeparametern untersucht und über die Bildschärfe s des zu bewertenden Digitalbildes B aufgetragen. Ohne dass die jeweiligen Parameterwerte einzeln dargestellt sind, gelten in 5C durch Dreiecke dargestellte Messergebnisse für jeweils veränderte Fokuseinstellungen, durch Quadrate oder (an gleicher Stelle eingetragen) durch gefüllte Punkte dargestellte Messergebnisse hingegen für unterschiedlich hell bzw. dunkel belichtete Digitalaufnahmen (mit größerer bzw. kleinerer Belichtungszeit), und durch Kreise dargestellte Messergebnisse resultieren aus Verdrehungen und/oder Verkippungen des Bildaufnahmegeräts 50, 60 um die Betrachtungsrichtung relativ zum Druckexemplar P, wobei in 5C die durch Verdrehungen entstandenen Messergebnisse so dicht beieinanderliegen, dass sie ein nicht auflösbares Cluster mit einer Schärfe zwischen 17 und 21 und einem fast gleichbleibenden Q-Wert ergeben. Der 5C und den 5D bis 5F liegt eine rechnerische Simulation zugrunde. 5C zeigt zunächst den unterschiedlichen Einfluss verschiedener Parameterwerte auf die Schärfe und den Q-Wert. Es ist ablesbar, dass bei unterschiedlich heller Belichtung der Schärfewert variiert, der Qualitätswert jedoch stagniert. Ändert sich jedoch die Schärfe aufgrund einer veränderten Fokuseinstellung, wie durch die Dreiecksymbole angedeutet, so verändert sich sowohl die Schärfe als auch das Qualitätsmaß. Bei allen Messergebnissen aus 5C wurde ein und dasselbe Digitalbild gemäß den obigen Bildparametern variiert und anschließend dem Vergleich mit der originalen Digitalvorlage D0 sowie der Schärfeberechnung unterzogen.
Für die in 5C jeweils einzeln dargestellten Variationen von Aufnahmeparametern ist in 5D der Bildkontrast c des jeweiligen Digitalbildes über seine Bildschärfe s aufgetragen. Dabei wurde - abweichend von einer weit verbreiteten Konvention - als Bildkontrast nicht der Quotient zwischen der maximalen, aufgetretenen Bildpunkt- bzw. Pixelhelligkeit zur minimalen Bildpunkthelligkeit verwendet, sondern die Differenz zwischen diesen beiden. Da es sich bei den Digitalbildern um Graustufenbilder handelt, wurde als Kontrast somit eine Differenz (und nicht ein Quotient) zwischen dem aufgetretenen höchsten Grauwert und dem aufgetretenen kleinsten Grauwert des jeweiligen Bildes definiert und der weiteren Berechnung zugrunde gelegt. Während die eingetragenen, simulierten Messergebnisse für Verdrehungen (durch Kreise dargestellt) in 5D praktisch ununterscheidbar dicht als Cluster beieinanderliegen, zeigt 5D für Fokusveränderungen eine deutliche Veränderung sowohl der Schärfe als auch des Kontrasts; beide hängen voneinander ab. Eine noch deutlichere Abhängigkeit und Veränderung von Kontrast und Schärfe ist im Falle einer Über- oder Unterbelichtung beobachtbar; praktisch identisch für Überbelichtung wie auch Unterbelichtung zeigt sich in 5D eine lineare Abhängigkeit des Kontrasts c von der Schärfe s des jeweiligen Digitalbildes B1. Die Beobachtung, dass zumindest für eine Variation der Belichtungseinstellung das Verhältnis, d.h. der Quotient aus Schärfe und Kontrast (bzw. Kontrastumfang; mit der wie oben beschrieben verwendeten Definition als Helligkeits- oder Grauwertdifferenz) konstant ist, wurde für die weitere Berechnung eines verbesserten Q-Wertes verwendet.
Gemäß 5E wurde der Q-Wert über den Quotienten s/c aus Schärfe s und Kontrast c aufgetragen, wodurch erstmals eine einzige scharfe Interpolationslinie für alle Variationen der Aufnahmeparameter entsteht. Dabei wurden lediglich die Schärfe s und der Kontrast c als ein kombinierter Aufnahmeparameter aufgefasst, nämlich als Quotient zwischen beiden.
Die anhand 5E erkannte Abhängigkeit wurde durch eine Interpolationskurve, und zwar durch ein Polynom dritten Grades interpoliert, wobei der Ähnlichkeitsgrad Q als Funktion, nämlich Polynom dritten Grades des Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast aufgefasst wurde. Die Beeinflussung des Ähnlichkeitswertes Q durch die Quotienten aus den beiden Aufnahmeparametern s und c wurde dadurch beseitigt, dass das ermittelte Polynom dritten Grades von dem ursprünglich errechneten Q-Wert subtrahiert wurde. Somit ergibt sich $Q = Q_{0} - [a_{3} \cdot {(s / c)}^{3} + a_{2} \cdot {(s / c)}^{2} + a_{1} \cdot (s / c) + a_{0}],$
wobei Q₀ der unkorrigierte Q-Wert bzw. Ähnlichkeitsgrad ist und die Größen a3, a2, a1 und a0 die Koeffizienten der entsprechenden Potenzen des Quotienten s/c des Polynoms dritten Grades gemäß 5E darstellen. Bei der konkreten Simulation lauteten diese a3 = 71,361; a2 = -38,086; a1 = 6,591 und a0 = 0,326. Während herkömmliche Bewertungsmethoden und dafür bestimmte Bildaufnahmegeräte keine sofortige Kompensation des Einflusses von Aufnahmeparametern auf den Qualitätswert bzw. Ähnlichkeitsgrad Q vornehmen, wird gemäß obiger Formel eine Korrektur des ermittelten Q-Wertes Q₀ ermöglicht und von Anfang an berücksichtigt, d.h. eingerechnet, bevor überhaupt erstmalig ein Q-Wert Q und/oder ein darauf basierendes Bewertungsergebnis R gemäß 3 ausgegeben wird (vgl. die Ansprüche 1 bis 3).
Für die oben beschriebene Simulation zeigt 5F die für die einzeln variierten Aufnahmeparameter (Fokuseinstellung, Verdrehung und Bildhelligkeit bei Über- oder Unterbelichtung) einen nunmehr unabhängigen Q- oder Ähnlichkeits-Wert Q (statt vorher Q₀ ); auch unabhängig von der Größe des Quotienten s/c aus Bildschärfe und Bildkontrast.
Eine solche Korrektur des Ähnlichkeitsgrades anhand eines Polynoms, das abhängig ist vom Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast, wurde auch anhand von Digitalbildern B1 von realen Druckexemplaren P1 eines Authentifizierungsmusters durchgeführt. Dabei wurde ein Smartphone bei gleichbleibender Einstellung ISO = 100 und mit unterschiedlichen Kombinationseinstellungen für Fokus und Belichtungszeit (nämlich 10/40 ms; 9,5/20 ms und 9,5/40 ms) verwendet. Die Ergebnisse sind in 5G aufgetragen; es wurde jeweils dasselbe Druckmuster bzw. Druckexemplar fotografiert. Die (unkorrigierten) Werte Q₀ schwanken zwar erkennbar, hängen aber offensichtlich systematisch von dem Quotienten s/c ab. Der durch Subtraktion des ermittelten Polynoms korrigierte Ähnlichkeitsgrad Q (nicht dargestellt in 5G) ist hingegen annähernd konstant und somit unabhängig vom Quotienten s/c.
Um die restlichen, vergleichsweise geringen Schwankungen des korrigierten Ähnlichkeitsgrades Q weiter zu untersuchen und zu minimieren, wurde die Art und Weise der Berechnung der Bildschärfe s im Hinblick auf die vorzunehmende Berechnung des durch das Polynom zu korrigierenden Ähnlichkeitsgrades Q optimiert; dabei wurde zur Schärfeberechnung ein Laplace-Filter verwendet. Zur konkreten Anwendung des Laplace-Filters wurden weitere Rechenparameter hinsichtlich ihrer Auswirkung auf den zu korrigierenden Ähnlichkeitsgrad Q untersucht und optimiert; etwa die Wahl des Schwellwertes T, der eine Funktion des Bildpunktanteils A ist, d.h. der Größe des Anteils oder der Menge von Bildpunkten, die bei der Summenbildung über grundsätzlich alle Bildpunkte für die Schärfeberechnung tatsächlich berücksichtigt werden; weiterhin der Größe der Faltungsmaske h, beispielsweise als 3x3-Matrix oder alternativ als 5x5-Matrix sowie deren numerische Einträge; beispielsweise wie weiter oben angegeben. Diese Rechenparameter haben für unterschiedliche Bildaufnahmegeräte 15, etwa für verschiedene Smartphones in der Regel unterschiedliche Optimalwerte. Mit Hilfe der obigen Faltungsmaske h und einem variierten Schwellwert T zur Anwendung des diskreten Laplace-Filters wurde für Digitalbilder B1, die mit drei unterschiedlichen Modellen M1, M2 und M3 von Smartphones aufgenommen wurden, die Bildschärfe und der Ähnlichkeitsgrad sowohl mit als auch ohne Korrektur (Subtraktion des jeweiligen Polynoms dritten Grades, abhängig vom Quotienten s/c) berechnet. Es wurde eine Mehrzahl von ursprünglichen Druckexemplaren P1 desselben Rauschmusters fotografiert, wobei von jedem Druckexemplar 60 Digitalbilder mit dem jeweiligen Modell aufgenommen wurden.
Die Ergebnisse sind in den 5H und 5I aufgetragen, und zwar in Abhängigkeit von dem Bildpunktanteil A, der den Anteil der Bildpunkte angibt, die bei der Schärfeberechnung berücksichtigt wurden. Dieser Bildpunktanteil A ist eine Funktion des bei der Laplace-Filter-Berechnung vorgebbaren Schwellwertes T. Die Messergebnisse sind für drei gängige Smartphone-Modelle M1 (Messergebnisse in 5H und 5I durch Kreise angedeutet), M2 (angedeutet durch Quadrate) und M3 (Messpunkte durch Dreiecke angedeutet) eingetragen. Für die jeweils 50 Digitalbilder pro Messpunkt (vorgegebener T-Wert und verwendetes Smartphone-Modell) ergaben sich keine festen Werte für den Ähnlichkeits-wert Q, auch nicht nach Korrektur durch die polynomartige Abhängigkeit von dem Quotienten aus Schärfe und Kontrast, sondern eine statistische Verteilung der jeweils 50-fach ermittelten, um den Einfluss des Quotienten s/c korrigierten und somit letztlich objektiveren Q-Werte. Diese Schwankung ist in 5I als Standardabweichung σ des (korrigierten) Q-Wertes bzw. Ähnlichkeitsgrades angegeben, und zwar als Absolutwert; so wie der Q-Wert selbst die Ähnlichkeit als Prozentangabe angibt, ist dessen Schwankung σ die Schwankung dieser Prozentangabe Q (und nicht etwa seine relative Schwankung relativ zu seinem Mittelwert).
Alle Messungen und Berechnungen zu den aufgenommenen Digitalbildern wurden doppelt vorgenommen, nämlich einerseits durch Abfotografieren eines ursprünglichen Druckmusters P1 erster Generation (entsprechend einem Originaldruckmuster) wie auch durch Abfotografieren eines Druckexemplars P2 zweiter Generation, d.h. einer Kopie des Originaldruckmusters P1. Anschließend wurde die Differenz zwischen dem (höheren) Q-Wert des jeweiligen vom Original P1 erstellten Digitalbildes B1 und dem (kleineren) Q-Wert des von dessen Kopie P2 erstellten Digitalbildes B2 errechnet, und zwar jeweils einschließlich der oben beschriebenen Korrektur entsprechend der Abhängigkeit vom Quotienten s/c aus Bildschärfe und Bildkontrast.
Ausschließlich für die von den Originaldruckmustern P1 aufgenommenen Digitalbilder B1 wurde die Standardabweichung σ des korrigierten Ähnlichkeitsgrades Q berechnet, die sich aus der jeweils 50-fachen Erstellung des jeweiligen Digitalbildes ergab und in 51 in Abhängigkeit vom Bildpunktanteil A zur Schärfeberechnung aufgetragen ist. Ebenso wie der (korrigierte) Q-Wert selbst ist auch dessen Standardabweichung σ in 5I als absolute Zahl zu verstehen, wenngleich als Prozentangabe aufgetragen. Aus 51 ist ersichtlich, dass die Messwerte des korrigierten Ähnlichkeitsgrades Q eine gewisse Mindestschwankung besitzen, selbst wenn der Rechenparameter des Schwellwertes T entsprechend einem Bildpunktanteil von zwischen 10 und 15% gewählt wird.
Während hier speziell die optimale Wahl der Rechenparameter zum Berechnen eines diskreten Laplace-Filters untersucht wird, kann alternativ auch die Größe, Form und/oder die Zahleneinträge der Faltungsmaske bzw. -matrix h optimiert werden; im Beispiel von 51 wurde die weiter oben definierte Faltungsmatrix h verwendet. Weiterhin kann die Berechnung des Parameters der Bildschärfe statt mit Hilfe eines Laplace-Filters auch auf andere Art und Weise erfolgen, etwa mit Hilfe eines Gradientenfeldes anstelle eines Laplace-Feldes, wobei auch dort ein entsprechender Schwellwert (vergleichbar mit T) variierbar ist. Zunächst jedoch wird die der 5I zugrunde liegende Verteilung der Q-Werte für die Digitalbilder B1, B2 (erster und zweiter Generation; d.h. von ursprünglichen P1 wie auch testweise reproduzierten Druckexemplaren P2 aufgenommen) weiter anhand von 5H untersucht. Was letztlich interessiert, ist das Maß der Unterscheidbarkeit zwischen Digitalbildern B1 eines ursprünglichen Druckexemplars P1 und solchen B2 von kopierten Druckexemplaren P2. Für beide Digitalbilder B1 und B2 wurde jeweils der korrigierte, d.h. durch Subtraktion des Polynoms des Quotienten s/c erhaltene Ähnlichkeitsgrad Q (statt herkömmlich Q₀ ) errechnet und die Differenz aus beiden gebildet. Diese Differenz wurde durch die in 5I ermittelte Schwankung, d.h. Standardabweichung (und zwar derjenigen Q-Werte der Fotos B1 der ursprünglichen Druckexemplare P1) dividiert und in 5H aufgetragen; wiederum in Abhängigkeit vom in den Rechenparameter T zur Schärfeberechnung eingehenden Bildpunktanteil A. Man erkennt, dass mit dem Modell M3 (Messpunkte durch Dreiecke angedeutet) insgesamt der größte Unterschied zwischen dem (korrigierten) Q-Wert Q1 des Digitalbildes erster Generation B1 und dem (korrigierten) Q-Wert Q2 des Digitalbild zweiter Generation B2 erzielt wird, wobei mit dem Modell M3 der höchste Wert für einen Bildpunktanteil von A = 10% erreicht wird. Der diesen Bildpunktanteil zugeordnete Schwellwert T ist offenbar zumindest für dieses Smartphone am geeignetsten, um echte P1 und nachgeahmte P2 anhand der von ihnen erstellten Digitalfotos B1, B2 am deutlichsten voneinander zu unterscheiden, da der Unterschied zwischen beiden bei dieser Einstellung das größte Verhältnis erreicht. Bei den anderen Smartphone-Modellen hingegen sollten zweckmäßigerweise andere Schwellwerte T gewählt werden, die beispielsweise einem Bildpunktanteil A von 20 bis 30% für M1 bzw. 5% für M2 entsprechen. Zudem wurden auch bei der Messreihe gemäß 5G bis 5I Digitalfotos von realen Druckexemplaren erster und zweiter Generation verwendet. Ferner wurde der Kontrast als Differenz zwischen maximalem und minimalem Grauwert definiert und die Bildschärfe wie oben angegeben mittels des Laplace-Filters berechnet und vom zunächst erhaltenen, unkorrigierten Ähnlichkeitsgrad Q₀ von B1 bzw. B2 das Polynom in Abhängigkeit vom Quotienten s/c subtrahiert. Im Übrigen wurde eine ISO-Einstellung von 100 gewählt und durchgehend beibehalten. Die Verringerung der Schwankungen des errechneten, nunmehr korrigierten Ähnlichkeitsgrades Q (anstelle von Q₀ ) - genauer: Q1 für B1 und Q2 für B2 - ist eine Folge eben dieser Korrektur mittels der durch Interpolation gebildeten Funktion, insbesondere des Korrekturpolynoms, das von der Parameterkombination bzw. dem Quotienten aus Bildschärfe s und Bildkontrast c abhängt. Hinsichtlich des eigentlichen Motivs bzw. Authentifizierungsmusters wurde für die Druckexemplare übrigens kein einheitliches Muster, sondern eine Vielzahl unterschiedlicher Authentifizierungsmuster verwendet, um zu ermöglichen, dass auch natürliche Produktions- und insbesondere Druckschwankungen, die vom konkreten Musteraufbau abhängen, mit einfließen können.
Somit sind Schwankungen der Bildqualität durch unterschiedliche Aufnahmeparameter, etwa der Bildhelligkeit, sonstiger Belichtungseinstellungen oder Beleuchtungsbedingungen oder der räumlichen bzw. geometrischen Ausrichtung zwischen Kamera und fotografiertem Druckexemplar des Rauschmusters (Aufnahmeabstand; Verkippung der Kamera relativ zur Flächennormalen des Druckexemplars, Verdrehung um die Betrachtungsrichtung) sowie variierende Fokuseinstellungen kompensierbar, da diese ebenfalls Schwankungen der Bildschärfe zur Folge haben, die jedoch durch Berechnung des korrigierten Q-Wertes, d.h. Subtraktion des Polynoms in Abhängigkeit von s/c (wenngleich mit i.d.R. anderen Koeffizienten und anderen Rechenparametern zur Schärfeberechnung bei verschiedenen Smartphonemodellen) kompensiert werden.
In den obigen Beispielen ab 5C wurde ein Laplace-Filter zur Berechnung der Bildschärfe s verwendet, wobei das Kriterium |L|≥T, welche Werte des Laplace-Feldes bei der Summenbildung berücksichtigt werden sollen, selbst das Laplace-Feld L verwendet. Alternativ können für das Kriterium auch andere rechnerische Filter, Berechnungsmethoden und/oder Rechenparameter verwendet werden. Als Beispiel sei hier die Berechnung des Kriteriums mit Hilfe eines Gradientenfeldes anstelle eines Laplace-Feldes vorgeschlagen, wobei sich das Gradientenfeld auf jedem Bildpunkt des jeweiligen Digitalbildes B 1 bzw. B2 beispielsweise berechnet gemäß $G = \sqrt{G_{x}^{2} + G_{y}^{2}}$
mit den Sobel-Operatoren Gx und Gy gemäß $G_{x} = [\begin{matrix} 1 & 0 & - 1 \\ 2 & 0 & - 2 \\ 1 & 0 & - 1 \end{matrix}] * I (x, y)$
$G_{y} = [\begin{matrix} 1 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ - 1 & - 2 & - 1 \end{matrix}] * I (x, y)$
berechnet, wobei Gx und Gy die Gradientenfelder in x- und y-Richtung darstellen und I(x,y) den Grauwert des jeweiligen Bildpunktes angibt. Auch beim Gradientenfilter ist ein Schwellwert vorgebbar, dem wiederum ein Anteil A derjenigen Bildpunkte entspricht, die zur Berechnung der Schärfe mitberücksichtigt werden.
Die 6A und 6B zeigen die mit Hilfe eines Gradientenfilters bzw. eines Gradientenfeldes erhaltenen Qualitätswerte, d.h. den Ähnlichkeitsgrad Q (genauer gesagt: Q₀ in unkorrigierter Form), aufgetragen in Abhängigkeit vom Quotienten s/c. Die Abkürzungen Q1 und Q2 geben an, ob der jeweils errechnete, aber (hier) noch unkorrigerte Wert Q₀ für ein Digitalbild B1 eines ursprünglichen Druckexemplars P1 gilt (durch Quadrate angedeutete Messpunkte Q1) oder für Digitalbilder B2 von Druckkopien P2 zweiter Generation (durch Dreiecke angedeutete Messpunkte Q2). In 6A erfolgte die Berechnung der Bildschärfe s mit Hilfe eines Gradientenfilters und einer 3x3-Faltungsmatrix für das Gradientenfeld. Man erkennt, dass die Schwankungen beiderseits der interpolierten Kurven (hier näherungsweise als Geraden, d.h. Polynome ersten Grades eingetragen) noch so groß und die Abstände zwischen beiden Interpolationsgeraden noch so gering sind, dass bei der Bewertung eines Digitalbildes B eines Druckmusters P letzteres nicht immer zuverlässig als Original P1 oder als Nachahmung P2 identifizierbar ist.
6B basiert ebenfalls auf einem Gradientenfilter, wobei jedoch eine 5x5-Faltungsmatrix für das Gradientenfeld verwendet wurde. Beide Interpolationskurven für Digitalbilder B1 vom ursprünglichen Druckexemplar P1 und Digitalbilder B2 von deren drucktechnischen Nachahmungen P2 liegen erkennbar weiter auseinander, und die Abweichungen der einzelnen (unkorrigierten) Qualitätswerte Q1 und Q2 untereinander sind kleiner, was zu einer deutlich besseren Unterscheidbarkeit zwischen originalen Druckexemplaren P1 und Nachahmungen P2 führt.
Dies entspricht der in 6B gegenüber 6A erkennbaren deutlicheren Trennung, d.h. einfacheren Bewertbarkeit aufgrund der Verwendung einer 5x5-Faltungsmatrix (in Verbindung mit dem Gradientenfeld bzw. Gradientenfilter). Die in den 6A und 6B aufgetragenen, noch unkorrigierten Q-Werte bzw. Ähnlichkeitsgrade sind basierend auf dieser Schärfeberechnung anhand realer Digitalbilder mit Hilfe des zweiten Smartphonemodells M2 (vgl. 51 und 5H) errechnet worden.
Während gemäß 6A und 6B lediglich die Größe und die jeweiligen Zahleninhalte der Faltungsmatrix für das Gradientenfeld variiert wurden, lassen sich bei der Anwendung des Gradientenfilters bei der Schärfeberechnung auch andere Rechenparameter, insbesondere der dem Wert T beim Laplace-Filter entsprechende Schwellwert variieren, der wiederum mit dem Anteil A zur Schärfeberechnung berücksichtigter Bildpunkte zusammenhängt. Außerdem ist zu erwarten, dass die Korrektur der Qualitätswerte Q1 und Q2 für die Digitalbilder B1 und B2 (d.h. die Koeffizienten des durch Interpolation zu ermittelnden, von s/c abhängigen Polynoms) davon abhängt, mit welchem Modell M1, M2 oder M3 (vgl. 51 und 5H) die jeweiligen Digitalbilder von beiden Druckexemplaren P1, P2 des Rauschmusters jeweils aufgenommen wurden.
Während die 6A und 6B lediglich mit Hilfe des Modells M2 erstellte Digitalbilder verwenden, zeigt 7 (in gleicher Weise wie 5I) die Standardabweichung der (um das jeweilige Polynom korrigierten) Ähnlichkeitsgrade Q1 der vom ursprünglichen Druckexemplar P1 fotografierten Digitalbilder B1, und zwar für alle drei Kameramodelle M1, M2 und M3 (vgl. 5H). Der dem (nun allerdings beim Gradientenfilter angewandten) Schwellwert entsprechende Bildpunktanteil A ist hier über den gesamten Bereich zwischen 0% und 100% aufgetragen. In 7 ist erkennbar, dass das Smartphone-Modell M1 größere Schwankungen des (korrigierten) Qualitätswertes bzw. Ähnlichkeitsgrades Q1 ergibt als M2 und M3.
8 zeigt - als Maß der Unterscheidbarkeit, d.h. sicheren Bewertbarkeit bzw. Einstufung als Abbild B1 eines ursprünglichen Druckexemplars P1 oder als ein solches B2 von einem kopierten Druckexemplar P2 - analog zu 5H die Differenz der (korrigierten) Qualitätswerte Q1-Q2, d.h. Q(B1)-Q(B2), dividiert durch die in 7 aufgetragene Schwankungsbreite, d.h. Standardabweichung der korrigierten Ähnlichkeitsgrade Q1 für die Digitalbilder B1. Die Unterschiede zwischen 8 und 5H ergeben sich daraus, dass bei 8 (wie auch 7) ein Gradientenfilter mit einem variierten Schwellwert und einer 3x3-Faltungsmatrix zur Schärfeberechnung der Bildschärfe s verwendet wurde. Wie in 8 ablesbar ist, ist die Bewertbarkeit, d.h. Einstufung der Digitalbilder B entweder als Originalbild B1 oder als Nachahmung davon B2 bei Verwendung des Smartphones M3 am größten. Insbesondere bei einem Schwellwert, der einen Bildpunktanteil zwischen 10 und 15% entspricht, ist die maximale Differenz Q1-Q2 (7) erreichbar.
Zudem sind bei Anwendung des Gradientenfilters als Kriterium für die Auswahl der Bildpunkte zur Berechnung der Bildschärfe statt des Laplace-Filters in 7A zumindest bei Bildpunktanteilen A zwischen 25 und 30% mit allen drei Handy-Modellen geringere Schwankungen der korrigierten Qualitätswerte Q1 erreichbar als bei Verwendung des Laplace-Filters (51). Im Übrigen ist in 7B erkennbar, dass bei Verwendung des Modells M1 am besten ein Schwellwert zur Gradientenberechnung gewählt wird, der einem Bildpunktanteil von etwa 35% entspricht.
Anstelle des hier diskutierten Laplace-Filters sind im Übrigen auch andere mathematische Methoden zur Berechnung der Bildschärfe anwendbar; beispielsweise das gradientenbasierte Maß nach Tenengrad, korrelationsbasierte Maße wie die Autokorrelation, statistisch begründete Maße wie das ACM-Maß (Absolute Central Moment) oder frequenzbandbasierte Maße, etwa mittels schneller Fourier-Transformation (FFT; Fast Fourier Transform).
Obenstehend wurde exemplarisch die Kompensation des Einflusses der Bildschärfe, insbesondere des Quotienten aus Bildschärfe zu Bildkontrast, auf den Ähnlichkeitsgrad Q erläutert, um den Einfluss des Quotienten s/c zu kompensieren und ein objektiveres Ergebnis Q (statt Q₀ ) zu erhalten. Nachstehend wird exemplarisch der Einfluss weiterer Aufnahmeparameter a am Beispiel der Bildauflösung r behandelt, der ebenfalls mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens korrigierbar ist.
Hierzu zeigt 9 den zunächst unkorrigierten Qualitätswert Q₀ von Digitalbildern, die von Druckexemplaren P eines Rauschmusters 1 aufgenommen wurden. 9 zeigt die Abhängigkeit von Q₀ von der Bildauflösung r, die hier wahlweise etwa 1000 dpi oder etwa 1250 dpi beträgt; exemplarisch dargestellt für Bilder mit einem Quotienten aus Bildschärfe und Bildkontrast zwischen 0,034 und 0,035. Interpoliert man über einen größeren Parameterbereich der Bildauflösung r die Abhängigkeit des unkorrigierten Q-Wertes, so zeigt sich, dass meist ein Polynom zweiten Grades von der Bildauflösung r als Korrekturterm genügt, um mit guter Genauigkeit aus Q₀ den korrigierten, unabhängig von der verwendeten Bildauflösung gültigen Wert Q zu erhalten, wenngleich die polynomartige Abhängigkeit von r, die in der Korrekturformel für Q als zu subtrahierendes Polynom auftaucht, den gegenteiligen Anschein erweckt, der korrigierte Wert Q (statt in Wirklichkeit Q₀ ) sei von r oder dem sonstigen Aufnahmeparameter a; s; s/c; etc. abhängig. Somit kann der Einfluss der Bildauflösung r, die sich bei der Erstellung des Digitalbildes ergeben hat, gemäß $Q = Q_{0} - [b_{2} \cdot r^{2} + b_{1} \cdot r + b_{0}]$
korrigiert werden, wobei die Koeffizienten b₂ , b₁ und b₀ in geeigneter Weise gewählt werden, z.B. anhand der Interpolationskurve aus 9. In der Praxis lassen sich auch mehrere Aufnahmeparameter gleichzeitig korrigieren, beispielsweise sowohl die Bildschärfe, genauer gesagt der Einfluss des Quotienten aus Bildschärfe s und Bildkontrast c, als auch die Bildauflösung r.
Hierzu zeigt 10 den Einfluss dieses Quotienten s/c wie auch der Bildauflösung r auf den zunächst noch unkorrigierten Qualitätswert Q₀ ; wiederum aufgetragen über das Verhältnis von Bildschärfe s zu Bildkontrast c. Zu erkennen ist, dass die unterschiedlich hohe Bildauflösung r zu einer zusätzlichen Schwankung der Qualitätswerte Q₀ führt, die zu einer zusätzlichen Relativierung der unkorrigierten (oder ggfs. nur um die Abhängigkeit von der Schärfe bzw. von s/c korrigierten) Qualitätswerte führt. Mit Hilfe der hier beschriebenen Ausführungsformen kann jedoch auch der kombinierte Einfluss von Bildschärfe und Bildauflösung kompensiert werden, indem als Korrekturterm sowohl ein erstes Polynom (beispielsweise 3. Grades) in Abhängigkeit vom Quotienten s/c und zusätzlich ein zweiter Korrekturterm (vorzugsweise als Polynom 2. Grades) in Abhängigkeit von der Bildauflösung r von dem errechneten, aber unkorrigierten Anfangswert Q₀ subtrahiert wird. Damit ergibt sich als Formel für die kombinierte Korrektur sowohl der Schärfe (bzw. des Quotienten s/c) als auch der Bildauflösung: $\begin{matrix} Q = 2 Q_{0} - [a_{3} \cdot {(s / c)}^{2} + a_{2} \cdot {(s / c)}^{3} + a_{1} \cdot (s / c) + a_{0}] \\ - [b_{2} \cdot r^{2} + b_{1} \cdot r + b_{0}], \end{matrix}$
wobei die Koeffizienten a₃ , a₂ , a₁ und a₀ sowie b₂ , b₁ und b₀ in geeigneter Weise gewählt sind und die Konstanten a₀ und b₀ zu einer einzigen zusammenfassbar sind. Verwendet man zur Korrektur beider Parameter s/c und r jeweils ein Polynom lediglich ersten Grades als Näherung, so ergibt sich für 10 hingegen: $Q = 2 Q_{0} - 56,0 % - 4,05 \cdot (s / c) - 51,6 % - 0,000163 \cdot r$
Ein weiteres Beispiel für einen Aufnahmeparameter, der mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens korrigierbar ist, ist die ISO-Einstellung einer Digitalkamera.
So liegen beispielsweise der 5A Digitalaufnahmen zugrunde, die mit Belichtungszeiten von wahlweise 20ms oder 40ms aufgenommen wurden. Dies führt in 5A dazu, dass die eingetragenen Q_o-Werte sich zwei verschiedenen Scharen von Q_o-Werten zuordnen lassen; etwa gemäß zweier (nicht eingezeichneter) Interpolationskurven, die relativ zueinander einen Höhenversatz besitzen. Die mit der Belichtungszeit von 20ms aufgenommenen Bilder sind systematisch dunkler und weisen systematisch einen geringeren Q-Wert auf als diejenigen Digitalbilder, die die zwar gleiche Schärfe aufweisen, aber mit der Belichtungszeit von 40ms aufgenommen wurden, und sie bilden demnach im Schärfebereich von s = 3,5 bis 10 die obere der beiden dargestellten Scharen von Q_o-Werten. Zudem ist der vertikale Versatz zwischen den beiden Scharen von Q_o-Werten praktisch konstant. Daher ist die Abhängigkeit des Q_o-Werts von der ISO-Einstellung in 5A ebenso korrigierbar wie die Abhängigkeit des Q_o-Werts von der Bildauflösung in 10, wo ebenfalls ein praktisch konstanter (wenngleich in 10 durch die Bildauflösung bedingter) Q_o-Wert-Offset vorliegt.
Unabhängig davon, welcher Parameter a (sei es s, r, c etc.) bei der Kompensation berücksichtigt wird, ist mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren die Schwankung der Qualitätswerte Q gegenüber derjenigen auf herkömmliche Weise errechneter Qualitätswerte Q₀ deutlich verringerbar und eine objektivere Bestimmung der Q-Werte möglich.
11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens gemäß dieser Anmeldung zur objektiveren Errechnung eines Ähnlichkeitsgrades. Dieses exemplarische Verfahren ist insbesondere zur Authentifizierung, d.h. zur Überprüfung der Echtheit eines Druckexemplars geeignet. Von dem zu überprüfenden Druckexemplar P wird ein Digitalbild B erstellt, und es wird mindestens ein diesem Digitalbild B zugeordneter oder zuordenbarer Aufnahmeparameter (z.B. a, s, c, r ...) vorgegeben, zwischengespeichert und/oder ermittelt. Ferner wird eine Korrekturfunktion, die den Einfluss dieses (mindestens einen) Aufnahmeparameters beschreibt, vorgegeben, ausgewählt und/oder ermittelt. Die Korrekturfunktion wird bei der Berechnung eines Ähnlichkeigsgrades verwendet, wobei die Korrekturfunktion den Einfluss des Aufnahmeparameters auf den Ähnlichkeitsgrad kompensiert (oder weitgehend bzw. zumindest teilweise kompensiert).
Das Verfahren gemäß 11 eignet sich insbesondere zur zuverlässigeren Authentifizierung, d.h. zur Bestimmung der Echtheit des Druckexemplars P. Hierzu wird bei der (gemäß dieser Anmeldung unter Verwendung der Korrekturfunktion erfolgenden) Errechnung des Ähnlichkeitsgrades das erstellte Digitalbild B mit einer zweifelsfrei authentischen Digitalvorlage D0 verglichen.
Die authentische Digitalvorlage D0 ist insbesondere eine autorisierte Digitalvorlage D0, d.h. eine herstellerseitig (etwa vom Hersteller selbst oder mit dessen Autorisierung von einem autorisierten Händler, Kooperationspartner, Dienstleister oder Lizenznehmer etc.) bereitgestellte Digitalvorlage, die zur Erzeugung von originalen Druckexemplaren P1 (d.h. von Druckexemplaren erster Generation P1) bereitsteht und/oder zumindest zur Echtheitsprüfung beliebiger Druckexemplare entweder bereitsteht oder zu diesem Zweck neu erzeugbar bzw. wiederherstellbar ist.
Diese originale, d.h. zweifelsfrei authentische Digitalvorlage D0 kann z.B. in einer Datenbank (des Herstellers oder autorisierten Händlers, Kooperationspartners, Dienstleisters oder Lizenznehmers etc....) gespeichert sein oder hiervon herunterladbar und/oder abrufbar sein. Die originale Digitalvorlage D0 kann insbesondere durch ein Handy oder ein Lesegerät mit Hilfe eines Zugangscodes oder -schlüssels zu Vergleichszwecken neu erzeugbar bzw. wiederherstellbar sein. Hierzu genügt es, dass eine identische Kopie der originalen Digitalvorlage D0 erzeugbar ist; etwa mit Hilfe dieses Zugangscodes oder -schlüssels. Die originale Digitalvorlage D0 bzw. die erforderlichen Daten zur Erzeugung der digitalen Kopie hiervon können insbesondere über das Internet abrufbar sein. Die neu erzeugte bzw. wiederhergestellte digitale Kopie, die durch bloßes Kopieren und/oder Wiedererzeugen auf rein digitalem Wege aus der originalen, authentischen Digitalvorlage D0 entstanden ist, ist mit der originalen, authentischen Digitalvorlage D0 identisch, von welcher bekannt ist, dass sie vom Hersteller stammt bzw. von ihm autorisiert wurde.
Daher ist, wann immer in dieser Anmeldung von der Digitalvorlage D0 die Rede ist, auch jede mit ihr identische Kopie mit umfasst; insbesondere eine durch direktes digitales Kopieren oder durch erneutes Erzeugen und/oder Wiederherstellen (etwa mit Hilfe geeigneter Erzeugungs- oder Wiederherstellungsdaten) erhaltene Kopie von D0 (welche als D0' bezeichnet werden könnte). Da jedoch die ursprüngliche Digitalvorlage D0 nicht von den so gewonnenen, mit ihr identischen Kopien (D0') unterscheidbar ist, gelten solche Kopien D0' der Digitalvorlage D0 im Sinne dieser Anmeldung ebenfalls als Digitalvorlage D0; insbesondere als Digitalvorlage D0 für originale Druckexemplare P1 erster Generation und/oder als originale, d.h. dem digitalen Original D0 entsprechende Digitalvorlage für die Berechnung des Ähnlichkeitsgrades, insbesondere zum Zwecke der Authentifizierung beliebiger Druckexemplare P bzw. der von ihnen erstellten Digitalbilder B.
Somit umfasst die Digitalvorlage D0 auch jede neu erzeugte oder wiederhergestellte digitale Kopie D0' (= D0), welche mit ihr (also dem Original D0) identisch ist.
Wenngleich 11 das exemplarische Verfahren als Ablaufdiagramm zeigt, sind die Verfahrensschritte oder einige von ihnen auch miteinander kombiniert durchführbar; insbesondere gleichzeitig bzw. zeitlich parallel.
Das Verfahren gemäß 11 ist zwar zur Authentifizierung bzw. Echtheitsprüfung bestimmt, jedoch hinsichtlich seiner konkreten Ausgestaltung nicht festgelegt. Die konkrete Ausgestaltung dieses Verfahrens kann gemäß einer beliebigen Ausführungsform dieser Anmeldung, insbesondere gemäß einer der übrigen Figuren, der Ansprüche und/oder gemäß sonstigen Merkmalen dieser Anmeldung, auch in Kombination miteinander, gewählt sein.
Bei der Qualitätsüberwachung bzw. Produktionskontrolle zur kontrollierten Herstellung von Druckexemplaren P1, die ein als Sicherheitsmerkmal 10 dienendes Rausch- bzw. Authentifizierungsmuster 1 aufweisen, existiert stets ein endliches Prozessfenster bzw. ein Zielkorridor Z (s. 12A), der bei der herkömmlichen Bewertung von Druckmustern anhand von Q₀ - infolge der jedenfalls rückblickend betrachtet eher großen Messungenauigkeit - ebenfalls groß ist.
Unter Ausnutzung der hier vorgeschlagenen Bewertungsverfahrens der Digitalbilder B1 solcher Druckexemplare P1 ist dank der verringerten Messschwankung Sq bzw. dank der Verringerung bzw. weitgehenden Kompensation ihres Einflusses auf den errechneten Ähnlichkeitsgrad Q beispielsweise ein kleinerer Zielkorridor (12C) erreichbar. Dies ist u.a. ausnutzbar, um Druckmuster oder damit versehene Produkte mit noch geringerer Toleranz bzw. Produktionsschwankung Sp der Rauschmuster zu fertigen und eine höhere Unterscheidbarkeit gegenüber Kopien solcher Sicherheitsmerkmale zu gewährleisten; insbesondere zum Produkt- und Markenschutz. Alternativ können - unter Beibehaltung des ursprünglichen Zielkorridors Z - dank der verringerten Messschwankung Sq die Anforderungen hinsichtlich verwendeter Materialien oder Fertigungsverfahren zur Produktion der Rauschmuster reduziert werden (12B); ggfs. mit Kostenvorteilen, da eine erhöhte Produktionsschwankung Sp der verdruckten Authentifizierungsmuster 1 wegen der verringerten Messschwankung Sq für Q nicht mehr zu fehlerhaften Bewertungen als Original oder Nachahmung führt. Beide Optionen zur Ausnutzung des anmeldungsgemäßen Verfahrens gemäß den 12B und 12C sind ferner kombiniert miteinander umsetzbar, etwa um gleichzeitig höhere Qualitäts- bzw. Produktionsschwankungen Sp zu erlauben und zugleich den Zielkorridor Z zu verringern.
Gegenüber herkömmlichen Bewertungsverfahren können nun zur Prüfung und Bewertung auch Digitalbilder verwendet werden, die in größerem Ausmaß hinsichtlich Schärfe, Kontrast usw. variieren, ohne dass die Unterscheidbarkeit zwischen Originalen und Kopien dadurch beeinträchtigt wird. Damit kann die Prüfung und Bewertung auch bei Umgebungsbedingungen durchgeführt werden, die ohne die Verwendung des anmeldungsgemäßen Verfahrens eine aussagekräftige Prüfung nicht erlaubt hätten. Zudem erlaubt es das Verfahren, in kontrollierter Weise Bilder zurückzuweisen, die den notwendigen Bedingungen nicht genügen. Im Übrigen sind alle bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele wie in den Patentansprüchen angegeben ausführbar.
Bezugszeichenliste

1: Rauschmuster
10: Sicherheitsmerkmal
50: Bildaufnahmegerät
55: elektronische Einheit
60: Smartphone
70: Digitalkamera
80: Scanner
90: Lesegerät
100: Gegenstand
101: Oberfläche
102: Bedruckung
A: Bildpunktanteil
a: Aufnahmeparameter
c: Kontrast
B: Digitalbild
B1: Digitalbild vom originalen Druckexemplar P1
B2: Digitalbild vom kopierten Druckexemplar P2
D: Digitalvorlage
D0: originale Digitalvorlage
D1: Digitalvorlage zweiter Generation
D2: Digitalvorlage dritter Generation
FL: Laplace-Filter
FG: Gradienten-Filter
P: Druckexemplar
P1: originales Druckexemplar
P2: kopiertes Druckexemplar
Q: Ähnlichkeitsgrad, korrigiert
Q₀: Ähnlichkeitsgrad, unkorrigiert
Q1: Ähnlichkeitsgrad zwischen B1 und D0
Q2: Ähnlichkeitsgrad zwischen B2 und D0
Qmin: Grenzwert
R: Bewertungsergebnis
r: Bildauflösung
s: Bildschärfe
Sp: Produktionsschwankung
Sq: Messschwankung für Q
T: Schwellwert
Z: Zielkorridor

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Ähnlichkeitsgrades zwischen einem von einem Druckexemplar erstellten Digitalbild (B) und einer Digitalvorlage (D0), wobei das Verfahren mindestens Folgendes umfasst: a) Erstellen eines Digitalbildes (B) von einem Druckexemplar (P) oder zumindest Verwenden eines von einem Druckexemplar (P) erstellten Digitalbildes (B), wobei das Druckexemplar (P) an einem Gegenstand (100) und/oder an seiner Oberfläche (101) als Bedruckung (102) oder in sonstiger körperlicher Form dauerhaft ausgebildet ist und das Digitalbild (B) mittels eines digitalen Bildaufnahmegeräts (50) von dem Druckexemplar (P) erstellt wird und/oder erstellt ist, b) Errechnen eines Ähnlichkeitsgrades (Q) zwischen dem Digitalbild (B) und einer Digitalvorlage (D0) und c) Anzeigen oder anderweitiges Ausgeben des errechneten Ähnlichkeitsgrades (Q) und/oder eines darauf basierenden Bewertungsergebnisses (R), wobei die Schritte b) und/oder c) ferner Folgendes umfassen: i) Vorgeben, Zwischenspeichern und/oder Ermitteln mindestens eines dem Digitalbild (B) zugeordneten und/oder für dessen Erstellung zumindest vorübergehend eingestellten Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) und ii) Errechnen des Ähnlichkeitsgrades (Q) unter Verwendung einer von dem mindestens einen Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) abhängigen Korrektur, wodurch der Einfluss des mindestens einen Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) auf den Ähnlichkeitsgrad (Q) bei der Errechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem mindestens einen Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) abhängige Korrektur während einer einmaligen und/oder während der erstmaligen Berechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) des Digitalbildes (B) vorgenommen wird, bevor in Schritt c) erstmalig ein errechneter Ähnlichkeitsgrad (Q) dieses Digitalbildes (B) und/oder ein darauf basierendes Bewertungsergebnis (R) für dieses Digitalbild (B) angezeigt und/oder ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) für das Digitalbild (B) genau einmal durchgeführt wird, dass bei der einmaligen Durchführung von Schritt b) für das Digitalbild (B) ein um den Einfluss des mindestens einen Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) kompensierter numerischer Wert für den Ähnlichkeitsgrad (Q) dieses Digitalbildes (B) errechnet wird und dass danach der Schritt c) genau einmal durchgeführt wird und dabei ein endgültiger, bereits kompensierter Wert für den Ähnlichkeitsgrad (Q) dieses Digitalbildes (B) mit der Digitalvorlage (D0) und/oder ein daraus abgeleitetes endgültiges Bewertungsergebnis (R) angezeigt und/oder ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) mindestens eine Bildeigenschaft des Digitalbildes (B) umfasst und dass in Schritt b) für diese Bildeigenschaft des Digitalbildes (B) ein numerischer Wert berechnet wird, bevor eine von diesem numerischen Wert dieser Bildeigenschaft abhängige Korrektur des Ähnlichkeitsgrades (Q) errechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) - eine Funktion, insbesondere eine Polynomfunktion ersten, zweiten oder dritten Grades gebildet wird, die den mindestens einen Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) als Variable enthält, und - diese Funktion bei der Errechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) dieses Digitalbildes (B) unmittelbar als Korrekturterm berücksichtigt, insbesondere subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Bildschärfe (s) des Digitalbildes (B) berechnet und zumindest noch ein weiterer Aufnahmeparameter erfasst, zwischengespeichert und/oder berechnet wird und dass der Ähnlichkeitsgrad (Q) des Digitalbildes (B) unter Verwendung einer von der Bildschärfe (s) und von dem mindestens einen weiteren Aufnahmeparameter abhängigen Korrektur oder Korrekturfunktion errechnet wird, bevor dieser Ähnlichkeitsgrad (Q) dieses Digitalbildes (B) oder ein daraus basierendes Bewertungsergebnis (R) in Schritt c) angezeigt oder ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) unter Verwendung einer von dem Kontrastumfang (c) des Digitalbildes (B) abhängigen, insbesondere von der Differenz zwischen einem maximalen Helligkeits- oder Grauwert und einem minimalen Helligkeits- oder Grauwert abhängigen Korrektur oder Korrekturfunktion durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der Quotient aus der Bildschärfe (s) des Digitalbildes (B) und dem Kontrastumfang (c) des Digitalbildes (B) berechnet wird und das eine von diesem Quotienten abhängige Korrekturfunktion, insbesondere ein Polynom ersten, zweiten oder dritten Grades, bei der Errechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) des Digitalbildes (B) berücksichtigt, insbesondere subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) die Bildauflösung (r) des Digitalbildes (B) und/oder des Bildaufnahmegeräts (50), insbesondere die Pixeldichte oder Pixelzahl je Längeneinheit umfasst und dass die Errechnung des Ähnlichkeitsgrades (Q) unter Verwendung einer von der Bildauflösung (r) abhängigen Korrekturfunktion, etwa eines von der Bildauflösung (r) abhängigen Polynoms zweiten oder anderen Grades durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Bildschärfe (s) des Digitalbildes (B) ein Schwellwert (T) vorgegeben wird, der dem Anteil (A) von Bildpunkten oder Pixeln des Digitalbildes (B) entspricht, die bei der Berechnung der Bildschärfe (s) des Digitalbildes (B) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, - dass von dem Druckexemplar (P) eine Mehrzahl von Digitalbildern erstellt wird, wobei mindestens ein Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) in der Weise variiert wird, dass eine rechnerische Abhängigkeit des Ähnlichkeitsgrades (Q) von dem mindestens einen variierten Aufnahmeparameter (a; s; c; r; ...) ermittelbar, schätzbar oder auf sonstige Weise vorgebbar ist, und - dass eine Software-Routine, mit der der Einfluss des mindestens einen Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) auf den Ähnlichkeitsgrad (Q) kompensierbar ist, auf einem Bildaufnahmegerät (50), insbesondere einem Smartphone (60), einer Digitalkamera (70), einem Scanner (80) oder einem sonstigen Lesegerät (90) installiert wird und/oder an dieses Bildaufnahmegerät (50) gesendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Digitalbild (B) eines Druckexemplars (P), das ein zur Authentifizierung bestimmtes Rauschmuster (1) ist oder umfasst, erstellt oder zumindest verwendet wird und mit einer Digitalvorlage (D0) für originale, authentische Druckexemplare (P1) und/oder mit einer identischen, digitalen Kopie dieser Digitalvorlage (D0) verglichen wird und - dass anhand des errechneten Ähnlichkeitsgrades (Q) und/oder eines darauf basierenden Bewertungsergebnisses (R) bewertet wird, ob das Druckexemplar (P) ein originales, authentisches Druckexemplar (P1) oder ein durch Vervielfältigung eines solchen (P1) erhaltenes Druckexemplar (P2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein um den Einfluss mindestens eines Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) kompensierter Grenzwert (Qmin) für den Ähnlichkeitsgrad errechnet und/oder mindestens einem Bildaufnahmegerät (50) oder dessen Benutzer oder Besitzer übergeben oder übersandt wird, sodass der kompensierte Grenzwert (Qmin) als von dem Aufnahmeparameter (a) unabhängiger Grenzwert (Qmin) verwendbar ist, der eine Bewertung von zur Authentifizierung dienenden Rauschmustern (1) anhand von mittels des Bildaufnahmegeräts (50) erstellten Digitalbildern (B) ermöglicht.
Bildaufnahmegerät (50), insbesondere Smartphone (60), Digitalkamera (70), Scanner (80) oder sonstiges Lesegerät (90) von zur Authentifizierung dienenden Rauschmustern (1), wobei das Bildaufnahmegerät (50) mindestens eine elektronische Einheit (55) aufweist, die zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 konfiguriert ist.
Bildaufnahmegerät (50) nach Anspruch 14, wobei das Bildaufnahmegerät (50) den Einfluss mindestens eines Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...), der den Digitalbildern (B) des Bildaufnahmegeräts (50) insgesamt oder individuell zugeordnet oder zuordenbar ist, autonom kompensiert, insbesondere ohne eine Internetabfrage und ohne eine sonstige, nach außen gerichtete Rückfrage hinsichtlich des Aufnahmeparameters (a; s; c; r; ...) und/oder der Bildqualität.