DE102019110777A1 - Authentifikationssystem und Verfahren zur Authentifikation eines Objekts - Google Patents

Abstract

Es wird ein Authentifikationssystem (1) zur Authentifikation eines Objekts (O) beschrieben. Das Authentifikationssystem (1) weist zumindest eine Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2) zur Bestrahlung eines Objekts (O) mit Anregungssignal-Pulsen (AP), eine Kameraeinrichtung (3) mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung (4, 5) zur Erfassung von Mess-Bildern (MB) zumindest eines Bereichs (B) des Objekts (O) sowie eine Steuereinrichtung (10) auf, um zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) mit Mess-Bildern (MB) des Bereichs (B) des Objekts (O) die Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2) zur Aussendung einer Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) anzusteuern und die Bildaufnahmeeinrichtung (3) so anzusteuern, dass zumindest nach einer Vielzahl von Anregungssignal-Pulsen (AP) der Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) jeweils zumindest ein Mess-Bild (MB) erfasst wird, so dass bei zumindest zwei verschiedenen der Anregungssignal-Pulse (AP) die Verzögerungszeit (Δti, Δti') zwischen einem Ausschaltzeitpunkt (t0) des jeweiligen Anregungssignal-Pulses (AP) und einem Abtastzeitpunkt (tsi), zu dem eine Erfassung des Mess-Bildes (MB) erfolgt, unterschiedlich ist. Das Authentifikationssystem (1) umfasst zudem eine Analyseeinrichtung (16), um die Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder eine darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) zur Authentifikation des Objekts (O) zu analysieren, und/oder eine Ausgabeschnittstelle (6, 11, 12), um die Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder die darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) für eine Authentifikation des Objekts (O) auszugeben. Weiterhin wird ein Verfahren zur Authentifikation eines Objekts (O) beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Authentifikationssystem zur Authentifikation eines Objekts, insbesondere eines Wertdokuments, wie einer Banknote etc., sowie ein Verfahren zur Authentifikation eines solchen Objekts.
• In zunehmend mehr Situationen ist es wichtig, die Echtheit und/oder Herkunft eines Objekts überprüfen zu können. Dies gilt insbesondere für die bereits genannten Wertdokumente wie Geldscheine, Ausweisdokumente, Eintritts- bzw. Zutrittskarten etc., aber auch für andere Objekte, wie technische und medizinische Geräte und Güter, insbesondere Medikamente, Ersatzteile, Textilien, Lebensmittel etc., bei denen sichergestellt werden sollte, dass es sich um ein Originalprodukt handelt. Um solche Echtheitsprüfungen durchzuführen, gibt es diverse Authentifikations- bzw. Authentifizierungsverfahren. Dabei ist im Folgenden unter dem Begriff „Authentifikation“ die Prüfung der Echtheit und unter dem Begriff „Authentifizierung“ die Bezeugung der Echtheit zu verstehen (wobei diese Begriffe im allgemeinen Gebrauch aber oft auch synonym für die Echtheitsprüfung verwendet werden). Zur eigentlichen Authentifizierung, d. h. zur Bezeugung der Echtheit, wird in der Regel das Objekt mit einer nicht oder nur schwer fälschbaren Markierung versehen, welche dann in dem Authentifikationsverfahren wiedererkannt wird, um festzustellen, dass das betreffende Objekt echt ist bzw. aus einer vertrauenswürdigen Quelle kommt. Für solche Markierungen werden unter anderem seit einigen Jahren schon lumineszierende Sicherheitsmarker eingesetzt. Diese können direkt in das Objekt oder in eine Beschichtung, z. B. eine Farbe oder Lack, eingebracht und auf das Objekt oder auf ein Etikett am Objekt (ggf. in einem bestimmten Muster) aufgebracht werden. Für die Authentifikation, d. h. Prüfung der Echtheit des Objekts, wird dann das Objekt, das heißt zumindest ein Bereich bzw. Teil des Objekts, in dem oder an dem sich der Sicherheitsmarker befinden sollte, mit einem Anregungssignal, meist Licht im sichtbaren Bereich oder im UV-Bereich, bestrahlt und dann das im Lumineszenzstoff erzeugte Antwortsignal erfasst und analysiert.
• Beim Einsatz von lumineszierenden Sicherheitsmerkmalen gibt es verschiedene Sicherheitsstufen. Bei vielen Verfahren wird einfach nur detektiert, ob überhaupt ein Antwortsignal in einem bestimmten Frequenzbereich generiert wird, wenn das Sicherheitsmerkmal mit dem Anregungssignal bestrahlt wird. Hierbei wird häufig auf die Unkenntnis der Existenz eines zunächst nicht sichtbaren Sicherheitsmarkers gesetzt, um die Sicherheit zu erreichen. Ist bekannt, dass ein solcher Sicherheitsmarker vorliegt, so können sachkundige Fälscher jedoch relativ gut feststellen, um was für einen Stoff es sich handelt, und diesen Stoff bei einer Fälschung auch einsetzen. Die Sicherheit kann durch eine sehr genaue Vermessung des Emissionsspektrums des Sicherheitsmerkmals erhöht werden. Während beispielsweise ein oberflächlicher Vergleich der Emissionsspektren eine Übereinstimmung zwischen Original und Fälschung noch anzeigen kann und damit das zu schützende Produkt fälschlich als echt angezeigt wird, könnte eine präzisere Messung Unterschiede, beispielsweise in der spektralen Feinstruktur des Emissionsspektrums, zwischen Original und Fälschung offenbaren.
• Ein weiteres Merkmal, welches zur Überprüfung genutzt werden kann, ist die Abklingzeit der Lumineszenzemission. Hierzu wird ein pulsförmiges Anregungssignal ausgegeben und dann geprüft, nach welcher Zeit das Antwortsignal um einen bestimmten Wert abgeklungen ist. Solche Verfahren sind jedoch derzeit in ihrem Einsatzbereich beschränkt und nur mit relativ teuren Systemen, insbesondere Messgeräten, realisierbar.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Authentifikationssystem und ein Verfahren zur Authentifikation eines Objekts zur Verfügung zu stellen, welche die Sicherheit noch weiter erhöhen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Authentifikationssystem zur Authentifikation eines Objekts nach Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Authentifikation eines Objekts nach Anspruch 10 sowie die Verwendung eines entsprechenden Authentifikationssystems nach Anspruch 15 gelöst.
• Das erfindungsgemäße Authentifikationssystem zur Authentifikation eines Objekts, insbesondere eines Wertdokuments, wie eine Banknote etc., weist zumindest eine Anregungssignal-Sendeeinrichtung auf, welche zur Bestrahlung des Objekts mit (wie später noch erläutert, besonders bevorzugt zumindest zum Teil schmalbandigen) Anregungssignal-Pulsen ausgebildet ist. Eine solche Anregungssignal-Sendeeinrichtung kann eine Strahlungsquelle, vorzugsweise eine Lichtquelle (besonders bevorzugt eine LED, eine OLED, einen Halbleiterlaser oder dergleichen) mit einer geeigneten Ansteuereinheit aufweisen. Mit Hilfe dieser Anregungssignal-Pulse bzw. mit einer Anregungssignal-Pulsfolge, bestehend aus mehreren solcher Anregungssignal-Pulse, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, soll zumindest einen im oder am Objekt, insbesondere räumlich strukturiert, angeordneten Sicherheitsmarkerstoff, welcher einen Lumineszenzstoff mit einer bestimmten Nachleuchtfunktion aufweist, zum Nachleuchten anregen. Ein Lumineszenzstoff kann dabei ein beliebiger lumineszierender Stoff bzw. Lumineszenzleuchtstoff oder auch eine Kombination (Mischung) von Lumineszenzleuchtstoffen sein. Dabei kann es sich sowohl um einen fluoreszierenden als auch um einen phosphoreszierenden Stoff handeln. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Lichtkonversionsstoff bzw. Lichtkonversionsleuchtstoff handeln, welcher mit dem Licht eines bestimmten Frequenzbereichs bestrahlt wird und Licht in einem anderen Frequenzbereich wieder abgibt. Dabei kann es sich sowohl um Down-Converter als auch um Up-Converter handeln.
• Besonders bevorzugt erfolgt die Einbringung und/oder Aufbringung verschiedener Sicherheitsmarkerstoffe in strukturierter Form so, dass das so markierte Objekt bei unterschiedlichen Bestrahlungen (z. B. mit Strahlung in unterschiedlichen Frequenzbereichen,) und/ oder nach unterschiedlichen Zeiten nach der Bestrahlung unterschiedliche Bildinhalte zeigt. Hierzu können zur Markierung im und/oder auf dem Objekt bevorzugt auch Sicherheitsmarkerstoffe genutzt werden, die unterschiedliche Nachleuchtfunktionen, insbesondere auch bei unterschiedlichen Bestrahlungen, aufweisen. Unter einer „Nachleuchtfunktion“ (oder auch „Lebensdauerverteilung“) ist das zeitliche Abklingverhalten zu verstehen, d. h. die relative Signalstärke des Antwortsignals des jeweiligen Sicherheitsmarkerstoffs (bzw. Lumineszenzstoffs) in Abhängigkeit von der Zeit ab dem Ausschaltzeitpunkt eines Anregungssignal-Pulses, mit dem der betreffende Stoff angeregt wurde. Zusätzlich kann die Nachleuchtfunktion auch von der Anregungswellenlänge und/oder der abgestrahlten Wellenlänge abhängen.
• Weiterhin weist das Authentifikationssystem eine Kameraeinrichtung mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung auf, welche zur Erfassung von Mess-Bildern zumindest eines (signifikanten, d. h. mit dem entsprechenden Sicherheitsmarkerstoff markierten) Bereichs des Objekts ausgebildet ist. Diese Kameraeinrichtung dient dann dazu, um die bereits erwähnten Antwortsignale des auf und/oder in dem Objekt angeordneten Sicherheitsmarkerstoffs in Form eines zumindest zweidimensionalen Arrays von Bildpixeln zu erfassen. In Abhängigkeit von der Nachleuchtfunktion der jeweils verwendeten Sicherheitsmarkerstoffe bzw. der darin enthaltenen Lumineszenzstoffe können so zu unterschiedlichen Zeiten nach der Anregung durch einen Anregungssignal-Puls unterschiedliche Bilder erfasst werden.
• Das Authentifikationssystem umfasst dementsprechend eine Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, um zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge mit mehreren Mess-Bildern des signifikanten Bereichs des Objekts die Anregungssignal-Sendeeinrichtung zur Aussendung einer Anregungssignal-Pulsfolge anzusteuern und die Bildaufnahmeeinrichtung (koordiniert zur Anregungssignal-Sendeeinrichtung) so anzusteuern, dass zumindest nach einer Vielzahl von Anregungssignal-Pulsen der Anregungssignal-Pulsfolge jeweils zumindest ein Mess-Bild erfasst wird. Diese Erfassung der Mess-Bilder erfolgt so, dass bei zumindest zwei verschiedenen der Anregungssignal-Pulse die Verzögerungszeit (d. h. der zeitliche Abstand) zwischen einem Ausschaltzeitpunkt des jeweiligen vorhergehenden Anregungssignal-Pulses, mit dem der Sicherheitsmarkerstoff zum Leuchten angeregt wurde, und einem Abtastzeitpunkt, zu dem eine Erfassung des Messbildes erfolgt, unterschiedlich ist. Der Ausschaltzeitpunkt bzw. das Ende des jeweiligen vorhergehenden Anregungssignal-Pulses kann über den Abfall des Anregungssignals auf einen geringen Wert, z.B. auf 10% oder 1 % der Anregungssignalamplitude, definiert werden.
• Diese Mess-Bildfolge umfasst somit zumindest zwei Messbilder, bevorzugt aber mehrere, d. h. eine größere Anzahl von Mess-Bildern. Besonders bevorzugt wird nach allen oder zumindest fast allen der Anregungssignal-Pulse der Anregungssignal-Pulsfolge jeweils zumindest ein Mess-Bild erfasst, wobei es ausreicht, nach einem Anregungssignal-Puls jeweils nur ein Mess-Bild zu erfassen. Da, wie bereits oben erwähnt, die Sicherheitsmarkerstoffe bzw. Lumineszenzstoffe jeweils gemäß einer bestimmten Nachleuchtfunktion nachleuchten, sollten sich bei den unterschiedlichen Verzögerungszeiten auch unterschiedliche Mess-Bilder abzeichnen. Dieser Effekt wird stärker sichtbar, wenn Sicherheitsmarkerstoffe mit unterschiedlichen Nachleuchtfunktionen in unterschiedlichen Strukturen (z. B. Mustern) in bzw. auf dem Objekt angeordnet sind, sodass jeder Sicherheitsmarkerstoff für sich zu bestimmten Zeiten ein unterschiedliches Bild erzeugt, wodurch dann in Summe unterschiedliche Mess-Bilder erzeugt werden.
• Um die Mess-Bildfolge und/oder eine darauf basierende Auswerte-Bildfolge zur Authentifikation zu analysieren, weist das Authentifikationssystem außerdem eine Analyseeinrichtung auf. Im einfachsten Fall ist die Auswerte-Bildfolge einfach nur die - bevorzugt zeitlich (d. h. entsprechend der Verzögerungszeit) sortierte - Mess-Bildfolge. Wie später noch erläutert wird, können aber auch weitere Bilder hinzugefügt werden.
• Die Analyse durch die Analyseeinrichtung erfolgt, da es sich hier um zumindest zweidimensionale Bilder handelt, vorzugsweise pixelweise. Eine einfache Möglichkeit der Analyse wäre ein Vergleich mit Refenzbildern bzw. Referenzbilddaten. Zusätzlich oder alternativ könnten aber auch signifikante Daten aus den Mess-Bildern bzw. der Mess-Bildfolge und/oder der Auswerte-Bildfolge ermittelt und mit entsprechenden Referenzdaten verglichen werden, wie beispielsweise Mittelwerte über verschiedene Pixel oder Pixelbereiche etc. Vorzugsweise erfolgt aber eine zweidimensionale strukturelle Auswertung, wobei aus den Bilddaten zumindest eine Art charakteristische Struktur (wie bei einem Fingerabdruck oder anderen biometrischen Daten) ermittelt und mit entsprechenden Referenzstrukturen verglichen werden kann.
• Alternativ oder zusätzlich zu dieser Analyseeinrichtung kann das Authentifikationssystem auch zumindest eine Ausgabeschnittstelle aufweisen, um die Mess-Bildfolge und/oder die darauf basierende Auswerte-Bildfolge für eine Authentifikation des Objekts auszugeben.
• Bei dieser Ausgabeschnittstelle kann es sich beispielsweise um eine Benutzerschnittstelle handeln, wie beispielsweise einen Monitor oder dergleichen, um die Mess-Bildfolge oder darauf basierende Auswerte-Bildfolge an einen Nutzer auszugeben. Dieser kann dann durch einfache Sichtung bzw. Inaugenscheinnahme der ausgegebenen bzw. angezeigten Bildfolge die Echtheit des Objekts prüfen. Ein Beispiel hierfür wäre die Ausgabe eines Abklingvorgangs, in dem einfach die Mess-Bildfolge, insbesondere wenn sie bereits passend zeitlich sortiert ist, oder die darauf basierende Auswerte-Bildfolge als eine Art Zeitlupe-Video visuell sichtbar gemacht wird. Der Nutzer kennt den Ablauf dieses Videos und sieht, dass zum Beispiel bestimmte Strukturen länger sichtbar bleiben als andere Strukturen oder wiederum neue Strukturen auftauchen, wenn andere Strukturen verschwinden etc. Hierdurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Erzeugung von Echtheitssiegeln, die vom Nutzer mit einem sehr einfachen Gerät und Verfahren überprüft werden können.
• Eine solche Ausgabeschnittstelle kann aber auch eine Bilddatenschnittstelle sein, um die Mess-Bildfolge bzw. die darauf basierende Auswerte-Bildfolge an eine externe Analyseeinrichtung zu übersenden, beispielsweise eine Analyseeinrichtung in einem authentifizierten Sicherheitsserver, welcher dann als Antwortsignal eine Bestätigung für die Echtheit zurücksendet oder einen Fehler signalisiert.
• Bevorzugt kann das Authentifikationssystem auch beide Arten von Ausgabeschnittstellen aufweisen.
• Unabhängig davon, ob die Analyseeinrichtung intern im Authentifikationssystem selber angeordnet ist oder die Analyse extern erfolgt, kann sie in beiden Fällen automatisch erfolgen, wofür später noch weitere Beispiele gegeben werden.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Authentifikation eines Objekts wird entsprechen zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge zumindest ein signifikanter Bereichs des Objekts mit einer Anregungssignal-Pulsfolge mit einer Vielzahl von Anregungssignal-Pulsen bestrahlt, welche wie oben erwähnt von einer entsprechenden Anregungssignal-Sendeeinrichtung ausgesendet werden können.
• Zumindest ein Teil dieser Anregungssignal-Pulse ist wie erwähnt vorzugsweise schmalbandig, d. h. auf einen bestimmten schmalbandigen Frequenzbereich beschränkt. Beispielweise kann es sich hierbei um Licht einer bestimmten Farbe handeln, Licht aus dem nahen Infrarotbereich, Licht aus dem fernen oder mittleren Infrarotbereich oder UV-Licht. Vorzugsweise kann ein Anregungssignal-Puls dann als „schmalbandig“ bezeichnet werden, wenn die Halbwertsbreite des Wellenlängenspekrums FWHM (Full Width at Half Maximum) kleiner ist als z.B. 30 nm.
• Zur Erzeugung einer erfindungsgemäßen Mess-Bildfolge wird dann, zum Beispiel mittels der oben beschriebenen Kameraeinrichtung, zumindest nach einer Vielzahl von, d. h. nach mindestens zwei, Anregungssignal-Pulsen, bevorzugt nach allen oder fast allen Anregungssignal-Pulsen der Anregungssignal-Pulsfolge jeweils zumindest ein Mess-Bild erfasst. Ein solches Mess-Bild ist, wie oben beschrieben, zumindest zweidimensional, umfasst also zumindest ein Array von Bildpixeln. Dabei ist wie oben beschrieben bei zumindest zwei verschiedenen der Anregungssignal-Pulse die Verzögerungszeit zwischen einem Ausschaltzeitpunkt und einem Abtastzeitpunkt, zu dem eine Erfassung des Mess-Bildes erfolgt, unterschiedlich. Die erzeugte Mess-Bildfolge und/oder eine darauf basierende Auswerte-Bildfolge wird dann, wie oben beschrieben, zur Authentifikation des Objekts analysiert.
• Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Authentifikationssystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Authentifikation eines Objekts besteht darin, dass durch die spezielle Vorgehensweise der Erfassung der Mess-Bilder jeweils zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten nach dem Ende des vorhergehenden Anregungssignal-Pulses selbst mit einer relativ langsamen Kamera das schnelle Abklingverhalten der verschiedenen Sicherheitsmarkerstoffe erkannt und für die Analyse zur Echtheitsprüfung genutzt werden kann. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Vielzahl von weiteren Sicherheitseffekten einzusetzen, was die Fälschung der Objekte weiter erschwert, wobei dennoch das Authentifikationssystem relativ kostengünstig aufgebaut werden kann. Dadurch können das erfindungsgemäße Authentifikationssystem und das erfindungsgemäße Verfahren auch im breiten Umfang eingesetzt werden, beispielsweise zur Überprüfung von Geldscheinen in jedem Geldautomaten und/oder an jeder Kasse etc. Insbesondere können alle wesentlichen Teile des Authentifikationssystems auch in einer integrierten Vorrichtung bzw. in einem (auch relativ kleinen) Gerät kostengünstig realisiert werden. Das Authentifikationssystem kann aber auch durch mehrere separate, jedoch in geeigneter Weise zumindest datentechnisch miteinander verbundene und zusammenwirkende Einheiten realisiert sein.
• Wie oben beschrieben ist je nach konkreter Ausgestaltung des Authentifikationssystems sowohl eine Überprüfung durch das Personal vor Ort (durch einfache Inaugenscheinnahme der erzeugten Bildfolge) als auch eine automatische Authentifikation des jeweiligen Objekts möglich.
• Besonders bevorzugt eignet sich die Anwendung des Verfahrens an Objekten wie Wertdokumenten, insbesondere den bereits beschriebenen Banknoten. Daher ist die Verwendung eines entsprechenden erfindungsgemäßen Authentifikationssystems auch zur Authentifikation eines Wertdokuments, vorzugsweise einer Banknote, bevorzugt.
• Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen bzw. Beschreibungsteilen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
• Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht wie erwähnt darin, dass nach einer Vielzahl der Anregungssignal-Pulse, bevorzugt nach allen oder fast allen Anregungssignal-Pulsen der Anregungssignal-Pulsfolge (Blitzfolgen) jeweils zumindest ein Mess-Bild erfasst wird, wobei die Mess-Bilder gerade nicht immer zu denselben Verzögerungszeiten nach dem Ausschaltzeitpunkt des jeweils vorhergehenden Anregungssignal-Pulses (Blitzes) erfasst werden. Auf diese Weise können durch eine Vielzahl von einzelnen Mess-Bildern nach den einzelnen Pulsen der - vorzugsweise periodischen - Anregungssignal-Pulsfolge unterschiedliche Zeitpunkte der Abklingfunktionen der beteiligten Sicherheitsmarkerstoffe bzw. Lumineszenzstoffe erfasst werden. Auf diese Weise kann auch ohne eine teure und aufwändige Highspeed-Kamera in Form von Bildern zumindest zweidimensional räumlich aufgelöst das zeitliche Abklingverhalten der Sicherheitsmarkerstoffe erfasst bzw. gemessen und nachfolgend analysiert werden.
• Für die Erfassung (im Folgenden auch als „Sampling“ bezeichnet) der Mess-Bilder gibt es verschiedene bevorzugte Verfahren.
• Bei einem ersten bevorzugten Verfahren erfolgt die Aufnahme der Bilder mit einem sequenziellen Sampling. Dabei wird die Verzögerung nach dem jeweiligen aktuellen Ausschalten des Anregungssignal-Pulses im Vergleich zu der Verzögerung nach dem davorliegenden Anregungssignal-Puls um ein bestimmtes Zeitintervall geändert. Vorzugsweise kann die Verzögerungszeit immer um ein wachsendes Zeitintervall erhöht werden. In diesem Fall sind die Mess-Bilder bereits in einer passend zeitlich sortierten Reihenfolge und zeigen unmittelbar das Abklingverhalten der jeweiligen Stoffe. Alternativ könnte das Zeitintervall natürlich auch schrumpfen, dann würde das umgekehrte Zeitverhalten dargestellt.
• Um ein solches sequenzielles Sampling durchführen zu können, ist die Steuervorrichtung, genauer gesagt eine Trigger-Einheit der Steuereinrichtung oder dergleichen, so ausgebildet, dass zur Ermittlung einer Mess-Bildfolge die Verzögerungszeiten der Mess-Bilder der Mess-Bildfolge gemäß einem sequenziellen Sampling festgelegt werden. Mit anderen Worten, die Steuereinrichtung triggert die Anregungssignal-Pulse und Abtastzeitpunkte bzw. Auslesefenster für die Bilderfassungseinrichtung so passend, dass von Anregungssignal-Puls zu Anregungssignal-Puls die Verzögerungszeit immer um ein bestimmtes Maß größer (oder kleiner) ist.
• Eine andere mögliche bevorzugte Variante ist die Nutzung eines Random-Sampling-Verfahrens. Hierbei wird die Verzögerungszeit nach dem jeweiligen Ausschalten des Anregungssignal-Pulses innerhalb bestimmter Grenzen (quasi-) zufällig festgelegt. Bei diesem Verfahren wird vorzugweise zusätzlich zu jedem Mess-Bild auch die Verzögerungszeit ermittelt und dem jeweiligen Mess-Bild zugeordnet und/oder gespeichert.
• Alternativ oder zusätzlich kann die Verzögerungszeit nach dem jeweiligen Ausschalten des Anregungssignal-Pulses durch einen Unterschied einer Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge, die durch die Anregungssignal-Sendeeinrichtung ausgegeben wird (also der Taktfrequenz, mit der die einzelnen Anregungspulse ausgegeben werden), zu einer Bildaufnahmefrequenz (auch Samplingfrequenz genannt) der Bildaufnahmeeinrichtung (also der Taktfrequenz, mit der die einzelnen Mess-Bilder von der Bildaufnahmeeinrichtung erfasst werden) bestimmt werden. Hier wird ausgenutzt, dass die Bildaufnahmefrequenz bzw. Geschwindigkeit der Kamera in der Regel nicht exakt mit der Pulsfrequenz bzw. der Geschwindigkeit der Anregungssignal-Sendeeinrichtung übereinstimmt.
• Bei dieser Variante sollten die Bildaufnahmefrequenz und die Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge unkorreliert sein, d.h. die Pulsfrequenz und die Bildaufnahmefrequenz sollten folglich auch kein gemeinsames ganzzahliges Vielfaches aufweisen, so dass die Abtastzeitpunkte fast wie zufällig zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten nach den jeweiligen Anregungssignal-Pulsen liegen.
• Auch hier wird vorzugweise zusätzlich zu jedem Mess-Bild die Verzögerungszeit ermittelt und dem jeweiligen Mess-Bild zugeordnet und/oder gespeichert. Die Verzögerungszeit kann dabei gemessen oder auch auf Basis der Pulsfrequenz und Bildaufnahmefrequenz sowie eines Referenzwerts (also z.B. einer einzigen bekannten Verzögerungszeit zwischen einem Anregungssignal-Puls und einem nachfolgenden Abtastzeitpunkt bzw. Aufnahmezeitpunkt) errechnet werden. So kann während einer ausgeschalteten Anregung die Kamera auch durchlaufen (in einem Videomodus). In der Regel ist der Startzeitpunkt einer Anregungssignal-Pulsen relativ zum (Arbeits-)Takt der Kamera bzw. Bildaufnahmeeinrichtung zufällig und somit sind auch alle daraus resultierenden Verzögerungszeit quasi-zufällig.
• Für ein solches Verfahren ist die Steuereinrichtung entsprechend so ausgebildet, dass zur Ermittlung einer Mess-Bildfolge die Verzögerungszeiten der Mess-Bilder der Mess-Bildfolge gemäß einem derartigen Random-Sampling-Verfahren festgelegt werden können. D. h. sie kann beispielsweise einen entsprechenden (Pseudo-) Random-Generator (Zufallsgenerator) aufweisen, sie kann aber auch willkürlich zu unterschiedlichen Verzögerungszeiten nach dem Ausschalten von Anregungssignal-Pulsen, Bilder erfassen
• In beiden Varianten ist die Steuereinrichtung auch bevorzugt entsprechend geeignet, beispielsweise so programmiert, dass jeweils die Verzögerungszeit erfasst und mit dem Mess-Bild gespeichert wird.
• Unabhängig von der Wahl des Sampling-Verfahrens ist es jeweils bevorzugt, dass die Verfahren periodisch ablaufen, d. h. dass die Anregungssignal-Pulsfolge gleichmäßige und gleich beabstandete Anregungssignal-Pulse umfasst, d. h. die Pulsfrequenz im Wesentlichen konstant ist.
• Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Authentifikationssystem auch so ausgebildet sein kann, dass wahlweise sowohl ein sequentielles Sampling-Verfahren als auch ein Random-Sampling-Verfahren oder ein anderes Samplingverfahren, wie das genannte Samplingverfahren, bei der eine Festlegung der Verzögerungszeit durch den Unterschied der Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge zur Bildaufnahmefrequenz erfolgt, genutzt werden kann, wobei dies auch insbesondere von Anregungssignal-Pulsfolge zu Anregungssignal-Pulsfolge geändert werden könnte.
• Vorzugsweise weist das Authentifikationssystem eine Sortiereinheit auf, um beispielsweise zur Erstellung der Auswerte-Bildfolge die Mess-Bilder einer Mess-Bildfolge hinsichtlich ihrer Verzögerungszeit zu sortieren. Hierzu können der Sortiereinheit die Mess-Bilder mit ihrer Verzögerungszeit übergeben werden. Eine Sortierung bietet sich insbesondere an, wenn zur Erfassung der Mess-Bilder ein Random-Sampling-Verfahren genutzt wurde oder das Samplingverfahren, bei der eine Festlegung der Verzögerungszeit durch den Unterschied der Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge zur Bildaufnahmefrequenz erfolgt, da in diesen Fällen ja z. B. die Mess-Bilder in keiner bestimmten zeitlichen Reihenfolge vorliegen. Bei einem sequentiellen Sampling-Verfahren liegen die Mess-Bilder bereits in einer zeitlichen Reihenfolge vor. Auch hier ist aber nicht ausgeschlossen, dass mit den Mess-Bildern die Verzögerungszeit mit abgespeichert wird und eine Umsortierung erfolgt, wenn dies gewünscht ist. Beispielsweise könnten durch die Umsortierung wieder besondere Effekte erreicht werden, d. h. auch die Reihenfolge der Bilder könnte als zusätzliches Sicherheitsmerkmal mitgenutzt werden.
• Ganz besonders bevorzugt werden zur Erstellung und/oder Ergänzung der Auswerte-Bildfolge auf Basis von Mess-Bildern, vorzugsweise zumindest einer Mess-Bildfolge, gegebenenfalls aber auch mehrerer Mess-Bildfolgen, Ergänzungsbilder erzeugt. Hierzu weist das Authentifikationssystem bevorzugt eine Bildberechnungseinheit auf, welche beispielsweise digital die gegebenenfalls auch transformierten Mess-Bilder verarbeiten kann.
• Solche „Ergänzungsbilder“ können zum Beispiel Änderungsbilder sein, die die Änderungen zwischen zwei Mess-Bildern beinhalten, hervorheben, repräsentieren etc. Es kann sich aber auch um zusätzliche Zwischenbilder bzw. Interpolationsbilder handeln, welche die Zustände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mess-Bildern der Mess-Bildfolge repräsentieren.
• Die Erzeugung bzw. Berechnung kann mit unterschiedlichen Verfahren erfolgen, unter anderem durch, insbesondere pixelweise, gewichtete Addition, Subtraktion und/oder Korrelationen sowie logische Bildoperation, insbesondere Kantenverstärker, Morphing, Kl-Algorithmen etc. Dabei können Interpolationsverfahren auch pixelweise durchgeführt werden.
• Ein Beispiel hierfür wäre, dass ein visuelles farbiges Bild durch eine gewichtete Addition von Bildern errechnet wird, die bei roter, grüner und blauer Belichtung erfasst wurden, sofern - wie dies später noch erläutert wird - Mess-Bildfolgen bei unterschiedlichen Frequenzbereichen erfasst werden.
• Beispielsweise könnten aus den Mess-Bildern signifikante Strukturen extrahiert werden (wie bereits die erwähnten „Fingerabdrücke“ etc.) und es wird dann ausschließlich auf Basis der Bilder mit den extrahierten Strukturen weiter gearbeitet. Hierzu kann die Bildberechnungseinheit insbesondere eine Extraktionseinheit aufweisen.
• Insbesondere ist es auch möglich, auf Basis der Mess-Bilder eine Auswerte-Bildfolge zu erzeugen, welche ausschließlich oder im Wesentlichen aus solchen berechneten Ergänzungs-Bildern besteht.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Kameraeinrichtung zumindest eine spektral breitbandig sensitive Bildaufnahmeeinrichtung. Spektral breitbandig sensitiv ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass die Bildaufnahmeeinrichtung mit einem entsprechenden breitbandigen Bildsensor ausgestattet ist und Strahlung in einem großen Wellenlängenbereich, vom infraroten über den sichtbaren Bereich bis in den UV-Bereich (integrativ), erfasst.
• Eine solche Bildaufnahmeeinrichtung lässt sich kostengünstig realisieren, indem ein herkömmlicher Kamerasensor verwendet wird, wobei bewusst auf die üblicherweise in Kameraeinrichtungen vorgeschalteten IR- oder UV-Sperrfilter oder Farbfilter verzichtet wird. Beispielsweise sind Halbleitersensorchips hierfür geeignet, die die gewünschte breitbandige Empfindlichkeit aufweisen. Trotz Verwendung einer solchen besonders kostengünstigen Bildaufnahmeeinrichtung ist eine spektrale Analyse des Abklingverhaltens der verschiedenen Lumineszenzstoffe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wenn - wie oben beschrieben - besonders bevorzugt schmalbandige Anregungssignal-Pulse genutzt werden.
• Um auch das spektrale unterschiedliche Abklingverhalten zu untersuchen, können vorzugsweise mehrere Anregungssignal-Pulsfolgen mit unterschiedlichen Spektren ausgesendet werden, beispielsweise erst eine Pulsfolge im fernen oder mittleren IR-Bereich, dann eine Pulsfolge im (nahen) IR-Bereich, anschließend eine Pulsfolge mit einer bestimmten Farbe und anschließend eine Pulsfolge im UV-Bereich. Dies schließt nicht aus, dass beispielsweise auch eine der Pulsfolgen breitbandig, also beispielsweise mit weißem Licht, ausgesendet wird.
• Bei einer weiteren Ausgestaltung kann das Authentifikationssystem auch eine zusätzliche (spektral) schmalbandig sensitive Bildaufnahmeeinrichtung oder auch eine Hyperspektralkamera aufweisen. Diese kann dann für zusätzliche spektral selektive Aufnahmen bzw. Farbaufnahmen genutzt werden. Es ist klar, dass ein solches Authentifikationssystem mit einer zusätzlichen schmalbandig sensitiven Bildaufnahmeeinrichtung aufwändiger und damit teurer ist als eine einfachere Variante. Ob eine solche zusätzliche Farb-Bildaufnahmeeinrichtung zusätzlich verwendet wird, hängt daher davon ab, welches Sicherheitsbedürfnis besteht.
• Eine Alternative zur Verwendung einer zusätzlichen Farb-Bildaufnahmeeinrichtung, in der üblicherweise ein IR- und UV-Filter fest integriert sind und die einzelnen Pixel mit Rot-, Grün- oder Blaufiltern versehen sind, wäre eine Verwendung von Wechselfiltern, beispielsweise eines Filterrads, mit unterschiedlichen optischen Filtern, die der breitbandig arbeitenden Bildaufnahmeeirichtung vorgeschaltet werden. Ein solcher Wechselfilter bzw. ein Filterrad kann beispielsweise einen Rotfilter, einen Grünfilter, einen Blaufilter sowie einen IR- und einen UV-Sperrfilter aufweisen. Zumindest ein Filterplatz ist dann bevorzugt für eine breitbandige Messung unbesetzt. In diesem Fall wird nur eine Bildaufnahmeeinrichtung benötigt, jedoch ist auch ein solcher Wechselfilter mit zusätzlichen Kosten verbunden.
• Ist das Authentifikationssystem zur Erfassung von zusätzlichen (spektral) schmalbandigen Bildern ausgestattet, so sind die Bildberechnungseinheit und/oder die Analyseeinrichtung dann bevorzugt ausgebildet, um zusätzlich auch die (spektral) schmalbandig erfassten Mess-Bilder zu nutzen bzw. zu analysieren.
• Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zumindest in den Fällen, in denen auch farblich bzw. spektral selektiv gemessen wird, auch eine Aussendung von breitbandigen Anregungssignal-Pulsen beispielsweise mit weißem Licht möglich ist und gegebenenfalls (auch als Ergänzung) sinnvoll sein kann.
• Die Anregungssignal-Sendeeinrichtung umfasst bevorzugt eine Mehrzahl an Signalgebern, beispielsweise unterschiedliche LEDs, wobei vorzugsweise mindestens zwei unterschiedliche Signalgeber Anregungssignal-Pulse mit unterschiedlichen Frequenzspektren aussenden. Dies ermöglicht die Aufnahme verschiedener Mess-Bildfolgen bei unterschiedlichen Frequenzen bzw. Farben, die wiederum zur Berechnung von Ergänzungsbildern dienen können und/oder zur Erstellung einer Auswerte-Bildfolge genutzt werden können etc. Besonders bevorzugt werden zumindest zwei Anregungssignal-Pulsfolgen mit Anregungssignal-Pulsen mit voneinander getrennten Frequenzspektren genutzt, d. h. dass sich die Frequenzspektren zumindest nicht in einem relevanten Umfang überlappen.
• Ganz besonders bevorzugt umfasst die Anregungssignal-Sendeeinrichtung zumindest einen Signalgeber mit langwelliger IR-Strahlung, einen weiteren Signalgeber mit kurzwelligerer IR-Strahlung, einen Signalgeber, der breitbandig weißes Licht aussendet und einen Signalgeber, der UV-Licht aussendet.
• Weiterhin können, bevorzugt zusätzlich, auch Signalgeber mit unterschiedlichen Farben verwendet werden, beispielsweise Signalgeber für grünes Licht, für rotes Licht und für blaues Licht.
• Für den Aufbau einer Bildaufnahmeeinrichtung bestehen verschiedene Möglichkeiten:
• Wie bereits erwähnt, ist die Bildaufnahmeeinrichtung aus Kostengründen vorzugsweise mit einem breitbandig sensitiven Bildsensor ausgestattet. Besonders wird ein CMOS-Bildwandler als Bildsensor verwendet. Solche CMOS-Bildwandler sind bereits in großen Stückzahlen kostengünstig verfügbar. Es ist aber nicht ausgeschlossen, auch andere Bildwandler, beispielsweise CCD-Sensoren zu verwenden.
• Besonders bevorzugt umfasst die Bildaufnahmeeinrichtung einen Global-Shutter-Bildsensor. Mit einem Global-Shutter-Sensor kann das Problem des sogenannten „Rolling-Shutter-Effekts“ vermieden werden, da hierbei alle Bildpunkte eines Bildes gleichzeitig aufgenommen werden und die Erfassung der einzelnen Bildpixel nicht zeilen- oder spaltenweise erfolgt. Ganz besonders bevorzugt bietet sich die Verwendung eines Global-Shutter-CMOS-Sensors an.
• Da es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, durch die spezielle Art der Sampling-Verfahren auch mit einem kostengünstigen Aufbau räumlich aufgelöst, beispielsweise pixelweise, die Nachleuchtfunktionen der strukturiert in oder auf dem Objekt angebrachten Sicherheitsmarkerstoffe bzw. Lumineszenzstoffe zu erfassen, sind für die Authentifikation des Objekts verschiedene erweiterte Analyseverfahren nutzbar.
• So kann beispielsweise bei der Analyse der Mess-Bildfolge und/oder der Auswerte-Bildfolge zumindest ein (spektraler) Wert, vorzugweise zumindest ein Wertebereich, einer Nachleuchtfunktion zumindest eines Sicherheitsmarkerstoffs ermittelt werden, der im Bereich des Objekts räumlich strukturiert angeordnet ist. Ein solcher Wert kann beispielsweise die Form der Nachleuchtfunktion repräsentieren, wie mindesten einen Augenblickswert der Nachleuchtfunktion, Änderung(en) oder Steigung(en) der Nachleuchtfunktion oder Änderung(en) der Steigung in Abhängigkeit von der Zeit etc.
• Wie bereits erwähnt, erfolgt dabei die Ermittlung des Werts, vorzugsweise des Wertebereichs, ganz besonders bevorzugt räumlich und/oder spektral aufgelöst. „Räumlich aufgelöst“ heißt hierbei, dass mehrere Werte in Abhängigkeit vom Ort im Bild bzw. vom Ort auf oder in dem Objekt ermittelt werden. „Spektral aufgelöst“ bedeutet, dass mehrere Werte in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz ermittelt werden.
• All diese Daten können dann als aus den Mess-Bildern ermittelte bzw. extrahierte signifikante Daten für die Authentifikation herangezogen werden und beispielsweise mit entsprechenden Referenzdaten verglichen werden.
• Auch sind noch weitere Messvarianten zur Aufnahme von Mess-Bilddaten möglich. Beispielsweise könnte eine frontale Bestrahlung zur Erfassung der Mess-Bildfolge durchgeführt werden und zusätzlich zu einer frontalen Bestrahlung oder alternativ zu dieser könnte eine „Streiflichtbestrahlung“ des Objekts von der Seite her oder unter definierten Winkeln, auch nach einem Deflektometerkonzept erfolgen. Dadurch kann (zusätzlich) eine Erkennung räumlicher Oberflächenstrukturen, also reliefartiger Strukturen, implementiert werden. Ebenso wäre eine transmittierende Bestrahlung durch eine unter dem zu prüfenden Objekt angeordnete Bestrahlungsquellen möglich etc.
• Wie bereits oben erwähnt, kann die Analyse der Mess-Bildfolge oder einer darauf basierenden Auswerte-Bildfolge, insbesondere auch weiterer daraus ermittelter bzw. darauf basierender signifikanter Daten, zur Authentifikation des Objekts automatisch, insbesondere vollautomatisch, erfolgen.
• Ganz besonders bevorzugt kann eine solche Analyse auch unter Nutzung einer Methode der künstlichen Intelligenz (KI) erfolgen, welche durch geeignete Software (im Folgenden auch „KI-Modul“ genannt) realisiert werden kann. Vorzugsweise kann hierzu ein neuronales Netzwerk genutzt werden, welches ein Kernstück des KI-Moduls bildet.
• Ein neuronales Netzwerk kann beispielsweise in üblicher Weise mit einem Eingangs-Layer und einem Ausgangs-Layer sowie einer beliebigen Anzahl von zwischen Eingangs-Layer und Ausgangs-Layer befindlichen „Hidden-Layern“ aufgebaut sein. Am Eingangs-Layer können als Eingangswerte, insbesondere in Form eines Vektors, jeweils die zu beurteilenden Bilddaten (Bilder) der Mess-Bildfolge und/oder der Auswerte-Bildfolge eingegeben werden. Im Ausgangs-Layer ist das Ergebnis der Analyse kodiert, beispielsweise einer von zwei Zuständen „falsch“ oder „echt“. Gegebenenfalls kann hier aber auch ein dritter Zustand „unklar“ aufgenommen werden, damit das jeweilige Objekt noch einmal einer weiteren Prüfung unterzogen wird.
• Es ist aber auch möglich, den Ausgangs-Layer so zu gestalten, dass er (zusätzlich) Informationen enthält, aufgrund welcher Daten ein Objekt als „falsch“ oder „echt“ identifiziert wurde. Werden diese Informationen auch ausgegeben oder analysiert, können gegebenenfalls neue Fälschungsmethoden leichter erkannt und an die zuständigen Stellen verbreitet werden.
• Das KI-Modul (insbesondere ein neuronales Netzwerk) wird bevorzugt vor der ersten Nutzung trainiert. Als Trainingsdaten für das KI-Modul bzw. neuronale Netzwerk können in üblicher Weise „gelabelte“ bzw. annotierte Bilddaten verwendet werden, d. h. es wird ein Satz von Trainingsbilddaten verwendet, bei denen das Ergebnis feststeht. Das KI-Modul ist selbstlernend, sodass es auch innerhalb des Einsatzes bei den Authentifikationsprozessen ständig hinzulernen kann, insbesondere, wenn beispielsweise noch eine weitere Authentifikation durch ein anderes System erfolgt und der Analyseeinrichtung, welche die Auswertung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren durchführt, bzw. dem KI-Modul entsprechende Bestätigungen über die Richtigkeit der Ergebnisse gegeben werden.
• Ein Training kann einmal vor dem ersten Einsatz erfolgen. Bevorzugt werden wiederkehrende Trainings mit neuen Trainingsdaten durchgeführt, insbesondere, wenn neue Fälschungen auftauchen. Auf diese Weise kann das Gesamtsystem ständig verbessert und an sich verändernde Umstände angepasst werden. Ebenso ist ein neues Training möglich, wenn neue Sicherheitsmerkmale eingeführt werden, insbesondere andere Sicherheitsmarkerstoffe verwendet werden.
• Da die Auswertung bevorzugt rein digital erfolgt, kann der Aufbau besonders bevorzugt mit herkömmlichen Chips erfolgen, um möglichst kostengünstig zu sein. Beispielsweise könnte die Realisierung mithilfe eines einfachen Einplatinen-Computers erfolgen.
• Insbesondere wenn eine rechentechnisch etwas aufwändigere Analysemethode gewünscht wird, kann es auch von Vorteil sein, diese Berechnung auszulagern und über die bereits genannte Schnittstelle die Daten an eine entsprechend geeignete Recheneinheit zu versenden und von dort das Ergebnis an das erfindungsgemäße Authentifikationssystem zurückzusenden, sodass es dann an den Benutzer ausgegeben wird, der das Objekt zu überprüfen hat.
• Eine ganz besonders kostengünstige Realisierung ist auch möglich, indem verschiedene Komponenten des Authentifikationssystems, beispielsweise die Anregungssignal-Sendeeinrichtung und die Kameraeinrichtung, gegebenenfalls auch die Steuereinrichtung, als ein Vorsatzgerät für ein Smartphone oder dergleichen realisiert werden. In diesem Fall kann die Hardware des Smartphones, insbesondere die Rechenleistung und die Kommunikationstechniken, mitgenutzt werden. Bevorzugt können dann andere Komponenten des Authentifikationssystems, wie beispielsweise die Analyseeinrichtung etc., in Form von Software bzw. als App auf dem Smartphone realisierbar sein. Hierzu werden später noch Beispiele gegeben. Durch eine solche Variante kann der Preis weiter reduziert und die Verbreitung des Authentifikationssystems erhöht werden.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind im Allgemeinen nicht maßstäblich. Es zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Komponenten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Authentifikationssystems und ihres Zusammenwirkens,
• 2 eine grob schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Authentifikationssystems bei einem Einsatz an einem Objekt,
• 3 ein vereinfachtes Flussdiagramm eines möglichen Ablaufs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Authentifikation eines Objekts,
• 4 eine grob schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer in einem Verfahren zur Authentifikation eines Objekts nutzbaren periodischen Anregungssignal-Pulsfolge mit einer Erfassung von Mess-Bildern für eine Mess-Bildfolge gemäß einem sequentiellen Sampling-Verfahren,
• 5 eine Darstellung der Anregungssignal-Pulsfolge gemäß 4, jedoch hier mit einer Erfassung von Mess-Bildern für eine Mess-Bildfolge gemäß einem sequentiellen Random-Sampling-Verfahren,
• 6 bis 9 Mess-Bilder einer Banknote bei einer Beleuchtung mit Licht in unterschiedlichen Frequenzbereichen.
• Bei dem in 1 gezeigten Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Authentifikationssystems 1 sind die verschiedenen Komponenten (insbesondere Funktionseinheiten mit Autonomie und definierten Zuständigkeiten) in rechteckigen Blöcken und Daten, Nachrichten oder Datenübergabeprotokolle zwischen diesen Komponenten in Form von Kreisen dargestellt. Das Ausführungsbeispiel umfasst als eine Kernkomponente eine Steuereinrichtung 10, welche hier als Ein-Platinen-Computer realisiert ist, in welchem verschiedene Komponenten in Form von geeigneter Software realisiert sein können. Hierunter fallen insbesondere eine Triggereinheit 13, eine Sortiereinheit 14, eine Bildverarbeitungseinheit 15 und eine interne Analyseeinrichtung 16, deren Funktionen später noch detailliert erläutert werden.
• Außerdem umfasst dieses Authentifikationssystem 1 eine Anregungssignal-Sendeeinrichtung 2, welche eine Mehrzahl von Signalgebern L1, L2, L3,...,Ln aufweist, die hier in Form von LEDs L1, L2, L3,...,Ln realisiert sind.
• Diese Signalgeber L1, L2, L3,... Ln sind jeweils so ausgebildet, dass sie Anregungssignal-Pulsfolgen PF1, PF2, PF3,...,PFn mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden einzelnen Anregungssignal-Pulsen aussenden können. Die Anregungssignal-Pulse verschiedener Signalgeber L1, L2, L3,... Ln weisen einen unterschiedlichen Frequenzbereich auf, d. h. verschiedene Signalgeber L1, L2, L3,... Ln arbeiten in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Dabei umfassen bevorzugt mindestens zwei der Anregungssignal-Pulsfolgen PF1, PF2, PF3,...,PFn schmalbandige Anregungssignal-Pulse mit voneinander getrennten Frequenzspektren. Beispielsweise könnte eine erste LED Blitze in einem fernen oder mittleren Infrarotbereich ausgeben, eine weitere LED Blitze im nahen Infrarotbereich, eine dritte LED UV-Blitze und eine letzte LED weiße Lichtblitze, also hier ausnahmsweise spektral breitbandige Anregungssignal-Pulse aussenden.
• Alternativ zu den LEDs könnten als Signalgeber L1, L2, L3,...Ln auch OLEDs, Halbleiterlaser oder andere Elemente genutzt werden, die zur Anregung geeignete Strahlung abgeben können.
• Die einzelnen Signalgeber L1, L2, L3,...,Ln werden jeweils zur Aussendung einer Anregungssignal-Pulsfolge PF1, PF2, PF3,...,PFn (welche auch als „Blitzfolge“ bezeichnet werden könnte) von der Triggereinheit 13 über entsprechende Anregungstrigger-Signalfolgen AT1, AT2, AT3,...,ATn angesteuert, damit sie bei Empfang eines Anregungs-Triggersignals einer Anregungs-Triggersignalfolge AT1, AT2, AT3,...,ATn jeweils einen kurzen Anregungssignal-Puls (Blitz) der gewünschten Wellenlänge bzw. im jeweiligen Wellenlängenbereich bzw. Frequenzbereich aussenden. Ein Anregungs-Triggersignal (welches auch als „Ansteuersignal“ für den Signalgeber L1, L2, L3,...,Ln bezeichnet werden kann) kann z. B. ein Spannungspuls für den jeweiligen Signalgeber L1, L2, L3,...,Ln bzw. die LED sein.
• Außerdem umfasst das Authentifikationssystem 1 eine Kameraeinrichtung 3, welche hier konkret zwei Bildaufnahmeeinrichtungen 4, 5 aufweist.
• Eine erste Bildaufnahmeeinrichtung 4 arbeitet breitbandig, d. h. sie weist bewusst keinen dem Bildsensor vorgeschalteten und oder in den Bildsensor integrierten IR-, UV- und/ oder Farbfilter auf. Im einfachsten und bevorzugten Fall handelt es sich hier um eine (filterfreie) Bildaufnahmeeinrichtung 4 mit einem Global-Shutter-CMOS-Bildsensor GSB, der über einen weiten Frequenzbereich, von beispielsweise 300 nm bis 1500 nm, Strahlung integrativ erfasst. Eine solche Kamera ist sehr kostengünstig realisierbar.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Kameraeinrichtung 3 hier eine (optionale) zweite Bildaufnahmeeinrichtung 5, welche als Farbkamera ausgebildet ist. Diese weist bevorzugt ebenfalls einen Global-Shutter-CMOS-Bildsensor auf, jedoch sind hier einzelne Pixel mit Rot-, Grün- oder Blaufiltern versehen. Diese Farbkamera kann einen IR- und gegebenenfalls auch einen UV-Filter aufweisen, was aber nicht erforderlich ist.
• Die Global-Shutter-Bildsensoren GSB der beiden Bildaufnahmeeinrichtungen 4, 5 können jeweils, ebenfalls von der Triggereinheit 13 der Steuereinrichtung 10, über Bild-Triggersignalfolgen BT1, BT2 koordiniert bzw. synchronisiert zu den Anregungs-Triggersignalfolgen AT1, AT2, AT3,...,ATn bzw. deren Anregungs-Triggersignalen angesteuert werden. Diese Synchronisierung bzw. Koordinierung wird später noch anhand der 3 bis 5 erläutert.
• Mit jedem Bild-Triggersignal der Bild-Triggersignalfolge BT1, BT2 wird der betreffende Global-Shutter-Bildsensor GSB dazu veranlasst, ein komplettes zweidimensionales Bild zu erfassen, d. h. es wird kurzfristig ein Auslesefenster geöffnet und die gesammelten Bilddaten werden dann als Bilder an die Steuereinrichtung zurückgeliefert, sodass letztlich entsprechend der Bild-Triggersignalfolge BT1, BT2 von den Bildaufnahmeeinrichtungen 4, 5 jeweils eine Mess-Bildfolge MF1, MF2 an die Steuereinrichtung 10 zurückgeliefert wird.
• Die so erfassten Mess-Bildfolgen MF1, MF2 können dann jeweils in der Sortiereinheit 14 der Steuereinrichtung 10 zeitlich sortiert werden, wobei dies auch später noch im Detail erklärt wird. In der Bildberechnungseinheit 15 der Steuereinrichtung 10 können basierend auf Mess-Bildern der erfassten Mess-Bildfolgen MF1, MF2 zusätzliche Ergänzungsbilder erzeugt werden. Insbesondere kann so durch die optionale Umsortierung und optionale Erzeugung von Ergänzungsbildern eine Auswerte-Bildfolge AF erzeugt werden, die dann beispielsweise der internen Analyseeinrichtung 16 für eine Analyse zur Verfügung gestellt wird, um eine Authentifikation des Objekts durchzuführen, d. h. die Echtheit des Objekts zu bestätigen oder zu verneinen.
• Eine weitere Komponente dieses Authentifikationssystems 1 ist eine graphische Benutzerschnittstelle 6, hier bevorzugt ein Touchscreen 6, über den die Steuereinrichtung 10 von einem Benutzer bedient werden kann. Hierzu können von der graphische Benutzerschnittstelle 6 an die Steuereinrichtung 10 und umgekehrt Steuersignale ST gesendet werden. Außerdem können die Mess-Bildfolgen MF1, MF2 oder auch darauf basierende Auswerte-Bildfolgen AF an die graphische Benutzerschnittstelle 6 übermittelt und darauf für den Benutzer dargestellt werden.
• 2 zeigt hierzu eine mögliche Variante des mechanischen Aufbaus. In einem Gehäuse 7, welches zu einer Seite hin offen ist, ist unter anderem die Steuereinrichtung 10 in Form des Ein-Platinen-Computers angeordnet. Im Gehäuse 7 sind auch die mit der Steuereinrichtung 10 verbundene, beispielsweise auch auf der gleichen Platine angeordnete, Anregungssignal-Sendeeinrichtung 2 und entsprechend, gegebenenfalls auch auf der gleichen Platine, die Kameraeinrichtung 3 angeordnet.
• Die gesamte Baugruppe 8 bzw. Einheit 8 kann mit der offenen Seite des Gehäuses 7 auf ein Objekt O aufgelegt werden, um von einen dort befindlichen relevanten Bereich B Mess-Bilder zu erfassen, welcher beispielsweise mit einem Echtheitszertifikat versehen ist, beispielsweise mit räumlich strukturiert im Objekt O eingebrachten und/oder auf das Objekt O aufgedruckten Markierungen mit Sicherheitsmarkerstoffen. Insbesondere bei Dokumenten können Sicherheitsmarkerstoffe, z. B. Konversionsleuchtstoffe, direkt in die Zellulose bei der Papierherstellung eingebracht werden.
• Zur Erfassung der Mess-Bilder wird der Bereich B des Objekts O passend durch die von der Anregungssignal-Sendeeinrichtung ausgehende Strahlung beleuchtet und es werden, entsprechend getriggert, die Mess-Bilder mittels der Kameraeinrichtung 3 erfasst. Durch das Gehäuse 7 kann dafür gesorgt werden, dass Streulicht von außen zu vernachlässigen ist. Zum Schutz der Komponenten im Gehäuse 7 kann dessen offene Seite mit einer für die genutzte Strahlung transparenten und als Anlagefläche für den Bereich B des Objekts O dienenden Schiebe versehen sein.
• Die 6 bis 9 zeigen mögliche Mess-Bilder MB von einer 5€-Banknote als Objekt O, wobei nur ein Ausschnitt des 5€-Scheins erfasst wird. 6 zeigt ein Mess-Bild MB der Banknote bei einer Bestrahlung mit längerwelliger IR-Strahlung (1020 nm) und 7 zeigt ein Mess-Bild MB bei der Bestrahlung desselben Bereichs B mit kurzwelliger IR-Strahlung (810 nm). 8 zeigt weiter ein Mess-Bild MB desselben Bereichs B im neutral weißen Licht, d. h. bei integrativer Erfassung des Mess-Bilds MB in einem breiten Frequenzspektrum und 9 zeigt schließlich ein Mess-Bild MB desselben Bereichs B der 5€-Banknote bei Beleuchtung mit UV-Strahlung (365 nm). Diese Mess-Bilder MB zeigen, dass sich mit den unterschiedlichen Bestrahlungen unterschiedliche Bilder ergeben. In gleicher Weise werden zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Abschalten des jeweils anregenden Lichts voneinander unterscheidbare Mess-Bilder MB erzeugt. Diese Unterschiede sind jeweils abhängig von den Nachleuchtfunktion der auf und/oder in der Banknote verwendeten Sicherheitsmarkerstoffe bzw. Lumineszenzstoffe. Dieser Effekt verstärkt sich, wenn die Strukturen in oder auf der Banknote mit verschiedenen Sicherheitsmarkerstoffen bzw. Lumineszenzstoffen erzeugt werden, welche eine bestimmte unterschiedliche Nachleuchtfunktion aufweisen. Zu unterschiedlichen Zeiten nach dem Abschalten der Beleuchtung ergeben sich klar unterschiedliche Bilder. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt.
• Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich an der Einheit 8, hier der Steuereinrichtung 10 bzw. am Gehäuse 7, eine USB-Schnittstelle 11, mit der über eine Verbindungsleitung 29 zu einem USB-Eingang 28 eines Smartphones 21 eine Kopplung und ggf. auch Stromversorgung der Einheit 8 mit dem Smartphone 21 möglich ist. Dieses Smartphone 21 weist einen Touchscreen 17 auf, sodass in diesem Fall die Bedienung der Einheit 8 bzw. des kompletten Authentifikationssystems 1 einfach über das Smartphone 21 möglich ist. Prinzipiell kann also bei dieser besonders günstigen Variante auch auf einen eigenen Touchscreen des Authentifikationssystems 1 verzichtet werden kann, bzw. das Smartphone 21 wird als Teil des Authentifikationssystems 1 mit genutzt. Eine entsprechende USB-Schnittstelle 11 ist auch in 1 an der Steuereinrichtung 10 schematisch dargestellt. Um das Smartphone 21 für die Steuerung des Authentifikationssystems 1 nutzbar zu machen, kann es mit einer entsprechenden geeigneten App ausgestattet werden.
• Ein bevorzugtes Verfahren zur Authentifikation des Objekts O auf Basis von Mess-Bildern MB wird nun im Folgenden anhand von 3 näher erläutert.
• In einem ersten Schritt I erfolgt zunächst die Erzeugung der Mess-Bildfolge MF. Hierzu wird wie bereits oben beschrieben von der Trigger-Einheit 13 zumindest eine Anregungs-Triggersignalfolge ΔT1, ΔT2, ΔT3,..., ΔTn an einen der Signalgeber L1, L2, L3,...,Ln der Anregungssignal-Sendeeinrichtung 2 ausgegeben und koordiniert dazu wird eine Mess-Bildfolge MF1, MF2 erfasst (siehe auch 1).
• Üblicherweise ist es so, dass nur eine Anregungstrigger-Signalfolge ΔT1, ΔT2, ΔT3,...,ΔTn auf einmal ausgegeben wird, um beispielsweise eine Mess-Bildfolge MF1 bei einer bestimmten Sendefrequenz zu erfassen. Gegebenenfalls werden dann nacheinander Mess-Bildfolgen MF1, MF2 bei verschiedenen Anregungstrigger-Signalfolgen ΔT1, ΔT2, ΔT3,...,ΔTn erfasst, um die dabei erzeugten Mess-Bilder MB für die Analyse zur Authentifikation des Objekts O zu nutzen.
• Die zeitliche Abstimmung der Erfassung der einzelnen Mess-Bilder MB einer Mess-Bildfolge MF durch eine Anregungssignal-Pulsfolge PF einer Frequenz (genauer eines definierten Frequenzbereichs) wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert, wobei 4 ein Verfahren zeigt, welches als „sequenzielles Sampling“ bezeichnet wird, und 5 ein Verfahren, welches als „Random-Sampling“ bezeichnet wird.
• In beiden Fällen werden hier periodisch Anregungssignal-Pulse AP ausgegeben. In den 4 und 5 sind nur jeweils fünf Anregungssignal-Pulse AP dargestellt. In der Realität wird aber eine viel größere Anzahl von Anregungssignal-Pulsen AP innerhalb einer Anregungssignal-Pulsfolge PF ausgesendet, beispielweise 256 Pulse. Die Anregungssignal-Pulse AP sind relativ kurz und weisen beispielsweise eine Länge von vorzugsweise weniger als 1 µs auf.
• In den schematischen 4 und 5 sind die Anregungssignal-Pulse AP jeweils als Rechteck-Pulse (aufgetragen über der Zeit t) dargestellt, deren Intensität I zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einen bestimmten Wert eingeschaltet und zu einem Ausschaltzeitpunkt t0 wieder ausgeschaltet wird. In der Realität sind solche exakten Rechteck-Pulse, auch wenn sie in diesem Verfahren besonders ideal wären, natürlich nicht realisierbar, sondern es handelt sich um näherungsweise Rechteck-Pulse, bei denen darauf geachtet wird, dass insbesondere die abfallende Flanke möglichst steil ist, um einen genau definierten Ausschaltzeitpunkt t0 festlegen zu können, an dem der jeweilige Anregungssignal-Puls AP beendet ist und insbesondere den Sicherheitsmarkerstoff bzw. Lumineszenzstoff nicht mehr (signifikant) anregt.
• Bei den in den 4 und 5 dargestellten Beispielen, erst beginnend mit dem jeweils zweiten Anregungssignal-Puls AP, erfolgt nach jedem Anregungssignal-Puls AP eine Triggerung des Global-Shutter-CMOS-Bildsensors GSB (siehe 1) mit einem entsprechenden Bild-Triggersignal BS, wobei dieses Bild-Triggersignal BS immer mit einem unterschiedlichen zeitlichen Abstand Δti, Δti', d.h. mit einer unterschiedlichen Verzögerungszeit Δti, Δti' nach dem Ausschaltzeitpunkt t0 des vorhergehenden Anregungssignal-Pulses AP eingeschaltet wird. Dieser Einschaltzeitpunkt tsi des Shutters wird als Sampling-Zeitpunkt oder Abtastzeitpunkt tsi bezeichnet.
• Bei dem sequentiellen Sampling-Verfahren gemäß 4 erfolgt das Sampling so, dass mit jedem weiteren Anregungssignal-Puls AP die Verzögerungszeit Δti um einen bestimmten Zeitraum Δt inkrementiert wird. Beispielsweise kann die Verzögerungszeit Δti hier gemäß folgender Formel festgelegt werden: $$\Delta \text{ti= i }\cdot \Delta \text{t}$$

  
• Dabei ist Δt eine fest definierte kurze Zeitspanne von beispielsweise 200 ns und i eine aufsteigende natürliche Zahl (i = 1, 2, 3, 4, 5...). Diese Definition zur Festlegung der Zeitverzögerung Δti zur Aussendung der Bild-Triggersignale BS bzw. zur Festlegung der Sampling-Zeitpunkte tsi führt dazu, dass die ermittelte Mess-Bildfolge MF jeweils Aufnahmen des nachleuchtenden Sicherheitsmarkerstoffs bzw. Lumineszenzstoffs zu verschiedenen jeweils zueinander äquidistanten Zeitpunkten nach dem Ausschaltzeitpunkt t0 des vorhergehenden Anregungssignal-Pulses AP erzeugt. Insgesamt wird so eine Art Video-Bildfolge der Nachleuchtfunktion, zumindest zweidimensional aufgelöst, erfasst.
• Bei dem in 5 schematisch dargestellten Random-Sampling-Verfahren erfolgt die Berechnung der Verzögerungszeiten Δti', d. h. der Sampling-Zeitpunkte tsi nach dem Ausschaltzeitpunkt t0 des vorherigen Anregungssignal-Pulses AP, mit folgender Gleichung $$\Delta \text{ti' = x}\left(\mathrm{\omega }\right)\cdot \Delta \text{t}$$

  
• Auch hier ist Δt wieder ein fest definierter Zeitraum von beispielsweise wiederum 200 ns. x(ω) ist beispielsweise eine Zufallsvariable, die von einem (Pseudo-)Zufallswert ω abhängt. Dieser kann beispielsweise mittels eines (Pseudo-)Zufallsgenerators erzeugt werden. Auch hier wird durch eine ausreichend lange Anregungssignal-Pulsfolge (mit ausreichend vielen Anregungssignal-Pulsen AP) letztlich sukzessive eine Messbild-Folge MF mit Mess-Bildern MB von unterschiedlichsten Zeitpunkten der Nachleuchtfunktion erzeugt. Wird bei diesem Random-Sampling-Verfahren zu jedem Mess-Bild MB auch die zugehörige Verzögerungszeit Δti' erfasst und mit dem Mess-Bild MB abgespeichert und werden dann die Mess-Bilder MB entsprechend ihrer Verzögerungszeit Δti' sortiert, ergibt sich ebenfalls eine räumlich aufgelöste (zweidimensionale Abbildung) und zeitaufgelöste Erfassung der Nachleuchtfunktion, die entsprechend ausgewertet werden kann.
• Ein solches Samplingverfahren mit quasi-zufälligen Verzögerungszeit Δti' nach dem jeweiligen Ausschalten des Anregungssignal-Pulses lässt sich auch, wie oben bereits beschrieben, erreichen, in dem die Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge und die Bildaufnahmefrequenz nicht korreliert sind. Läuft beispielsweise während einer ausgeschalteten Anregung mit den Anregungssignal-Pulsen die Kamera in einem Videomodus durch und wird dann zu einem zufälligen Startzeitpunkt eine Anregungssignal-Pulsfolge gestartet und die daraufhin von der Kamera erfassten Mess-Bilder MB verwendet (gespeichert und/oder bearbeitet/ausgewertet), so treten die Abtastzeitpunkte wie zufällig zu nahezu immer anderen Verzögerungszeiten nach den Anregungssignal-Pulsen. Auch hier wird dann sinnvollerweise zu jedem dem Mess-Bild MB die zugehörige Verzögerungszeit Δti' erfasst und mit dem Mess-Bild MB abgespeichert und die Mess-Bilder MB werden entsprechend ihrer Verzögerungszeiten Δti' sortiert.
• Eine zweidimensionale Erfassung der Nachleuchtfunktion ist letztlich mit einer pixelweisen Erfassung der Nachleuchtfunktion an den unterschiedlichen Bildpunkten vergleichbar.
• Nach der Erzeugung der Mess-Bildfolge MF erfolgt dann im Schritt II, wie dies in 3 gezeigt wird, optional (zumindest im Falle eines Random-Sampling-Verfahrens) eine zeitliche Sortierung der einzelnen Mess-Bilder MB.
• Die gegebenenfalls zeitlich (um-)sortierte Mess-Bildfolge wird dann im Schritt III benutzt, um Ergänzungsbilder EB auf Basis der Mess-Bilder MB zu erzeugen. Bei solchen Ergänzungsbildern EB kann es sich, wie bereits eingangs erläutert wurde, um Differenzbilder handeln, um Interpolationsbilder oder sonstige Bilddaten, wie beispielsweise Bilder mit besonders hervorgehobenen Kanten etc.
• Die Ergänzungsbilder EB können, gegebenenfalls gemeinsam mit ausgewählten Mess-Bildern MB, dann als Auswerte-Bildfolge AF entweder an eine Anzeigeeinheit gesendet werden, sodass eine Darstellung, beispielsweise als Videosequenz, erfolgt (Schritt IV). Alternativ oder zusätzlich könnte die Auswerte-Bildfolge AF auch einer automatischen Analyse zugeführt werden (Schritt V), worauf dann im Schritt VI ein Ergebnis ausgegeben wird.
• Im einfachsten Fall könnte anstelle einer Auswerte-Bildfolge AF, welche auf Basis der Mess-Bildfolge MF erzeugt wird, auch direkt die Mess-Bildfolge MF angezeigt und/oder automatisch analysiert werden.
• Es soll an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen werden, dass eine Mess-Bildfolge MF auch aus unterschiedlichen Teil-Mess-Bildfolgen bestehen kann, beispielsweise aus unterschiedlichen Mess-Bildfolgen, die bei unterschiedlichen Anregungssignalen mit unterschiedlichen Frequenzbereichen erfasst wurden, oder unterschiedliche Mess-Bildfolgen MF1, MF2, die mit unterschiedlichen Bildaufnahmeeinrichtungen 4, 5 erfasst wurden. Insbesondere können alle Mess-Bildfolgen MF auch hintereinander und/oder zeitlich zueinander sortiert werden, miteinander verrechnet werden etc. oder es können daraus neue Ergänzungsbilder erzeugt werden, um so zu beliebigen Auswerte-Bildfolgen AF zu kommen.
• Die automatische Auswertung kann beispielsweise wie erwähnt auf der internen Analyseeinrichtung 16 des Ein-Platinen-Computers 10 des Authentifikationssystems 1 durchgeführt werden (siehe 1). Insbesondere aber, wenn eine etwas umfassendere automatische Auswertung gewünscht ist, welche mehr Rechenkapazität benötigt, kann dies auch auf einem externen Gerät erfolgen. Beispielsweise kann die Analyse auf einem über die USB-Schnittstelle 11 angeschlossenen Smartphone 21 erfolgen, sofern dessen Rechenkapazität ausreicht, oder auf einem Server.
• Über dieses Smartphone 21 oder gegebenenfalls eine separate Schnittstelle 12, kann das Authentifikationssystem 1, bzw. die Steuereinrichtung 10 des Authentifikationssystems 1, auch mit einer Netzwerkschnittstelle WL gekoppelt sein, beispielsweise einem LAN- oder WLAN, welches wiederum über ein Kommunikationsmodul 20, zum Beispiel einen herkömmlichen Router, mit dem Internet WW verbunden ist (siehe hierzu auch 1).
• Über die Netzwerkschnittstelle WL, das Kommunikationsmodul 20 und gegebenenfalls weiter über das Internet WW kann im Übrigen auch eine Verbindung mit dem Smartphone 21 erfolgen, auf dem eine entsprechende App 26 installiert ist, als Alternative zu der Verbindung über die USB-Schnittstelle 11. In diesem Fall könnte die Steuereinrichtung 10 auch ohne USB-Schnittstelle 11 auskommen und weist beispielsweise lediglich die Netzwerksschnittstelle 12 auf. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Verbindung über das Internet mit einem Web-Server 25, mit dem dann die Steuereinrichtung 10 webbasiert bedienbar wäre.
• Besonders bevorzugt besteht auch eine Verbindung zu einer IP-Schnittstelle 23 eines Sicherheitsservers 24. In diesem Sicherheitsserver 24 kann beispielsweise eine Analyseeinheit eingerichtet sein, welche eine rechenaufwändigere Analyse der Mess-Bildfolge MF und/oder Auswerte-Bildfolge AF vornimmt und beispielsweise das Authentifikationsergebnis über die IP-Schnittstelle 23, das Internet WW, das Kommunikationsmodul 20 und die Netzwerkschnittstelle WL an die Steuereinrichtung 10 zurücksendet, welche dann auf einer eigenen Benutzerschnittstelle, beispielsweise den Touchscreen 6, das Ergebnis anzeigt.
• Eine Analyse erfolgt in der Regel dann durch Vergleiche mit gespeicherten Bildfolgen oder Referenzbilder oder Referenzwerten zu signifikanten Werten der räumlich und zeitlich aufgelöst gemessenen Nachleuchtfunktionen.
• Die Verwendung eines Sicherheitsservers 24 hat den Vorteil, dass hier auch geheime Auswertealgorithmen verwendet werden können, was eine Korrumpierung der Authentifikationsverfahren noch weiter erschweren kann. Ein Sicherheitsserver 24 ist vorzugsweise so konstruiert, dass auch die Verbindung von und zur Steuereinrichtung 10 gegen Angriffe, insbesondere auch „Man in the middle“- Angriffe, zumindest möglichst gut geschützt ist.
• Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung von Ergänzungsbildern EB in einer (internen) Bildberechnungseinheit der Steuereinrichtung 10 auch eine Ermittlung von Ergänzungsbildern EB extern erfolgen kann, z. B. auf dem Smartphone 21 und/oder dem Sicherheitsserver 24 oder an anderer Stelle. In diesem Fall könnte in der Steuereinrichtung 10 auf eine Bildberechnungseinheit verzichtet werden, um das Authentifikationssystem 1 noch kostengünstiger zu machen.
• Wie oben erläutert wurde, erlaubt es die Erfindung also ganz allgemein, von bedruckten oder auf andere Weise markierten Objekten, insbesondere Dokumenten, ausgehende (durch die Anregungssignale induzierte) elektromagnetische Strahlung zeitlich, spektral und räumlich aufgelöst zu ermitteln und für eine Authentifikation des Objekts zur analysieren. Dabei wird mit Hilfe des Authentifikationssystems 1, insbesondere Dokumentenprüfsystems, das unter normalen Umständen nicht visuell sichtbare zeitliche Abklingverhalten von Sicherheitsmarkerstoffen, insbesondere Lumineszenzstoffen, in einer Messbild-Folge und/oder in zusätzlichen Ergänzungsbildern bzw. Änderungsbildern, die die Änderungen in der Messbild-Folge (stärker) sichtbar machen, gemessen und ausgewertet und/oder präsentiert.
• Hierdurch werden, gegebenenfalls zusätzlich zu den bisher schon bekannten Farbeffekten, neue Sicherheitsfeatures ermöglicht und die Fälschungssicherheit erhöht. Die Erfindung ermöglicht dabei insbesondere auch für Laien eine sehr einfache Bedienung und ist zudem besonders kostengünstig realisierbar, wodurch sich breite Einsatzbereiche ergeben bzw. eine starke Verbreitung der hierfür erforderlichen Systeme möglich ist. Die verschiedenen Komponenten können zu einem großen Teil bevorzugt in Form von Software in einer geeigneten Auswerteelektronik, wie bereits erwähnt, bevorzugt in einem Mikrocontroller eines Ein-Platinen-Computers, und/oder mit Hilfe eines Smartphones, kostengünstig realisiert werden.
• Die zusätzlichen Sicherheitsfeatures und die einfache Handhabung der dazu gehörigen Messtechnik ermöglicht auch neue Applikationen vom Plagiat-Schutz von sicherheitsrelevanten Ersatzteilen hin bis zu Kennzeichnung von Medikamenten.
• Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Authentifikationssystemen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die oben angegebenen kabelgebundenen Verbindungen, wie z. B. die USB-Verbindung zwischen Steuereinrichtung und Smartphone, auch drahtlos realisiert werden, z.B. als Bluetooth-Schnittstelle. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
• Bezugszeichenliste

1

Authentifikationssystem

2

Anregungssignal-Sendeeinrichtung

3

Kameraeinrichtung

4

Bildaufnahmeeinrichtung

5

Bildaufnahmeeinrichtung

6

Benutzerschnittstelle / Touchscreen

7

Gehäuse

8

Baugruppe / Einheit

10

Steuereinrichtung

11

USB-Schnittstelle

12

Schnittstelle

13

Triggereinheit

14

Sortiereinheit

15

Bildverarbeitungseinheit

16

Analyseeinrichtung

17

Touchscreen

20

Kommunikationsmodul

21

Smartphone

23

IP-Schnittstelle

24

Sicherheitsserver

25

Web-Server

26

App

28

USB-Eingang

29

Verbindungsleitung

AF

Auswerte-Bildfolge

AP

Anregungssignal-Puls

AT1, AT2, AT3,...,ATn

Anregungstrigger-Signalfolgen

B

Bereich

BS

Bild-Triggersignal

BT1, BT2

Bild-Triggersignalfolgen

EB

Ergänzungsbilder

GSB

Bildsensor

I

Intensität

L1, L2, L3,...,Ln

Signalgeber / LED

MB

Mess-Bild

MF, MF1, MF2

Mess-Bildfolge

O

Objekt

PF, PF1, PF2, PF3,...,PFn

Anregungssignal-Pulsfolgen

ST

Steuersignale

t

Zeit

t0

Ausschaltzeitpunkt

tsi

Abtastzeitpunkt / Sampling-Zeitpunkt / Einschaltzeitpunkt

WL

Netzwerkschnittstelle

WW

Internet

Δti, Δti'

Verzögerungszeit

Claims (15)

1. Authentifikationssystem (1) zur Authentifikation eines Objekts (O) mit zumindest - einer Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2), welche zur Bestrahlung eines Objekts (O) mit, vorzugsweise schmalbandigen, Anregungssignal-Pulsen (AP) ausgebildet ist, - einer Kameraeinrichtung (3) mit zumindest einer Bildaufnahmeeinrichtung (4, 5), welche zur Erfassung von Mess-Bildern (MB) zumindest eines Bereichs (B) des Objekts (O) ausgebildet ist, - einer Steuereinrichtung (10), welche ausgebildet ist, um zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) mit Mess-Bildern (MB) des Bereichs (B) des Objekts (O) die Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2) zur Aussendung einer Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) anzusteuern und die Bildaufnahmeeinrichtung (3) so anzusteuern, dass zumindest nach einer Vielzahl von Anregungssignal-Pulsen (AP) der Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) jeweils zumindest ein Mess-Bild (MB) erfasst wird, so dass bei zumindest zwei verschiedenen der Anregungssignal-Pulse (AP) die Verzögerungszeit (Δti, Δti') zwischen einem Ausschaltzeitpunkt (t0) des jeweiligen Anregungssignal-Pulses (AP) und einem Abtastzeitpunkt (tsi), zu dem eine Erfassung des Mess-Bildes (MB) erfolgt, unterschiedlich ist, - einer Analyseeinrichtung (16), um die Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder eine darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) zur Authentifikation des Objekts (O) zu analysieren, und/oder zumindest einer Ausgabeschnittstelle (6, 11, 12), um die Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder die darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) für eine Authentifikation des Objekts (O) auszugeben.
2. Authentifikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (10) so ausgebildet ist, dass zur Ermittlung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) die Verzögerungszeiten (Δti) der Mess-Bilder (MB) der Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) gemäß einem sequentiellen Sampling-Verfahren festgelegt werden.
3. Authentifikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (10), so ausgebildet ist, dass zur Ermittlung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) die Verzögerungszeiten (Δti') der Messbilder (MB) der Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) gemäß einem Random-Sampling-Verfahren und/oder durch einen Unterschied einer Pulsfrequenz der Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) der Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2) zu einer Bildaufnahmefrequenz der Bildaufnahmeeinrichtung (4, 5) festgelegt werden.
4. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Sortiereinheit (14), um die Mess-Bilder (MB) einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) hinsichtlich ihrer Verzögerungszeit (Δti, Δti') zu sortieren.
5. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Bildberechnungseinheit (15), um auf Basis von Mess-Bildern (MB) Ergänzungs-Bilder (EB) zu erzeugen.
6. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kameraeinrichtung (3) zumindest eine breitbandig sensitive Bildaufnahmeeinrichtung (4) umfasst und vorzugsweise eine zusätzliche schmalbandig sensitive Bildaufnahmeeinrichtung (5) umfasst.
7. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anregungssignal-Sendeeinrichtung (2) eine Mehrzahl an Signalgebern (L1, L2, L3,...,Ln) aufweist, wobei vorzugsweise mindestens zwei unterschiedliche Signalgeber (L1, L2, L3,...,Ln) Anregungssignal-Pulse (AP) mit unterschiedlichen Frequenzspektren aussenden.
8. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Bildaufnahmeeinrichtung (4, 5) einen CMOS-Bildwandler (GSB) umfasst.
9. Authentifikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Bildaufnahmeeinrichtung (4, 5) einen Global-Shutter-Bildsensor (GSB), vorzugsweise einen Global-Shutter-CMOS-Bildwandler (GSB), umfasst.
10. Verfahren zur Authentifikation eines Objekts (O), wobei das Objekt (O) zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) zumindest eines Bereichs (B) des Objekts (O) mit einer Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2, PF3,..., PFn) mit, vorzugsweise schmalbandigen, Anregungssignal-Pulsen (AP) bestrahlt wird und zur Erzeugung einer Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) zumindest nach einer Vielzahl von Anregungssignal-Pulsen (AP) der Anregungssignal-Pulsfolge (PF1, PF2,...) jeweils zumindest ein Mess-Bild (MB) erfasst wird, wobei bei zumindest zwei verschiedenen der Anregungssignal-Pulse (AP) die Verzögerungszeit (Δti, Δti') zwischen einem Ausschaltzeitpunkt (t0) des jeweiligen Anregungssignal-Pulses (AP) und einem Abtastzeitpunkt (tsi), zu dem eine Erfassung des Mess-Bildes (MB) erfolgt, unterschiedlich ist, und dann die Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder eine darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) zur Authentifikation des Objekts (O) analysiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei der Analyse der Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) oder der Auswerte-Bildfolge (AF) zumindest ein Wert, vorzugsweise zumindest ein Wertebereich, einer Nachleuchtfunktion zumindest eines Sicherheitsmarkerstoffs ermittelt wird, welcher im Bereich (B) des Objekts (O) angeordnet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Ermittlung des spektralen Werts, vorzugsweise des Wertebereichs, räumlich und/oder spektral aufgelöst erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Analyse der Mess-Bildfolge (MF, MF1, MF2) und/oder einer darauf basierende Auswerte-Bildfolge (AF) zur Authentifikation des Objekts (O) unter Nutzung einer Methode der künstlichen Intelligenz, vorzugsweise unter Nutzung eines neuronalen Netzwerks, erfolgt
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Objekt (O) ein Wertdokument (O), vorzugsweise eine Banknote (O), ist.
15. Verwendung eines Authentifikationssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Authentifikation eines Wertdokument (O), vorzugsweise einer Banknote (O).

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