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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Originalität eins Produktes zur Vermeidung von Produktfälschungen oder Produktmanipulationen.
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Produktfälschungen und Nachahmungen von Originalprodukten stellen ein weltweites Problem dar. Nach einer Studie der Handelsorganisation OECT und des Amtes der Europäischen Union für Geistiges Eigentum (EUIPO) werden weltweit gefälschte Waren im Wert von mindestens 460 Milliarden Euro gehandelt, davon ca. 25 % in der EU. Nicht nur Verbraucherartikel wie Handtaschen und Uhren werden kopiert, sondern auch Hightech-Produkte wie Automobilteile, Arzneimittel oder Zahlungsmittel. Bei hochpreisigen Uhren wird nicht nur der Zeitmesser selbst gefälscht, sondern häufig auch die den Uhren beiliegenden Zertifikate. Gefälschte Elektrogeräte oder auch sicherheitsrelevante Bauteile bei Automobilen wie Bremsbeläge genügen den Sicherheitsstandards in den meisten Fällen nicht. Insbesondere Arzneimittelfälschungen oder Lebensmittelfälschungen sind weltweit ein sehr ernstes Problem. Im schlimmsten Fall bedrohen Plagiate die Gesundheit oder sogar das Leben des Anwenders.
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Nicht nur die Produkte selbst werden gefälscht, sondern auch Seriennummern oder zweidimensionale Codes, zu denen beispielsweise der QR-Code gehört. Der QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Quadraten, welche die codierten Daten in einem Binärsystem darstellen. Eine quadratische Markierung in drei der vier Ecken gibt die Orientierung des QR-Codes vor. Zum Lesen des QR-Codes wird zunächst ein digitales Bild der codierten Daten erzeugt und dann werden die im Bild enthaltenen codierten Daten in Textform umgewandelt. Heutzutage können die QR-Codes bequem mit einem Smartphone ausgelesen werden. Doch auch die QR-Codes selbst werden gefälscht und sind häufig Ziel von Cyberattacken, da sie leicht kopiert oder durch einen Schad-Code ersetzt werden können. So werden Nutzer beispielsweise nicht auf die Original-Webseite geleitet, sondern auf eine Webseite, die Phishing erlaubt oder Schadstoff-Software enthält, die potentiell auf das Gerät des Nutzers gespielt werden kann.
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Nach wie vor besteht kein verlässliches System, um die Authentizität eines QR-Codes vor dessen Auslesen sicherzustellen. Der Schaden, der durch gefälschte QR-Codes entsteht, ist immens. Das Gleiche gilt auch für andere zweidimensionale maschinenlesbare Codes, die auf einem Produkt oder einer Produktverpackung zur Nachverfolgung bzw. Produktbeschreibung angebracht sind.
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Bei einem dynamischen QR-Code kommt noch das weitere Risiko hinzu, dass sich dieser mit der Zeit verändern kann, um beispielsweise von einer URL („Uniform Resource Locator“; Internetadresse) auf eine neue URL geleitet zu werden. Der Nutzer weiß daher nicht, ob der aktuelle dynamische QR-Code tatsächlich dem originalen entspricht. Insgesamt fehlt also eine Technologie, die eine zusätzliche Sicherheitshierarchie bietet, um auch maschinenlesbare zweidimensionale Codes abzusichern.
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Häufig tauschen Fälscher auch Originalware in der Lieferkette gegen gefälschte Ware aus. Die Hersteller haben nicht die Möglichkeit, die gesamte Lieferkette zu kontrollieren und gegenüber dem Kunden verifizierbar zu machen. Der Handel mit gefälschten Produkten aus Nicht-EU-Ländern in die EU macht über 6,8 % der Importe aus. Zwar sind statische und dynamische Sicherheitsmerkmale für die Authentifizierung bekannt, jedoch sind diese nicht auf den Fall zweidimensionaler Codes zugeschnitten, wie sie beispielsweise auf Produktetiketten oder auf Verpackungen vorkommen.
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Die
EP 1 982 296 B1 beschreibt ein Verfahren zum Auslesen von Informationen aus einem Mehrschichtkörper mit einer optisch maschinell lesbaren Kennung, bei dem zur Erhöhung der Sicherheit mit einer optoelektronischen Leseeinrichtung von einer Reliefstruktur ein elektronisches Abbild erzeugt wird. Die Reliefstrukturen weisen unterschiedliche Bereiche auf, die mit einer optisch wirksamen Reflexionsschicht oder Trennschicht versehen sind.
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Die
EP 2 039 527 B1 beschreibt ein Sicherheitselement und ein Verfahren zur Verifikation eines solchen Sicherheitselementes, das einen für das unbewaffnete Auge nicht sichtbaren, optisch auslesbaren maschinenlesbaren Code umfasst, der durch eine Lasergravur eingebracht wurde, indem die Reflexionsschicht im Bereich des Codes entfernt wird.
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Die
DE 10 2016 218 545 A1 beschreibt ein Identifikationsmerkmal zur Identifikation eines Gegenstandes mit einer aus Fragmenten eines Farbmittels oder aus Partikeln von mindestens einem Farbstoff ausgebildeten Zufallsstruktur. So wird beispielsweise innerhalb des QR-Codes die Zufallsstruktur als Identifikationselement aus Pigmenten gebildet. Für eine optische Wahrnehmung muss das Identifikationselement durch Energiezufuhr angeregt werden, beispielsweise durch UV-Licht.
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Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die
DE 10 2015 219 400 B4 , bei dem ebenfalls ein Identifikationsmerkmal innerhalb eines QR-Codes ausgebildet ist, welches jedoch ebenfalls zum Auslesen sichtbar gemacht werden muss, beispielsweise anhand fluoreszierender oder phosphorisierender Farbstoffe. Alternativ können auch unterschiedliche Dispergiermittel eingesetzt werden, wie beispielsweise in der
DE 10 2015 219 399 B4 beschrieben. Die
DE 10 2015 219 396 B4 beschreibt die Verwendung von Farbstoffpartikeln, bei denen die Oberfläche aus einem Polymer besteht, beispielsweise einem Chitosan-Alginat, Cellulose, Harz, Polynukleinsäure, Polysaccharid oder Polystyrol. Die
DE 10 2015 219 395 B4 beschreibt, dass die Zufallsstruktur des einen Identifikationselementes durch Koagulation benachbarter Pixel entstehen kann.
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Die
DE 10 2008 016 435 A1 beschreibt ein Haftetikett mit einem Bereich, der eine eindeutige Oberflächenstruktur aufweist, wobei auf dem Haftetikett wenigstens ein Produktcode und eine digitale Signatur angebracht sind. Das Verfahren sieht vor, dass die Oberflächenstruktur des Bereichs zunächst erfasst wird und anschließend eine digitale Signatur in Abhängigkeit eines von der erfassten Oberflächenstruktur abgeleiteten Sicherheitsmerkmals, eines dem Gegenstand zugeordneten Produktcodes und eines geheimen Signaturschlüssels erzeugt wird. Anschließend werden der Produktcode und die digitale Signatur auf das Haftetikett aufgebracht und das Haftetikett schließlich auf den Gegenstand aufgeklebt. Dabei können die Sicherheitsmerkmale als maschinenlesbarer Code auf das Haftetikett angebracht werden.
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Diese Lösungen sind jedoch für die Anwendung bei einer Produktlinie oder Lieferkette nicht zufriedenstellend. Denn zur Prüfung der Originalität eines Produktes ist es erforderlich, dass sämtliche Teilnehmer einer Lieferkette bis hin zum Endkunden die Möglichkeit haben, die Originalität des Produktes zu überprüfen. Dies soll im einfachsten Fall mittels Smartphone erfolgen, d.h. über eine optische Erfassung der sicherheitsrelevanten Merkmale und einen anschließenden Datenabgleich zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die Originalität eines Produktes innerhalb einer Lieferkette für jedermann zu jedem Zeitpunkt kostengünstig und sicher zu bestimmen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsvarianten finden sich in den Unteransprüchen wieder.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf für das unbewaffnete Auge nicht erkennbaren Sicherheitsmerkmalen, die im Wesentlichen auf individuelle Oberflächenstrukturen eines Sicherheitselementes zurückzuführen sind. Unter „unbewaffnetem Auge“ versteht man das Erkennen eines Sicherheitsmerkmals ohne Hilfsmittel, also die Erkennbarkeit mit dem freien Auge. Mögliche Hilfsmittel sind an sich bekannte optische Erfassungs- oder Leseeinrichtungen, wie Kameras oder sonstige Optiken. Dabei macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass jede Oberfläche individuell ist und einer eindeutigen Identität zugeordnet werden kann. Denn selbst, wenn ein Etikett oder eine Produktverpackung von einer Druckerstraße von einem bestimmten Drucker gedruckt wird, unterscheidet sich jedes einzelne Druckprodukt durch winzig kleine Makromerkmale in der Oberfläche, die von einer optischen Erkennungseinrichtung, beispielsweise einer Kamera, erfasst werden können. Erfindungsgemäß umfasst die Bezeichnung „Produkt“ jegliche Art von Waren, Dokumenten, Zertifikaten, Druckereierzeugnissen, Zahlungsmitteln, Wertgegenständen oder Sachen.
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Die Erkennung der Sicherheitsmerkmale erfolgt vorzugsweise in einem für das unbewaffnete menschliche Auge nicht erkennbaren Bereich, vorzugsweise im Makrobereich bis Mikrobereich, bevorzugt in einem Bereich von 1mm bis 1 My (µm), und setzt voraus, dass die zu erfassende Oberfläche einzigartige charakteristische, optisch erfassbare Sicherheitsmerkmale aufweist, die bedingt sind durch die Oberflächenbeschaffenheit, die Verteilung von Farben, Unschärfen und/oder Kontrasten auf der Oberfläche. Jedes einzelne erzeugte Zeichen umfasst nämlich kleinste Ungenauigkeiten auf Pixelebene, die sich als Rauschen oder Unschärfen bemerkbar machen. Das Erzeugen der Zeichen kann beispielsweise durch Drucken, Gravieren, Bearbeiten oder Entmischen erfolgen. Das Gravieren eines 2D-Codes wie z.B. einer Seriennummer kann beispielsweise mit einem Laser erfolgen. Das Bearbeiten umfasst beispielsweise ein Schleifen der Oberfläche. Ein Beispiel sind charakteristische Bearbeitungsspuren auf einer metallischen Oberfläche. Das Entmischen kann beispielsweise im Rahmen eines Trocknungsprozesses erfolgen. Umfasst ist neben dem Farbdruck auch der 3D-Druck von Sicherheitsmerkmalen und die damit einhergehenden Charakteristika.
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Die Erfindung ermöglicht sowohl eine Charakterisierung von Produkten, als auch eine Typisierung von Maschinen, wie allen möglichen Arten von Herstellungs- oder Bearbeitungsmaschinen. Bei einer Charakterisierung werden die Charakteristika für jedes Produkt einzeln erfasst, so dass selbst Fälschungen, die auf derselben Druckmaschine gedruckt wurden, erkannt werden können. Bei einer Typisierung werden verschiedene Charakteristika innerhalb einer Maschine derselben Maschine zugeordnet. D.h. auf anderen Maschinen hergestellte oder bearbeitete Erzeugnisse werden als Fälschungen erkannt. Relevant wird dies beispielsweise bei Druckmaschinen, bei denen die Charakteristika für jedes einzelne Druckerzeugnis (z.B. ein Etikett) bestimmt werden, so dass im Zuge der Charakterisierung selbst Fälschungen erkannt werden, die auf derselben Druckmaschine gedruckt wurden. Die Typisierung ermöglicht wiederum festzustellen, ob ein Druckerzeugnis von derselben Druckmaschine gedruckt wurde. Solche Unterschiede sind dem maschinellen Produktionsprozess geschuldet. Das heißt anhand der produktspezifischen Oberflächenmerkmale ist es möglich festzustellen, auf welcher Maschine ein Produkt oder eine Produktlinie erzeugt, bedruckt oder auf sonstige Weise bearbeitet wurde.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass das Verfahrensprodukt bei jedem Herstellungs- oder Bearbeitungsvorgang, selbst bei Einsatz derselben Maschine, unterschiedlich und damit einzigartig ist.
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Jedes einzelne erzeugte 3D-Sicherheitsmerkmal unterscheidet sich anhand von charakteristischen, dem konkreten Produkt zuordenbaren Merkmalen. Erfindungsgemäß werden diese strukturellen Merkmale auf Makroebene als „Minutien“ bezeichnet, d.h. es handelt sich um feinste, erfassbare Merkmale der Oberfläche. Ferner umfasst die Erfassung der Oberfläche des Sicherheitselementes auch Charakteristika der Oberfläche, d.h. die Erfindung berücksichtigt auch das Beugungs- oder Reflexionsverhalten von Licht oder etwaig vorhandene Beschichtungen oder Artefakte, die der Erfassungsoptik geschuldet sind, aber mittels dem beim erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Algorithmus erfasst werden können.
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Bei der Oberfläche kann es sich beispielsweise um einen Bereich eines Druckerzeugnisses (z.B. Etikett, Briefmarke, Folie, Klebeband, Verpackung, Geldschein oder Plakat) oder auch um Bereiche des Produktes selbst handeln, die sehr charakteristisch für das Produkt sind. Denn auch die dreidimensionale Struktur einer Gravur, z.B. einer eingravierten Seriennummer, weist ein dreidimensionales Muster auf, welches optisch im Mikro- oder Makrobereich erfassbar ist und als Sicherheitsmerkmal dienen kann. Auch Produkte, die einen Fertigungsprozess oder einen Bearbeitungsprozess durchlaufen haben, unterscheiden sich individuell anhand von kleinsten Strukturmerkmalen oder Oberflächeneigenschaften, die über entsprechende Optiken, wie sie z.B. in Kameras oder Screening-Systemen verbaut sind, erfassbar sind. Vorzugsweise kommen optische Erfassungseinrichtungen zum Einsatz, wie sie in üblichen Smartphones oder anderen mobilen Kommunikationsmitteln (Tablets, Laptops etc.) ohnehin schon vorhanden sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Bereitstellen eines dynamisch veränderbaren dreidimensionalen (3D)-Sicherheitsmerkmals und eines für das Produkt charakteristischen maschinenlesbaren zweidimensionalen (2D)-Codes auf dem Produkt oder der Produktverpackung. Der 2D-Code kann auf dem Produkt selbst oder indirekt, beispielsweise in Form eines Etiketts, auf dem Produkt oder der Produktverpackung angebracht sein. Vorzugsweise wird der Code direkt auf das Produkt oder die Produktverpackung eingraviert, gedruckt oder auf sonstige Weise angebracht. Die Oberfläche des 3D-Sicherheitsmerkmals weist einzigartige, charakteristische, optisch erfassbare Sicherheitsmerkmale auf, die bedingt sind durch die Oberflächenbeschaffenheit, die Verteilung von Farben, Unschärfen und/oder Kontrasten auf der Oberfläche.
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In einem weiteren Verfahrensschritt werden in einem oder mehreren Bereichen einzigartige Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche des dynamisch veränderbaren Sicherheitsmerkmals mit einer optischen Erfassungseinrichtung im Makrobereich eingelesen. Vorzugsweise werden zwischen 100 und 10.000 Oberflächenmerkmale, bevorzugt zwischen 500 und 2000 Merkmale, eingelesen.
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Der Makrobereich bezeichnet eine Auflösung von 1mm bis 1My (µm), d.h. einen Bereich, bei dem nicht alle Details für das menschliche Auge ohne Hilfsmittel sichtbar sind. Je nach Anwendung fällt dieser Bereich auch in den Mikrobereich, deshalb umfasst der Begriff „Makrobereich“, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, auch den Mikrobereich oder Teile davon. Die Erkennbarkeit von Details für das menschliche Auge nimmt mit zunehmender Entfernung ab, d.h. die Charakteristika eines entfernten Plakats sind ohne Hilfsmittel nicht ohne weiteres sichtbar. Bei Anwendung eines Hilfsmittels, wie z.B. einer Optik, werden solche Details erkennbar, sodass Minutien oder Charakteristika definiert werden können. Demnach lässt sich die Technologie auch anwenden, um Minutien oder andere Charakteristika eines Plakates oder einer anderen Oberfläche mit einer mobilen Erfassungseinrichtung, vorzugsweise einem Smartphone, aus größerer Entfernung (z.B. zwischen 20m und 100m) einzulesen, um daraus eine Merkmalsmatrix zu erzeugen.
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Unter „Minutien“ versteht man erfindungsgemäß feinste Merkmale oder Strukturelemente auf der Oberfläche, der Oberfläche selbst oder sonstige Merkmale, welche die Oberfläche charakterisieren.
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„Dynamisch veränderbares 3D-Sicherheitsmerkmal“ bezeichnet ein Sicherheitsmerkmal, das eine dreidimensionale Struktur aufweist und welches sich im Laufe der Zeit verändern kann. Solche Veränderungen können beispielsweise in Form von Farbveränderungen, Strukturveränderungen (z.B. Knicke, Beulen etc.) oder durch Übermalungen zustande kommen. Auch Farbveränderungen, Ausbleichungen oder Kontrastveränderungen von Farben fallen darunter.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante unterläuft das 3D-Sicherheitsmerkmal zwischen zwei zeitlich getrennten Zeitpunkten eine Veränderung seiner Oberfläche, d.h. die Minutien oder die Charakteristika der Oberfläche des 3D-Sicherheitsmerkmals sind teilweise verändert, während andere Bereiche unverändert geblieben sind. Das so veränderte Sicherheitsmerkmal kann als neues, aktuelles Sicherheitsmerkmal in der Datenbank hinterlegt werden.
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Nachdem die für jedes Produkt ausgewählten einzigartigen, individuellen Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche gebildet wurden, wird daraus wenigstens eine für das Produkt charakteristische individuelle Merkmalsmatrix gebildet, vorzugsweise ein oder mehrere Merkmalsvektoren. Die Bildung wenigstens einer für das Produkt charakteristischen individuellen Merkmalsmatrix, bzw. vorzugsweise eines Merkmalsvektors, aus den ausgewählten einzigartigen Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche der ausgelesenen Oberfläche des dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitselementes erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe eines Algorithmus oder einer Regel. Darunter fällt auch die Verwendung eines Codes, beispielsweise eines HASH-Codes. Anschließend wird die für das Produkt charakteristische, wenigstens eine Merkmalsmatrix in Datenform oder sonstiger Form in einer Datenbank oder als Code direkt auf dem Produkt oder der Produktverpackung hinterlegt. Das Anbringen des Codes erfolgt vorzugsweise über ein weiteres Bedrucken des Produktes oder der Produktverpackung. Auch das Druckbild dieses Druckvorgangs kann als 3D-Sicherheitsmerkmal herangezogen und in erfindungsgemäßer Weise verarbeitet werden.
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In einer bevorzugten Variante wird die Merkmalsmatrix nicht direkt in einer Datenbank hinterlegt oder in einen Code integriert, sondern indirekt, beispielsweise in Form eines Abbildes, vorzugsweise einer Bilddatei. Ferner kann vorgesehen sein, dass die hinterlegten Daten in verschlüsselter Form in der Datenbank oder dem Code hinterlegt werden. Die Merkmalsmatrix ist wiederum bei einer Abfrage wieder aus dem hinterlegten Abbild extrahierbar.
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Für die Identifizierung des Produktes innerhalb oder am Ende einer Lieferkette werden erfindungsgemäß nachfolgende Schritte durchgeführt. Für die Verifikation wird zunächst die Oberfläche des dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals mit dessen Minutien und/oder der Charakteristika der Oberfläche mit einer beliebigen optischen Erfassungseinrichtung eingelesen und wenigstens ein Merkmalsvektor gebildet. Hierbei wird der gleiche Algorithmus oder die gleiche Regel angewendet wie bereits oben bei der erstmaligen Hinterlegung des dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals. Bei der optischen Erfassungseinrichtung kann es sich um ein beliebiges Smartphone, Tablet oder sonstige Kamera handeln.
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Anschließend erfolgt ein Verifizieren der Oberfläche durch Vergleich des wenigstens einen Merkmalsvektors des eingelesenen, dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals mit dem in der Datenbank hinterlegten individuellen, wenigstens einen Merkmalsvektors, wobei die Verifikation dann positiv ist, wenn die miteinander verglichenen Merkmalsvektoren innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches übereinstimmen. Der Toleranzbereich definiert den Grad der Übereinstimmung und liegt vorzugsweise bei wenigstens 90 %, vorzugsweise zwischen 95 und 99 %.
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Vorzugsweise wird ein Zugriff auf einen Datenraum erst dann ermöglicht, wenn eine positive Verifikation vorliegt. Beispielskann könnte die Weiterleitung auf eine URL über einen QR-Code erst dann erfolgen, wenn die Verifikation positiv verlaufen ist, d.h. wenn sichergestellt wurde, dass es sich um das Original handelt. In dem Datenraum sind vorzugsweise produktrelevante Daten hinterlegt, beispielsweise dessen Seriennummer, das Herstellungsdatum, Informationen zur Qualitätssicherung etc.
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Zur Erhöhung der Sicherheit wird nicht nur die Oberfläche im Makro- oder Mikrobereich analysiert, sondern die Erfindung setzt in einer bevorzugten Ausführungsvariante zusätzlich auf eine dynamische Erkennung. Dies bedeutet, dass bei einer positiven Verifikation das in der Datenbank hinterlegte 3D-Sicherheitsmerkmal für eine spätere Verifikation ersetzt oder ergänzt wird durch das eingelesene, dynamisch veränderbare 3D-Sicherheitsmerkmal. Die dynamische Sicherheit kann jedoch auch andere Faktoren miteinbeziehen, wie z.B. einen Geo-Tag, einen Zeitfaktor, eine aufnahmebedingte Licht- und Schattenkonstellation, Umgebungsmerkmale oder Wetterdaten. Auch der Einbezug verschiedener Erfassungsoptiken (z.B. verschiedener Smartphones) kann dynamische Sicherheitsmerkmale erzeugen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein Objekt anhand dessen einzigartiger Oberflächenstrukturen und Oberflächencharakteristika zu analysieren, so dass mittels der eingesetzten Algorithmen oder Regeln aus den erfassten Oberflächeninformationen eine eindeutige Identität berechnet wird. Jedes Produkt und jede daraus hervorgehende Merkmalsmatrix ist somit einmalig, ähnlich einem Fingerabdruck. Zur Verifizierung wird die eingelesene Oberflächeninformation bzw. die daraus hergestellte Merkmalsmatrix mit einer Datenbank abgeglichen, in der die Oberflächeninformation bzw. die daraus hergestellte Merkmalsmatrix hinterlegt ist.
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Eine Besonderheit bei der dynamischen Sicherheitskomponente ist darin zu sehen, dass zwar optische Veränderungen in einem vorher definierten Toleranzbereich zugelassen sind. Allerdings erfolgt die Sicherheitsabfrage dynamisch, d.h. sobald ein Abgleich bzw. eine Verifikation erfolgreich war, wird der alte Eintrag in der Datenbank durch den neuen, soeben eingelesenen ergänzt oder ersetzt. Selbst wenn ein Fälscher im Besitz des ursprünglichen Sicherheitsmerkmals wäre, würde ihm dies nicht mehr viel bringen, da sich das aktuell in der Datenbank hinterlegte Merkmal bereits verändert hat. Im Ergebnis wurde also eine mehrdimensionale dynamische Identität geschaffen.
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Damit ist die Erfindung gegenüber herkömmlichen statischen Verfahren weitaus sicherer und zeichnet sich auch durch die Robustheit des Systems aus. Aufgrund der mehrdimensionalen dynamischen Identität, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, ist es möglich, individuelle Produktkennzeichnungen zu generieren und im Zuge der Datenbankabfrage zu verifizieren. Für einen Fälscher ist es unmöglich, die verwendeten Minutien und Charakteristika der Oberfläche bzw. die verwendeten Merkmalsmatrizes nachzuahmen, denn ein solches Vorhaben wäre nur mit einem erheblichen hochtechnisierten und zeitintensiven Aufwand möglich. Fälschungsversuche zahlen sich demnach nicht mehr aus. Denn der Fälscher muss davon ausgehen, dass das aktuell gültige Sicherheitsmerkmal sich zwischenzeitlich wieder verändert hat. Eine Verifikation mit einem alten Merkmal würde dann kein positives Ergebnis bringen, d.h. die Fälschung würde bei der Datenbankabfrage aufgedeckt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass erst nach einer positiven Verifikation ein Einlesen des für das Produkt charakteristischen maschinenlesbaren 2D-Codes auf dem Produkt oder der Produktverpackung erfolgt. Das heißt, bevor man beispielsweise über einen maschinenlesbaren Code (z.B. QR-Code) auf eine URL oder Datenraum weitergeleitet wird, muss zunächst die Verifikation stattfinden und erst dann erfolgt das Einlesen des maschinenlesbaren Codes. So wird beispielsweise verhindert, dass man unbeabsichtigt in einen Datenraum weitergeleitet wird, von dem Schadsoftware übertragen wird.
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Wie bereits anfangs ausgeführt, ist jedes maschinenerzeugte Ergebnis (z.B. das Druckbild einer Druckmaschine) individuell. Der Druckvorgang bewirkt beispielsweise, dass die Oberfläche des dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals eine inhomogene Druckfarbenverteilung umfasst. Erfindungsgemäß wird dies ausgenutzt, um die erfindungsgemäßen Minutien und somit die daraus abgeleiteten Merkmalsvektoren zu bilden. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit dessen Algorithmen auch für die Typisierung einer Maschine, beispielsweise einer Druckmaschine oder Bearbeitungsmaschine (z.B. Schleifmaschine, Graviermaschine, Laser) einsetzen. D.h. es kann zweifelsfrei festgestellt werden, auf welcher Maschine ein Erzeugnis (beispielsweise ein Druckerzeugnis) hergestellt wurde. Die Erfindung kann deshalb auch im Bereich der Solarzellen oder bei hochwertigen Uhren eingesetzt werden, um festzustellen, ob die (z.B. mit einem Laser) eingravierten ID-Nummern original sind.
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Wenn eine ausreichend große Anzahl von Produkten innerhalb einer Produktlinie analysiert wird, ist vorzugsweise vorgesehen, dass auch die Merkmalsmatrizes bzw. die Merkmalsvektoren angepasst oder optimiert werden, so dass die Individualität jedes einzelnen Produktes bzw. dessen Sicherheitsmerkmale sichergestellt ist. Diese Anpassung kann über künstliche Intelligenz (Kl), z.B. durch Anwendung eines maschinellen Lernverfahrens, erfolgen. Dadurch optimiert sich das System selbst, weil innerhalb einer Produktlinie für jedes einzelne Produkt der Produktlinie einzigartige Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche innerhalb des 3D-Sicherheitsmerkmals gebildet werden, die zu einer für das Produkt charakteristischen individuellen Merkmalsmatrix führen. Vorzugsweise ist die KI kombinierbar mit einer Regel, d.h. die Regel kann bestimmte Bedingungen für den Anpassungs- oder Optimierungsprozess vorgeben.
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An jeder Stelle in der Lieferkette ist es möglich, das Produkt verifizieren zu lassen, beispielsweise an verschiedenen Stationen der Logistik, beim Händler oder dem Endkunden. Deshalb umfasst das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Variante ein mehrfaches Einlesen, Verifizieren und ggf. Ersetzen bzw. Ergänzen des für das Produkt charakteristischen, dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals in der Datenbank innerhalb einer Lieferkette oder eines Lebenszyklus. Besonders hoch wird die Sicherheit, wenn die dynamische Integrität zum Zuge kommt, d.h. wenn das 3D-Sicherheitsmerkmal im Rahmen des Auslesens innerhalb einer Lieferkette ersetzt wird durch ein verändertes Sicherheitsmerkmal, das sich in Teilbereichen leicht verändert hat, während andere Bereiche unverändert geblieben sind. Vorzugsweise wird bei einer positiven Verifikation dann das in der Datenbank hinterlegte 3D-Sicherheitsmerkmal ergänzt oder ersetzt durch das eingelesene dynamisch veränderbare 3D-Sicherheitsmerkmal, so dass das eingelesene 3D-Sicherheitsmerkmal dem aktuellen Sicherheitsmerkmal in der Datenbank für eine spätere Verifikation entspricht. Auch der autorisierte Ersatz eines früheren Sicherheitsmerkmals könnte in diese Dynamik miteinbezogen werden.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem maschinenlesbaren 2D-Code um einen Datamatrixcode, einen QR-Code, einen RFID-Tag, einen NFC-Tag oder einen Barcode. Das 3D-Sicherheitsmerkmal kann sich entweder außerhalb oder innerhalb des maschinenlesbaren 2D-Codes befinden. Dabei können entweder ausschließlich Bereiche des 3D-Sicherheitsmerkmals für die Bildung der Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche eingelesen werden. Alternativ kann auch eine Kombination des 3D-Sicherheitsmerkmals mit Bereichen des maschinenlesbaren 2D-Codes herangezogen werden. Vorzugsweise erfolgt das Bereitstellen des dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmals und des für das Produkt charakteristischen maschinenlesbaren 2D-Codes auf einem bedruckten Etikett. Zur Erhöhung der Sicherheit kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die in der Datenbank hinterlegten Daten zum dynamisch veränderbaren 3D-Sicherheitsmerkmal zusätzlich über eine Blockchain abgesichert werden.
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Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer Briefmarke, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmal ausgestattet ist,
- 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bei dem die Beschriftung einer Produktverpackung für das Einlesen herangezogen wird,
- 3 zeigt einen QR-Code mit einem darin integrierten Sicherheitsmerkmal,
- 4 zeigt die Bildung von Minutien und deren Umwandlung in einen Merkmalsvektor,
- 5 zeigt eine Lieferkette mit der Möglichkeit zum Auslesen des Sicherheitsmerkmals an verschiedenen Stufen der Lieferkette.
- 6 zeigt ein schemenhaftes Beispiel von Drucktoleranzen mit sichtbaren Unterscheidungsmerkmalen für die Bildung einer Merkmalsmatrix.
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1 zeigt eine Briefmarke, die mit einem üblichen Datamatrixcode als 2D-Code versehen ist. Alternativ kann es sich selbstverständlich auch um einen QR-Code oder sonstigen maschinenlesbaren 2D-Code handeln. Historisch betrachtet ist eine Briefmarke sowohl ein Zahlungsmittel als auch eine Quittung. Der Geldbetrag auf der Briefmarke soll die Kosten für den Transport der Brief- oder Warensendung abdecken. Im Zuge der Digitalisierung ist es erforderlich, eine physische Briefmarke mit der digitalen Welt zu verbinden, um digitale Mehrwerte zu schaffen. Darum soll die Fälschungssicherheit sichergestellt und eine illegale Zweitverwendung verhindert werden.
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Im Rahmen des Druckprozesses stellt jede einzelne Briefmarke ein Unikat dar. Leichte Unschärfen und Farbabweichungen reichen bereits aus, damit jede einzelne Briefmarke ein individueller Träger von unterscheidungskräftigen Sicherheitsmerkmalen ist. In der gezeigten Ausführungsvariante dient der auf der Briefmarke angebrachte 2D-Code als Sicherheitsmerkmal, der von einer optischen Erkennungseinrichtung, in diesem Fall einem Smartphone, eingelesen wird. Aufgrund der drucktechnisch bedingten Abweichung lässt sich jeder 2D-Code als dreidimensionales Sicherheitsmerkmal individuell erkennen, selbst dann, wenn die Briefmarken auf derselben Druckmaschine mit derselben Farbe gedruckt worden sind. Dadurch wird nicht nur eine Doppelverwendung und Fälschung der Briefmarke verhindert, sondern man verleiht ihr dadurch eine eigene physische Identität. Diese physische Identität ist ein Schlüssel zur digitalen Identität und den damit verbundenen digitalen Inhalten. Denn die Inhalte lassen sich nur dann auslesen, wenn die originale Briefmarke auch physisch vorliegt.
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Das Original liegt nur dann vor, wenn das eingelesene dynamische Sicherheitsmerkmal mit dem ursprünglich in der Datenbank hinterlegten Sicherheitsmerkmal innerhalb eines Toleranzbereiches übereinstimmt. Der Score des Toleranzbereiches ist individuell einstellbar und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 95 bis 100%. In der gezeigten Ausführungsvariante erhält der Nutzer bei einer positiven Verifikation Zugriff auf einen Datenraum, d.h. auf Daten oder Informationen, die in Zusammenhang mit der Briefmarke stehen können.
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Aufgrund der feinen Oberflächenunterschiede ist es einem Fälscher mit der ihm zur Verfügung stehenden Zeit und den Mitteln praktisch unmöglich, ein Duplikat dieser Briefmarke zu erzeugen. Die Bildung der Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche basiert auf einzigartigen, individuellen Merkmalen und der Anwendung eines Algorithmus, so dass für jede Briefmarke eine individuelle, einzigartige Merkmalsmatrix erzeugt wird. Nur bei Übereinstimmung mit diesem Merkmalsvektor bzw. Teilen davon liegt eine positive Verifikation vor. Damit kann der Nutzer sicher sein, dass es sich um keine Fälschung handelt.
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Die erfindungsgemäßen Algorithmen sind zusammen mit herkömmlichen Smartphone-Kameras einsetzbar, so dass jede Briefmarke individuell im Makro- oder Mikrobereich eingelesen und ausgewertet werden kann. Die Erfindung ermöglicht eine eindeutige Charakterisierung der Oberfläche von Briefmarken, wobei je nach Anwendungsfall eine Automatisierung des Einleseprozesses möglich ist, so dass auch eine Anwendung im Massenmarkt realisierbar ist. Dadurch lassen sich beispielsweise auch große Stückzahlen von Briefmarken (z.B. 100.000 Briefmarken) effizient einlesen. Idealerweise erfolgt dies nach dem Druckprozess oder im Anschluss an den Schneideprozess, je nachdem, was in einer Produktionslinie mehr Sinn macht.
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Der Druck des Sicherheitsmerkmals kann auf einem weißen Hintergrund erfolgen. Zur Verbesserung der Fälschungssicherheit können jedoch auch verschiedene Farben oder Farbgebungen zur Anwendung kommen. Durch die Ausstattung eines maschinenlesbaren 2D-Codes mit einem Sicherheitsmerkmal wird ein sicherer Code hergestellt. Die Funktion des maschinenlesbaren 2D-Codes bleibt erhalten, gleichzeitig kann jedoch verifiziert werden, dass es sich um einen Originalcode handelt. Dann wird auch der Code selbst vor Kopieren oder Manipulation geschützt.
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In 2 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel gezeigt. In diesem Fall handelt es sich um Papieretiketten von einer Rolle, bei denen ein Produktname aufgedruckt ist. Bei Vergrößerung eines Buchstabens eines Etiketts wird erkennbar, dass das Druckbild sehr uneinheitlich und durch Unschärfen charakterisiert ist, selbst bei Verwendung desselben Druckers und derselben Druckfarbe. Somit ist auch hier jedes einzelne Druckerzeugnis einzigartig, d.h. jedes Etikett und jedes Zeichen der Papierrolle ist individuell und kann anhand dessen Minutien und Oberlächencharakteristika identifiziert werden. In der Ausschnittsvergrößerung des ausgewählten Zeichens „P“ ist erkennbar, dass die Druckfarbverteilung aufgrund der Maschinentoleranzen inhomogen ist. Somit lässt sich dieses Muster wunderbar zur Bildung von Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche verwenden, so dass daraus letztendlich wieder Merkmalsmatrizes gebildet werden, die für jedes einzelne Etikett individuell sind. Diese Merkmalsmatrizes werden wiederum für jedes einzelne Etikett in der Datenbank hinterlegt. Jeder einzelne Quadratmillimeter einer Oberfläche besitzt individuelle Oberflächenstrukturen und Oberflächeneigenschaften. Bei der Bildung der Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche werden solche feinen Merkmale erfasst, analysiert und letztendlich als Merkmalsmatrix in Datenform in einer Datenbank hinterlegt. Alternativ kann auch eine Hinterlegung auf dem Produkt oder der Produktverpackung selbst erfolgen, beispielsweise als nachträglich aufgedruckter Code.
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Jede Oberfläche erfährt im Laufe der Zeit zwangsläufig Veränderungen, die einen dynamischen Prozess darstellen. Der Grad der zulässigen Veränderung kann in einer Regel festgelegt werden, so dass beim Einlesen des Sicherheitsmerkmals ein Score ermittelt wird, der Aufschluss gibt, ob es sich um das Originalprodukt handelt oder nicht. Bei der Ermittlung des Scores erfolgt eine Metrikbewertung unter Einbezug eines Istwerts, Sollwerts und eines Toleranzindikators. Zusätzlich können für die Bewertung und Bildung des Scores noch weitere Parameter miteinbezogen werden, wie z.B. ein Verhältnis mit anderen Faktoren, beispielsweise eine zeitliche Distanz, eine geografische Distanz, die Helligkeit, Erschütterungen, Änderungen der Temperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit.
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Um die Fälschungssicherheit zu erhöhen, kann die Dynamik der Veränderung der Oberflächen mit einbezogen werden, indem beim Abfragezeitpunkt das sich verändernde Sicherheitsmerkmal als neues Sicherheitsmerkmal in der Datenbank hinterlegt oder das vorhandene ergänzt wird. Somit sind auch die Veränderungen des Sicherheitsmerkmals dokumentierbar. Zusätzlich ist das System lernfähig, d.h. es kann ein maschinelles Lernverfahren eingesetzt werden, um den Erkennungsprozess bzw. die Bildung der Merkmalsvektoren zu optimieren. Somit kommen Technologien wie Kl, Hashing, PPK-Verschlüsselung, Blockchain-Technologien, Robotik und IOT zur Anwendung.
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Um die Datenintegrität zu verbessern, kommt vorzugsweise ein hybrider Blockchain-Approach zur Anwendung, um mathematische Zertifikate von jedem einzelnen Datenpaket zu erzeugen. Diese Zertifikate werden vorzugsweise durch eine Blockchain geschützt.
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Durch Verwendung mehrerer öffentlicher Blockchains kann die Datenintegrität verbessert werden, und zudem erspart diese Variante einiges an Energie im Vergleich zu Lösungen, die eine direkte Verwendung der Blockchain-Technologie einsetzen.
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In 3 ist ein QR-Code gezeigt, bei dem ein erfindungsgemäßes dreidimensionales dynamisches Sicherheitsmerkmal im Zentrum integriert ist. Der QR-Code ist ein weit verbreiteter Informationsträger, der maschinenlesbar ist. Allerdings ist dieser leicht fälschbar. Mittels der erfindungsgemäßen dynamischen Oberflächenerkennung wird ein Fälschungsschutz des QR-Codes erreicht, wobei gleichzeitig die Maschinenlesbarkeit erhalten bleibt, d.h. der Anwender erhält beim Einlesen des QR-Codes mit einem Smartphone Zugriff auf einen Datenraum, beispielsweise durch Weiterleitung auf eine URL, d.h. eine Internetadresse. Zur Verifikation, ob es sich um einen originalen QR-Code handelt, wird das Sicherheitsmerkmal von der Smartphone-Kamera eingelesen und mit einem Datenbankeintrag verglichen. Wesentlich hierbei sind u.a. die Oberflächenbeschaffenheit und die Druckfarbenverteilung, die für jedes Druckerzeugnis einmalig sind. Damit kann auf makroskopischer Ebene ausgeschlossen werden, dass der Code gefälscht ist, da dies einen nicht zumutbaren Aufwand erfordern würde, denn der Fälscher müsste z.B. die Oberflächenmerkmale, Unschärfen und Kontraste computersicher nachahmen, was nahezu unmöglich ist. Lediglich für das unbewaffnete Auge könnte der Fälscher ein Duplikat erzeugen, die Fälschung würde jedoch sofort nach dem Einlesen des Sicherheitsmerkmals bei einer Verifikation auffallen.
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In 4 ist die Bildung einer Merkmalsmatrix bzw. eines Merkmalsvektors gezeigt. Aus der eingelesenen Oberfläche eines Sicherheitsmerkmals werden sogenannte Minutien und/oder Charakteristika der Oberfläche gebildet, d.h. feinste Merkmalselemente, die zu einem oder mehreren Merkmalsvektoren kombiniert werden. Jede aus den einzelnen Merkmalen erhaltene Merkmalsmatrix stellt für jedes Produkt ein Unikat dar. die Merkmalsmatrix wird in Datenform in einer Datenbank hinterlegt oder als Code auf einem Produkt angebracht. Die Merkmalsmatrix ist somit mit einem Fingerabdruck vergleichbar, d.h. sie weist ein individuelles Muster auf, das einem konkreten Produkt zuordenbar ist. Bei der Verifikation werden die berechnete Merkmalsmatrix oder Bereiche davon mit der in der Datenbank hinterlegten Matrix bzw. Bereichen davon verglichen.
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In 5 ist eine Lieferkette gezeigt. Ein Auslesen des Sicherheitsmerkmals, in dem gezeigten Fall eines QR-Codes, erfolgt über eine optische Erkennungseinrichtung, d.h. eine Kamera. Um sicherzustellen, dass auch immer das Originalprodukt in einer Lieferkette vorliegt, kann ein Einlesen an unterschiedlichen Stellen erfolgen, beispielsweise beim Beladen einer Palette, nach dem Transport der Ware oder bei Anlieferung der Ware an der Verkaufsstätte. Der Empfänger der Ware kann somit sicherstellen, dass es sich um die Originalware und keine Fälschung handelt. Wenn gewünscht, kann nach dem Einlesen des Sicherheitsmerkmals auch ein Ergänzen des bereits vorhandenen Sicherheitsmerkmals erfolgen.
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In 6 sind zwei verschiedene Druckergebnisse gezeigt, bei denen sich die sicherheitsrelevanten Merkmale an unterschiedlichen Positionen befinden. Gezeigt sind drei ineinander verschachtelte, unterschiedlich große Kreise bzw. Punkte, die an bestimmten Positionen unterschiedlich angeordnet sind (vergleiche die Kreise/Punkte an der 4-Uhr, 5-Uhr oder 6-Uhr Position). Anhand der ausgelesenen Sicherheitsmerkmale werden für beide Erzeugnisse unterschiedliche, charakteristische Merkmalsmatrizes gebildet.
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Es handelt sich um ein schematisches Beispiel von Drucktoleranzen, wie sie typischerweise in ähnlicher Form bei einem Druckprozess auftreten. Die erfindungsgemäße Technologie lässt sich jedoch auch einsetzen, um beispielsweise Plakate, die von einer großen Distanz gesichtet werden, individuell zu charakterisieren und erkennbar zu machen. Die Einzelheiten sind für das unbewaffnete menschliche Auge von der großen Distanz dann nicht mehr ohne Hilfsmittel (wie beispielsweise einer optischen Vergrößerungseinrichtung, einer Kamera oder einem Linsensystem) erkennbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1982296 B1 [0007]
- EP 2039527 B1 [0008]
- DE 102016218545 A1 [0009]
- DE 102015219400 B4 [0010]
- DE 102015219399 B4 [0010]
- DE 102015219396 B4 [0010]
- DE 102015219395 B4 [0010]
- DE 102008016435 A1 [0011]
