EP1195045A2 - Automatische authentifikation von mit sicherheitsmerkmalen geschützten dokumenten - Google Patents

Automatische authentifikation von mit sicherheitsmerkmalen geschützten dokumenten

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EP1195045A2
EP1195045A2 EP01905705A EP01905705A EP1195045A2 EP 1195045 A2 EP1195045 A2 EP 1195045A2 EP 01905705 A EP01905705 A EP 01905705A EP 01905705 A EP01905705 A EP 01905705A EP 1195045 A2 EP1195045 A2 EP 1195045A2
Authority
EP
European Patent Office
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document
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image
determined
positions
Prior art date
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EP01905705A
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English (en)
French (fr)
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EP1195045B1 (de
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Robert Massen
Thomas Franz
Thomas Leitner
Hans-Peter Diehl
Rolf Weber
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Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1195045B1 publication Critical patent/EP1195045B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/20—Testing patterns thereon
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/1205—Testing spectral properties
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/121—Apparatus characterised by sensor details

Definitions

  • Category A optical features invisible to the human eye under normal observation, which are recognizable visually or by machine under certain non-coherent lighting and recording conditions.
  • This category also includes introduced or printed dyes with a special reflection behavior, often in the near infrared wavelength range (abbreviated to NIR).
  • NIR near infrared wavelength range
  • the spectral distribution of the remitted infrared light contains a typical signature, which can be checked by spectrometric methods. This is known as machine recognition.
  • This category also includes the information hidden in images, the so-called steganography, which is introduced by means of certain modulation methods of the raster in rasterized image printing and can be extracted mechanically with the aid of image processing methods.
  • Category B optical characteristics visible to the human eye under normal observation, which change under a certain, non-coherent lighting.
  • Category C optical characteristics visible to the human eye under normal observation, which under certain, coherent
  • Lighting arrangements produce certain diffraction patterns due to light diffraction.
  • diffraction gratings applied to clear or metallized foils, which produce special diffraction patterns with a certain laser illumination, which can be checked with the aid of photodetectors or cameras.
  • Category D optical features visible to the human eye under normal observation, which represent an information-bearing, machine-readable code.
  • category D only the characteristics of category D are currently automatically evaluated with the aid of readers.
  • These devices contain one or more cameras and one or more spectrally different illuminations and are able to be machine-readable
  • authentication The verification of the document itself is called "authentication”.
  • verification The question of whether the document shown, e.g. an identity card also belongs to the carrier is called “verification”.
  • the object of the invention is a method and an arrangement for the fast and automatic authentication of documents secured with numerous optical features, in which the position of the features relative to the coordinate system of the document is not known or is only approximately known.
  • This object is achieved by the technical teaching of claim 1.
  • the document in its entirety or in parts, is illuminated in a first step with illuminants, the spectral and geometric distribution, polarization, coherence and temporal course of the optical properties of the illuminants are selected so that an image can be detected by imaging sensors, in which the Positions of the security features due to differences in brightness, contrast, color, pattern relative to the rest of the document background are automatically recognizable with image processing methods, that in a second step the corresponding features are only checked in the image areas which match those found in the first step Correspond to positions and for this purpose the corresponding image areas are illuminated in such a way that the corresponding features generate images and / or spectral signatures from which the methods for image processing and / or spectrometry are used the examination of the
  • the method according to the invention allows the position of the security features to be determined, both relative to the coordinate system of the scanned document and, of course, to the coordinate system of the scanner itself.
  • the scanner By detecting the edge of the sheet against the dark one In the background of the cover flap, the scanner "knows" how the document is aligned with its own coordinate system.
  • this position information is first found relative to the coordinate system of the scanner when it is scanned for the first time, regardless of the exact orientation of the document on the scanner's scanning window.
  • the corresponding illuminations and / or line sensors of the scanner can be moved with high precision at these points in the document and the actual examination of the authenticity features can be carried out with high precision.
  • a transformation between the scanner coordinate system and the coordinate system of the document itself is created by eg the upper left corner of the sheet is defined as the XONO coordinate origin of the document.
  • the translation rotation matrix between the scanner coordinate system and the document coordinate system is produced by recognizing at least two corners in the sampling window.
  • the invention consists, among other things, of using suitable lighting methods to find the position of the authenticity features relative to the document and / or relative to the scanner, with these Types of lighting can be different from those used for checking the authenticity features.
  • Part of the inventive concept is also the storage and archiving of all captured, pictorial information of the saved document in a database simultaneously with the review of the document.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a personal document with the security features ICAO line with NIR underline, barcode, portrait print with information hidden in the image and a diffraction feature applied to a metallized film
  • FIG. 3 schematically shows a typical proposed solution, in which the entire document is scanned with a high-resolution line scan scanner under different illuminations that differ in spectral, geometric and temporal terms
  • the idea of the invention is explained by way of example, but not by way of limitation on the basis of a personal document secured by several features at the same time.
  • this document 1 is to be secured by the following features to be mechanically positioned and checked:
  • a diffractive element 4 which is applied in the center of a star-shaped metallized film and which determined with coherent illumination at a specific wavelength
  • the text field 6 contains no security features and no machine-readable information. Nevertheless, it must be recognized mechanically as a field that is not to be evaluated.
  • the layout of the document can be described by the position of these individual features with respect to an x, y coordinate system aligned at the edge of the document. These positions should not be known or only be known with uncertainty when scanning through the arrangement according to the invention, so that according to the invention these positions of these features with respect to the coordinate system must be determined in a first step. 2 shows an example of an arrangement for carrying out the “positioning” method step.
  • Document 1 is placed on device 12 with the side to be evaluated.
  • the side is scanned line by line through the viewing window 13 with the motor-driven sensor head 15, which is moved linearly along the bearing 14.
  • the document 1 is alternately illuminated with a wavelength in the near infrared and with a wavelength in the visible light during the scanning by the diffuse illumination 16. This can be by time switching according to spectrally selected light emitting diodes (LED's) happen. If the switchover takes place synchronously with the line frequency, two images A and B are interleaved in the image memory of the computing unit 21, A being intended to represent the one illuminated in the NIR range and B the one shown in the visible illuminated image.
  • LED's light emitting diodes
  • the automatic positioning of the colored portrait picture 5 can e.g. can be recognized in that the color pigments of the portrait 5 change their reflection behavior between NIR illumination and illumination in the visible range, while the reflection behavior of the background paper remains similar.
  • FIG. 3 This property is illustrated in FIG. 3 by a weaker contrast between portrait and background in image A compared to the contrast in image B. This local difference allows the person skilled in the art of image processing to determine the position of the portrait with respect to the document coordinate system.
  • the position of the metallized film which carries the diffractive element in the center can be recognized. While the contrast between the metallized film and the background paper appears relatively weak under the diffuse illumination 16 and this also relatively independently of the illuminating wavelength, the contrast difference between the specularly reflecting metal film and the paper of the background becomes very large due to the oblique illumination.
  • the obliquely incident directional illumination reflects past the entrance pupil of the imaging lens 18. This makes the slide appear darker than the background. This is shown in Fig. 3 in picture C.
  • this contrast difference can also be achieved by a so-called bright field illumination, in which the illumination is arranged in such a way that it reflects directly into the pupil of the imaging lens through the reflecting film and thus brighter than the diffusely reflecting one Background appears.
  • the obliquely incident directional illumination is selected at least partially coherently at the same time, it is achieved at the same time that the actual security feature in the center of the metallized star, namely the diffractive element with one of the
  • Diffraction orders reflect back into the pupil of the imaging optics and thus appear bright.
  • the positioning step does not require the high image resolution, which requires the actual machine evaluation of the text field, the 2D code, the information hidden in the portrait, and the diffraction patterns, the individual images associated with the respective types of lighting can be recorded with reduced resolution become.
  • this can be done in that the imaging line sensor works with a coarser step size during this positioning step.
  • Another idea of the invention is to switch the individual illuminations in synchronism with the line cycle of the imaging line sensor and thus to obtain a series of interlaced images of lower resolution in one scanning process, from which, due to the systematic contrast and pattern differences, the positions of the individual features using methods of pattern recognition and Image processing can be determined.
  • both the single-path and the multipath method illuminate the entire document with multispectral radiation, so that the authenticity features correspondingly distributed on the document react with different spectral responses and are also detected with spectrally differently recording sensors ,
  • clocked light-emitting diodes are used as radiation sources because only a relatively low resolution is required.
  • a line sensor which contains a line of image-recording sensors, which line sensor is now moved along the document.
  • Such a silicon sensor would z. B. have a spectral sensitivity from visible light to the NIR spectrum.
  • the light-emitting diodes which emit visible light and the light-emitting diodes which emit light in the NIR spectral range are driven alternately for each line. This creates a partially interlocked overall image in the image memory that receives the signal.
  • B. consists of 1000 lines. Of these, 500 lines are supplied with signals which correspond to the spectral response in visible light, while 500 lines are supplied with signals which correspond to the spectral response of the authenticity features in the NIR range.
  • a 1000-line image array which contains 500 lines of one image and 500 lines of the other image, is now determined by determining the difference between the two images read out, where the authenticity features are.
  • the portrait image In relation to portrait image 5, the portrait image would be easily readable in the visible area, while in the NIR area the portrait is difficult to read out or disappears completely, so that the determination of this difference image clearly states that there is a visible light at this location readable portrait picture is located.
  • this also applies to the location of the other elements, where z. B. with respect to the machine-readable text 2, the line 11 disappears in the NIR area, while it is present in the visible area, so that the location of this machine-readable text 2 can also be determined easily.
  • the invention is of course not only limited to the determination of a difference image from two different spectral wavelengths, but - as stated previously in the invention - the direction of the incident light and the resulting spectral response is a measure of the location and the type of the used authenticity features.
  • the current claim 3 also states that the geometric distribution of the lighting is used to find the authenticity features.
  • geometric distribution z. B. understood the direction of the incident light, but also the geometric distribution, for. B. in the form of a lattice structure or a particularly distributed, geometric structure, such as. B. concentric rings or other geometrical arrangements of the lighting sources.
  • the degree of polarization of the illumination source can also be used in order to obtain a specific readout of authenticity features.
  • the invention is also not limited to the use of coherent light, but non-coherent or medium-coherent light can also be used.
  • temporal activity is understood to mean that the authenticity feature is illuminated with a certain pulse and the impulse response and its decay is examined in a certain time window, so that the temporal activity of the impulse response can also be used to read out the authenticity feature. All of the measures mentioned above are therefore initially used to determine the location of the authenticity features which are distributed on the document.
  • the second scan can of course be limited to certain areas of the document to save time. However, it is important here that the second scanning process can be carried out at a relatively high speed, because high-resolution scanning would only have to be carried out at certain points where authenticity features were recognized.
  • the location of the authenticity features is determined from the signal response, then the corresponding signal received can now be examined more precisely for authenticity features at this location by software.
  • a digital image is thus generated in a multi-line array from the entire document and the authenticity features contained on it.
  • the authenticity check of each individual feature now only takes place exactly at the location where the authenticity feature was also previously determined. Above all, this saves computing time and provides a significantly higher production output for the device according to the invention.
  • Combination can be used as described in the general part (and in particular also in claim 3). This applies in particular to the type and shape of the illumination, to the spectral distribution of the illumination source and the like. And always focused on the recognized location of the authenticity feature and only on this location.
  • This type of evaluation of authenticity features is of great importance for authenticity features that are constructed on the basis of diffraction structures. It is a matter of very precise positioning of the radiation source in relation to the authenticity feature, and this is where the advantages of the invention arise.
  • the diffractive features are checked in that a coherent light source such as e.g. a laser diode is directed to the position which was determined in the first step.
  • a coherent light source such as e.g. a laser diode
  • This can be done, for example, by mechanically moving a laser diode so that its light beam is directed onto the diffractive element directly or via optical intermediate elements such as mirrors, prisms, beam splitters, etc.
  • the resulting diffraction pattern is e.g. converted into a real image of punctiform structures via a focusing screen and captured by an image sensor.
  • the feature can be checked by checking the position and arrangement as well as the radiometric properties such as brightness ratios of these structures in the image captured by the image sensor 20 with the aid of a computing unit 21.
  • the position of a diffractive feature can also be determined by locally illuminating the document in the suspected positions of the feature in a search grid and using an image sensor to obtain an image of this local region. If the diffractive element is hit, significant, a priori from the definition of the diffractive element occur in known structures, so that the positioning has taken place when these expected structures occur
  • the definitions of the diffractive element with regard to its position, the type of diffraction structures generated, the information or decoding instructions contained therein are stored in other machine-readable features of the same document, for example cryptographically encoded in the 2-dimensional bar code or in the steganographically hidden information in the portrait image ,
  • This procedure has the big one Advantage that no fixed standards for the specific document have to be made for such standards. It allows individual diffractive elements to be created for each document and the information required for checking to be hidden in the same document but in one or more other security features.
  • this method of the individual security feature applies not only to the diffractive security features, but also fundamentally to all others.
  • the shape or type of UV-visible features can be hidden in the portrait image.
  • the test specification for the machine check of the UV feature or features is available at the same time, without the need to query a database, a standard or any other information source stored outside the actual document itself.

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Abstract

Ein Verfahren für die schnelle und automatische Authentifikation von mit optischen Merkmalen gesicherten Dokumenten, bei denen die Positionen der Merkmale relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes und/oder des Prüfautomaten nicht oder nur ungefähr bekannt sind, sieht vor, dass in einem ersten Arbeitsschritt das Dokument in seiner Gesamtheit oder in Teilbereichen mit Beleuchtungsmitteln ausgeleuchtet wird, deren spektrale und geometrische Verteilung, Polarisierungsgrad und/oder -ausrichtung, Kohärenz und zeitliche Aktivität so gewählt sind, dass ein oder mehrere durch einen oder mehrere bildgebende Sensoren erfassbare Abbilder der beleuchteten Dokumentenflächen entstehen, in welchen die Position der Sicherheitsmerkmale einen Unterschied relativ zum übrigen Dokumentenhintergrund bilden und dass diese Positionen automatisch mit Verfahren der Bilderkennung relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes ermittelt werden, dass in einem zweiten Arbeitsschritt die Prüfung der entsprechenden Merkmale nur in den Bildbereichen vorgenommen wird, welche den im ersten Arbeitsschritt gefundenen Positionen entsprechen und hierzu die entsprechenden Bildbereiche derart beleuchtet werden, dass die entsprechenden Merkmale der Bilder spektrale Signaturen und/oder andere optische Muster erzeugen, aus welchen mit Verfahren der Bildverarbeitung und der Spektrometrie die für die Prüfung der Merkmale benötigten Informationen abgeleitet werden können.

Description

Automatische Authentifikation von mit Sicherheitsmerkmalen geschützten Dokumenten
Zahlreiche nicht-elektronische Personaldokumente wie Personalausweis, Pass, Visadokumente o.ä, Wertdokumente wie Aktien, Banknoten, Wechsel u.a. werden zur Absicherung gegen Fälschungen bei der Herstellung mit Sicherheitsmerkmalen versehen. Diese Merkmale können in vier große Kategorien eingeteilt werden:
Kategorie A: für das menschliche Auge unter normaler Beobachtung unsichtbare optische Merkmale, welche unter bestimmten nichtkohärenten Beleuchtungs- und Aufnahmebedingungen visuell oder maschinell erkennbar sind.
Hierzu zählen aufgedruckte Strukturen, eingebrachte Fäden usw. welche unter ultraviolettem Licht im Sichtbaren durch Fluoreszenz erkennbar werden. Personaldokumente und Banknoten werden häufig mit solchen Merkmalen versehen. Die Kontrolle erfolgt manuell durch visuelle Beobachtung unter einer Schwarzlichtlampe, d.h. einer Beleuchtungsquelle, welche lediglich im unsichtbaren Ultraviolett abstrahlt.
Zu dieser Kategorie zählen auch eingebrachte oder aufgedruckte Farbstoffe mit einem speziellen Reflexionsverhalten, oft im Wellenlängenbereich des Nahen Infrarots (abgek. NIR ). Die spektrale Verteilung des remittierten Infrarotlichtes enthält eine typische Signatur, welche durch spektrometrische Verfahren überprüft werden kann. Dies bezeichnet man als eine maschinelle Erkennung.
Ebenfalls zu dieser Kategorie gehören die in Bildern versteckten Informationen, die sog. Steganographie, welche durch bestimmte Modulationsverfahrendes Rasters beim gerasterten Bilddruck eingebracht werden und mit Hilfe von Bildverarbeitungsverfahren maschinell extrahiert werden können. Kategorie B: für das menschliche Auge unter normaler Beobachtung sichtbare optische Merkmale, welche sich unter einer bestimmten, nichtkohärenten Beleuchtung verändern.
Hierzu zählen z.B. auf vielen Personaldokumenten aufgebrachte Striche, welche im Sichtbaren erkennbar sind, aber bei Beleuchtung mit einer bestimmten Wellenlänge, meistens im NIR gelegen, verschwinden.
Kategorie C: für das menschliche Auge unter normaler Beobachtung sichtbare optische Merkmale, welche unter bestimmten, kohärenten
Beleuchtungsanordnungen aufgrund von Lichtbeugung bestimmte Beugungsmuster erzeugen.
Hierzu zählen auf klaren oder metallisierten Folien aufgebrachte Beugungsgitter, welche bei einer bestimmten Laserbeleuchtung spezielle Beugungsmuster erzeugen, welche mit Hilfe von Photodetektoren oder Kameras überprüft werden können.
Kategorie D: für das menschliche Auge unter normaler Beobachtung sichtbare optische Merkmale, welche einen informationstragenden, maschinell lesbaren Code darstellen.
Hierzu zählen die maschinenlesbaren Aufdrucke, 1-dimensionale und 2- dimensionale Strichcodes, 2-dimensionale Matrixcodes u.a. welche mit Hilfe von Scannern oder Kamerasystemen decodiert werden.
Nach dem Stand der Technik werden derzeit lediglich die Merkmale der Kategorie D automatisch mit Hilfe von Lesegeräten ausgewertet. Diese Geräte enthalten eine oder mehrere Kameras sowie eine oder mehrere spektral unterschiedliche Beleuchtungen und sind in der Lage, maschinenlesbare
Audrucke wie der sog. ICAO Zeile bei Personaldokumenten , aufgebrachte 1 D- oder 2D Barcodes automatisch zu dekodieren. Die Positionen dieser Codes relativ zu einem auf dem Dokument orientierten Koordinatensystem sind in der Regel durch internationale Normen festgelegt. Die Dokumente müssen in einer bestimmten Lage auf das Sichtfenster dieser Geräte aufgelegt werden, um korrekt zu arbeiten.
Diese automatischen Geräte führen daher lediglich die Funktione „Decodieren,, durch; sie sind nicht einsetzbar bei Dokumenten, bei welchen die Position der Codes nicht definiert ist bzw. die Lage des Dokumentes frei ist. Um dennoch korrekt arbeiten zu können, wird eine automatische Funktion „Positionierung,, benötigt, d.h. automatisches Auffinden des oder der Codes auf dem Dokument und automatische Positionierung eines Auswertefensters an diese Stellen.
Die nach den Kategorien A ( außer UV-Merkmale), B und C gesicherten Dokumente können nur maschinell, d.h. mit Hilfe technischer, in der Regel optischer Verfahren geprüft werden. Es existieren einzelne Lösungsvorschläge wie z.B. der Einsatz von Mikrospektrometer zur spektralen Analyse, Bildverarbeitungsverfahren zur Erkennung der in den aufgedruckten Bildern enthaltene Information, welche jede für sich eine bestimmte Aufgabe erfüllen.
Neuere Dokumente sind oft gleichzeitig mit zahlreichen der unter die
Kategorien A,B,C und D fallenden Merkmale gesichert. Hierbei ist sehr oft die geometrische Position dieser Merkmale auf dem Dokument nicht genau definiert:
a) aufgrund von Produktionstoleranzen kann z.B. die Position eines aufgeprägten Beugungsgmerkmals schwanken
b) aufgrund von fehlenden Normen gibt es keine einheitliche Vereinbarungen c) aufgrund von unsicherer Position des Dokumentes im Bildfeld des automatischen Prüfgerätes sind die Positionen relativ zum Koordinatensystem des Abtasters nicht bekannt
Diese Dokumente können heute entweder gar nicht automatisch oder höchsten semi-manuell geprüft werden. Der Benutzer muß das Dokument in einer bestimmten Ausrichtung auflegen und positionieren. Dieser Vorgang ist unsicher und benötigt Zeit.
Da die Vielfalt der gleichzeitig aufgebrachten Merkmale stark zunimmt, besteht außerdem ein großer Bedarf nach Systemen, welche automatisch erkennen, welche Merkmale in dem Dokument vorhanden sind, diese automatisch auffinden und überprüfen. Solche Systeme sind heute noch nicht verfügbar.
Die Überprüfung des Dokumentes selbst nennt man „Authentifikation,,. Die Frage, ob das vorgezeigte Dokument, z.B. ein Personalausweis auch zu dem Träger gehört nennt man „Verifikation,,.
Durch den Wegfall der innereuropäischen Zollkontrollen, durch die Zunahme des Flugpassagieraufkommens wächst die Anzahl der in den Flughäfen in kürzester Zeit zu authentifizierbare und zu verifizierende hochgesicherten Personaldokumente stark an. Die heute übliche visuelle Kontrolle, evtl. unter Zuhilfenahme einfacher UV-Beleuchtungssysteme oder ICAO Schriftlesegeräte können diese Forderung nicht erfüllen . Ähnliche Verhältnisse gelten auch für die Prüfung von Wertdokumenten wie Banknoten, von gesicherten
Versandpapieren u. ä. Dokumenten. Es besteht daher ein hohes Bedürfnis an sicheren, schnell und robust automatisch prüfbaren und lesbaren Dokumenten.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung für die schnelle und automatische Authentifikation von mit zahlreichen optischen Merkmalen gesicherten Dokumenten, bei denen die Position der Merkmale relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes nicht oder nur ungefähr bekannt ist. Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre des Anspruches 1 gelöst. Das Dokument wird in seiner Gesamtheit oder in Teilbereichen in einem ersten Arbeitsschritt mit Beleuchtungsmitteln ausgeleuchtet, deren spektrale und geometrische Verteilung, Polarisierung, Kohärenz und zeitlicher Verlauf der optischen Eigenschaften der Beleuchtungsmittel so gewählt sind, daß ein durch bildgebende Sensoren erfaßbares Bild entsteht, in welchem die Positionen der Sicherheitsmerkmale aufgrund von Helligkeits-, Kontrast-, Färb-, Musterunterschiede relativ zum übrigen Dokumentenhintergrund automatisch mit Verfahren der Bildverarbeitung erkennbar sind, daß in einem zweiten Arbeitsschritt die Prüfung der entsprechenden Merkmale nur in den Bildbereichen vorgenommen wird, welche den im ersten Arbeitsschritt gefundenen Positionen entsprechen und hierzu die entsprechenden Bildbereiche derart beleuchtet werden, daß die entsprechenden Merkmale Bilder und/oder spektrale Signaturen erzeugen, aus welchen mit Verfahren der Bildverarbeitung und/oder der Spektrometrie die für die Prüfung der Merkmale benötigten Informationen abgeleitet werden können.
Hierbei ist es gleichgültig, ob ein Singlepath- oder ein Multipath-Scan-Vorgang stattfindet; in beiden Verfahrensbetriebsweisen kann nach der Erfindung gearbeitet werden.
Die Einteilung der Sicherheitsmerkmale in die beschriebenen Kategorien A bis D stellt hierbei lediglich eine zur einfacheren Beschreibung des Erfindungsgedanken nützliche Einteilung dar. Andere Merkmale, welche nicht in eine diese expliziten Kategorien passen, sind ebenfalls Bestandteil des Erfindungsgedanken.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Bestimmung der Position der Sicherheitsmerkmale, sowohl relativ zum Koordinatensystem des abgescannten Dokuments, als auch natürlich zum Koordinatensystem des Scanners selbst. Durch die Erkennung des Blattrandes gegen den dunklen Hintergrund der Abdeckklappe „weiß" der Scanner, wie das Dokument zu seinem eigenen Koordinatensystem ausgerichtet ist.
Damit kann man die Position der Merkmale relativ zum Dokumenten- Koordinatensystem finden, was wichtig ist, wenn es hierfür auch keine standardisierten Vorschriften gibt oder aber auch, wenn infolge von Produktionstoleranzen die genaue Position nicht bekannt ist.
Diese Positionsinformationen werden beim ersten Abtasten ohnedies zuerst relativ zum Koordinatensystem des Scanners gefunden, unabhängig von der genauen Ausrichtung des Dokuments auf dem Abtastfenster des Scanners. Mit diesen Informationen können die entsprechenden Beleuchtungen und/oder Zeilensensoren des Scanners an diese Stellen des Dokuments hochgenau verfahren und die eigentliche Untersuchung der Echtheitsmerkmale hochgenau durchgeführt werden.
Möchte man ebenfalls kontrollieren, ob die Position der Sicherheitsmerkmale mit der durch einen Standard- oder durch in anderen Merkmalen versteckten Soll-Positionen relativ zum Dokumenten-Koordinatensystem übereinstimmt, wird eine Transformation zwischen dem Scanner-Koordinatensystem und dem Koordinatensystem des Dokuments selbst hergestellt, indem man z.B. die linke obere Ecke des Blattes als XONO-Koordinatenursprung des Dokumentes definiert. Durch Erkennung von mindestens zwei Ecken im Abtatstfenster wird die Translation-Rotationsmatrix zwischen Scanner-Koordinatensystem und Dokumenten-Koordinatensystem hergestellt.
Dieser doppelte Effekt wird im speziellen Beschreibungsteil und in den Patentansprüchen noch näher gekennzeichnet.
Die Erfindung besteht unter anderem darin, mit geeigneten Beleuchtungsverfahren die Position der Echtheitsmerkmale relativ zum Dokument und/oder relativ zum Scanner zu finden, wobei diese Beleuchtungsarten andere sein können, als die, welche bei der Prüfung der Echtheitsmerkmale eingesetzt werden.
Bestandteil des Erfindungsgedanken ist ebenfalls die Abspeicherung und Archivierung aller erfaßten, bildhaften Informationen des gesicherten Dokumentes in einer Datenbank gleichzeitig mit der Überprüfung des Dokumentes.
Zur Verdeutlichung wird der Erfindungsgedanke anhand eines typischen Dokumentes, nämlich eines durch eine Kombination zahlreicher Merkmale gesicherten Personaldokumentes, erklärt.
Hierzu werden folgende Abbildungen verwendet:
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Personaldokumentes mit den Sicherheits-Merkmalen ICAO Zeile mit NIR-Unterstrich, Barcode, Portraitdruck mit im Bild versteckten Informationen und ein auf einer metallisierten Folie aufgebrachtes Beugungsmerkmal
Fig. 2 zeigt beispielhaft die einzelnen Positionen der zu prüfenden
Merkmale, welche unabhängig von der Lage des Dokumentes auf dem Gerät und von der genauen Position bezüglich des Dokuments selbst bestimmt werden
Fig. 3 zeigt schematisch einen typischen Lösungsvorschlag, bei welchem das gesamte Dokument mit einem hochauflösenden Zeilenkamerascanner unter verschiedenen spektral, geometrisch und zeitlich unterschiedliche Beleuchtungen abgetastet wird Der Erfindungsgedanke sei beispielhaft, aber nicht einschränkend anhand eines durch mehrere Merkmale gleichzeitig gesicherten Personaldokumentes erklärt.
Gemäß Fig. 1 soll dieses Dokument 1 durch die folgenden maschinell zu positionierenden und zu prüfenden Merkmale Merkmale gesichert sein:
a) durch einen maschinell lesbaren Text 2 mit einer Linie, welche bei einer spektral selektierten Beleuchtung im Nahen Infrarot nicht mehr reflektiert
b) durch einen 2-dimensionalen Barcode 3, welcher kryptographisch gesicherte Informationen enthält
c) durch ein diffraktives Element 4, welches im Zentrum einer sternförmigen metallisierten Folie aufgebracht ist und welches bei kohärenter Beleuchtung bei einer spezifischen Wellenlänge bestimmte
Beugungsmuster zurückstrahlt
d) durch steganographisch im Portraitbild 5 versteckte Informationen.
Das Textfeld 6 enthält keine Sicherheitsmerkmale und keine maschinenlesbaren Informationen. Es muß aber trotzdem maschinell als ein nicht auszuwertendes Feld erkannt werden.
Das Layout des Dokumentes kann durch die Position dieser einzelnen Merkmale bezügliche eines am Rand des Dokumentes ausgerichteten x,y- Koordinatensystems beschrieben werden. Diese Positionen sollen beim Abtasten durch die erfindungsgemäße Anordnung nicht oder nur unsicher bekannt sein, sodaß erfindungsgemäß in einem ersten Arbeitsschritt dies Positionen dieser Merkmale bezüglich des Koordinatensystems bestimmt werden müssen. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrensschrittes „Positionierung,,.
Das Dokument 1 wird mit der auszuwertenden Seite auf das Gerät 12 aufgelegt. Durch das Sichtfenster 13 wird die Seite optisch mit dem motorisch bewegten Sensorkopf 15 , welcher entlang der Lagerung 14- linear bewegt wird, zeilenweise abgetastet.
Beispielhaft werden einige Verfahren zur Auffinden der einzelnen Merkmalspositionen und ihrer Identifikation durch eine spezifische Beleuchtung gemäß dem Erfindungsgedanken für den ersten Verfahrensschritt beschrieben.
Zum Auffinden der Positionen des Textfeldes 2, des 2-dimensionalen Barcodes 3 und des Portaits 5 wird das Dokument 1 während des Abtastens durch die diffuse Beleuchtung 16 abwechselnd mit einer Wellenlänge im nahen Infrarot und mit einer Wellenlänge im sichtbaren Licht beleuchtet. Dies kann durch zeitliches Umschalten von entsprechend spektral gewählten Licht emittierenden Dioden (LED's) geschehen. Wenn die Umschaltung synchron zur Zeilenfrequenz erfolgt, entstehen im Bildspeicher der Recheneinheit 21 zwei ineinander verschachtelte Bilder A und B, wobei A das im NIR-Bereich beleuchtete und B das im sichtbaren beleuchtete Bild darstellen soll.
a) durch die Beleuchtung im Nahen Infrarot verschwindet die durchgehende Linie 1 1 im Textfeld 2 während die Linie 1 1 im sichtbaren Licht deutlich erkennbar bleibt. Die Texte, sowohl im Feld 2 als auch im Feld 6, sind sowohl im NIR-Bereich als auch im sichtbaren Licht deutlich erkennbar, da schwarzer Druck einen breiten Bereich der Beleuchtungswellenlängen absorbiert.Durch Auswertung der bildhaften Informationen, welche sich in den beiden Bildern A und B deutlich unterscheiden, kann das Textfeld 2 von dem Textfeld 6 unterschieden werden. Fig. 3 zeigt die Bilder A und B mit den entsprechenden Bildinhalten. Durch die Position der zwischen A und B verschwindenen Linie 11 kann die Position des maschinell auszuwertenden Textfeldes bezüglich des xy- Koordinatensystem ermittelt werden. Gleichzeitig wird durch das Verschwinden der Linie 11 im Bild A bereits der zweite Verfahrensschritt, nämlich die Prüfung des Sicherheitsmerkmals mit abgearbeitet.
b) das Feld 3 mit dem 2-dimensionalen Barcode ist in beiden Bildern A und B sichtbar. Es kann mit dem Fachmann bekannten Methoden der Mustererkennung anhand der hochfrequenten Ortsfrequenzen, welche das Codemuster auszeichnen, vom übrigen Bildinhalt erkannt werden
c) die automatische Positionierung des farbigen Portraitbildes 5 kann z.B. dadurch erkannt werden, daß die Farbpigmente des Portraits 5 ihr Reflexionsverhalten zwischen NIR- Beleuchtung und Beleuchtung im sichtbaren Bereich stark ändern, während das Reflexionsverhalten des Hintergrundpapiers ähnlich bleibt.
In Fig. 3 ist diese Eigenschaft durch einen schwächeren Kontrast zwischen Portait und Hintergrund im Bild A verglichen mit dem Kontrast in Bild B verdeutlicht. Dieser lokale Unterschied erlaubt es dem Fachmann der Bildverarbeitung, die Position des Portraits bezüglich des Dokumentenkoordinatensystems zu bestimmen.
d) durch die Beleuchtung des Dokumentes mit der gerichteten Beleuchtung 17 kann die Position der metallisierten Folie, welche im Zentrum das diffraktive Element trägt, erkannt werden. Während unter der diffusen Beleuchtung 16 der Kontrast zwischen metallisierter Folie und Hintergrundpapier relativ schwach erscheint und dies auch relativ unabhängig von der beleuchtenden Wellenlänge, wird durch die schräg gerichtete Beleuchtung der Kontrastunterschied zwischen der spiegelnd reflektierenden Metallfolie und dem Papier des Hintergrundes sehr groß. Die schräg einfallende gerichtete Beleuchtung reflektiert an der Eintrittpupille des abbildenden Objektivs 18 vorbei. Dadurch erscheint die Folie dunkler als der Hintergrund. Dies ist in Fig. 3 im Bild C dargestellt.
Es ist dem Fachmann der Optik bekannt, daß dieser Kontrastunterschied auch durch eine sog. Hellfeldbeleuchtung erzielt werden kann, bei welcher die Beleuchtung so angeordnet wird, daß sie durch die spiegelnde Folie direkt in die Pupille des abbildenden Objektivs reflektiert und damit heller als der diffus reflektierende Hintergrund erscheint.
Wird die schräg einfallende gerichtete Beleuchtung gleichzeitig zumindest teilweise kohärent gewählt so wird gleichzeitig erreicht, daß das eigentliche Sicherheitsmerkmal im Zentrum des metallisierten Sterns, nämlich das diffraktive Element mit einer der
Beugungsordnungen in die Pupille der abbildenden Optik zurückstrahlt und damit hell erscheint.
Es ist für den Fachmann der Bildverarbeitung ein leichtes, sowohl die Position des metallisierten Sterns als auch die des diffraktiven
Elementes in seinem Zentrum aufgrund dieser hohen Kontrastunterschiede zu erkennen.
Da der Arbeitsschritt der Positionierung nicht die hohe Bildauflösung erfordert, welche die eigentliche maschinelle Auswertung des Textfeldes, des 2D Codes, der im Portrait versteckten Informationen, sowie die Beugungsmuster erfordert, kann erfindungsgemäß die Aufnahme der einzelnen, den jeweiligen Beleuchtungsarten zugeordenten Bildern mit verringerter Auflösung aufgenommen werden. Dies kann technisch dadurch geschehen, daß der abbildenden Zeilensensor mit einer gröberen Schrittweite während dieses Verfahrensschrittes der Positionierung arbeitet. Ein weiterer Erfindungsgedanke ist es, die einzelnen Beleuchtungen synchron zum Zeilentakt des bildgebenden Zeilensensors zu schalten und damit eine Reihe verschachtelter Bilder niedrigerer Auflösung in einem Abtastvorgang zu erhalten, aus denen infolge der systematischen Kontrast- und Musterunterschiede die Positionen der einzelnen Merkmale mit Methoden der Mustererkennung und Bildverarbeitung ermittelt werden.
Wichtig ist, daß sowohl in dem Singlepath- als auch in dem Multipath-Verfahren jeweils das gesamte Dokument mit einer multispektralen Strahlung beleuchtet wird, so daß die entsprechend auf dem Dokument verteilten Echtheitsmerkmale mit unterschiedlichen spektralen Antworten reagieren und mit spektral unterschiedlich aufnehmenden Sensoren auch erfasst werden.
Im einfachsten Fall werden als Strahlungsquellen getaktete Leuchtdioden verwendet, weil nur eine relativ geringe Auflösung erforderlich ist.
Es liegt ein Zeilensensor vor, der eine Zeile von bildaufnehmenden Sensoren beinhaltet, welcher Zeilensensor nun entlang dem Dokument verfahren wird. Ein derartiger Siliziumsensor würde eine z. B. eine spektrale Empfindlichkeit vom sichtbaren Licht bis ins NIR-Spektrum besitzen. Beim Verfahren dieses Zeilensensors werden nun abwechselnd jeweils pro Zeile die Leuchtdioden angesteuert, welche sichtbares Licht aussenden und abwechselnd die Leuchtdioden, welche im NIR-Spektralbereich Licht aussenden. Damit entsteht im Bildspeicher, der das Signal aufnimmt, ein teilweise verzahntes Gesamtbild, welches z. B. aus 1000 Zeilen besteht. Davon sind 500 Zeilen mit Signalen beaufschlagt, die der Spektralantwort im sichtbaren Licht entsprechen, während 500 Zeilen mit Signalen beaufschlagt sind, welche der spektralen Antwort der Echtheitsmerkmale im NIR-Bereich entsprechend.
Mit üblichen Methoden der Software werden diese beiden Bildbereiche im Bild- Array getrennt und getrennt weiterverarbeitet. Dieser Vorgang wird vor allem im Singlepath-Verfahren durchgeführt, weil dies besonders schnell ist und aber eine relativ geringe Auflösung erbringt.
Im Bildspeicher wären jetzt z. B. die Orte und Arten der Echtheitsmerkmale nach den Figuren 3a bis 3c virtuell abgespeichert. Im Infrarotbereich ist z. B. dann in dem einen zu untersuchenden Bild das Portrait nach Ziffer 5 nicht mehr sichtbar, während die anderen Echtheitsmerkmale, z. B. das defraktive Element 4, im NIR-Bereich gut auslesbar ist.
Im Sichtbaren (Weißlicht) ist aber beispielsweise das Portrait 5 sehr gut auslesbar.
Aus dieser Vorlage, z. B. einem 1000-zeiligen Bild-Array, welches 500 Zeilen des einen Bildes und 500 Zeilen des anderen Bildes enthält, wird nun durch Differenzbestimmung zwischen den beiden ausgelesenen Bildern bestimmt, wo sich die Echtheitsmerkmale befinden.
Bezogen auf das Portraitbild 5 wäre also im sichtbaren Bereich das Portraitbild gut auslesbar, während im NIR-Bereich das Portrait nur schlecht auslesbar ist oder ganz verschwindet, so daß mit der Bestimmung dieses Differenzbildes eindeutig festgelegt ist, daß sich an diesem Ort ein im sichtbaren Licht auslesbares Portraitbild befindet.
Damit ist der Ort dieses Portraitbildes eindeutig auf dem Dokument bestimmt.
Selbstverständlich lassen sich aus dem Weißlichtanteil nicht nur der Ort des Portraits entnehmen, sondern noch z. B. Farbinformationen oder andere Informationen, die aus dem Weißlichtspektrum abgeleitet werden können.
In analoger Weise gilt dies auch für die Ortsbestimmung der übrigen Elemente, bei denen z. B. in Bezug auf den maschinell lesbaren Text 2 die Linie 11 im NIR-Bereich verschwindet, während sie im sichtbaren Bereich vorhanden ist, so daß auch damit ohne weiteres der Ort dieses maschinell lesbaren Textes 2 bestimmt werden kann.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf die Bestimmung eines Differenzbildes aus zwei verschiedenen Spektralwellenlängen beschränkt, sondern es ist - wie vorher in der Erfindung angegeben - auch noch die Richtung des eingestrahlten Lichtes und die daraus resultierende Spektralantwort ein Maß für den Ort und die Art der verwendeten Echtheitsmerkmale.
Im geltenden Anspruch 3 ist auch angegeben, daß die geometrische Verteilung der Beleuchtung verwendet wird, um die Echtheitsmerkmale zu finden. Unter dem Begriff "geometrische Verteilung" wird z. B. verstanden, die Richtung des eingestrahlten Lichtes, aber auch die geometrische Verteilung, z. B. in Form einer Gitterstruktur oder einer besonders verteilten, geometrischen Struktur, wie z. B. konzentrische Ringe oder andere geometrische Anordnungen der Beleuchtungsquellen.
Alle im geltenden Anspruch 3 genannten Merkmale können einzeln oder auch in verschiedenen Kobinationen zur Lösung der Erfindungsaufgabe beitragen.
Ebenso kann der Polarisationsgrad der Beleuchtungsquelle verwendet werden, um eine bestimmte Auslesung von Echtheitsmerkmalen zu erhalten.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Verwendung von kohärentem Licht beschränkt, sondern es kann auch nicht-kohärentes oder mittel-kohärentes Licht verwendet werden.
Unter dem Begriff "zeitliche Aktivität" wird verstanden, daß das Echtheitsmerkmal mit einem bestimmten Impuls angestrahlt wird und die Impulsantwort und deren Abklingen in einem bestimmten Zeitfenster untersucht wird, so daß also auch die zeitliche Aktivität der Impulsantwort zur Auslesung des Echtheitsmerkmals herangezogen werden kann. Alle vorher genannten Maßnahmen dienen also zunächst zur Ortsbestimmung der Echtheitsmerkmale, die auf dem Dokument verteilt sind.
Es gibt nun mehrere Möglichkeiten für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Nach einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß man - entsprechend der vorstehenden Beschreibung - zunächst mit einer niedrigeren Auflösung das gesamte Dokument scannt und den Ort der Echtheitsmerkmale feststellt. Dies wurde obenstehend eingehend erläutert.
Wenn nun der Ort der Echtheitsmerkmale durch entsprechende Signaluntersuchungen festgestellt wurde, wird in einem zweiten Scan-Durchlauf mit höherer Auflösung gescannt, und das erhaltene Signalbild wird aber nur an den Stellen genauer untersucht und speziellen Untersuchungsmethoden unterworfen, welche für die spezifisch an diesem Ort gefundenen Echtheitsmerkmale zutreffen (Multi-Path-Abtastung).
Der zweite Scan-Vorgang kann natürlich auf bestimmte Bereiche des Dokumentes beschränkt werden, um Zeit einzusparen. Hierbei ist aber wichtig, daß der zweite Scan-Vorgang mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, weil ja nur an bestimmten Stellen, wo Echtheitsmerkmale erkannt wurden, mit hoher Auflösung gescannt werden müßte.
D. h. also, man kann die Scan-Geschwindigkeit, über der Länge des
Dokumentes hinweggesehen, verändern, so daß man nur an den Stellen, wo Echtheitsmerkmale vorliegen, mit höherer Auflösung scannt, während über die "leeren" Bereich des Dokumentes mit höherer Geschwindigkeit gefahren wird. Dies steigert wesentlich die Verarbeitungsgeschwindigkeit.
In einer anderen Ausführungsform (Nebenanspruch 2) wird das gesamte Dokument mit der höchsten, für die Erkennung der Echtheitsmerkmale erforderlichen Auflösung einmalig gescannt, um dann aus dem gescannten Bild und der daraus erhaltenen Signalantwort sofort den Ort der Echtheitsmerkmale zu bestimmen.
Liegt der Ort der Echtheitsmerkmale aus der Signalantwort fest, dann kann an diesem Ort das entsprechend erhaltene Signal per Software nun genauer auf Echtheitsmerkmale untersucht werden.
Es wird also ein digitales Bild in einem Mehrzeilen-Array von dem gesamten Dokument und dem darauf enthaltenen Echtheitsmerkmalen erzeugt. In dem weiteren Schritt erfolgt nun die Echtheitsprüfung jedes einzelnen Merkmales nur genau an dem Ort, wo vorher das Echtheitsmerkmal auch festgestellt wurde. Dies spart vor allem Rechenzeit und erbringt eine wesentlich höhere Produktionsleistung für das erfindungsgemäße Gerät. Im übrigen ist es jetzt in einem zweiten Scan-Durchgang möglich, bestimmte Beleuchtungsmittel lediglich nur für diesen erkannten Ort heranzufahren und diesen erkannten Ort anzustrahlen und die entsprechende Echtheitsprüfung durchzuführen.
Damit können sämtliche Erkennungsmethoden und -merkmale für die Erkennung und Überprüfung dieses Echtheitsmerkmals einzeln oder in
Kombination untereinander verwendet werden, wie sie im allgemeinen Teil (und insbesondere auch im Anspruch 3) beschrieben wurden. Dies gilt insbesondere für die Art und Form der Anstrahlung, für die spektrale Verteilung der Anstrahlungsquelle und dergleichen mehr. Und zwar immer fokussiert auf den erkannten Ort des Echtheitsmerkmales und nur auf diesen Ort. Damit besteht der wesentliche Vorteil, daß nun auf Grund des gefundenen Ortes des Echtheitsmerkmales der Laser, welcher z. B. für die Erkennung eines Echtheitsmerkmales erforderlich ist, nun hochgenau bezüglich dieses Echtheitsmerkmal positioniert werden kann, um dieses zu belichtenund die Strahlungsantwort entsprechend zu messen. Damit besteht ein wesentlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis, welches nicht mehr von Ungenauigkeiten der Positionierung des Dokumentes abhängig ist. Eine große Bedeutung erlangt diese Art der Auswertung von Echtheitsmerkmalen bei Echtheitsmerkmalen, die auf Grund von Beugungsstrukturen aufgebaut sind. Hier kommt es auf eine sehr genaue Positionierung der Strahlungsquelle in bezug zum Echtheitsmerkmal an, und hier ergeben sich die Vorteile der Erfindung.
Es können auch andere Echtheitsmerkmale untersucht werden, z. B. die Tatsache, ob an einer bestimmten Stelle eines Dokumentes ein bestimmter fluoreszierender Faden vorhanden ist. Dieser Faden wird dann mit einer entsprechenden Strahlungsquelle angeleuchtet. Auch hier ist die Positionierung der Strahlungsquelle in bezug zum Faden außerordentlich wichtig, um ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß auf Grund der festgestellten Lage und des Ortes von Echtheitsmerkmalen auch andere Bereiche im Dokument angefahren werden können, um dort evt. Singular versteckte (also auch willkürlich angebrachte) Echtheitsmerkmale zu finden. So kommt es beispielsweise bei Banküberfällen mit Erpressung von Bargeld vor, daß bestimmte Dokumente (Banknoten) speziell gekennzeichnet werden, und derartige Kennzeichnungen können sich durchaus an anderen Stellen befinden, als sie mustermäßig oder vorgabemäßig auf dem Dokument vorhanden sind. Auch derartige versteckte und singulär vorhandene Echtheitsmerkmale können mit der Lehre der technischen Erfindung schnell und einfach erkannt und ausgewertet werden.
Ein weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es, daß alle spektral unterschiedlichen Beleuchtungen gleichzeitig eingeschaltet sind und im
Strahlengang der abbildenden Optik durch einen oder mehrere wellenlängenabhängige Strahteiler die entsprechenden Bilder gleichzeitig auf verschiedene Bildsensoren abgebildet werden.
Die beschriebene Anordnung stellt lediglich ein Beispiel für das Verfahren und die Gestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Die Verwendung von Matrixsensoren, punktweise abtastenden optischen Sensoren oder auf einem Chip integrierte, spektral-, kohärenz- und/oder richtungs-abhängige Sensorelemente sind Bestandteil der Erfindung und dem Fachmann der Optik bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden müssen.
Erfindungsgemäß werden die diffraktiven Merkmale dadurch überprüft, daß eine kohärente Lichtquelle wie z.B. eine Laserdiode auf die Position gelenkt wird, welcher im ersten Arbeitsschritt ermittelt wurden. Dies kann beispielhaft dadurch geschehen, daß eine Laserdiode mechanisch so verfahren wird, daß ihr Lichtstrahl direkt oder über optische Zwischenelemente wie Spiegel, Prismen, Strahlteiler usw. auf das diffraktive Element gelenkt wird. Das entstehende Beugungsbild wird z.B. über eine Mattscheibe in ein reales Bild von punktförmigen Strukturen umgewandelt und von einem Bildsensor erfaßt. Die Prüfung des Merkmals kann durch Überprüfung der Position und Anordnung sowie der radiometrischen Eigenschaften wie Helligkeits- Verhältnisse dieser Strukturen in dem vom Bildsensor 20 erfaßten Bild mit Hilfe einer Recheneinheit 21 geschehen.
Erfindungsgemäß kann die Position eines diffraktiven Merkmals auch dadurch bestimmt werden, in dem in einem Suchraster eine kohärente Beleuchtungsquelle in den vermuteten Positionen des Merkmals das Dokument lokal beleuchtet und mit Hilfe eines Bildsensors ein Abbild dieser lokalen Region gewonnen wird. Wird das diffraktive Element getroffen, so treten signifikante, a priori aus der Definition des diffraktiven Elementes in bekannte Strukturen auf so daß die Positionierung dann erfolgt ist, wenn diese erwarteten Strukturen auftreten
Die Definitionen des diffraktiven Elementes in Bezug auf seine Position, die Art der erzeugten Beugungsstrukturen, die darin enthaltene Information oder Decodiervorschrift werden erfindungsgemäß in anderen maschinenlesbaren Merkmalen des gleichen Dokumentes hinterlegt, z.B. kryptografisch verschlüsselt im 2-dimensionalen Barcode oder in den steganographisch versteckten Information im Portraitbild. Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, daß für solche Normen keine feste Normen für das spezielle Dokument getroffen sein müssen. Es erlaubt es , für jedes Dokument individuelle diffraktive Elemente zu erzeugen und die zur Prüfung erforderlichen Informationen im gleichen Dokument, aber in einem oder mehreren anderen Sicherheitsmerkmalen zu verstecken.
Dieses Verfahren des individuellen Sicherheitsmerkmals, dessen Prüfvorschrift in einem oder mehreren anderen Merkmalen des gleichen Dokumentes codiert ist, gilt erfindungsgemäß nicht nur für die diffraktiven Sicherheitsmerkmale, sondern grundlegend für alle anderen auch. So kann z.B. die Form oder die Art von UV-sichtbaren Merkmalen im Portraitbild versteckt werden. Mit der Decodierung dieser Informationen steht gleichzeitig die Prüfvorschrift für die maschinelle Überfprüfung des oder der UV-Merkmale bereit, ohne daß in einer Datenbank, einer Norm oder einer anderen, außerhalb des eigentlichen Dokumentes selbst abgelegten Informationsquelle nachgefragt werden muß.
Zeichnungslegende
Dokument 14 Lagerung maschinell lesbarer Text 15 Sensorkopf
Barcode 16 diffuse Beleuchtung diffraktives Element 17 gerichtete Beleuchtung
Portraitbild 20 18 abbildendes Objektiv
Textfeld 19
20 Bildsensor
21 Recheneinheit
25
Linie
Gerät
Sichtfenster

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.Verfahren für die schnelle und automatische Authentifikation von mit optischen Merkmalen gesicherten Dokumenten, bei denen die Positionen der Merkmale relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes und/oder des Prüfautomaten nicht oder nur ungefähr bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
1. im ersten Verfahrensschritt das Dokument auf das Vorhandensein von Sicherheitsmerkmalen mit niedriger Auflösung der Erkennungseinheit untersucht wird, daß
2. im zweiten Verfahrensschritt der Ort der einzelnen Sicherheitsmerkmale auf dem Dokument mit ebenfalls niedriger Auflösung der Erkennungseinheit ermittelt wird und daß 3. im dritten Verfahrensschritt am Ort des gefundenen Sicherheitsmerkmals dieses Merkmal auf Echtheit mit hoher Auflösung untersucht wird.
2. Verfahren für die schnelle und automatische Authentifikation von mit optischen Merkmalen gesicherten Dokumenten, bei denen die Positionen der Merkmale relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes und/oder des Prüfautomaten nicht oder nur ungefähr bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
1. im ersten Verfahrensschritt das Dokument mit der höchsten, für die Erkennung der Echtheitsmerkmale erforderlichen Auflösung gescannt wird, und daß aus dem gescannten Bild und der daraus erhaltenen Signalantwort sofort der Ort der Echtheitsmerkmale bestimmt wird, daß
2. im zweiten Verfahrensschritt am Ort der ermittelten Sicherheitsmerkmale die dort erhaltene Signalantwort durch Software-Analyse der Signalantwort nur an diesem Ort mit hoher Genauigkeit untersucht wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß in dem ersten Arbeitsschritt das Dokument (1) in seiner Gesamtheit oder in Teilbereichen mit Beleuchtungsmittel (16,17) ausgeleuchtet wird, deren spektrale und/oder geometrische Verteilung, und/oder Polarisierungsgrad und/oder - Ausrichtung, und/oder Kohärenz und/oder zeitliche Aktivität so gewählt sind, daß ein oder mehrere durch einen oder mehrere bildgebende Sensoren (20) erfaßbare Abbilder der beleuchteten Dokumentenflächen entstehen, in welchen die Position der Sicherheitsmerkmale (2-6) einen Unterschied relativ zum übrigen Dokumentenhintergrund bilden und daß diese Positionen automatisch mit Verfahren der Bilderkennung relativ zum Koordinatensystem des Dokumentes ermittelt werden,
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß in dem zweiten Arbeitsschritt die Prüfung der entsprechenden Merkmale nur in den Bildbereichen vorgenommen wird, welche den im ersten Arbeitsschritt gefundenen Positionen entsprechen und hierzu die entsprechenden Bildbereiche derart beleuchtet werden, daß die entsprechenden Merkmale der Bilder spektrale Signaturen und/oder andere optische Muster erzeugen, aus welchen mit Verfahren der Bildverarbeitung und der Spektrometrie die für die Prüfung der Merkmale benötigten Informationen abgeleitet werden können.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Beleuchtungsquellen (16,17) synchron zum Zeilenwechsel des aufnehmenden Bildsensors (20) geschaltet werden und somit eine verschachtelte Anordnung von Bildern (A,B) niedrigerer Auflösung entstehen, welche zeilenweise jeweils einer der für die Erkennung der Position der Sicherheitsmerkmale erforderlichen Beleuchtungen entsprechen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder mehrere der erforderlichen Beleuchtungsquellen (16,17) gleichzeitig aktiv sind und daß über Strahlteiler das jeder Beleuchtungsquelle entsprechende Bild der Dokumentenoberfläche auf einen eigenen Bildsensor abgebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Typ des vorliegenden Sicherheitsmerkmals bestimmt wird aus den Eigenschaften der im ersten Verfahrensschritt ermittelten Position der Sicherheitsmerkmale
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Position eines diffraktiven Merkmals (4) dadurch bestimmt wird, in dem in einem Suchraster eine kohärente Beleuchtungsquelle in den vermuteten Positionen des Merkmals das Dokument lokal beleuchtet und mit Hilfe eines Bildsensors ein Abbild dieser lokalen Region gewonnen wird und daß diese Positionen solange variiert werden bis die erwarteten, a priori aus der Definition des diffraktiven Elementes (4) bekannte Bildstrukturen auftreten
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß die zur Positionierung und Prüfung eines Sicherheitsmerkmals benötigten Informationen und Definitionen in einem oder mehreren anderen maschinenlesbaren Merkmalen des gleichen Dokumentes hinterlegt sind
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Definitionen eines bestimmten Sicherheitsmerkmals für jedes Dokument (1) individuell festgelegt sind und daß der Teil der Definitionen, welcher zur Positionierung und Prüfung erforderlich ist, in einem oder mehreren anderen maschinenlesbaren Merkmal des gleichen Dokumentes (1) codiert sind
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beim automatischen Auswerten des Dokumentes anfallenden bildhaften und sonstigen Informationen in einer Dokumentendatenbank gespeichert werden , aus welcher weitere, über die Korrektheit der Sicherheitsmerkmale und der maschinenlesbaren Informationen hinausgehende Eigenschaften des Dokumentes zu beliebigen Zeitpunkten ermittelt werden können
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 , dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische und radiometrische Auflösung zur Auffindung der
Sicherheitsmerkmale geringer sein kann als die Auflösung für die eigentliche maschinelle Prüfung der Merkmale.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Sicherheitsmerkmalen (2-6) und dem
Hintergrund des Dokuments durch optische und/oder radiometrische und/oder spektrale und/oder zeitlich sich ändernde und/oder bildgebende Mustereigenschaften gebildet ist.
14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Dokument mit einer optischen Anordnung verschiedener Beleuchtungsquellen und einem oder mehreren, das Dokument erfassenden Bildsensoren abgetastet wird, daß die den einzelnen Beleuchtungsquellen zugeordneten , von dem oder den Bildsensoren erzeugten Bildern in elektrische digitale Signale umgewandelt werden und in einer Recheneinheit gespeichert und ausgewertet werden.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß daß alle spektral unterschiedlichen Beleuchtungen gleichzeitig eingeschaltet sind und im Strahlengang der abbildenden Optik durch einen oder mehrere wellenlängen-abhängige Strahteiler die entsprechenden Bilder gleichzeitig auf verschiedene Bildsensoren abgebildet werden.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die diffraktiven Elemente (4) dadurch überprüft werden, daß eine kohärente Lichtquelle wie z.B. eine Laserdiode auf die im ersten Arbeitsschritt ermittelte Position gelenkt wird, und daß eine Laserdiode mechanisch so verfahren wird, daß ihr Lichtstrahl direkt oder über optische Zwischenelemente wie Spiegel, Prismen, Strahlteiler usw. auf das diffraktive Element (4) gelenkt wird und das entstehende Beugungsbild über eine Mattscheibe in ein reales Bild von punktförmigen Strukturen umgewandelt und von einem Bildsensor erfaßt.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung des jeweiligen Echtheitsmerkmals (2-11) durch Überprüfung der Position und Anordnung erfolgt, sowie durch Prüfung der radiometrischen Eigenschaften, wie Helligkeitsverhältnisse dieser Strukturen in dem vom Bildsensor 20 erfaßten Bild mit Hilfe einer Recheneinheit 21.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Position eines diffraktiven Elements (4) dadurch bestimmt wird, daß im ersten Verfahrensschritt in einem auf dem Dokument definierten Suchraster eine kohärente Beleuchtungsquelle in den vermuteten Positionen des Merkmals (4) das Dokument (1) lokal beleuchtet und mit Hilfe eines Bildsensors (20) ein Abbild dieser lokalen Region gewonnen wird.
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