EP2240914A1 - Verfahren und vorrichtung zur identifizierung und authentifizierung von objekten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur identifizierung und authentifizierung von objekten

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EP2240914A1
EP2240914A1 EP09709006A EP09709006A EP2240914A1 EP 2240914 A1 EP2240914 A1 EP 2240914A1 EP 09709006 A EP09709006 A EP 09709006A EP 09709006 A EP09709006 A EP 09709006A EP 2240914 A1 EP2240914 A1 EP 2240914A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
identifier
electromagnetic radiation
code
identification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09709006A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Gerigk
Ludger BRÜLL
Martin Friedrich
Jürgen Focke
Simon Vougioukas
Josef Kenfenheuer
Klaus WÜRSCHINGER
Wolfgang Joa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Bayer Technology Services GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102008007731A external-priority patent/DE102008007731B4/de
Priority claimed from DE200810053798 external-priority patent/DE102008053798A1/de
Application filed by Bayer Technology Services GmbH filed Critical Bayer Technology Services GmbH
Publication of EP2240914A1 publication Critical patent/EP2240914A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G07D7/202—Testing patterns thereon using pattern matching
    • G07D7/2033—Matching unique patterns, i.e. patterns that are unique to each individual paper
    • 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
    • G07D7/004—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 digital security elements, e.g. information coded on a magnetic thread or strip
    • G07D7/0043—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 digital security elements, e.g. information coded on a magnetic thread or strip using barcodes

Definitions

  • a well-known representative of the bar codes is the code EAN 8, which is defined in the international standard ISO / IEC 15420. It encodes a sequence of 8 digits in the form of bars and gaps of different widths. Typically, the bars are coated with a black ink on a white support, e.g. the packaging of the object to be marked or printed on the object itself.
  • EAN 8 is defined in the international standard ISO / IEC 15420. It encodes a sequence of 8 digits in the form of bars and gaps of different widths.
  • the bars are coated with a black ink on a white support, e.g. the packaging of the object to be marked or printed on the object itself.
  • a suitable light source When reading the code by machine, it is scanned by means of a suitable light source and the reflected light is collected by a detector. Since the dark bars reflect less light than the bright gaps, the reflected light beam has corresponding differences in brightness, which are detected by the detector and converted into electronic signals.
  • the evaluation of the electronic signals
  • bar codes represent the 2D codes, in which the information is not only one-dimensional, but optically coded in two dimensions.
  • a subset of the 2D codes form the so-called matrix codes.
  • a known representative is, for example, the Data Matrix Code, which is defined in the international standard ISO / IEC 16022.
  • the advantage of matrix codes lies in their higher information density.
  • up to 2334 ASCII characters (seven bits) Encoding 1558 extended ASCII characters (eight bits) or 3116 digits.
  • matrix codes While bar codes are usually scanned with a focused beam of light, camera systems are used to read matrix codes. Therefore, matrix codes have so-called "finder patterns" for orientation of the reader.
  • optical codes can be created easily and at a very low cost (pressure) and are fast and robust in capturing. They are ideal for identifying objects.
  • optical codes are suitable for object tracking (track & trace). In the process, a number is assigned to an object, so that the object can be identified at each station in the logistics chain and thus the movement of the object from one station in the logistics chain to another tracked.
  • optical codes can be easily copied and reproduced and faked so that they can not be used to authenticate objects.
  • badges An ID card should be unique. In the context of increasing automation, the uniqueness of a badge should be detectable by machine.
  • RFID chips are capable of doing this. They contain a secret key that can not be read from the outside. When communicating with the RFID chip, messages are encrypted from the chip with the secret key. The messages can be decrypted with the corresponding public key. However, since the secret key is not accessible, a duplicate or dummy (counterfeit) is very difficult to deploy. Thus, in principle, by attaching RFBD chips to objects, it is possible to provide a way to identify and authenticate the objects. However, there are many objects that can not be equipped with an RFID chip for technical and / or economic reasons. For example, RFID chips are susceptible to breakage and susceptible to electromagnetic interference. RFID chips are many times more expensive than printed ones - -
  • WO 2005088533 A1
  • a method which manages to identify and authenticate an object without an additional data carrier (optical code, RFID chip) and to unambiguously assign objects based on their surface condition.
  • a laser beam is focused on the surface of the object, moved across the surface (scanning) and detected by photodetectors at different locations of the surface at different angles different degrees of scattered rays.
  • the detected scattered radiation is characteristic of a variety of different materials and is very difficult to imitate, as it is due to manufacturing randomness.
  • paper-like objects have a manufacturing fiber structure that is unique to each manufactured object.
  • the scatter data for the individual objects are stored in a database in order to be able to authenticate the object at a later time. For this purpose, the object is measured again and the scatter data compared with the stored reference data.
  • the disadvantage is that an extensive database for the scatter data of all captured objects must be created.
  • the database must have a high storage capacity in order to be able to store the large amount of data of scatter data of a large number of objects.
  • the access time to the data in the database must be fast, since the collected scatter data for an authentication must be compared with all the reference data in the database (reconciliation) in order to find the correct record. Due to positioning inaccuracies in the detection, due to lightly changed over time scattering behavior of the object (due to contamination, wear, etc.) and due to technical deviations in various detection devices, the detected scatter data of an object are never absolutely identical but have variations on. Therefore, it is necessary to match all reference data to find the record with the highest match.
  • the positioning of the object below the detection device must be sufficiently accurate for a sufficiently accurate match to be achieved. In simple terms, it must be ensured that the area used for authentication always the same. This means that the object has to be positioned in relation to the acquisition device.
  • the positioning accuracy is significantly higher than in the detection of optical codes, as can be quickly illustrated by comparing the dimensions of the bars and gaps in the bar code with the dimensions at scatter centers of a paper-like object.
  • a higher positioning accuracy means nothing else than a longer time to acquire an object (time for measuring preparation + measuring time).
  • optical codes only have to be brought into the optical field of view of a scanner, in the case of WO 2005088533 (A1), an object for detecting its scattering behavior must be precisely aligned and fixed relative to the detection unit.
  • the method of WO 2005088533 (Al) is only of limited use for the identification and tracking of objects. Identification solutions based on the detection of optical codes are firmly established. Thus, an IT infrastructure is available, to which, however, the method of WO 2005088533 (A1) for the reasons mentioned above can not fall back. To use the method of WO 2005088533 (A1), a new IT infrastructure or at least an extension of the existing IT infrastructure would be necessary, which makes the market introduction of the method from WO 2005088533 (Al) more difficult (high market entry barrier). Immediate migration from established technology (identification based on optical code acquisition) to new technology (identification and authentication by detecting scatter behavior) is not possible.
  • the object is to provide a method which makes it possible to identify and authenticate objects and, if possible, to make use of existing IT infrastructures of existing identification solutions.
  • the process should be inexpensive and have a low market entry barrier.
  • the method should be robust and easy to handle by a user. If possible, the procedure should not require user habituation, but should be similar to existing procedures.
  • the invention therefore provides a method for the parallel identification and authentication of an object, characterized in that the object has a
  • Authentication and / or identification is irradiated with electromagnetic radiation, such that the returned from the code area electromagnetic radiation for
  • Identification of the object and the returned by the scattering electromagnetic radiation is used for authentication.
  • Identification is understood as the process used to recognize a person or an object. If an object or a person is recognized, it can be assigned or it can be assigned to the detected object or the recognized person. For example, An item (object) can be assigned a price or its destination. Identification is based on characteristics characterizing the person or object and different from other persons or objects.
  • Authentication is the process of verifying (verifying) an alleged identity.
  • the authentication of objects, documents or data is the statement that they are authentic - so it is an unchanged, not copied original.
  • authentication is also based on the person or person
  • the features used for authentication are preferably non-transferable, not copyable and not fake.
  • unique, electronically processable data are determined from the physical characteristics, so that objects can be recorded and assigned by machine.
  • the feature data used for identification will be referred to as an identification code and the feature data used for authentication as a signature.
  • parallel identification and authentication it is meant that the method of the invention is useful for both identification or authentication, as well as combined, e.g. successive identification and authentication, as well as simultaneous, i. simultaneous identification and authentication.
  • the method according to the invention is characterized in that electromagnetic radiation is directed to an object to be identified and / or authenticated and the signal returned by the object is analyzed and evaluated.
  • the irradiation of the object and the evaluation of the radiation returned by the object is effected by a detection unit, which is likewise the subject of the invention.
  • coherent electromagnetic radiation For the authentication of the object preferably coherent electromagnetic radiation is used.
  • the object includes an identifier.
  • the identifier is used to identify and / or authenticate the object. He is inseparably connected to the object. In attempting to separate the identifier from the object, the identifier becomes unusable, i. it can no longer be used to identify and / or authenticate the object.
  • the identifier comprises a region which is provided with an optical code - hereinafter referred to as code region - and a region for detecting the scattering behavior - hereinafter referred to as scattering region. Scatter area and code area may be spatially separated, i. they may partially overlap, or one area may completely overlap the other area (see Figure 1).
  • the identifier is preferably executed evenly.
  • the code area serves to identify the object during the
  • Scatter area of the authentication serves.
  • the identifier can be an element that connects to the object. But it can also be part of the object itself. So far to understand the term identifier rather abstractly than objectively. If, for example, a drug is to be identified and / or authenticated, this is usually incorporated in a packaging. In that case, a part of the packaging may be used as an identifier.
  • an optical code is applied to an area of the packaging and an area defined, which is used to determine the scattering behavior and thus to determine the signature.
  • the scattering area does not have to be identified as such, ie it does not have to be marked, for example, by an optical marking, because the position of the scattering area can be clearly defined and found relative to the position of the optical code.
  • the identifier is part of an electronic board on which an optical code is printed or in which an optical code is stamped. It is also conceivable, for example, for the identifier to be a label which carries a printed optical code and has already been detected once to determine the scattering behavior. In that case, the label is authentic and preferably inseparably linked to an object, thereby rendering the object itself authenticatable.
  • the scattering range of the identifier preferably has a surface structure due to the production and / or processing which is characteristic and difficult to falsify and difficult to imitate.
  • a fibrous material such as paper, cardboard or textile is used as material for the scattering area. Scatter area and code area can be made of different materials. They can be made in one piece or in several pieces. The code area and the scattering area preferably consist of the same material.
  • the identifier is preferably made in one piece.
  • the identifier preferably has a size of 0.1 cm 2 to 100 cm 2 , particularly preferably a size of 0.5 cm 2 to 30 cm 2 .
  • optical code any optically machine readable code is contemplated, e.g. Barcodes, stacked codes, matrix codes, OCR (Optical Character Recognition) text.
  • OCR Optical Character Recognition
  • the size of the optical code results from the respective specification for the code.
  • the electromagnetic beam directed to the identifier becomes the identifier
  • the reflected radiation is collected and analyzed by means of at least one detector. Depending on whether the electromagnetic radiation the
  • Figure 2 (b) indicates the signal (2-4) measured on a detector in the form of a brightness curve produced by coherent electromagnetic radiation reflected from the scattering region (2-2).
  • the scattering range (2-2) has a high density of scattering centers which, when irradiated with coherent radiation, lead to a superposition of speckles and diffuse scattering.
  • the signal (2-4) caused by irradiation of the scattering area (2-2) has less variance than the signal (2-3) caused by irradiation of the code area (2-1).
  • Both signals contain information. Performing a Fourier transform of the signals, one sees that the signal (2-3) is determined by the code range by lower frequencies, while the signal (2-4) of the scattering range is determined by higher frequencies.
  • the signal (2-3) from the code area is preferably used to identify the object, while the signal (2-4) from the scatter area is preferably used for authentication.
  • the signal reflected from the code area and / or spread is directed to at least one detector where the electromagnetic signal is converted to an electronic signal. It then takes place optionally a signal filtering and the decoding of the signal.
  • the decoding of the scatter signal or the determination of a signature from the scatter signal takes place, for example, in the manner described in WO 2005088533 (A1) and / or in WO2006016114 (A1).
  • a Fourier-transformed signal can preferably be used to determine the signature, since the Fourier transformation has a translatory invariance - -
  • the decoding of the signal from the optical code takes place in the manner known for the respective optical code. Reference should be made here to the extensive literature on the decoding of optical codes (eg C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrial Image Processing, Springer-Verlag, 1998, p. 133 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlagtechnik Berlin, 2000, p. 84 ff).
  • the signals from the code area and the spreading area are detected simultaneously, ie simultaneously.
  • an identifier is used for this purpose in which the code range and the scattering range overlap (see, for example, FIG. 1 (c), 1 (d)).
  • the signals overlap, as illustrated by an example in FIG. 2 (c).
  • Figure 2 (c) indicates the signal (2-6) measured on a detector in the form of a brightness curve generated by coherent electromagnetic radiation reflected from an area (2-5) of the identifier in which code area and Overlap scatter area.
  • the signal is a superposition of the signals from FIGS. 2 (a) and 2 (b). Accordingly, the signal includes information for identification and authentication.
  • a signal filter can be used which filters out the lower frequency portions of the signal from the code area ( Figure 3).
  • the result is a signal (3-2), which is still characterized by the signal from the code area, but which can be used for authentication. Because the black bars of the code area in FIG. 2 (c) absorb most of the incident electromagnetic radiation, the scatter signal is also very small in this area. Therefore, the signal originating from the code area can still be recognized in the filtered signal (3-2) in FIG. The fact that most of the light is absorbed in the dark portions of an optical code, and therefore these contributions provide only a small contribution to the leakage signal, results in lower information content for authentication.
  • a smaller proportion of the information content means that, in principle, fewer objects can be clearly distinguished on the basis of the scattered signal. It may therefore be useful and / or necessary to increase the security that the scatter area and code area overlap little or not at all.
  • scattering area and code area are arranged relative to one another in such a way that the signal from the code area can be used for positioning and / or position determination of the identifier in relation to the registration unit. Due to the coarse structures of the code area, which are visible to the human eye, a manual positioning of the identifier with respect to the detection unit based on the structures of the code area is easily possible. Due to the finer structures that are used for authentication, a higher positioning accuracy of the identifier in relation to the detection unit is necessary.
  • the identifier and detection unit are manually positioned to each other, wherein the optical code on the code portion of the identifier or a part of the optical code is aligned with a mark on the detection unit or made coincident with a mark of the detection unit. If necessary, automated fine positioning is performed in a second step such that the code area or a part of the code area is irradiated and the signal reflected from the code area or a part of the code area is analyzed. Based on the evaluated signal, an actuator is controlled, the identifier and detection unit positioned sufficiently accurately to each other.
  • Positioning accuracy plays an important role in two interrelated processes: initial capture and authentication.
  • the identifier and the detection unit In the initial acquisition, it is important to position the identifier and the detection unit in such a way that an optimal signal-to-noise ratio is achieved at the detector. Namely, a signature is determined from the signal at the detector, which is used as a reference for all future authentication processes. The better the signal-to-noise ratio in the initial acquisition, the safer this object can be recognized at a later time or different from other objects, or other objects can be distinguished from this object.
  • the optimal position is decisive for the concrete execution of the detection unit, the object and the identifier dependent.
  • the identifier should be flat.
  • the electromagnetic radiation for detecting the identifier should preferably fall perpendicular to the plane of the identifier.
  • the vertical incidence should be maintained.
  • the degree of tilt of the identifier plane with respect to the incident radiation should be less than 10 °.
  • the radiation returned by the identifier should be detected in an angular range of ⁇ 1 ° to ⁇ 60 ° around the incident radiation.
  • the distance between the identifier and the detection unit along the vertical Z-axis of the incident radiation should preferably be between 0.5 mm and 30 cm.
  • the detection is preferably carried out along a straight line in the identifier plane.
  • the length of this straight line corresponds to the length of the detected area in the X direction and is preferably between 1 mm and 30 cm.
  • the Y-axis which is perpendicular to the X-axis and also in the identifier plane, indicates the second dimension of the detected area.
  • the size of the detected area along the Y-axis is dependent on the spot size of the laser and it depends on whether a detection in only one direction (X) or in a second directions (Y) is made.
  • the location of the identifier and the capture unit should be the same as possible, as in the initial capture. Small deviations are always given, since the object can be subject to change over time and detection units are never built absolutely identical, but have manufacturing deviations. The higher the coincidence of the situation, the safer a statement can be made as to whether or not the detected object is identical to an object that has already been detected earlier. If possible, the location of the identifier in the authentication (X, Y, Z coordinates) to the position of the identifier in the initial detection should differ by less than 1 cm, preferably less than 5 mm, particularly preferably less than 1 mm.
  • the identifier should be tilted from the first detection position by less than 10 ° (around the X axis or Y axis) and less than 10 ° (around the Z axis).
  • 10 ° around the X axis or Y axis
  • 10 ° around the Z axis
  • the inventive method can be used in principle for the pure identification of objects:
  • an identification and an authentication of the object take place in succession.
  • an identification and an authentication of the object Preferably takes place in a first step an identification and in a second step an authentication:
  • Detection unit preferably serve as a means of orientation
  • Detection unit to each other, wherein the light reflected from the code area or a part of the code area detected by at least one detector, analyzed and the basis of the analyzed signal, an actuator is controlled, which makes a fine positioning of the identifier and detection unit to each other,
  • Digitization of the signals possibly decoding the signal for identification to determine the identification code, possibly decoding the signal for authentication to determine the signature, possibly output of the identification code, possibly output of another information, with the identification code is related (eg price of a commodity), possibly matching the signature with signatures of objects that were collected at an earlier time, possibly outputting information on the extent to which the signature of the object with one of the signatures of objects, the been recorded at an earlier date.
  • the signal filtering can take place before or after the digitization of the electronic signal.
  • the signal filtering preferably takes place using electronic circuits. For example, high pass filters and / or bandpass filters are used.
  • the specific design of the signal filter is dependent on the specific embodiment of the invention. Reference should be made here to textbooks on signal processing (e.g., Martin Meyer, Signal Processing, Analog and Digital Signals, 4th Edition, Vieweg-Verlag, 2006).
  • the information from the identification flows into the process of authentication.
  • the optical code is decoded.
  • the decoded information provides information about the
  • the method according to the invention combines the advantages of identifying objects by detecting optical codes and authenticating objects by detecting the scattering behavior.
  • the method according to the invention leads to synergistic effects.
  • the presence of the code area allows effective and efficient positioning of the identifier and the detection unit with each other.
  • the code area makes it possible to always find the area used for authentication each time it is retrieved.
  • the method according to the invention permits the use of the IT system which may already be present for identification solutions based on optical codes.
  • the method according to the invention allows a slow migration from a pure identification solution to a combined one Identification / authentication solution. Because the identifier according to the invention can also be used for pure identification, whereby existing detection system for optical codes can be used.
  • a user of the method according to the invention can gradually substitute the existing optical code identification systems with the detection systems of the present invention and extend the identification solution database with the ability to store and match authentication reference data sets.
  • the subject of the present invention is also a detection unit for the parallel identification and authentication of objects.
  • the detection unit comprises at least one source of coherent electromagnetic radiation, preferably with a wavelength between 300 nm and 1900 nm, particularly preferably in the range between 400 nm and 1000 nm, very particularly preferably in the range between 500 nm and 800 nm.
  • the coherent radiation source By means of the coherent radiation source the identifier or a part of the identifier is illuminated.
  • the geometry of the laser spot on the surface of the identifier is preferably elliptical or linear, wherein the longer axis of the ellipse or the line is preferably perpendicular to the relative direction of movement between detection unit and identifier.
  • the lengths of the axes of the ellipse are preferably between 1 .mu.m and 10 mm.
  • the detection unit according to the invention furthermore comprises at least one detector unit for recording the electromagnetic radiation returned by the identifier or a part of the identifier.
  • the at least one detector unit converts electromagnetic radiation into electronic signals.
  • a detector unit such as photodiodes or cameras (CCD, CMOS) into consideration.
  • the detection unit according to the invention preferably comprises at least one analog / digital converter (A / D converter), which converts analog electronic signals into digital electronic signals.
  • the detection unit preferably comprises at least one decoding module which converts the electronic signals into digital information.
  • the decoder module is usually a microprocessor.
  • FIG. 1 A particular embodiment of the device according to the invention is shown in FIG.
  • a laser (4-1) is used as a source of coherent electromagnetic radiation.
  • the coherent radiation (4-2) emitted by the laser is focused onto the surface of an identifier (4-5) by means of a mirror (4-3) and suitable lenses (4-4).
  • the mirror (4-3) is semi-permeable.
  • Identifier and detection unit are moved to each other (indicated by the vertical arrow next to the identifier).
  • the radiation returned by the identifier is directed to a detector (4-6) in which the conversion to an electronic signal occurs.
  • the electronic signal is processed by means of a signal filter so that two signals result, one signal contains predominantly information about the optical code and is used for identification and the other signal contains predominantly information about the scattering behavior and is used for authentication.
  • the signals are decoded in the decoding block (4-8).
  • the decoder module is connected to an external peripheral (not shown here) in which the decoded signals are further processed.
  • the movement may be performed so that the identifier is stationary and the detection unit is moved; However, the movement can also be carried out so that the detection unit is stationary and the identifier is moved.
  • FIG. 5 An example of such a scanning device is shown in Figure 5, where a mirror wheel is used: A laser (5-1) emits coherent electromagnetic radiation (5-2) through a mirror with hole (5-5) on a mirror wheel (5 -3). Rotation of the mirror wheel causes the electromagnetic radiation to sweep the identifier (5-4) longitudinally. The radiation returned by the identifier is directed to a detector (5-7) by means of suitable lenses (5-6). As an alternative to the mirror wheel, an oscillating or tilting mirror can also be used.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the detection unit according to the invention.
  • the previous embodiments ( Figure 4, Figure 5) came with a detector. However, it may be useful and useful to equip the detection unit according to the invention with a plurality of detectors. As already explained above and from FIG. 2, the variance of the scattering signal is less than the variance of the signal obtained by scanning the optical code. Additional detectors can be used to increase the signal-to-noise ratio. In addition, additional detectors allow a cross-correlation to be made between the signals measured at different detectors. The cross-correlation can be used for signal processing and detection of the signature, as described, for example, in WO 2005088533 (A1). In addition to the elements already known from FIG. 4, the embodiment in FIG.
  • the 6 has further detectors (6-1, 6-2) which are mounted at an angle laterally around the radiation incident on the identifier. These detectors are used to record the leakage signal used for authentication. Another detector (6-3) is used to record the signal for identification. Possibly. the detection unit has a signal filter (6-4), which frees the scattered signal largely from low frequencies, which result from the optical code. The decoding of the signals takes place in a decoding block (6-5). If necessary, the detector (6-3) can also be used to determine the scattered signal.
  • detectors can be mounted around the incident beam.
  • the detectors are preferably located within a plane together with the incident beam.
  • the detectors are preferably arranged in an angular range of 1 ° to 60 ° to the side of the incident beam.
  • FIG. 7 shows a further particular embodiment of the detection unit according to the invention.
  • the identifier is illuminated flat by means of an expanded laser beam (7-2).
  • the reflected by the identifier radiation is on one
  • Area sensor (7-4) passed.
  • surface sensors come e.g. Camera systems (CCD, CCD, etc.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • Detector system captures the entire measuring range of the identifier at once.
  • the signal is evaluated analogously to the example in FIGS. 2 and 3.
  • the positioning of the identifier relative to the detection unit can also be carried out electronically and / or by means of software with the aid of an area sensor.
  • the camera section ie the area which the area sensor detects, is larger than the identifier shown on the area sensor.
  • the surface sensor displays the optical code and its surroundings. The brightness differences are converted by the area sensor into electronic signals. Since the individual elements of the area sensor (called pixels) are individually addressable and readable, it is possible to read in which area of the camera section the optical code is imaged. Since the geometry of the identifier and the arrangement of the scattering area and code area on the identifier are known, it can be calculated which pixels of the area sensor have to be read in order to determine the signal from the scattering area.
  • the detection unit according to the invention can also be obtained by combining elements from the embodiments of FIGS. 4, 5, 6 and 7. So it is e.g. possible, in a detection unit according to the invention, an area detector, e.g. to combine with a photodiode.
  • the area detector is used for rapid identification and positioning of identifier and detection unit to each other, since the area detector detects the identifier as a whole and thus no movement of the identifier and detection unit to each other must be performed.
  • the scattering range of the identifier is scanned by laser and the scattering behavior is detected.
  • a laser is not necessarily required for identification, so that the detection unit according to the invention can be used, for example. is equipped with LEDs (Light Emitting Diodes), which illuminate the identifier for detecting the optical code and / or positioning of the identifier, in particular the scattering range relative to the detection unit, while a laser is used only for authentication.
  • the detection unit according to the invention has a housing to protect the components from contamination.
  • at least one fixed element is inserted into the housing, through which the electromagnetic detection beam can exit and reach the identifier.
  • the radiation returned by the identifier can preferably pass through the same window into the housing and onto the detector.
  • the identifier for identification and / or authentication is positioned manually to the window.
  • markings on or on the housing or on or in the window can be used.
  • the identifier remains stationary relative to the window and the housing while the detection unit and / or the electromagnetic radiation is moved within the housing.
  • no movement is necessary. It is conceivable to introduce several detection units side by side into the housing, in order to increase the signal / noise ratio or to be able to carry out a faster identification and / or authentication.
  • the detection unit according to the invention is preferably connected to a periphery in which the decoded signals are further processed.
  • the connection to the periphery can be connected electronically via cable, via radio, optically, acoustically or via another channel of the signal transmission.
  • the periphery preferably comprises a database with stored signatures and / or identification codes. It further preferably comprises components (microprocessors) for matching between the already recorded at an earlier time signatures and currently detected signatures. It also preferably comprises further data that can be assigned to the identification codes.
  • the periphery includes the possibility of providing information to a user by means of optical and / or acoustic and / or other human senses responsive signals.
  • the inventive method and erf Er chargedndungswashe detection unit are suitable for the identification and / or authentication of persons, animals and all conceivable items such as packaging, letters, parcels, documents, money, identity cards, jewelry, medicines, electronic and mechanical components, intermediates, end products, more Valuables, etc.
  • the invention is characterized by a high degree of robustness, is stationary and mobile applicable, intuitive, inexpensive to manufacture and use and allows the combination with existing methods for identification using optical codes.
  • FIG. 1 shows an identifier having a code area (1-1) and a spreading area (1-2).
  • Code area (1-1) and spreading area (1-2) may be separate (Fig. L (a)), they may partially overlap (Fig. L (b)), and one area may completely cover the other area (Fig l (c) and Fig. l (d)).
  • FIG. 2 (a) shows the signal (2-3) measured on a detector in the form of a brightness curve generated by electromagnetic radiation emitted by the light source
  • Figure 2 (c) indicates the signal (2-6) measured on a detector in the form of a brightness curve generated by coherent electromagnetic radiation reflected from an area (2-5) of the identifier in which code area and Overlap scatter area.
  • FIG. 3 shows the effect of signal filtering.
  • the signal (3-1) measured at a detector which is generated by coherent electromagnetic radiation reflected from a region of the identifier in which the code area and the scattering area overlap, is largely filtered by signal filtering from the low-frequency components, that of the optical code come, free (3-2).
  • FIG. 4 shows a detection unit comprising a source (4-1) which generates coherent electromagnetic radiation (4-2), a semitransparent mirror (4-3), lenses (4-4) for focusing the electromagnetic radiation onto an identifier (FIG. 4-5), a detector (4-6), a signal filter (4-7) and a decoder module (4-8).
  • FIG. 5 shows a detection unit consisting of a source (5-1) which generates coherent electromagnetic radiation (5-2), a mirror with hole (5-5), lenses for focusing (5-6), a detector (5-5), 7) and a mirror wheel (5-3) which scans the electromagnetic radiation via the identifier (5-4).
  • FIG. 6 shows a detection unit with analog components, as in the example of FIG. 4, and additionally two detectors (6-1, 6-2) which are mounted laterally around the beam incident on the identifier.
  • the detectors (6-1, 6-2) serve to receive the scattered signal, while the detector (6-3) serves to record the identification signal.
  • signal filters (6-4) and decoding devices (6-5) are incorporated to process the signals.
  • FIG. 7 shows a detection unit consisting of a source (7-1) for coherent electromagnetic radiation (7-2) which illuminates the identifier areally (7-3).
  • a source (7-1) for coherent electromagnetic radiation (7-2) which illuminates the identifier areally (7-3).
  • Area detector (7-4) serves to receive the radiation returned by the identifier, with a mapping of the identifier to the area detector.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung und Authentifizierung eines Objekts dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt einen Identifikator mit einem Codebereich und einem Streubereich umfasst, der zur Authentifizierung und / oder Identifizierung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, derart, dass die vom Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur parallelen Identifizierung und Authentifizierung eines Objekts.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur parallelen Identifizierung und Authentifizierung von Objekten. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, mit der Objekte identifiziert und / oder authentifiziert werden können.
Die automatisierte Erkennung von Objekten mittels optischer Methoden ist nach dem Stand der Technik bekannt. Jedem geläufig sind z.B. Strichcodes, die auf Waren und / oder Verpackungen aufgebracht sind, und die eine maschinelle Identifizierung der Waren zur Ermittlung z.B. des Preises erlauben.
Ein bekannter Vertreter der Strichcodes ist der Code EAN 8, der in der internationalen Norm ISO/IEC 15420 definiert ist. Er kodiert eine Folge von 8 Ziffern in Form von verschieden breiten Balken und Lücken. In der Regel werden die Balken mit einer schwarzen Druckfarbe auf einen weißen Träger, z.B. die Verpackung des zu kennzeichnenden Objekts oder auf das Objekt selbst gedruckt. Beim maschinellen Lesen des Codes wird er mittels einer geeigneten Lichtquelle abgetastet und das reflektierte Licht mit einem Detektor aufgefangen. Da die dunklen Balken weniger Licht reflektieren als die hellen Lücken, weist der reflektierte Lichtstrahl entsprechende Helligkeitsunterschiede auf, die vom Detektor erfasst und in elektronische Signale umgewandelt werden. Die Auswertung der elektronischen Signale erfolgt mittels Mikroprozessoren. In der Regel wird über einen Ausgangskanal die dekodierte Ziffernfolge ausgegeben.
Neben dem beschriebenen Code EAN 8 gibt es zahlreiche weitere Strichcodes, die neben Ziffern auch Buchstaben, Sonderzeichen und Steuerzeichen kodieren. Ferner enthalten einige Codes Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturzeichen, die es erlauben, Fehler in der Signalübertragung zu erkennen und teilweise sogar zu korrigieren.
Eine Weiterentwicklung der Strichcodes stellen die 2D-Codes dar, in denen die Information nicht nur eindimensional, sondern in zwei Dimensionen optisch kodiert ist. Eine Untergruppe der 2D-Codes bilden die so genannten Matrix-Codes. Ein bekannter Vertreter ist z.B. der Data Matrix Code, der in der internationalen Norm ISO/IEC 16022 definiert ist. Der Vorteil der Matrix-Codes liegt in ihrer höheren Informationsdichte. Je nach Größe des Data Matrix Codes lassen sich bis zu 2334 ASCII-Zeichen (sieben Bit), 1558 erweiterte ASCII-Zeichen (acht Bit) oder 3116 Ziffern kodieren. Während Strichcodes beim Lesen in der Regel mit einem fokussierten Lichtstrahl abgetastet werden, werden für das Auslesen von Matrix-Codes Kamera-Systeme verwendet. Daher verfügen Matrix-Codes über so genannte „Finder Pattern" zur Orientierung des Lesegeräts.
Im Folgenden seien Strichcodes, 2D-Codes und Matrix-Codes unter dem Oberbegriff optische Codes zusammengefasst. Optische Codes lassen sich einfach und äußerst kostengünstig erstellen (Druck) und sind schnell und robust in der Erfassung. Sie sind zur Identifizierung von Objekten ideal geeignet. Insbesondere sind optische Codes für die Objektverfolgung (track & trace) geeignet. Dabei wird einem Objekt eine Nummer zugeordnet, sodass das Objekt an jeder Station in der Logistikkette identifiziert und damit die Bewegung des Objekts von einer Station der Logistikkette zu einer anderen verfolgt werden kann.
Optische Codes lassen sich jedoch einfach kopieren und reproduzieren und fälschen, sodass sie zu einer Authentifizierung von Objekten nicht herangezogen werden können.
Es gibt jedoch Objekte, bei denen der Wunsch besteht, die individuellen Objekte zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkennen und ihre Echtheit (Authentizität) nachweisen zu können. Ein einfaches Beispiel sind Ausweise. Ein Ausweis sollte einzigartig sein. Im Rahmen der zunehmenden Automatisierung sollte die Einzigartigkeit eines Ausweises maschinell erfassbar sein.
RFID-Chips sind hierzu in der Lage. Sie enthalten einen geheimen Schlüssel, der von außen nicht auslesbar ist. Bei der Kommunikation mit dem RFID-Chip werden Nachrichten vom Chip mit dem geheimen Schlüssel verschlüsselt. Die Nachrichten können mit dem korrespondierenden öffentlichen Schlüssel entschlüsselt werden. Da aber der geheime Schlüssel nicht zugänglich ist, lässt sich ein Duplikat oder ein Dummy (Fälschung) nur sehr schwer bereitstellen. Somit ist es prinzipiell möglich, durch das Anbringen von RFBD-Chips an Objekten, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Objekte zu identifizieren und zu authentifizieren. Es gibt jedoch viele Objekte, die sich aus technischen und / oder ökonomischen Gründen nicht mit einem RFID-Chip ausstatten lassen. RFID-Chips sind beispielsweise bruchanfällig und anfällig gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. RFID-Chips sind um ein Vielfaches teurer als gedruckte - -
optische Codes. Ferner häufen sich in letzter Zeit die Meldungen über gefälschte oder nachgeahmte RFED-Chips.
In WO 2005088533(Al) ist ein Verfahren beschrieben, das zur Identifizierung und Authentifϊzierung eines Objekts ohne einen zusätzlichen Datenträger (optischer Code, RFID-Chip) auskommt und Objekte anhand ihrer Oberflächenbeschaffenheit eindeutig zuordnen lässt. Hierbei wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Objekts fokussiert, über die Oberfläche bewegt (scanning) und mittels Photodetektoren die an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche unter verschiedenen Winkeln unterschiedlich stark gestreuten Strahlen detektiert. Die erfasste Streustrahlung ist charakteristisch für eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und lässt sich nur sehr schwer nachmachen, da sie auf Zufälligkeiten bei der Herstellung zurückzuführen ist. Zum Beispiel weisen papierartige Objekte eine herstellungsbedingte Faserstruktur auf, die für jedes hergestellte Objekt einzigartig ist. Die Streudaten zu den einzelnen Objekten werden in einer Datenbank gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt das Objekt authentifizieren zu können. Hierzu wird das Objekt erneut vermessen und die Streudaten mit den gespeicherten Referenzdaten verglichen.
Nachteilig ist, dass eine umfangreiche Datenbank für die Streudaten aller erfassten Objekte angelegt werden muss. Die Datenbank muss auf der einen Seite eine hohe Speicherkapazität aufweisen, um die hohen Datenmengen von Streudaten einer großen Zahl von Objekten speichern zu können. Auf der anderen Seite muss die Zugriffszeit auf die Daten in der Datenbank schnell sein, da die erfassten Streudaten für eine Authentifϊzierung mit allen Referenzdaten in der Datenbank verglichen werden müssen (Abgleich), um den richtigen Datensatz zu finden. Aufgrund von Positionier- ungenauigkeiten bei der Erfassung, aufgrund von im Laufe der Zeit leicht verändertem Streuverhalten des Objekts (aufgrund von Verschmutzung, Abnutzung, etc.) und aufgrund von technischen Abweichungen bei verschiedenen Erfassungsgeräten sind die erfassten Streudaten eines Objekts niemals absolut identisch sondern weisen Variationen auf. Daher ist es erforderlich, einen Abgleich mit allen Referenzdaten vorzunehmen, um den Datensatz mit der höchsten Übereinstimmung zu finden. Ferner muss die Positionierung des Objekts unterhalb des Erfassungsgerätes hinreichend genau sein, damit eine hinreichend genaue Übereinstimmung beim Abgleich erzielt wird. Vereinfacht ausgedrückt muss sichergestellt werden, dass der Bereich, der zur Authentifizierung herangezogen wird, immer derselbe ist. Das bedeutet, dass das Objekt in Bezug zum Erfassungsgerät positioniert werden muss. Die Positioniergenauigkeit ist wesentlicher höher als bei der Erfassung von optischen Codes, wie man sich schnell an dem Vergleich der Dimensionen der Balken und Lücken beim Strichcode mit den Dimensionen bei Streuzentren eines papierartigen Objekts verdeutlichen kann. Eine höhere Positioniergenauigkeit bedeutet jedoch nichts anderes als eine längere Zeit zur Erfassung eines Objekts (Zeit zur Messvorbereitung + Messzeit). Während optische Codes nur in das optische Blickfeld eines Scanners gebracht werden müssen, muss ein Objekt zur Erfassung seines Streuverhaltens im Fall der WO 2005088533(Al) gegenüber der Erfassungseinheit genau ausgerichtet und fixiert werden.
Aufgrund der oben genannten Nachteile eignet sich das Verfahren aus WO 2005088533(Al) nur sehr begrenzt für die Identifizierung und Verfolgung von Objekten. Identifizierungslösungen basierend auf der Erfassung optischer Codes sind fest etabliert. Damit ist eine IT-Infrastruktur vorhanden, auf die das Verfahren aus WO 2005088533(Al) aus den oben genannten Gründen jedoch nicht zurückgreifen kann. Zur Nutzung des Verfahrens aus WO 2005088533(Al) wäre eine neue IT-Infrastruktur oder zumindest eine Erweiterung der bestehenden IT-Infrastruktur notwendig, was die Markteinführung des Verfahrens aus WO 2005088533(Al) erschwert (hohe Markteintrittsbarriere). Eine unmittelbare Migration von der etablierten Technologie (Identifizierung auf Basis der Erfassung optischer Codes) zur neuen Technologie (Identifizierung und Authentifizierung durch Erfassung des Streuverhaltens) ist nicht möglich.
Es lässt sich somit festhalten, dass es nach dem Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und zur Authentifizierung von Objekten gibt. Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung mittels optischer Codes sind jedoch aufgrund der einfachen Fälschbarkeit der zur Identifizierung herangezogenen Merkmale nicht zur Authentifizierung von Objekten geeignet. Umgekehrt ist das Authentifizierverfahren aus WO 2005088533(Al) zwar ideal für die Authentifizierung geeignet, es ist jedoch aufgrund der hohen Datenmengen und den damit verbundenen hohen Anforderungen an das IT- Backend-System (Datenbank, Netzwerk) sowie der hohen Anforderung an die Positionier- genauigkeit und der damit verbundenen hohen Dauer der Erfassung nicht für die Identifizierung und Objektverfolgung (track & trace) geeignet. Es stellt sich damit, ausgehend vom bekannten Stand der Technik, die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Identifizierung und Authentifizierung von Objekten ermöglicht und dabei nach Möglichkeit auf die bestehende IT-Infrastruktπr vorhandener Identifizierungslösungen zurückgreifen kann. Das Verfahren soll kostengünstig sein und eine geringe Markteintrittsbarriere aufweisen. Das Verfahren soll robust und durch einen Benutzer einfach zu handhaben sein. Nach Möglichkeit sollte das Verfahren keine Umgewöhnung beim Benutzer voraussetzen, sondern in seiner Ausführung bestehenden Verfahren ähnlich sein.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur parallelen Identifizierung und Authentifizierung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt einen
Identifikator mit einem Codebereich und einem Streubereich umfasst, der zur
Authentifizierung und / oder Identifizierung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, derart, dass die vom Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur
Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird.
Unter Identifizierung wird der Vorgang verstanden, der zum Erkennen einer Person oder eines Objektes dient. Ist ein Objekt oder eine Person erkannt, kann sie zugeordnet werden oder es kann eine Zuordnung zu dem erkannten Objekt oder der erkannten Person vorgenommen werden. Z.B. kann einer identifizierten Ware (Objekt) ein Preis oder sein Bestimmungsort zugeordnet werden. Die Identifizierung erfolgt anhand von die Person oder das Objekt kennzeichnenden und von anderen Personen oder Objekten unterscheidenden Merkmalen.
Unter Authentifizierung wird der Vorgang der Überprüfung (Verifikation) einer behaupteten Identität verstanden. Die Authentifizierung von Objekten, Dokumenten oder Daten ist die Feststellung, dass diese authentisch sind - es sich also um ein unverändertes, nicht kopiertes Original handelt.
Wie die Identifizierung erfolgt auch die Authentifizierung anhand von die Person oder das
Objekt kennzeichnenden und von anderen Personen oder Objekten unterscheidenden
Merkmalen. Im Unterschied zur Identifizierung sind die Merkmale, die zur Authentifizierung herangezogen werden, vorzugsweise nicht übertragbar, nicht kopierbar und nicht falschbar. Aus den physikalischen Merkmalen werden mittels physikalischer Methoden eindeutige, elektronisch verarbeitbare Daten ermittelt, damit Objekte maschinell erfasst und zugeordnet werden können. Im Folgenden werden die Merkmalsdaten, die zur Identifizierung dienen, als Identifizierungscode und die Merkmalsdaten, die zur Authentifi- zierung dienen, als Signatur bezeichnet.
Unter paralleler Identifizierung und Authentifizierung wird verstanden, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl zur Identifizierung oder zur Authentifizierung, als auch zur kombinierten, d.h. nacheinander erfolgenden Identifizierung und Authentifizierung, als auch zur simultanen, d.h. gleichzeitig erfolgenden Identifizierung und Authentifizierung eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass elektromagnetische Strahlung auf ein zu identifizierendes und / oder zu authentifizierendes Objekt geleitet wird und das vom Objekt zurückgesandte Signal analysiert und ausgewertet wird. Die Bestrahlung des Objekts und die Auswertung der vom Objekt zurückgesandten Strahlung erfolgt durch eine Erfassungseinheit, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.
Für die Authentifizierung des Objekts wird bevorzugt kohärente elektromagnetische Strahlung verwendet.
Das Objekt umfasst einen Identifikator. Der Identifikator dient zur Identifizierung und / oder Authentifizierung des Objekts. Er ist mit dem Objekt untrennbar verbunden. Bei dem Versuch, den Identifikator vom Objekt zu trennen, wird der Identifikator unbrauchbar, d.h. er kann nicht mehr zur Identifizierung und / oder Authentifizierung des Objekts herangezogen werden. Der Identifikator umfasst einen Bereich, der mit einem optischen Code versehen ist - im Folgenden als Codebereich bezeichnet - und einen Bereich zur Erfassung des Streuverhaltens — im Folgenden als Streubereich bezeichnet. Streubereich und Codebereich können örtlich getrennt voneinander, d.h. nebeneinander vorliegen, sie können sich teilweise überlappen oder ein Bereich kann den anderen Bereich vollständig überlappen (siehe Figur 1). Der Identifikator ist bevorzugt ebenmäßig ausgeführt.
Erfindungsgemäß dient der Codebereich der Identifizierung des Objekts, während der
Streubereich der Authentifizierung dient. Der Identifikator kann ein Element sein, das mit dem Objekt verbunden wird. Er kann aber auch Teil des Objekts selbst sein. Insofern ist der Begriff Identifikator eher abstrakt als gegenständlich zu verstehen. Gilt es z.B. ein Medikament zu identifizieren und / oder zu authentifizieren, ist dieses in der Regel in eine Verpackung eingebracht. In dem Fall kann ein Teil der Verpackung als Identifikator verwendet werden. Dazu wird auf einen Bereich der Verpackung ein optischer Code aufgebracht und ein Bereich definiert, der zur Ermittlung des Streuverhaltens und somit zur Ermittlung der Signatur herangezogen wird. Der Streubereich muss als solcher nicht gekennzeichnet werden, d.h. er muss nicht z.B. durch eine optische Markierung gekennzeichnet werden, denn die Position des Streubereichs lässt sich relativ zur Position des optischen Codes eindeutig festlegen und wiederfinden. Es ist z.B. auch denkbar, dass der Identifikator Teil einer elektronischen Platine ist, auf der ein optischer Code aufgedruckt oder in der ein optischer Code eingestanzt ist. Es ist z.B. auch denkbar, dass der Identifikator ein Etikett ist, das einen aufgedruckten optischen Code trägt und das bereits einmal zur Ermittlung des Streuverhaltens erfasst worden ist. In dem Fall ist das Etikett authentisch und wird mit einem Objekt bevorzugt untrennbar verbunden, wodurch das Objekt selbst authentifizierbar wird. Der Streubereich des Identifikators weist bevorzugt eine durch die Herstellung und / oder Verarbeitung bedingte Oberflächenstruktur auf, die charakteristisch und schwer falschbar und schwer nachahmbar ist. Bevorzugt wird als Material für den Streubereich ein Faserstoff wie Papier, Pappe oder Textil verwendet. Streubereich und Codebereich können aus verschiedenen Materialien bestehen. Sie können einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Bevorzugt bestehen Codebereich und Streubereich aus demselben Material. Der Identifikator ist bevorzugt einstückig ausgeführt.
Der Identifikator weist bevorzugt eine Größe von 0,1 cm2 bis 100 cm2 auf, besonders bevorzugt eine Größe von 0,5 cm2 bis 30 cm2.
Als optischer Code kommt jeder optisch, maschinell auslesbare Code in Frage, z.B. Strichcodes, gestapelte Codes, Matrix-Codes, OCR-Text (OCR = Optical Character Recognition). Die Größe des optischen Codes ergibt sich aus der jeweiligen Spezifikation für den Code.
Der auf den Identifikator geleitete elektromagnetische Strahl wird vom Identifikator zum
Teil reflektiert. Die reflektierte Strahlung wird mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und analysiert. Je nachdem, ob die elektromagnetische Strahlung den
Codebereich oder den Streubereich oder beide trifft, enthält die reflektierte Strahlung Informationen zur Identifizierung oder zur Authentifizierung oder zur Identifizierung und Authentifizierung. Dies sei an dem in Figur 2 dargestellten Beispiel verdeutlicht. Figur 2(a) zeigt das an einem Detektor gemessene Signal (2-3) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die vom Codebereich (2-1) reflektiert wird. Die dunklen Balken des optischen Codes in Figur 2(a) absorbieren einen Großteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung; nur ein geringer Teil wird reflektiert; dementsprechend ist das am Detektor gemessene Signal (2-3) an diesen Stellen gering. Die hellen Lücken des optischen Codes in Figur 2(a) reflektieren einen Großteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung; dementsprechend ist das am Detektor gemessene Signal (2-3) an diesen Stellen hoch.
Figur 2(b) zeigt das an einem Detektor gemessene Signal (2-4) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die vom Streubereich (2-2) reflektiert wird. Der Streubereich (2-2) weist eine hohe Dichte an Streuzentren auf, die bei Bestrahlung mit kohärenter Strahlung zu einer Überlagerung von Speckies und diffuser Streuung führen. Das Signal (2-4), das durch Bestrahlung des Streubereichs (2-2) verursacht wird, weist eine geringere Varianz auf als das Signal (2-3), das durch Bestrahlung des Codebereichs (2-1) verursacht wird.
Beide Signale beinhalten Informationen. Führt man eine Fourier-Transformation der Signale durch, erkennt man, dass das Signal (2-3) vom Codebereich durch niedrigere Frequenzen bestimmt wird, während das Signal (2-4) vom Streubereich durch höhere Frequenzen bestimmt wird.
Das Signal (2-3) vom Codebereich wird bevorzugt zur Identifizierung des Objekts herangezogen, während das Signal (2-4) vom Streubereich bevorzugt zur Authentifizierung herangezogen wird. Das vom Codebereich und / oder Streubereich reflektierte Signal wird auf mindestens einen Detektor geleitet, wo das elektromagnetische Signal in ein elektronisches Signal umgewandelt wird. Es erfolgt anschließend gegebenenfalls eine Signalfilterung und die Dekodierung des Signals. Die Dekodierung des Streusignals bzw. die Ermittlung einer Signatur aus dem Streusignal erfolgt zum Beispiel in der in WO 2005088533(Al) und / oder der in WO2006016114(Al) beschriebenen Art und Weise. Bevorzugt kann dabei ein Fourier-transformiertes Signal zur Ermittlung der Signatur verwendet werden, da die Fourier-Transformation eine translatorische Invarianz aufweist - -
und damit eine höhere Positioniertoleranz gegeben ist. Die Dekodierung des Signals vom optischen Code erfolgt in der für den jeweiligen optischen Code bekannten Weise. Hier sei auf die umfangreiche Literatur zur Dekodierung von optischen Codes verwiesen (z.B. C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrielle Bildverarbeitung, Springer- Verlag, 1998, S. 133 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff).
Der Identifikator kann zur Identifizierung und / oder Authentifϊzierung durch einen elektromagnetischen Strahl punktförmig oder linienförmig abgerastert oder flächenhaft bestrahlt werden.
hi einer Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Verfahrens, werden die Signale vom Codebereich und Streubereich simultan, d.h. gleichzeitig erfasst. Bevorzugt wird hierfür ein Identifikator verwendet, bei dem sich Codebereich und Streubereich überlappen (siehe z.B. Figur l(c), l(d)). In diesem Fall überlappen sich auch die Signale, wie in Figur 2(c) an einem Beispiel verdeutlicht ist. Figur 2(c) zeigt das an einem Detektor gemessene Signal (2-6) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die von einem Bereich (2-5) des Identifikators reflektiert wird, in dem sich Codebereich und Streubereich überlappen. Das Signal ist eine Überlagerung der Signale aus Figur 2(a) und 2(b). Dementsprechend weist das Signal Informationen zur Identifizierung und zur Authentifizierung auf. Da das Signal (2-6) durch die Signalanteile vom Codebereich dominiert wird, kann ein Signalfilter eingesetzt werden, der die niedrigeren Frequenzanteile des Signals vom Codebereich herausfiltert (Figur 3). Das Ergebnis ist ein Signal (3-2), das zwar immer noch durch das Signal vom Codebereich gekennzeichnet ist, das aber zur Authentifizierung herangezogen werden kann. Dadurch, dass die schwarzen Balken des Codebereichs in Figur 2(c) den Großteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung absorbieren, ist in diesem Bereich auch das Streusignal sehr gering. Daher kann man das vom Codebereich stammende Signal auch in dem gefilterten Signal (3-2) in Figur 3 noch erkennen. Die Tatsache, dass der größte Teil des Lichts im Bereich der dunklen Anteile eines optischen Codes absorbiert wird und daher diese Anteile nur einen geringen Beitrag zum Streusignal liefern, führt dazu, dass der Informationsgehalt zur Authentifizierung geringer ist. Ein geringerer Anteil des Informationsgehalts führt dazu, dass prinzipiell weniger Objekte anhand des Streusignals eindeutig unterscheidbar sind. Es kann also zur Erhöhung der Sicherheit sinnvoll und / oder erforderlich sein, dass sich Streubereich und Codebereich wenig oder gar nicht überlappen. Bevorzugt sind Streubereich und Codebereich so zueinander angeordnet, dass das Signal vom Codebereich zur Positionierung und / oder Positionsbestimmung des Identifikators in Bezug zur Erfassungseinheit verwendet werden kann. Aufgrund der groben Strukturen des Codebereichs, die für das menschliche Auge sichtbar sind, ist eine manuelle Positionierung des Identifikators in Bezug zur Erfassungseinheit anhand der Strukturen des Codebereichs leicht möglich. Aufgrund der feineren Strukturen, die zur Authentifizierung herangezogen werden, ist eine höhere Positioniergenauigkeit des Identifikators in Bezug zur Erfassungseinheit nötig.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, das der Codebereich zur manuellen und / oder automatischen Positionierung und / oder Positionsbestimmung herangezogen wird.
Dies kann in zwei Schritten geschehen. Zunächst werden Identifikator und Erfassungseinheit manuell zueinander positioniert, wobei der optische Code auf dem Codebereich des Identifikators oder ein Teil des optischen Codes an einer Markierung an der Erfassungseinheit ausgerichtet oder mit einer Markierung der Erfassungseinheit zur Deckung gebracht wird. Falls erforderlich, erfolgt in einem zweiten Schritt eine automatisierte Feinpositionierung derart, dass der Codebereich oder ein Teil des Codebereichs bestrahlt wird und das vom Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte Signal analysiert wird. Anhand des ausgewerteten Signals wird ein Aktuator angesteuert, der Identifikator und Erfassungseinheit hinreichend genau zueinander positioniert.
Die Positioniergenauigkeit spielt für zwei Prozesse, die miteinander im Zusammenhang stehen, eine wichtige Rolle: die Ersterfassung und die Authentifizierung.
Bei der Ersterfassung gilt es, Identifikator und Erfassungseinheit so zueinander zu positionieren, dass ein optimales Signal-/Rauschverhältnis am Detektor erzielt wird. Aus dem Signal am Detektor wird nämlich eine Signatur ermittelt, die für alle zukünftigen Authentifizierungsprozesse als Referenz verwendet wird. Je besser das Signal- /Rauschverhältnis bei der Ersterfassung ist, desto sicherer lässt sich dieses Objekt zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkennen bzw. von anderen Objekten unterscheiden, bzw. lassen sich andere Objekt von diesem Objekt unterscheiden. Die optimale Position ist maßgeblich von der konkreten Ausführung der Erfassungseinheit, des Objekts sowie des Identifikators abhängig. Zur Positionsoptimierung bei der Ersterfassung sei auf die Beschreibungen in WO 2005088533(Al) und WO2006016114(Al) verwiesen. Bevorzugt sollte der Identifikator eben ausgeführt sein. Die elektromagnetische Strahlung zur Erfassung des Identifikators sollte bevorzugt senkrecht auf die Ebene des Identifikators fallen. Bei der relativen Bewegung zwischen Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, bei der verschiedene Bereiche des Identifikators erfasst werden, sollte der senkrechte Einfall beibehalten werden. Das Maß der Verkippung der Identifikatorebene gegenüber der einfallenden Strahlung sollte kleiner als 10° betragen. Bevorzugt sollte die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung in einem Winkelbereich um ±1° bis ±60° um die einfallende Strahlung erfasst werden. Der Abstand zwischen Identifikator und Erfassungseinheit entlang der senkrechten Z-Achse der einfallenden Strahlung sollte bevorzugt zwischen 0,5 mm und 30 cm liegen. Die Erfassung wird bevorzugt entlang einer Geraden in der Identifikatorebene ausgeführt. Die Länge dieser Geraden entspricht der Länge des erfassten Bereichs in X-Richtung und beträgt bevorzugt zwischen 1 mm und 30 cm. Die senkrecht auf der X-Achse stehende Y-Achse, die ebenfalls in der Identifikatorebene liegt, gibt die zweite Dimension des erfassten Bereichs an. Die Größe des erfassten Bereichs entlang der Y-Achse ist abhängig von der Spotgröße des Lasers und sie ist davon abhängig, ob eine Erfassung nur in einer Richtung (X) oder auch in einer zweiten Richtungen (Y) vorgenommen wird.
Bei der (späteren) Authentifizierung sollte die Lage von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander nach Möglichkeit die gleiche sein, wie bei der Ersterfassung. Geringe Abweichungen sind immer gegeben, da das Objekt im Laufe der Zeit Veränderungen unterworfen sein kann und Erfassungseinheiten niemals absolut identisch gebaut sind, sondern Fertigungsabweichungen aufweisen. Je höher die Übereinstimmung der Lage ist, desto sicherer lässt sich eine Aussage darüber treffen, ob das erfasste Objekt mit einem bereits früher erfassten Objekt identisch ist oder nicht. Nach Möglichkeit sollte die Lage des Identifikators bei der Authentifizierung (X, Y, Z-Koordinaten) gegenüber der Lage des Identifikators bei der Ersterfassung um weniger als 1 cm, bevorzugt um weniger als 5 mm, besonders bevorzugt um weniger als 1 mm abweichen. Der Identifikator sollte gegenüber der Lage bei der Ersterfassung um weniger als 10° gekippt sein (um die X- Achse bzw. um die Y-Achse) sowie um weniger als 10° gedreht sein (um die Z-Achse). Je nach Aufgabe, für die das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, ergeben sich verschiedene Abläufe:
1. reine Identifizierung:
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur reinen Identifizierung von Objekten eingesetzt werden:
a. Manuelle und / oder ggf. automatische Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein Teil des optischen Codes vom Codebereich und / oder eine Markierung an der Erfassungseinheit vorzugsweise als Orientierungsmittel dienen,
b. Bestrahlung des Codebereichs mit elektromagnetischer Strahlung,
c. Erfassung der vom Codebereich zurückgesandten elektromagnetischen Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal,
d. ggf. Digitalisierung des elektronischen Signals, Dekodierung des digitalisierten Signals zur Ermittlung eines Identifizierungscodes,
e. ggf. Vergleich des Identifizierungscodes mit Identifizierungscodes, die in einer Datenbank gespeichert sind,
f. ggf. Ausgabe des Identifizierungscodes,
g. ggf. Ausgabe einer anderen Information, die mit dem Identifizierungscode in Zusammenhang steht (z.B. Preis einer Ware).
2. reine Authentifizierung
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur reinen Authentifizierung von Objekten eingesetzt werden:
a. Manuelle und / oder automatische Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein Teil des optischen Codes vom Codebereich und / oder eine Markierung der Erfassungseinheit vorzugsweise als Orientierungsmittel dienen,
b. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der Codebereich oder ein Teil des Codebereichs mit elektromagnetische Strahlung bestrahlt werden, das vom
Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte Licht mittels mindestens eines Detektors erfasst, analysiert und anhand des analysierten Signals ein Aktuator angesteuert wird, der eine Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vornimmt,
c. Bestrahlung des Streubereichs mit kohärenter elektromagnetischer
Strahlung,
d. Erfassung der vom Streubereich zurückgegebenen elektromagnetischen Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal,
e. ggf. Signalfilterung, insbesondere falls Codebereich und Streubereich teilweise oder ganz überlappen, um das Streusignal weitestgehend vom Codesignal zu befreien,
f. ggf. Digitalisierung und Dekodierung des Streusignals zur Ermittlung einer Signatur,
g. ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden,
h. ggf. Ausgabe von Informationen darüber, inwieweit die Signatur des Objekts mit einer der Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
3. kombinierte Identifizierung und Authentifizierung
Bei der kombinierten Identifizierung und Authentifizierung erfolgen eine Identifizierung und eine Authentifizierung des Objekts nacheinander. Bevorzugt erfolgt in einem ersten Schritt eine Identifizierung und in einem zweiten Schritt eine Authentifizierung:
a. Manuelle und / oder automatische Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein Teil des optischen Codes vom Codebereich und / oder eine Markierung der
Erfassungseinheit vorzugsweise als Orientierungsmittel dienen,
b. Bestrahlung des Codebereichs mit elektromagnetischer Strahlung,
c. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei das vom Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte Licht mittels mindestens eines Detektors erfasst, analysiert und anhand des analysierten Signals ein Aktuator angesteuert wird, der eine Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vornimmt,
d. Erfassen der vom Codebereich zurückgesandten elektromagnetischen Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal, ggf. Digitalisierung des elektronischen Signals, ggf. Dekodierung des digitalisierten Signals zur Ermittlung eines Identifizierungscodes, ggf. Vergleich des Identifizierungscodes mit Identifizierungscodes, die in einer Datenbank gespeichert sind, ggf. Ausgabe des Identifizierungscodes, ggf. Ausgabe einer anderen Information, die mit dem Identifizierungscode in Zusammenhang steht (z.B. Preis einer Ware),
e. Bestrahlung des Streubereichs mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung,
f. Erfassung der vom Streubereich zurückgegebenen elektromagnetischen
Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal, ggf. Signalfilterung, falls Codebereich und Streubereich teilweise oder ganz überlappen, um das Streusignal weitestgehend vom Codesignal zu befreien, ggf. Digitalisierung und Dekodierung des Streusignals zur Ermittlung einer Signatur, ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, ggf. Ausgabe von Informationen darüber, inwieweit die Signatur des Objekts mit einer der Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
4. simultane Identifizierung und Authentifizierung
Bei der simultanen Identifizierung und Authentifizierung erfolgen eine Identifizierung und eine Authentifizierung des Objekts gleichzeitig:
a. Manuelle und / oder automatische Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, wobei der optische Code oder ein Teil des optischen Codes vom Codebereich und / oder eine Markierung der Erfassungseinheit vorzugsweise als Orientierungsmittel dienen,
b. Bestrahlung des Codebereichs und Streubereichs mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung,
c. falls erforderlich, automatische Feinpositionierung von Identifikator und
Erfassungseinheit zueinander, wobei das vom Codebereich oder einem Teil des Codebereichs reflektierte Licht mittels mindestens eines Detektors erfasst, analysiert und anhand des analysierten Signals ein Aktuator angesteuert wird, der eine Feinpositionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vornimmt,
d. Erfassen der vom Codebereich und Streubereich zurückgesandten elektromagnetischen Strahlung mittels mindestens eines Detektors und Umwandlung des elektromagnetischen Signals in ein elektronisches Signal, ggf. Digitalisierung des Signals, ggf. Signalfilterung zur Ermittlung getrennter Signale für Identifizierung und Authentifizierung, ggf.
Digitalisierung der Signale, ggf. Dekodierung des Signals zur Identifizierung zur Ermittlung des Identifizierungscodes, ggf. Dekodierung des Signals zur Authentifizierung zur Ermittlung der Signatur, ggf. Ausgabe des Identifizierungscodes, ggf. Ausgabe einer anderen Information, die mit dem Identifizierungscode in Zusammenhang steht (z.B. Preis einer Ware), ggf. Abgleich der Signatur mit Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, ggf. Ausgabe von Informationen darüber, inwieweit die Signatur des Objekts mit einer der Signaturen von Objekten, die zu einem früheren Zeitpunkt erfasst wurden, übereinstimmt.
Es sei erwähnt, dass die Schritte in den oben aufgeführten Abläufen nicht notwendigerweise in der aufgeführten Reihenfolge erfolgen müssen. Insbesondere kann die Signalfilterung vor oder nach der Digitalisierung des elektronischen Signals erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Signalfilterung unter Verwendung elektronischer Schaltungen. Es werden beispielsweise Hochpassfilter und / oder Bandpassfilter eingesetzt. Die konkrete Auslegung des Signalfilters ist abhängig von der konkreten Ausführungsform der Erfindung. Hier sei auf Lehrbücher der Signalverarbeitung verwiesen (z.B. Martin Meyer, Signalverarbeitung, Analoge und digitale Signale, 4. Auflage, Vieweg- Verlag, 2006).
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens fließen die Informationen aus der Identifizierung in den Prozess der Authentifizierung mit ein. Der optische Code wird dekodiert. Die dekodierten Informationen geben Auskunft über die
Identität des Objekts. Zur Überprüfung der Identität ist es daher nicht notwendig, die aktuell erfasste Signatur mit allen in einer Datenbank gespeicherten Signaturen zu vergleichen. Die Information aus dem optischen Code erlaubt es, die Zahl der Signaturen, mit denen verglichen werden muss, auf wenige (weniger als 1000) Signaturen, im Idealfall auf eine einzige Signatur zu reduzieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereint die Vorteile der Identifizierung von Objekten durch Erfassung optischer Codes und der Authentifizierung von Objekten mittels Erfassung des Streuverhaltens. Darüber hinaus führt das erfindungsgemäße Verfahren zu synergistischen Effekten. Zunächst erlaubt das Vorhandensein des Codebereichs eine effektive und effiziente Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander. Durch den Codebereich ist es möglich, den zur Authentifizierung verwendeten Bereich bei jeder erneuten Erfassung stets aufzufinden. Des Weiteren erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Nutzung des für Identifizierungslösungen anhand optischer Codes ggf. bereits vorhandenen IT-Systems. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine langsame Migration von einer reinen Identifizierungslösung hin zu einer kombinierten Identifizierungs-/Authentifizierungslösung. Denn der erfindungsgemäße Identifikator kann auch zur reinen Identifizierung eingesetzt werden, wobei auch bestehende Erfassungssystem für optische Codes verwendet werden können. Somit kann ein Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens die bestehenden Erfassungssysteme für die Identifizierung anhand optischer Codes allmählich durch die erfindungsgemäßen Erfassungssysteme substituieren und die Datenbank für Identifizierungslösungen um die Möglichkeit zur Speicherung und zum Abgleich von Authentifizierungs- Referenzdatensätzen erweitern.
Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung einer einzigen Erfassungseinheit für die Identifizierung und Authentifizierung, ggf. sogar für eine simultane Identifizierung und Authentifizierung. Die Erfassungseinheit ist im Folgenden näher beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Erfassungseinheit zur parallelen Identifizierung und Authentifizierung von Objekten.
Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst mindestens eine Quelle für kohärente elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 1900 nm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 400 nm und 1000 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 500 nm und 800 nm. Mittels der kohärenten Strahlungsquelle wird der Identifikator oder ein Teil des Identifikators beleuchtet.
Die Geometrie des Laserspots auf der Oberfläche des Identifikators ist bevorzugt elliptisch oder linienförmig ausgeführt, wobei die längere Achse der Ellipse oder die Linie bevorzugt senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung zwischen Erfassungseinheit und Identifikator liegt. Die Längen der Achsen der Ellipse liegen bevorzugt zwischen 1 μm und 10 mm.
Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst weiterhin mindestens eine Detektoreinheit zur Aufnahme der von dem Identifikator oder einem Teil des Identifikators zurückgesandten elektromagnetischen Strahlung. Die mindestens eine Detektoreinheit wandelt elektromagnetische Strahlung in elektronische Signale um. Als Detektoreinheit kommen z.B. Photodioden oder Kameras (CCD, CMOS) in Betracht. Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst bevorzugt mindestens einen Analog/Digitalwandler (A/D-Wandler), der analoge elektronische Signale in digitale elektronische Signale umwandelt.
Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst bevorzugt mindestens einen Dekodierbaustein, der die elektronischen Signale in digitale Informationen überführt. Der Dekodierbaustein ist in der Regel ein Mikroprozessor.
Im Folgenden seien zur Verdeutlichung einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Erfassungseinheit dargestellt, ohne die Erfindung jedoch auf diese Ausführungsformen zu beschränken.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Figur 4 dargestellt. Als Quelle für kohärente elektromagnetische Strahlung wird ein Laser (4-1) verwendet. Die vom Laser emittierte kohärente Strahlung (4-2) wird mittels eines Spiegels (4-3) und geeigneter Linsen (4-4) auf die Oberfläche eines Identifikators (4-5) fokussiert. Der Spiegel (4-3) ist halbdurchlässig ausgeführt. Identifikator und Erfassungseinheit werden zueinander bewegt (angedeutet durch den senkrechten Pfeil neben dem Identifikator). Die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung wird auf einen Detektor (4- 6) geleitet, in dem die Umwandlung in ein elektronisches Signal erfolgt. Das elektronische Signal wird mittels eines Signalfilters so aufgearbeitet, dass zwei Signale resultieren, wobei ein Signal überwiegend Informationen über den optischen Code enthält und zur Identifierung herangezogen wird und das andere Signal überwiegend Informationen über das Streuverhalten enthält und zur Authentifizierung herangezogen wird. Die Signale werden im Dekodierbaustein (4-8) dekodiert. Der Dekodierbaustein ist mit einer externen Peripherie (hier nicht gezeigt) verbunden, in der die dekodierten Signale weiterverarbeitet werden.
Die Bewegung von Identifikator und Erfassungseinheit relativ zueinander erfolgt mittels eines Aktuators (hier nicht gezeigt). Die Bewegung erfolgt unter Einhaltung eines konstanten Abstands zwischen Identifikator und Erfassungseinheit. Als Akruatoren kommen elektrische Motoren wie Servomotoren, Schrittmotoren oder andere Motoren in Frage. Daneben kommen prinzipiell auch andere Akruatoren in Frage, die eine relative - 1 -
Bewegung von Identifkator und Erfassungeinheit zueinander ermöglichen, wie z.B. Piezoaktoren.
Die Bewegung kann so ausgeführt sein, dass der Identifikator ortsfest ist und die Erfassungseinheit bewegt wird; die Bewegung kann aber auch so ausgeführt sein, dass die Erfassungseinheit ortsfest ist und der Identifikator bewegt wird.
Es ist auch möglich, die Erfassungseinheit und den Identifikator unbewegt zu lassen, und den elektromagnetischen Strahl mittels einer Scanvorrichtung über den Identifikator zu führen. Ein Beispiel einer solchen Scanvorrichtung ist in Figur 5 gezeigt, wo ein Spiegelrad verwendet wird: Ein Laser (5-1) emittiert kohärente elektromagnetische Strahlung (5-2), die durch einen Spiegel mit Loch (5-5) auf ein Spiegelrad (5-3) geleitet wird. Die Rotation des Spiegelrads bewirkt, dass die elektromagnetische Strahlung den Identifikator (5-4) in Längsrichtung überstreicht. Die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung wird mittels geeigneter Linsen (5-6) auf einen Detektor (5-7) geleitet. Alternativ zum Spiegelrad kann auch ein Schwing- oder Kippspiegel verwendet werden. Ebenso ist es möglich, zwei Schwing- oder Kippspiegel zu kombinieren, die jeweils unabhängig voneinander bewegt werden, um den Identifikator nicht nur eindimensional sondern in zwei Dimensionen abzutasten. Genauso ist es denkbar, einen Schwing- oder Kippspiegel mit einem Spiegelrad zu kombinieren, um denselben Effekt der flächenhaften Abtastung des Identifikators zu erreichen. Natürlich können auch andere optische Elemente, die elektromagnetische Strahlung in geeigneter Weise ablenken können, zu diesem Zweck verwendet werden.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungseinheit gezeigt. Die bisherigen Ausführungsformen (Figur 4, Figur 5) kamen mit einem Detektor aus. Es kann aber sinnvoll und nützlich sein, die erfindungsgemäße Erfassungseinheit mit mehreren Detektoren auszustatten. Wie bereits oben erläutert und aus Figur 2 ersichtlich ist die Varianz des Streusignals geringer als die Varianz des Signals, das durch Abtastung des optischen Codes gewonnen wird. Zusätzliche Detektoren können zur Erhöhung des Signal- Rauschverhältnisses herangezogen werden. Daneben erlauben zusätzliche Detektoren die Durchführung einer Kreuzkorrelation zwischen den Signalen, die an verschiedenen Detektoren gemessen werden. Die Kreuzkorrelation kann zur Signalverarbeitung und Ermittlung der Signatur verwendet werden, wie z.B. in WO 2005088533(Al) ausgeführt ist. Zusätzlich zu den bereits aus Figur 4 bekannten Elementen verfugt die Ausführungsform in Figur 6 über weitere Detektoren (6-1, 6-2), die in einem Winkel seitlich um die auf den Identifikator einfallenden Strahlung angebracht sind. Diese Detektoren werden für die Aufnahme des Streusignals, das zur Authentifizierung herangezogen wird, verwendet. Ein weiterer Detektor (6-3) wird für die Aufnahme des Signals zur Identifizierung verwendet. Ggf. verfügt die Erfassungseinheit über einen Signalfilter (6-4), der das Streusignal weitestgehend von niedrigen Frequenzen, die vom optischen Code herrühren, befreit. In einem Dekodierbaustein (6-5) erfolgt die Dekodierung der Signale. Der Detektor (6-3) kann ggf. auch noch zur Ermittlung des Streusignals verwendet werden.
Neben den seitlich angebrachten Detektoren (6-1, 6-2) können weitere Detektoren um den einfallenden Strahl angebracht werden. Dabei liegen die Detektoren bevorzugt innerhalb einer Ebene zusammen mit dem einfallenden Strahl. Die Detektoren sind bevorzugt in einem Winkeibreich von 1 ° bis 60° seitlich des einfallenden Strahls angeordnet.
Figur 7 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. Der Identifikator wird mittels eines aufgeweiteten Laserstrahls (7-2) flächig beleuchtet. Die vom Identifikator zurückgeworfene Strahlung wird auf einen
Flächensensor (7-4) geleitet. Als Flächensensoren kommen z.B. Kamerasysteme (CCD,
CMOS) in Frage. Aber auch eine flächige Anordnung von Photodioden ist denkbar. Das
Detektorsystem erfasst den gesamten Messbereich des Identifikators auf einmal. Das Signal wird analog des Beispiels in den Figuren 2 und 3 ausgewertet.
Die Positionierung des Identifkators relativ zur Erfassungseinheit kann mit Hilfe eines Flächensensors auch elektronisch und / oder softwaretechnisch vorgenommen werden. Hierzu ist der Kameraausschnitt, d.h. der Bereich, den der Flächensensor erfasst, größer als der auf dem Flächensensor abgebildete Identifikator. Auf dem Flächensensor wird der optische Code sowie dessen Umgebung abgebildet. Die Helligkeitsunterschiede werden durch den Flächensensor in elektronische Signale überführt. Da die einzelnen Elemente des Flächensensors (Pixel genannt) einzeln addressbar und auslesbar sind, kann ausgelesen werden, in welchem Bereich des Kameraausschnitts der optische Code abgebildet wird. Da die Geometrie des Identifikators und die Anordnung von Streubereich und Codebereich auf dem Identifikator bekannt sind, kann berechnet werden, welche Pixel des Flächensensors ausgelesen werden müssen, um das Signal vom Streubereich zu ermitteln. Insbesondere ist es möglich, zur Authentifizierung nur die Pixel auszulesen und zur Ermittlung des Streuverhaltens heranzuziehen, die eine Mindesthelligkeit aufweisen. Es ist zum Beispiel möglich, die Pixel, auf die dunkle Bereiche des optischen Codes abgebildet werden, gar nicht zur Ermittlung des Streuverhaltens heranzuziehen, um das Problem der Signalfilterung zu umgehen.
Es sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Erfassungseinheit auch durch Kombination von Elementen aus den Ausführungsformen der Figuren 4, 5, 6 und 7 gewonnen werden kann. So ist es z.B. möglich, in einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit einen Flächendetektor z.B. mit einer Photodiode zu kombinieren. Der Flächendetektor dient der schnellen Identifikation und Positionierung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander, da der Flächendetektor den Identifikator als Ganzes erfasst und damit keine Bewegung von Identifikator und Erfassungseinheit zueinander vollzogen werden muss. In einem zweiten Schritt wird der Streubereich des Identifikators mittels Laser abgetastet und das Streuverhalten erfasst. Zur Identifizierung ist weiterhin nicht unbedingt ein Laser erforderlich, sodass die erfindungsgemäße Erfassungseinheit z.B. mit LED (Light Emitting Diodes) ausgestattet wird, die den Identifikator zur Erfassung des optischen Codes und / oder zur Positionierung des Identikators, insbesondere des Streubereichs relativ zur Erfassungseinheit, flächig beleuchten, während ein Laser nur für die Authentifizierung eingesetzt wird.
Bevorzugt verfügt die erfindungsgemäße Erfassungseinheit über ein Gehäuse, um die Komponenten vor Verschmutzung zu schützen. Bevorzugt ist in das Gehäuse mindestens ein Fester eingefügt, durch das der elektromagnetische Erfassungsstrahl austreten und auf den Identifikator gelangen kann. Ferner kann die vom Identifikator zurückgesandte Strahlung bevorzugt durch dasselbe Fenster in das Gehäuse und auf den Detektor gelangen.
Bevorzugt wird der Identifikator zur Identifikation und / oder Authentifikation manuell zum Fenster positioniert. Hierzu können Markierungen auf oder am Gehäuse oder auf oder im Fenster verwendet werden. Bevorzugt bleibt der Identifikator relativ zum Fenster und zum Gehäuse unbewegt, während die Erfassungseinheit und / oder die elektromagnetische Strahlung innerhalb des Gehäuses bewegt wird. Bei Verwendung ausschließlich eines Flächensensors als Detektoreinheit ist natürlich gar keine Bewegung nötig. Es ist denkbar, in das Gehäuse mehrere Erfassungseinheiten nebeneinander einzubringen, um das Signal/Rauschverhältnis zu erhöhen oder um eine schnellere Identifizierung und / oder Authentifizierung vornehmen zu können.
Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit ist bevorzugt mit einer Peripherie verbunden, in der die dekodierten Signale weiterverarbeitet werden. Die Verbindung mit der Peripherie kann elektronisch über Kabel, über Funk, optisch, akustisch oder über einen anderen Kanal der Signalübertragung verbunden sein. Die Peripherie umfasst bevorzugt eine Datenbank mit gespeicherten Signaturen und / oder Identifikationscodes. Sie umfasst weiterhin bevorzugt Bauelemente (Mikroprozessoren) zum Abgleich zwischen den bereits zu einem früheren Zeitpunkt erfassten Signaturen und aktuell erfassten Signaturen. Sie umfasst weiterhin bevorzugt weitere Daten, die den Identifikationscodes zugeordnet werden können. Bevorzugt umfasst die Peripherie die Möglichkeit, Informationen an einen Benutzer mit Hilfe optischer und / oder akustischer und / oder anderer die Sinne des Menschen ansprechenden Signale.
Es ist denkbar, Teile der Peripherie zusammen mit einer oder mehreren Erfassungseinheiten in ein Gehäuse einzubringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfϊndungsgemäße Erfassungseinheit eignen sich zur Identifizierung und / oder Authentifizierung von Personen, Tieren und allen denkbaren Gegenständen wie Verpackungen, Briefe, Pakete, Dokumente, Geld, Ausweise, Schmuck, Medikamente, elektronische und mechanische Bauteile, Zwischenprodukte, Endprodukte, weitere Wertgegenstände, etc.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus, ist stationär und mobil einsetzbar, intuitiv anwendbar, kostengünstig in der Herstellung und Verwendung und erlaubt die Kombination mit bereits existierenden Verfahren zur Identifikation anhand optischer Codes.
Figur 1 zeigt einen Identifikator mit einem Codebereich (1-1) und einem Streubereich (1- 2). Codebereich (1-1) und Streubereich (1-2) können getrennt voneinander vorliegen (Fig. l(a)), sie können sich teilweise überlappen (Fig. l(b)) und ein Bereich kann den anderen Bereich vollständig umfassen (Fig. l(c) und Fig. l(d)). Figur 2(a) zeigt das an einem Detektor gemessene Signal (2-3) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die vom
CnHehp.rp.irh O-Λ \ reflp.Vtiprt wirr) Fiσiir ?fl-Λ 7PiO+ ήac ar p'"Pf" TJWpVtQr "eniεSSεne
Signal (2-4) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die vom Streubereich (2-2) reflektiert wird. Figur 2(c) zeigt das an einem Detektor gemessene Signal (2-6) in Form einer Helligkeitskurve an, das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die von einem Bereich (2-5) des Identifikators reflektiert wird, in dem sich Codebereich und Streubereich überlappen.
Figur 3 zeigt die Wirkung einer Signalfilterung. Das an einem Detektor gemessene Signal (3-1), das durch kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, die von einem Bereich des Identifikators reflektiert wird, in dem sich Codebereich und Streubereich überlappen, wird durch Signalfilterung weitgehend von den niederfrequenten Anteilen, die vom optischen Code herrühren, befreit (3-2).
Figur 4 zeigt eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (4-1), die kohärente elektromagnetische Strahlung (4-2) erzeugt, einem halbdurchlässigen Spiegel (4-3), Linsen (4-4) zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung auf einen Identifikator (4-5), einem Detektor (4-6), einem Signalfilter (4-7) und einem Dekodierbaustein (4-8).
Figur 5 zeigt eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (5-1), die kohärente elektromagnetische Strahlung (5-2) erzeugt, einem Spiegel mit Loch (5-5), Linsen zur Fokussierung (5-6), einem Detektor (5-7) und einem Spiegelrad (5-3), welches die elektromagnetische Strahlung über den Identifikator (5-4) rastert.
Figur 6 zeigt eine Erfassungseinheit mit analogen Komponenten, wie im Beispiel von Figur 4 und zusätzlich zwei Detektoren (6-1, 6-2), die seitlich um den auf den Identifikator fallenden Strahl angebracht sind. Die Detektoren (6-1, 6-2) dienen der Aufnahme des Streusignals, während Detektor (6-3) der Aufnahme des Identifikationssignals dient. Wiederum sind Signalfilter (6-4) und Dekodierbaustein (6-5) zur Verarbeitung der Signale eingebracht.
Figur 7 zeigt eine Erfassungseinheit bestehend aus einer Quelle (7-1) für kohärente elektromagnetische Strahlung (7-2), welche den Identifikator flächig (7-3) beleuchtet. Ein - -
Flächendetektor (7-4) dient der Aufiiahme der vom Identifikator zurückgesandten Strahlung, wobei eine Abbildung des Identifikators auf den Flächendetektor erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Identifizierung und / oder Authentifizierung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt einen Identifikator mit einem Codebereich enthaltend mindestens einen optischen Code und mit einem Streubereich enthaltend eine Vielzahl von Streuzentren, umfasst, der zur Identifizierung und / oder
Authentifizierung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, wobei die vom Codebereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Identifizierung des Objekts und die vom Streubereich zurückgesandte elektromagnetische Strahlung zur Authentifizierung herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung kohärent ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Teil des Streubereichs mit einem Teil des Codebereichs überlappt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Codebereich innerhalb des Streubereichs liegt oder der Streubereich innerhalb des
Codebereichs liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator oder ein Teil des Identifikators mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung punkt- oder linienförmig abgetastet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikator oder ein Teil des Identifikators mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung flächig beleuchtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Identifizierung und Authentifizierung nacheinander erfolgen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Identifizierung und Authentifizierung gleichzeitig erfolgen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt in einem ersten Schritt manuell gegenüber einer Erfassungseinheit positioniert wird, in einem zweiten Schritt der Identiflkator oder ein Teil des Identifϊkators mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches
Signal überführt wird, aus dem eine eindeutige Signatur ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, in einem ersten Schritt manuell gegenüber einer Erfassungseinheit positioniert wird, in einem zweiten Schritt der mindestens eine optische Code oder ein Teil des mindestens einen optischen Codes mittels elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und die vom optischen Code oder von einem Teil des optischen Codes zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches Signal überführt wird und dieses elektronische Signal zur Ansteuerung eines Aktuators verwendet wird, der eine Feinpositionierung des Objekts relativ zur Erfassungseinheit vornimmt, in einem dritten Schritt ein Bereich des Objekts, der elektromagnetische Strahlung streut und dessen Lage in Relation zur Lage des optischen Codes eindeutig festgelegt ist, mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, und die von dem streuenden Bereich zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen und in ein elektronisches Signal überführt wird, aus dem eine eindeutige Signatur ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens ein Detektor ein Flächendetektor verwendet wird, auf dem der optische Code abgebildet wird, und nur die hellen Pixel des optischen Codes auf dem Flächendetektor zur Ermittlung einer Signatur herangezogen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt in einem ersten Schritt mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, in einem zweiten Schritt die vom Objekt zurückgesandte Strahlung mittels mindestens eines Detektors aufgefangen wird und in ein elektronisches Signal überführt wird, in einem dritten Schritt eine Signalfilterung vorgenommen wird, die dazu führt, das zwei Signale entstehen, von denen ein Signal vorwiegend
Informationen über den optischen Code enthält und das andere Signal vorwiegend Informationen über das Streuverhalten der streuenden Fläche des Objekts enthält, wobei das erste Signal zur Identifizierung und das zweite Signal zur Authentifizierung herangezogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Informationen aus dem optischen Code eine oder mehrere Signaturen ausgewählt werden, die mit der aktuell ermittelten Signatur verglichen wird.
14. Vorrichtung zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts umfassend mindestens eine kohärente Quelle zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung auf das Objekt, mindestens einen Detektor zur Aufnahme der vom Objekt zurück- gesandten elektromagnetischen Strahlung und zur Umwandlung der Strahlung in ein elektronisches Signal, sowie einen Signalfilter zur Filterung des elektronischen Signals in der Art, dass zwei Signale resultieren, von denen eines zur Identifizierung und das andere zur Authentifizierung herangezogen wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das zur Identifizierung herangezogen wird, dazu verwendet wird, einen Aktuator anzusteuern, der das Objekt in Bezug zur mindestens einen Quelle für elektromagnetische Strahlung positioniert.
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