PL241496B1 - Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie dotyczy sposobu zabezpieczenia opakowania lub etykiety przed nieautoryzowanym kopiowaniem polegający na nadrukowaniu na opakowania lub etykiety obrazu bazowego przekształcanego w trakcie jego reprodukcji na podłoże opakowania lub etykiety oraz późniejszego odczytywania obrazu w wyniku skanowania przez urządzenie odczytujące i następnie porównanie uzyskanego obrazu z obrazem bazowym charakteryzujący się tym, że obraz bazowy przekształca się przez odczytanie wartości numerycznej natężenia poszczególnych kolorów w obrazie bazowym w z czterech kanałów braw składowych: cyjan C, magenta M, żółty Y oraz czarny B, a następnie w oparciu o analizę zmienności wartości w poszczególnych kanałach, dobierane są następujące parametry celowego zniekształcenia obrazu: wielkości redukcji liczby poziomów szarości wynosi 4, maksymalny i minimalny poziom zniekształcenia barwy w każdym kanale na całym obszarze modyfikowanego obrazu wynosi 24%, częstotliwość rozumiana jako liczba pikseli przepadających na kompletny cykl przebiegu zniekształceń wynosi 75, amplituda przebiegu regularnych zniekształceń poziomów szarości wynosi 75, częstotliwość układu szyfrującego finalny obraz i tym samym poziom redundancji obrazu nadrukowywanego względem obrazu analizowanego później przez skaner wynosi 27,5.

Description

PL 241 496 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety. W szczególności, rozwiązanie według wynalazku dotyczy sposobu drukowania wzorów (obrazów), dzięki czemu nadawane są tym obrazom unikalne cechy pozwalające na stwierdzenie autentyczności oznaczanych nimi opakowania lub etykiety.

Różne metody weryfikacji autentyczności opakowań lub etykiet są znane i szeroko stosowane w szczególności w produkcji papierów wartościowych oraz innych wydruków o podobnym charakterze. Jednym ze sposobów jest zastosowanie elementów graficznych o szczególnym charakterze, niemożliwych do skopiowania w powtarzalny sposób (np. gilosze). Dowodem autentyczności opakowań i etykiet jest wówczas jednolity wygląd elementu zabezpieczającego. Wraz z rozwojem techniki oraz dostępnością skanerów i aparatów fotograficznych o wysokiej rozdzielczości sposoby takie nie gwarantują jednak wystarczającego bezpieczeństwa. W przypadku opakowań wyrobów gotowych o wysokiej wartości np. kosmetyków lub leków czy parafarmaceutyków, zabezpieczenia przed kopiowaniem są narzędziem pozwalającym zweryfikować autentyczność produktu zapakowanego i powinny być łatwo czytelne przez odbiorców.

Znane jest rozwiązanie wg patentu PL225078 (B1) polegające na zastosowaniu rastra składającego się z usytuowanych szeregowo modułów o zadanej długości linii, który stosowany jest do drukowania obrazów itp. elementów w drukach zabezpieczonych. Wadą tego rozwiązania jest niemożliwość weryfikacji autentyczności obrazu bez użycia powiększenia obrazu oryginalnego, tj. nieuzbrojonym okiem.

Znane jest również rozwiązanie opublikowane w amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr US2017061563 (A1) opisujące metodę umieszczania cyfrowego znaku wodnego w obrazie, odczytywanego z użyciem przetwarzania sygnału. W tym celu konieczna jest modyfikacja nadruku, co nie zawsze może uzyskać akceptację właściciela marki, której produkt polega ochronie.

Znane są także metody zabezpieczeń polegające na zastosowaniu farb lub ich kompozycji reagujących na określone pasmo promieniowania elektromagnetycznego, np. ultrafiolet lub podczerwień np. tajwańskie zgłoszenie patentowe TW201641623 (A). Wadą tych rozwiązań jest konieczność zastosowania emiterów promieniowania (lamp), którymi odbiorca końcowy typowo nie dysponuje.

Znane są metody weryfikacji autentyczności obejmujące wykorzystanie etykiet z identyfikatorami radiowymi (NFC), które zawierają zakodowaną informację o produkcie (por. np. CN205068417 (U), CN202019354 (U), WO2016066925 (A1)). Ich wadą jest konieczność posiadania urządzenia do odczytu tagów NFC, jak też konieczność zbliżenia elementu zabezpieczonego bezpośrednio do urządzenia odczytującego. Z uwagi na rozmiar i sztywność tagów NFC nie jest możliwe ich umieszczenie w niektórych rodzajach opakowań.

Celem rozwiązania według wynalazku było opracowanie nowego sposobu oznaczania opakowania lub etykiety, który nie wymagałby stosowania specjalnych emiterów promieniowania lub też posiadania specjalnych urządzeń odczytujących. Celem było także zapewnienie zmniejszenia liczby błędów odczytu kodu i zwiększenie szybkości odczytywania.

Na potrzebny niniejszego opisu patentowego wynalazku, następujące pojęcia oznaczają: „obraz bazowy” - obraz przed pierwotny, przed przekształceniem;

„urządzenie odczytujące” - dowolne urządzenie wyposażone w rejestrator obrazu zdolny do rozpoznania kropek w czterech kolorach stanowiących następujące kanały składowe barw: cyjan (C), magenta (M), żółty (Y) oraz czarny (B), np. kamera CCD.

Przedmiotem wynalazku jest sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety polegający na nadrukowaniu na wyrób obrazu bazowego przekształcanego w trakcie jego reprodukcji na podłoże opakowania lub etykiety oraz późniejszego odczytywania obrazu w wyniku skanowania przez urządzenie odczytujące i następnie porównanie uzyskanego obrazu z obrazem bazowym charakteryzujący się tym, że jednym z etapów przekształcenia obrazu jest odczytanie wartości numerycznej natężenia poszczególnych kolorów w obrazie bazowym w każdym z czterech kanałów braw składowych: cyjan (C), magenta (M), żółty (Y) oraz czarny (B), a następnie w oparciu o analizę zmienności wartości w poszczególnych kanałach, dobiera są następujące parametry celowego zniekształcenia obrazu: wielkości redukcji liczby poziomów szarości wynosi 4, maksymalny i minimalny poziom zniekształcenia barwy w każdym kanale na całym obszarze modyfikowanego obrazu wynosi 24%, częstotliwość rozumiana jako liczba pikseli przypadających na kompletny cykl przebiegu zniekształceń wynosi 75, amplituda przebiegu regularnych zniekształceń poziomów szarości wynosi 75, częstotliwość układu

PL 241 496 B1 szyfrującego finalny obraz i tym samym poziom redundancji obrazu nadrukowywanego względem obrazu analizowanego później przez skaner wynosi 27,5.

Korzystnie, gdy tak powstały układ kropek dodatkowo poddaje się kolejnemu przekształceniu przy użyciu filtrowania zakłócającego, poprzez nałożenie na obraz bazowy siatki macierzy 128 x 128, a następnie dla każdego z 16384 obszarów macierzy generowane są wartości maskujące oryginalny obraz w danym obszarze, wykorzystując liniową funkcję generatora o współczynniku 52854 i wolnym wyrazie 22791, a następnie każda wartość maskująca jest redukowana do liczby 16-bitowej poprzez wyliczenie modulo 65536 i zmieszanie wartości oryginalnego obrazu z wartością maskującą.

Korzystnie, gdy urządzenie odczytujące stanowi kamera. Szczególnie korzystnie, gdy kamerę stanowi kamera urządzenia mobilnego.

Równie korzystnie, gdy obraz bazowy stanowi logotyp.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest niezawodności, precyzji i szybkości późniejszego odczytu przy weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety. Sposób według wynalazku pozwala także na używanie do weryfikacji powszechnie dostępnych urządzeń odczytujących obrazy w postaci np. telefonu komórkowego wyposażonego w kamerę.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach realizacji nie ograniczając jego zakresu oraz na rysunku, na którym:

fig. 1A stanowi przykładowy obraz przedstawiający jeden z kanałów kolorowej ilustracji;

fig. 1B stanowi przykładowy obraz przedstawiający wzór reprezentowany zmiennym poziomem szarości; fig. 1C stanowi obraz ilustrujący jeden z kanałów rozpoznawalnego obrazu z nałożoną parametryczną, cyfrową maską zniekształcającą poziomy szarości kanału oryginalnego obrazu;

fig. 1D ilustruje różne działanie parametrów cyfrowej maski na poszczególne poziomy szarości;

fig. 1E stanowi obraz zniekształcony filtrem dającym szum dla ludzkiego oka, ale możliwym do zniwelowania w obróbce numerycznej według rozwiązania będącego przedmiotem wynalazku;

fig. 1F ilustruje wzór reprezentowany zmiennym poziomem szarości zniekształcony filtrem dającym szum dla ludzkiego oka, ale możliwym do zniwelowania w obróbce numerycznej według rozwiązania będącego przedmiotem wynalazku.

Podczas przeprowadzonych prac badawczych analizowano stosowanie różnych mechanizmów zniekształcania i szyfrowania obrazu, opartych na statycznie ustalonych parametrach. Wykonywano systematyczne próby kompletnego procesu: nałożenia zniekształceń na różne obrazy bazowe (charakteryzujące się różną wielkością, różnym poziomem zróżnicowania barwy i kształtów); wydrukowania zniekształconego obrazu; zeskanowania/sfotografowania obrazu po wydruku przy użyciu ogólnodostępnych urządzeń cyfrowych (różnej klasy aparaty fotograficzne w telefonach mobilnych).

Wybrano 127 obrazów bazowych, wykonując na nich parametryczne zniekształcenia obrazu według 10 statycznie dobranych zestawów parametrów i drukując je na 3 wybranych urządzeniach drukarskich, uzyskując łącznie 3813 systematycznych testów wydruku. Do próby 3813 wmieszano losowo 1187 wydruków symulujących wynik fałszerstwa (tj. bez nałożenia opisanych wyżej zniekształceń), otrzymując łącznie 5000 wydruków. Z każdego wydruku wykonano fotografię, wykorzystując 5 urządzeń o różnej klasie matrycy fotograficznej, uzyskując mocną statystycznie próbę 25000 fotografii. Poddając tę próbę automatycznej analizie, oceniano skuteczność wybranej metody parametryzacji, kierując się następującymi kryteriami: niezawodność rozpoznania autentyczności produktu; poprawność niwelacji zniekształceń i odzyskiwania oryginalnego obrazu; prędkość działania.

Kompletny proces testowy powtórzono dla tej samej grupy obrazów, urządzeń drukujących i skanujących, ale stosując dynamiczny dobór parametrów późniejszych zniekształceń, dostosowany do specyfiki bazowego obrazu. Wyłoniono sposób parametryzacji i zakresy wartości parametrów mających istotne znaczenie w procesie:

a) wielkość redukcji liczby poziomów szarości od 2 do 16, przy wyjściowej liczbie poziomów 256, a szczególnie korzystna wartość tego parametru wynosi 4;

b) maksymalny i minimalny poziom zniekształcenia barwy w każdym kanale na całym obszarze modyfikowanego obrazu wynosi od 10 do 30%, a szczególnie korzystna wartość tego parametru wynosi 24%;

c) częstotliwość rozumiana jako liczba pikseli przypadających na kompletny cykl przebiegu zniekształceń wynosi od 10 do 300 pikseli, a szczególnie korzystna wartość tego parametru wynosi od 50 do 100;

d) amplituda przebiegu regularnych zniekształceń poziomów szarości wynosi od 10 do 300 pikseli, a szczególnie korzystna wartość tego parametru wynosi od 60 do 90;

PL 241 496 Β1

e) częstotliwość układu szyfrującego finalny obraz i tym samym poziom redundancji obrazu nadrukowywanego względem obrazu analizowanego później przez skaner wynosi nie mniej niż 5 (bez ograniczeń górnej wartości), a szczególnie korzystna wartość tego parametru wynosi od 15 do 40.

Analizując skuteczność metod parametryzacji, wybrano pewien optymalny zestaw parametrów procesu, przy czym należy zaznaczyć, że nie traktuje się go jako zestawu uniwersalnego - najlepszą skuteczność uzyskiwano w takim podejściu, w którym parametryzacja procesu nakładania zniekształcenia na oraz bazowy zależna jest od wyników wstępnej analizy własności tego obrazu. Wstępna analiza obrazu bazowego łączy się z pewnym nakładem czasowym na przetwarzanie obrazu, jednak nakład ten jest całkowicie znikomy w porównaniu z pozostałymi nakładami czasowymi przygotowania materiałów do druku. Zestawienie zakresu czasu przetwarzania (w tym analizy wstępnej obrazu) przy doborze statycznej parametryzacji procesu przedstawiono w tabeli 1. Podane czasy zostały znormalizowane na jednostkę objętości informacyjnej oryginalnego obrazu w megabajtach (1 MB), aby zniwelować oczywiste różnice wynikające z wielkości oryginalnego obrazu.

Tabela 1

Wartość	Przygotowani e obrazu (w sekundach)	Analiza obrazu (w sekundach)	Dekodowanie obrazu (w sekundach)	Skuteczność (%)
Minimalna	0,012	0,003	0,018	18%
Maksymalna	4,007	0,876	6,432	98%
Średnia arytm.	1,125	0,245	1,253	78%
Mediana	0,832	0,143	0,954	77%

Przy zastosowaniu dynamicznej parametryzacji opisanej powyżej i doborze wymienionych parametrów na odpowiednich wartościach i zakresach (redukcja poziomów szarości wynosząca 4, poziom zniekształcenia wynoszący 24%, częstotliwość przebiegu wynosząca 75 px, amplituda wynosząca 75 px, częstotliwość układu szyfrującego wynosząca 27,5), uzyskano istotny wzrost skuteczności procesu przy spadku lub tylko nieznacznym wzroście czasu przetwarzania, który przedstawia tabela 2.

Tabela 2

Wartość	Przygotowanie obrazu (w sekundach)	Analiza obrazu (w sekundach)	Dekodowanie obrazu (w sekundach)	Skuteczność (%)
Minimalna	0,013	0,011	0,017	67%
Maksymalna	3,996	0,736	5,928	99%
Średnia arytm.	1,129	0,243	1,221	96%
Mediana	0,842	0,142	0,949	95%

Przebieg poziomów szarości w każdym z kanałów jest zniekształcany według określonych parametrów, tworząc regularny wzór, dający się odczytać, przeanalizować i zniwelować w trakcie odczytu przez skaner, przy czym może to być wzór widoczny lub niewidoczny gołym okiem na wydruku (na fig. 1C i 1D przykładowy wzór przedstawiono odpowiednio w formie uwypuklonej oraz widocznej gołym okiem). Wykrycie przez dedykowany skaner unikalnego parametrycznego wzoru, zastosowanie filtra odwrotnego i odzyskanie oryginalnego obrazu stanowi gwarancję autentyczności produktu. Dodatkowo, drukowany obraz jest zniekształcany poprzez nałożenie parametrycznego filtra zakłócającego, dającego efekt całkowitego lub częściowego zaszumienia obrazu, mającego na celu ukrycie wzoru cyfrowo wygenerowanej maski i/lub ukrycie zarysu oryginalnego obrazu, a tym samym uniemożliwienie odwzorowania bazowego obrazu i/lub regularnej maski na potrzeby fałszerstwa. Parametry filtrowania

Claims (5)

1. PL 241 496 B1 zakłócającego zostały tak dobrane, by pozostawało odporne na nat uralne zniekształcenia barwy (a tym samym poziomów jasności w poszczególnych kanałach barwy):

   a) nałożenie na oryginalny obraz siatki macierzy 128 x 128, dającej wystarczający poziom zaszumienia bez zbędnego kosztu obliczeniowego, co sprawdzono, wykonując szereg testów na macierzach o rozmiarach w przedziale od 10 x 10 do 1000 x 1000;

   b) dla każdego z 16384 obszarów macierzy wygenerowanie wartości maskującej oryginalny obraz w danym obszarze, wykorzystując liniową funkcję generatora o współczynniku 52854 i wolnym wyrazie 22791;

   c) każda wartość maskująca jest redukowana do liczby 16-bitowej poprzez wyliczenie modulo 65536;

   d) zmieszanie wartości oryginalnego obrazu z wartością maskującą za pomocą bitowej operacji XOR lub innej odwracalnej operacji liczbowej.

   W procesie weryfikacji autentyczności, na podstawie analizy zmienności poziomów poszczególnych kanałów barwnych, szacowana jest specyfika zniekształcenia barwy w urządzeniu, następnie zdejmowane są cyfrowe zniekształcenia nałożone w procesie reprodukcji obrazu przed wydrukiem.

   Na podstawie wyselekcjonowanych danych, w przykładzie wykonania przeprowadzono próbę przetworzenia obrazu zgodną z najlepszym uzyskanymi parametrami. W tej próbie, przykładowy obraz (fig. 1A) przedstawiający jeden z kanałów kolorowej ilustracji, natomiast na fig. 1B przykładowy obraz przedstawiający wzór reprezentowany zmiennym poziomem szarości. Z kolei fig. 1C ilustruje jeden z kanałów rozpoznawalnego obrazu z nałożoną parametryczną, cyfrową maską zniekształcającą poziomy szarości kanału oryginalnego obrazu. Maska zawierała następujące parametry celowego zniekształcenia obrazu: wielkości redukcji liczby poziomów szarości wynosi 4, maksymalny i minimalny poziom zniekształcenia barwy w każdym kanale na całym obszarze modyfikowanego obrazu wynosi 24%, częstotliwość rozumiana jako liczba pikseli przypadających na kompletny cykl przebiegu zniekształceń wynosi 75, amplituda przebiegu regularnych zniekształceń poziomów szarości wynosi 75, częstotliwość układu szyfrującego finalny obraz i tym samym poziom redundancji obrazu nadrukowywanego względem obrazu analizowanego później przez skaner wynosi 27,5.

   Z kolei fig. 1D ilustruje działanie ww. parametrów cyfrowej maski na poszczególne poziomy szarości. Fig. 3E przedstawia obraz zniekształcony filtrem dającym szum dla ludzkiego oka, ale możliwym do zniwelowania w analizie numerycznej, a z kolei fig. 3F ilustruje wzór reprezentowany zmiennym poziomem szarości zniekształcony filtrem dającym szum dla ludzkiego oka, przy czym niezależnie od poziomu zróżnicowania obrazu bazowego obraz po przefiltrowaniu jest całkowicie nieczytelny, a zatem niemożliwy do podrobienia.

   Tak przygotowany obraz jest umieszczany w projekcie graficznym opakowania w dogodnym miejscu za pomocą techniki drukowania odpowiedniej dla danego typu opakowania np. drukowania offsetowego. Opakowanie z nadrukowanym znakiem w postaci prostokąta wypełnionego różnobarwnymi punktami jest następnie wykorzystywane w procesach produkcyjnych. Jednocześnie do weryfikacji nadrukowanego obrazu służy aplikacja dostępna na telefonie komórkowym lub tablecie wyposażonym w kamerę, która zawiera informacje o kącie przesunięcia rastrów poszczególnych kanałów.

   Przy weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety zakupionego wyrobu uruchamia się aplikację do analizy obrazu, a następnie kieruje kamerę telefonu komórkowego na znacznik w postaci prostokąta wypełnionego różnobarwnymi punktami. Odczyt obrazu z kamery pozwala na wykrycie użycia odpowiedniego filtra, co stanowi pierwszy poziom weryfikacji oryginalności produktu. W ten sposób aplikacja nakłada na obraz odwrotne przekształcenie pseudolosowe, odtwarzając oryginalną postać obrazu, i wyświetla ją na ekranie telefonu komórkowego. Wyświetlenie znacznika w postaci oczekiwanego znaku firmowego jest ostatecznym potwierdzeniem autentyczności opakowania lub etykiety.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety polegający na nadrukowaniu na wyrób obrazu bazowego przekształcanego w trakcie jego reprodukcji na podłoże opakowania lub etykiety oraz późniejszego odczytywania obrazu w wyniku skanowania przez urządzenie odczytujące i następnie porównanie uzyskanego obrazu z obrazem bazowym znamienny tym, że jednym z etapów przekształcenia obrazu jest odczytanie wartości numerycznej natężenia poszczególnych kolorów w obrazie bazowym w każdym z czterech kanałów braw składowych: cyjan (C), magenta (M), żółty (Y) oraz czarny (B), a następnie w oparciu o analizę zmienności wartości

   PL 241 496 B1 w poszczególnych kanałach, dobiera są następujące parametry celowego zniekształcenia obrazu: wielkości redukcji liczby poziomów szarości wynosi 4, maksymalny i minimalny poziom zniekształcenia barwy w każdym kanale na całym obszarze modyfikowanego obrazu wynosi 24%, częstotliwość rozumiana jako liczba pikseli przypadających na kompletny cykl przebiegu zniekształceń wynosi 75, amplituda przebiegu regularnych zniekształceń poziomów szarości wynosi 75, częstotliwość układu szyfrującego finalny obraz i tym samym poziom redundancji obrazu nadrukowywanego względem obrazu analizowanego później przez skaner wynosi 27,5.
2. 2. Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety według zastrz.1 znamienny tym, że dodatkowo powstały układ kropek poddaje się kolejnemu przekształceniu przy użyciu filtrowania zakłócającego, poprzez nałożenie na obraz bazowy siatki macierzy 128 x 128, a następnie dla każdego z 16384 obszarów macierzy generowane są wartości maskujące oryginalny obraz w danym obszarze, wykorzystując liniową funkcję generatora o współczynniku 52854 i wolnym wyrazie 22791, a następnie każda wartość maskująca jest redukowana do liczby 16-bitowej poprzez wyliczenie modulo 65536 i zmieszanie wartości oryginalnego obrazu z wartością maskującą.
3. 3. Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety według zastrz. 1 znamienny tym, że urządzenie odczytujące stanowi kamera.
4. 4. Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety według zastrz 3 znamienny tym, że kamerę stanowi kamera urządzenia mobilnego.
5. 5. Sposób weryfikacji autentyczności opakowania lub etykiety według zastrz 1 znamienny tym, że obraz bazowy stanowi logotyp.