WO2018010736A1 - Verfahren zur aufnahme und analyse eines hyperspektralbildes - Google Patents

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WO2018010736A1
WO2018010736A1 PCT/DE2017/100589 DE2017100589W WO2018010736A1 WO 2018010736 A1 WO2018010736 A1 WO 2018010736A1 DE 2017100589 W DE2017100589 W DE 2017100589W WO 2018010736 A1 WO2018010736 A1 WO 2018010736A1
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hyperspectral
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spectral
recognition features
image
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PCT/DE2017/100589
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Helga Bettentrup
Alex Deitermann
Peter Körner
Peter Paul
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Tailorlux Gmbh
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging

Definitions

  • the present application relates to a method for the detection, identification and / or authentication of objects having at least one identification feature via hyperspectral imaging with at least one hyperspectral camera, which after excitation of the object to be examined in perpendicular to each other image planes simultaneously capturing at least one spatially resolved optical analysis image and at least one spatially resolved hyperspectral analysis image of the object or a section thereof along two angular axes, each obtained pixel of the hyperspectral analysis image including spectral information on absorption and / or fluorescence characteristics of the obtained image Pixel corresponding location points, and a data processing device with which the recorded analysis images are transformed into coded analysis images and the k od striv analysis images are examined in terms of the recognition feature.
  • Simple optical or haptic security elements are, for example, watermarks or embossed structures which are applied to suitable carrier materials. However, such can be imitated with comparatively simple means. In-depth protection can be achieved via the fabrication of optical security elements made of photonic or luminescent materials whose luminescent properties depend on the viewing angle or the irradiation situation.
  • WO 2009/071167 discloses an optical security element with anisotropic pigments. This absorbs, reflects and / or emits visible light when irradiated with electromagnetic waves.
  • a security feature in the form of a luminescent compound is known. This is based on a rare earth doped host lattice. The pigments can be excited to luminescence with VIS light irradiation.
  • a method for identifying an article provided with security elements is known from WO 2011/098083 A1.
  • the security elements used therein contain at least one inorganic luminescent pigment whose emission spectra change as a function of the intensity of the radiation exciting the pigments, as a function of the temperature, as a function of time or the ambient pressure.
  • the security pigments mentioned there can be identified by means of a device which excites the pigments for radiation emission, takes up their emission spectra and compares them with given emission spectra.
  • the disadvantage is that the clear detection of the security elements disclosed therein for determining the differences in the optical fingerprint by determining the emission spectra as a function of the excitation wavelength, the comparison of Abkling s and checking the emission spectra as a function of temperature and pressure very time-consuming and costly are.
  • US 2014/0267754 A1 shows a method for reading out, identifying and authenticating security features by means of hyperspectral imaging.
  • the security features used comprise one or more nanoparticles of a resin matrix printed in pixel-like manner on a carrier.
  • the security features are irradiated with light and recorded in the emission spectra of the photoactive ink with the hyperspectral camera and examined for predetermined spectral peaks.
  • the spatial arrangement of one or more photoactive materials generates a code which is read out with the hyperspectral camera.
  • the disadvantage here is that the code information is directly in the spatial arrangement of the pigments. This can be a security vulnerability in some circumstances.
  • the hyperspectral camera on which the inventive method for detecting, identifying and / or authenticating objects having at least one identification feature is based is known from EP 2 851 662 A2.
  • the hyperspectral camera described therein is used for medical purposes, for example for tracking wound healing processes.
  • a light source for irradiating the examination area with light
  • an input objective for generating an image of the examination area in an image plane
  • a spectrometer which has a slit-shaped aperture arranged in the image plane for masking out a slit-shaped area of the Image of the examination area
  • a dispersive element which is constructed and arranged so that the dispersive fanning of the light passing through the aperture in a direction different from the longitudinal direction of the aperture
  • a camera sensor which is constructed and arranged such that it takes a diffraction image of the dispersive element with the longitudinal direction of the diaphragm in a first direction and the dispersive spectral fanning of the light in the first different direction on its camera sensor surface
  • a data processing device connected to the camera sensor, which is adapted to that of the Store camera sensor as a plurality of spectrums associated spatial coordinate along the longitudinal direction of the diaphragm, wherein the device is adapted to, in a different direction from the longitudinal direction
  • the invention is based on the invention to provide a method for detecting, identifying and / or authenticating objects with at least one identifying feature, which allows a secure and rapid identification and / or authentication of objects with recognition features.
  • a method for detection, identification and / or authentication of objects with at least one identification feature via hyperspectral imaging is specified in which the object, or a section thereof, has primary, secondary and / or tertiary identification features, and the Object is identified and / or authenticated by means of an actual-target comparison of at least one identification feature.
  • the method for detecting, identifying and / or authenticating objects having at least one identifying feature is a method of hyperspectral imaging.
  • Items that are examined may be, for example, value documents, identity documents or legal documents, wherein the documents may be of solid or liquid nature.
  • relevant items or documents of liquid form oils, lubricants, fuels, inks, paints, chemicals, adhesives and liquids of all kinds may be mentioned.
  • said Method can also be used for material detection. This list is not exhaustive and the invention is not limited to the liquid examples given.
  • Relevant documents such as value documents, identity documents or legal documents in fixed aggregate state are in particular banknotes, tax stamps, tax stamps, value documents, identity cards, passports, identification cards, money and credit cards, transport tickets, lottery tickets, event tickets, access cards, security badges, or those used in and on these objects
  • Security elements such as security threads, labels, foils, strips.
  • relevant articles are primary and secondary product packaging: for example, cartons, paper, metal and plastic labels, shrink films, closures, textile labels, hang tags, glass containers, ampoules, plastic containers, blister films, blister packs, laminating films, and other packaging materials which require a product safety application.
  • relevant items can be original parts (OEM) with the required product safety application: for example, injection molded parts, housings, circuit boards, circuit foils, components, spare parts, accessories, casino chips.
  • OEM original parts
  • relevant items food stains, drug coatings or cosmetic formulations can be considered.
  • natural products, seeds, fruits, food, meat, leather and art objects as well as living organisms such as bacteria come into consideration as relevant objects.
  • At least one hyperspectral camera is used, which after excitation with radiation of wavelengths of a range of 150 nm to 2000 nm of the object to be examined in mutually perpendicular image planes, simultaneously at least one spatially resolved optical analysis image and at least one spatially resolved hyperspectral analysis image of the object or a section thereof, along two angular axes which are at an angle to each other.
  • Each received pixel of the hyperspectral analysis image contains spectral information on absorption and / or fluorescence properties of the location points corresponding to the obtained pixel.
  • a data processing device is part of the hyperspectral camera. With its help, the recorded analysis images are transformed into coded analysis images and the coded analysis images are examined with regard to the recognition features.
  • the article, or a section thereof has primary, secondary and / or tertiary recognition features.
  • the object can be identified and / or authenticated by means of an actual-target comparison of at least one identification feature, preferably a plurality of identification features.
  • Recognition features results in extensive protection, since one and the same object simultaneously has three divergent, partly independent recognition features. Nonetheless, the primary, secondary and / or tertiary identifiers may still have additional sub-features that result in further distinctive character.
  • the identification and / or authentication of the objects require the use of a complex hyperspectral camera. Only with such a camera, with this spatially resolved hyperspectral analysis images and the corresponding coded analysis images, can the primary, secondary and / or tertiary recognition features be resolved, recognized and assigned.
  • each received pixel of the coded analysis image represents selected, underlying the respective location point spectral properties in the form of the spectral properties associated with color coding.
  • the selected spectral properties are one or more maxima, minima, inflection points, bands, or sections of wavelength-dependent absorption and / or fluorescence spectra or a combination of the aforementioned features.
  • the selected spectral properties may be absorption and / or fluorescence spectra extending over the entire spectral recording area.
  • a decisive advantage of the hyperspectral camera is exploited. Because these can absorb not only absorption spectra but also fluorescence spectra. Due to the manifold characteristic features of the spectra, an unambiguous assignment of spectral information to the location points having this information is made possible. Due to the large variety of spectral information and the different recording modes (absorption spectra and / or fluorescence spectra), the security level of the recognition features and thus the identification and / or authentication security is increased.
  • the primary recognition features of the article may be the spectral absorption and / or fluorescence properties of printing structures printed on the article or a section thereof.
  • Primary recognition features can thus directly determine the spectral properties of a place on the object Printed printing structure at a specific wavelength or wavelength range, based on absorption and / or fluorescence spectra concern.
  • These printing structures can be produced by coating, painting, brushing, knife coating, spraying, embossing, lasering and in particular printing.
  • Gravure printing, gravure printing, letter set, pad printing, flexographic printing, letterpress, embossing, offset printing, Toray printing (waterless offset printing) and screen printing are among the printing processes.
  • all relevant digital printing methods are of interest. These include inkjet printing, 3D printing, electrophotography, laser sublimation printing, dye sublimation printing, laser ablation, and other methods to name but a few.
  • the printing structures can be printed flat, layered or pixel-like on the object.
  • the printing structures can be connected or they can be composed of several individual printing structures.
  • the secondary identification features may be the geometric arrangement or sequence, the size ratios, the outer or inner contour of at least one printing structure with one or more primary recognition features printed on the article or a section thereof.
  • the secondary recognition features combine the spectral characteristics of the primary recognition features with a defined spatial arrangement of the print features on the items having the primary recognition features. This further increases the security level for identification and / or authentication.
  • the printing structures applied or printed onto the object or a section thereof can therefore have primary and / or secondary recognition features.
  • the articles may also have tertiary recognition features.
  • Tertiary identification features in this sense relate to the spectral information of the objects to be identified. In particular, it can These are the spectral properties of the carrier substrates carrying the printing structures.
  • plastics for example from PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC or metal, for example Al, Cu, Sn, Ni, Fe, or stainless steel foils into consideration.
  • the products can also be surface-treated, coated, laminated or painted.
  • carrier substrates threads, yarns, fabrics or nonwovens, such as continuous fiber webs, staple fiber webs and the like, which may be needled or calendered, may be used.
  • such fabrics or webs of plastics such as PP, PET, PA, PPS and the like, but it can also be woven or nonwovens made of natural, optionally treated fibers, such as viscose fibers are used.
  • Combination materials of synthetic and natural fibers are conceivable as carrier substrates. This allows to study material properties of the objects. Examples include the state of aging, morphology, color, metamerism, material composition and material strength.
  • the tertiary recognition features are not limited to pressure-structured materials. Tertiary recognition features may also relate to the spectral properties of solid or liquid pure substances or mixtures of different compositions. The tertiary recognition features can be used for material recognition of the materials mentioned. Tertiary recognition features may also exist without primary or secondary recognition features.
  • recognition features can form a code in the form of a one-dimensional or multidimensional data matrix within the scope of the invention.
  • This may include data and information of the primary recognition features, the secondary recognition features and / or the tertiary recognition features.
  • the security level can be raised by a further level.
  • the code must be compared with a target code. If the code matches the target code, the items can be identified and / or authenticated.
  • Target codes can for example be specified individually by the user or automatically generated or stored by a data processing device. This also serves a quick, uncomplicated procedure.
  • the examination area is irradiated with light of wavelengths in the range from 150 to 2000 nm.
  • incandescent, halogen or gas discharge lamps, as well as, LEDs, LED arrays or laser sources are suitable. This makes the use of printing structures with very different spectral properties accessible.
  • the hyperspectral camera is set up to record absorption and fluorescence spectra in a spectral range from 200 nm to 2000 nm. This allows analysis over a wide spectral range.
  • camera sensors such as CCD sensors, CMOS sensors, InGaAs detectors are arrays of photodiodes or special sensors.
  • CCD and CMOS sensors are particularly suitable for wavelength ranges from 350 nm to 1100 nm.
  • the object to be examined is manually or automatically displaceable relative to the position-fixed hyperspectral camera.
  • This can be ensured, for example, in the form of a movable sample holder or sample table provided with a movement unit, a transport device, via conveyor belts or production belts.
  • Such traversing or positioning units can be provided with gears and micromotors, which enable nanometer-accurate positioning.
  • the hyperspectral camera scans the subject internally, for example, by an internal device of the camera which obviates movement of the subject or camera.
  • the recorded optical and hyperspectral analysis images, as well as the coded analysis images can be represented by optical means.
  • optical means This allows a simple, fast and visually visible representation for the user.
  • An optical representation of the analysis results can be linked to the data processing device and allow the user to evaluate and monitor the process results. Consequently, changes in the Acquisition parameters via the optical means or the data processing device possible.
  • the printing structures may contain inorganic or organic pigments. These may be the sole or partial constituent of color pigments, marking pigments or security pigments. Also organometallic pigments and solvents, binders and plasticizers may be part of the printing structures.
  • the printing structures may contain at least one luminescent pigment, a luminescent organic dye, or a luminescent complex compound.
  • luminescent agents advantageously have a characteristic emission spectrum when appropriately excited with light.
  • the at least one luminescent agent may be the sole constituent of the printing structure, combined with a plurality of other luminescent agents, or contained in the printing structure together with other inorganic or organic, non-luminescent pigments or dyes.
  • FIG. 1 shows schematically the method sequence according to the invention with reference numerals;
  • FIG. 1A schematically the process sequence according to the invention with more detail
  • the detection, identification and / or authentication of objects with at least one identification feature is carried out according to the invention by the method of hyperspectral imaging.
  • at least one hyperspectral camera is positioned at a distance from the object to be examined. This may also affect a plurality of objects. Multiple hyperspectral cameras may be arranged in series or parallel to each other.
  • the hyperspectral camera used according to the invention is known from EP 2 851 662 A2.
  • the light source or radiation source can be integrated in the camera, for example in the camera housing. Furthermore, the light source may be outside the camera body or an external, separate light source may be used.
  • the camera simultaneously captures at least one spatially resolved optical analysis image and at least one spatially resolved hyperspectral analysis image of the object or a section thereof along two mutually perpendicular image planes along two mutually perpendicular directional axes.
  • the mutually perpendicular image planes are generated by a arranged behind the input lens of the hyperspectral beam splitter or by incident on the beam splitter light and its splitting in the beam splitter following beam path in the direction of two mutually perpendicular image planes.
  • the two angularly aligned directional axes along which the hyperspectral analysis image is taken are defined by a slit-shaped aperture and a dispersive element, e.g. B. a grid, spanned.
  • the hyperspectral analysis image thus obtained is a two-dimensional image consisting of two axes and pixels as amplitude.
  • Such an image can also be understood as a two-dimensional representation of a three-dimensional data structure, or simplified as a two-dimensional contour diagram with an ordinate, abscissa and data displayed in contour colors.
  • the axes represent the location coordinates of the recording area.
  • the hyperspectral analysis image contains pixels that vary in number and density according to the preset spatial resolution.
  • the spatial resolution can be set manually or automatically and depends on the camera lens and camera sensor used.
  • Each of the pixels contains spectral information about the absorption and / or fluorescence properties of the location points corresponding to the obtained pixel.
  • the hyperspectral images or hyperspectral analysis images thus obtained are digitized by means of a data processing device and transformed into coded analysis images.
  • the coded analysis images correspond to a translation of the hyperspectral images in, for example, color images.
  • a specific spectral property is assigned an arbitrarily definable color value.
  • a transformation of the hyperspectral is advantageous Analysis images in RGB images.
  • the transformation of the resulting analysis image into a coded analysis image does not necessarily have to be based on the recorded image data.
  • the original image data may be subjected to mathematical operations beforehand. These can be used for smoothing, noise minimizing or for removing image artifacts such as refolds. Only then does the transformation take place in coded analysis images.
  • the analysis images coded in this way are examined with regard to the identification features located on the objects.
  • the object to be examined, or a section thereof has primary, secondary and / or tertiary identification features.
  • the object can be identified and / or authenticated by means of an actual-target comparison of the recognition features.
  • the coded analysis image derived from the hyperspectral image contains, for the respective location points of the hyperspectral image or the object or a section thereof, underlying spectral information or spectral properties, more precisely absorption and / or fluorescence properties. These spectral properties are represented in the coded analysis image via the color codings associated with the spectral properties. This allows a user-friendly and easy-to-understand representation of complex spectral properties.
  • the selected spectral properties which are represented in the pixels of the coded analysis image over, for example, RGB color codes, may be one or more maxima, minima, inflection points, bands or sections of wavelength-dependent absorption and / or fluorescence spectra or a combination of the aforementioned features. This means that each pixel reproduces in color the spectral material property color-coordinated at the pixel.
  • the hyperspectral camera absorbs an absorption and / or fluorescence spectrum at each location point of the object, or a section thereof. Also, the inclusion of such a spectrum may be limited to a particular spectral range.
  • the spectra thus obtained can be a data processing z. B. be subjected to noise reduction before they are further processed and encoded.
  • the abovementioned spectral properties or the selected features of the spectral properties are characteristic elements of the associated spectra. By assigning these spectral properties to color codings, highly complex spectral information is decisively simplified.
  • the selected spectral properties can, in addition to the aforementioned, also be absorption spectra and / or fluorescence spectra extending over the entire spectral recording range. This allows, for example, a unique qualitative assignment of a spectrum or a location point of the object with respect to the nature of the recognition feature or its spectral properties.
  • the object to be examined for the method in the context of the invention may have primary, secondary and / or tertiary identification features.
  • the primary recognition features are the spectral absorption and / or fluorescence properties of printed structures printed on the article, or a section thereof.
  • the primary recognition features such as maxima, minima, inflection points, bands, or sections of wavelength-dependent absorption and / or fluorescence spectra or over the entire spectral recording range extending absorption and / or fluorescence spectra are.
  • Primary recognition features are directly reflected by the spectral information of the recognition feature at a respective location point.
  • Primary recognition features thus relate to the absorption amplitude or fluorescence amplitude or a value associated therewith (for example an integral amplitude, an average value or the sum of amplitudes) of a specific wavelength or a wavelength range.
  • the primary recognition features can be formed from one or more or a combination of the aforementioned spectral properties.
  • the object to be examined can have secondary recognition features. These relate to the geometric arrangement or sequence, the size ratios, the outer or inner contour of at least one on the article, or a section thereof, printed print structure. It is crucial that the print structure also includes one or more primary recognition features.
  • the secondary recognition features relate in particular to the spatial arrangement of elements of printing structures with primary recognition features. Such a spatial formation of the primary recognition features in the form of secondary recognition features is not limited to a one-dimensional or two-dimensional arrangement. Also, a three-dimensional arrangement is possible. Secondary recognition features can be of various kinds. For example, these may affect surface contours, embossing or holograms.
  • the individual printing structures can be connected to one another or separated in a planar manner.
  • Two-dimensional secondary recognition features may be frequency modulated or amplitude modulated rasters.
  • the rasters can have different screen widths, dot sizes or dot pitches.
  • halftone dots may have different halftone dot shapes.
  • grain grids or dot patterns can be used, which realize round, elliptical, rectangular, or polygonal points in the form of contours, patterns, logos, barcodes, data matrix codes, QR-coded, graphic codes, text, letters, numbers.
  • line rasters of variable line thickness, sine lines or guilloches, as well as any combination of the above shapes may be used.
  • Three-dimensional secondary recognition features may be frequency-modulated or amplitude-modulated engravings that produce changes or markings in the articles, for example, by laser or temperature treatment. This can lead to material foaming, carbonation or ablation.
  • Tertiary recognition features may relate to the spectral information of the items to be identified.
  • the tertiary recognition features are therefore not defined by printing structures printed on the object. Rather, the tertiary recognition features concern the spectral information of the object itself. These can be both absorption and / or fluorescence properties of the article.
  • the spectral information or properties relate to maxima, minima, inflection points, bands or sections of wavelength-dependent absorption and / or fluorescence spectra or absorption and / or fluorescence spectra extending over the entire spectral recording range.
  • Tertiary identification features allow quality control of the print media or the examination of material properties (such as aging characteristics). Tertiary recognition features can be used to study the nature of the support material.
  • Suitable carrier materials may be, for example, natural or synthetic fibers, plastics, metals, semi-metals or any other printable materials. Also, materials such as paper, cardboard, cardboard, ceramics, plastics, leather, wood, chemicals, films or recycled materials may be suitable carrier materials. Consequently, the printing structures may be on banknotes, tax stamps, value documents, identity cards, passports, identification cards, money and credit cards, access cards and packaging. In particular, a wide variety of materials and substances of solid and liquid nature may have tertiary recognition features. These can be easily used for material detection.
  • solid substances with recognition features are paper, cardboard, cardboard, ceramics, adhesives, plastics, for example from PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PAEK, LCP, PEN, PBT , PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC, composites with plastics, leather, wood, chemicals, films or recycled materials, or metal, for example Al, Cu, Sn, Ni, Fe, or stainless steel , called.
  • plastics for example from PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PAEK, LCP, PEN, PBT , PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC, composites with plastics, leather, wood, chemicals, films or recycled materials, or metal, for example Al, Cu, Sn, Ni, Fe, or stainless steel , called.
  • liquid substances with recognition features include chemicals, pharmaceuticals, paints, lacquers, oils, lubricants and fuels.
  • Examples of natural products with recognition features include seeds, fruits, foods, meat, leather and works of art, as well as living organisms such as bacteria.
  • color meta-data located on the print carrier can be detected.
  • green pigments can be distinguished from mixtures of yellow pigments with blue pigments.
  • the optically identical color impression can dissolve the different absorption spectra of the printing inks by means of a hyperspectral camera.
  • the same can apply for the differentiation of organic colored pigments and mixtures of organic colored pigments and near-infrared absorbers. These appear optically identical, but have an additional signature under infrared irradiation.
  • Such color metameres may also be part of primary and secondary recognition features.
  • the primary, secondary and tertiary recognition features of the article can be used to form a code in the form of a one- or multi-dimensional data matrix.
  • the multi-dimensional data matrix is not necessarily dependent on a combination of primary, secondary and tertiary recognition features.
  • a data matrix forming a code can consist of primary, alone secondary or tertiary recognition features alone.
  • the data matrix may consist of a combination of secondary and tertiary, as well as a combination of primary and secondary, as well as a combination of primary and tertiary recognition features be formed.
  • the data matrix can consist of any number of data columns.
  • the data matrix can also be a data vector.
  • the data matrix can be represented as a highly complex full-data code or as a reduced data code in the form of a simple number, a sequence of numbers, a letter, a sequence of letters or in the form of a character or a sequence of characters.
  • the data matrix represents the security code formed by the spectral properties of the printing structures, their spatial arrangement and the spectral properties of the object.
  • Such a code is or can only be generated via the method of hyperspectral imaging. As a result, the provided with recognition features gain
  • Identification features for identification and / or authentication to be known are known.
  • the code obtained is compared with a desired code. If the code obtained matches the desired code, the objects can be identified and / or authenticated.
  • the hyperspectral camera or the light source present in or outside the hyperspectral camera illuminates or irradiates the examination area of the object, or a section thereof, during the acquisition of the optical and hyperspectral analysis image with light of wavelengths in the range from 150 to 2000 nm to record both absorption and fluorescence spectra of the study areas.
  • the hyperspectral camera is designed in such a way or can be designed such that absorption and / or fluorescence spectra are recorded in a spectral range from 200 to 2000 nm.
  • the camera may include camera sensors such as CCD sensors, CMOS sensors, InGaAs detectors, arrays of photodiodes or other special sensors. This spectral range relates to the wavelength-dependent absorption and fluorescence spectra, hence the spectral acquisition domain.
  • the object to be examined can be displaced manually or automatically relative to or relative to the position-fixed hyperspectral camera.
  • the hyperspectral camera can be arranged displaceable relative to the sample. In this case, the sample is fixed in position. Again, this is possible manually or automatically.
  • the hyperspectral camera can take the picture through an integrated device, so that neither the camera nor the object to be picked must be moved.
  • optical means can be part of a data processing device.
  • the optical means can also be independent of the data processing device.
  • external data displays or screens, or even external data processing devices such as tablet computers, mobile computing systems, smartphones or touch screens for data display or even to control the hyperspectral camera.
  • the printing structures imprinted on the article (s), with their identifying features, at least the primary and secondary recognition features, may include inorganic and / or organic pigments. It is also conceivable to combine these synthetic pigments with other pigments, for example natural pigments. Furthermore, solvents, binders and plasticizers may be part of the printing structures.
  • the pigments can be visible or invisible to the human eye. For example, invisible pigments can have unique reflection, absorption, or transmission properties in the VIS, UV, and IR ranges.
  • the printing structures may also include at least one luminescent agent.
  • luminescent agents may be inorganic or organic luminescent pigments, luminescent organic dyes or luminescent complex compounds or a mixture of the aforementioned.
  • the luminescent agents exhibit a characteristic emission spectrum when irradiated with light of selected wavelength. This can be detected by suitably selecting the recorded spectral range of the hyperspectral camera in fluorescence mode. Due to the characteristic spectra or spectral properties of the luminescence means a very unique and secure identification and / or authentication protection of objects with such recognition features is guaranteed. Essentially all possible combinations of substances having active luminescence centers and substances acting as host lattice are suitable as luminescent agents.
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method.
  • the reference characters surrounded by solid lines relate to the data processing device, the reference numerals surrounded by dashed lines relate to the hyperspectral camera, and the dotted-line reference numerals relate to the identification features.
  • the object is positioned relative to the hyperspectral camera (1). Also, a positioning of the camera relative to the object is possible. Then, a hyperspectral image (2) and an optical image (3) are recorded in parallel and simultaneously with the hyperspectral camera.
  • the object must be irradiated with light. After taking the images or analysis images, they can be compared with each other (10). Such image matching allows acquisition parameters to be controlled (11).
  • the hyperspectral analysis image is coded into a coded analysis image, in the form of a color-coded RGB image, for example (12).
  • a coded analysis image in the form of a color-coded RGB image, for example (12).
  • the data of the analysis images can be processed mathematically, for example to minimize noise. Only then are they transformed into coded analysis images.
  • Such a color-coded analysis image may include primary recognition features (20), secondary recognition features (21), and / or tertiary recognition features (22).
  • the primary, secondary and / or tertiary identification features may be used individually or in any combination to create a code in the form of a data matrix (13).
  • a code (13) By means of such a code (13), an actual-target adjustment (14) can be made with a setpoint code predetermined by the user or resulting from the recognition features.
  • the item (s) may be identified (15) and / or authenticated (16).
  • the tertiary identifiers may also be used to verify or examine the quality or condition of the articles (23). This can, inter alia, for investigations under Quality control or material science studies (eg aging).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal über hyperspektrale Bildgebung mit mindestens einer Hyperspektralkamera, die nach Anregung des zu untersuchenden Gegenstandes in senkrecht zu einander stehenden Bildebenen, simultan zumindest ein ortsaufgelöstes optisches Analysebild und zumindest ein ortsaufgelöstes hyperspektrales Analysebild des Gegenstandes oder eines Ausschnittes davon, entlang zwei winklig zu einander stehenden Richtungsachsen, aufnimmt, wobei jeder erhaltene Bildpunkt des hyperspektralen Analysebildes spektrale Informationen über Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften der zu dem erhaltenen Bildpunkt korrespondierenden Ortspunkte enthält, und einer Datenverarbeitungseinrichtung, mit welcher die aufgenommenen Analysebilder in kodierte Analysebilder transformiert werden und die kodierten Analysebilder hinsichtlich des Erkennungsmerkmals untersucht werden. Um ein erfindungsgemäßes Verfahren zur sicheren und schnellen Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit Erkennungsmerkmalen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Gegenstand, oder ein Ausschnitt davon, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweist, und der Gegenstand über einen Ist-Soll-Abgleich mindestens eines Erkennungsmerkmals identifiziert und/oder authentifiziert wird.

Description

'Verfahren zur Aufnahme und Analyse eines Hyperspektralbildes' Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal über hyperspektrale Bildgebung mit mindestens einer Hyperspektralkamera, die nach Anregung des zu untersuchenden Gegenstandes in senkrecht zu einander stehenden Bildebenen, simultan zumindest ein ortsaufgelöstes optisches Analysebild und zumindest ein ortsaufgelöstes hyperspektrales Analysebild des Gegenstandes oder eines Ausschnittes davon, entlang zwei winklig zu einander stehenden Richtungsachsen, aufnimmt, wobei jeder erhaltene Bildpunkt des hyperspektralen Analysebildes spektrale Informationen über Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften der zu dem erhaltenen Bildpunkt korrespondierenden Ortspunkte enthält, und einer Datenverarbeitungseinrichtung, mit welcher die aufgenommenen Analysebilder in kodierte Analysebilder transformiert werden und die kodierten Analysebilder hinsichtlich des Erkennungsmerkmals untersucht werden.
Identifizierungs- und Authentifizierungsverfahren von Gegenständen zum Schutz vor Fälschungen, zur Sortierung, zum Recyling und für Qualitätsprüfungen sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Dazu werden Informationsträger, Wertdokumente, oder andere Güter, die einen derartigen Schutz oder eine derartige Identifizierung/Authentifizierung bedürfen, mit Erkennungsmerkmalen bzw. Sicherheitselementen versehen. Solche Merkmale erschweren die Kopie bzw. Reproduktion der genannten Gegenstände und erlauben die Identifizierung und/oder Authentifizierung.
Einfache optische oder haptische Sicherheitselemente sind beispielsweise Wasserzeichen oder Prägestrukturen, die auf geeignete Trägermaterialien aufgebracht werden. Solche können jedoch mit vergleichsweise einfachen Mitteln nachgeahmt werden. Ein tiefergehender Schutz kann über die Fertigung von optischen Sicherheitselementen aus photonischen oder lumineszierenden Materialien erreicht werden, dessen Lumineszenzeigenschaften vom Blickwinkel oder der Bestrahlungssituation abhängen. So ist aus der WO 2009/071167 ein optisches Sicherheitselement mit anisotropen Pigmenten bekannt. Dieses absorbiert, reflektiert und/oder emittiert bei Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen sichtbares Licht. Auch in der DE 198 04 032 ist ein Sicherheitsmerkmal in Form einer lumineszierenden Verbindung bekannt. Dieses basiert auf einem mit einem Seltenerdmetall dotierten Wirtsgitter. Die Pigmente können mit VIS Lichteinstrahlung zur Lumineszenz angeregt werden.
Ein Verfahren zur Identifizierung eines mit Sicherheitselementen versehenen Gegenstandes ist aus der WO 2011/098083 A1 bekannt. Die dort verwendeten Sicherheitselemente enthalten mindestens ein anorganisches Lumineszenzpigment, deren Emissionsspektren sich als Funktion der Intensität der die Pigmente anregenden Strahlung, als Funktion der Temperatur, als Funktion der Zeit oder des Umgebungsdrucks ändern. Die dort genannten Sicherheitspigmente können über eine Vorrichtung identifiziert werden, die die Pigmente zur Strahlungsemission anregt, deren Emissionsspektren aufnimmt und mit vorgegebenen Emissionsspektren vergleicht. Nachteilig ist jedoch, dass die eindeutige Detektion der dort offenbarten Sicherheitselemente zur Ermittlung der Unterschiede im optischen Fingerabdruck durch Bestimmung der Emissionsspektren in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge, dem Vergleich des Abklingverhaltens und der Überprüfung der Emissionsspektren in Abhängigkeit der Temperatur und des Drucks sehr zeit- und kostenintensiv sind.
Die US 2014/0267754 A1 zeigt ein Verfahren zum Auslesen, Identifizieren und Authentifizieren von Sicherheitsmerkmalen mittels hyperspektraler Bildgebung. Die verwendeten Sicherheitsmerkmale umfassen einen oder mehrere pixelartig auf einen Träger aufgedruckte Tinten aus Nanopartikeln einer Harz-Matrix. Die Sicherheitsmerkmale werden mit Licht bestrahlt und in die Emissionsspektren der photoaktiven Tinte mit der Hyperspektralkamera aufgenommen und nach vorgegebenen spektralen Peaks untersucht. Durch die räumliche Anordnung von einem oder mehreren photoaktiven Materialien wird ein Code erzeugt, der mit der Hyperspektralkamera ausgelesen wird. Nachteilig ist hierbei, dass die Code-Information unmittelbar in der räumlichen Anordnung der Pigmente besteht. Dies kann unter gewissen Umständen eine Sicherheitslücke darstellen. Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal zugrunde liegende Hyperspektralkamera ist aus der EP 2 851 662 A2 bekannt. Die dort beschriebene Hyperspektralkamera wird für medizinische Zwecke, beispielsweise zur Verfolgung von Wundheilungsprozessen verwendet. Sie besteht aus einer Lichtquelle zur Bestrahlung des Untersuchungsgebietes mit Licht, einem Eingangsobjektiv zur Erzeugung eines Bildes des Untersuchungsgebietes in einer Bildebene, einem Spektrometer, das eine in der Bildebene angeordnete schlitzförmige Blende zur Ausblendung eines schlitzförmigen Bereichs des Bildes des Untersuchungsgebietes, ein dispersive Element, das so aufgebaut und angeordnet ist, dass die dispersive Auffächerung des durch die Blende hindurch tretenden Lichts in einer von der Längsrichtung der Blende verschiedenen Richtung erfolgt, und einen Kamerasensor aufweist, der so aufgebaut und angeordnet ist, dass er ein Beugungsbild des dispersive Elements mit der Längsrichtung der Blende in einer ersten Richtung und der dispersiven spektralen Auffächerung des Lichtes in der von der ersten verschiedenen Richtung auf seiner Kamerasensorfläche aufnimmt, und einer mit dem Kamerasensor verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die von dem Kamerasensor empfangenen Signale als eine Vielzahl von Spektren zugeordneter Ortskoordinate entlang der Längsrichtung der Blende zu speichern, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in einer von der Längsrichtung der Blende verschiedenen zweiten Richtung in der Bildebene aufeinanderfolgende schlitzförmige Bereiche des Bildes des Untersuchungsgebietes mit zugeordneter Ortskoordinate in der zweiten Richtung aufzunehmen, und die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Spektren jeweils zu speichern und die aufgezeichneten Spektren mit den zugeordneten Ortskoordinaten zu einem Hyperspektralbild des Untersuchungsgebietes zusammenzufassen.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal zu schaffen, welches eine sichere und schnelle Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit Erkennungsmerkmalen erlaubt.
Zur L ö s u n g dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal über hyperspektrale Bildgebung angegeben, bei dem der Gegenstand, oder ein Ausschnitt davon, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweist, und der Gegenstand über einen Ist-Soll Abgleich mindestens eines Erkennungsmerkmals identifiziert und/oder authentifiziert wird.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal um ein Verfahren der hyperspektralen Bildgebung. Gegenstände, die untersucht werden, können beispielsweise Wertdokumente, Ausweisdokumente oder Rechtsdokumente sein, wobei die Dokumente von fester oder flüssiger Natur sein können. Als Beispiele für relevante Gegenstände oder Dokumente flüssiger Form seien Öle, Schmierstoffe, Treibstoffe, Tinten, Lacke, Chemikalien, Klebstoffe und Flüssigkeiten aller Art genannt. Dabei kann das genannte Verfahren auch zur Materialerkennung verwendet werden. Diese Auflistung ist nicht abschließend und die Erfindung ist nicht auf die genannten Beispiele für flüssige Gegenstände beschränkt. Relevante Dokumente wie Wertdokumente, Ausweisdokumente oder Rechtsdokumente in festem Aggregatszustand sind insbesondere Banknoten, Steuermarken, Steuerbanderolen, Wertdokumente, Ausweise, Pässe, Identifikationskarten, Geld- und Kreditkarten, Transporttickets, Lotterietickets, Eventtickets, Zugangskarten, Sicherheitsabzeichen, oder die in und auf diesen Gegenständen verwendeten Sicherheitselemente wie Sicherheitsfäden, -etiketten, -folien, -streifen. Ferner sind relevante Gegenstände primäre und sekundäre Produktverpackungen: beispielsweise Faltschachteln, Papier, Metall- und Kunststoff etiketten, Schrumpffolien, Verschlüsse, Textil etiketten, Anhängeetiketten, Glasbehälter, Ampullen, Kunststoffbehälter, Blisterfolien, Durchdrückverpackungen, Kaschierfolien und weitere Verpackungsmittel welche eine Produktsicherheitsapplikation erfordern. Zudem können relevante Gegenstände Originalteile (OEM) mit benötigter Produktsicherheitsapplikation sein: beispielsweise Spritzgussteile, Gehäuse, Platinen, Schaltfolien, Bauteile, Ersatzteile, Zubehörteile, Casinochips. Weiterhin können als relevante Gegenstände Lebensmitteleinfärbungen, Arzneimittelüberzüge oder kosmetische Formulierungen betrachtet werden. Auch Naturprodukte, Saatgut, Früchte, Lebensmittel, Fleisch, Leder und Kunstgegenstände sowie lebende Organismen wie Bakterien kommen als relevante Gegenstände in Betracht.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mindestens eine Hyperspektralkamera verwendet werden, die nach Anregung mit Strahlung von Wellenlängen eines Bereichs von 150 nm bis 2000 nm des zu untersuchenden Gegenstandes in senkrecht zu einander stehenden Bildebenen, simultan zumindest ein ortsaufgelöstes optisches Analysebild und zumindest ein ortsaufgelöstes hyperspektrales Analysebild des Gegenstandes oder eines Ausschnittes davon, entlang zwei winklig zu einander stehenden Richtungsachsen, aufnimmt. Jeder erhaltene Bildpunkt des hyperspektralen Analysebildes enthält spektrale Informationen über Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften der zu dem erhaltenen Bildpunkt korrespondierenden Ortspunkte. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinrichtung Bestandteil der Hyperspektralkamera. Mit dessen Hilfe werden die aufgenommenen Analysebilder in kodierte Analysebilder transformiert und die kodierten Analysebilder hinsichtlich der Erkennungsmerkmale untersucht.
Vorteilhaft ist es, wenn der Gegenstand, oder ein Ausschnitt davon, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweist. Der Gegenstand kann über einen Ist-Soll Abgleich mindestens eines Erkennungsmerkmals, vorzugsweise mehrerer Erkennungsmerkmale, identifiziert und/oder authentifiziert werden. Durch derlei Erkennungsmerkmale ergibt sich ein umfangreicher Schutz, da ein und derselbe Gegenstand gleichzeitig drei voneinander abweichende, teils unabhängige Erkennungsmerkmale aufweist. Auch können die primären, sekundären und/oder tertiären Erkennungsmerkmale gleichwohl weitere Untermerkmale aufweisen, die zu einer weiteren Unterscheidungskraft führen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Identifizierung und/oder Authentifizierung der Gegenstände die Verwendung einer komplexen Hyperspektralkamera bedingen. Nur mit einer solchen Kamera, den mit dieser aufgenommenen ortsaufgelösten hyperspektralen Analysebildern und den dazu korrespondierenden kodierten Analysebildern, können die primären, sekundären und/oder tertiären Erkennungsmerkmale aufgelöst, erkannt und zugeordnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, repräsentiert jeder erhaltene Bildpunkt des kodierten Analysebildes ausgewählte, dem jeweiligen Ortspunkt zugrunde liegende spektrale Eigenschafen in Form von den spektralen Eigenschaften zugeordneten Farbkodierungen. Dadurch wird einerseits eine einfache, leicht verständliche Darstellung der spektralen Informationen in Abhängigkeit der Ortsposition in Form von ein-, zwei- oder mehr- dimensionierten Grafiken ermöglicht, und andererseits wird durch die Einführung von zu den spektralen Eigenschaften korrespondierenden Farbkodierungen die Sicherheitsstufe der Erkennungsmerkmale weiter erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ausgewählten spektralen Eigenschaften ein oder mehrere Maxima, Minima, Wendepunkte, Banden, oder Ausschnitte von wellenlängenabhängigen Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren oder eine Kombination aus vorgenannten Merkmalen. Auch können die ausgewählten spektralen Eigenschaften sich über den gesamten spektralen Aufnahmebereich erstreckende Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren sein. Hierbei wird ein entscheidender Vorteil der Hyperspektralkamera ausgenutzt. Denn diese kann neben Absorptionsspektren auch Fluoreszenzspektren aufnehmen. Durch die vielfältigen charakteristischen Merkmale der Spektren wird eine eindeutige Zuordnung von spektralen Informationen zu den diese Informationen aufweisenden Ortspunkten ermöglicht. Aufgrund der großen Vielfältigkeit spektraler Informationen und den unterschiedlichen Aufnahmemodi (Absorptionsspektren und/oder Fluoreszenzspektren) wird die Sicherheitsstufe der Erkennungsmerkmale und somit die Identifizierungs- und/oder Authentifizierungssicherheit gesteigert.
Erfindungsgemäß können die primären Erkennungsmerkmale des Gegenstandes die spektralen Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften von auf den Gegenstand oder eines Auschnittes davon aufgedruckten Druckstrukturen sein. Primäre Erkennungsmerkmale können also unmittelbar die spektralen Eigenschaften eines Ortes einer auf den Gegenstand aufgedruckten Druckstruktur bei einer spezifischen Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, bezogen auf Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren, betreffen.
Diese Druckstrukturen können über Beschichten, Lackieren, Streichen, Rakeln, Sprühen, Prägen, Lasern und insbesondere Drucken erzeugt werden. Zu den Druckverfahren zählen Tief-, Hoch-, Flach- und Durchdruck in den Ausprägungen Stichtiefdruck, Rastertiefdruck, Letterset, Tampondruck, Flexodruck, Buchdruck, Prägedruck, Offsetdruck, Toray-Druck (wasserloser Offsetdruck) und Siebdruck. Ferner sind alle einschlägigen Digitaldruckverfahren von Interesse. Dazu zählen Tintenstrahldruck, 3D Druck, Elektrophotographie, Lasersublimationsdruck, Thermosublimationsdruck, Laserablation und andere Verfahren, um hier nur die Wchtigsten beispielhaft zu nennen. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, dass die primären Erkennungsmerkmale in einfacher Weise (auch in Massendruckverfahren) auf den Gegenstand platziert werden können. Selbstverständlich ist auch eine Kennzeichnung von Einzelgegenständen in Form einer Unikats-Kennzeichnung möglich.
Weiterhin erlaubt ein solches Verfahren eine kostengünstige Markierung von Gegenständen mit Erkennungsmerkmalen. Die Druckstrukturen können flächig, geschichtet oder pixelartig auf den Gegenstand gedruckt sein. Dabei können die Druckstrukturen zusammenhängend sein oder sie können sich aus mehreren Einzeldruckstrukturen zusammensetzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die sekundären Erkennungsmerkmale die geometrische Anordnung oder Abfolge, die Größenverhältnisse, die Außen- oder Innenkontur von mindestens einer auf dem Gegenstand oder einem Ausschnitt davon, aufgedruckten Druckstruktur mit einem oder mehreren primären Erkennungsmerkmalen sein. Die sekundären Erkennungsmerkmale verknüpfen die spektralen Charakteristika der primären Erkennungsmerkmale mit einer definierten räumlichen Anordnung der die primären Erkennungsmerkmale aufweisenden Druckstrukturen auf den Gegenständen. Dadurch wird die Sicherheitsstufe für die Identifizierung und/oder Authentifizierung zusätzlich erhöht.
Die auf den Gegenstand oder einen Ausschnitt davon aufgebrachten bzw. aufgedruckten Druckstrukturen können also primäre und / oder sekundäre Erkennungsmerkmale aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Gegenstände auch tertiäre Erkennungsmerkmale aufweisen. Tertiäre Erkennungsmerkmale in diesem Sinne betreffen die spektralen Informationen der zu identifizierenden Gegenstände. Insbesondere kann es sich dabei um die spektralen Eigenschaften der die Druckstrukturen tragenden Trägersubstrate handeln. Insbesondere kommen hier die Basismaterialien von Banknoten, Steuermarken, Wertdokumenten, Ausweisen, Pässen, Identifikationskarten, Geld- und Kreditkarten, Zugangskarten, Verpackungen, Etiketten, Folien und anderen Produkten aus Papier, Pappe, Karton, oder Verbünde mit Papier, beispielsweise Verbünde mit Kunststoffen zur Anwendung. Ferner kommen Kunststoffe, beispielsweise aus PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC oder Metall, beispielsweise AI-, Cu-, Sn-, Ni-, Fe-, oder Edelstahlfolien in Betracht. Die Produkte können auch oberflächenbehandelt, beschichtet, kaschiert oder lackiert sein. Weiterhin können als Trägersubstrate Fäden, Garne, Gewebe oder Vliese, wie Endlosfaservliese, Stapelfaservliese und dergleichen, die gegebenenfalls vemadelt oder kalandriert sein können, verwendet werden. Vorzugsweise bestehen solche Gewebe oder Vliese aus Kunststoffen, wie PP, PET, PA, PPS und dergleichen, es können aber auch Gewebe oder Vliese aus natürlichen, gegebenenfalls behandelten Fasern, wie Viskosefasern eingesetzt werden. Auch Kombinationsmaterialien aus synthetischen und natürlichen Fasern sind als Trägersubstrate denkbar. Dies ermöglicht, Materialeigenschaften der Gegenstände zu untersuchen. Beispiele hierfür sind der Alterungszustand, die Morphologie, die Farbe, Metamerie, die Materialzusammensetzung und Materialfestigkeit. Die tertiären Erkennungsmerkmale sind jedoch nicht auf mit Druckstrukturen versehene Materialien beschränkt. Auch können tertiäre Erkennungsmerkmale die spektralen Eigenschaften von festen oder flüssigen Reinsubstanzen bzw. Mischungen verschiedener Zusammensetzung betreffen. Die tertiären Erkennungsmerkmale können zur Materialerkennung der genannten Materialien verwendet werden. Tertiäre Erkennungsmerkmale können auch ohne primäre oder sekundäre Erkennungsmerkmale vorliegen.
Sind mehrere Erkennungsmerkmale vorhanden, können diese im Rahmen der Erfindung einen Code in Form einer ein- oder mehrdimensionalen Datenmatrix ausbilden. Diese kann Daten und Informationen der primären Erkennungsmerkmale, der sekundären Erkennungsmerkmale und/oder der tertiären Erkennungsmerkmale enthalten. Dadurch kann einerseits eine möglicherweise große Datenmenge auf einen einfachen Code reduziert werden und andererseits die Sicherheitsstufe um ein weiteres Niveau angehoben werden. Dies vereinfacht zum einen das Identifizierungs- und/oder Authentifizierungsverfahren und erlaubt zum anderen ein schnelles Untersuchungsverfahren nach Art einer Hochgeschwindigkeitsanalyse beziehungsweise eines Hochgeschwindigkeitsscreenings. Dazu muss der Code mit einem Soll-Code verglichen werden. Bei Übereinstimmung des Codes mit dem Soll-Code können die Gegenstände identifiziert und/oder authentifiziert werden. Soll-Codes können beispielsweise individuell vom Nutzer vorgegeben werden oder automatisch von einer Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt beziehungsweise abgespeichert werden. Auch dies dient einem schnellen, unkomplizierten Verfahren.
Vorteilhafterweise wird das Untersuchungsgebiet bei der Aufnahme des optischen und des hyperspektralen Analysebildes mit Licht von Wellenlängen im Bereich von 150 bis 2000 nm bestrahlt. Insbesondere eignen sich Glüh-, Halogen- oder Gasentladungslampen, sowie, LEDs, LED-Arrays oder Laserquellen. Dies macht den Einsatz von Druckstrukturen mit stark unterschiedlichen spektralen Eigenschaften zugänglich. Zudem ist es vorteilhaft, dass die Hyperspektralkamera dazu eingerichtet ist, Absorptions- und Fluoreszenzspektren in einem Spektralbereich von 200 nm bis 2000 nm aufzunehmen. Dadurch sind Analysen über einen weiten Spektralbereich ermöglicht. Insbesondere eignen sich dazu Kamerasensoren wie CCD-Sensoren, CM OS-Sensoren, InGaAs-Detektoren Arrays aus Fotodioden oder spezielle andere Sensoren. CCD- und CMOS Sensoren eignen sich insbesondere für Wellenlängenbereiche von 350 nm bis 1100 nm.
Weiterhin kann es im Kontext der Erfindung vorteilhaft sein, dass der zu untersuchende Gegenstand manuell oder automatisch relativ zu der positionsfesten Hyperspektralkamera verschiebbar ist. Dies kann beispielsweise in Form eines beweglichen, mit einer Verfahr- Einheit versehenen Probenhalter oder Probentisch, einer Transporteinrichtung, über Förderbänder oder Produktionsbänder gewährleistet sein. Auch ist es möglich den zu untersuchenden Gegenstand positionsfest anzuordnen, beispielsweise geklemmt, und die Hyperspektralkamera relativ zu dem Gegenstand bewegbar zu lagern, etwa mit einer Positionier-Einheit. Dies erhöht die Flexibilität und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Solche Verfahr- oder Positioniereinheiten können mit Getrieben und Mikromotoren versehen sein, die eine nanometergenaue Positionierung ermöglichen. Es ist jedoch nicht zwingend den zu untersuchenden Gegenstand oder die Kamera zu bewegen. Die Hyperspektralkamera scannt den Gegenstand intern, zum Beispiel durch eine interne Einrichtung der Kamera, die eine Bewegung des Gegenstandes oder der Kamera erübrigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die aufgenommenen optischen und hyperspektralen Analysebilder, sowie die kodierten Analysebilder mit optischen Mitteln dargestellt werden. Dies ermöglicht eine einfache, schnelle und optisch sichtbare Darstellung für den Nutzer. Eine optische Darstellung der Analyseergebnisse kann mit der Datenverarbeitungseinrichtung verknüpft sein und dem Nutzer die Auswertung und Überwachung der Verfahrensergebnisse erlauben. Folglich sind auch Änderungen in den Akquisitionsparametern über die optischen Mittel beziehungsweise die Datenverarbeitungseinrichtung möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Druckstrukturen anorganische oder organische Pigmente enthalten. Diese können alleiniger oder Teilbestandteil von Farbpigmenten, Markierungspigmenten oder Sicherheitspigmenten sein. Auch können metallorganische Pigmente sowie Lösungsmittel, Bindemittel und Weichmacher Bestandteil der Druckstrukturen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die Druckstrukturen mindestens ein Lumineszenzpigment, einen lumineszierenden organischen Farbstoff, oder eine lumineszierende Komplexverbindung enthalten. Solche Lumineszenzmittel weisen vorteilhafterweise bei geeigneter Anregung mit Licht ein charakteristisches Emissionsspektrum auf. Das mindestens eine Lumineszenzmittel kann alleiniger Bestandteil der Druckstruktur sein, mit mehreren anderen Lumineszenzmitteln kombiniert oder gemeinsam mit anderen anorganischen oder organischen, nicht lumineszierenden Pigmenten oder Farbstoffen in der Druckstruktur enthalten sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und einer zugehörigen Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 : schematisch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf mit Bezugszeichen; Fig. 1A: schematisch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf mit ausführlicher
Beschriftung.
Die Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal erfolgt erfindungsgemäß nach dem Verfahren der hyperspektralen Bildgebung. Dazu wird mindestens eine Hyperspektralkamera beabstandet zu dem zu untersuchenden Gegenstand positioniert. Dies kann auch eine Mehrzahl von Gegenständen betreffen. Mehrere Hyperspektralkameras können in Reihe oder parallel zu einander angeordnet sein. Die erfindungsgemäß verwendete Hyperspektralkamera ist aus der EP 2 851 662 A2 bekannt.
Nach Positionierung der zu untersuchenden Gegenstände, werden diese mittels einer in der Hyperspektralkamera angeordneten Lichtquelle mit Licht oder Strahlung bestrahlt beziehungsweise angeregt. Die Lichtquelle bzw. Strahlenquelle kann in die Kamera integriert sein, etwa in das Kameragehäuse. Weiterhin kann sich die Lichtquelle außerhalb des Kameragehäuses befinden oder es kann eine externe, separate Lichtquelle verwendet werden.
Die Kamera nimmt während der Beleuchtung in zwei senkrecht zueinander stehenden Bildebenen simultan zumindest ein ortsaufgelöstes optisches Analysebild und zumindest ein ortsaufgelöstes hyperspektrales Analysebild des Gegenstands oder eines Ausschnittes davon, entlang zwei winklig zueinander stehenden Richtungsachsen, auf. Die senkrecht zueinander stehenden Bildebenen werden durch einen hinter dem Eingangsobjektiv der Hyperspektralkamera angeordneten Strahlteiler bzw. durch auf den Strahlteiler einfallendes Licht und dessen Aufspaltung im auf den Strahlteiler folgenden Strahlengang in Richtung zweier senkrecht zueinander stehenden Bildebenen erzeugt. Die zwei winklig zueinander stehenden Richtungsachsen, entlang welcher das hyperspektrale Analysebild aufgenommen wird, werden durch eine schlitzförmige Blende und ein dispersives Element, z. B. ein Gitter, aufgespannt. Für weitergehende technische Informationen sei auf die EP 2 851 662 A2 verwiesen.
Das so erhaltene hyperspektrale Analysebild ist ein zweidimensionales Bild, bestehend aus zwei Achsen und Bildpunkten als Amplitude. Ein solches Bild kann auch als zwei- dimensionale Darstellung eines drei-dimensionalen Datengebildes verstanden werden, oder vereinfacht als zwei-dimensionales Konturdiagramm mit einer Ordinate, Abszisse und in Konturfarben dargestellten Daten. Die Achsen repräsentieren die Ortskoordinaten des Aufnahmegebietes.
Des Weiteren enthält das hyperspektrale Analysebild Bildpunkte, die entsprechend der voreingestellten Ortsauflösung in ihrer Anzahl und Dichte variieren. Die Ortsauflösung kann manuell oder automatisch festgelegt werden und hängt vom verwendeten Kameraobjektiv und Kamerasensor ab. Jeder der Bildpunkte enthält spektrale Informationen über die Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften der zu dem erhaltenen Bildpunkt korrespondierenden Ortspunkte.
Die so erhaltenen Hyperspektralbilder bzw. hyperspektralen Analysebilder werden mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung digitalisiert und in kodierte Analysebilder transformiert. Die kodierten Analysebilder entsprechen einer Übersetzung der Hyperspektralbilder in beispielsweise Farbbilder. Einer bestimmten spektralen Eigenschaft ist ein beliebig definierbarer Farbwert zugeordnet. Vorteilhaft ist eine Transformation der hyperspektralen Analysebilder in RGB Bilder. Die Transformation des erhaltenen Analysebildes in ein kodiertes Analysebild muss nicht zwingend auf den aufgenommenen Bilddaten beruhen. So können die ursprünglichen Bilddaten zuvor mathematischen Operationen unterzogen werden. Diese können zur Glättung, Rauschminimierung oder zur Entfernung von Bildartefakten wie etwa Rückfaltungen verwendet werden. Erst danach findet die Transformation in kodierte Analysebilder statt.
Die derart kodierten Analysebilder werden hinsichtlich der auf den Gegenständen befindlichen Erkennungsmerkmale untersucht. Insbesondere ist dabei entscheidend, dass der zu untersuchende Gegenstand, oder ein Ausschnitt davon, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweist. Mit diesen kann der Gegenstand über einen Ist-Soll- Abgleich der Erkennungsmerkmale identifiziert und/oder authentifiziert werden.
Das aus dem Hyperspektralbild abgeleitete kodierte Analysebild enthält, wie bereits erwähnt, zu den jeweiligen Ortspunkten des Hyperspektralbildes bzw. des Gegenstandes oder eines Ausschnittes davon, zugrundeliegenden spektrale Informationen bzw. spektrale Eigenschaften, genauer Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften. Diese spektralen Eigenschaften werden im kodierten Analysebild über die den spektralen Eigenschaften zugeordnete Farbkodierungen repräsentiert. Dies ermöglicht eine nutzerfreundliche und leicht verständliche Darstellung komplexer Spektraleigenschaften.
Die ausgewählten spektralen Eigenschaften, die in den Bildpunkten des kodierten Analysebildes über beispielsweise RGB Farbcodes dargestellt sind, können ein oder mehrere Maxima, Minima, Wendepunkte, Banden oder Ausschnitte von wellenlängenabhängigen Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren bzw. eine Kombination aus den vorgenannten Merkmalen sein. Dies bedeutet, dass jeder Bildpunkt die spektrale Materialeigenschaft farblich an dem Bildpunkt zugeordneten Ort farblich wiedergibt. Die Hyperspektralkamera nimmt hierzu an jedem Ortspunkt des Gegenstandes, oder eines Ausschnittes davon, ein Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektrum auf. Auch kann die Aufnahme eines solchen Spektrums auf einen bestimmten Spektralbereich begrenzt sein. Die so erhaltenen Spektren können einer Datenbearbeitung z. B. zur Rauschminimierung unterzogen werden, bevor sie weiterverarbeitet und kodiert werden. Die genannten spektralen Eigenschaften bzw. die ausgewählten Merkmale der spektralen Eigenschaften sind charakteristische Elemente der zugehörigen Spektren. Über die Zuordnung dieser spektralen Eigenschaften zu Farbkodierungen werden hochkomplexe Spektralinformationen entscheidend vereinfacht. Die ausgewählten spektralen Eigenschaften können nebst den vorgenannten auch sich über den gesamten spektralen Aufnahmebereich erstreckende Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren sein. Dies erlaubt beispielsweise eine eindeutige qualitative Zuordnung eines Spektrums bzw. eines Ortspunktes des Gegenstandes hinsichtlich der Natur des Erkennungsmerkmals bzw. seiner spektralen Eigenschaften.
Wie bereits erwähnt, kann der zu untersuchende Gegenstand für das Verfahren im Rahmen der Erfindung primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweisen. Die primären Erkennungsmerkmale sind die spektralen Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften von auf dem Gegenstand, oder eines Ausschnittes davon, aufgedruckten Druckstrukturen.
Dies bedeutet, dass die primären Erkennungsmerkmale wie etwa Maxima, Minima, Wendepunkte, Banden, oder Ausschnitte von wellenlängenabhängigen Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren oder aber sich über den gesamten spektralen Aufnahmebereich erstreckenden Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren sind. Primäre Erkennungsmerkmale werden unmittelbar durch die Spektralinformation des Erkennungsmerkmals an einem jeweiligen Ortspunkt wiedergespiegelt. Primäre Erkennungsmerkmale betreffen folglich die Absorptionsamplitude bzw. Fluoreszenzamplitude oder eines damit verknüpften Wertes (beispielsweise eine integrale Amplitude, einen Mittelwert oder die Summe von Amplituden) einer bestimmten Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs. Selbstverständlich können die primären Erkennungsmerkmale aus einem oder mehreren bzw. einer Kombination der vorgenannten spektralen Eigenschaften gebildet werden.
Zudem kann der zu untersuchende Gegenstand sekundäre Erkennungsmerkmale aufweisen. Diese betreffen die geometrische Anordnung oder Abfolge, die Größenverhältnisse, die Außen- oder Innenkontur von mindestens einer auf dem Gegenstand, oder einem Ausschnitt davon, aufgedruckten Druckstruktur. Entscheidend ist, dass die Druckstruktur auch ein oder mehrere primäre Erkennungsmerkmale beinhaltet. Die sekundären Erkennungsmerkmale betreffen insbesondere die räumliche Anordnung von Elementen Druckstrukturen mit primären Erkennungsmerkmalen. Eine solche räumliche Ausbildung der primären Erkennungsmerkmale in Form von sekundären Erkennungsmerkmalen ist nicht auf eine ein- dimensionale oder zwei-dimensionale Anordnung beschränkt. Auch eine dreidimensionale Anordnung ist möglich. Sekundäre Erkennungsmerkmale können verschiedenster Art sein. So können diese unter anderem Oberflächenkonturierungen, Prägungen oder Hologramme betreffen. Die einzelnen Druckstrukturen können flächig miteinander verbunden oder separiert sein. Zweidimensionale sekundäre Erkennungsmerkmale können frequenzmodulierte oder amplitudenmodulierte Raster sein. Dabei können die Raster verschiedene Rasterweiten, Punktgrößen oder Punktabstände aufweisen. Zudem können Rasterpunkte verschiedene Rasterpunktformen innehaben. So können Kornraster oder Punktraster verwendet werden, die runde, elliptische, rechteckige, oder polygonale Punkte in Form von Konturen, Mustern, Logos, Barcodes, Data- Matrix-Codes, QR-Coded, graphisches Codes, Text, Buchstaben, Zahlen verwirklichen. Auch können Linienraster mit variabler Liniendicke, mit Sinuslinien oder Guillochen sowie sämtliche Kombinationen der vorstehenden Formen verwendet werden.
Dreidimensionale sekundäre Erkennungsmerkmale können frequenzmodulierte oder amplitudenmodulierte Gravuren sein, die beispielsweise durch Laser- oder Temperaturbehandlung in den Gegenständen Änderungen beziehungsweise Markierungen erzeugen. Dadurch kann es zu einer Materialaufschäumung, Karbonisierung oder Ablation kommen.
Tertiäre Erkennungsmerkmale können die Spektralinformationen der zu identifizierenden Gegenstände betreffen. Die tertiären Erkennungsmerkmale werden also nicht durch auf den Gegenstand aufgedruckte Druckstrukturen definiert. Vielmehr betreffen die tertiären Erkennungsmerkmale die spektralen Informationen des Gegenstandes an sich. Dies können sowohl Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften des Gegenstandes sein. Die spektralen Informationen bzw. Eigenschaften betreffen auch hier Maxima, Minima, Wendepunkte, Banden oder Ausschnitte von wellenlängenabhängigen Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren oder sich über den gesamten spektralen Aufnahmebereich erstreckende Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren. Tertiäre Erkennungsmerkmale erlauben eine Qualitätskontrolle der Druckträger oder aber die Untersuchung von Materialeigenschaften (wie z. B. Alterungskennzeichen). Tertiäre Erkennungsmerkmale können dazu verwendet werden die Natur des Trägermaterials zu untersuchen. Geeignete Trägermaterialien können beispielsweise natürliche oder synthetische Faserstoffe, Kunststoffe, Metalle, Halbmetalle oder jegliche anderen bedruckbaren Materialien sein. Auch Materialien wie Papier, Pappe, Karton, Keramik, Kunststoffe, Leder, Holz, Chemikalien, Folien oder Recyclingstoffe können geeignete Trägermaterialien sein. Folglich können sich die Druckstrukturen auf Banknoten, Steuermarken, Wertdokumenten, Ausweisen, Pässen, Identifikationskarten, Geld- und Kreditkarten, Zugangskarten und Verpackungen befinden. Insbesondere können verschiedenste Materialien und Substanzen von fester und flüssiger Natur tertiäre Erkennungsmerkmale aufweisen. Diese können ohne Weiteres auch zur Materialerkennung verwendet werden. Als Beispiele für feste Stoffe mit Erkennungsmerkmalen, insbesondere tertiären Erkennungsmerkmalen, seien Papier, Pappe, Karton, Keramik, Kleber, Kunststoffe, beispielsweise aus PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC, Verbünde mit Kunststoffen, Leder, Holz, Chemikalien, Folien oder Recyclingstoffe, oder Metall, beispielsweise AI-, Cu-, Sn-, Ni-, Fe-, oder Edelstahl, genannt.
Als Beispiele für flüssige Stoffe mit Erkennungsmerkmalen, insbesondere tertiären Erkennungsmerkmalen, seien Chemikalien, Arzneimittel, Farben, Lacke, Öle, Schmier- und Treibstoffe genannt.
Als Beispiele für Naturprodukte mit Erkennungsmerkmalen, insbesondere tertiären Erkennungsmerkmalen, seien Saatgut, Früchte, Lebensmittel, Fleisch, Leder und Kunstgegenstände sowie lebende Organismen wie Bakterien genannt. Mit Hilfe der Hyperspektralkamera können auf dem Druckträger befindliche Farbmetamerien erkannt werden. Beispielsweise können Grünpigmente von Mischungen aus Gelbpigmenten mit Blaupigmenten unterschieden werden. Der optisch gleiche Farbeindruck kann mittels Hyperspektralkamera die unterschiedlichen Absorptionsspektren der Druckfarben auflösen. Gleiches kann für die Unterscheidung von organischen Buntpigmenten und Mischungen aus organischen Buntpigmenten und nahinfrarot Absorbern gelten. Diese erscheinen zwar optisch identisch, besitzen aber eine zusätzliche Signatur unter Infrarot Bestrahlung. Solche Farbmetamerien können ebenfalls Bestandteil primärer und sekundärer Erkennungsmerkmale sein. Die primären, sekundären und tertiären Erkennungsmerkmale des Gegenstandes können dazu verwendet werden, einen Code in Form einer ein- oder mehrdimensionalen Datenmatrix zu bilden. Die mehrdimensionale Datenmatrix ist dabei nicht zwingend auf eine Kombination aus primären, sekundären und tertiären Erkennungsmerkmalen angewiesen. So kann eine einen Code bildende Datenmatrix auch alleine aus primären, alleine aus sekundären oder alleine aus tertiären Erkennungsmerkmalen bestehen. Zudem kann die Datenmatrix aus einer Kombination von sekundären und tertiären, sowie aus einer Kombination aus primären und sekundären, sowie aus einer Kombination aus primären und tertiären Erkennungsmerkmalen gebildet werden. Die Datenmatrix kann aus beliebig vielen Datenspalten bestehen. Die Datenmatrix kann auch ein Datenvektor sein. Die Datenmatrix kann als hochkomplexer Volldatencode oder aber als reduzierter Datencode in Form einer einfachen Ziffer, einer Ziffernfolge, eines Buchstabens, einer Buchstabenfolge oder in Form eines Zeichens beziehungsweise einer Abfolge von Zeichen dargestellt werden. Die Datenmatrix repräsentiert den durch die spektralen Eigenschaften der Druckstrukturen, deren räumliche Anordnung und die spektralen Eigenschaften des Gegenstandes gebildeten Sicherheitscode.
Ein solcher Code wird bzw. kann ausschließlich über das Verfahren der hyperspektralen Bildgebung erzeugt werden. Dadurch erlangen die mit Erkennungsmerkmalen versehenen
Gegenstände ein hohes Maß von Identifizierungs- und/oder Authentifizierungssicherheit.
Denn zum Auslesen des die Gegenstände identifizierenden und/oder authentifizierenden
Codes ist eine Hyperspektralkamera zwingend. Zudem müssen sämtliche
Erkennungsmerkmale zur Identifizierung und/oder Authentifizierung bekannt sein. In einem Folgeschritt wird der erhaltene Code mit einem Soll-Code verglichen. Bei Übereinstimmung des erhaltenen Codes mit dem Soll-Code können die Gegenstände identifiziert und/oder authentifiziert werden.
Die Hyperspektralkamera bzw. die in oder außerhalb der Hyperspektralkamera vorhandene Lichtquelle beleuchtet bzw. bestrahlt das Untersuchungsgebiet des Gegenstandes, bzw. eines Ausschnittes davon, bei der Aufnahme des optischen und hyperspektralen Analysebildes mit Licht von Wellenlängen im Bereich von 150 bis 2000 nm. Hierdurch ist ermöglicht, sowohl Absorptions- als auch Fluoreszenzspektren der Untersuchungsgebiete aufzunehmen. Die Hyperspektralkamera ist derart ausgebildet bzw. kann derart ausgebildet werden, dass Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren in einem Spektralbereich von 200 bis 2000 nm aufgenommen werden. Hierzu kann die Kamera Kamerasensoren wie CCD- Sensoren, CMOS-Sensoren, InGaAs Detektoren, Arrays aus Fotodioden oder andere spezielle Sensoren enthalten. Dieser Spektralbereich betrifft die wellenlängenabhängigen Absorptions- und Fluoreszenzspektren, folglich die spektrale Aufnahmedomäne.
Für das Verfahren im Rahmen der Erfindung kann entscheidend sein, dass der zu untersuchende Gegenstand manuell oder automatisch in Bezug auf bzw. relativ zu der positionsfesten Hyperspektralkamera verschiebbar ist. Dies ermöglicht eine genaue Ausrichtung der Probe zur Messeinrichtung. Auch kann die Hyperspektralkamera gegenüber der Probe verschiebbar angeordnet sein. In diesem Fall ist die Probe positionsfest. Auch dies ist manuell oder automatisch möglich. Auch kann die Hyperspektralkamera die Aufnahme durch eine integrierte Einrichtung vollziehen, so dass weder die Kamera noch der aufzunehmende Gegenstand bewegt werden muss.
Die erhaltenen aufgenommenen optischen und hyperspektralen Bilder können mit optischen Mitteln dargestellt werden. Solche optische Mittel können Bestandteil einer Datenverarbeitungseinrichtung sein. Weiterhin können die optischen Mittel auch unabhängig von der Datenverarbeitungseinrichtung sein. So ist vorstellbar, externe Datenanzeigen bzw. Bildschirme, oder auch externe Datenverarbeitungseinrichtungen wie etwa Tablet-Computer, mobile Rechensysteme, Smartphones oder Touch-Screens zur Datenanzeige oder gar zur Steuerung der Hyperspektralkamera zu verwenden.
Die auf den oder die Gegenstände aufgedruckten Druckstrukturen mit ihren Erkennungsmerkmalen, zumindest die primären und sekundären Erkennungsmerkmale, können anorganische und/oder organische Pigmente enthalten. Auch eine Kombination dieser synthetischen Pigmente mit anderen Pigmenten, beispielsweise natürlichen Pigmenten, ist vorstellbar. Weiterhin können Lösungsmittel, Binder und Weichmacher Bestandteil der Druckstrukturen sein. Die Pigmente können für das menschliche Auge sichtbar oder unsichtbar sein. Unsichtbare Pigmente können beispielsweise einzigartige Reflexions-, Absorptions- oder Transmissionseigenschaften im VIS, UV und IR Bereich besitzen.
Die Druckstrukturen können auch zumindest ein Lumineszenzmittel beinhalten. Solche Lumineszenzmittel können anorganische oder organische Lumineszenzpigmente, lumineszierende organische Farbstoffe oder lumineszierende Komplexverbindungen oder eine Mischung aus den zuvor genannten sein. Die Lumineszenzmittel weisen bei Bestrahlung mit Licht von ausgewählter Wellenlänge ein charakteristisches Emissionsspektrum auf. Dieses kann bei geeigneter Auswahl des aufgenommenen Spektralbereichs der Hyperspektralkamera im Fluoreszenzmodus detektiert werden. Durch die charakteristischen Spektren bzw. spektralen Eigenschaften der Lumineszenzmittel ist ein ausgesprochen einzigartiger und sicherer Identifizierungs- und/oder Authentifizierungsschutz von Gegenständen mit solchen Erkennungsmerkmalen gewährleistet. Als Lumineszenzmittel eignen sich im Wesentlichen alle möglichen Kombinationen von Substanzen mit aktiven Lumineszenzzentren und als Wirtsgitter fungierenden Stoffen. Im Folgenden wird ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal über hyperspektrale Bildgebung mittels mindestens einer Hyperspektralkamera beschrieben. Der Ablauf des Verfahrens ist dabei nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt.
In der Figur 1 ist ein Flussschema des Verfahrens dargestellt. Die mit durchgezogenen Linien umrandeten Bezugszeichen betreffen die Datenverarbeitungseinrichtung, die gestrichelt umrandeten Bezugszeichen betreffen die Hyperspektralkamera und die gepunktet umrandeten Bezugszeichen betreffen die Erkennungsmerkmale. Zunächst wird der Gegenstand relativ zur Hyperspektralkamera positioniert (1). Auch eine Positionierung der Kamera relativ zum Gegenstand ist möglich. Daraufhin wird parallel bzw. simultan ein Hyperspektralbild (2) und ein optisches Bild (3) mit der Hyperspektralkamera aufgenommen. Wie bereits zuvor erwähnt, muss während einer solchen Aufnahme eines Hyperspektralbildes bzw. optischen Bildes der Gegenstand mit Licht bestrahlt werden. Nach der Aufnahme der Bilder bzw. Analysebilder können diese untereinander abgeglichen werden (10). Durch einen solchen Bildabgleich können Akquisitionsparameter kontrolliert werden (11). Bei nicht ausreichender Übereinstimmung beider Bilder kann dies als Anlass zu einer Anpassung der Akquisitionsparameter und/oder Repositionierung des Gegenstandes relativ zur Hyperspektralkamera (4) oder umgekehrt verwendet werden. Auch kann nach einem Abgleich beider Bilder ohne Kontrolle der Akquisitionsparameter weiter verfahren werden. Zudem kann gänzlich auf einen Abgleich beider Bilder (10) verzichtet werden. Im Folgeschritt kommt es zu einer Kodierung des hyperspektralen Analysebildes in ein kodiertes Analysebild, in Form eines beispielsweise farbkodierten RGB Bildes (12). Zuvor können die Daten der Analysebilder mathematisch bearbeitet werden, etwa zur Rauschminimierung. Erst danach werden sie in kodierte Analysebilder transformiert. Ein solches farbkodiertes Analysebild kann primäre Erkennungsmerkmale (20), sekundäre Erkennungsmerkmale (21) und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale (22) aufweisen. Die primären, sekundären und/oder tertiären Erkennungsmerkmale können einzeln oder in beliebigen Kombinationen dazu verwendet werden, einen Code in Form einer Datenmatrix (13) zu erstellen. Mithilfe eines solchen Codes (13) kann ein Ist-Soll-Abgleich (14) mit einem vom Nutzer vorgegebenen bzw. sich aus den Erkennungsmerkmalen ergebenden Soll-Code vorgenommen werden.
Bei Übereinstimmung beider Codes kann der Gegenstand bzw. können die Gegenstände identifiziert (15) werden und/oder authentifiziert (16) werden. Parallel oder unabhängig zur Identifizierung und/oder Authentifizierung können die tertiären Erkennungsmerkmale auch dafür verwendet werden, die Qualität oder den Zustand der Gegenstände zu überprüfen bzw. zu untersuchen (23). Dies kann unter anderem für Untersuchungen im Rahmen von Qualitätskontrollen oder von materialwissenschaftlichen Studien (z. B. Alterungszustand) dienlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Positionierung des Gegenstandes relativ zur Hyperspektralkamera
2 Aufnahme eines Hyperspektralbildes
3 Aufnahme eines optischen Bildes
4 Repositionierung und Anpassung der Akquisitionsparameter
10 Abgleich beider Bilder
1 1 Kontrolle der Akquisitionsparameter
12 Kodierung des Hyperspektralbildes in farbkodiertes Bild
13 Code (Datenmatrix)
14 Ist-Soll-Abgleich
15 Identifizierung
16 Authentifizierung
20 primäre Erkennungsmerkmale
21 sekundäre Erkennungsmerkmale
22 tertiäre Erkennungsmerkmale
23 Materialprüfung des Gegenstandes (Alterung, Qualität)

Claims

Patentansprüche 1 . Verfahren zur Erfassung, Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen mit mindestens einem Erkennungsmerkmal über hyperspektrale Bildgebung mit mindestens einer Hyperspektralkamera, die nach Anregung des zu untersuchenden Gegenstandes in senkrecht zu einander stehenden Bildebenen, simultan zumindest ein ortsaufgelöstes optisches Analysebild und zumindest ein ortsaufgelöstes hyperspektrales Analysebild des Gegenstandes oder eines Ausschnittes davon, entlang zwei winklig zu einander stehenden Richtungsachsen, aufnimmt, wobei jeder erhaltene Bildpunkt des hyperspektralen Analysebildes spektrale Informationen über Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften der zu dem erhaltenen Bildpunkt korrespondierenden Ortspunkte enthält, und einer Datenverarbeitungseinrichtung, mit welcher die aufgenommenen Analysebilder in kodierte Analysebilder transformiert werden und die kodierten Analysebilder hinsichtlich des Erkennungsmerkmals untersucht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand, oder ein Ausschnitt davon, primäre, sekundäre und/oder tertiäre Erkennungsmerkmale aufweist, und der Gegenstand über einen Ist-Soll Abgleich mindestens eines Erkennungsmerkmals identifiziert und/oder authentifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder erhaltene Bildpunkt des kodierten Analysebildes ausgewählte, dem jeweiligen Ortspunkt zugrunde liegende spektrale Eigenschaften in Form von den spektralen Eigenschaften zugeordneten Farbkodierungen repräsentiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten spektralen Eigenschaften ein oder mehrere Maxima, Minima, Wendepunkte, Banden, oder Ausschnitte von wellenlängenabhängigen Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren oder eine Kombination aus vorgenannten Merkmalen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten spektralen Eigenschaften sich über den gesamten spektralen Aufnahmebereich erstreckende Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektren sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Erkennungsmerkmale die spektralen Absorptions- und/oder Fluoreszenzeigenschaften von auf den Gegenstand oder eines Ausschnittes davon aufgedruckten Druckstrukturen sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Erkennungsmerkmale die geometrische Anordnung oder Abfolge, die Größenverhältnisse, die Außen- oder Innenkontur von mindestens einer auf dem Gegenstand oder einem Ausschnitt davon, aufgedruckten Druckstruktur mit einem oder mehreren primären Erkennungsmerkmalen sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die tertiären Erkennungsmerkmale die spektralen Informationen der zu identifizierenden Gegenstände betreffen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Erkennungsmerkmale gemeinsam einen Code in Form einer ein- oder mehrdimensionalen Datenmatrix bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände bei Übereinstimmung des Codes mit einem Soll-Code identifizierbar und/oder authentifizierbar sind.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsgebiet bei der Aufnahme des optisches und hyperspektralen Analysebildes mit Licht von Wellenlängen im Bereich von 150 bis 2000 nm bestrahlt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hyperspektralkamera dazu eingerichtet ist Absorptions- und Fluoreszenzspektren in einem Spektralbereich von 200 bis 2000 nm aufzunehmen.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zu untersuchende Gegenstand manuell oder automatisch relativ zu der positionsfesten Hyperspektralkamera verschiebbar ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen optischen und hyperspektralen Analysebilder wie auch die kodierten Analysebilder mit optischen Mitteln dargestellt werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstrukturen anorganische Pigmente, metallorganische Komplexe und/oder organische Farbstoffe enthalten.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstrukturen mindestens ein Lumineszenzmittel enthalten.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lumineszenzmittel bei Bestrahlung mit Licht ein charakteristisches Emissionsspektrum aufweist.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Gegenstand oder einen Ausschnitt davon Druckstrukturen aufgebracht sind, die die primären und / oder sekundären Erkennungsmerkmale aufweisen und mindestens ein Lumineszenzmittel enthalten.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstrukturen mindestens ein Lumineszenzpigment, einen lumineszierenden organischen Farbstoff, oder eine lumineszierende Komplexverbindung oder eine Mischung aus den vorgenannten enthalten.
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