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Dokumentenidentifikation DE3687710T2 19.05.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0253935
Titel Abtasten einer Charakteristik mit ausgeglichenen Bildelementen.
Anmelder Light Signatures, Inc., Los Angeles, Calif., US
Erfinder Gold, David G., Santa Monica California 90402, US;
Gharibian, Vahakn K., Los Angeles California 90029, US
Vertreter Tauchner, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Heunemann, D., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Rauh, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Hermann, G., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Schmidt, J., Dipl.-Ing.; Jaenichen, H., Dipl.-Biol. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte; Tremmel, H., Rechtsanw., 8000 München
DE-Aktenzeichen 3687710
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 16.10.1986
EP-Aktenzeichen 863080552
EP-Offenlegungsdatum 27.01.1988
EP date of grant 03.02.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse G06K 7/10

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Authentizieren von Dokumenten oder eines anderen Gegenstandes, derart, daß der Gegenstand zum Ableiten eines Ausgangssignals abgetastet wird, das von der Durchsichtigkeit oder eines anderen optisch relevanten Kennzeichens innerhalb eines definierten Fensterbereichs des Gegenstandes abhängt.

Verfahren und Systeme dieser oben beschriebenen Art zum Authentizieren von Gegenständen, wie etwa Papieretiketten und Ausweiskarten, sind aus US-A-4 423 415 bekannt. Das Authentizieren umfaßt in diesem Fall das Abtasten von Licht, das durch den Gegenstand hindurchgesendet oder von ihm reflektiert wird, um ein für die Durchsichtigkeit oder Reflektivität repräsentatives Signal abzuleiten, je nachdem innerhalb einer oder mehrerer bestimmter Stellungen oder Fensterbereiche des Gegenstandes. Das Ergebnis dieser Abtastung wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis einer auf dem Gegenstand selbst verzeichneten früheren Abtastung in sichtbarer oder magnetisch lesbarer Form verglichen. Wegen der praktischen Schwierigkeit oder Unmöglichkeit, Kennwerte, wie etwa Durchsichtigkeit von Papier oder Reflektivität, zu fälschen, bestätigt das Vergleichsergebnis die Authentizität des Gegenstandes oder nicht.

Damit der Authentizierungsprozeß verläßlich durchgeführt werden kann, ist es notwendig, daß der Abtastvorgang genau auf die in der früheren Abtastung verwendeten Fensterbereiche bezogen werden kann. Obwohl die betroffenen Bereiche auf dem Gegenstand selbst präzise gekennzeichnet oder verborgen werden können, tendiert dies dazu, die Sicherheit des Authentizierungsprozesses zu gefährden, und so werden die Bereiche vorzugsweise durch zum Beispiel verborgene Koordinatenreferenzen auf ihren Positionen bezüglich einer Kennzeichnung oder eines Merkmal des Gegenstandes definiert. Der Bedarf, Abtastung präzise auf Referenzen dieser Art zu beziehen, kann die zuverlässige Ausführung des Authentizierungsprozesses erschweren, da sogar geringfügige Ausrichtungsfehler des mit dem bestimmten Fensterbereich abgetasteten Bereichs sogleich den Verlust der Korrelation mit dem verzeichneten Ergebnis verursachen können. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere dann auf, wenn alte Dokumente betroffen sind oder wenn der Fensterbereich notwendigerweise klein ist, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schwierigkeit zu verringern, indem ein größerer Toleranzgrad für Ausrichtungsfehler im Authentizierungsprozeß bereitgestellt wird.

Gemäß einer Form der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Authentizieren eines Dokuments oder anderen Gegenstandes der bestimmten Art dadurch gekennzeichnet, daß von dem abgetasteten Fensterbereich abgeleitete Pixelwerte gegeneinander gewichtet werden, um den Wert oder die Werte, die von der Mitte des abgetasteten Bereichs abgeleitet wurden, relativ zu verstärken, und daß das Ausgangssignal durch Verarbeiten der gewichteten Pixelwerte miteinander abgeleitet wird.

Die Erfindung erkennt, daß durch Verstärkung des Beitrags eines Mittelteils eines abgetasteten Bereichs zur Abtastung die Effekte des Ausrichtungsfehlers dieses Bereichs mit dem definierten Fensterbereich verringert werden können, während gleichzeitig ein angemessener Vollständigkeitsgrad der Authentizierung beibehalten wird.

Die Wichtung der Pixelwerte kann zumindest teilweise durch Filtern von Licht bewirkt werden, das auf den Gegenstand einfällt und/oder von ihm ausgesendet wird. Das Filtern kann in dieser Hinsicht einen Lichtstrahl außerhalb einer Mittelzone des Strahlquerschnitts abschwächen und kann zu diesem Zweck einen Filter mit konzentrischen Abschnitten umfassen, deren Lichtschwächungseigenschaft sich von einem Mittelabschnitt des Filters aus nacheinander erhöht.

Die Verwendung eines Filters, der konzentrische Abschnitte aufweist, die von einem Mittelabschnitt des Filters aus zunehmende Lichtschwächung von einem Abschnitt zu einem nächsten schaffen, ist aus GB-A-986 533 bekannt. Dieses letzterwähnte Dokument beschreibt die Verwendung eines solchen Filters in Zusammenhang mit einem Bildübertragungssystem, um das Erscheinungsbild zu verbessern, mit dem ein Tondichteübergang innerhalb des Orginalbildes in einer von ausgesendeten Signalen erzeugten Kopie reproduziert wird. Der Filter besitzt die Wirkung und den Zweck, das Licht, das von einem Mittelteil eines von einem Photomultiplier des Systems betrachteten Bereichs ausgesendet wird, relativ zu den äußeren Teilen dieses Bereichs zu verstärken, so daß, sobald der betrachtete Bereich eine Kante zwischen zwei im Ton kontrastierenden Abschnitten oder dem Orginal überquert, ein gleichmäßiger Übergang der entstehenden Signalausgabe erfolgt. Diese Beschreibung, die sich mit dem Erhalten der akzeptablen Reproduktion eines Faksimile-Bildes befaßt, ist nicht auf das Problem anwendbar, mit dem sich die vorliegende Erfindung zur Verringerung des Ausrichtungsfehlers beim Abtasten bei der Authentizität eines Dokuments oder anderen Gegenstandes befaßt.

Die Wichtung der Pixelwerte bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ohne Verwendung eines Filters durchgeführt werden. Insbesondere können Signale entsprechend den jeweiligen Pixelwerten von Abtastungen, die an verschiedenen Stellen innerhalb des Fensterbereichs vorgenommen wurden, abgeleitet werden, und diese können relativ zueinander gewichtet werden durch Verwendung von Multiplikationsfaktoren, die jeweils von der Relativposition der Abtaststellen innerhalb des Fensterbereichs abhängen. Im anderen Falle, bei dem die abgetasteten Positionen innerhalb des Fensterbereichs einander überlappen, können die beim Abtasten an diesen Überlappungspositionen abgeleiteten Signale einfach aufsummiert werden, um die geforderten Wichtungen zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung, die sowohl von einem Authentizierungsverfahren handelt, befaßt sich auch mit einem System der bestimmten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Abtasteinrichtung Pixelwerte von dem abgetasteten Fensterbereich ableitet, die gegeneinander so gewichtet werden, daß der Wert oder die Werte, die von der Mitte des abgetasteten Bereichs abgeleitet wurden, relativ verstärkt werden, und daß das Ausgangssignal durch Verarbeiten der gewichteten Pixelwerte miteinander abgeleitet wird. Wie bei dem Verfahren der Erfindung kann die Wichtung der Pixelwerte durch Verwendung optischer Filterungstechniken oder durch Signalverarbeitung erreicht werden.

Verfahren und Systeme entsprechend der vorliegenden Erfindung werden jetzt in Form von Beispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Systems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Prinzipien des Betriebs für ein System entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems, das entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht entlang einer Linie 4-4 in dem in Fig. 3 veranschaulichten System;

Fig. 5 ein Diagramm, das den Betrieb eines anderen Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines alternativen Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 ein Diagramm, das den Betrieb eines weiteren Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen

Wie oben angegeben, werden hier detaillierte, veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Physikalische Erkennungsmedien, Datenstrukturen und Betriebssystemdetails entsprechend der vorliegenden Erfindung können jedoch in einer großen Vielfalt von Formen dargestellt werden, von denen sich einige sehr von denjenigen der beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden können. Folglich sind die hier beschriebenen spezifisch strukturellen und funktionellen Details lediglich repräsentativ; dennoch werden sie in dieser Hinsicht so erachtet, daß sie zum Zweck der Beschreibung die besten Ausführungsformen bieten, und hierbei eine Grundlage für die Patentansprüche schaffen, die den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung definieren.

Zuerst gemäß Fig. 1 wird ein Dokument in Form einer ID- Karte 10 dargestellt. Natürlich könnte das Dokument verschiedene Formen annehmen; jedoch in Hinblick auf die veranschaulichenden Ausführungsformen besitzt die Karte 10 ein Kennzeichen, das sich durch Strahlung, die vom Dokument abstrahlt, manifestiert. Zum Beispiel kann die Karte 10 aus Papier mit veränderlichem Durchsichtigkeitsmuster als das bei den veranschaulichenden Ausführungsformen verwendete Kennzeichen bestehen.

Ein Eckzeichen 12 auf der Karte 10 kennzeichnet einen beträchtlichen Bereich oder ein Feld 14, in dem ein charakteristisches Fenster 16 leicht abgeschattet angelegt ist. Das heißt, daß das Fenster 16 (gekennzeichnet durch gestrichelte Linien) auf gar keine Weise gekennzeichnet oder angezeigt ist, sondern eher auf unterschiedliche Weise in dem Feld 14 untergebracht sein kann, um bezüglich des Eckzeichens 12 lokalisiert zu werden. Die Durchsichtigkeit des Fensters 16 ist ein Kennzeichen, das im wesentlichen für die Karte 10 einzigartig ist. Demnach kann dieses Kennzeichen wiederholt abgetastet werden, um die Karte 10 zu identifizieren.

Bei der graphischen Darstellung in Fig. 1 ist das Kennzeichen des Fensters 16 so dargestellt, daß es von einem Strahlungsbündel 17, das von der Karte 10 zu einem Sensor 18 läuft, abgetastet wird. Um den Betrieb des Sensors 18 darzustellen, wird der Strahl 17 in Pixel P1, P2 und P3 zerlegt, die vom Sensor 18 durch gewichtete Projektionen 19 graphisch dargestellt sind. Insbesondere stellen die graphischen Projektionen 19 die Pixel P1, P2 und P3 mit mittengewichteter Wertigkeit dar. Der Mittelpixel P2 wird bezüglich der Pixel P1 und P3 mit gewichteter Wertigkeit abgetastet. Das heißt, daß der Mittelabschnitt des Fensters 16, wie er durch das Pixel P2 dargestellt ist, bezüglich der äußeren Abschnitte gewichtet wird. Insbesondere werden die Pixel durch Faktoren gewichtet: P1·1, P2·2 und P3·1.

Detaillierte Techniken, um Pixelwichtung zu erlangen, die hiermit vereinbar sind, werden weiter unten im Detail behandelt. Jedoch ist es begrifflich wichtig, einzuschätzen, daß durch die Wichtung der charakteristischen Wertigkeit des Mittelabschnitts des Fensters 16 die Verschiebungstoleranz des Fensters 16 auf der Karte 10 erhöht wird. Das heißt, die vorliegende Entwicklung basiert auf der Erkenntnis, daß die Verschiebungstoleranz des Fensters 16 durch Hinzufügen der gewichteten Wertigkeit des Mittelabschnitts des Fensters erhöht wird. Die folgende Erklärung in Bezug auf Fig. 2 behandelt die Überlegungen analytisch, wobei die Pixelwichtung die Kritikalität der Fensterlokalisierung verringert.

Gemäß Fig. 2 veranschaulicht eine rechteckige Form 22 eine idealisierte Abtastung eines Fensters mit einer gleichförmigen Lichtdurchsichtigkeitscharakteristik. Im wesentlichen ist der Bereich unterhalb der Form 22 ein Maß für das beobachtete Licht, das durch das Fenster gelangt. Als alternative Messung der Durchsichtigkeit könnte die Amplitude der Form 22 abgetastet werden.

Um eine praktische Abtastung des angenommenen Fensters zu betrachten, stellt ein Lichtpunkt 24 den Auftreffbereich eines Lichtabtasters dar, wie er im Fernsehen und auf verwandten Gebieten gut bekannt ist. Die Abtastung des Fensters mit einem derartigen Gerät erzeugt eine Kurve 26. Außerdem ist angenommen, daß sich der Lichtpunkt 24 mit einer konstanten Geschwindigkeit über das Fenster bewegt und alle Werte festgehalten sind. Die abfallenden Abschnitte der Kurve 26 rühren von dem Lichtpunkt 24 her, der sich über die Vorder- und Hinterkanten der Form 22 bewegt. Maße für die Fenstercharakteristik könnten wiederum die Fläche unterhalb der Kurve 26 oder die Spitzenamplitude dieser Kurve sein. In dieser Hinsicht kann gesehen werden, daß schon an sich eine gewisse Mittelwichtung der Beobachtung aufgrund der Übergänge auftritt. Das System der vorliegenden Erfindung betrachtet jedoch erhöhte Wichtung, wie bezüglich Fig. 1 dargestellt ist. Insbesondere sei beispielsweise angenommen, daß der in der Mitte schraffierte Teil 28 der Form 22 gewichtet wird, um ihm eine doppelte Wertigkeit zukommen zu lassen. Das Ergebnis ist die Bildung einer Kurve 30, die der Kurve 26 überlagert wird. Die Wertigkeit einer solchen Mittelwichtung wird jetzt betrachtet werden.

Im wesentlichen heben in der Mitte des betrachteten Fensters genommene Wichtungswerte diejenige Messungen hervor, die sehr wahrscheinlich innerhalb des definierten Fensters liegen. Das heißt, daß während wiederholten Beobachtungen das betrachtete Fenster wesentlich gegenüber dem definierten Fenster versetzt sein kann. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird jedoch der Mittelabschnitt jedes betrachteten Fensters innerhalb des definierten Fensters liegen. Demnach basiert die vorliegende Erfindung darauf, eine derartige Beziehung und die entsprechend gewichtete Wertigkeit des Mittelabschnitts des Fensters zu erkennen. Wie in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht, verringert deshalb die Zerlegung eines Fensters in Pixel und die Wichtung der Pixel, um erhöhte Wertigkeit für Mittelpixel zu schaffen, die Kritikalität, bei jedem Abtastvorgang das Fenster genau zu lokalisieren. Eine derartige Wichtung kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielhafte Techniken, wie hier beschrieben, umfassen die Filterung der Strahlungsenergie der Abtastung, überlappende Pixel und arithmetische Wichtung.

Jetzt gemäß Fig. 3 ist ein Dokument 36 zum Anbringen in einem Lichtabtastgerät dargestellt, wie unten im Detail erklärt wird. Das Dokument 36 besitzt ein strahlungsempfindliches Kennzeichen, wie oben beschrieben, insbesondere ein Muster variierender Durchsichtigkeit. Es wird durch eine Lampe 38 beleuchtet, die einen durch eine gestrichelte Linie dargestellten Strahl 40 erzeugt. Der Strahl 40 von der Lampe 38 läuft durch eine fokussierende Linse 42, eine Blende 44 und einen Filter 46, bevor er auf das Dokument 36 auftrifft. Der Filter 46 weist, wie in Fig. 4 veranschaulicht, konzentrische Abschnitte variierender Durchsichtigkeit auf. Das heißt, ein äußerer Ring 48 des Filters 46 verringert die Beleuchtung um zwei Drittel. Ein innerer Ring 50 verringert die Beleuchtung um ein Drittel, und der kreisförmige Mittelbereich 52 des Filters 46 schwächt oder verringert das durchlaufende Licht nicht. Dementsprechend kann das durch die verschiedenen Zonen oder Abschnitte des Filters 46 laufende Licht einer Beziehung "eins", "zwei" und "drei" gleichgesetzt werden. Somit sind die Intensitäten in FI- GUR 3 eingeteilt in Strahlzonen, die mit "eins", "zwei" und "drei" bezeichnet sind, veranschaulicht. Physikalisch zeigen die Bezeichnungen Licht hoher Intensität im Mittelabschnitt mit "drei" dargestellt an, Licht geringerer Intensität im Kreis mit "zwei" bezeichnet und Licht noch geringerer Intensität im Kreis mit "eins" bezeichnet.

Der Strahl mehrerer Zonen erzeugt Beleuchtung durch das Dokument 36 entsprechend der Durchsichtigkeit des Dokuments. Zu beachten ist, daß der Lichtstrahl gegenüber den Größenverhältnissen einer typischen Situation zur Veranschaulichung stark vergrößert ist (bezüglich des Dokuments 36).

Abhängig von der Durchsichtigkeit (oder Opazität) des Dokuments 36 durchlaufen Teile des Strahls 40 das Dokument 36 und dann einen Filter 54, um auf einen Photosensor 56 aufzutreffen. Der Filter 54 ist dem Filter 46 ähnlich und schwächt entsprechend weiterhin Teile des Strahls, die in den äußeren Kreisen oder Ringen liegen, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Folglich wird die Strahlung oder das Licht in der Mitte des Strahls bezüglich der äußeren Ringe beträchtlich verstärkt. Das heißt, wenn der Gesamtstrahl 40 durch einen Bereich gleichmäßiger Durchsichtigkeit auf dem Dokument 36 liefe, würde die Lichtintensität in der Strahlmitte am größten sein, gefolgt von der des angrenzenden Rings und dann wieder gefolgt von der des äußeren Rings (siehe Fig. 4).

Der Photosensor 56 tastet die Strahlung des Strahls 40 ab und liefert ein repräsentatives Signal an eine Auswahlschaltung 60. Von der Auswahlschaltung 60 werden Teile des Signals einem Komparator 62 zugeführt, der von einem Register 64 ebenfalls ein repräsentatives Signal empfängt. Der Komparator 62 ist mit einem Signalgerät 66 verbunden, um die Ergebnisse eines Vergleichs festzuhalten. Diese Strukturen können verschiedene Ausführungsformen annehmen, einschließlich der Ausführungsformen, die in dem zitierten U.S. Patent 4,423,415 beschrieben sind. In dieser Hinsicht können die Vorgänge auf ein digitales Format reduziert werden, und verschiedene Ausführungsformen der Zeit- und Steuerstrukturen sind aus dem Stand der Technik verfügbar. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang das Dokument 36, wie veranschaulicht, durch einen Dokumentenhalter oder ein Dokumenttransportsystem 68 angebracht und bewegt. Eine Steuereinheit 70 setzt das Dokumenttransportsystem 68 und die Auswahlschaltung 60 in Betrieb.

Im wesentlichen könnte, wie im oben zitierten U.S. Patent 4,423,415 beschrieben, irgendeine Zahl von Bereichen (Fenstern) auf ein Bezugskennzeichen (Durchsichtigkeit) hin beobachtet werden, wobei das Kennzeichen zum Vergleich mit Testkennwerten, die nachfolgend abgetastet werden, aufgezeichnet wird. Natürlich authentiziert ein günstiger Vergleich das Dokument. In dieser Hinsicht kann ein stark vereinfachender Betriebsmodus für das System aus Fig. 3 ein Dokument durch Abtastung eines einzigen Fensters überprüfen, also den Bereich, der mit der Teilfläche des Strahls 40 zusammenfällt (Fig. 3). Das heißt, das Dokument ist zur Zeit der Abtastung unbeweglich, von dem Dokumenttransportsystem 68 auf der Stelle angehalten und so ausgerichtet, daß das Beobachtungsfenster mit dem Strahl 40 zusammenfällt. Die Ausrichtung könnte bezüglich einer Dokumentenecke oder eines Zeichens auf dem Dokument vorgenommen werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Zuvor beobachtete charakteristische Daten werden in dem Register 64 gespeichert. Dazu ist der detaillierte Vorgang zu betrachten.

Wie oben bemerkt, ist von einer vorhergehenden Abtastung ein charakteristischer Datenwert im Register 64 enthalten. Der Wert zeigt den Durchlässigkeitskennwert des Dokuments 36 im interessierenden Fenster an. Der Wert könnte einfach eine digitale, numerische Darstellung sein, die die Durchsichtigkeit des betroffenen Fensters anzeigt. Das Dokument 36 wird so ausgerichtet, daß das Fenster (interessierender Bereich) im wesentlichen unterhalb des Strahls 40 liegt. Insbesondere wird oberhalb des Dokuments 36 (Fig. 3) der Strahl 40 im Querschnitt so dargestellt, daß er durch die Linse 42 fokussiert, durch die Blende 44 ausgewählt und durch den Filter 46 in Zonen zerlegt worden ist. Entsprechend weist der Strahl 40 drei getrennte, konzentrische Abschnitte auf, die als zerlegte Pixel bezeichnet werden könnten. Insbesondere besitzt der äußere Abschnitt oder Ring P1 einen relativen Intensitätswert von "eins"; der innere Ring oder Pixel P2 besitzt einen relativen Intensitätswert von "zwei" und der Kern oder Mittelabschnitt P3 besitzt einen relativen Intensitätswert von "drei". Somit ist der Strahl 72 in drei Teile zerlegt, die als Pixel P1, P2 und P3 bezeichnet werden, die auf dem Dokument 36 ein definiertes Fenster für die Abtastung einteilen.

An diesem Punkt der Beschreibung kann erkannt werden, daß, um ein bestimmtes Fenster abzutasten, es bei der Ausrichtung des Dokuments 36 sehr wahrscheinlich ist, daß das Mittelpixel P3 des Strahls 72 im speziellen Fenster auftreffen wird. Das heißt, Ausrichtungsfehlervariationen werden wohl die Pixel P1 und P2 (äußere Ringe) des Strahls 40 beeinflussen. Folglich wird mit der verstärkten Wertigkeit des Mittelpixels P3 die Toleranz gegenüber Ausrichtungsfehlern erhöht.

Der modulierte Strahl 40 der gewichteten Pixel trifft auf das Dokument 36 auf und wird ferner durch die Durchsichtigkeit des Dokuments 36 im Auftreffenster moduliert. Wenn das Dokument 36 zum Beispiel aus Papier besteht, werden Änderungen der Opazität einfach dadurch offensichtlich, daß das Blatt vor eine Lichtquelle gehalten und beobachtet wird.

Der aus dem Papier 36 austretende modulierte Lichtstrahl wird durch Durchlaufen eines Filters 54 (ähnlich dem Filter 46) noch weiter moduliert. Der Filter 54 verstärkt durch Verringerung der Intensität der äußeren Bereiche die Wertigkeit des Mittelpixels P3 des Strahls weiter. Auf diese Weise moduliert, trifft der Strahl auf den Photosensor 56 auf, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das für die augenblickliche Durchsichtigkeit des Fensters repräsentativ ist. Dieses Signal wird durch die Auswahlschaltung 60 verarbeitet und kann auf einen digitalen Wert reduziert werden, der dem Komparator 62 zur Korrelation mit einem früher beobachteten Wert vom Register 64 zugeführt wird. Wesentliche oder annähernde Koinzidenz zwischen den zwei Werten veranlaßt den Komparator 62, dem Gerät 66 ein Freigabesignal zuzuführen, um die Verifikation des Dokuments festzuhalten. Der Koinzidenzgrad wird etwas genauer gegenüber Fensterausrichtungsfehlern gemessen, indem die Wertigkeit des Mittelabschnitts oder die mittleren Bildelemente des betrachteten Fensters erhöht werden. Folglich können Fenster in Übereinstimmung damit effektiv in ihrer Größe (Fläche) verkleinert werden.

Bei einem komplexeren Betriebsmodus kann das System aus Fig. 3 das Dokument 36 an verschiedenen Fenstern abtasten, wenn das Dokument durch das Transportsystem 68 fortlaufend unter dem Strahl 40 bewegt wird. Für einen solchen Betrieb kann das Dokumenttransportsystem 68 verschiedene Ausführungsformen annehmen, wie im Stand der Technik beschrieben ist, zum Beispiel in dem oben zitierten U.S. Patent 4,423,415. Wie ebenfalls in diesem Patent beschrieben ist, kann das System aus FI- GUR 3 ein Gerät in der Auswahlschaltung 60 und dem Transportsystem 68 zum gemeinsamen Betrieb umfassen, um Daten aus ausgewählten Bereichen oder Fenstern des Dokuments zu isolieren. Bei einer Betriebsform kann das Zeichen 12 (Fig. 1) auf dem Dokument 36 (Fig. 3) verwendet werden, um eine Ecke für ein Feld 14 (Fig. 1) zu definieren. Von einer solchen Ecke aus werden einzelne Fenster ausgewählt. Wie in Fig. 4 veranschaulicht ist, kann die Linie oder das Zeichen 12 eine Abtastspur 74 definieren, die durch den durch den Filter 46 laufenden modulierten Strahl 40 abgefahren wird. Wenn der Strahl 40 auf ausgewählte Stellen (Fenster) auftrifft, wird ein beobachtetes repräsentatives Signal entnommen, um abgetastete Datenwerte zum Vergleich mit gespeicherten Datenwerten zu liefern. Solch ein dynamischer Betriebszustand wird nun in größerem Detail behandelt werden.

Das Dokumenttransportsystem 68 (Fig. 3) enthält ein Gerät zum Bewegen des Dokuments 36 und zum Abtasten des Zeichens 12 (Fig. 4), um die Augenblicke zu erkennen, in denen der Strahl 72 auf den Bereich eines bestimmten Fensters auftrifft. Der Betriebszustand beinhaltet die Überwachung des Zeichens 12 (Fig. 4), und eine Ausführungsform eines solchen Geräts wird zusammen mit einer Ausführungsform des Geräts im oben zitierten U.S. Patent 4,423,415 gezeigt und beschreiben, das als Steuerschaltung 70 und Auswahlschaltung 60 verwendet werden kann. Im wesentlichen arbeitet die Steuereinheit 70 bei der Bestimmung der Augenblicke, in denen der Strahl 40 auf ein Fenster auftrifft, mit dem Dokumenttransportsystem 68 zusammen und setzt entsprechend die Auswahlschaltung 60 in Betrieb, um das vom Photosensor 56 erzeugte beobachtete Analogsignal abzutasten. Solche einzelnen Stichproben halten die Durchsichtigkeitsbeobachtungen fest und können weiter verarbeitet werden, um dann dem Kornparator 62 zur Korrelation bezüglich gespeicherter Referenzwerte vom Register 64 zugeführt zu werden. Wiederum sind veranschaulichende Ausführungsformen solcher Strukturen in dem oben zitierten U.S. Patent 4,423,415 gezeigt und beschrieben. Wie beim statischen Abtastsystem ist es erneut einleuchtend, daß durch Zerlegung eines Fensters -in Bereiche (Pixel) gewichteter Wertigkeit, die Toleranz gegenüber Fensterausrichtungsfehlern erhöht wird. Wie oben angegeben, können verschiedene andere Strukturen und Techniken verwendet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Zum Beispiel können Pixel überlappt werden, um die Wichtung zu erzielen, oder einzelne Pixel können arithmetisch gewichtet werden. Ein System für ein arithmetisches Wichtungsverfahren wird jetzt betrachtet werden.

Gemäß Fig. 5 ist ein rechteckiges Fenster 80 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Wie oben beschrieben ist, bildet das Fenster einen Bereich auf dem Dokument, der durch Strahlung abgetastet werden soll. Die von dem Dokument ausgehende Strahlung offenbart ein Kennzeichen des Dokuments, z. B. Durchsichtigkeit. Wie oben bemerkt, liegt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Erhöhung der Toleranz des Systems zur Lokalisierung von Fenstern während wiederholter Abtastungen, um den Gegenstand zu authentizieren. Unter anderem erlaubt jenes Merkmal, daß die Fenster geringere Größe haben.

Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird das Fenster 80 in fünf Pixel zerlegt, speziell den Pixeln P1, P2, P3, P4 und P5. Eine derartige Zerlegung zusammen mit der damit verbundenen Abtastung der charakteristischen Werte an den Pixeln kann mit einer Vielzahl von Techniken und Geräten erzielt werden. Zum Beispiel könnte sich ein Lichtpunktabtaster entlang des< geraden Wegs des Fensters 80 bewegen, während das entstehende Photosignal wahlweise in dem Augenblick abgetastet wird, in dem der Abtaster dabei ist, die Pixel P1 bis P5 abzutasten. Zusätzlich könnte eine Reihe oder ein lineares Feld von Photozellen gleichzeitig die Bereiche der Pixel P1 bis P5 abtasten, um entstehende Signale zu erzeugen.

Mit der Abtastung der Signale, die charakteristische Werte der Pixel P1 bis P5 offenbaren, werden die Pixelsignale arithmetisch gewichtet. Insbesondere dem Mittelpixel P3, zum Beispiel, könnte eine relative Wertigkeit von "drei" zukommen. Den inneren Pixeln P2 und P4 könnte eine relative Wertigkeit von "zwei" zukommen, während den äußeren Pixeln P1 und P5 eine relative Wertigkeit von "eins" zukommen könnte. Somit schreibt, wie oben erklärt, die Wichtung den in der Mitte gelegenen Pixeln größere Wertigkeit zu, um, wie angedeutet, eine erhöhte Toleranz zu erhalten. Ein System, das die wie oben bezüglich Fig. 5 beschriebene Technik verwendet, wird jetzt betrachtetce werden.

Gemäß Fig. 6 ist ein Dokumentenhalter 102 (links unten) dargestellt, der ein Dokument 10 (Fig. 1) erhält. Der Dokumentenhalter 102 (Fig. 6) ist mit einem Lichtpunktabtaster 106 zum Abtasten eines Feldes 14 (Fig. 1) verbunden. Der Dokumentenhalter 102 ist für den gemeinsamen Betrieb ebenfalls mit einer Synchronsignalquelle 108 verbunden, die wiederum mit dem Lichtpunktabtaster 106 und einem Pixelselektor 110 verbunden ist.

Im allgemeinen tastet der Lichtpunktabtaster 106 (Fig. 6) das Feld 14 (Fig. 1) in einem Rastermuster entsprechend gut bekannter Videotechniken ab. Der Abtaster 106 wird durch horizontale und vertikale Synchronisationssignale von der Quelle 108 synchronisiert, die Takt- und Positionierungssignale vom Dokumentenhalter 102 empfängt. Die Synchronsignalquelle 108 führt ebenfalls dem Pixelselektor 110 Signale zu, der dann wiederum mit einer Abtastschaltung 112 verbunden ist. Im wesentlichen zu Zeitpunkten, in denen ein interessierendes Pixel abgetastet wird, startet der Pixelselektor 110 die Abtastschaltung 112, um einem Analog-Digital-Konverter 114 ein analoges Datensignal zuzuführen. Insbesondere erzeugt die Abtastschaltung 112 analoge Werte zu genau den Zeitpunkten, an denen der Lichtpunktabtaster 106 die Pixel P1, P2, P3, P4 und P5 im Fenster 80 auf der Karte 10 abtastet. Die entstehenden analogen Werte werden durch den Konverter 114 in digitale Darstellungen umgewandelt. Die digitalisierten Werte werden dann abhängig von der Fensterposition durch eine Wichtungsschaltung 116 gewichtet. Die Schaltung 116 führt algebraische Verarbeitungsschritte durch, um die Pixelwerte mit unterschiedlichen Faktoren zu multiplizieren. Zum Beispiel könnte gemäß Fig. 5 ein Mittelpixelsignal (der Einfachheit halber auch mit P3 bezeichnet) mit einem Wert von "drei" multipliziert werden. Die Pixelsignalwerte für die Pixel P2 und P4 werden mit einem Wert von "zwei" multipliziert und die äußeren Pixelsignale P1 und P5 werden einfach mit Eins multipliziert oder ohne Änderung durchgelassen.

Die entstehenden gewichteten Pixelwerte werden (als repräsentative Signale) von der Wichtungsschaltung 116 einem Addierer 118 geliefert, der die einzelnen Pixelwerte aufsummiert, um eine Summe zu erhalten. Dieser Summenwert wird durch ein vom Addierer 118 zu einem Komparator 120 zugeführtes Signal dargestellt. Zu beachten ist, daß der Addierer 118 mit der Synchronsignalquelle 108 verbunden ist und vom Fenster 80 definierte Taktsignale empfängt. Durch solche Signale erzeugt der Addierer Summensignaldarstellungen und wird gelöscht.

Der Komparator 120 ist mit der Synchronsignalquelle 108 verbunden und wird dementsprechend gleichzeitig mit der Zusendung der Signaldarstellungen vom Addierer 118 in Betrieb gesetzt. Das heißt, wenn die gewichteten Pixel eines Fensters durch den Addierer 118 aufsummiert worden sind, wird ein digital dargestellter Wert vom Addierer 118 dem Komparator 120 zur Korrelation mit einem ähnlich dargestellten Referenzwert vom Speicher 122 zugeführt. Verschiedene Ausführungsformen von Kornparatoren und Korrelatoren sind gut bekannt und werden weit verbreitet auf verschiedenen Datenverarbeitungsgebieten verwendet. Die Ergebnisse der Korrelation werden auf einem Ausgabegerät 124 angezeigt. Im wesentlichen setzt ein günstiger Vergleich oder eine günstige Korrelation zwischen dem gespeicherten Referenzwert und dem frisch abgetasteten oder entwickelten Wert das Ausgabegerät 124 in Betrieb, um anzuzeigen, daß das Dokument authentisch ist. Andernfalls wird keine solche Anzeige erzeugt.

Bei dem Betrieb des Systems aus Fig. 6, wie oben betrachtet, wird der Pixelselektor 110 eingestellt, um eine bestimmte Anzahl von Pixeln für ein Fenster bereitzustellen, z. B. fünf Pixel für das Fenster 80, wie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Die Wichtungsschaltung 116 würde ebenfalls eingestellt, um geeignete Multiplikatoren zur Hervorhebung der Wertigkeit der in der Mitte angeordneten Pixel bereitzustellen. Zum Beispiel, wie in Fig. 5 veranschaulicht, wurde erklärt, daß die Signalwerte für die Pixel P1 und P5 mit Eins multipliziert wurden, während die Pixel P2 und P4 mit "zwei" multipliziert wurden und der Mittelpixel P3 mit "drei" multipliziert wurde. Der Betriebszustand des Komparators 120 kann verändert werden, um zur Erzeugung eines Freigabesignals für das Ausgabegerät 124 einen variablen Koinzidenzgrad zwischen den Referenzwerten und den abgetasteten Werten festzusetzen.

Bei einem anderen Betriebsmodus werden die Pixel unterschiedlich ausgewählt und gewichtet. Im allgemeinen sind die Pixel überlappt, um die Mittelzonenwichtung durchzuführen. Der Vorgang und das Wichtungsverfahren durch überlappende Pixel wird durch Fig. 7 veranschaulicht. Insbesondere ist eine Reihe überlappender Pixel 130 in einem Fenster 132 dargestellt. Der Überlappungsgrad durch die Pixel ist durch die Zahlen "eins", "zwei", "drei" und "vier" dargestellt. Das heißt, daß die numerischen Bezeichnungen als Anzeige der Pixelbreite verstanden werden können. Die Teile 140 und 142 der Pixel sind in einem einzigen Pixel (äußerer) enthalten und deshalb mit "eins" bezeichnet. Die angrenzenden, etwas "mondförmigen" Bereiche 144 und 146 sind zwei Pixel "breit" und dementsprechend mit "zwei" bezeichnet. Bereiche noch größerer Pixel"breite" werden mit "drei" und "vier" bezeichnet. Die Behandlung der Pixel"breite" ist für die Pixelsignalwerte repräsentativ, die durch additive Kombination der überlappten Pixel entwickelt werden. Entsprechend, wenn jedes der Pixel aufgenommen und gespeichert ist, erfüllt die überlappte Konfiguration die Wichtung, wie durch eine Kurve 134 veranschaulicht ist. Somit wird dem Mittelabschnitt des Fensters 132 größere Wertigkeit oder größeres Gewicht verliehen.

Um den überlappten Wichtungsvorgang, wie in Fig. 7 veranschaulicht, durchzuführen, werden Komponenten des Systems aus Fig. 6 einfach so eingestellt, daß der Pixelselektor 110 die Abtastschaltung 112 an jeder überlappten Stelle (Pixel 13) in Betrieb setzt, wenn der Lichtpunktabtaster 106 ein Fenster 132 abtastet. Entsprechend werden einzelne Abtastungen, wie durch die Pixel 130 in Fig. 7 dargestellt, in ein digitales Format umgewandelt und ohne Änderung durch die Wichtungsschaltung 116 geleitet. Das heißt, in diesem Betriebsmodus ändert die Wichtungsschaltung 116 erhaltene Werte nicht. Eher kann die Wichtungsschaltung dazu eingesetzt werden, Werte zu umgehen oder im anderen Falle kann die Wichtungsschaltung 116 eingesetzt werden, um alle Werte mit einem einzigen Faktor, z. B. "eins", zu multiplizieren. Die überlappten Abtastwerte werden dann durch den Addierer 118 zusammengezählt, um eine Summe zu erzielen, die etwa durch den Bereich unter der Kurve 134 dargestellt ist. Entsprechend wird die Zerlegung des Fensters 132, wie veranschaulicht, durch Pixel erzeugt, um wieder den Mittelabschnitt des Fensters hervorzuheben. Natürlich wird der im Speicher 122 enthaltene Referenz- oder Vergleichswert ähnlich wie vom Speicher 122 bereitgestellt abgetastet. Wieder erzeugt ein günstiger Vergleich ein Freigabesignal vom Komparator 120, um durch das Ausgabegerät 124 die Authentizität festzuhalten.

Aus den obigen Erklärungen wird ersichtlich werden, daß Systeme entsprechend der vorliegenden Erfindung verschiedenartig aufgebaut sein können, unter Verwendung einer großen Vielzahl von Techniken, um die Pixelwichtung zum Hinzufügen größerer Wertigkeit für die inneren oder mittleren Bereiche eines Fensters durchzuführen. Folglich sollte das Anwendungsgebiet hiervon nicht als begrenzt auf die oben beschriebenen speziellen Konstruktionen und Techniken aufgefaßt werden. Zum Beispiel sollte verstanden werden, daß, wo immer das Kennzeichen des Dokuments oben unter Verwendung von Strahlung durch das Dokument bestimmt ist, statt dessen sein Kennzeichen der Reflektivität unter Verwendung von Licht, das von einem geeigneten Fensterbereich reflektiert wird, verwendet werden könnte. In Zusammenhang mit einem Verfahren oder System, wie demjenigen, das in Fig. 3 veranschaulicht ist, bei dem die Wichtung durch Filterung erreicht wird, kann darüber hinaus lediglich ein Filter zu diesem Zweck verwendet werden. Im Fall von Fig. 3 werden zwei Filter, nämlich die Filter 46 und 54, verwendet, um jeweils das einfallende und durchgelassene Licht zu filtern, aber Wichtung kann statt dessen auch mit nur einem derartigen Filter erreicht werden, das bedeutet, eher entweder das auf das Dokument einfallende Licht oder das durch es durchgelassene Licht, als zusammen, zu filtern.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Authentizieren eines Dokuments (10; 36) oder anderen Gegenstandes, wobei der Gegenstand (10, 36) zum Ableiten eines Ausgangssignals abgetastet (18; 56; 106-112) wird, das von der Durchsichtigkeit oder eines anderen optisch relevanten Kennzeichens innerhalb eines definierten Fensterbereichs (16; 80; 132) des Gegenstandes (10; 36) abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß von dem abgetasteten Fensterbereich (16; 80; 132) abgeleitete Pixelwerte (P1-P3; P1-P5) gegeneinander gewichtet werden, um den Wert oder die Werte (P2; P2,P3), die von der Mitte des abgetasteten Bereichs (16; 80; 132) abgeleitet wurden, relativ zu verstärken, und daß das Ausgangssignal durch Verarbeiten der gewichteten Pixelwerte (P1-P3) miteinander abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung eine additive Kombination (56; 118) der gewichteten Pixelwerte (P1-P3; P1-P5) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wichtung der Pixelwerte (P1-P3) zumindest teilweise durch Filtern (46; 54) von Licht bewirkt wird, das auf dem Gegenstand (36) einfällt und/oder von diesem ausgesendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei beim Filtern (46; 54) ein Strahl (40) des Lichts außerhalb (48, 50) einer Mittelzone (52) seines Querschnitts geschwächt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Strahl (40) des Lichts so gerichtet wird, daß er innerhalb des Fensterbereichs (16) zum Durchtritt durch den Gegenstand (36) derart einfällt, daß die Intensität des von dem Fensterbereich (16) austretenden Lichtstrahls von dem Durchlässigkeitsgrad des Fensterbereichs (16) abhängt, die Intensität des einfallenden Strahls (40) und/oder des austretenden Strahls differentiell über den Querschnitt des entsprechenden Strahls geschwächt wird, um die Intensität einer Mittelzone (P3) des Querschnitts relativ zur Intensität mindestens einer umgebenden Zone (P1, P2) zu verstärken, und wobei das Ausgangssignal entsprechend der Intensität des austretenden Strahls konditioniert durch den Transmissionsgrad und die differentielle Schwächung abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signale entsprechend den jeweiligen Pixelwerten (P1-P5) von der Abtastung an verschiedenen Stellen innerhalb des Fensterbereichs (80; 132) abgeleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die bezüglich der verschiedenen Abtaststellen (P1-P5) abgeleiteten Signale relativ zueinander gewichtet werden durch Anwendung (116) von Multiplikationsfaktoren, die entsprechend von der Relativposition der Abtaststellen (P1-P5) innerhalb des Fensterbereichs (80) abhängen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die abgetasteten Positionen innerhalb des Fensterbereichs (132) einander überlappen und die beim Abtasten an diesen Überlappungspositionen abgeleiteten Signale summiert werden (118).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Korrelation zwischen dem Ausgangssignal und dem Ergebnis einer früheren Abtastung des Gegenstandes (10; 36) ermittelt wird durch Vergleich (62; 120) des Ausgangssignals mit dem Inhalt einer Speichereinrichtung (64; 122)

10. System zur Authentizierung eines Dokuments (10; 36) oder eines anderen Gegenstandes, wobei der Gegenstand (10; 36) zum Ableiten eines Ausgangssignals abgetastet (18; 56; 106-112) wird, das von der Durchlässigkeit oder einer anderen optisch relevanten Eigenschaft innerhalb eines definierten Fensterbereichs (16; 80; 132) des Gegenstandes (10; 36) abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung (18; 46, 54, 56; 106, 116) Pixelwerte (P1-P3; P1-P5) von dem abgetasteten Fensterbereich (16; 80; 132) ableitet, die relativ zueinander derart gewichtet werden, daß der oder die in der Mitte des abgetasteten Bereichs (16; 80; 132) abgeleitete Wert bzw. die abgeleiteten Werte (P2; P2, P3) relativ verstärkt werden und daß das Ausgangssignal abgeleitet wird durch Verarbeiten (56; 118) der gewichteten Pixelwerte (P1-P3) miteinander.

11. System nach Anspruch 10, wobei die Verarbeitung eine Additionskombination (56, 118) der gewichteten Pixelwerte umfaßt.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Filtereinrichtung (46; 54), die im Weg des Lichts (40) angeordnet ist, das auf dem Gegenstand (36) einfällt und/oder von diesem ausgesendet wird, um die Pixelwerte (P1-P3) durch Schwächen eines Teils dieses Lichts zu wichten.

13. System nach Anspruch 12, wobei die Filtereinrichtung einen oder mehrere Filter (46; 54) mit konzentrischen Abschnitten (48, 50) aufweist, deren Lichtschwächungseigenschaft sich gegeneinander außerhalb eines Mittelabschnitts (52) des Filters (46; 54) erhöht.

14. System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Abtasteinrichtung (106-112) Signale entsprechend den jeweiligen Pixelwerten (P1-P5) an verschiedenen Stellen innerhalb des Fensterbereichs (80; 132) ableitet.

15. System nach Anspruch 14 mit einer Einrichtung (116) zum Wichten der durch die Abtasteinrichtung (106-112) abgeleiteten Signale relativ zueinander durch Anwenden von Multiplikationsfaktoren, die jeweils von der Relativposition der Abtaststellen (P1-P5) innerhalb des Fensterbereichs (80) abhängen, und mit einer Einrichtung (118) zum Ableiten eines Ausgangssignals abhängig von der Summation dieser so gewichteten Signale.

16. System nach Anspruch 14, wobei die Abtastpositionen sich innerhalb des Fensterbereichs (132) gegenseitig überlappen und mit einer Einrichtung (118) zum Ableiten eines Ausgangssignals abhängig von der Summation der durch Abtasten dieser Positionen abgeleiteten Signale.

17. System nach einem der Ansprüche 10 bis 16 mit einer Einrichtung (62; 120) zum Vergleichen des Ausgangssignals mit dem Inhalt einer Speichereinrichtung (64; 122) zum Bilden einer Anzeige (66; 124) der Authentizität des Gegenstandes (10; 36).







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