DE69018845T2

DE69018845T2 - Vorrichtung und Verfahren zum schnellen Erkennen von Wasserzeichen mit elektromagnetischer Strahlung.

Info

Publication number: DE69018845T2
Application number: DE69018845T
Authority: DE
Inventors: Michel Camus; Pierre Marcel Gabriel Frixon; Jean-Paul Menez; Michel Pesquier
Original assignee: ArjoWiggins SAS
Current assignee: ArjoWiggins SAS
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2010-01-23
Also published as: DE69018845D1; EP0381550A1; FR2642199A1; FR2642199B1; EP0381550B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Wasserzeichen durch elektromagnetische Strahlen und insbesondere ein Verfahren zur Erkennung von Wasserzeichen durch ultraviolette Strahlen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bekannt, daß Papiergeld (Banknoten) und Sicherheitspapiere Wasserzeichen enthalten, die bei der Herstellung des Papierblattes durch runde Formen erhalten werden, die vertiefte und/oder erhabene Prägungen aufweisen, oder mit Hilfe von Prägewalzen, die vertiefte und/oder erhabene Zeichnungen aufweisen, die mit einer ebenen Platte kombiniert sind (Fourdrinier-Vorrichtung). Man erhält dann ein Bild, das, wenn man das Blatt Papier im durchscheinenden Licht betrachtet, durchsichtig (hell) erscheint, wenn die Prägewalze eine erhabene Zeichnung aufweist, oder dunkel (undurchsichtig) erscheint, wenn die Prägewalze eine vertiefte Zeichnung aufweist. Die hellen (durchsichtigen) Zonen sind zurückzuführen auf die Tatsache, daß die Dicke des Blattes und die Dichte der Fasern geringer sind als die Dichte des Blattes und die Dichte der Fasern in den Zonen, in denen keine Prägung durch die Prägewalze erzeugt worden war. Dagegen sind die dunklen (undurchsichtigen) Zonen zurückzuführen auf die Tatsache, daß die Dicke des Blattes und die Dichte der Fasern höher sind.
Wasserzeichen stellen ein ausgezeichnetes Mittel zur Erkennung von authentischen Papieren dar. Das Wasserzeichen wird nämlich durch einen Abdruck oder eine Photokopie nicht wiedergegeben, die Fälscher reproduzieren die Prägungen, die Geldscheine (Banknoten) tragen, jedoch mit Hilfe von weißen Druckfarben oder Materialien, die undurchsichtig oder durchsichtig machen.
Bisher gab man sich bei der Prüfung (Kontrolle) eines Wasserzeichens damit zufrieden, das Papier im reflektierenden Licht und im durchfallenden Licht mit bloßem Auge zu betrachten um festzustellen, ob das Wasserzeichen authentisch war. Obgleich eine solche Methode zuverlässig ist, erlaubt sie dennoch keine automatische und schnelle Erkennung von Wasserzeichen, die von zahlreichen Dokumenten oder Kupons getragen werden.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Wasserzeichen bereitzustellen. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung von Wasserzeichen bereitzustellen, das zuverlässig und schnell ist.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die das Aussortieren von alten Kupons unter einer Reihe (Gesamtheit) von Kupons erlauben. Zu stark verschmutzte, zu stark zerrissene oder zu stark abgenutzte Kupons werden aussortiert, um anschließend zerstört zu werden.
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein schnelles automatisches Verfahren bereitzustellen, das dann, wenn man mittels einer Vorrichtung gebrauchte (abgenutzte) Kupons aussortiert, gleichzeitig das Auffinden von falschen Geldscheinen durch Erkennung des Wasserzeichens mit Geldschein-Transport-Geschwindigkeiten beispielsweise zwischen 10 und 60 Geldscheinen pro Sekunde erlaubt.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wasserzeichen zu erkennen trotz der Alterung des Kupons durch Verschmutzung, Zerknitterung, Flecken oder Löcher, die auf seine Verwendung zurückzuführen sind.
Schließlich besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Erkennung von Wasserzeichen bereitzustellen, die einen ausreichend verminderten Platzbedarf (Blockierung) aufweist, um in einer Vorrichtung zur Sortierung von neuen oder gebrauchten Kupons verwendet werden zu können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Fälschung zu erkennen.
In zahlreichen Dokumenten sind Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung der Authentizität von Kupons oder Geldscheinen beschrieben.
In dem US-Patent 4 041 456 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Geldschein an einer Prüfstation und an zwei oberen und unteren Lichtquellen vorbeigeführt wird, die obere und untere Streifen des Geldscheins bestrahlen (belichten), wobei jeder Streifen bei der Prüfung in vier aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt wird. Das durch die oberen und unteren Streifen reflektierte Licht trifft auf obere und untere Photodetektoren. Man vergleicht die entsprechenden Signale in den aufeinanderfolgenden Abschnitten mit eingegebenen (aufgezeichneten) Referenz-Signalen.
In dem Dokument FR-A-2 218 599 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche die Erkennung einer charakteristischen Zeichnung des zu prüfenden Dokuments durch Vergleich mit einer Referenzprobe erlaubt. Die Zeichnung besteht beispielsweise aus einer Reihe von aufgedruckten Linien (Strichen). Die Vorrichtung enthält einen Lesekopf, der aus einem Reflexionsempfänger mit optischen Fasern und einer elektronischen Schaltung besteht, die eine Quelle für Referenz-Signale aufweist, die aus einem Fest-Speicher besteht.
In dem Dokument EP-A-56 116 ist eine Vorrichtung beschrieben, die einen Abtaster enthält, der eine Eigenschaft auf der gesamten Oberfläche eines Kupons prüft, wobei das resultierende Signal einer Integration in aufeinanderfolgenden Intervallen unterworfen, dann in eine numerische Form umgewandelt und anschließend mit verschiedenen eingegebenen Modellen verglichen wird.
In dem Dokument EP-A-72 237 ist eine optische Vorrichtung zur Prüfung eines Blattes Papier, insbesondere eines Geldscheins, beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt Einrichtungen zur Festlegung eines Weges zur Verschiebung des Blattes, Einrichtungen zur Verschiebung des Blattes entlang des Verschiebungsweges, einen Photodetektor, der das Licht eines belichteten Streifens des Blattes empfängt, und Analysiereinrichtungen, um das Signal, das den Photodetektor verläßt, mit einem eingegebenen Signal zu vergleichen. Der belichtete Streifen ist in einer Richtung praktisch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Blattes angeordnet und erstreckt sich in der genannten senkrechten Richtung über die seitlichen Ränder der Oberfläche des Blattes hinaus, wenn dieses entlang des Verschiebungsweges verschoben wird. Die Einrichtungen zur Belichtung des Streifens bestehen aus einer Lichtquelle und einer Anordnung von optischen Fasern, die sich überschneiden (in Form eines Fischschwanzes). Der Photodetektor empfängt das gesamte Licht, das von dem belichteten Streifen stammt und erzeugt in jedem Augenblick ein einzelnes Intensitätssignal, das die Gesamtintensität des gesamten Lichtes repräsentiert, das von dem Streifen stammt. Die Analysiereinrichtungen vergleichen eine Welle, welche die Intensitätsänderung für den Streifen des Papierblattes repräsentiert, mit einer Welle, welche die Intensität für einen Streifen repräsentiert, die in einem Speicher gespeichert ist.
In der Vorrichtung wird kein Detektor mit hoher Auflösung verwendet, da es mit einem solchen Detektor, der Bildelemente (Pixel) mit einer geringen Größe umfaßt, erforderlich ist, eine große Anzahl von Informationen zu verarbeiten. In den Geldschein-Transportsystemen, wie sie derzeit im Handel verwendet werden, beträgt die Durchlaufgeschwindigkeit der Geldscheine 20 bis 40 Geldscheine pro Sekunde und manchmal bis zu 60 Geldscheine pro Sekunde.
Bisher erlaubte keine Vorrichtung die Verarbeitung dieser Informationen mit einer Geschwindigkeit, die mit der Geschwindigkeit der Geldschein-Fördereinrichtungen kompatibel ist.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die das Erkennen des Vorhandenseins oder des Fehlens eines Wasserzeichens erlauben, sie erlauben jedoch nicht den Vergleich von zwei Wasserzeichen und damit die Authentifizierung eines Wasserzeichens.
In dem US-Patent 4 296 326 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Wasserzeichens beschrieben. In einer ersten Stufe mißt man die Absorption einer ultravioletten Strahlung durch das Papier. Man eliminiert die Blätter, die gegenüber ultravioletten Strahlen fluoreszierend sind. In einer zweiten Stufe mißt man die Transmission des sichtbaren Lichtes und man eliminiert die Blätter, deren Transmission (Durchlässigkeit) konstant ist.
Ein solches Verfahren erlaubt jedoch nicht die Unterscheidung eines gegebenen Wasserzeichens von einem anderen Wasserzeichen und außerdem werden zwei Lichtquellen benötigt.
In dem Dokument FR-A-2 363 100 ist ein Verfahren zur Kontrolle von Papierstreifen beschrieben, die mit Wasserzeichen versehen sind, die periodisch wiederkehren. Auch dieses Verfahren erlaubt nicht das Erkennen eines Wasserzeichens, das in einem Einheits-Kupon z.B. einer Banknote, angebracht ist.
In dem Dokument EP-A-101 115 ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Geldscheinen beschrieben, welche die aufgedruckten Zeichnungen sowie die Dimensionen, die Farbe und die Fluoreszenz gegenüber Ultraviolettstrahlen erkennt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Reihe von Photodioden, die das von einer Lampe 6 emittierte Licht aufnehmen. Dieses Licht ist sichbar und sein Anteil an ultavioletter Strahlung wird verschoben (umgelenkt), um die Fluoreszenz des Papiers zu testen. Man verwendet somit keine UV-Strahlen, um das Wasserzeichen zu erkennen.
In dem Dokument EP-A-078 708 ist eine Vorrichtung beschrieben, die verwendet wird, um die auf die Oberfläche von Banknoten aufgedruckten Zeichnungen zu erkennen. In einer solchen Vorrichtung werden Einrichtungen zum Beleuchten (Belichten) der Zeichnung auf der Oberfläche verwendet. Dabei kann es sich handeln um ein Licht, das filtriert ist, um nur UV-Strahlen passieren zu lassen. Eine lineare Anordnung von Photodetektoren empfängt das Licht. Ein Analog-Digital-Umwandler transformiert die von diesen Photodetektoren emittierten Signale und ein Korrelator vergleicht Bildelement für Bildelement (Pixel für Pixel) die emittierten Signale mit Referenz-Signalen. Eine solche Vorrichtung weist zahlreiche Nachteile auf. Die Lichtquelle arbeitet nämlich nicht mit einer ausreichenden Wellenlänge, um unabhängig von Verschmutzungen zu sein. Oberhalb etwa 400 nm führen nämlich die Verschmutzungen zu einer Beugung des Lichtes und stören somit die Erkennung des Wasserzeichens.
Darüber hinaus kann das Licht, das von einer solchen Vorrichtung eingefangen wird, das transmittierte Licht nach dem Durchgang durch das Wasserzeichen oder durch die Druckfarben-Aufdrucke oder durch die Risse sein. Infolgedessen ist es mit dieser Vorrichtung nicht möglich, zu erkennen, wie authentisch ein Geldschein ist, der verschmutzt oder zerrissen ist. Außerdem ist es mit einer solchen Vorrichtung nicht möglich, ein Wasserzeichen mit hoher Geschwindigkeit zu erkennen.
In dem Dokument GB-A-2 199 173 ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Banknoten beschrieben, die einen Bilddetektor umfaßt, der in aufeinanderfolgender Weise Bildsignale abgibt. Das Bild, das erkannt wird, ist beispielsweise ein Portrait, eine Zeichnung oder ein Wasserzeichen. Das Wasserzeichen wird wie ein außen auf das Papier aufgebrachtes Bild behandelt und man mißt keinesfalls die Dichte der Fasern und die Dicke des Papiers.
Wenn nun ein Fälscher ein falsches Wasserzeichen herstellt unter Verwendung einer Druckfarbe, die das Papier an bestimmten Stellen transparent macht, um eine Figur darauf zu zeichnen, wird von der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung diese Zeichnung erkannt und mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, festzustellen, daß es sich dabei nicht um ein echtes Wasserzeichen handelt.
Überraschend und im Gegensatz zu dem, was von dem Stand der Technik empfohlen wird, hat die Anmelderin nun gefunden, daß es möglich ist, ein Wasserzeichen auf einem Kupon zu erkennen durch Verwendung einer Vorrichtung, die einen Detektor mit hoher Auflösung umfaßt und durch Verarbeitung der dabei erhaltenen Daten mit einer Geschwindigkeit, die mit der Durchlaufgeschwindigkeit der Kupons in Fördereinrichtungen, die in üblicherweise verwendeten Sortiermaschinen angeordnet sind, kompatibel ist. Man kann das Bild auch erkennen unabhängig von der Durchlaufrichtung des Geldscheins (der Banknote).
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur schnellen und automatischen Erkennung des Wasserzeichens eines Einheits-Kupons, dessen Wasserzeichen aus Materialdichteänderungen des Kupons über seine Dicke besteht, das die folgenden Stufen umfaßt:
a) man bestrahlt mindestens einen Kupon, der ein Referenz-Wasserzeichen aufweist, mit elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge zwischen 100 und 400 nm,
b) man nimmt die elektromagnetischen Wellen, welche den Kupon in seiner Dicke passiert haben, in Form der transmittierten Energie (It), die eine Funktion der Materialdichte des Kupons ist, auf,
c) man bestimmt Punkt für Punkt die verschiedenen transmittierten Energien I¹t, I²t, ... Int,
d) man überträgt nacheinander jede Intensität Int, die einem Punkt n entspricht, vor der Intensität In+1t, die dem folgenden Punkt n+1 entspricht,
e) man transformiert die ermittelten analogen Werte der transmittierten Energien in numerische Referenz- Werte,
f) man zeichnet die numerischen Referenz-Werte in einem Speicher auf,
g) man bestrahlt ein Wasserzeichen, das erkannt werden soll, und man behandelt es unter Anwendung der vorgenannten Stufen (a), (b), (c), (d), (e), wobei man in dem Speicher die miteinander zu vergleichenden numerischen Werte erhält, und
h) man vergleicht die numerischen Referenz-Werte mit den damit zu vergleichenden numerischen Werten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bemerkenswert aufgrund der Tatsache, daß man die transmittierte Energie It empfängt, die eine Funktion der Dichte des Kupons ist. Man empfängt nicht die trnasmittierte Energie, welche die Zeichnungen, die Flecken, die Löcher passiert hat. Man empfängt somit nur die Zeichen des Wasserzeichens und man läßt das Störgeräusch (die Störung) völlig außer acht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man die transmittierten Intensitäten hintereinander überträgt. Eine solche Übertragung ist viel leichter durchzuführen als eine Übertragung, wie sie bei dem Stand der Technik durchgeführt wird.
Außerdem liegt die Auflösung der Bestimmung oberhalb 100 Punkten pro Linie oder Pixel (Bildelement), vorzugsweise 128 Pixel, besonders bevorzugt hat jeder Punkt eine Größe von 500 um x 500 um.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein solches, bei dem die elektromagnetische Welle eine ultraviolette Strahlung ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein solches, bei dem man den Vergleich zwischen den numerischen Referenz-Werten und den damit zu vergleichenden numerischen Werten für eine Zeitspanne zwischen etwa 5 und 30 Millisekunden durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein solches, bei dem man eine Unter-Gesamtheit (Untersumme) der aufgezeichneten Werte überträgt und kopiert, wobei diese Werte einer vorher ausgewählten Zone entsprechen, bei der es sich um die Zone handelt, in der sich das zu authentifizierende Wasserzeichen befindet.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur schnellen und automatischen Erkennung des Wasserzeichens eines Einheits-Kupons, dessen Wasserzeichen aus Materialdichteänderungen des Kupons über seine Dicke besteht, die umfaßt
- Einrichtungen zur Bestrahlung (Belichtung) mindestens eines Wasserzeichens mit elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge zwischen 100 und 400 nm,
- Einrichtungen zur punktförmigen Aufnahme und Bestimmung der transmittierten Energiedichten Int, die den Kupon passiert haben, in Form von analogen Werten, wobei jede Intensität Int, die einem Punkt n entspricht, nacheinander vor der Intensität In+1 übertragen wird, die dem folgenden Punkt n+1 entspricht,
- Einrichtungen zur Erfassung und Umwandlung der analogen Werte in numerische Werte,
- Einrichtungen zur Aufzeichnung der numerischen Werte und
- Einrichtungen zum Vergleichen der numerischen Werte miteinander.
Die folgende Beschreibung erlaubt in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen das Verständnis, wie die Erfindung in der Praxis durchgeführt werden kann.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des optischen Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2a ist eine schematische Darstellung eines Kupons, der ein Wasserzeichen trägt und durch elektromagnetische Strahlung bestrahlt wird.
Fig. 2b ist eine schematische Darstellung eines Kupons, der ein Bild trägt, das eine auf ein normales Blatt Papier aufgedruckte schwarze Zeichnung ist.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Teils am Ausgang der Vorrichtung gemäß Fig. 1, der die Behandlung (Bearbeitung) der Wasserzeichen erlaubt.
Fig. 4 ist eine Darstellung eines Kupons, der ein definiertes Feld aufweist, das bestrahlt wird.
Die Fig. 5 ist eine Darstellung der Energiemenge auf der Ordinatenachse als Funktion der Dichte des Blattes auf der Abszissenachse, die der Bestrahlungs-Linie gemäß Schnitt AA der Fig. 4 folgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Fig. 1) umfaßt Fördereinrichtungen 1 für die Kupons 2. Ein Beispiel für einen Kupon 2 ist in der Fig. 4 dargestellt. Dieser Kupon 2 besteht vorzugsweise aus einem Blatt 3, beispielsweise aus Papier, das mit einer Zone 4 versehen ist, die ein Wasserzeichen 5 enthält. In der Fig. 2a ist ein solches Wasserzeichen im Schnitt (entlang der Linie AA der Fig. 4) dargestellt. Die Fördereinrichtungen 1 sind besonders bevorzugt ein Förderband 2a, das mit einer Mitnehmerrolle 2b ausgestattet ist. Das Wasserzeichen 5 ist ein authentisches Wasserzeichen, wie es bei der Herstellung des Blattes 3 erhalten wird.
Es besteht aus der oberen Oberfläche 8 des Blattes 3, einer Vertiefung (Ausnehmung) 9, deren Oberfläche 10 auf einer Ebene unterhalb der Ebene der oberen Oberfläche 8 des Papiers angeordnet ist, und Erhebungen 11, deren obere Oberfläche 12 sich in einer höheren Ebene befindet als die Ebene der oberen Oberfläche 8 des Blattes Papier 3. Das authentische Wasserzeichen 5 ist ein solches, bei dem die Dichte der das Papier aufbauenden Fasern variiert. Diese Änderung der Dichte ist durch Fälscher praktisch nicht zu imittieren. Sie erzeugt eine differentielle Transmission der Energie, die von Bildbeleuchtungseinrichtungen 5 durch elektromagnetische Wellen emittiert wird.
Diese Beleuchtungs (Bestrahlungs)-Einrichtungen sind dargestellt durch eine Strahlungsquelle 13, die Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb etwa 400 nm emittiert und beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle oder eine Ultraviolettstrahlungsquelle sein kann. Erfindungsgemäß ist eine Strahlungsquelle bevorzugt, deren Transmission für Nebenabsorptionen, die auf Verschmutzungen oder Falten zurückzuführen sind, unempfindlich ist. Bevorzugt ist somit eine Ultraviolett-Strahlungsquelle. Die Beleuchtung (Belichtung) des Kupons 2 erfolgt entlang eines Streifens senkrecht zur Längsachse YY des Kupons 2.
Die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann somit eine Ultraviolett-Strahlungsquelle 13, beispielsweise eine Quelle, die Strahlen mit einer Wellenlänge von vorzugsweise zwischen etwa 100 nm und etwa 400 nm emittiert, enthalten. Man bestrahlt die Zone 4 mit diesen UV-Strahlen der Energieintensität Ie. Die durch die Vertiefung 9 mit einer niedrigeren Phasendichte als die Phasendichte des Blattes 3 hindurchgelassene Energieintensität I¹t ist somit höher als die Intensität I²t, die von dem Blatt hindurchgelassen wird. Die durch die Erhöhung 11 hindurchgelassene Intensität I³t ist dagegen niedriger als die Intensität I²t. Es gilt somit It¹ > It² > It³.
Man kann daher das authentische Wasserzeichen 5 durch die hindurchgelassenen Intensitätsdifferenzen charakterisieren. Dagegen ist bei einer Zeichnung 6, die kein authentisches Wasserzeichen ist, die Dicke des Aufdrucks oder der Zeichnung 6 nicht ausreichend, um die durch die Zeichnung 6 hindurchgelassene Intensität It¹ verschieden zu machen von der Intensität It², die durch das Blatt 7 aus gewöhnlichem Papier hindurchgelassen wird. Es gilt somit It¹ = It².
Die erfindungsgemäßen Belichtungs- bzw. Bestrahlungs-Einrichtungen sind solche, bei denen das emittierte Strahlenbündel 14 auf einen Separator 15, beispielsweise einen dicroitischen Spiegel, auftrifft, der die Eliminierung der Strahlung erlaubt, die nicht innerhalb des gewünschten Wellenlängenbereiches, beispielsweise nicht zwischen 10 und 400 nm, liegt. Auf diese Weise können die sichtbaren Strahlen und die Infrarot-Strahlen durch Abführung der Wärme mittels eines Radiators 16, der hinter dem Spiegel 15 angeordnet ist, eliminiert werden. Ein Satz Linsen 17, 18 erlaubt die Einstellung der Bestrahlungszone 4 des Kupons 2. Die transmittierte Intensität It kann bei dem Konvergenspunkt 19 auf einer Platte 20, als "D.T.C." (Diapositiv mit Ladungsübertragung) bezeichnet, konvergieren. Es handelt sich vorzugsweise um eine Silicium-Platte hoher Auflösung, welche die transmittierte Intensität It nach dem Durchgang durch die definierte Zone 4 aufnimmt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Platte 128 Pixel (Bildelemente) einer Größe von 500 um x 500 um. Diese Platte hoher Auflösung ist eine der wesentlichen Einrichtungen der Erfindung. Sie erlaubt nämlich die Übertragung jedes Signals St, das jeder transmittierten Intensität It entspricht, wobei diese Übertragung hintereinander erfolgt, d.h. jedes Signal St wird vor dem entsprechenden Signal des folgenden Punktes (oder des folgenden Pixel bzw. Bildelements) St + 1 übertragen. Diese Übertragung durch Verschiebung (versetzte Übertragung) ist viel leichter durchzuführen als eine Übertragung, die durch einen Photodetektor erfolgt, der mit einem Multiplexer gekoppelt ist, der ein fortlaufendes Abfragen (Abtasten) durchführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erlauben die Fördereinrichtungen 1 das Passierenlassen der Kupons 2 mit einer Geschwindigkeit von mehreren 10 Kupons pro Sekunde, vorzugsweise zwischen 10 und 60 Kupons pro Sekunde, besonders bevorzugt 40 Kupons pro Sekunde.
Die durchgelaufenen Kupons 2, die bestrahlt (belichtet) worden sind, können in einem Reservoir 21 zurückgewonnen werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung festgestellt hat, daß die Kupons authentisch waren, und sie können eliminiert werden, wenn die Vorrichtung festgestellt hat, daß die Kupons Fälschungen waren.
Wie ersichtlich, erfolgt erfindungsgemäß die Verschiebung D der Kupons 2 vorzugsweise entlang den Achsen YY, sie kann aber auch entlang der transversalen Achse ZZ des Kupons erfolgen, während die Bestrahlung (Belichtung) senkrecht zur Ebene des Kupons 2 entlang der Richtung X erfolgt (Fig. 1).
Die Erfindung ist bemerkenswert aufgrund der Tatsache, daß die bestrahlte Zone linear ist, jedoch der gesamten Ebene P des Kupons 2 entspricht und wegen der Tatsache, daß der Kupon 2 sich verschiebt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt Einrichtungen zur Erfassung (in Form von Signalen) der analogen Werte der transmittierten Intensitäten 1T&sub1;, 1T&sub2;, IT&sub3;,...ITN und Einrichtungen zur Transformation dieser analogen Werte in numerische Werte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen diese Einrichtungen zur Erfassung und zur Transformation der Werte aus einem Aufnahme- und Numerierungsmodul 22, vorzugsweise aus einem Modul, der als "MAXSCAN" bezeichnet wird und der von der amerikanischen Firma DATACUBE Incorporated Inc. im Handel vertrieben wird.
Dann überträgt man die numerischen Werte in einen Speicher 23. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Speicher 23 ein Speicher, der unter der Bezeichnung "ROI-STORE" von der Firma DATACUBE im Handel vertrieben wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann man die so erhaltenen Werte auf einen Bildschirm übertragen, der die Sichtbarmachung des Bildes des Kupons 2 in seiner Gesamtheit erlaubt. Ein solcher Bildschirm wird jedoch vorzugsweise für Experimente und zur Demonstration verwendet.
Jedenfalls kann der Speicher 23 die numerischen Werte der von dem Kupon 2 in seiner Gesamtheit transmittierten Intensitäten aufzeichnen.
Die Erfindung ist bemerkenswert aufgrund der Tatsache, daß aufgrund einer Charakteristik des Speichers 23 (Region of Interest Store) eine Unter-Gesamtheit (Untersumme) dieser Werte in einen Arbeitsspeicher 24 übertragen und kopiert wird, der aus einem vektoriellen Prozessor besteht, der unter der Bezeichnung "Euklid" von der Firma DATACUBE im Handel vertrieben wird. Dieser Prozessor erlaubt die Verarbeitung der Korrelations-Algorithmen.
Die kopierten Werte sind gemäß einer Charakteristik der Erfindung, die Werte, die dem zu authentifizierenden Wasserzeichen 5 entsprechen. Man definiert so eine nutzbare Zone 25. Diese nutzbare Zone 25 ist, wenn man auf die Fig. 2A Bezug nimmt, beispielsweise diejenige, die sich auf der Längsachse YY oder auf der Querachse ZZ des Kupons 2 zwischen dem Punkt 26 und dem gegenüberliegenden Punkt 27 befindet, ab denen ein Dickenunterschied und ein Faserdichtenunterschied in dem Blatt Papier 3 vorliegt. Die behandelte nutzbare Zone 25 ist somit die Zone, die entlang des Durchmessers D bestrahlt wird. Dies gilt selbstverständlich für alle Durchmesser, die in der Ebene P des Kupons 2 angeordnet sind. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 ist die nutzbare Zone 25 eine Ellipse mit dem Durchmesser D entlang der Längsachse YY, jedoch mit einem Durchmesser D' zwischen den Punkten 28 und 29, die auf der Querachse ZZ angeordnet sind, wobei der Kupon 2 das Zentrum 0 des Wasserzeichens passiert.
Nach der Behandlung (Bearbeitung) mit dem Speicher 24 führt man eine erneute Aufzeichnung eines Kupons 7 durch, der beispielsweise nicht-authentisch sein kann. Außerdem zeichnet man die numerischen Werte der durch eine nutzbare Zone transferierten Energieintensitäten wie oben auf und vergleicht sie in dem Arbeitsspeicher 24 mit den Referenz- Werten. Man überträgt das Ergebnis in eine Verarbeitungskarte 30. Diese Karte ist eine zentrale Bearbeitungseinheit C.P.U. (oder eine zentrale Prozessoreinheit), die einen Mikroprozessor aufweist. Um den Toleranzen der Positionierung des zu vergleichenden Bildes Rechnung zu tragen, führt man den Vergleich durch aufeinanderfolgende Verschiebungen des damit zu vergleichenden Bildes durch, um ein Maximum an Korrelation auftreten zu lassen. Die Toleranzen können beispielsweise mehr oder weniger 4 mm, bezogen auf die Ränder des Kupons 2, betragen.
Die generelle Struktur des Authentifizierungs-Algorithmus kann beispielsweise die folgende sein:
- man erwartet das Signal für die Anwesenheit eines Wasserzeichens am Ausgang des Moduls MA (MAXSCAN),
- man überträgt bestimmte in 23 gespeicherte Werte in den Speicher EUCLID 24. Die transmittierten Werte entsprechen einer nutzbaren Zone, die eingestellt werden kann. Diese Zone kann beispielsweise ein Quadrat von 64 x 64 Pixel (Bildelementen) sein und somit einem Teil des Bildes entsprechen. Diese Zone kann auch oval sein und das gesamte Bild umfassen,
- man mißt den Mittelwert des laufenden Bildes (cour moy) (Fig. 5),
- man führt einen Wahrscheinlichkeitstest mit dem "cour moy"-Wert durch,
- man führt eine Entstörungsstufe um den "cour moy" herum durch; auf diese Weise eliminiert man, wenn es sich darum handelt, ein Wasserzeichen zu erkennen, die Werte, die durch Aufdrucke auf dem Wasserzeichen stören können,
- man mißt die mittlere quadratische Abweichung des laufenden Bildes,
- man führt einen Wahrscheinlichkeitstest durch,
- man führt eine Berechnung der Interkorrelationen und eine iterative Suche nach dem Maximum durch,
- man führt einen Akzeptations-Test mit dem Maximum durch,
- man überträgt es in die C.P.U.-Einheit.
Die Erfindung erlaubt selbstverständlich die Erkennung von Wasserzeichen auf Kupons aus
- Papier mit einem authentischen Wasserzeichen
- gealtertem Papier (Altpapier) mit einem authentischen Wasserzeichen
- Papier ohne Wasserzeichen
- gealtertem Papier (Altpapier) ohne Wasserzeichen
- Papier mit unterschiedlichem Wasserzeichen
- gealtertem Papier (Altpapier) mit unterschiedlichem Wasserzeichen
- Papier mit einem Klebeband auf dem Wasserzeichen.

Claims

1. Vorrichtung zur schnellen und automatischen Erkennung des Wasserzeichens eines Einheits-Kupons, dessen Wasserzeichen aus Materialdichteänderungen des Kupons über seine Dicke besteht, die umfaßt

- Einrichtungen (1) zum Transportieren des Kupons,

- Einrichtungen (13, 15, 16, 17, 18) zur Bestrahlung (Belichtung) mindestens eines echten (authentischen) Wasserzeichens (5) mit elektromagnetischen Wellen zwischen 100 und 400 nm,

- Einrichtungen (20) zur punktförinigen Aufnahme und Bestimmung der Energieintensitäten (It¹, It², It³, Itn) die den Kupon passiert haben, in Form von analogen Werten,

- Einrichtungen (22) zur Erfassung und Umwandlung der analogen Werte in numerische Werte,

- Einrichtungen (23) zur Aufzeichnung der numerischen Werte und

- Einrichtungen (24) zum Vergleichen der numerischen Werte miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Aufnahme und zur Bestimmung die aufeinanderfolgende Übertragung jeder transmittierten Intensität (Itn), die einem Punkt n entspricht, vor der transmittierten Intensität (Itn+1), die dem nachfolgenden Punkt n+1 entspricht, erlaubt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtungen (20) aus einer Ladungsübertragungseinrichtung bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsübertragungseinrichtung eine Silicium- Platte ist, die 120 Pixel von 500 nm x 500 nm aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (22) zur Erfassung und Transformation aus einem Erfassungs- und Digitalisierungs-Modul bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinrichtungen (23) aus einem Speicher bestehen, der die numerischen Werte der Intensitäten, die den Kupon (2) passiert haben, in ihrer Gesamtheit (Gesamtsumine) aufzeichnet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zur Aufzeichnung einer Unter-Gesamtheit (Untersumme) der numerischen Werte der transmittierten Intensitäten aufweist, die aus einem Arbeitsspeicher (24) eines Vektor-Prozessors besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter-Gesamtheit (Untersumme) einer regelbaren Arbeitszone entspricht, die dem Abschnitt des Kupons entspricht, in dem sich das Wasserzeichen befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bestrahlung des Kupons bestehen aus einer Quelle (13) für elektromagnetische Strahlen, die mit einem Separator (15) sowie mit einem Strahler (16) kombiniert ist, der einen Teil der elektromagnetischen Strahlung eliminiert, so daß die elektromagnetischen Wellen zwischen 100 und 400 nm liegen; und Linsen (17, 18), welche die Bestrahlungszone (4) des Kupons (2) regeln (steuern).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtungen einen Abschnitt senkrecht zur Längsachse YY des Kupons (2) bestrahlen.

10. Verfahren zur schnellen und automatischen Erkennung des Wasserzeichens eines Einheits-Kupons, wobei das Wasserzeichen aus Dichteschwankungen des Kupons über seine Dicke besteht, das die folgenden Stufen umfaßt:

a) man bestrahlt mindestens einen Kupon, der ein Referenz-Wasserzeichen aufweist, mit elektromagnetischen Wellen in der Größenordnung zwischen 100 und 400 nm,

b) man nimmt die elektromagnetischen Wellen, welche den Kupon in seiner Dicke passiert haben, in Form der transmittierten Energie (It) als Funktion der Dichte des Kupons auf,

c) man bestimmt die verschiedenen transmittierten Energien (It¹, It², ... Itn) Punkt für Punkt,

d) man überträgt nacheinander jede transmittierte Intensität (Itn), die einem Punkt n entspricht, vor der folgenden transmittierten Intensität (Itn+1), die dem Punkt n+1 entspricht,

e) man transformiert die ermittelten analogen Werte der transmittierten Energien in numerische Referenz- Werte,

f) man zeichnet die numerischen Referenz-Werte in einem Speicher auf,

g) man bestrahlt ein Wasserzeichen, das erkannt werden soll, und man behandelt es unter Anwendung der vorgenannten Stufen (a), (b), (c), (d), (e), wobei man in dem Speicher die miteinander zu vergleichenden numerischen Werte erhält, und

h) man vergleicht die numerischen Referenz-Werte mit den damit zu vergleichenden numerischen Werten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Unter-Gesamtheit (Untersumme) der numerischen Werte in einen Arbeitsspeicher überträgt und kopiert, der die Behandlung der Korrelations-Algorithmen erlaubt, wobei die kopierten Werte dem Referenz-Wasserzeichen oder dem zu authentifizierenden Wasserzeichen entsprechen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter-Gesamtheit (Untersumme) einer regelbaren Zone entspricht, in der sich das Wasserzeichen befindet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösung der Messung oberhalb 100 Pixel liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man den Positionierungstoleranzen des zu vergleichenden Wasserzeichens in bezug auf die Ränder des Kupons Rechnung trägt, indem man den Vergleich durchführt durch aufeinanderfolgende Verschiebungen des zu vergleichenden Bildes, um ein Maximum an Korrelation auftreten zu lassen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den Vergleich zwischen den numerischen Referenz-Werten und den numerischen Vergleichs-Werten während einer Zeitspanne zwischen etwa 5 und 30 Millisekunden durchführt.