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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung
zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen, wie Produktverpackungen,
wobei auf jeden Gegenstand eine einzigartige, diesen Gegenstand
individualisierende Identifizierungskennzeichnung aufgebracht wird.
Die Erfindung betrifft ferner unmittelbar eine derartige Identifizierungskennzeichnung
zur unterscheidbaren Identifizierung und Individualisierung von
Gegenständen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer
derartigen Identifizierungskennzeichnung, mittels der auf jeden
Gegenstand eine derartige Identifizierungskennzeichnung aufbringbar
ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Registrieren
und/oder Wiedererkennen einer derartigen Identifizierungskennzeichnung.
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Herkömmlicherweise
werden Gegenstände mittels
fortlaufender Seriennummern gekennzeichnet. Derartige Identifizierungskennzeichnungen
zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen werden bspw. bei Kraftfahrzeugfahrgestellen
in Klarschrift und in deterministischen Punktkennzeichen verwendet.
Jedes Fahrgestell erhält
seine eigene einzigartige, d.h. nur einmal vergebene, Kennzeichnung,
um dieses Fahrgestell zu identifizieren und zu individualisieren,
d.h. von anderen Fahrgestellen unverwechselbar unterscheidbar zu
machen.
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Es
gibt jedoch Anwendungsbereiche, bei denen eine derartige Vergabe
von zuvor bestimmten Seriennummern bereits bei der Herstellung der
Gegenstände
zu einem unverhältnismäßig hohen
Aufwand und somit zu nicht gerechtfertigten Kosten führt. Beispiele
hierfür
sind Verpackungen der Lebensmittelindustrie. Bspw. sind Folienschalen
zu nennen, welche in sehr großen
Stückzahlen
produziert und anschließend
mit Lebensmitteln befüllt
und ggf. weiter verpackt werden. Es würde einen unverhältnismäßig hohen
Aufwand darstellen, jede derartige Folienschale bereits bei der
Herstellung dieser Folienschale mit einer eigenen fortlaufenden
Nummer zu versehen und diese Nummern zu verwalten. Insbesondere
muss sichergestellt sein, dass eine spezielle Nummer nicht mehrfach
vergeben wird, da ansonsten eine derartige Individualisierung nicht
mehr sichergestellt wäre.
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Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine weniger aufwändige Identifizierungskennzeichnung
zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen bereitzustellen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer Identifizierungskennzeichnung
zur unterscheidbaren Identifizierung von Gegenständen, wie Produktverpackungen,
wobei auf jeden Gegenstand wenigsten eine einzigartige, diesen Gegenstand
individualisierende Identifizierungskennzeichnung aufgebracht wird,
wobei die Identifizierungskennzeichnung ein Punktmuster mit einer
Vielzahl von gleichförmigen,
verschieden großen
Punkten mit stochastischer Verteilung ihrer Größe aufweist, wobei die Punkte
stochastisch über
eine Fläche
verteilt sind und wobei das Punktmuster in einem mittels eines vorbestimmten,
insbesondere variablen deterministischen Auffindmusters gekennzeichneten
oder zu kennzeichnenden Bereich des Gegenstandes aufgebracht wird.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem ferner mittels einer Identifizierungskennzeichnung
gemäß Anspruch
15 sowie einer Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Identifizierungskennzeichnung
gemäß Anspruch
17, einem Verfahren zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer
derartigen Identifizierungskennzeichnung nach Anspruch 21 sowie
einer Vorrichtung zum Registrieren und/oder Wiedererkennen einer
derartigen Identifizierungskennzeichnung gemäß Anspruch 32.
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Die
erfindungsgemäße Identifizierungskennzeichnung
ist für
jeden Gegenstand unterschiedlich, da ein Punktmuster verwendet wird,
das zufällig
erzeugt wird und somit eine Vielzahl von gleichförmigen, dabei stochastisch
verschieden großen,
d.h. mit stochastischer Größenverteilung,
und stochastisch, insbesondere sporadisch (über einen Bereich des Gegenstandes)
verteilten Punkten aufweist, d.h. Punkten, die sich untereinander
nicht berühren.
Ein Punktmuster ist dabei vorzugsweise die Summe aller Punkte des
Identifizierungskennzeichens. Dieses Punktmuster ist sehr einfach
herzustellen, indem bspw. überwiegend
nicht einander überdeckende Farbspritzer
oder -sprenkel unterschiedlicher Größe auf den Gegenstand aufgebracht
werden. Unter dem Begriff "Punkt" ist folglich im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein (kleiner) Fleck
oder Tupfen, also ein zwei- oder dreidimensionales Gebilde mit einer
(kleinen) flächigen
oder räumlichen
Ausdehnung zu verstehen. Hingegen ist mit diesem Begriff nicht bloß ein gedachtes
geometrisches Gebilde ohne Ausdehnung gemeint. Aufgrund der Anzahl
und der stochastischen Verteilung von Größe und Lage der Punkte entstehen
immer wieder unterschiedliche Punktmuster, ohne dass dies durch
spezielle Verfahren deterministisch vorherbestimmt werden muss oder
kann. Eine Verwaltung von Seriennummern kann daher zunächst entfallen.
Insbesondere ist somit sichergestellt, dass bspw. an verschiedenen
Produktionsstätten
nicht dieselben Nummernkreise verwendet werden können. Vielmehr wird aufgrund
der zufälligen
Verteilung der Punkte des Punktmusters jeder Gegenstand mit einer
individuellen Identifizierungskennzeichnung zunächst ohne individuelle Registrierung
versehen.
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Das
Punktmuster wird zu diesem Zweck im Bereich eines vorbestimmten
Auffindmusters – auch Finding
Pattern genannt – angeordnet,
damit die Lage und Größe des Punktmusters
auf dem Gegenstand definiert ist. Dieses Auffindmuster dient zum Auffinden
des Punktmusters und zum Bestimmen seiner Ausrichtung. Es ist daher
für eine
beliebig große
Anzahl von Gegenständen
gleichen Gegenstandtyps in Form und Farbe einheitlich. Für alle Gegenstände wird
dasselbe Auffindmuster verwendet. Das Auffindmuster kann vor, während oder
nach dem Aufbringen des Punktmusters aufgebracht werden. Es ist
dabei unbeachtlich, ob sich die Identifizierungskennzeichnung durch
das nachträgliche
Aufbringen des Auffindmusters verändert.
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Die
Identifizierungskennzeichnung ist eine optisch erkennbare Kennzeichnung.
Sie kann auch eine im sichtbaren Bereich des Lichts oder eine mit hochfrequen ten
elektromagnetischen Wellen, bspw. mit für Radarwellen typischen Wellenlängen, erkennbare
Kennzeichnung sein.
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Vorzugsweise
sind die Punkte der Identifizierungskennzeichnung kreisartig bzw.
kreisähnlich
umrandet. Die Punkte besitzen somit keine spezielle Ausrichtung;
sie haben keine vektoriellen Eigenschaften, da Kreise bzw. Punkte
keine Richtung aufweisen. Dies vereinfacht die Erfassung und Verarbeitung
derartiger Punkte.
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Vorteilhafterweise
weisen die Punkte innerhalb eines Punktmusters der Identifizierungskennzeichnung
signifikant unterschiedliche Größen auf. Bspw.
können
die größten Punkte
innerhalb eines Punktmusters rund 1000-mal so groß sein wie
die kleinsten Punkte. Es ergibt sich somit eine hohe Variationsbandbreite
zum Erzeugen unterschiedlicher Punkte. Überdies ist die Anzahl und
die Lage der Punkte innerhalb des Punktmusters beliebig, so dass auch
hierdurch die Variationsvielfalt praktisch nahezu unbegrenzt ist.
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Eine
auf diese Weise hergestelltes Identifizierungskennzeichnung ist überdies
technisch nicht reproduzierbar, da es zufällig erzeugt wird, ohne die Größenverteilung
willkürlich
zu beschränken.
Somit ist ein derartiges Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung
eigentümlich
und sehr fälschungssicher.
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Bevorzugterweise
wird das Auffindmuster und ggf. eine weitere darin enthaltene Typkennzeichnung
zur Kennzeichnung des Gegenstandtyps durch Prägen auf den Gegenstand aufgebracht.
Ebenso können
auch Farben aufgedruckt werden, die sich von der Farbe der Identifizierungskennzeichnung
signifikant unterscheiden und die sich nicht vollständig gegenseitig
verdecken.
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Vorteilhafterweise
kann ferner eine weitere wasserzeichenartige Kennzeichnung im Bereich
der Identifizierungskennzeichnung aufgebracht werden. Eine derartige
wasserzeichenähnliche
Kennzeichnung ist deterministisch definiert. Vorteilhafterweise ist
sie ebenso als Punktmuster ausgeprägt, wie die stochastische Identifizierungskennzeichnung,
insbesondere in Form von Farbpunkten. Auf diese Weise ist eine Überlagerung
in Form eines Wasserzeichens bereitzustellen, das für einen
unbefugten Dritten als solches aufgrund der Gleichförmigkeit
mit den Punkten der stochastischen Identifizierungskennzeichnung
nicht zu erken nen ist. Eine derartige wasserzeichenähnliche
Kennzeichnung ist, ebenso wie die Identifizierungskennzeichnung,
berührungslos
auf dem Gegenstand aufbringbar, bspw. durch eine feste Mehrfach-Düsenanordnung
mit Piezojets für
Einzelpunkte.
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Vorteilhafterweise
wird das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung und/oder
das Auffindmuster durch direktes berührungsloses Auftragen von flüssiger Farbe
oder durch direktes berührungsloses
Auftragen von pulvrigen Farbpartikeln auf dem Gegenstand erzeugt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung
und/oder das Auffindmuster zunächst
auf einer Matrize, einem Stempel oder einer Form zum Formen des
Gegenstandes erzeugt und anschließend von der Matrize, dem Stempel
bzw. der Form auf den Gegenstand übertragen werden. Die Identifizierungskennzeichnung
und/oder das Auffindmuster können
somit im sog. Kontaktverfahren erzeugt werden.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Identifizierungskennzeichnung
und/oder das Auffindmuster mittels eines fotografischen Verfahrens,
bspw. mittels fotografischer Belichtung und Entwicklung aufgebracht.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren weist die Identifizierungskennzeichnung
Farbpartikel einer fluoreszierenden oder einer lumineszierenden Farbe
auf. Die Verwendung einer lumineszierenden Farbe hat den Vorteil,
dass das Muster auch nach Abschalten einer Lichtquelle kurzzeitig
weiterhin Licht emittiert. Wenn man somit das Punktmuster beleuchtet
und nach Ausschalten der entsprechenden Lichtquelle eine Aufnahme
des Punktmusters macht, d.h. ein Bild erfasst, erhält man einen
hohen Kontrast der Punkte gegenüber
dem Hintergrund, wodurch eine genaue Abbildung der Identifizierungskennzeichnung
erfasst werden kann. Ferner werden somit Einflüsse durch wechselnde Lichtintensitäten und -färbungen
des Umgebungslichts ausgeschaltet. Ebenso kann auch die Abbildung
der Identifizierungskennzeichnung durch die Farben des Auffindmusters
nicht überlagert
oder verdeckt werden.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren zum Registrieren und/oder Wiedererkennen
bzw. Identifizieren einer Identifizierungskennzeichnung wird daher eine
gepulste Lichtquelle verwendet, um die Identifizierungskennzeichnung
zu beleuchten, wobei das Bild des Punktmusters nach Ausschalten
der Lichtquelle erfasst wird.
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Vorteilhafterweise
wird eine lumineszierende Farbe mit bi- oder multifrequent emittierenden
Pigmenten verwendet. Hierdurch kann die Unterscheidbarkeit der Punkte
gegenüber
dem Hintergrund weiter erhöht
werden. Vorzugsweise wird die Abbildung der Identifizierungskennzeichnung
durch ein spezielles Farbfilter aufgenommen, so dass Einflüsse anderer
Lichtquellen zusätzlich
beschränkt
werden.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführungsform
wird die Identifizierungskennzeichnung und/oder das Auffindmuster
unter Verwendung einer inerten Farbe bzw. einer biologisch verträglichen bzw.
biokompatiblen Träger-
und Haft-Flüssigkeit
mit inerten Farbpartikeln erzeugt. Die Verwendung derartiger inerter
Substanzen mit und ohne biologisch verträglichen Träger- oder Haft-Flüssigkeiten
ist besonders vorteilhaft für
die Anwendung im Lebensmittelbereich. Da nicht auszuschließen ist,
dass die Kennzeichnung mit Lebensmitteln in Berührung kommt, muss bei derartigen
Anwendungen sichergestellt sein, dass die Kennzeichnung lebensmittelverträglich ist.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführungsform
wird die Identifizierungskennzeichnung des einzelnen gekennzeichneten
Gegenstandes abgebildet und in einer Datenbank registriert. Hierdurch
kann der mit dieser Identifizierungskennzeichnung versehene Gegenstand
verfolgt werden, d.h. es ist eine Zuordnung des Gegenstandes zu
seinen Herstellungs- und Lagerorten möglich.
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Mittelbar
ist somit auch eine Zuordnung zu den Herstellungs- und Lagerorten
der in den als Verpackung genutzten Gegenstände eingefüllten Waren möglich. Es
kann somit bspw. im Falle eines Lebensmittels der Weg des Lebensmittels
vom Hersteller bis zum Einzelhändler
zurückverfolgt
werden, wenn bspw. es infolge eines Qualitätsmangels zu Beanstandungen
gekommen ist. Die gesetzliche Anforderung der Rückverfolgung wird mit dieser
Identifizierungskennzeichnung technisch unterstützt.
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Die
Registrierung einer Identifizierungskennzeichnung in der Datenbank
erfolgt vorteilhafterweise, indem ein Bild des Punktmusters und
des Auffindmusters er fasst wird, und das erfasste Bild anhand des
Auffindmusters zunächst
ausgewertet, bspw. dabei begrenzt und ggf. aufgerichtet und entzerrt
wird.
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Signifikante
Texturelemente aus Bildelementen innerhalb des erfassten Bildes
werden aus der Abbildung durch eine mathematische Filterung herausgelöst, wobei
die Texturelemente vorbestimmte Kriterien, insbesondere hinsichtlich
ihrer Größe erfüllen müssen. Vorzugsweise
sind Texturelemente Punkte einer bestimmten Mindestgröße. Diese
extrahierten Texturelemente werden klassifiziert und geordnet. Die
klassifizierten und geordneten Texturelemente werden nach einem
determinierten Bewertungsverfahren in einen Nummerncode, bspw. einen numerischen
oder alphanumerischen Code, insbesondere einen Binärcode, umgesetzt
und der Nummerncode in der Datenbank als Bitfolge gespeichert. Ein
Nummerncode ist dabei vorzugsweise jede Repräsentanz eines Punkt-Codes in
einer numerischen Datendarstellung mit einer beliebigen Basiszahl
des verwendeten Zahlensystems. Auf diese Weise wird dem darstellenden
Punktmuster einer Identifizierungskennzeichnung ein Nummerncode
als Punkt-Code, d.h. einem aus dem Punktmuster abgeleiteten Code,
eindeutig und gut reproduzierbar zugeordnet, der allein das Auffinden
eines bereits vergebenen Punkt-Codes einer bereits zuvor registrierten
Identifizierungskennzeichnung in dieser Datenbank bestimmt. Des
Weiteren wird durch die Verwendung der Texturelemente nur ein Teil
der Bildinformation verarbeitet und somit kann die Identifizierungskennzeichnung
mit einer gegenüber
einer einfachen hochauflösenden
Abbildung reduzierten Datenmenge gespeichert werden.
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Nachdem
ein derartiger Punkt-Code in einer Datenbank gespeichert worden
ist, kann eine weitere erneute Abbildung desselben Gegenstandes,
die aus der Identifizierungskennzeichnung einen ebensolchen Punkt-Code
liefert, mit den in der Datenbank bereits registrierten Punkt-Codes
verglichen werden. Sofern eine teilweise und hinreichende Übereinstimmung
zweier Punkt-Codes festgestellt wird, kann eine Feststellung der
Identität
dieser beiden Punkt-Codes und damit der Identität des Gegenstandes erfolgen.
Auf diese Weise kann ein bereits zuvor registrierter Gegenstand
bzw. eine zuvor registrierte Identifizierungskennzeichnung zu einem
späteren Zeitpunkt
wieder aufgefunden werden. Bspw. können somit Gegenstände eines
Hersteller zunächst
registriert und im späteren
Verlauf dieser Gegenstand wieder der zuvor erfolgten Registrierung
zugeordnet werden.
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Jeder
bereits durch seine Identifizierungskennzeichnung bekannte einzelne
Gegenstand lässt sich
somit später
re-identifizieren.
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Welcher
Grad der Übereinstimmung
der zahlenmäßig überbestimmenden
Punkt-Codes dabei
als hinreichend erachtet wird, kann durch den Anwender dieses Verfahrens
willkürlich
festgelegt werden. Damit wird die Schärfe der Trennung zweier Gegenstände gleichen
Gegenstandtyps allein aufgrund der Identifizierungskennzeichnung
bestimmt. Diese im Grad der Übereinstimmung
variable Bewertung ist vorteilhaft, da weder die Herstellung der
Identifizierungskennzeichnung determiniert werden kann, noch dessen
Abbildung infolge der Reduzierung der Information des Bildes der
Kamera auf den Punkt-Code nicht vollständig in diesem Punkt-Code enthalten sein
kann. Dies ist außerdem
vorteilhaft, da möglicherweise
vor dem erneuten Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung dieses
verschmutzt oder beschädigt
worden ist, so dass es ohnehin nicht mehr vollständig identisch abgebildet wird,
wie zu einem früheren
Zeitpunkt.
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Vorteilhafterweise
werden komplexe Merkmale der Identifizierungskennzeichnung zur besseren
Visualisierung der Verarbeitung des erfassten Bildes und zum schnellen
Vergleich der Identifizierungskennzeichnung mit bereits registrierten
komplexen Merkmalen in zwei aufeinander folgenden Schritten extrahiert.
Dabei wird für
eine sichere Wiedererkennung einer Identifizierungskennzeichnung
eine zweifache optische Abbildung verwendet, wobei die erste eine
Klassifizierung und die zweite eine Identifizierung liefert.
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In
einem ersten Schritt wird ein Bild des Punktmusters und des Auffindmusters
erfasst, das erfasste Bild anhand des Auffindmusters virtuell ausgerichtet
und/oder entzerrt und grobe Texturelemente bzw. eine Auswahl von
Texturelementen innerhalb des erfassten Bildes, welche bestimmte
Kriterien, insbesondere hinsichtlich der relativen maximalen Größe der Texturelemente
erfüllen,
erfasst. Diese maximal großen
Texturelemente werden dann extrahiert und grob klassifiziert. Die
extrahierten und klassifizierten groben Texturelemente werden dann
in einen gering auflösenden
skalaren ersten Punkt-Code umgesetzt. Der erste Punkt-Code ist daher
vorzugsweise ein aus den erkennbar größten Punkten abgeleiteter Code.
Ein einer groben Textur mehrerer Texturelemente überlagerter virtueller Linienzug
wird für eine
Visualisierung der groben Klassifizierung und für eine schnelle Vergleichsfunktion
des ersten Punkt-Codes verwendet.
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Eine
Textur ist dabei vorzugsweise eine menge von Punkten einer bestimmten
Mindestgröße.
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In
einem zweiten Schritt wird ein erfasstes Bild des Punktmusters und
des Auffindmusters anhand des Auffindmusters virtuell ausgerichtet und/oder
entzerrt. Sodann werden sämtliche
Texturelemente innerhalb des erfassten Bildes, welche vorbestimmte
Kriterien, insbesondere hinsichtlich einer bestimmten minimalen
Größe der Texturelemente, erfüllen, erfasst.
Diese Texturelemente werden insgesamt extrahiert und die extrahierten
und klassifizierten Texturelemente in einen hoch auflösenden skalaren
zweiten Punkt-Code umgesetzt. Der zweite Punkt-Code ist daher vorzugsweise
ein aus allen Punkten einer bestimmten Mindestgröße abgeleiteter Code. Die extrahierte
Textur wird für
die Auswertung der Identifizierungskennzeichnung zur Re-Identifizierung
verwendet.
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Vorteilhafterweise
werden zwar diese beiden Schritte aufeinanderfolgend durchgeführt. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung beider Schritte hintereinander
beschränkt.
Vielmehr kann auch nur der zweite Schritt ausgeführt werden, um eine hochgenaue
Registrierung oder Wiedererkennung einer Identifizierungskennzeichnung
bereitzustellen.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführungsform
wird der Grad der Übereinstimmung
unter Verwendung von Fuzzy-Logik-Regeln ermittelt. Mittels der Verwendung
von Fuzzy-Logik-Regeln können Unterschiede
des mehrmals unabhängig
aus der Identifizierungskennzeichnung bestimmten Punkt-Codes in
bestimmten Grenzen toleriert und gleichwohl ein Gegenstand re-identifiziert
werden.
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Vorteilhafterweise
wird bei der Identifizierung oder Registrierung einer Identifizierungskennzeichnung
diese mit einer Schräglichtquelle
beleuchtet, so dass die Identifizierungskennzeichnung schräg beleuchtet
wird. Dies ist vorteilhaft, wenn bspw. das Auffindmuster durch Prägen erzeugt
worden ist, so dass sich dieses Auffindmuster infolge der Schräglichtbeleuchtung
durch Schattenwurf klar abzeichnet.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend
insbesondere anhand der in der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
herkömmliche
Kennzeichnung einer typischen Produktverpackung für verderbliche Waren
oder andere Produkte;
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2 eine
Anordnung einer Sprühvorrichtung
als Mittel zum Aufbringen einer Identifizierungskennzeichnung auf
Produktverpackungen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Seitenansicht;
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3 die
Anordnung gemäß 2 in
einer Ansicht von unten;
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4 eine
Anordnung einer Kameravorrichtung zum Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
Produktverpackung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 eine
weitere Produktverpackung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung entsprechend 5;
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7 einen
Ausschnitt der 5 bzw. 6 zur Darstellung
des Auffindmusters;
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8 eine
Darstellung zur Veranschaulichung des Größenverhältnisses geprägter Elemente des
Auffindmusters zu den größten aufgesprühten Punkten
des Punktmusters;
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9 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Klassifizierung
eines Punktmusters anhand eines ausgewählten Texturelements;
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10 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Größenverhältnisses
der größten Punkte
des Punktmusters zu den kleinsten verarbeiteten Punkten;
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11 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Überlagerung
des Auffindmusters und des Punktmusters gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 eine
schematische Darstellung einer Data-Matrix-Typkennzeichnung unter
Weglassen des Punktmusters;
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13 einen
Auszug des in 11 gezeigten Punktmusters zur
Erläuterung
von Texturelementen;
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14 eine
Darstellung zur Veranschaulichung der logischen Verarbeitung der
Punktmuster;
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15 und 16 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Erfassung einer Identifizierungskennzeichnung
mittels einer Kamera;
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17 eine
schematische Anordnung einer Kameravorrichtung auf einem Tisch zum
Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung in einer Ansicht von
oben;
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18 die
Kameravorrichtung gemäß 17 in
einer Ansicht von der Seite;
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19 eine
schematische Anordnung einer Kameravorrichtung unter einer Förderstrecke
zum Erfassen einer Identifizierungskennzeichnung in einer Ansicht
von oben und
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20 die
Kameravorrichtung gemäß 19 in
einer Ansicht von der Seite.
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Nachfolgend
wird ein opto-frequentes System zur automatischen Identifizierung
von Objekten erläutert,
welches die Objekte und speziell eine Identifizierungskennzeichnung
dieser Objekte mittels einer elektronischen Kamera in Echtzeit digitalisiert
abbildet.
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Die
Kennzeichnung der Objekte erfolgt mit Farbmustern aus einer sporadisch,
d.h. in einer Verteilung mit Lücken
und folglich nicht flächendeckend, ansonsten
aber beliebig abgeschiedenen Emulsion, Suspension, einem trockenem
Pulverstrom oder mechanischem Pulverauftrag als nicht geschlossenes zufälliges Punktmuster.
Die Ausprägung
dieses Musters wird bspw. durch die Einstellung der Oberflächenspannung
der Farbflüssigkeit
bzw. die Größenverteilung
im Pulverstrom und die passenden Oberflächenmerkmale der Objektoberfläche erreicht.
Die Fixierung des Farbauftrags auf der Oberfläche des Gegenstandes erfolgt
wahlweise durch atmosphärische
Trocknung eines Haftvermittlers, thermische Sinterung des Farbpulvers
oder mechanische Prägung
in duktilen oder harten und amorphen, metallischen oder kristallinen
Oberflächengefügen.
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Die
Kennzeichnung besteht aus einer sporadischen und annähernd normal
verteilten stochastischen Verteilung von Punkten, insbesondere Farbpunkten
unterschiedlicher Größe, die
im Kamerabild infolge geeigneter Beleuchtung mit hohem Kontrast zumindest
kurzzeitig derart zu beobachten ist, dass ein reproduzierbares Kamerabild
erzeugt werden kann.
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Die
Erzeugung des Musters erfolgt bspw. mittels mechanischem Farbspritzen,
Airbrush-Sprühverfahren
oder Airless-Sprühverfahren.
Der Farbauftrag zum Erzeugen des Punktmusters erfolgt so mittels
eines technischen Verfahrens, das in Gegensatz zu deterministischen
Verfahren in keiner Stufe der Erzeugung des Codebildes eine exakte
oder inkrementelle Positionierung für den einzelnen Punkt erfordert.
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Um
das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung zu erzeugen, wird
ein Farbauftragsverfahren verwendet, das eine zufällige sporadische, jedoch
stochastisch annähernd
normale Verteilung bzgl. der Anordnung und der Größe der Farbpunkte bewirkt.
Stochastische verteilte Punkte sind dabei solche Punkte, die kein
regelmäßiges Muster
bilden. Normal verteilte Punkte sind solche Punkte, deren Verteilungsstatistik
der Normalverteilung gehorcht. Es ist keinerlei Beschränkung der
minimalen Größe des einzelnen
erzeugten Punktes bestimmt. Jedwede deterministische Positionierung
von Elementen des Punktmusters wird durch den Verzicht auf eine Schablone
vermieden. Hingegen kann eine Schablone zur Begrenzung des mit dem
Punktmuster bedeckten Fläche
nach außen
verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
werden spezielle Pigmente bei der Herstellung des Punktmusters verwendet, welche
eine Trennung der monochromen Anregung durch eine erste Lichtfarbe
und der Beobachtung in einer zweiten monochromen Lichtfarbe ermöglichen. Dann
kann das Punktmuster zunächst
mit einer ersten Farbe beleuchtet werden, so dass die besonderen
Farbpartikel ihrerseits angeregt werden. Aufgrund dieser Anregung
kommt es zu einem lumineszierendeen Nachleuchten der Farbpartikel
mit einer zweiten Lichtfarbe, sobald die Beleuchtung abgeschaltet
wird. Diese zweite Lichtfarbe kann dann ungestört beobachtet werden. Bei entsprechender
Filterung ist das von der Kamera erfasste Bild dann unabhängig von
Effekten des Umgebungslichtes. Somit können die Bedingungen zum Erfassen
der Identifizierungskennzeichnung gezielt optimiert werden.
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Die
Kennzeichnung wird gegenüber
einer beliebigen Umgebung auf der Oberfläche des Objekts durch einen
optofrequent sichtbaren und in einem vorhergehenden oder nachfolgenden
Prozess hergestellten Rahmen aus einem bekannten sog. Auffindmuster
bzw. Finder Pattern nach dem Vorbild des Data-Matrix-Codes erzeugt.
Dieses ist bspw. in ISO/IEC 16022 und ISO/IEC 24720 beschrieben.
Die Formen des Rahmens und des Punktmusters weisen infolge geeigneter
Beleuchtung einen ausreichend hohen Kontrast durch Schattenwurf
in der farblich uniformen Oberfläche
des Gegenstandes auf, dass zumindest ein reproduzierbares Kamerabild
einer Berandung der am gleichen Ort und gleichzeitig zu beobachtenden
Verteilung von Punkten erzeugt werden kann.
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Die
Benennung und Erkennung des geeigneten Verfahrens der Codegenerierung
aus dem Punktmuster erfolgt entweder aus dem Data-Matrix-Code innerhalb
des Auffindmusters oder durch eine gleichzeitig mit dem begrenzenden
Rahmen aufgebrachte Kennzeichnung in Form einer Punze außerhalb
des Auffindmusters, wobei zu jeder Form der Punze ein Daten-Identifizierer
für das
Codeschema eines speziellen Punkt-Codes eindeutig zugeordnet wird.
Die Punze wird als Daten-Identifizierer genutzt, um vor Beginn einer
Erkennung einer Textur und einer nachfolgenden Suche des Punkt-Codes
eines mehrere realisierter Codierungsverfahren nach einem bestimmten
Codeschema des Punkt-Codes zu bestimmen.
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Die
durch das Kamerabild digitalisierte zweidimensionale Abbildung der
Punkte des Punktmusters innerhalb dieses Rahmens wird mit einem
Transformationsalgorithmus ortstreu bewertet und als serieller Punkt-Code
nach einem vorbestimmten Codeschema digitalisiert und gespeichert.
Dieses Codeschema wird speziell derart ausgelegt, dass ein großes Codevolumen
in der Größenordnung
von bspw. mindestens 10exp9 erreicht werden kann. Zusätzlich wird
eine Überbestimmung
durch eine gleichartige Codereserve des Punkt-Codes vorgesehen,
welche eine hohe Unterscheidbarkeit der Punkt-Codes auch bei teilweiser
Beschädigung
sicherstellt.
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Verbunden
mit dieser Speicherung der Punkt-Codes und des Daten-Identifizierers wird
eine mit geeigneter Einrichtung hergestellte oder erfasste und ebenfalls
codierte Typinformation, welche die Merkmale, bspw. den Typ des
Objekts, beschreibt und als Data-Matrix-Code bereitgestellt. Über die Kombination
dieser beiden Informationen aus Punkt-Code und Data-Matrix-Code
mit einem für
das Verfahren innerhalb dieses Data-Matrix-Codes fest vergebenen
Daten-Identifizierer,
bspw. nach ISO15418 oder vermittels der Punze, erhält man eine eindeutige
Beschreibung eines individuellen Gegenstandes als Verbundcode. Ein
Verbundcode ist vorzugsweise eine Zusammenfassung von Data-Matrix-Code, erstem Punkt-Code
und zweitem Punkt-Code, Code für
die Punze und/oder dem Code des Wasserzeichens, also mehrerer Nummercodes. Diese
Beschreibung wird in einer Datenbank für Nutzer, insbesondere nur
für berechtigte
Nutzer, zugänglich
gemacht, bspw. auch als Identifizierungscode in einem Lieferavis
vom Versender an dem Empfänger des
Objekts weitergegeben.
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Um
bei erneuter Identifizierung die Objektinstanz (ein bestimmtes Objekt)
eindeutig als bekannt zu bestimmen, wird erneut der Punkt-Code nach
erneuter Abbildung nach demselben Verfahren generiert und in der
Datenbank gesucht. Bei Übereinstimmung
des neu generierten Punkt-Codes mit einem bereits zuvor gespeicherten
Punkt-Code in einem Verbundcode wird die gesamte Information zur Identität eines
einzelnen Objekts bereitgestellt.
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Zur
Behebung der für
das Verfahren typischen Unschärfe
der Vergleichsoperation wird die sog. Logik der Unschärfe nach
Prof. Lotfi Zadeh bzw. Fuzzy-Logik verwendet. Zur Information für den Nutzer
der Vergleichsergebnisse wird der Grad der Übereinstimmung als Zusatzinformation
bereitgestellt. Zur Visualisie rung des Vergleichs wird eine aus
dem Punktmuster extrahierte Textur mit einem virtuellen Linienzug
gezeigt. Diese Textur wird ebenfalls als zweiter Punkt-Code mit
ausschließlich
skalaren Eigenschaften ohne irgendwelche Linienmerkmale im Verbundcode
abgelegt.
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Eine
Unterscheidung der Übereinstimmung wird
im erfindungsgemäßen Verfahren
typischerweise mit einer Fehlerquote erreicht, die um mehrere, bspw.
drei Größenordnungen
besser d.h. niedriger ist, als durch die Codereichweite des Codeverfahrens
bestimmt. Durch das Verfahren der deterministischen Erzeugung des
Punkt-Codes aus dem zufälligen
Ausgangsbild wird sichergestellt, dass der Punkt-Code jederzeit
mit gleicher Ausrüstung
mit hinreichender Übereinstimmung
neu generiert werden kann.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine effiziente, zufällige
Kennzeichnung von Objekten mit einem zufälligen optischen Muster. Erfindungsgemäß werden hierzu
besonders einfach herzustellende und leicht zu erkennende optische
Farbkennzeichnungen verwendet. Dabei ist eine Reproduzierbarkeit
der optischen Identifizierungskennzeichnungen nicht möglich. Die
Kennzeichnungen werden vielmehr zufällig erzeugt und sind somit
eindeutig für
jedes individuelle Objekt.
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Aufgrund
der Verwendung von Punktmustern mit überwiegend kreisförmigen Punkten
als Texturelementen erhält
man einen parametrischen, nicht vektoriell ortsauflösenden Punkt-Code.
Dieser kann als serieller Zifferncode oder als Bit-Code interpretiert und
gespeichert werden. Eine willkürliche
Reproduktion eines identischen Punkt-Codes aus einem zweiten zufälligen Ausgangsbild
ist wegen der annähernden
Normalverteilung der Punktgröße im Auftragsverfahren
für das
Punktmuster und wegen der annähernden
Normalverteilung Punkte in der Fläche des Punktmusters technisch
nicht zu erreichen. Es gibt somit keine zwei Objekte mit gleichem
Punkt-Code, soweit die verwendete Kamera eine hinreichende Auflösung und
die fotografischen Merkmale, insbesondere die Beleuchtung des Objekts,
eine hinreichende Qualität
der Abbildung bieten.
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Die
gute Reproduzierbarkeit der optischen Abbildung der Kennzeichnung
in einen eindeutigen seriellen Punkt-Code ist mit einfacher digitaler
Kamera gegeben. Das in der Kamera digitalisierte Kamerabild wird
bereits vor der Übertragung
zur weiteren Verarbeitung des Bildes einer ersten Datenkompression
unterzogen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist das nutzbare Codevolumen des Punkt-Codes durch Parameter, wie
die berücksichtigte
Punktgröße und die
hergestellte Punktdichte sowie die Kameraauflösung einzustellen.
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Eine
Besonderheit des Verfahrens ist die typische Unschärfe der
Bewertung. So ist es unvermeidbar, dass dieselbe Identifizierungskennzeichnung
desselben Objekts mit zwei unmittelbar in unveränderter Konfiguration aufeinander
folgenden Kamerabildern unterschiedlich erfasst und bewertet wird.
Dies ist umso mehr zu erwarten, da das Punktmuster aus einer Vielzahl
kleiner Farbpunkte besteht, welche im Laufe des Transports eines
Produkts allen möglichen
Beanspruchungen unterliegen. Insbesondere kann das Punktmuster verschmutzt
oder beschädigt
und damit partiell zerstört
werden. Insofern wird eine identische Generierung des Punkt-Codes desselben
Punktmusters in der Praxis nicht zu erzielen sein.
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Zur
Bewertung von Punktmustern und den daraus abgeleiteten Punkt-Codes
werden Regeln der Logik der Unschärfe (Fuzzy-Logik-Regeln) verwendet,
um eine schnelle und sichere Reproduktion des seriellen Punkt-Codes
aus dem Kamerabild zu unterstützen.
Die vorgesehene determinierte Umsetzung des ortsauflösenden stochastischen
Einzelbildes in einen seriellen Punkt-Code ist vorteilhaft. Man
erreicht durch die hohe Auflösung
der Kamera eine sehr hohe Trennschärfe für die Erkennung verschiedener
Gegenstände
und durch die zusätzlich
gewählte
Begrenzung der Auflösung
des digitalisierten Bildes eine erhebliche Reduzierung des abgeleiteten Codes
gegenüber
einem digitalisierten und komprimierten Rohbild.
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Der
von der Kamera erfasste Bildinhalt wird einer automatischen rechnergestützten Bewertung unterzogen.
Da das verwendete Punktmuster bzgl. der Punkte keine Orientierung
aufweist, kann die Bildverarbeitung und anschließende Codierung des Punkt-Codes
auf einfache Weise und somit schnell und unter Echtzeit erfolgen.
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Das
bewertete Bild wird in einen seriellen numerischen oder alphanumerischen
Punkt-Code fester Länge
umgesetzt. Dies entspricht einer erneuten Bandbegrenzung des erfassten
Bildes. Diese Bandbegrenzung wird auf die gewünschte Reichweite des Codevolumens
eingestellt.
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Dies
erlaubt bei normaler Auflösung
mindestens eine praktische Codebreite für den Punkt-Code von 2exp(10exp6)
Bit und somit etwa 10exp(10exp4) Digits. Dies ist ein Codevolumen,
das durch kein herkömmliches
deterministisches Codeverfahren nutzbar angeboten wird. Durch realistische
Einschränkung
mit dem Ziel einer guten Vergleichbarkeit bei technischer Unschärfe verbleibt
ein nutzbares Codevolumen von ca. 10exp27. Dieses Codevolumen ist ausreichend,
um Gegenstände
jedweder Art eindeutig zu kennzeichnen.
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Dieser
Punkt-Code kann zusätzlich
mit einer Typ-Kennzeichnung zur Kennzeichnung des Objekt-Typs des
gekennzeichneten Gegenstandes einem Data-Matrix-Code verbunden werden. Hiermit wird
die Codereichweite durch Beschränkung
auf den durch den Data-Matrix-Code bestimmten einzelnen Objekt-Typ und auf ein durch
die Punze bestimmtes Codierungsverfahren weiter erhöht.
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Nimmt
man einen Kamerasensor mit vier Millionen Bildpunkten an, wird durch
die rechteckige Bildgeometrie der Kamera und die Rotation und die Aspektwinkel
das nutzbare Kernfeld auf etwa zwei Millionen Bildpunkte reduziert.
Das Punktmuster wird bspw. in der Begrenzung standardisierter Data-Matrix-Codes
in einer Auflösung
von 10 × 10
Punkten und einer Fläche
von etwa einer Briefmarke erzeugt.
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Es
folgt eine beispielhafte Beschreibung einer Verwendung eines Punkt-Codes
im Bereich der Verpackung von Gegenständen. Die Umrandung eines Punktmusters
durch das Auffindmuster eines Data-Matrix-Codes wird in gleicher
Weise durch den Hersteller der Verpackung, wie bisherige Kennzeichnungen
mit Symbolen oder Klartext durch Prägen in die Verpackung ohne
Färbung
eingebracht.
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Die
Typ-Kennzeichnung, d.h. die Kennzeichnung des Objekt-Typs der Verpackung
erfolgt innerhalb des Auffindmusters ebenfalls durch Prägung ohne
Färbung.
Diese geprägte
Kennzeichnung kann durch Beleuchtung mit einer schräg angeordneten Lichtquelle
sichtbar gemacht werden, da es dann zu einem Schattenwurf kommt.
Zur Verbesserung der Sichtbarkeit wird mit einem offenen Punktmuster
gearbeitet, bei dem sich die geprägten Punkte nicht berühren.
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Mittels
einer Punze kann ebenfalls durch Prägung ein weiteres Unterscheidungsmerkmal
in die Verpackung eingebracht werden. Diese Punzen sitzen üblicherweise
außerhalb
des Auffindmusters benachbart zu diesem, um mit demselben Abbildungsvorgang
erfasst zu werden.
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Die
Punktmuster werden alternativ direkt innerhalb des Auffindmusters,
bspw. durch Abstreifen einer Bürste
an einer Kante, aufgespritzt. Dabei ist es unbeachtlich, ob das
Punktmuster über
das Auffindmuster hinausreicht.
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Alternativ
können
Punktmuster indirekt innerhalb des Auffindmusters durch Anblasen
von Pigmenten in eine Herstellform bzw. Pressform für die Verpackung
und geeignetes die Haftung vermittelndes Aufpressen des Materials
der Verpackung übertragen
werden. Es ist unbeachtlich, ob das Punktmuster vor oder nach dem
Auffindmuster aufgebracht wird, solange das Auffindmuster durch
das Auftragsverfahren nicht beeinträchtigt wird. Auch hierbei ist
es unbeachtlich, ob das Punktmuster über das Auffindmuster hinausreicht.
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Punktmuster
werden bis zum Einfüllen
von Ware in die Verpackung nicht weiter beachtet. An einer Packstation
werden Parameter der Ware durch Sensoren erfasst, wie bspw. das
Warengewicht, oder variabel eingestellt, wie bspw. die Warenart,
und mit weiteren Daten, wie bspw. des Datums und der Uhrzeit, verknüpft.
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Ferner
wird an der Packstation die Kennzeichnung mit Data-Matrix-Codes
und Punze gleichzeitig im Schräglichtverfahren
per Kamera erfasst. Daraus werden der Typcode des Warentyps der
Verpackung gelesen und der Daten-Identifizierer
des Warentyps der Verpackung generiert.
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Ebenso
wird an der Packstation das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung
im Auflichtverfahren erfasst, wobei eine Lichtquelle im wesentlichen
senkrecht auf das Muster scheint. Hieraus wird der Punkt-Code der
Identifizierungskennzeichnung generiert.
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Die
einzeln erfassten Daten werden zu komplexen Packungsdaten verknüpft und
einem System zur Steuerung der Produktionsaufträge zurückgemeldet und dort in einer
Datenbank gespeichert.
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Bei
Zusammenfassung mehrerer Produktverpackungen in einem Karton werden
die Identifizierungsdaten des Kartons mit den Packungsdaten in der
Datenbank logisch als Kartondaten verknüpft. Die Punktmuster werden
wiederum bis zum Verkauf der Ware mit der Verpackung und darüber hinaus nicht
weiter beachtet. Lediglich beim Verkauf an der Kasse kann fakultativ
die einzelne Verpackung erneut identifiziert und der Punkt-Code
mit den Ereignisdaten des Verkaufs verknüpft und dort in einer Datenbank
gespeichert werden. Dabei ist es bei Verwendung geeigneter Farben
unbeachtlich, ob das Punktmuster von einer einzelnen optisch transparenten
Folienlage überdeckt
wird.
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Im
Falle einer Reklamation durch einen der Teilnehmer der Vertriebskette
oder durch den Endkunden wird die Ware mit der Verpackung wieder
entgegengenommen und diese, unabhängig von der etwa verdorbenen
Ware, in einer entsprechenden Kameravorrichtung zur Identifizierung
der Kennzeichnung der Punkt-Codes erneut abgebildet und der Punkt-Code
abgeleitet. Durch Vergleich des nunmehr erneut bestimmten Punkt-Codes
mit den in der Datenbank abgespeicherten Punkt-Codes werden die
zugehörigen
Packungsdaten verfügbar.
Im Zuge der Rückverfolgung
können über den
Punkt-Code die einzelnen Stationen festgestellt werden, an denen die
einzelne Packung oder der Karton mit den zuvor einzeln registrierten
Packungen gelagert oder umgeschlagen und dabei erneut identifiziert
wurde.
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Die
Berechnung eines Punkt-Codes für
die Registrierung neuer Punktmuster in einer Datenbank der registrierten
Punktmuster und das Vergleichen einzelner Punktmuster mit bereits
registrierten und damit bekannten Punktmustern erfolgt wie nachfolgend
erläutert:
Zunächst wird
mittels einer Kameravorrichtung und einem sog. Frame-Grabber ein
Bild des Punktmusters erfasst und einer Filterung und einer ortstreuen Kompression
unterzogen. Damit wird eine visuell und auch datentechnisch nutzbare
und gut übertragbare Abbildung
des auf dem Objekt befindlichen Punktmusters erzeugt.
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Sodann
erfolgt eine automatische Berandung und Orientierung des Punktmusters
anhand des ebenso und in derselben Kameraposition aufgenommenen
Auf findmusters des überlagerten
Data-Matrix-Codes mit anschließender
Entzerrung und Aufrichtung zu einem Rechteck einheitlicher Größe. Damit
wird das Bildfeld für
die Extraktion des Punktmusters festgelegt. Gleichzeitig wird das
Bildfeld zur Visualisierung des Erfassungsprozesses erzeugt.
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Sodann
wird in einem ersten Rechenschritt der Bildinhalt des Punktmusters
ausgewertet und daraus zunächst
eine signifikante Textur aus elementaren und gut trennbaren Bildelementen
etwa runder Punkte maximaler Größe extrahiert.
Diese Textur wird als Merkmal der groben Klassifizierung verwendet.
Damit erreicht man eine grobe Klassifizierung des Bildinhalts für eine systematische
Archivierung und für
eine beschleunigte Suche im Falle jeder späteren Re-Identifizierung. Sie
vermittelt zwischen dem visuellen Bildeindruck des Betrachters und
der Funktion eines groben Mustervergleichs.
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In
einem nachfolgenden zweiten Rechenschritt, werden alle Punkte, welche
oberhalb einer vorbestimmten Mindestgröße liegen, durch geeignete
Filterung extrahiert. Dadurch wird ein gleich verteiltes Muster
des Hintergrundes aus der weiteren Bewertung ausgeschlossen. Ferner
wird ein Muster von Bildelementen anderer Form oder auch einzelne
Bildelemente signifikant anderer Form, bspw. Linientexturen wie
bspw. durch Abrieb entstanden, aus der weiteren Bewertung ausgeschlossen.
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Sodann
erfolgt eine Extraktion und Bewertung des gesamten bereinigten Bildinhalts
als individuelle Textur aus Bildelementen mit Grundelementen von
Punkten bis zu der durch die Filterung festgelegten minimalen Größe. Dabei
wird die Abbildung des Punktmusters durch die definierte Mindestgröße der Punkte
in der Auflösung
und somit in der Bitlänge
des zu berechnenden äquivalenten
Punkt-Codes begrenzt.
Durch geeignete komplexe Rechenregeln werden die durch die endliche
Auflösung
der Kamera und unterschiedliche Bildwinkel bei der Aufnahme entstehenden
Effekte der Falschabbildung vermieden.
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Damit
wird aus dem Bild unter Verwendung entsprechender Algorithmen der
Bildverarbeitung ein Code abgeleitet, dessen Bewertung nach festen
Regeln gut reproduzierbar ist. Die Umsetzung des Bildinhalts in
eine Bitfolge liefert einen äquivalenten Punkt-Code,
welcher die Position und Größe der einzelnen
erkannten Grundelemente summarisch eindeutig beschreibt. Dieser
Punkt-Code bleibt in seiner Länge
bspw. um zwei Größenordnungen
unter dem Code des komprimierten Bildinhalts mindestens in der Größenordnung
heute gängiger
deterministischer Nummernsysteme. Damit ist ein neues Punktmuster
abschließend
bestimmt.
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Bei
jeder Re-Identfizierung erfolgt schließlich ein Vergleich zweier
nach diesem Verfahren gewonnener Punkt-Code des vermeintlich selben
Objektes nach einem festen Algorithmus unter Berücksichtigung der Fehler und
Beschränkungen
der Abbildung mittels der Logik der Unschärfe (Fuzzy-Logik). Die Hypothese
der Identität
kann anhand der bereits bekannten und registrierten Codes mit geeigneten Suchstrategien
schnell geprüft
werden und für
den neuen Code verworfen oder bestätigt werden. Im praktischen
Einsatz sind aufgrund der Breite des gespeicherten Punkt-Codes bei
hinreichend definierter Codelänge
keine fehlerhaften Annahmen der Hypothese der Identität zu erwarten.
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1 zeigt
eine Produktverpackung 11 gemäß dem Stand der Technik. Bei
dieser Produktverpackung handelt es sich bspw. um eine Folienschale, die
in einer Ansicht von unten dargestellt ist. Diese Produktverpackung 11 weist
mehrere Kennzeichnungen auf, nämlich
ein eingeprägtes
Firmenlogo 12, ein eingeprägtes Materialkennzeichen 14 für das spätere Recycling
sowie eine eingeprägte
Typennummer 16 zur Kennzeichnung des Verpackungstyps.
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2 zeigt
in einer Seitenansicht derartige Produktverpackungen 11 entlang
eines Förderweges 18,
welche unmittelbar nach dem Ausformen aus der Pressform mittels
einer mehrfach angeordneten Mittel bspw. als Sprühvorrichtung 20 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung besprüht
werden. Mittels der Sprühvorrichtung 20 können die
Produktverpackungen 11 gleichzeitig mit Farbe besprüht werden,
indem in einem Sprühkegel 22 Farbpigmente auf
die Produktverpackung 11 aufgebracht werden. Alternativ
kann vor dem Pressen des Formlings der Produktverpackung 11 die
Negativ-Pressform für
den Formling der Produktverpackung 11 in entsprechender
Weise besprüht
werden, so dass das aufgesprühte
Muster von der Negativ-Pressform auf jeden Formling der Produktverpackung 11 übertragen
wird.
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3 zeigt
die Sprühvorrichtung
und Produktverpackungen 11 aus 2 in einer
Ansicht von unten. Sie entspricht im Übrigen 2, so dass
auf die obigen Erläuterungen
Bezug genommen wird.
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4 zeigt
wiederum mit Waren 24, bspw. Hühnerschenkeln, belegte Produktverpackungen 11 in
einer Ansicht von oben mit einer virtuellen Sicht durch die in die
Verpackung eingefüllten
Waren hindurch auf eine Kameravorrichtung 26 mit einer
Kameraoptik 27 zum Erfassen eines sich in einem Bereich 29 innerhalb
eines auf die Produktverpackungen geprägten Rahmens 28 befindenden
Musters.
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5 zeigt
wiederum eine Produktverpackung in einer Ansicht von unten, ähnlich der
in 1 gezeigten Produktverpackung, wobei jedoch diese Produktverpackung 11' zusätzlich zum
Firmenlogo 12, der Materialkennzeichnung 14 und
der Typnummer 16 eine weitere Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 mit
dem für
diese Kennzeichnung typischen Umrandung, dem Auffindmuster 34 (Finder-Pattern), sowie eine
Punze 13 als weiteres Typkennzeichen aufweist. Das Auffindmuster 34 dient
als Rahmen 28 der unabhängig
davon aufzubringenden Identifizierungskennzeichnung 32
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6 zeigt
die Produktverpackung 11' gemäß 5,
wobei jedoch die Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 (teilweise
dargestellt durch das Auffindmuster 34) mit einer Sprühmarkierung
einer kennzeichnenden Farbe für
die Identifizierungskennzeichnung 32 zum Identifizieren
der Produktverpackung 11' überdeckt
ist. Diese Identifizierungskennzeichnung 32 überdeckt
im dargestellten Ausführungsbeispiel
mehr als die Fläche
der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 und füllt damit
den Bereich 29 vollständig
aus. Sie kann jedoch auch lediglich nur innerhalb des Rahmens 28,
bestehend aus dem Auffindmuster 34 der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30,
vorgesehen sein.
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7 zeigt
einen Teil der Data-Matrix-Typkennzeichnung, nämlich das Auffindmuster 34,
ausgeführt
als so genanntes offenes Punktmuster, das auch als Finder-Pattern
bezeichnet wird. Dieses Auffindmuster 34 ist in dem in 5 und 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch eine Prägung
der Produktverpackung 11' ausgebildet.
Zusätzlich
ist eine gleichzeitig hergestellte Punze 13 außerhalb Auffindmusters 34 als
Typkennzeichnung ebenfalls als Prägung ausgebildet. Das Auffindmuster 34 begrenzt
als Rahmen 28 den Bereich 29 der Identifizierungskennzeichnung 32.
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8 veranschaulicht
ein typisches Größenverhältnis der
Vertiefungen (Pits) 36 der farblos geprägten Umrandung des Auffindmusters 34 zu
einem größten aufgesprühten Farbpunkt 38 des
Punktmusters. Der größte Farbpunkt 38 des
Punktmusters ist mithin bspw. rund 10-mal so klein wie jede Vertiefung 36 des
Auffindmusters 34.
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9 veranschaulicht
die grobe Klassifizierung eines zufälligen Punktmusters (zur besseren
Visualisierung hier dargestellt aus Ringen) durch ein ausgewähltes virtuelles
Texturelement 40, welches einen virtuellen Linienzug über bspw.
die vier größten Punkte 42 des
zufälligen
Punktmusters umfasst. Eine Vielzahl weiterer kleinerer Punkte 44 ist
im Punktmuster 46 enthalten. Das Punktmuster wird anhand des
ausgewählten
Texturelements 40 grob klassifiziert. Der virtuelle Linienzug 40 kann
ebenso wie das Auffindmuster 34 zusammen mit einem Kamerabild des
Punktmusters und überlagert
mit dem Data-Matrix-Typkennzeichnung lagetreu und wahlfrei überlagert
visualisiert und für
eine grobe visuelle Einschätzung
der Güte
der Abbildung genutzt werden.
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10 veranschaulicht
das Größenverhältnis der
aufgesprühten
Farbpunkte von den größten Punkten 42 einer
charakteristischen Textur über
kleinere Punkte 44, 44' bis zu den kleinsten verarbeiteten
Punkten 45. Dieses Größenverhältnis beträgt bspw.
100 : 1. Dieses Größenverhältnis kann
wahlweise bspw. in der Sprühvorrichtung 20 auch
auf andere Werte eingestellt werden.
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11 veranschaulicht
eine Überlagerung eines
Data-Matrix-Prägemusters 30,
von dem nur das Auffindmuster 34 dargestellt ist, durch
ein Punktmuster 46 (dargestellt als Ringe) mit einer charakteristischen
Textur 40, gebildet aus Texturelementen größter Punkte 42.
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12 zeigt
den Teil der Abbildung nur der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 ohne
das Punktmuster 46. Diese Data-Matrix-Kennzeichnung 30 besteht
aus einer nach einem festen Codeschema bestimmten Vielzahl von eingeprägten Vertiefungen
innerhalb des Rahmens 28 und einschließlich des Auffindmusters 34 als
Rahmen 28. Solch eine tatsächliche Trennung der Bildinhalte
eines mittels Kamera erfassten Bildes in Data-Matrix-Kennzeichnung 30 und
Punktmuster 46 wird bspw. tatsächlich auch durch geeignete
Wahl der Farben für
Kennzeichnung und Beleuchtung und bspw. durch optische Filter vor der
Kameraoptik erreicht.
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13 zeigt
wiederum nur einen Teil des in 11 gezeigten
Musters und zwar die Textur 40 bildenden größten Punkte 42 zusammen
mit einem virtuellen Linienzug 41 zur Heraushebung der
Textur. Die Data-Matrix-Kennzeichnung 30 ist ebenso wie die
weiteren Punkte des Punktmusters 46 nicht dargestellt.
Solch eine virtuelle Trennung realer Bildinhalte oder Überlagerung
virtueller Bildinhalte wird bspw. tatsächlich auch durch geeignete Überlagerung
der Farben in der Visualisierung erreicht.
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14 veranschaulicht
die logische Verarbeitung von Punkten 44 beliebiger Größe, die
ineinander übergehen.
Mittels Bildverarbeitungsverfahren können derart zusammenhängende Punkte 44 erkannt
und als Tupel von Primitiven runder Punkte 44 gezählt werden.
Unter "Primitiv" ist hierbei eine
geometrische Form zu verstehen, die als Datum mathematisch wohl
definiert ist und aus der sich kompliziertere Punktmuster 46 als
komplexer Datensatz zusammensetzen lassen. Im vorliegenden Beispiel handelt
es sich bei diesen Primitiven um kreisrunde Punkte (dargestellt
als Ringe).
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15 veranschaulicht
die Sicht einer Kameraoptik 48 mit einem Kamerachip 50 auf
eine Identifizierungskennzeichnung 32, von der lediglich
der Rahmen 28 des Auffindmusters 34 dargestellt
ist. Die Identifizierungskennzeichnung 32 ist gegenüber der Position
der Kamera verdreht und versetzt. Bei vielen Anwendungen wird es
dazu kommen, dass die Kameraoptik mit dem Kamerachip nicht optimal
ausgerichtet, insbesondere nicht vollständig parallel auf die Identifizierungskennzeichnung
gerichtet ist.
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Kameraoptik 48 und
Kamerachip 50 liefern eine vollständige Abbildung der Identifizierungskennzeichnung
mit dieser Verdrehung und diesem Versatz gegenüber einer parallelen zentrierten
Orientierung. So lange jedoch das Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32 durch
die Verkleinerung mittels der Kameraoptik 48 im Bildfeld
des Kamerachips 50 der Kamera ist und ebenso das begrenzende
Auffindmuster 34 sich ebenfalls im Bildfeld des Kamerachips 50 der
Kamera be findet, ist das Abbild ausreichend. Durch Verwendung geeigneter
Filterverfahren kann eine Falschabbildung des Punktmusters (aliasing) korrigiert
werden.
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16 zeigt
einen Fall einer schrägen
Ausrichtung des Kamerachips 50 auf eine Identifizierungskennzeichnung 32.
Bei einigen Anwendungen kann es dazu kommen, dass die Kameraoptik 48 nicht
senkrecht auf die Objektoberfläche
mit der Identifizierungskennzeichnung 34 gerichtet ist.
Die Kameraoptik 48 mit dem Kamerachip 50 erfasst
dann ein schräges
verzerrtes Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32.
Die Abbildung ist somit bzgl. aller Raumwinkel gegenüber der
parallelen Orientierung der Ebenen in die Ebene des Kamerachips 50 gedreht.
Die der Kamera nachgeschaltete Bildverarbeitung entzerrt jedoch
die Abbildung und richtet es auf und aus, bis eine anschauliche
Visualisierung der Identifizierungskennzeichnung 32 möglich ist.
Die Verarbeitung des Bildes des Kamerachips 50 erfolgt je
nach Anlage der verwendeten Rechenschritte wahlweise vor oder nach
einer solchen Korrektur.
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17 zeigt
eine Vorrichtung 52 zum Identifizieren und Registrieren
einer Identifizierungskennzeichnung an einer Packung im Zuge der
Befüllung oder
später
bei erneuter Präsentation
der Verpackung zwecks Rückverfolgung.
Während 17 diese
Vorrichtung 52 mit einem Tisch 54 in einer Ansicht von
oben zeigt, zeigt 18 dieselbe Vorrichtung in einer
Seitenansicht.
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19 zeigt
dieselbe Vorrichtung aus 17 an
einer Förderstrecke
entlang des Förderwegs 18 für das Verpacken
von Waren in einer Ansicht von oben und 20 dieselbe
Vorrichtung aus 18 in der 19 entsprechenden
Seitenansicht.
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Die
Anordnung zeigt die Vorrichtung 52 auf einem Tisch 54 oder
eine Platte 59 mit einer optischen Öffnung 57 unter der
Platte 59 sowie jeweils eine Kamera 56. In der
Bildebene des Kamerachips 50 der Kamera 56 befindet
sich das Abbild der Identifizierungskennzeichnung 32 zur
Kennzeichnung der Produktverpackung 11' samt darin enthaltener Waren 24.
Die Vorrichtung weist ferner eine Schräglichtquelle 58 auf,
welche von unten auf die Produktverpackung 11' gerichtet ist,
diese dabei jedoch nicht frontal, sondern schräg anstrahlt. Auf dieses Weise
entstehen Schatten bei Vertiefungen innerhalb der auf der Produktverpackung 11' angebrachten
Data-Matrix-Typkennzeichnung 30. Somit lässt sich
insbesondere das geprägte
Auffindmuster 34 der Data-Matrix-Typkennzeichnung 30 zur
Begrenzung der Identifizierungskennzeichnung 32 bestens
erkennen. Des weiteren weist die Vorrichtung eine Lichtquelle 60 in der
Achse der Kameraoptik auf, mittels der das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung 32 frontal
beleuchtet werden kann, welches vorzugsweise mittels einer lumineszierenden
Farbe erzeugt worden ist. Diese weitere Lichtquelle 60 zum
Bestrahlen der lumineszierenden Farbe kann sowohl die gleiche Lichtquelle
sein wie die Schräglichtquelle 58.
Sie kann jedoch auch als separate koaxiale Lichtquelle 60 ausgebildet
sein, die vorzugsweise das Punktmuster der Identifizierungskennzeichnung 32 frontal anstrahlt.