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EP0985198A1 - Verfahren zur fälschungssicherung von dokumenten mit einem bild, vorzugsweise mit einem passbild - Google Patents

Verfahren zur fälschungssicherung von dokumenten mit einem bild, vorzugsweise mit einem passbild

Info

Publication number
EP0985198A1
EP0985198A1 EP99919116A EP99919116A EP0985198A1 EP 0985198 A1 EP0985198 A1 EP 0985198A1 EP 99919116 A EP99919116 A EP 99919116A EP 99919116 A EP99919116 A EP 99919116A EP 0985198 A1 EP0985198 A1 EP 0985198A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
parquet
secret
bivalent
document
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99919116A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario KÖPPEN
Wolfgang Adam
Bertram Nickolay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP0985198A1 publication Critical patent/EP0985198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07F—COIN-FREED OR LIKE APPARATUS
    • G07F7/00—Mechanisms actuated by objects other than coins to free or to actuate vending, hiring, coin or paper currency dispensing or refunding apparatus
    • G07F7/08—Mechanisms actuated by objects other than coins to free or to actuate vending, hiring, coin or paper currency dispensing or refunding apparatus by coded identity card or credit card or other personal identification means
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/005—Testing security markings invisible to the naked eye, e.g. verifying thickened lines or unobtrusive markings or alterations
    • G07D7/0054—Testing security markings invisible to the naked eye, e.g. verifying thickened lines or unobtrusive markings or alterations involving markings the properties of which are altered from original properties
    • G07D7/0056—Testing security markings invisible to the naked eye, e.g. verifying thickened lines or unobtrusive markings or alterations involving markings the properties of which are altered from original properties involving markings of altered colours
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    • G—PHYSICS
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    • H04N1/32203—Spatial or amplitude domain methods
    • H04N1/32208—Spatial or amplitude domain methods involving changing the magnitude of selected pixels, e.g. overlay of information or super-imposition

Definitions

  • the invention relates to a method for protecting against forgery of documents with an image, preferably with a passport image.
  • British Patent GB 2 172 850 discloses a method for increasing the security against forgery of signatures, in which two linear basic patterns are used, at least one of which has a noisy or scrambled overlay pattern, which generally carries the information of the signature. If you only look at the pattern containing the signature, you will not be able to recognize the signature. It is only after the two patterns have been superimposed that the information of the signature is optically filtered from the noisy basic pattern and becomes visible. With this method, the signature cannot be easily deciphered. For this you need the corresponding counter sample. However, it is often desirable for the signature to be visible for a quick check, but the imitation should nevertheless be difficult or even impossible. An application of the known method would make a passport picture completely unrecognizable, which is not practical for everyday use.
  • the invention is based on the object of specifying a method for preventing forgery of documents with an image, preferably with a passport image 3
  • the method is intended to mark the image in such a way that the marking does not impair the overall optical impression of the image and is also largely resistant to environmental influences (scratches, stains, etc.) on the printed image.
  • a method for protecting against forgery of documents with an image is embodied in that the image is transferred to a digital image file or is present as a digital image file, into which a binary secret image is incorporated in such a way that the digital image file of the Image is divided into parquet cells, the number of which is equal to the number of pixels of the secret image, that a parameter function is formed which assigns a bivalent result value to each parquet cell on the basis of parameter values which describe each pixel, such that the bivalent result values of all parquet cells are one bivalent position matrix show that with the help of an optimization process the parameter values of the pixels of the individual parquet cells are modified in such a way that, on the one hand, the changes made to the digital image file of the image of the document do not produce any visually perceptible changes, e.g.
  • the invention described here is a method which protects the passport image itself against counterfeiting and manipulation. This protection continues after the passport photo is attached to or printed on the document.
  • the essential point of view here is 4
  • the protective unit attaches to a digitized form of the printing unit to be protected, e.g. a passport image, and brings a binary image of lower resolution in scrambled, i.e. encrypted form as a secret picture in such a way that the quality of the passport picture itself is only marginal, i.e. not visually perceptible to the eye.
  • the printed passport picture with the secret picture is attached to the document or it is printed out together with the document.
  • the verification unit e.g. in the form of a handheld device, is then used at any later point in time to reveal the secret image on real documents. If the secret picture from the passport picture can be restored, it is an original, if it is a forgery, the secret picture cannot be made visible.
  • the secret image that is integrated into the passport image to be protected can be assigned an additional password, so that it is not possible to read the secret image from the passport image without the password.
  • the public part of the password can be accommodated in a suitable manner on the document to be protected, for example in the form of a barcode, the private part must be known to the holder of the document with the passport picture for authentication 5
  • Fig. 5 representation of the functioning of the checking unit.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram representation of the procedural process of encrypting a passport picture.
  • the passport picture to be protected is available in high resolution in a digital image file 1.
  • the passport image is combined with the information of a binary secret image 5.
  • the image information of the secret image 5 is incorporated directly into the passport image 1 or the secret image 5 is subjected to encryption beforehand, so that an encrypted or scrambled secret image 6 can be incorporated into the passport image 1.
  • the resolution and the color depth of the secret image 5 are smaller than the passport image 1 to be protected (typically, passport images have a resolution of 300 dpi) a size of 6
  • image positions in the secret image 5 are generated by means of a sequence of pseudo random numbers, which is generated by a pseudo random number generator after specifying an initialization value, the so-called seed 6 fixed at which the image parameters are exchanged in pairs, whereby the secret image is encrypted or scrambled. As a result, a scrambled or encrypted secret image 7 is obtained.
  • the secret image 5 to be hidden in the passport image 1 can thus only be restored if the sequence of pseudo random numbers is generated again by the same seed and all exchanges in the encrypted secret image 5 are reversed again.
  • the seed 6 can optionally also be scrambled by the document owner by means of a public-private key technique with a passphrase 8, which can be entered into the system via a text-input unit 8e.
  • the possibly scrambled or encrypted seed 9 then serves as a key for the restoration of the secret image and must be known to a checking unit, which will be discussed further below.
  • the digital image file of the passport image 1 and that of the scrambled secret image 7 are mixed with one another, so that a protected passport image 10 is obtained in which the information of the encrypted secret image 7 is contained.
  • the protected passport image 10 can then be printed on a document 12 or generally applied.
  • the encryption of the secret image can be done optionally.
  • the idea of the invention mainly aims at the integration of the image information of a secret image into a passport image to be protected or the like. 7
  • the image of the federal eagle can be used as secret image 5.
  • the federal eagle 5 is a pattern that is included in the example in a square field consisting of a large number of individual image pixels.
  • 2N pseudo random numbers P1,... P2N are generated by means of a pseudo random number generator 14 on the basis of an initialization value (seed) 6, which define the position of image pixels 13, the image parameters of which are exchanged or inverted.
  • seed an initialization value
  • the result is a scrambled secret image 15 which can only be restored using the seed 6.
  • the seed can also be encrypted with a passphrase.
  • the image surface of the passport image 1 is divided evenly into rectangular areas, the so-called parquet cells 16. It is essential here that the number of parquet cells 16 is identical to the number of individual image pixels of the secret image.
  • Each individual parquet cell 16 of the passport image 1 in turn consists of a large number of individual image pixels, each with different color, gray, lightness or intensity values, which are also generally referred to as parameter values.
  • Each individual parquet cell is assigned a bivalent result value, for example NOi or N1i, on the basis of a so-called parameter function P.
  • An example of such a parameter function is the calculation as to whether the frequency that a group of image pixels within a parquet cell of image pixels within the same parquet cell is higher 8th
  • the bivalent position matrix is modeled by squares which are entered in the passport image 1 and represent black or non-black parquet cell areas. For example, the parquet cells filled in black were rated by the parameter function with the bivalent result value 1, whereas the parquet cells not filled in black were rated 0.
  • the aim of the invention is now to modify the binary image 17 in such a way that it corresponds exactly to the (possibly scrambled) secret image 15. For this it is necessary to determine the content of each individual parquet cell 16, i.e. So to modify the parameter values of the image pixels in each individual parquet cell in such a way that after application of the parameter function to the modified parquet cell a bivalent result value is obtained which is identical to the binary value from the scrambled secret image 15 at a corresponding position within the image.
  • the modification of the image pixels of each parquet cell takes place with the aid of an optimization process, for example using genetic algorithms, which modify the parameter values of the passport image in such a way that firstly the modifications per parquet cell have no visible influence on the visual quality of the entire passport image, secondly the result of the application the parameter function provides a binary image that corresponds exactly to the specified and scrambled secret image, and thirdly slight interference with the passport image 9
  • the output image 1 represents the image of the digital passport image 1, which leads to a protected passport image 12 by the modification Mo described above, incorporating a scrambled secret image.
  • the secret image 5 can be restored from the protected passport image 12 using a suitable reading step. If the protected passport picture 12 is modified by environmental influences after printing, then picture disturbances 18 can occur, which result in a reduced picture quality.
  • FIG. 4 shows three different images 19 with image disturbances 18, each of which contains the secret image 5 as information.
  • the measurement function M1 determines the degree of modification of the visual quality of the image, e.g. based on the number and degree of the modified parameter values of individual image positions. Measurement function M1 evaluates, so to speak, the similarity of the modified image 12 to the output image 1.
  • the measurement function M2, on the other hand, determines the complete correspondence of the binary image obtained when the binary position matrix is modified with the specified, encrypted secret image.
  • the measurement function M3 simulates a random modification of the parameter values of an image 19 due to environmental influences after printing and tests the reproduction of the secret image even under these circumstances. From this, the measurement function M3 determines a degree of robustness of the modification, measured on an open scale.
  • the measuring function M2 and the measuring function M3 can also be combined for evaluation.
  • the best set of modifications found by the optimization process is applied to the passport image.
  • the picture modified in this way thus (possibly together with the possibly encrypted seed) represents the output of the protective unit.
  • FIG. 5 shows a flow chart for checking the authenticity of a document 20 with a protected passport picture.
  • a scanner unit 21 known per se
  • the image of the document 20 is scanned and transferred into a digital image file 20d.
  • An image extraction unit 20b selects the area of the document in which the protected passport image is provided.
  • the information of the scrambled seed 9, which is contained as a barcode on the protected document is read.
  • the passphrase 8 which is entered into the system by means of a text input unit 22 for decoding the scrambled seed 9, the seed 6, which is used to restore the secret image 5, can be decrypted.
  • the digitized passport image 10 provided with the scrambled secret image is processed using the parameter function P in order to obtain the scrambled secret image 15.
  • the decrypted seed 6 is used to construct the original secret image 5 from the scrambled secret image 15, which is shown visually on an image-output unit 23, for example on an LCD display, and is available for a visual comparison 24.
  • the correspondence with a known picture verifies the authenticity of the passport picture with the document-issuing entity. 11
  • Digitized passport picture passport picture as a photo image input unit, scanner or camera protective attachment unit secret image seed, initialization value scrambled secret image passphrase text input unit scrambled seed digital passport image plus scrambled secret image image output unit protected document with passport image image pixel pseudo random number generator or picture image generator from parking cell image or cell phone code generator Passport picture with image interference Document with protected passport picture b Image region extracting unit 12
  • Imaging unit e.g. simple LCD display

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Bild in eine digitale Bilddatei überführt wird oder als digitale Bilddatei vorliegt, in die ein binär vorliegendes Geheimbild derart eingearbeitet wird, dass die digitale Bilddatei des Bildes in Parkettzellen unterteilt wird, deren Anzahl gleich der Anzahl der Bildpunkte des Geheimbildes ist, dass eine Parameterfunktion gebildet wird, die jeder Parkettzelle auf der Basis von Parameterwerten, die jeden Bildpunkt beschreiben, einen bivalenten Ergebniswert derart zuordnet, dass die bivalenten Ergebniswerte aller Parkettzellen eine bivalente Positionsmatrix ergeben, dass mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens die Parameterwerte der Bildpunkte der einzelnen Parkettzellen derart modifiziert werden, dass zum einen die an der digitalen Bilddatei des Bildes des Dokumentes durchgeführten Änderungen keine visuell wahrnehmbare Änderungen zur Folge haben und zum anderen das Ergebnis der Anwendung der Parameterfunktion auf die einzelnen Parkettzellen zu einer bivalenten Positionsmatrix führt, die den Binärwerten des Geheimbildes entspricht, und dass das die Informationen des Geheimbildes enthaltende Bild auf das Dokument aufgebracht oder zusammen mit dem Dokument ausgedruckt wird.

Description

Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild.
Stand der Technik
Die Echtheit von Dokumenten, die als Druckwerk wie bspw. Ausweise aller Art zur Bestätigung der eigenen Identität und/oder des Nachweises bestimmter persönlicher Fähigkeiten oder Autorisierungen dienen, ist von höchstem amtlichen, wirtschaftlichen wie auch öffentlichem Interesse, zumal das Inverkehrbringen von dies bezüglichen Fälschungen zu einem ungeahnten Sicherheitsverlust wie auch materiellen Schaden führen kann.
Beim Anbringen oder Aufdrucken von zur Authentisierung dienenden Paßbildern auf amtlichen Dokumenten muß daher sichergestellt werden, daß das Anfertigen von Fälschungen unmöglich gemacht wird. Insbesondere im Zuge der Globalisierung von Authorisierungsbereichen muß eine gesteigerte Aufmerksamkeit auf die Echtheit von Dokumenten gelegt werden.
Die bestehenden Gewährleistungen der Fälschungssicherheit durch Zertifizierung der dokumentherstellenden Instanz sowie durch Anbringen von Markierungen auf einem zu schützenden Dokument erweisen sich nach wie vor als nicht ausreichend. Zwar werden große Anstrengungen unternommen, die Fälschungsicherheit zu erhöhen, doch ist es mit den heutigen Techniken, bspw. Kopiertechniken, auch leichter möglich gedruckte Dokumente zu duplizieren und als täuschend ähnliche Kopien oder Fälschung in Umlauf zu bringen. Jährlich entstehen dadurch z.B. der deutschen Volkswirtschaft hohe Schäden durch das Fälschen von Dokumenten, auf denen Paßbilder angebracht oder aufgedruckt werden.
Das Hauptproblem entsteht u.a. daraus, daß zwar das Verfahren des Anbringens oder Aufdruckens eines Paßbildes auf das Dokument sehr fäischungssicher ist, jedoch die Echtheit des Paßbildes selbst danach nicht mehr eindeutig überprüft werden kann. Dadurch kann das vermeintlich sichere Verfahren durch Unterschieben eines falschen Paßbildes angegriffen werden. Die Problematik wird durch die zunehmende Verwendung von Paßbildern, die in digitalisierter Form vorliegen, erheblich verstärkt.
Aus der britischen Druckschrift GB 2 172 850 geht ein Verfahren zur Erhöhung der Fälschungssicherheit von Unterschriften hervor, bei dem zwei linienhafte Grundmuster verwendet wird, von denen wenigstens eines ein verrauschtes bzw. gescrambeltes Überlagerungsmuster aufweist, das in aller Regel die Information der Unterschrift trägt. Betrachtet man ausschließlich das die Unterschrift enhaltende Muster, so ist man nicht in der Lage die Unterschrift zu erkennen. Erst nach Übereinanderlegen beider Muster wird die Information der Unterschrift optisch aus dem verrauschten Grundmuster gefiltert und sichtbar. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die Unterschrift nicht ohne weiteres entziffert werden. Hierzu benötigt man das entsprechende Gegenmuster. Häufig ist es jedoch erwünscht, daß die Unterschrift für eine schnelle Kontrolle sichtbar ist, deren Nachahmung jedoch dennoch erschwert oder gar unmöglich sein soll. Eine Anwendung des bekannten Verfahrens würde beispielsweise ein Paßbild vollständig unkenntlich machen, was für den alltäglichen Gebrauch nicht praktikabel ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild anzugeben, durch 3
das die Echtheit eines gedruckten Bildes nachgewiesen werden kann. Das Verfahren soll das Bild in einer Weise markieren, so daß die Markierung den optischen Gesamteindruck des Bildes nicht beeinträchtigt und zudem weitgehend resistent gegenüber Umwelteinflüssen (Kratzern, Flecken usw.) auf das ausgedruckte Bild ist.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1. Den Lösungsgedanken weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild, dadurch ausgebildet, daß das Bild in eine digitale Bilddatei überführt wird oder als digitale Bilddatei vorliegt, in die ein binär vorliegendes Geheimbild derart eingearbeitet wird, daß die digitale Bilddatei des Bildes in Parkettzellen unterteilt wird, deren Anzahl gleich der Anzahl der Bildpunkte des Geheimbildes ist, daß eine Parameterfunktion gebildet wird, die jeder Parkettzelle auf der Basis von Parameterwerten, die jeden Bildpunkt beschreiben, einen bivalenten Ergebniswert derart zuordnet, daß die bivalenten Ergebniswerte aller Parkettzellen eine bivalente Positionsmatrix ergeben, daß mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens die Parameterwerte der Bildpunkte der einzelnen Parkettzellen derart modifiziert werden, daß zum einen die an der digitalen Bilddatei des Bildes des Dokumentes durchgeführten Änderungen keine visuell wahrnehmbare Änderungen zur Folge haben und zum anderen das Ergebnis der Anwendung der Parameterfunktion auf die einzelnen Parkettzellen zu einer bivalenten Positionsmatrix führt, die den Binärwerten des Geheimbildes entspricht, und daß das die Informationen des Geheimbildes enthaltende Bild auf das Dokument aufgebracht oder zusammen mit dem Dokument ausgedruckt wird.
Bei der hier beschriebenen Erfindung handelt es sich um ein Verfahren, das das Paßbild selbst vor Fälschungen und Manipulationen schützt. Dieser Schutz besteht auch weiter, nachdem das Paßbild auf dem Dokument angebracht oder in das Dokument gedruckt wurde. Wesentlicher Gesichtspunkt hierbei ist die 4
Fälschungssicherheit von gedruckten Werken wie Bildern oder sonstigen graphischen Mustern.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vefahrens bedarf es zweier Einheiten, einer schutzanbringenden Einheit und einer Überprüfungseinheit. Die schutzanbringende Einheit geht von einer digitalisierten Form des zu schützenden Druckwerkes, bspw. ein Paßbild, aus und bringt in das Paßbild mittels eines steganografischen Verfahrens ein Binärbild geringerer Auflösung in gescrambelter, d.h. verschlüsselter Form als Geheimbild derart unter, daß die Qualität des Paßbildes selbst nur geringfügig, d.h. optisch mit dem Auge nicht wahrnehmbar, beeinflußt wird. Das ausgedruckte Paßbild mit dem Geheimbild wird auf dem Dokument angebracht, oder es wird mit dem Dokument zusammen ausgedruckt. Die Überprüfungseinheit, z.B. in Form eines Handgerätes, wird dann zu jedem beliebigen späteren Zeitpunkt benutzt, um das Geheimbild auf echten Dokumenten wieder zum Vorschein zu bringen. Ist das Geheimbild aus dem Paßbild restaurierbar, so handelt es sich um ein Original, ist es eine Fälschung, so ist das Geheimbild nicht sichtbar zu machen.
Auf diese Weise kann die Authentizität des Dokumentes nicht nur anhand des Dokumentes selbst, sondern auch anhand des angebrachten oder aufgedruckten Paßbildes verifiziert werden.
Um den Grad der Sicherheit zu erhöhen kann das Geheimbild, das in das zu schützende Paßbild intergriert wird, mit einem zusätzlichen Paßwort belegt werden, so daß ohne Vorliegen des Paßwortes ein Auslesen des Geheimbildes aus dem Paßbild nicht möglich ist. Der öffentliche Teil des Paßwortes kann in geeignter Weise auf dem zu schützenden Dokument bspw. in Form eines Barcodes untergebracht werden, der private Teil muß dem Inhaber des Dokumentes mit dem Paßbild zur Authentisierung bekannt sein 5
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung der schutzanbringenden Einheit,
Fig. 2 Darstellung zum Verschlüsseln oder Scrambeln des Geheimbildes,
Fig. 3 Darstellung der Zuordnung zwischen Parameterfunktion und
Parkettzelle, Fig. 4 Darstellung der Meßfunktionen und
Fig. 5 Darstellung der Funktionsweise der Überprüfungseinheit.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In Figur 1 ist in schematisierter Blockbilddarstellung der verfahrenstechnische Vorgang der Verschlüsselung eines Paßbildes gezeigt.
Das zu schützende Paßbild liegt in hoher Auflösung in einer digitalen Bilddatei 1 vor. Entweder ist das Paßbild 1 bereits mit Hilfe digitaler Aufnahmetechnik erstellt oder ein konventionelles, auf Papier vorliegendes Paßbild 2 ist mit einem hochauflösenden Scanner 3 in eine digitale Form 1 umgesetzt worden.
In einer den Schutz auf das Paßbild 1 aufbringenden Einheit 4 wird das Paßbild mit den Informationen eines binär vorliegenden Geheimbildes 5 kombiniert. Entweder werden die Bildinformationen des Geheimbildes 5 direkt in das Paßbild 1 eingearbeitet oder das Geheimbild 5 wird zuvor einer Verschlüsselung unterzogen, so daß ein verschlüsseltes, bzw. gescrambeltes Geheimbild 6 in das Paßbild 1 eingearbeitet werden kann.
Zur Verschlüsselung der binären Bilddatei des Geiheimbildes 5, die von geringerer Auflösung ist als das digitale Paßbild 1 , d.h. die Pixelanzahl, die Auflösung und die Farbtiefe des Geheimbildes 5 sind kleiner als beim zu schützenden Paßbild 1. (typischerweise weisen Paßbilder eine Auflösung von 300dpi bei einer Größe von 6
etwa 300x400 Pixel und einerFarbtiefe von 24bit; hingegen weist das Geheimbild eine Auflösung von 30dpi, eine Größe von etwa 30x30 Pixel und eine Farbtiefe von 1 bit auf) werden mittels einer Folge von Pseudozufallszahlen, die durch einen Pseudozufallszahlengenerator nach Vorgabe eines Initialisierungswertes, dem sogenannten Seed 6 erzeugt wird, Bildpositionen im Geheimbild 5 festgelegt, an denen die Bildparameter paarweise ausgetauscht werden, wodurch das Geheimbild verschlüsselt bzw. gescrambelt wird. Als Ergebnis wird ein gescrambeltes bzw. verschlüsseltes Geheimbild 7 erhalten.
Damit ist das in dem Paßbild 1 zu versteckende Geheimbild 5 nur restaurierbar, wenn die Folge von Pseudozufallszahlen durch denselben Seed erneut generiert wird und alle Vertauschungen im verschlüsselten Geheimbild 5 wieder rückgängig gemacht werden. Der Seed 6 kann optional mit einer Paßphrase 8, die über eine texteingebende Einheit 8e dem System eingegeben werden kann, durch den Dokumentinhaber ebenfalls mittels einer public-private key Technik gescrambelt werden. Der evtl. gescrambelte bzw. verschlüsselte Seed 9 dient dann als Schlüssel zur Restauration des Geheimbildes und muß einer Überprüfungseinheit, auf die weiter unten eingegangen wird, bekannt sein.
Wie im weiteren im Einzelnen noch näher zu erläutern ist werden die digitale Bilddatei des Paßbildes 1 und die des gescrambelten Geheimbildes 7 miteinander vermischt, so daß ein geschütztes Paßbild 10 erhalten wird, in dem die Information des verschlüsselten Geheimbildes 7 enthalten ist. Mit einer entsprechenden bildausgebenden Einheit 11 kann sodann das geschützte Paßbild 10 auf ein Dokument 12 aufgedruckt oder allgemein aufgebracht werden.
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die Verschlüsselung des Geheimbildes optional erfolgen kann. Der Erfindungsgedanke zielt hauptsächlich auf die Integration der Bildinformationen eines Geheimbildes in ein zu schützendes Paßbild oder ähnliches ab. 7
Bevor auf die Integrationstechnik, mit der das Geheimbild in das zu schützende Bild eingearbeitet wird, eingegangen wird, soll unter Bezugnahme auf Figur 2 kurz erläutert werden, wie das Verschlüsseln des Geheimbildes erfolgt.
Beispielsweise kann als Geheimbild 5 das Abbild des Bundesadlers verwendet werden. Der Bundesadler 5 ist ein Muster, das im Beipiel in einem qudratischen Feld bestehend aus einer Viehlzahl einzelner Bildpixel, enthalten ist.
Um das Geheimbild 5 zu verschlüsseln werden 2N Pseudozufallszahlen P1 , ...P2N mittels eines Pseudozufallszahlengenerators 14 unter Zugrundelegung eines Initialisierungswertes (Seed) 6 generiert, die die Lage von Bildpixeln 13 definieren, deren Bilparameter ausgetauscht bzw. invertiert werden. Als Ergebnis erhält man ein gescrambeltes Geheimbild 15, das ausschließlich nur unter Verwendung des Seeds 6 restauriert werden kann. Wie vorstehend bereist erwähnt kann auch der Seed mit einer Paßphrase zusätzlich verschlüsselt werden.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 soll gezeigt werden, wie die Informationen des Geheimbildes in das zu schützende Paßbild integriert werden.
Zunächst wird die Bildfläche des Paßbildes 1 gleichmäßig in rechteckige Bereiche, den sogenannten Parkettzellen 16 unterteilt. Hierbei ist wesentlich, daß die Anzahl der Parkettzellen 16 identisch ist mit der Anzahl der einzelnen Bildpixel des Geheimbildes. Jede einzelne Parkettzelle 16 des Paßbildes 1 besteht wiederum aus einer Vielzahl einzelner Bildpixel mit jeweils unterschiedlichen Färb-, Grau-, Helligkeits-, oder Intensitätswerten, die allgemein auch als Parameterwerte bezeichnet werden. Jede einzelne Parkettzelle wird unter Zugrundelegung einer sogenannten Parameterfunktion P einem bivalenten Ergebniswert, beispielsweise NOi oder N1i zugeordnet. Ein Beispiel für eine derartige Parameterfunktion ist die Berechnung, ob die Häufigkeit, daß eine Gruppe von Bildpixeln innerhalb einer Parkettzelle von Bildpixeln innerhalb der gleichen Parkettzelle mit höherem 8
Sättigungswert ihrer einzelnen Parameterwerte umgeben ist, einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder nicht. Im Falle eines Überschreitens wird der Parkettzelle der bivalente Ergebniswert 1 zugeteilt, im Falle des Nichterreichens des Grenzwertes wird der Parkettzelle der bivalente Ergebniswert 0 zugeordet. Nach Anwendung der Parameterfunktion auf alle Parkettzellen 16 wird eine sogenannte bivalente Positionsmatrix erhalten, die als Binärbild von geringerer Auflösung als das Paßbild anzusehen ist. In Figur 3 ist die bivalente Positionsmatrix durch Quadrate nachempfunden, die in das Paßbild 1 eingetragen sind und schwarze oder nicht schwarze Parkettzellenbereiche darstellen. So sind beispielsweise die schwarz ausgefüllten Parkettzellen von der Parameterfunktion mit dem bivalenten Ergebniswert 1 bewertet worden, wohingegen die nicht schwarz ausgefüllten Parkettzellen mit 0 bewertet worden sind. Eine Anwendung der Parameterfunktion auf alle im Paßbild 1 enthaltenen Parkettzellen 16 ergibt somit eine bivalente Positionsmatrix, die ebenso als Binärbild aufgefaßt werden kann und aus den mit 0 oder 1 bewerteten Parkettzellen besteht. Ein derartiges Binärbild ist in Figur 3 als Binärbild 17 visualisiert dargestellt.
Das erfindungsgemäße Ziel ist es nun, das Binärbild 17 derart zu modifizieren, daß es exakt dem (evtl. gescrambelten) Geheimbild 15 entspricht. Hierzu ist es nötig, den Inhalt jeder einzelnen Parkettzelle 16, d.h. also die Parameterwerte der Bildpixel in jeder einzelnen Parkettzelle, derart zu modifizieren, daß nach Anwendung der Parameterfunktion auf die modifizierte Parkettzelle ein bivalenter Ergebniswert erzielt wird, der mit dem Binärwert aus dem gescrambelten Geheimbild 15 an entsprechender Position innerhalb des Bildes identisch ist.
Die Modifikation der Bildpixel einer jeden Parkettzelle erfolgt mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens, beispielsweise unter Verwendung genetischer Algorithmen, die die Parameterwerte des Paßbildes derart modifizieren, daß erstens die Modifikationen pro Parkettzelle keinen sichtbaren Einfluß auf die visuelle Qualität des gesamten Paßbildes ausüben, zweitens das Ergebnis der Anwendung der Parameterfunktion ein Binärbild liefert, das genau dem vorgegebenen, und gescrambelten Geheimbild entspricht, und drittens leichte Störungen am Paßbild 9
nach erfolgter Modifikation nichts an dem modifizierten Paßbild ändern. Dies dient insbesondere der Robustheit des geschützten Paßbildes gegenüber nachträglichen Modifikationen durch Umwelteinflüsse auf das ausgedruckte Bild.
Zur Beurteilung des Grades der Erfülltheit der vorstehend genannten Kriterien werden sogenannte Meßfunktionen eingesetzt, die unter Verweis auf Figur 4 näher erläutert werden.
Das Ausgangsbild 1 stellt das Abbild des digitalen Paßbildes 1 dar, das im Wege der vorstehend beschriebenen Modifikation Mo unter Einarbeitung eines gescrambelten Geheimbildes zu einem geschützten Paßbild 12 führt. Aus dem geschützten Paßbild 12 kann unter Verwendung eines geeigneten Leseschrittes das Geheimbild 5 restauriert werden. Wird das geschützte Paßbild 12 nach dem Ausdrucken durch Umwelteinflüsse modifizie rt, so können Bildstörungen 18 auftreten, die sich in einer verminderten Bildqualität auswirken. In Figur 4 sind drei unterschiedliche, mit Bildstörungen 18 behaftete Abbilder 19 dargestellt, die jeweilt das Geheimbild 5 als Information enthalten.
Die Meßfunktion M1 ermittelt den Grad der Modifikation der visuellen Qualität des Bildes, z.B. anhand von Anzahl und Grad der modifizierten Parameterwerte einzelner Bildpositionen. Meßfunktion M1 bewertet sozusagen die Ähnlichkeit des modifizierten Bildes 12 mit dem Ausgangsbild 1. Die Meßfunktion M2 ermittelt hingegen die vollständige Übereinstimmung des bei der Modifizierung der binären Positionsmatrix erhaltenen Binärbildes mit dem vorgegebenen, verschlüsselten Geheimbild. Schließlich bildet die Meßfunktion M3 eine zufällige Modifikation der Parameterwerte eines Bildes 19 durch Umwelteinflüsse nach dem Ausdrucken nach und testet die Reproduktion des Geheimbildes auch unter diesen Umständen. Hieraus ermittelt die Meßfunktion M3 einen Robustheitsgrad der Modifikation, gemessen an einer nach oben offenen Skala. Auch können die Meßfunktion M2 und die Meßfunktion M3 zur Bewertung zusammengefaß werden.
Das Optimierungsverfahren sucht nun nach Modifikationen der Parameterwerte des Paßbildes, für die die Meßfunktion 1 einen möglichst kleinen Wert, die Meßfunktion 2 10
den der exakten Übereinstimmung zugeordneten Wert und Meßfunktion 3 einen möglichst großen Wert liefert. Es können jedoch nur Lösungen akzeptiert werden, die Kriterium 2 exakt erfüllen.
Die vom Optimierungsverfahren gefundene beste Gesamtheit der Modifikationen wird auf das Paßbild angewendet. Das derart modifizierte Bild stellt somit (evtl. zusammen mit dem evtl. verschlüsselten Seed) die Ausgabe der schutzanbringenden Einheit dar.
Figur 5 zeigt einen Ablaufplan zur Überprüfung der Echtheit eines Dokumentes 20 mit einem geschützten Paßbild. Mit Hilfe einer an sich bekannten Scannereinheit 21 wird das Abbild des Dokumentes 20 eingescannt und in eine digitale Bilddatei 20d überführt. Eine Bildextraktionseinheit 20b selektiert den Bereich des Dokumentes, in dem das geschützte Paßbild vorgesehen ist. Ferner wird, sofern vorhanden, die Information des gescrambelten Seeds 9, der als Barcode auf dem geschützten Dokument enthalten ist gelesen. Unter Verwendung der Paßphrase 8, die mittels einer texteingebenden Einheit 22 zur Decodierung des gescrambelten Seeds 9 dem System eingegeben wird, kann der Seed 6 dechiffriert werden, der zur Wiederherstellung des Geheimbiides 5 verwendet wird. Parallel dazu wird das mit dem gescrambelten Geheimbild versehene digitalisierte Paßbild 10 unter Verwendung der Parameterfunktion P bearbeitet, um das gescrambelte Geheimbild 15 zu erhalten. Wie bereits vorstehend beschrieben wird unter Zuhilfenahme des dechiffrierten Seeds 6 aus dem gescrambelten Geheimbild 15 das ursprüngliche Geheimbild 5 konstruiert, das auf einer bildausgebenden Einheit 23, beispielsweise auf einem LCD-Display visuell dargestellt wird und zu einem visuellen Vergleich 24 zur Verfügung steht. Die Übereinstimmung mit einem bekannten Bild verifiziert die Authentizität des Paßbildes mit der dokumentenausgebenden Instanz. 11
Bezuqszeichenliste
Digitalisiertes Paßbild Paßbild als Foto Bildeingebende Einheit, Scanner oder Kamera Schutzanbringende Einheit Geheimbild Seed, Initialisierungswert gescrambeltes Geheimbild Paßphrase texteingebende Einheit Gescrambelter Seed Digitales Paßbild plus gescrambeltes Geheimbild Bildausgebende Einheit Geschütztes Dokument mit Paßbild Bildpixel Pseudozufallszahlengenerator Gescrambeltes Geheimbild Parkettzelle Binärbild aus den mit 0 oder 1 bewerteten Parkettzellen Bildstörung Paßbild mit Bildstörungen Dokument mit geschütztem Paßbild b Bildregion extrahierende Einheit 12
b Bildregion extrahierende Einheit
d digitalisierte Bilddatei des Dokumentes
Bildeingebende Einheit, Handscanner Texteingebende Einheit
Bildausgebende Einheit, z.B. einfaches LCD-Display
Visueller Vergleich P1...PN Pseudozufallszahlen

Claims

13Patentansprüche
1. Verfahren zur Fälschungssicherung von Dokumenten mit einem Bild, vorzugsweise mit einem Paßbild, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild in eine digitale Bilddatei überführt wird oder als digitale Bilddatei vorliegt, in die ein binär vorliegendes Geheimbild derart eingearbeitet wird, daß die digitale Bilddatei des Bildes in Parkettzellen unterteilt wird, deren Anzahl gleich der Anzahl der Bildpunkte des Geheimbildes ist, daß eine Parameterfunktion gebildet wird, die jeder Parkettzelle auf der Basis von
Parameterwerten, die jeden Bildpunkt beschreiben, einen bivalenten Ergebniswert derart zuordnet, daß die bivalenten Ergebniswerte aller Parkettzellen eine bivalente
Positionsmatrix ergeben, daß mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens die Parameterwerte der Bildpunkte der einzelnen Parkettzellen derart modifiziert werden, daß zum einen die an der digitalen
Bilddatei des Bildes des Dokumentes durchgeführten Änderungen keine visuell wahrnehmbare Änderungen zur Folge haben und zum anderen das Ergebnis der
Anwendung der Parameterfunktion auf die einzelnen Parkettzellen zu einer bivalenten Positionsmatrix führt, die den Binärwerten des Geheimbildes entspricht, und. daß das die Informationen des Geheimbildes enthaltende Bild auf das Dokument aufgebracht oder zusammen mit dem Dokument ausgedruckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bild mittels eines Scanners in die digitale Form überführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bivalente Positionsmatrix einem Binärbild 14
entspricht, das eine geringerer Auflösung aufweist als das zu schützende Bild in digitaler Form.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Optimierungsverfahren genetischer Algorithmen bedient.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameterwerte den Färb-, Grau- und/oder Sättigungswerten jedes einzelnen Bildpunktes entsprechen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Parameterfunktion davon abhängt, ob die Häufigkeit, daß eine Gruppe von Bildpunkten in einer Parkettzelle von Bildpunkten in derselben Parkettzelle mit höheren Parameterwerten umgeben ist, einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder nicht
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Optimierungsverfahrens drei Meßfunktionen gebildet werden:
Meßfunktion 1 dient zur Ermittlung des Grades der Modifikation der visuellen Qualität des Bildes,
Meßfunktion 2 dient der Ermittlung der Übereinstimmung von dem Ergebnis der Anwendung und dem vorgegebenen, verschlüsselten Geheimbild sowie
Meßfunktion 3 dient der Bestimmung der Robustheit aller durchgeführten Modifikationen des Geheimbildes.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsverfahren derart durchgeführt wird, daß die Meßfunktionen 1 einen möglichst kleinen Wert, die Meßfunktion 3 einen möglichst hohen Wert und die Meßfunktion 2 den der exakten Übereinstimmung 15
zugeordneten Wert einnehmen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das binäre Geheimbild aus einer Vielzahl einzelner Bildpunkten zusammengesetzt ist, aus denen mittels einer Folge aus Pseudozufallszahlen, die durch einen Pseudozufallszahlengenerator nach Vorgabe eines Initialisierungswertes, gebildet werden, Bildpunkte ermittelt werden, deren Parameterwerte vertauscht werden, so daß das Geheimbild verschlüsselt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Initialisierungswert in Form einer Paßphrase codiert ist.
11. Verfahren zur Überprüfung von Dokumenten auf Echtheit, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bearbeitet worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Überprüfungseinheit das Geheimbild unter Verwendung der Parameterfunktion detektiert und auf Echtheit überprüft wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Uberprüfunsgeinheit den Bereich des Dokuments erfaßt, in dem das Bild enthalten ist,
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung des Initialisierungswertes das Geheimbild entschlüsselt wird und auf einer Bildausgabeeinheit dargestellt wird.
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