使用太赫兹波进行的对产品的个性化认证

技术领域

本发明涉及用于认证诸如奢侈品的产品或更一般地需要被单独跟踪的产品的系统。

背景技术

在符合严格的安全或卫生标准的奢侈品和产品的行业中，人们普遍希望单独追踪产品。为了实现这一点，每个产品被赋予唯一标识符，例如序列号，其与产品的特性或甚至产品的图片一起记录在制造商的数据库中。唯一标识符通常被标记在产品上，例如被标记在标签上，或被雕刻。

为了认证任何产品，所有者可以通过提供唯一标识符来将制造商数据库中的产品的特性与要验证的产品的特性进行比较。在奢侈物品的情况下，用户可以将该物品与数据库中的图片进行比较。

为了更可靠地认证某些物品，已知使用基于物品的物理特性的唯一签名。在生产期间，获取参考签名并将其存储在数据库中。在后续验证阶段中，在生产条件下测量签名，并将其与参考签名进行比较。

专利GB2097979描述了一种认证系统，该认证系统使用基于预定参考区中的产品的表面状况的签名。例如，签名由从表面轮廓导出的频谱组成。

由于表面光洁度是微观特性，因此真实性验证过程需要复杂的测量设备以及将测量系统非常精确地放置在预定区域上，使得该过程在实验室以外的条件下不切实际。

专利US8497983通过使用相干光分析制品的参考区来应用上述GB2097979专利的原理。使用机械相机跟踪系统基于具有参考区的制品的参考图像，将分析系统与参考区对准。

这种验证系统仍然很复杂，成本太高，无法在市场上广泛采用。此外，该技术只能认证表面光洁度不规则、不变形或易磨损的特定类别的制品。这些基本上是金属物品，或者至少由硬质材料制成，其制造过程负责表面精加工(模制、机加工、锻造)。

发明内容

提供了一种用于认证制品的一般方法，该方法包括以下步骤：在参考签名生成阶段中，使用接近太赫兹成像器阵列获取制品的参考区域下方的体积的参考密度图像；以及从参考密度图像生成并存储与制品相关联的参考签名。

该方法可以包括以下步骤：在后续验证阶段中，使用接近太赫兹成像器阵列获取制品的参考区域下方的体积的当前密度图像；检索与该制品相关联的参考签名；以及在当前密度图像中搜索参考签名。

成像器可以包括比参考区大的像素阵列。

参考签名可以是包括在参考区域中对准的像素序列的子图像。

参考签名可以是包括参考区域的子图像。

该方法可以包括将成像器的像素值分割成显著小于像素分辨率的多个级别的步骤。

该方法可以包括将像素值分割成三个级别的步骤。

可以在CMOS技术中整体实现接近太赫兹成像器。

接近太赫兹成像器可以是无透镜反射成像器。

太赫兹接近成像器可以是近场成像器。

附图说明

提供与附图相关的以下非限制性描述，在附图中：

图1示出了根据一个实施方案的可认证制品，其具有视觉标记的参考区，用于应用接近太赫兹成像器；

图2示出了在图1所示的制品的参考区处获取的图像的放大视图；并且

图3示出了沿着图2的获取图像的轴线的像素值的曲线。

具体实施方式

广泛采用基于表面状况的制品认证系统的一个障碍是难以提供低成本且易于使用的现场测量装置。

另一个障碍是，用于创建和比较签名的技术复杂且不可靠，因为它们基于需要高精度和高分辨率图像的微观特征。

为了增强基于物品的物理特性的认证系统的吸引力，本公开识别可构成唯一签名的宏观特征，并且这用于宽范围的物品类别，包括非金属和柔性物品。事实证明，太赫兹波显示出所分析的材料或制造技术所特有的宏观内部结构，并且呈现了一种随机特性，非常适合于产生唯一产品标签。

在另一个领域中，已经使用太赫兹波来验证产品是否符合材料成分标准。例如，专利申请US2010/0232715公开了一种用于验证在太赫兹频带中具有特征振荡频率的某些材料的内容的系统。太赫兹波指向待分析的产品，并且系统使用单个太赫兹检测器测量由产品发射的频谱。然后将所测量的频谱与存储在数据库中的参考频谱进行比较，以计算所分析的产品的符合性分数。这种方法仅验证产品的制造符合成分标准，而不验证单个产品。

根据本认证系统的特征，提出使用太赫兹成像器来映射制品的参考区下的材料的体积的密度，以提取唯一签名。使用无透镜接近太赫兹成像器，映射是宏观的，因为这种成像器的像素阵列的间距在给定所涉及的波长的情况下仍然相对较大。例如，在600GHz的频率下，成像器的像素间距约为200μm。相比之下，单个像素是用于根据专利GB2097979的表面状况分析的整个参考区域的四倍。

优选地，接近成像器是无透镜反射成像器，例如在授予Hani Sherry的专利申请WO2019155156中所描述的，或者是近场成像器，例如在授予Hani Sherry的专利申请WO2019186074中所描述的。这些专利申请中所描述的成像器完全采用CMOS技术制造，使得它们紧凑、以触控笔形式便携且价格低廉。例如，间距为200μm的30×30像素成像器的尺寸为6mm×6mm，可以映射相同尺寸的宏观参考区域的密度。

在实践中，考虑到成像器在参考区上的放置不确定性，参考区将被视觉标记在制品上，参考区小于成像器的阵列，例如4mm×4mm的正方形或用于6mm×6mm成像器的4mm直径圆盘。

图1示出了接近太赫兹成像器触笔10在物品(例如，皮包12)的认证阶段或参考签名创建阶段中的用途。在实践中，成像触笔被设计成与要被扫描的区域接触，触笔端部的尺寸被设定成确保成像器与要被扫描的表面之间的所需间隔。

制品通过明显的标记来识别用于签名的参考区，此处由制品的可见表面上的虚线圆圈14示出。(当然，出于美学原因，参考区及其标记实际上将布置在不太明显的区域中，但是仍然布置在成像触笔可接近的区域中)。

参考区的标记14也可以被跟踪以帮助触笔端部的精确定位。当记录制品的参考签名时，相对精确的定位在生产结束阶段是优选的。在后续认证阶段中，定位不太重要，因为成像器大于参考区，并且任何偏移都可以通过图像处理来补偿。

因此，标记的直径可以基本上等于触笔端部的直径，例如，对于6mm×6mm成像器为1cm。有效参考区域优选地较小，例如4mm×4mm的正方形(或更小)或4mm直径圆盘(或更小)。尽管图像处理可以校正旋转，但是通过匹配参考区和触笔端部上的标记可以实现相对精确的旋转定位。触笔的端部也可以是与制品上的正方形标记匹配的正方形。

图1的右侧是当成像器的像素被配置为检测器模式时由皮包12的参考区的触笔产生的图像的示例。太赫兹成像器中的像素可以具有两种操作模式，即检测器模式和相位测量模式，在检测器模式中，像素简单地提供其接收的波的幅度或功率，在相位测量模式中，像素还提供所接收的波的相位。最简单的结构是检测器模式的结构，并且对于本文所公开的认证系统来说是足够的。

检测器模式下的接近太赫兹成像器在观察到的表面下的材料的整个特定厚度上执行吸收或密度测量。得到的图像将密度级别转换为灰度级，显示出观察到的材料所特有的宏观纹理，并在适用的情况下显示所使用的制造工艺所特有的宏观纹理。该纹理是随机的，并且非常适合于建立唯一签名。

图2是图1中所示的图像的放大视图，其将用30×30像素成像器(即，以相当低的分辨率)来呈现。实际上，图1的图像已经以高分辨率表示以突出纹理，但是该纹理由实际成像器以低分辨率进行采样。这不是缺点，因为即使低分辨率图像也足以建立唯一签名，并且具有较小的复杂度。在常见的应用中，每个像素提供8到10位的灰度级。

在图2所示的图像中，已经描绘了较小的参考区域，例如圆形且居中。从参考区建立签名的可能性有很多。

在一个实施方案中，位于圆的直径上，例如位于像素的中心列或行中，或者位于阵列的对角线上的灰度级序列可以被存储为参考签名。

图3以曲线的形式示出了所获得的灰度级序列的示例。该序列在物品生产结束时的步骤中被测量，并且与物品的序列号或其他唯一标识符一起被记录在数据库中。可以使用与用于后续认证的触笔相同类型的触笔来手动执行测量。对于30×30像素的成像器，序列或曲线包括以成像器精度编码的大约20个样本，在实践中为8到10位。

在认证阶段期间，用户使用与用于记录参考签名的触笔具有相同特性的触笔来获取物品参考区域的图像。该图像与物品的序列号一起发送到例如中央认证系统。使用序列号，中央系统检索子图像形式的参考签名，并尝试在所提供的图像中定位该参考签名。用于这种类型操作的已知技术(诸如在MPEG视频编码中使用的运动估计)提供与运动矢量或变换矩阵的对应分数。为了本系统的目的，简单地将分数与阈值进行比较足以确定存在匹配，并且因此被验证的物品是真品。

这些子图像搜索技术容许相当大范围的偏移和旋转误差，使得认证用户在将触笔与参考区域对准时不需要非常小心。另一方面，优选的是，参考区将包含在所获取的图像内。

在另一个实施方案中，与参考区域相对应的子图像可以被存储为参考签名。如上所述，可以与灰度级序列相同的方式使用该子图像，但是将需要更多的存储和处理资源。因此，该实施方案可以更好地适用于具有较少标记的纹理变化的材料，即，其中单行像素可能不足以建立唯一签名。

结果可能是这样的，为了保证签名的唯一性，尤其是当参考区域的整个图像被用作签名时，成像器的像素的精度可能过高。在这种情况下，可以将测量分割成比像素的位分辨率更少的级别，例如8位的8个级别而不是256个级别，或者甚至仅3个级别(白色、灰色和黑色)。在生产和认证阶段中应用这种分割显著地减少存储和识别签名所需的资源。

尽管作为示例，已经将皮包描述为待认证的物品，但是该系统适用于对太赫兹辐射具有一定透明度的任何材料，甚至是具有均匀视觉外观的材料，诸如塑料。塑料具有与它们的制造工艺(例如，注塑成型)相关的内部纹理，以及特定的结构晶粒，这些晶粒对于太赫兹辐射变得可见并具有随机特性。

该系统特别适用于由复合材料制成的物品。在这种情况下，太赫兹辐射显示出嵌入树脂中的纤维具有显著的对比度，需要非常少的灰度级来保证唯一签名。