技术领域
[0001] 本
发明涉及作为标识和认证装置的用于标识和认证施加于多种项目上的标签的系统和方法。
背景技术
[0002] 在许多工业领域中已应用和使用产品正标识号、其
跟踪和认证并不断地发展和改善。在许多工业领域中越来越多地应用用于标识、认证和跟踪目的的产品标记。各种复杂程度的安全标记存在并被施加于项目和产品上，帮助回答给定产品是真品还是伪造的问题。事实上伪造是导致巨大经济损失并负面地影响消费者和生产者的世界性问题。为了消除此问题，正在不断地开发防伪技术，包括新的安全标记和已
修改读取器。此类安全标记可具有空间和谱编码分量两者。
[0003] WO2010012046一般地描述了具有
荧光标记的代码载体。其提到了一种被设计成用于读取其中将记录信息编码成已编码视觉标记的视觉特征的荧光代码载体的读取器。此读取器装置可包括两个读取装置的组合，一个读取已编码荧
光标记中的荧光材料的荧光性质且另一个读取已编码荧光标记的视觉特征。在本文中，荧光
信号被首先读取和解码，并且视觉形状性质随后被解码。
[0004] US7441704描述了一种用于标识具有被施加于对象的一维或多维图案的空间代码的系统和方法，其中，空间代码包括具有一个或多个特性发射谱特征的多个安全标签或组合物。该系统使用光束源来照亮代码、使用
光谱仪来分析其特征并使用
照相机来标识代码。其还包括用于将来自代码的发射光分离到图像检测器和引发信息/数据的同时获取的光谱计两者的光束分离器。
[0005] US7938331描述了一种用以认证被施加于项目并具有特定谱发射特征的标签/标记/代码(例如
条形码之类的自动标识符号)的读取器。另外在项目上的别处施加标签/代码的特定光谱特征。如果两个光谱特征被标识且两者匹配，则在不
访问外部
数据库的情况下执行产品确认。该系统使用照明光来激励荧光标签、使用光谱仪来分析其特征(signature)并使用照相机来标识代码。
[0006] 所有上述系统使用具有代码载体结构的标签的光谱性质。除照相机之外的光谱仪的使用提供最高准确度并因此保证高安全性。然而，即使某些系统利用这两个检测器，其也不允许完全独立地设置诸如积分时间和激励光强之类的其获取参数。此外，上述方法中没有一个完全受益于在照相机图像中可得到的信息，因为其在分析由光谱仪记录的信息之前并未分析其
光谱特性。
[0007] 因此，期望提供用于经由优化标识和认证装置来标识和认证具有唯一空间和光谱性质的安全代码/标签的其它系统和方法，此类手段允许有快速且可靠的认证过程。
发明内容
[0008] 在本文中公开的是一种用于标识和认证施加于对象的标签的系统，其中，所述标签由光学活性纳米颗粒、即发光纳米颗粒的至少一个发光空间图案和一个光谱特征来定义标签，所述光学活性纳米颗粒被包含在所述标签中并定义所述空间图案。该系统包括：
[0009] ■读取模
块，其用以获取标签信息，所述读取模块包括：照明单元，其包括被在脉冲模式下驱动的
光源，所述光源适合于用激励光照射标签，从而激励标签的发光颗粒，因此导致由标签发射发光空间图案；成像单元，其适合于记录所述空间图案的图像；光谱单元，其适合于记录所述光谱特征的光谱；定时控制单元，其适合于使读取模块的其它单元的动作同步；以及
[0010] ■处理模块，其与所述读取模块且与包括预定标签的空间图案和光谱特征的数据库二者都通信，所述处理模块包括：解码单元，其适合于将由成像单元记录的图像解码，提供对应于所述图像的序号并将所述序号与预定标签的相应序号相比较从而标识所述标签；确认单元，其适合于将由光谱单元记录的光谱与预定标签的光谱相比较从而对标签进行认证，以及读出单元，其用以一旦标签被认证就公
开关于标签的信息。
[0011] 成像单元和光谱单元可有利地以顺续方式记录其各自的信号，它们的获取与不同的激励光脉冲同步。
[0012] 在
实施例中，使用第一和第二激励光脉冲。
[0013] 在实施例中，成像单元的获取与第一激励光脉冲同步，并且光谱单元的获取与第二脉冲同步。
[0014] 在实施例中，成像单元记录信号图像和本底图像，并且光谱单元记录信号光谱和本底光谱。
[0015] 在实施例中，解码单元使用从用信号图像减去本底图像得到的图像来执行标签的标识，并且光谱单元使用从用信号光谱减去本底光谱得到的光谱来执行标签的确认。
[0016] 在实施例中，所述系统还包括全球
定位单元和定位单元。
[0017] 在本文中还公开了一种用于标识和认证施加于对象的标签的方法，其中，由发光颗粒的至少一个发光空间图案和一个光谱特征来定义标签，所述发光颗粒被包含在所述标签中并定义所述空间图案，包括步骤：用由被在脉冲模式下驱动的光源发射的激励光来照射标签，从而激励标签的发光颗粒，因此导致由标签发射发光空间图案；用成像单元来记录所述空间图案的图像；用光谱单元来记录所述光谱特征的光谱；用解码单元将所述图像解码从而标识标签；以及用确认单元来确认所述光谱，从而对标签进行认证。
[0018] 成像单元和光谱单元可有利地以顺续方式记录其各自的信号，其获取与不同的激励光脉冲同步。
[0019] 在实施例中，使用第一和第二激励光脉冲。
[0020] 在实施例中，成像单元的获取与第一激励光脉冲同步，并且光谱单元的获取与第二激励光脉冲同步。
[0021] 在实施例中，成像单元记录信号图像和本底图像，并且光谱单元记录信号光谱和本底光谱。
[0022] 在实施例中，解码单元使用从用信号图像减去本底图像得到的图像来执行标签的标识，并且光谱单元使用从用信号光谱减去本底光谱得到的光谱来执行标签的确认。
[0023] 在实施例中，所述方法还包括确定标签的精确
位置的步骤。
[0024] 在本文中还公开了一种用于标识和认证施加于对象的标签的方法，其中，由发光颗粒的至少一个发光空间图案和一个光谱特征来定义标签，所述发光颗粒被包含在所述标签中并定义所述空间图案，包括步骤：用由被在脉冲模式下驱动的光源发射的激励光来照射标签，从而激励标签的发光颗粒，因此导致由标签发射发光空间图案；用成像单元来记录所述空间图案的信号图像和本底图像；用信号图像减去本底图像，从而确定所述空间图案的图像；用光谱单元来所述光谱特征的记录信号光谱和本底光谱；用信号光谱减去本底光谱，从而确定所述光谱特征的光谱；用解码单元将所述图像解码，从而标识标签，以及通过将所述图像分解成不同色彩分量并将所述色彩分量之间的强度比与存储在数据库中的信息相比较而用确认单元来确认所述图像和光谱，并将所述信号光谱与存储在数据库中的光谱相比较。
[0025] 在实施例中，所述解码单元执行预确认步骤，其在于检查从用信号图像减去本底图像得到的图像上的空间图案的存在。
[0026] 在实施例中，确认单元通过将标签的图像分解成三个色彩分量并分析其比而使用由成像单元记录的信息来执行第一确认等级。
[0027] 在实施例中，确认单元通过分析某些
波长下的峰值强度和这些值之间的比而使用由光谱单元记录的信息来执行第二和第三确认等级。
[0028] 在实施例中，确认单元执行计算发光颗粒的
荧光寿命的另一步骤。
[0029] 在本文中还公开了一种标签，该标签包括发光材料的多个点(dot)，其通过使用发射不同光谱的不同类型的荧光材料来定义。施加到对象的标签由发光颗粒的至少一个发光空间图案和一个光谱特征定义，所述发光颗粒被包含在所述标签中并定义所述空间图案，该标签包括多个点。每个点包括一个或多个发光材料，其中，一个或多个点包括至少一个发光材料，其不同于一个或多个其它点中的至少一个发光材料，所述不同发光材料发射不同的光谱，使得标签定义包括大于二进制值的多个值的代码。
[0030] 本发明的其它有利方面和特征根据详细描述和
附图将是显而易见的。
附图说明
[0031] 虑及以下详细描述、
权利要求和附图，将更好地理解本发明的特征和优点，其中：
[0032] 图1图示出根据本发明的第一实施例的系统的标签和读取模块；
[0033] 图2图示出根据本发明的实施例的用嵌入对象中的多个类型的发光颗粒来标记的对象的示例；
[0034] 图3图示出可被根据本发明的实施例的系统读取的标签的空间图案的示例；
[0035] 图4表示图示出根据本发明的第一实施例的系统的
框图；
[0036] 图5是图示出在根据本发明的实施例的系统中使用的读取模块的同步图案的时序图；
[0037] 图6描绘了由图1的系统执行的示例性方法的
流程图；
[0038] 图7表示图示出根据本发明的第二实施例的系统的框图；
[0039] 图8是图示出在本底减除之后用根据本发明的实施例的系统的读取模块获取的标签的光谱的示例的图表。
具体实施方式
[0040] 本发明涉及一种使得能够从任何距离以高度安全性进行加标签产品的标识、认证、追踪和定位的系统和方法。该系统包括读取模块、处理模块和包含存储标签身份的数据库。标签的身份由两个不同特征定义：发光空间图案和唯一光谱特征。该标签包含或形成空间图案，并包括发光材料，特别是发光颗粒。通过用读取模块来检测两个特征，处理信息并针对包含在数据库中的信息确认标签身份，从而允许进行产品的认证。此总体程序使得能够进行产品的标识和认证。另外，本系统使得能够通过光学测量和全球定位的组合来显示标签的准确位置。
[0041] 1.定义
[0042] 下面的术语具有以下意义，除非在本
说明书中另外指明。
[0043] “标签”是身份标记，其具有两个不同特征：发光空间图案和唯一光谱特征。标签可以被附加在需要被认证的多种产品和项目上。承载标签的产品被称为“加标签”或“已标记”产品。
[0044] “空间图案”或“发光空间图案”是可以被标识且与唯一序号有关的特定一、二或三维结构。该结构可采取任何形状和/或形成一、二或三维代码。例如，其可以包括多个层，提供三维空间范围。
[0045] “光谱特征”指的是由标签沿着波长轴发射的光的分布。其可以用各种仪表来测量，例如光谱仪或数字式照相机。当用光谱仪来测量时，此特征被称为光谱。如果是用彩色照相机记录，则结果得到的图像色彩将由所述光谱特征定义。
[0046] “颗粒”是具有通常包括在微米、亚微米或纳米范围内的直径的金属晶体或粉末。当被用在从800至2000nm(通常是980nm)的波长范围内的激励光照射时，这些颗粒发射具有在从450至900nm范围内的特定光谱特征的光。用特定且唯一的光谱特征来表征每种颗粒，取决于诸如其化学组成、尺寸或形状之类的多个参数。多个类型的颗粒的混合物将具有唯一光谱特征，取决于被包含到混合溶液/粉末中的每种颗粒的浓度。
[0047] “发光材料”是对激励光进行向上变频或向下变频的材料，诸如被嵌入
粘合剂或基质材料(例如环
氧树脂或其它
聚合物材料)中或在其中被保持在一起的发光颗粒。
[0048] “激励光”是能够被发光材料向上变频或者说向下变频以产生处于第二预定义波长或预定义波长范围的光的第一预定义波长或预定义波长范围内的电磁能，由此，激励光可以在可见光范围之外，例如红外或紫外光，并且产生的光在人眼可见范围内。
[0049] 如本文所使用的“标识”指的是基于针对存储在数据库中的数据的匹配来将标签的第一特征、特别是空间图案解码的步骤。每个空间图案涉及单个序号。
[0050] “解码”意指读取被编码到空间图案中的序号并验证其完整性。此过程唯一地基于标签的空间图案特征。标签的成功解码使得能够实现其“标识”。
[0051] 如本文所使用的“认证”指的是确认标签的第二特征、特别是光谱特征的步骤。此步骤在标识步骤之后，并且因此证明产品是真的。
[0052] “确认”意指例如经由彩色照相机和光谱仪两者所记录的信息来分析标签的光谱特征。此过程是在解码过程之后执行的。标签的成功确认使得能够实现其“认证”。
[0053] 2.标签
[0054] 本节描述了可以用根据本发明的系统来标识和认证的标签。标签的身份由两个特征定义：被包含到空间图案中的发光颗粒所特有的发光空间图案和唯一光谱特征。该标签包含或形成表示某种类型的信息代码的空间图案。其包括发光材料。如图1中所示，当被用由照明单元114发射的红外(IR)光(800—2000nm，通常980nm)激励时，存在于标签101中的发光颗粒以较短波长(450—900nm)发射光。此所谓的光学向上变频是反斯托克斯荧光过程，并导致用于发射光的特定光谱特征。激励光还可在紫外范围(280—400nm，通常是375nm)内，其由于向下变频效应而导致由发光颗粒发射可见光。发光的光被包括系统100的读取模块110的读取仪表通过两个不同通道收集：成像单元111和光谱单元112。成像单元111在施加激励光时记录发光空间图案的图像(例如，102)，而光谱单元111记录其详细光谱分布，即光谱(例如103)。标签的身份在于被嵌入发光材料中的发光颗粒的空间图案和光谱特征两者。
[0055] 空间图案是由发光材料在标签中的特性分布产生的一维或多维结构。其由于这样的事实而发生，即仅仅在包含发光颗粒的标签101的预定义区域中发射光，而标签的其它区域保持无活性。为了产生标签，可在颗粒被施加于另一材料之前将颗粒引入到宿主材料(诸如聚合物)中。标签可被直接地产生到已标记产品上，或者可以形成被附着或结合到已标记产品的全组件。可以将其产生到(或附着到)任何类型的材料上。
[0056] 当空间图案由重复结构组成时，通过改变每个单独结构的
对比度而产生大量代码。由正方形结构构成的数据矩阵代码是此类图案的典型二维示例。
[0057] 以粉末形式供应在形成标签的材料中使用的无机颗粒(例如镧族元素掺杂氟化物)，并且为了制造标签，可以将其以液相与聚合物(例如
环氧树脂)混合。发光材料因此可包括被嵌入聚合物材料中的发光颗粒，该聚合物材料可以被容易地打印或者另外沉积在要加标签(标记)的物品上。然而可用其它方式并用本来已知的其它材料来制造形成标签的材料，只要标签材料在被如前所述地用所选激励光激励时显示出发光性质即可。可将发光材料例如直接地附加到已标记产品表面上，使用其表面作为宿主矩阵。
[0058] 可以将标签结合到包括多个类型的材料的物品上，所述材料诸如皮革、玻璃、金属、塑料或木材。在实施例中，可通过在多个离散的点或离散岛中沉积发光材料来产生空间图案。处于其最简单形式的离散点或岛可具有本质上为
原型圆形的基本形状，然而，其可具有各种其它基本形状，诸如椭圆形、正方形、矩形、多边形、三
角形或任何其它规则或不规则形状。可在标签中将采取不同基本形状的发光材料的离散点或岛组合。
[0059] 在实施例中，可向要标记的对象上产生描述空间图案的一系列孔或凹坑。孔或凹坑可形成或涵盖上述点或岛的基本形状。可以通过诸如激光、蚀刻、机械
冲压或微加工之类的任何雕刻技术直接地向对象上产生形成空间图案的孔或凹坑。然后，向这些凹坑中的多个中沉积发光材料以便定义标识对象的特定空间代码。
[0060] 在实施例中，可以用为其它物品上的标准集合所共用的图案为要加标签的物品提供凹坑或孔的标准集合，然而，可仅在标准集合的子集中或者在小于凹坑全集的凹坑的任何组合中沉积发光材料以形成各种空间图案。这允许降低与在要加标签的物品的表面上形成凹坑或孔相关联的制造成本，由此可以容易地配置处于各种特定位置的发光材料的印刷或沉积。
[0061] 然后，可在发光材料的顶部上放置例如聚合物材料的保护层。还可用此保护层材料来填充不包含发光颗粒的其余孔或凹坑。保护层材料可以是各种类型的，条件是其对激励光和由发光材料发射的光的波长范围不透明，优选材料包含聚合物材料。
[0062] 图2示出了被直接地用提出的技术标记的项目的示例，其中，发光材料被直接地嵌入在项目中产生的孔中。第一孔被填充第一类型的发光材料104(被嵌入主体基质中的颗粒)并被保护层105
覆盖。第二孔被填充另一类型的发光材料106并被保护层105覆盖，而第三孔例证用被分层布置的两个不同类型的发光材料(104和106)来填充孔、用保护层105覆盖的可能性。第四孔被填充第三类型的发光材料107，而第五孔仅仅被填充保护层105而不包含发光颗粒。
[0063] 如图3中所示，用具有圆形基本形状、例如具有在20—300μm范围内的直径和约2
1—40mm的总面积的离散点的不同空间图案来表示不同的代码设计。根据应用，可将点在空间上布置成形成不同的标签形状和尺寸。在本示例中，发光材料点定义可被读取系统解释的二进制代码。标签的点因此定义可以形成唯一代码的特定图案。
[0064] 该代码可包括大于二进制值的多个值。通过使用发射不同光谱的不同发光材料来形成不同点，每个点可表示超过两个可能值，值的数目取决于所表示的不同可标识光谱的数目。可通过使用不同的发光颗粒或用不同发光颗粒的不同混合物来产生不同的发光材料。还可改变发光材料中的发光颗粒的
密度，以便改变读出强度，其可提供用于代码的补充值。
[0065] 3.系统和方法
[0066] 本节描述了能够对标签进行标识、认证和定位的系统100。通过将空间图案解码并确认被包含到标签中的光谱特征来实现标识和认证。读取仪表的定位是通过使用全球定位系统执行的。与由该系统提供的光学定位组合，标识标签的精确位置并记录到数据库130中。
[0067] 系统100包括与处理模块120通信的读取模块110，其又在解码和确认过程期间以及读出期间与数据库130通信。图4公开了整个系统的框图和不同单元之间的交互。
[0068] 系统100优选地被构造为手持式设备的一部分。然而，对于其中方便在固定位置处扫描标签的应用而言，可以设计并在固定单元处操作该系统。读取仪表提供用户
接口，使得用户能够控制系统100并与之通信。读取仪表被嵌入诸如计算机之类的处理装置中的
软件驱动。
[0069] 读取模块110可包括以下单元：
[0070] 照明单元114，其用至少一个光源通常在使用向上变频效应时在红外光谱中以与被包含到标签中的发光颗粒的激励波长相对应的波长提供标签的均匀照明。光源被以脉冲模式驱动，被定时控制单元115触发。为了产生照明图案，光源的输出通过光学系统(包括诸如透镜、反射镜和光纤之类的元件)被朝着标签改向。由于安全原因，照明指示符可被有利地在外部放置到读取仪表上，从而向用户指示光源是否发射光。此类照明指示器可被定时控制单元115控制。在另一实施例中，照明单元114包含处于任何波长的至少一个附加光源以用于检测出可由标签产生的向上变频之外的其它光学效应。
[0071] 成像单元111，其通过使用诸如彩色CMOS或CCD芯片之类的至少一个
传感器来收集由标签101发射的图像。在此单元中，滤光器丢弃其余激励光。传感器获取并向处理模块121发送数据。该图像对应于空间图案的直观表示。
[0072] 成像单元111可在激励光开启或关闭的同时记录图像。当激励光开启时记录的图像对应于“信号”图像，而在激励光关闭时记录的图像被视为“本底”图像。可以在记录信号图像之前或之后记录本底图像。
[0073] 光谱单元112，其收集由标签发射的光并例如通过使用光纤使其朝着光谱仪改向。滤光器丢弃其余激励光。光谱仪可由衍射光栅、成像透镜和CCD线阵列构成。在另一实施例中，光谱仪使用其它光学部件来记录光谱，诸如棱镜和/或CMOS检测器。光谱仪记录光谱并向处理模块121发送数据。
[0074] 光谱单元112可在激励光开启或关闭的同时记录光谱。当激励光开启时记录的光谱对应于“信号”光谱，而在激励光关闭时记录的光谱被视为“本底”光谱。可在记录信号光谱之前或之后记录本底光谱。
[0075] 由于标签可在不同位置处包含不同类型的发光颗粒，所以光谱单元112可对标签上的小收集区域进行光栅扫描并顺续地获取每个信号。这使得能够独立地认证每个点(或岛)的光谱特征。可以通过使用
电流反射镜来执行全
视野上的小收集区域的扫描。此类构造还可要求多个激励光脉冲的使用及较小激励区域和收集区域的同步扫描。
[0076] 定时控制单元115控制读取过程的序列。此单元触发照明单元114的光脉冲并使成像111和光谱单元112的获取同步。
[0077] 这两个单元中的每一个顺续地获取数据，关于单独的光脉冲同步。读取过程可以被连续地、自动地或手动地启用。在手动模式下，
操作系统的用户按压被放置到读取仪表上的物理触发器以启用读取。在被保持按下的同时，此触发器使得能够实现光脉冲的重复输出，诸如图5中所示。在图5中，
自上而下，线表示(a)“触发器”(系统启用)，(b)照明单元114的光脉冲，(c)成像单元111的照相机触发器和(d)光谱单元112的光谱仪触发器。A1和A2表示光脉冲的振幅(光强)；t1和t2分别地表示脉冲1和脉冲2的持续时间。延迟1—4表示在其之后向成像和光谱单元上发射触发脉冲以便开始各触发线(照相机和光谱仪触发器)上的信号图像/光谱和本底图像/光谱的获取的时间。分别地用Δt,c和Δt,s来表示照相机和光谱仪的积分时间。该积分时间是其间传感器被暴露于光的时段。在本示例中，启用线允许产生两个脉冲的一个全循环并在第二循环的第一光脉冲之后停止。
[0078] 定时控制单元115每个触发线发射2个触发事件。被连接到照相机的第一线(c)在脉冲1开始时和延迟1之后提供触发器，而被连接到光谱仪的第二线(d)指示脉冲2的开始以及延迟3的结束。照相机和光谱仪线上的每个触发器启用数据的获取。连续脉冲(优选地两个)用于照相机(脉冲1)和光谱仪(脉冲2)的使用允许独立地设置每个脉冲的振幅和持续时间。由于成像单元111和光谱单元112具有完全不同的灵敏度，所以连续获取允许独立地针对每个部件使
信噪比最大化。此同步模式的另一优点在于这样的事实，即由成像单元111在第一脉冲上获取的数据的处理可以在光谱单元114仍在获取的同时开始。这启用更快的认证过程。另外，此同步模式允许进行本底减除。事实上，通过在光源关闭的同时(在分别地在延迟1和3之后的触发事件上)记录本底图像和光谱，其允许从在激励光开启的同时获取的信号图像/光谱减除在“黑暗”中获取的本底图像/光谱。此程序彻底地增强了关注信号，因为其丢弃了寄生环境光的效应。
[0079] 参考图5，图示出由定时单元115控制的读取过程序列的特定示例。为了开始获取循环，用户按下例如被放置到读取器上的物理触发器。在保持被按下的同时，此触发器启用激光脉冲的输出。激光
驱动器板包含被直
接地连接到照相机和光谱仪的2个触发线。在配置文件中通过使用以下参数来定义同步模式：
[0080] —A1和A2：激光脉冲的振幅，关于驱动激光
二极管的电流定义，与光强成比例[0081] —t1和t2：脉冲1和脉冲2的持续时间
[0082] —延迟1、2、3和4：在延迟1之后，激光板向照相机触发线(本底获取)上发射触发脉冲，第2延迟允许设定第二脉冲之前的时间，并且第3延迟设定光谱仪本底获取之前的等待时间。延迟4定义下一循环之前的等待时间。
[0083] —Δt,c和Δt,s分别地表示照相机和光谱仪的积分时间。该积分时间是其间传感器被暴露于光的时段。这两个值理论上被设置成等于t1和t2。
[0084] 在本特定示例中，激
光驱动器板每个触发线发射2个触发事件。被连接到照相机的第一线在脉冲1开始时和延迟1之后提供触发器，而被连接到光谱仪的第二线指示脉冲2的开始以及延迟3的结束。照相机和光谱仪线上的每个触发器启用数据的获取。
[0085] 两个顺续的脉冲用于照相机和光谱仪的使用允许独立地设置每个脉冲的振幅和持续时间。由于照相机和光谱仪可具有完全不同的灵敏度，所以其使得能够实现针对每个部件的信噪比的优化。
[0086] 此同步模式的另一优点在于本底减除。事实上，通过在激光关闭的同时(在分别地在延迟1和3之后的触发事件)记录用于照相机和光谱仪两者的数据，允许我们计算差分图像/光谱，其中用在激励光开启时获取的信号图像/光谱减除在“黑暗”中获取的本底图像/光谱。此程序彻底地增强了关注信号，因为其丢弃了寄生环境光的效应。
[0087] 读取器可包括状态指示器，例如红色和绿色LED。例如放置在读取器的顶部上的红色LED由于安全原因而向用户指示激光何时开启。其然后与启用线同步。绿色LED可在成功的标签认证之后被开启几秒。此事件可被软件触发并被定时控制单元中继到LED。
[0088] 通过读取模块110获取的信息被输送到可包括以下单元的处理模块120：
[0089] 解码单元121，其允许使用由成像单元111发送的图像(本底和信号)来标识标签。空间图案被解码以便获得标签序号。该解码可由诸如条形码或快速响应(QR)代码读取(关于QR代码解码参见例如EP0672994)之类的各种已知方法执行。还可通过其中每个标签序号被唯一地与特定图案相关的简单图案识别来执行解码。然后建立与数据库130的通信以便验证此数字在数据库130中的存在。如果此数字已存在于数据库130中，则认为标签101被标识。
[0090] 确认单元122，其允许使用由光谱单元112发送的光谱(本底和信号)来认证标签。将光谱与存储在数据库130中的“可信”标签的预定光谱相比较。使用数学准则来执行准确的比较并因此推断其是否是真的。
[0091] 确认单元122另外可使用由成像单元111获取的图像(本底和信号)。在这种情况下，继续在两个不同步骤的确认过程：图像色彩的分析，后面是光谱的上述分析。在第一步骤中，本底减除之后的图像色彩的分析在于将空间图案的图像分解成三个色彩通道：红色、绿色和蓝色。此分解可用诸如在US8313030中描述的已知技术执行。事实上，用彩色照相机，通过对应于光的红色、绿色和蓝色分量的三个值对图像的每个
像素进行编码。在读取标签的同时，这三个分量之间的强度比是被包含到标签中的颗粒的类型所特定的。因此，其允许快速地确认标签或使其无效。在第二步骤中，将由光谱单元112获取的光谱与存储在数据库130中的“可信”标签的预定光谱相比较。此第二确认程序提供比第一个更大的
精度，并且因此是确保高安全性
水平所必需的。然而，所需的计算是耗时的。因此，这种两步方法发起相对长的计算以便对明显在数据库130中不具有正确匹配(因为其将被第一步骤丢弃)的光谱特征进行认证。此外，这种方法为认证提供了更多的稳健性和安全性。
[0092] 读出单元124，其一旦标签被认证就公开关于标签的信息。此单元可被用户用作接口以将关于产品的本地位置和状态的信息记录到数据库130中。用户还可查询数据库130以获得关于产品的更多信息。
[0093] 系统配置125单元，其将配置文件从处理模块120加载到读取模块110。此配置设定读取模块110的不同单元所需的所有参数，例如不同传感器的积分时间或照明单元114光脉冲的持续时间和振幅。这些设置在任何标签读取之前被加载。
[0094] 数据库130，其包含启用每个标签的标识和认证的预定空间图案和光谱特征。其可包含由用户记录的关于标记产品的多种信息(例如描述、图片、位置)。用户还可存储关于已标记产品的当前信息(例如，位置、产品状态)。数据库可以被部分地或完全存储到远程
电子设备中。其只能被先前被授权的读取仪表访问。
[0095] 在优选实施例中，如图7中所示，系统100包括两个其它单元：读取模块110中的全球定位单元113和处理模块中的定位单元123。全球定位单元113与定位单元123通信且成像单元111与解码单元121、确认单元122和定位单元123通信。
[0096] 全球定位单元113获得对读取仪表的本地位置的访问(例如通过使用GPS或A-GPS模块)，并且根据应用，其还通过使用
电子罗盘和倾斜计来监视读取器指向的方向。在每次成功确认之后，此信息被发送到处理模块。
[0097] 定位单元123确定标签的精确全球位置。此位置是基于由成像111和全球定位单元113发送的信息分三个步骤计算的。首先，基于成像单元111信息来以光学方式测量读取仪表与标签之间的距离。其次，通过使用该距离和读取仪表指向的方向来计算标签参考读取仪表的相对位置。第三，标签的相对位置被添加到读取器的全球位置。光学定位与诸如无线电系统之类的标准方法相比允许有确定标签位置时的更高准确度。光学距离测量可以基于多个技术，取决于读取器的工作距离(读取器与标签之间的距离)。对于达到几米的距离而言，该距离是用光学设计(用定焦透镜)定义的，或者其是通过测量自动聚焦透镜的位置而计算的。针对较长的距离，通过测量光的飞行时间(用于光从读取器行进到标签并返回的时间)或者类似地用
相移法来计算该距离。为了实现此类技术，成像单元111可包含附加专用传感器，诸如
光电二极管。此步骤可使用具有激励光强的时间调制的不同定时方案。
[0098] 通过使用系统100对被包含到标签中的空间图案和光学特征进行解码和确认来实现标签101的标识和认证。
[0099] 一接收到由照相机发送的两个图像就开始解码过程。第一图像对应于信号且第二个对应于本底。可通过仅使用第一图像或者在本底减除之后基于信号图像来执行解码。软TM件例如使用诸如在Labview 软件(National Instruments公司)中使用的常规图像读取器的内置功能从图像读出空间代码，并返回数字，其然后被与数据库匹配以获得标签的身份。
在解码之前，可发生预确认步骤(稍后描述)。
[0100] 如果代码身份存在于数据库中，则确认过程开始。此程序在示例性实施例中可划分成许多等级，例如3个等级：第一等级处理由照相机获取的图像，而最后两个等级可基于由光谱仪记录的光谱轮廓。每个步骤比前一个更具限制性，因此增加安全性。
[0101] 等级1
[0102] o将差分图像分解成3个色彩通道，即红色、绿色以及蓝色
[0103] ■色比与数据库信息匹配＝＞PASS
[0104] ■色比与数据库信息不匹配＝＞FAILS
[0105] 等级2
[0106] o来自差分光谱轮廓的峰值波长识别
[0107] ■峰值位置与数据库信息匹配＝＞PASS
[0108] ■峰值位置与数据库信息不匹配＝＞FAILS
[0109] 等级3
[0110] o不同特定峰值之间的强度比的计算
[0111] ■该比与数据库信息匹配＝＞PASS
[0112] ■该比与数据库信息不匹配＝＞FAILS
[0113] 为了被认证，在上述示例中，标签需要通过由读取器软件执行的确认过程的这3个等级。
[0114] 由读取器软件执行的确认过程的等级1使得系统能够确定发光材料是否是特性选择的发光材料且因此是可信的。如果其将是任何标准发光材料，其将在宽光谱内发光，而特定选择发光颗粒仅可在特定波段中生成定义峰值，例如在可见光谱的绿波段(约550nm)中和红波段(约670nm)中，如Erreur！Source du renvoi introuvable.中举例说明的。特定选择材料具有将其与拥有另一光谱特征的其它发光材料区别开的可读光谱特征。在本示例中，绿色通道中的强度比在红色通道中更大，而蓝色强度接近于零。确认的此第一等级对本方法赋予增强的安全性而不使过程减慢。事实上，其可在由光谱单元112完成光谱数据的获取之前开始，因为其仅仅依赖于由程序单元111收集的信息。此外，在标签包含不同类型的发光颗粒的情况下，确认的此第一等级使得能够在单次同步获取中快速地分析每个点的光谱分量。这还使得能够对包含不同颗粒的结构进行定位并定义用于光谱单元获取其光谱(在必要时用
电流镜像
扫描仪)的其位置。
[0115] 在由读取器软件执行的确认过程的等级2期间，检测沿着波长轴的峰值强度的精确位置，这对认证过程赋予高准确度。
[0116] 在由读取器软件执行的确认过程的等级3期间，计算不同峰值强度之间的比，诸如图8中所示的特定示例中的G1/R1和G1/G2。这些值允许准确地表征在标签中使用的发光材料的光谱特征。还可用其它计算手段来执行峰值值之间的不同比的计算，诸如与被包含到数据库中的光谱轮廓的相关。该相关是确定两个曲线是否呈现出类似形状的非常灵敏的方式。
[0117] 认证过程的每个等级比前一等级更具限制性。3个等级中的此认证过程使得能够在不涉及到耗时的计算的情况下非常快速地丢弃非真的标签。事实上，甚至可以在仍在获取光谱数据的同时执行第一等级，并且比第三等级更加快速地执行第二等级。
[0118] 在变体中，可以通过测量颗粒的荧光寿命向确认过程添加另一等级。此参数使得能够进一步将特定所选发光颗粒与其它发光材料区别开。荧光寿命对应于在其期间发光分子在通过发射光来释放其
能量之前保持被激励的平均持续时间。为了测量此类延迟，可将附加光电二极管放置到读取器中。
[0119] 图6示出了表示可以由上述系统100的各种单元执行的用以标识和认证如图1中所示的标签101的方法的实施例的步骤(S)和过程(P)的流程图。一旦程序开始S01，则加载S03配置文件且程序将由读取模块110进行的读取过程初始化S02。此过程可在触发S04时开始。在触发时，定时控制单元115控制读取过程的序列并进而触发来自照明单元114的光脉冲并使成像单元111和光谱单元112的获取同步。在步骤S05中，程序单元111获取本底图像，后面是步骤S06中的获取被同步到由照明单元114进行的第一光脉冲的发射上的信号。接下来，光谱单元112获取本底光谱S07并获取被同步到由照明单元114进行的第二光脉冲的发射上的信号光谱S08。
[0120] 由读取模块单元记录的信息被传送到处理模块120。然后，发生解码过程P01，意味着解码单元121首先通过从数据库130检索标签序号来标识标签。此解码是基于由程序单元111记录的空间图案的图像的。
[0121] 在适当的解码步骤S10之前，解码单元121可执行预确认步骤S09以便确保标签包含可被照明单元114激励的发光颗粒。此预确认步骤S09(其可以是可选的)在于从信号图像减去本底图像。如果结果得到的图像显示出光学激活空间图案，则预确认S09是成功的且解码S10开始。
[0122] 在由解码过程进行的标签的成功标识之后，发生确认过程P02。确认单元122通过将由光谱单元112获取的光谱与存储在数据库130中的“可信”标签的预定光谱相比较来确认标签。确认单元另外可使用由成像单元111获取的数据。在这种情况下，其继续进行到分两个不同步骤的确认过程：图像色彩的分析，后面是如上文在描述确认单元122的段落中详述的光谱分析。
[0123] 最后，由读出单元124执行的读出步骤S11一旦标签被认证就公开关于标签的信息。
[0124] 在另一实施例中，与步骤S07和S08并行地执行过程P01以便
加速整个程序。只有用于成像和光谱单元的顺续单独激励光脉冲的使用才允许实现此并行工作流程。此外，还可以在仍获取光谱数据的同时执行确认过程P02的第一等级(S07和S08)。因此，由成像单元记录的信息用于确认过程的使用也允许更快地拒绝非真标签，因为步骤S07和S08不需要在确认过程P02的等级1之前完成。
[0125] 如上所述，可添加另一确认步骤以进一步增加认证的安全水平。此步骤通过使用由成像单元111记录的信息、可能通过使用诸如光电二极管之类的附加专用传感器来测量被包含到标签中的颗粒的荧光寿命。此步骤可使用具有激励光强的时间调制的不同定时方案。再次地，将测量值与被记录到数据库中的相应信息相比较。
[0126] 本领域的技术人员将认识到的是这里所述的系统设计可改变，但仍在本发明的范围内。例如，我们提出对读取模块110的每个单元使用独立的光学路径。还可以针对不同的单元共享某些光学部件，诸如用于照明单元114和光谱单元112的透镜。在那种情况下，可以通过使用分色镜来执行两个路径之间的分离。此外，在其中由标签发射的光将很弱或者用于远程检测的特殊情况下，可实现用于
低信号放大的专用方案。
