Titre de l’invention : Authentification individualisée de produits utilisant des ondes térahertz

Domaine

L’invention est relative aux systèmes d’authentification de produits, tels que des articles de luxe, ou plus généralement des produits que Ton souhaite tracer individuellement.

Arrière-plan

Dans les industries des articles de luxe et des produits conformes à des normes de sécurité ou sanitaires strictes, on souhaite généralement tracer les produits individuellement. Pour cela, chaque produit reçoit un identifiant unique, comme un numéro de série, qui est enregistré dans une base de données du fabricant avec les caractéristiques du produit, voire même une photo du produit. L’identifiant unique est généralement marqué sur le produit, comme sur une étiquette ou par gravure.

Pour authentifier un produit quelconque, le propriétaire peut comparer les caractéristiques du produit dans la base du fabricant avec celles du produit à vérifier, en fournissant l’identifiant unique. Dans le cas d’un article de luxe, Tutilisateur peut comparer l’article à la photo dans la base de données.

Pour authentifier certains articles de manière plus fiable, il est connu d’utiliser des signatures uniques basées sur des caractéristiques physiques des articles. A la production des articles, des signatures de référence sont acquises et enregistrées dans une base de données. Lors d’une phase d’authentification ultérieure, une signature est mesurée dans les conditions de la production, et comparée à la signature de référence.

Le brevet GB2097979 décrit un système d’authentification qui utilise une signature basée sur l’état de surface du produit dans une zone de référence prédéfinie. La signature est par exemple constituée d’un spectre fréquentiel établi à partir du profil d’état de surface.

L’état de surface étant une caractéristique microscopique, la procédure de vérification de l’authenticité nécessite du matériel de mesure sophistiqué et un placement très précis du système de mesure sur la zone prédéfinie, rendant la procédure peu réalisable en dehors de conditions de laboratoire. Le brevet US8497983 applique les principes du brevet GB2097979 susmentionné en analysant la zone de référence de l’article à l’aide de lumière cohérente. Le système d’analyse est aligné sur la zone de référence à l’aide d’un système mécanique de suivi par caméra qui se base sur une image étalon de l’article avec sa zone de référence.

Un tel système de vérification reste complexe et trop coûteux pour être adopté de façon large sur le marché. Par ailleurs, cette technique ne permet d’authentifier qu’une certaine catégorie d’articles dont l’état de surface est irrégulier par nature et qui n’est pas déformable ou susceptible d’usure. Il s’agit essentiellement d’articles métalliques, ou du moins en matériaux durs, dont les procédés de fabrication sont à l’origine de l’état de surface (moulage, usinage, forgeage).

Résumé

On prévoit de façon générale un procédé d’authentification d’un article, comprenant les étapes suivantes lors d’une phase de génération de signatures de référence : acquérir une image de densités de référence d’un volume sous une zone de référence de l’article à l’aide d’un imageur térahertz de proximité matriciel ; et générer et enregistrer une signature de référence associée à l’article à partir de l'image de densités de référence.

Le procédé peut comporter les étapes suivantes lors d’une phase d’authentification ultérieure : acquérir une image de densités courante du volume sous la zone de référence de l’article à l’aide d’un imageur térahertz de proximité matriciel ; récupérer la signature de référence associée à l’article ; et chercher la signature de référence dans l’image de densités courante.

L’imageur peut comprendre une matrice de pixels plus grande que la zone de référence.

La signature de référence peut être une sous-image incluant une séquence de pixels alignés dans la zone de référence.

La signature de référence peut être une sous-image incluant la zone de référence.

Le procédé peut comprendre une étape consistant à segmenter les valeurs de pixels de l’imageur en un nombre de niveaux signifîcativement plus petit que la résolution des pixels.

Les valeurs des pixels peuvent être segmentées en trois niveaux.

L’imageur térahertz de proximité peut intégralement être réalisé en technologie CMOS. L’imageur térahertz de proximité peut être un imageur à réflexion sans lentille. L’imageur térahertz de proximité peut être un imageur à champ proche.

Description sommaire des dessins

Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

[Fig. 1] la figure 1 représente un article authentifiable selon un mode de réalisation, possédant une zone de référence repérée visuellement et destinée à appliquer un imageur térahertz de proximité ;

[Fig. 2] la figure 2 représente une vue agrandie d’une image acquise au niveau de la zone de référence de l’article de la figure 1 ; et

[Fig. 3] la figure 3 représente une courbe de valeurs de pixels le long d’un axe de l’image acquise de la figure 2.

Description détaillée

Un obstacle à la vulgarisation des systèmes d’authentification d’articles basés sur l’état de surface est la difficulté à prévoir des dispositifs de mesure sur le terrain qui soient peu coûteux et simples à mettre en œuvre.

Un autre obstacle est que les techniques utilisées pour créer et comparer les signatures sont complexes et peu fiables, car elles sont basées sur des caractéristiques microscopiques nécessitant beaucoup de précision et des images de résolution élevée.

Pour améliorer l’attrait d’un système d’authentification basé sur des caractéristiques physiques des articles, les inventeurs ont cherché à identifier des caractéristiques macroscopiques qui pourraient constituer une signature unique, et cela pour un plus grand éventail de catégories d’articles, notamment des articles non-métalliques et souples. Il s’avère que les ondes térahertz révèlent des structures internes macroscopiques spécifiques aux matériaux analysés ou aux techniques de fabrication, et présentant un caractère aléatoire qui se prête bien à la génération d’une signature unique de produit.

Dans un autre domaine, des ondes térahertz ont été utilisées pour vérifier la conformité de produits à des critères de composition des matériaux. Par exemple, la demande de brevet US2010/0232715 décrit un système de vérification du contenu en certains matériaux ayant une fréquence d’oscillation caractéristique dans une bande de fréquence térahertz. Une onde térahertz est dirigée vers le produit à analyser et le système mesure le spectre des fréquences émises par le produit au moyen d’un unique détecteur térahertz. Le spectre mesuré est alors comparé à un spectre de référence, stocké dans une base de données, pour calculer un score de conformité du produit analysé. Cette approche permet seulement de vérifier qu’un produit a été fabriqué conformément à des critères de composition, et non d’authentifier le produit de manière individuelle.

Selon une caractéristique du présent système d’authentification, on propose de cartographier la densité d’un volume de matière sous une zone de référence d’un article à l’aide d’un imageur térahertz matriciel pour en extraire une signature unique. En utilisant un imageur térahertz de proximité, sans lentille, la cartographie est macroscopique du fait que le pas des pixels d’une matrice d’un tel imageur reste relativement grand compte tenu des longueurs d’onde impliquées. Par exemple, pour une fréquence de 600 GHz, le pas des pixels de l’imageur est de l’ordre de 200 pm. A titre de comparaison, un seul pixel est quatre fois plus grand que toute une zone de référence pour l’analyse d’état de surface selon le brevet GB2097979.

De préférence, l’imageur de proximité matriciel peut être à réflexion sans lentille, comme celui décrit dans la demande de brevet WO2019155156 de Hani Sherry, ou à champ proche comme celui décrit dans la demande de brevet WO2019186074 de Hani Sherry. Les imageurs décrits dans ces demandes de brevet sont réalisés intégralement en technologie CMOS, ce qui les rend compacts, portables sous la forme d’un stylet, et peu coûteux. Un tel imageur de 30x30 pixels au pas de 200 pm, par exemple, mesure 6x6 mm et cartographie la densité d’une zone de référence macroscopique de mêmes dimensions.

En pratique, pour tenir compte d’une incertitude de placement de l’imageur sur la zone de référence, qui sera repérée visuellement sur l’article, la zone de référence est plus petite que la matrice de l’imageur, par exemple un carré de 4x4 mm ou un disque de 4 mm de diamètre pour un imageur de 6x6 mm.

La figure 1 illustre une utilisation d’un stylet d’imageur térahertz matriciel de proximité 10 lors d’une phase d’authentification ou de création de signature de référence pour un article, ici un sac en cuir 12, à titre d’exemple. Le stylet imageur est en pratique conçu pour être mis en contact avec la zone à analyser, l’extrémité du stylet étant dimensionné pour assurer l’espacement requis entre l’imageur et la surface à analyser.

L’article identifie la zone de référence pour la signature par un marquage apparent, ici illustré par un cercle en pointillés 14 sur une face visible de l’article. (Bien entendu, pour des raisons esthétiques, la zone de référence et son marquage seront en pratique disposés dans une partie moins apparente, mais toutefois dans une zone pouvant être rendue accessible à un stylet imageur.)

Le marquage 14 de la zone de référence peut en outre être dessiné pour assister le positionnement précis de l’extrémité du stylet. Un positionnement relativement précis est préférable dans une phase de fin de production, où on enregistre la signature de référence de l’article. Lors de phases d’authentification ultérieures, le positionnement est moins important, dans la mesure où l’ imageur est plus grand que la zone de référence et que les décalages pourront ainsi être compensés par un traitement d’image.

Le diamètre du marquage peut ainsi être sensiblement égal au diamètre de l’extrémité du stylet, par exemple 1 cm pour un imageur de 6x6 mm. La zone de référence effective est de préférence plus petite, par exemple un carré de 4x4 mm (ou moins) ou un cercle de 4 mm de diamètre (ou moins). Bien qu’un traitement d’image puisse corriger la rotation, on peut envisager un positionnement relativement précis en rotation par des repères à mettre en correspondance sur le marquage de la zone de référence et l’extrémité du stylet. L’extrémité du stylet pourrait aussi être un carré à mettre en correspondance avec un marquage carré sur l’article.

A droite de la figure 1 est illustré un exemple d’image produite par le stylet au niveau de la zone de référence du sac en cuir 12, lorsque les pixels de l’imageur sont configurés en mode « détecteur ». Un pixel d’un imageur térahertz peut avoir deux modes de fonctionnement, à savoir un mode détecteur où le pixel restitue simplement l’amplitude ou la puissance de l’onde qu’il reçoit, et un mode de mesure de phase où le pixel restitue aussi la phase de l’onde reçue. La structure la plus simple est celle du mode détecteur, et elle suffit amplement pour le système d’authentification décrit ici.

Le mode détecteur avec un imageur térahertz de proximité permet d’effectuer des mesures de taux d’absorption ou de densité sur une certaine épaisseur de matière sous la surface observée. L’image traduit les niveaux de densité par des niveaux de gris et révèle une texture macroscopique spécifique au matériau observé et, le cas échéant, au procédé de fabrication utilisé. Cette texture est aléatoire et propice à établir une signature unique.

La figure 2 est une vue agrandie de l’image de la figure 1, et telle qu’elle serait restituée avec un imageur de 30x30 pixels, à savoir avec une résolution plutôt basse. En effet, l’image de la figure 1 a été représentée avec une résolution élevée pour mettre en valeur la texture, mais cette texture est échantillonnée à basse résolution par l’imageur réel. Ce n’est pas un inconvénient, car même une image basse résolution suffît à établir une signature unique, et cela avec une complexité moindre. Dans des applications courantes, chaque pixel fournit un niveau de gris sur 8 à 10 bits.

Dans l’image de la figure 2, on a délimité la zone de référence plus petite, ici circulaire et centrée à titre d’exemple. Il existe de nombreuses possibilités pour établir une signature à partir de la zone de référence.

Selon un mode de réalisation, on peut enregistrer comme signature de référence une séquence de niveaux de gris se trouvant sur un diamètre du cercle, par exemple dans une colonne ou rangée de pixels centrale, ou sur une diagonale de la matrice.

La figure 3 illustre un exemple de séquence de niveaux de gris obtenue, sous forme de courbe. Cette séquence est mesurée dans une phase en fin de production de l’article et enregistrée dans une base de données avec le numéro de série de l’article ou autre identifiant unique. La mesure peut être faite à la main avec le même type de stylet que celui utilisé pour une authentification ultérieure. Pour un imageur de 30x30 pixels, la séquence ou courbe comporte une vingtaine d’échantillons codés avec la précision de l’ imageur, en pratique 8 à 10 bits.

Lors d’une phase d’authentification, un utilisateur acquiert une image de la zone de référence de l’article avec un stylet de mêmes caractéristiques que celui utilisé pour l’enregistrement de la signature de référence. Cette image est envoyée, par exemple, à un système central d’authentification avec le numéro de série de l’article. A l’aide du numéro de série, le système central récupère la signature de référence, sous la forme d’une sous- image, et cherche à la localiser dans l’image fournie. Des techniques connues pour ce type d’opération, comme l’estimation de mouvement utilisée dans les codages vidéo MPEG, fournissent un score de correspondance avec un vecteur de mouvement ou une matrice de transformation. Pour les besoins du présent système, il suffît de comparer le score à un seuil pour décider qu’il y a une correspondance, et donc que l’article en cours de vérification est authentique.

Ces techniques de recherche de sous-images tolèrent une assez grande amplitude d’erreurs de décalage et de rotation, de sorte que l’utilisateur qui procède à l’authentification n’a pas besoin de prendre un grand soin pour aligner le stylet sur la zone de référence. Par contre, il est préférable que la zone de référence soit contenue dans l’image acquise. Selon un autre mode de réalisation, on peut stocker comme signature de référence la sous- image correspondant à la zone de référence. Cette sous-image peut être utilisée de la même manière qu’une séquence de niveaux de gris, comme décrit ci-dessus, mais demandera plus de ressources de stockage et de traitement. Ce mode de réalisation peut donc être mieux adapté à des matériaux présentant des variations de texture moins marquées, à savoir pour lesquels une simple ligne de pixels pourrait ne pas suffire pour établir une signature unique.

Il peut s’avérer que la précision des pixels de l’imageur soit surdimensionnée pour garantir l’unicité des signatures, notamment dans le cas où l’image entière de la zone de référence sert de signature. Dans ce cas, on peut procéder à une segmentation des mesures en signifîcativement moins de niveaux que la résolution en bits des pixels, par exemple 8 niveaux au lieu de 256 pour 8 bits, voire seulement 3 niveaux (blanc, gris et noir). En appliquant cette segmentation dans les phases de production et d’authentification, on diminue signifîcativement les ressources nécessaires pour stocker les signatures et les reconnaître.

Bien que l’on ait décrit, à titre d’exemple, un sac en cuir comme article à authentifier, le système est applicable à tout matériau présentant une certaine transparence au rayonnement térahertz, même des matériaux qui ont une apparence visuelle uniforme, comme les matières plastiques. Les matières plastiques présentent des textures internes liées à leur procédé de fabrication, notamment le moulage par injection, et un grain structurel particulier, qui deviennent visibles au rayonnement térahertz et présentent un caractère aléatoire.

Le système est particulièrement bien adapté aux articles en matériaux composites. Dans ce cas, le rayonnement térahertz révèle les fibres incluses dans la résine, avec un contraste remarquable, nécessitant très peu de niveaux de gris pour garantir des signatures uniques.