Magnetooptyka: Jak jej używać do sprawdzania numerów VIN, banknotów i dokumentów?

Fałszowanie dokumentów, podrabianie banknotów oraz zmiana numerów seryjnych i numerów VIN mogą na pierwszy rzut oka wydawać się niezwiązane ze sobą. Jednak tym, co łączy wszystkie te przestępcze działania, jest technologia wykorzystywana do ich ujawniania.

Technologia ta opiera się na analizie magnetooptycznej.

Czym jest magnetooptyka w prostych słowach?

Efekt magnetooptyczny odnosi się do zjawiska fizycznego, w którym właściwości światła ulegają zmianie w obecności pola magnetycznego. Jednym z najbardziej znanych przykładów jest efekt magnetooptyczny Faradaya. Zgodnie z efektem Faradaya, kierunek, w którym wibrują fale świetlne – znany jako polaryzacja – zaczyna się obracać w obecności pola magnetycznego.

Obecnie efekt magnetooptyczny znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym:

• Przechowywanie danych (CD-MO, DVD-MO);
• Wykrywanie pola magnetycznego (szczególnie w przemyśle nadprzewodników);
• Systemy komunikacji optycznej;
• Nieniszczące testowanie struktur metalowych;
• Badania kryminalistyczne (w celu uzyskania szczegółowej struktury pola magnetycznego na powierzchni badanych obiektów).

Ponieważ w Regula specjalizujemy się w tych ostatnich, niniejszy artykuł skupi się głównie na przypadkach użycia w badaniach kryminalistycznych.

Uwierzytelnianie banknotów za pomocą metod magnetooptycznych

W większości walut banknoty posiadają zabezpieczenie magnetyczne, które po wizualizacji odtwarzają niektóre elementy z projektu banknotu lub jego numeru seryjnego. Zabezpieczenie magnetyczne jest tworzone przy użyciu tuszy magnetycznych, które zawierają elementy ferromagnetyczne reagujące na zewnętrzne pole magnetyczne.

Aby stworzyć ochronę magnetyczną banknotów, stosuje się różne technologie i farby magnetyczne, które różnią się w zależności od ich koercji lub odporności na rozmagnesowanie po wystawieniu na działanie zewnętrznych pól magnetycznych. Koercję w próbkach nadruków magnetycznych można ocenić analizując ich charakterystykę histerezy magnetycznej, zadanie skutecznie wykonywane przez specjalistyczne urządzenia MO, takie jak Regula 7708.

Banknot o nominale 50 euro (seria pierwsza) posiada zabezpieczenia magnetyczne w trzech obszarach:

• Numer seryjny jest nanoszony za pomocą druku typograficznego. Typ elementu magnetycznego: Półtwardy.
• Nić zabezpieczająca jest osadzona w podłożu banknotu. Typ elementu magnetycznego: LoCo Hard.
• Fragment obrazu tła jest nanoszony metodą druku wklęsłego. Typ elementu magnetycznego: Miękki.

Nowoczesne bankomaty są wyposażone w skanery, które odczytują określone znaczniki magnetyczne na powierzchni banknotu, umożliwiając maszynie identyfikację wartości nominalnej banknotu. Zdarzały się jednak przypadki, w których bankomaty nie wykrywały „supernowych”, wysoce wyrafinowanych podróbek.

Przejdźmy teraz do praktycznego przykładu zaawansowanej laboratoryjnej weryfikacji autentyczności banknotów przy użyciu skanera magnetooptycznego Regula 7701M. To urządzenie magnetooptyczne przeznaczone jest do przeprowadzania pomiarów magnetycznych i uzyskiwania topogramu magnetooptycznego, który jest reprezentacją pola magnetycznego w skali szarości, zawierającą liczbowe oszacowania indukcji magnetycznej dla każdego piksela (rozmiar 15 µm).

Poniżej znajduje się analiza porównawcza dwóch banknotów: autentycznego i banknotu, który wzbudził podejrzenia. Wniosek o autentyczności opiera się na ocenie podobieństwa rozkładów przestrzennego pola magnetycznego dla dwóch topogramów.

Specjalne oprogramowanie syntetyzuje obrazy banknotów i określa, w jaki sposób rozmieszczone są na nich wzory magnetyczne. Dane te są następnie wykorzystywane przez oprogramowanie do rozpoznawania magnetycznych obszarów bezpieczeństwa na banknocie i analizowania różnic w sile i wzorach.

Ponieważ jest to badanie porównawcze, nałożymy na siebie rozkłady magnetyczne 2D (C, D) dwóch banknotów i zobaczymy, jak wielkości magnetyczne porównują się ze sobą (E, F na poniższej ilustracji). 

Analiza stosunku amplitud wielkości magnetycznych (F) wykorzystuje kodowanie kolorami:

• Szary – brak nadruku magnetycznego na żadnej z próbek.
• Różowy – brak nadruku magnetycznego na jednej z próbek.
• Czerwony – wartości magnetyczne są bardzo różne (3 razy lub więcej).
• Żółty – wartości magnetyczne są nieco inne (od 1,5 do 2 razy).
• Zielony – wartości magnetyczne są dość podobne (mniej niż 1,5 razy).

Analiza autentyczności mówi nam, że wzory magnetyczne pasują do siebie niemal idealnie, z wyjątkiem kilku małych obszarów wzdłuż krawędzi (o wielkości około 1 milimetra). Sugeruje to, że ten banknot o nominale 100 dolarów jest autentyczny.

Występują niewielkie (1 mm) niedopasowania na krawędziach nadruku magnetycznego (fragmenty czerwonego obramowania w okienku). Można to wytłumaczyć dopuszczalnymi błędami w druku

Przyjrzyjmy się wynikom badań, w których badane przedmioty okazały się podróbkami.

Fałszerstwo podstawowe

Górny obraz to „mapa” oryginalnego banknotu; poniżej znajduje się banknot, o którym mowa; dolny obraz przedstawia wyniki analizy amplitudy. Rozkład indukcji magnetycznej znacznie się różni. 

Jest dużo czerwonego koloru, co oznacza, że amplituda różni się ponad trzykrotnie, a różowe obszary wskazują, że na jednym z banknotów brakuje farby magnetycznej. Są to istotne wskaźniki fałszerstwa.

 

Zaawansowane fałszerstwo

Ponownie, oryginalny banknot znajduje się na górze, kwestionowany banknot poniżej, a wyniki analizy amplitudy znajdują się na dole. W obu przypadkach obecne są wzory magnetyczne. Jednak charakter rozkładu jest inny, a co najważniejsze, wynik analizy amplitudy w znaczącym zakresie jest wypełniony czerwonym kolorem, występują również różowe obszary.

Chociaż fałszerzom nie udało się odtworzyć amplitud pola magnetycznego, wzory magnetyczne wyglądają podobnie.

 

Uwierzytelnianie dokumentów drukowanych za pomocą magnetooptyki

Dokumenty drukowane za pomocą drukarki laserowej lub LED mają właściwości magnetyczne ze względu na obecność cząstek magnetycznych w tonerze używanym do drukowania. W przypadku takich rodzajów drukowanych dokumentów istnieją trzy przypadki użycia, w których magnetooptyka zmienia zasady gry:

• Wykrywanie, czy cała strona została wydrukowana na innej drukarce i dodana do oryginalnego zestawu dokumentów, na przykład w wielostronicowej umowie; 
• Ujawnianie wszelkich symboli, słów lub zdań, które zostały dodane do oryginalnego dokumentu w celu zmiany jego treści;
• Identyfikacja źródła w celu ustalenia, czy niektóre dokumenty zostały wydrukowane przy użyciu tej samej drukarki.

Weryfikacja wydruku

Jednorodność magnetyczna jest kluczowym parametrem do ustalenia integralności drukowanych dokumentów (aby sprawdzić, czy nie ma wstawek lub dodatków w tekście).

Poniższy przykład ilustruje próbkę wykonaną przy użyciu trzech różnych drukarek dla różnych wierszy dokumentu. Parametry tekstu i ustawienia drukowania są identyczne dla wszystkich drukowanych części. Wizualnie przykładowy dokument wygląda jednolicie.

Analiza magnetooptyczna parametrów magnetycznych (A) pokazuje jednak, że w badanym dokumencie można wyróżnić trzy obszary jednorodnego druku: 

1. Linie dokumentu od 1 do 3 i od 8 do 11-zaznaczone na zielono; 
2. Linie dokumentu od 4 do 7 – zaznaczone na niebiesko; 
3. Linie dokumentu od 12 do 14 oznaczone kolorem czerwonym.

Liczbowe szacunki różnic w druku magnetycznym można również wyraźnie zobaczyć na wykresach linii dokumentu (B).

Warto zauważyć, że wykrywanie drukowanych wkładek o niewielkich rozmiarach (analiza na poziomie słów lub znaków) wykorzystuje dodatkowe algorytmy: wykrywanie słów, tworzenie macierzy środowiskowych dla zestawu lokalizacji słów, obliczanie lokalnych oszacowań parametrycznych dla macierzy środowiskowych itp.

Logika procesu wyszukiwania wkładek pozostaje jednak taka sama: przeprowadzana jest ocena jednorodności magnetycznej w celu wykrycia słów lub znaków, które różnią się od reszty pod względem parametrów magnetycznych.

Identyfikacja wydruków

Proces identyfikacji źródła drukowanych dokumentów opiera się na badaniu wyraźnych wzorów pozostawianych przez drukarki. Każda drukarka nakłada toner na stronę tekstu o różnej grubości, tworząc unikalne, specyficzne dla drukarki „odciski palców”. Porównując te wzory druku, można ustalić ich tożsamość grupową, wskazując prawdopodobieństwo, że pochodzą one z tej samej drukarki.

Poniższy przykład przedstawia wyniki porównania dwóch próbek wydruków. Próbki różnią się zawartością, ale mają identyczny tekst i ustawienia drukowania. Jak wynika z podobieństwa kształtów wykresów, ich wysokiej korelacji (C) i wysokiego wyniku podobieństwa statystycznego (D), wyniki badania są prawie takie same dla porównywanych próbek.

Porównując próbki utworzone przez różne drukarki, możemy zobaczyć inny obraz. 

Próbki te wykazują jednolitą charakterystykę tekstu, mają identyczne ustawienia parametrów drukowania i wydają się wizualnie nie do odróżnienia. Jednak po analizie okazuje się, że funkcje indukcji magnetycznej dla próbek nr 1 i nr 2 wykazują znaczne różnice w kształcie i wielkości, co prowadzi do niskich szacunków podobieństwa.

Magnetooptyka do sprawdzania numerów VIN

Zgodnie z przepisami obowiązującymi w większości krajów, wszystkie pojazdy silnikowe muszą posiadać unikalny 17-znakowy numer znany jako numer identyfikacyjny pojazdu (VIN). Ten numer VIN koduje określone informacje o konkretnym pojeździe: charakterystyczne cechy, specyfikacje i producenta. Może być wykorzystywany do śledzenia wycofań, rejestracji, roszczeń gwarancyjnych, kradzieży i ochrony ubezpieczeniowej. 

W przypadku tabliczek VIN mogą wystąpić dwa typowe scenariusze: 

• Tabliczka VIN jest zardzewiała; 
• Lub, jeśli samochód został skradziony, istnieje prawdopodobieństwo, że przestępcy zmienili lub zniszczyli oryginalny numer pojazdu. 

Oba scenariusze nadają się do badań magnetooptycznych. Technologia ta jest w stanie przywrócić autentyczny numer VIN, nawet jeśli nie pozostały żadne ślady oryginalnych numerów, a także zbadać powierzchnię nieferromagnetycznych materiałów przewodzących prąd elektryczny, takich jak aluminium.

Do ułatwienia tego procesu wykorzystywane są specjalne urządzenia magnetooptyczne. Jednym z nich jest Regula 7505M, specjalistyczna przenośna stacja robocza, która może być stosowana zarówno w terenie, jak i w pomieszczeniach zamkniętych. Szczegóły procesu przywracania numeru VIN opisano w innym artykule: Jak przywrócić zatarty numer VIN: trawienie chemiczne vs. obrazowanie magnetooptyczne.

Defektoskopia z wykorzystaniem magnetooptyki

Magnetooptyka odgrywa istotną rolę w wielu sektorach badań, z głównym naciskiem na gromadzenie kluczowych danych powierzchniowych. Zastosowania te obejmują:

• Kontrola jakości produktów w procesach produkcyjnych;
• Badania naukowe właściwości materiałów w stanach naprężenia i odkształcenia;
• Diagnostyka operacyjna i defektoskopia;
• Badanie wypadków i zniszczeń poprzez instrumentalną analizę danych.

We wszystkich tych badaniach podstawowe znaczenie ma stan powierzchni obiektu, w tym obecność i rodzaj defektów (takich jak wewnętrzne obszary naprężeń, pęknięcia, puste przestrzenie podpowierzchniowe i wtrącenia obcych materiałów). Badania nieniszczące (NDT) mają również ogromne znaczenie dla tych celów badawczych. 

Narzędzia magnetooptyczne wykazują wyjątkową czułość w wykrywaniu pęknięć powierzchniowych, przewyższając czułość innych metod nieniszczących. Poniższa ilustracja przedstawia mikropęknięcia na powierzchni stalowej płyty oraz wyniki badań magnetooptycznych (MO method NDT) w porównaniu z metodami kapilarnymi (Capillary method NDT) i magnetyczno-proszkowymi (Magnetic particles method NDT).

Urządzenia magnetooptyczne są również przydatne do badania wad spawalniczych. Poniższa ilustracja przedstawia zespół spawany wykonany metodą spawania łukiem elektrycznym. Zdjęcie powierzchni czołowej nie ujawnia żadnych wad w złączu spawanym, jednak wyniki analizy magnetooptycznej wskazują na nierówną grubość spoiny i łańcuch wtrąceń żużlowych.

Badanie artefaktów archeologicznych i dzieł sztuki przy użyciu magnetooptyki

Innym przypadkiem zastosowania, w którym urządzenia magnetooptyczne doskonale się sprawdzają, jest praca z delikatnymi przedmiotami, takimi jak kolekcjonerskie rarytasy, artefakty archeologiczne i dzieła sztuki. W przypadku tych przedmiotów metody destrukcyjne są surowo zabronione, a nawet drobne czynności, takie jak czyszczenie powierzchni, mogą zostać uznane przez kolekcjonerów za świętokradztwo. 

Niemniej jednak przedmioty te często skrywają cenne informacje, które pozostają ukryte przed zwykłą obserwacją i można je wydobyć jedynie poprzez badanie instrumentalne. 

Na przykład, Regula 7517 przyniosła intrygujące wyniki w badaniu broni kolekcjonerskiej, jak wykazano w numerze ze stycznia 2022 r. niemieckiego czasopisma „Vizier”. Publikacja ta zawierała przekonujący przykład tego, jak magnetooptyka ujawniła, że kolekcjonerski Colt M1911, wcześniej uważany za stuletni relikt, jest nowoczesną imitacją opartą na niedrogim chińskim pistolecie.

Poniższa ilustracja przedstawia kolejne badanie muzealnego egzemplarza karabinu z czasów I wojny światowej. Poważna korozja powierzchni sprawiła, że oznaczenia tego obiektu stały się nieczytelne. Jednak dzięki narzędziu magnetooptycznemu możliwa jest jednoznaczna wizualizacja oznaczeń.

Zalety badań magnetooptycznych

Badania magnetooptyczne oferują zero wad i liczne zalety dla różnych zastosowań. Do kluczowych korzyści należą:

• Nieniszczący charakter: Oceny przy użyciu urządzeń magnetooptycznych można przeprowadzać wielokrotnie, dostosowując głębokość penetracji sygnału w celu uzyskania lepszych wyników. Badana powierzchnia pozostaje nienaruszona.
• Czułość: Wysoka czułość czujnika MO, w połączeniu z algorytmami różnicowego przetwarzania danych, umożliwia pomiary magnetyczne mikroskopijnych elementów druku magnetycznego oraz wizualizację niskogradientowych pól magnetycznych spowodowanych wewnętrznymi naprężeniami powierzchni metalowych.
• Bezpieczeństwo: W przeciwieństwie do badań chemicznych, które mogą uszkodzić powierzchnię i stanowić zagrożenie dla zdrowia, badania magnetooptyczne są bezpieczne zarówno dla badacza, jak i badanego materiału.
• Skuteczność na zardzewiałych powierzchniach: Technologia magnetooptyczna jest skuteczna nawet na zardzewiałych podłożach i może wydobyć cenne informacje o oryginalnym numerze seryjnym i późniejszych zmianach.
• Możliwość dostosowania do różnych powierzchni: Technologia magnetooptyczna jest dobrze przystosowana do zakrzywionych i nachylonych powierzchni, co czyni ją idealną do badania numerów VIN i numerów seryjnych. W przeciwieństwie do metod takich jak wizualizacja za pomocą proszku magnetycznego.
• Szeroka kompatybilność materiałowa: Może być stosowana zarówno do materiałów ferromagnetycznych (żeliwo, stal), jak i nieferromagnetycznych materiałów przewodzących prąd elektryczny (stopy aluminium, stal nierdzewna), co czyni ją wszechstronnym narzędziem do różnych zastosowań

Oryginalny tekst artykułu znajdziesz pod poniższym linkiem/The original text of the article can be found at the link:

https://regulaforensics.com/blog/magneto-optical-technology/