способ и устройство для обнаружения рельефного материала

Формула изобретения

1. Способ обнаружения участка рельефного материала на поверхности защищаемого документа, содержащий:

освещение поверхности защищаемого документа, по меньшей мере, одним наклонным лучом излучения таким образом, что любой рельефный материал на поверхности защищаемого документа отражает излучение;

получение изображения поверхности, содержащей рельефный материал, используя, по меньшей мере, один детектор излучения; и

обработку изображения для обнаружения наличия на поверхности защищаемого документа рельефного материала;

при этом освещение вызывает отражение и/или тень, образованную, по меньшей мере, одним краем рельефного материала, и при этом на этапе обработки обнаруживают местонахождение материала, используя вышеупомянутое отражение и/или тень от, по меньшей мере, одного края.

2. Способ по п.1, в котором поверхность защищаемого документа, по существу плоская, по меньшей мере, в течение этапов освещения и получения изображения.

3. Способ по п.1, в котором рельефный материал включает материал, добавленный к защищаемому документу после изготовления защищаемого документа.

4. Способ по п.1, в котором рельефный материал включает материал, присоединенный к поверхности защищаемого документа другим участником процесса, кроме изготовителя защищаемого документа.

5. Способ по п.1, в котором поверхность определяется нормалью к плоскости и в котором каждый испускаемый луч направлен под большим углом по отношению к нормали к плоскости.

6. Способ по п.5, в котором угол каждого луча с нормалью к плоскости составляет 80° или больше.

7. Способ по п.1, в котором каждый испускаемый луч является, по существу, коллимированным в направлении, по существу параллельном с нормалью к поверхности защищаемого документа.

8. Способ по п.7, который дополнительно содержит множество испускаемых лучей.

9. Способ по п.8, в котором обеспечиваются испускаемые лучи от источников излучения, расположенных, по существу, вдоль линий к одной или более сторонам поверхности защищаемого документа.

10. Способ по п.8, в котором испускаемые лучи обеспечиваются от источников излучения, расположенных рассредоточенно вокруг поверхности защищаемого документа.

11. Способ по п.9, в котором источники излучения располагаются, по существу, в плоскости, параллельной с поверхностью защищаемого документа.

12. Способ по п.1, в котором поверхность защищаемого документа определяется нормалью к плоскости и в котором каждый детектор излучения расположен так, чтобы принимать излучение, следующее по пути, определяющему небольшой угол по отношению к нормали к плоскости.

13. Способ по п.12, в котором небольшой угол составляет 10° или меньше.

14. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один детектор излучения находится на обратной стороне защищаемого документа относительно материала, так что обнаруживаемое излучение пропускается через защищаемый документ до его получения.

15. Способ по п.1, в котором детектор излучения обеспечивается и располагается так, чтобы обнаружить свет, зеркально отраженный от поверхности защищаемого документа и в котором этап обработки изображения содержит поиск прямоугольника с параллельными линиями в пределах изображения.

16. Способ по п.1, в котором обеспечиваются два детектора излучения, один из которых располагается так, чтобы обнаружить свет, зеркально отраженный от поверхности излучения, а другой располагается, чтобы обнаружить свет, диффузно отраженный от поверхности защищаемого документа.

17. Способ по п.15, дополнительно включает получение изображения, используя зеркальное отражение и изображение, используя диффузное отражение.

18. Способ по п.1, дополнительно включает этап, на котором защищаемый документ одновременно и/или последовательно освещается лучом, испускаемым вдоль или под небольшим углом с нормалью к плоскости защищаемого документа, так чтобы получить яркое поле изображения защищаемого документа.

19. Способ по п.18, в котором яркое поле изображения используется на этапе обработки.

20. Способ по п.1, в котором этап обработки изображения дополнительно включает:

фильтрацию изображения краевым фильтром;

идентификацию прямых линий-кандидатов в пределах отфильтрованного изображения;

сравнение идентифицированных кандидатов с моделью рельефного материала, подлежащего обнаружению; и

определение местоположения материала, основанное на указанном сравнении.

21. Способ по п.20, в котором модель включает данные, репрезентативные для чистого или подлинного защищаемого документа.

22. Способ по п.20, в котором этап обработки изображения дополнительно содержит:

идентификацию участков-кандидатов посредством сравнения зеркальных и диффузных отражений изображений;

фильтрацию зеркального и/или диффузного отражений изображений или их отношений или разницы, с краевым фильтром;

идентификацию прямых линий-кандидатов внутри отфильтрованного изображения;

сравнение идентифицированных кандидатов с моделью рельефного материала, предназначенного для обнаружения; и

определение местонахождения материала, основанное на сравнении.

23. Способ по п.22, в котором этап идентификации прямых линий-кандидатов внутри отфильтрованного изображения содержит исключение присутствия кандидатов в пределах предопределенного шаблона.

24. Способ по п.20, который дополнительно включает, после этапа идентификации, разделение идентифицированных кандидатов на положительных кандидатов, представителей увеличенной интенсивности по отношению к фону, и отрицательных кандидатов, представителей уменьшенной интенсивности по отношению к фону.

25. Способ по п.24 дополнительно включает этап идентификации одного или более краев защищаемого документа и выводящий их из кандидатов.

26. Способ по п.20 дополнительно включает анализ прямых линий-кандидатов, чтобы получить размерные данные и использование размерных данных на этапе сравнения.

27. Способ по п.26, в котором модель включает схему расположения прямых линий-кандидатов в пары разнесенных параллельных линий.

28. Способ по п.26, в котором модель включает схему расположения линий, разнесенных в пределах предопределенного диапазона разнесения.

29. Способ по п.26, в котором модель включает схему расположения линий, лежащих в пределах предопределенного диапазона длины.

30. Способ по п.26, в котором модель включает схему расположения линий, чтобы сформировать прямоугольник.

31. Способ по п.20, в котором модель включает предопределенную резкость линий.

32. Способ по п.1, в котором модель дополнительно выполнена с возможностью различения дефектов между поверхностью защищаемого документа и рельефным материалом.

33. Способ по п.1, в котором способ приспособлен для обнаружения рельефного материала в форме одной или более лент, защитного устройства, рельефной печати, прикрепленных к защищаемому документу.

34. Способ по п.1, в котором рельефный материал выступает над плоской поверхностью защищаемого документа и обеспечивает общий платовидный участок приподнятого материала, рельефного по отношению к поверхности защищаемого документа и определяемый одним или более периферическими краями.

35. Способ по п.1, в котором излучение является ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным светом.

36. Устройство для обнаружения участка рельефного материала на поверхности защищаемого документа, содержащее:

по меньшей мере, один источник излучения для освещения, с соответствующим наклонным лучом излучения, поверхности защищаемого документа, установленной в инспекционное положение так, что любой рельефный материал на поверхности защищаемого документа отражает излучение, вызывая отражение и/или тень, образованную, по меньшей мере, от одного края рельефного материала;

по меньшей мере, один детектор излучения, для получения изображения освещенной поверхности защищаемого документа; и,

процессор, выполненный с возможностью обработки изображения, полученного от детектора излучения так, чтобы идентифицировать наличие на поверхности защищаемого документа рельефного материала, посредством идентифицирования местоположения материала, используя упомянутое отражение и/или тень от упомянутого, по меньшей мере, одного края.

37. Устройство по п.36, в котором каждый источник излучения выполнен так, чтобы генерировать луч, по существу, коллимированный в направлении, по существу параллельном с нормалью к поверхности защищаемого документа.

38. Устройство по п.36, в котором источник излучения расположен на противоположных сторонах защищаемого документа.

39. Устройство по п.36, в котором множество источников излучения расположены, по существу, вдоль линий к одной или более сторонам поверхности защищаемого документа.

40. Устройство по п.37, в котором ряд источников излучения вместе входят в состав общего протяженного источника, имеющего множество апертур, рассредоточенных по его длине.

41. Устройство по п.37, в котором обеспечено множество источников излучения, охватывающих защищаемый документ.

42. Устройство по п.41, в котором источники входят в состав общего охватывающего источника, имеющего множество апертур, рассредоточенных по его длине.

43. Устройство по п.36, в котором источники излучения расположены, по существу, в плоскости параллельной поверхности защищаемого документа.

44. Устройство по п.36, в котором поверхность защищаемого документа определяется нормалью к плоскости и, в котором, по меньшей мере, один источник излучения выполнен так, чтобы создать испускаемый луч, который определяет большой угол относительно нормали к плоскости.

45. Устройство по п.44, в котором источник излучения выполнен так, что угол луча с нормалью к плоскости составляет 80° или больше.

46. Устройство по п.36, в котором поверхность защищаемого документа определяется нормалью к плоскости и, в котором, по меньшей мере, один детектор излучения расположен, чтобы принимать излучение, следующее по пути, определяющего небольшой угол относительно нормали к плоскости.

47. Устройство по п.46, в котором небольшой угол составляет 10° или меньше.

48. Устройство по п.36, в котором детектор излучения расположен, чтобы принимать зеркально-отраженное излучение, и где второй детектор излучения расположен, чтобы принимать диффузно-отраженное излучение.

49. Устройство по п.36, в котором, по меньшей мере, один детектор расположен на обратной стороне защищаемого документа относительно материала так, что обнаруживаемое излучение пропускается через защищаемый документ до получения.

50. Устройство по п.36 дополнительно содержит источник излучения для размещения таким образом, чтобы создавать яркое поле изображения, освещая защищаемый документ испускаемым лучом вдоль или под небольшим углом к нормали к поверхности защищаемого документа.

51. Устройство по п.36, в котором каждый источник излучения является ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным источником излучения.

52. Устройство по п.36, в котором детектор излучения выбирается из группы: камера, матрица ПЗС или устройство линейного сканирования.

53. Устройство по п.36, в котором инспекционное положение включает в себя часть пути транспортировки защищаемого документа.

54. Устройство обработки банкноты, содержащее, по меньшей мере, один входной сборник; по меньшей мере, один выходной сборник, транспортную систему, выполненную с возможностью транспортировки банкнот от входного сборника или сборников вдоль пути транспортировки к выходному сборнику или сборникам; и устройство по п.37, расположенное вдоль транспортного пути для обнаружения рельефного материала на поверхности банкнот.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения участка рельефного материала на поверхности документа. Также раскрывается соответствующее устройство для осуществления способа.

Предшествующий уровень техники

Во многих различных приложениях предусматриваются документы, которые содержат участок с рельефным материалом. Как правило, это материал, который либо добавлен на поверхность документа преднамеренно, либо как результат деятельности третьей стороны. Зачастую, желательно иметь возможность обнаружения того, является ли подобный материал преднамеренным или случайным, формирует ли он часть документа или же прикреплен к нему. Одно специфическое применение, где такая процедура важна, находится в области безопасности документа.

Подобному типу рельефного материала соответствует клейкая лента, нанесенная на документы, такие как банкноты. Желательно иметь возможность обнаружить присутствие такой ленты автоматически, поскольку это может служить признаком повреждения документа и документ (такой как банкнота) может затем быть удален из оборота. Лента может также присутствовать в поддельных купюрах, таких как «составные купюры». Один подобный способ обнаружения ленты предоставлен в US 4525630, в котором фотодетекторы измеряют уровень света, отраженного зеркально и диффузно от участка документа, это сравнение дает возможность обнаружить клейкую ленту из-за отличия ее отражающих свойств по сравнению с таковыми непосредственно от банкноты.

Несмотря на это, необходимо улучшить обнаружение подобного рельефного материала не только относительно типа материала, который может быть обнаружен, но также из-за все более изощренных обманщиков и других лиц, заинтересованных в обратной стороне безопасности документа. Поэтому существует потребность улучшить возможность обнаружения рельефного материала на документах.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения мы обеспечиваем способ обнаружения участка рельефного материала на поверхности документа, включающий освещение поверхности документа, по меньшей мере, одним наклонным испускаемым лучом, так что любой рельефный материал на поверхности документа отражает излучение, формируя изображение поверхности, содержащую рельефный материал, используя, по меньшей мере, один детектор излучения и обработку изображения для обнаружения существования на поверхности документа рельефного материала, при этом освещение вызывает отражение и/или тень, произведенную, по меньшей мере, от одного края рельефного материала, и при этом этап обработки обнаруживает местонахождение материала, используя упомянутое отражение и/или тень, по меньшей мере, от одного края.

Мы выяснили, что существование рельефного материала может быть успешно обнаружено очень эффективным и точным способом, используя излучение, падающее на поверхность документа под углом, в сочетании с обнаружением изображения документа, освещенным подобным способом, и последующей обработкой данных изображения.

По существу, изображение обрабатывается для обнаружения существования, иначе говоря, присутствия рельефного материала. Естественно, обнаруживается не только существование материала, также при соответствующей обработке обнаруживается его местонахождение.

Типы документов, которые могут использоваться с настоящим изобретением, включают, в основном, негнущиеся документы, такие как коробки или иные контейнеры, хотя, как правило, изобретение находит особое применение с относительно тонкими гибкими документами, такими как листовые материалы. Предпочтительно поверхность документа является в значительной степени плоской, по меньшей мере, во время этапов освещения и получения изображения (в случае с тонкими документами), так как это обеспечивает относительно большой, одновременно отображаемый участок документа. Во многих случаях освещение вызывает отражение, по меньшей мере, от одного края материала и поэтому этап обработки, в подобных случаях, лучше приспособлен для обнаружения местоположения материала, используя идентифицированное отражение, по меньшей мере, от одного края. Освещение может также, или вместо этого, вызвать появление тени, по меньшей мере, от одного края и в этом случае этап обработки сможет обнаружить местоположение материала, идентифицируя положение тени. Предпочтительна комбинация каждого из этих двух вышеописанных способов. Таким образом, рельефный материал может включать материал, добавленный к документу после обработки документа. Рельефный материал может включать материал, прикрепленный к поверхности документа третьей стороной, кроме изготовителя документа или конструктора.

Вообще, изобретение наиболее эффективно, когда используются большие углы между нормалью к плоскости, определяющей поверхность документа, и источником освещения (следовательно, около 90°), пока не достигнется хороший контраст между рельефным материалом и близлежащей поверхностью документа. Предпочтительно, такой угол равен 70° или выше, и, более предпочтительно, - 80° или выше.

Способ также предпочтительно выполняется, используя источник излучения с высоким углом коллимирования, по меньшей мере, в направлении, в значительной степени параллельном нормали к поверхности документа. Коллимирование в плоскости, по существу параллельной той же, что и поверхность документа, может также обеспечить улучшенное обнаружение рельефного материала.

Хотя мог быть использован одиночный локализованный источник излучения, в связи с этим эффективно действующий как локализованный или даже как точечный источник, предпочтительно обеспечить множество испускаемых лучей, распространяемых в одном или более направлениях. Они могут быть обеспечены при помощи множества излучающих источников в качестве индивидуальных источников излучения или же они могут действовать совместно как общий рассредоточенный источник, обычно распространяющийся в одном или более направлениях. Испускаемые лучи могут поэтому быть обеспечены от источников излучения, расположенных, в основном, вдоль линий к одной или более сторонам поверхности документа.

Кроме того, испускаемые лучи могут быть обеспечены от источников излучения, расположенных в рассредоточенной манере вокруг поверхности документа. Однако во всех случаях целесообразно, чтобы источники излучения располагались в основном в плоскости, параллельной поверхности документа (и почти компланарной к тому же с тем, чтобы обеспечить большой угол). Это гарантирует, что любая и каждая из границ рельефного материала на поверхности документа может быть использована для идентификации положения рельефного материала.

Для того чтобы получить излучение, может использоваться ряд различных типов устройств, они обладают способностью получать изображение или путем механического сканирования, или, предпочтительнее, составляя фотоприемник, имеющий поле обзора, с тем чтобы получать излучение от различных частей документа и рельефного материала. В зависимости от особенностей устройства могут использоваться один или более датчиков (фотоприемников), хотя обычно каждый помещается так, чтобы получать излучение по пути, определяющего малый угол относительно нормали к плоскости специфической части поверхности исследуемого документа. Обычно такой малый угол составляет 10° или меньше относительно нормали к плоскости. Такой угол эффективно обеспечивает вид в плане на документ. Также должно быть отмечено, что детектор(ы) может, кроме этого, или в дополнение, быть размещен для получения отраженного излучения (как зеркально, так и диффузно) или переданного излучения, или, где обеспечен ряд детекторов, комбинации каждого из них. Для передающего детектора детектор размещается на противоположной стороне документа относительно рельефного материала так, что излучение детектора передается через документ до его получения.

В одном устройстве могут быть предусмотрены два детектора излучения, один из которых располагается так, чтобы обнаруживать свет, зеркально отраженный от поверхности документа, и другой, чтобы обнаруживать свет, диффузионно отраженный от поверхности документа, эти детекторы вместе производят соответствующие изображения, которые могут использоваться в специфических способах обработки изображения при осуществлении изобретения. Кроме того, при определенных обстоятельствах целесообразно продвигать изображение документа в «светлопольный» режим или позже, или одновременно. При этом источник излучения готов для обеспечения лучей освещения вдоль или под малым углом к нормали, определяющей проверяемый план документа. Полученное светлопольное изображение затем используется при последующей обработке.

Ряд способов обработки, подходящих для использования в изобретении, включают следующие основные этапы:

а) фильтрование изображения с краевым фильтром;

b) идентификация прямых линий кандидатов в пределах отфильтрованного изображения;

с) сравнение обнаруживаемых идентифицированных кандидатов с моделью рельефного материала, подлежащего обнаружению; и

d) определение местоположения материала, основываясь на сравнении.

Поэтому используется такая фильтрация края, чтобы сравнивать изображение с моделью, которая представляет ожидаемые физические особенности, предполагаемые быть обнаруженными в рельефном материале, представляющем интерес. Модель может включать предопределенный шаблон или «модель-эталон», содержащий данные, представляющие чистый или подлинный документ (такой как банкнота), включая данные, предоставляющие ожидаемые особенности, такие как линии, устройства безопасности или другие знаки, которые могли бы быть иначе неправильно идентифицированы как непрогнозируемый рельефный материал.

В случае использования зеркальных и диффузно-отраженных изображений этап обработки изображения может включать:

a) идентификацию участков кандидата, сравнивая зеркальное и диффузно-отраженное изображения;

b) фильтрацию зеркальных и/или диффузно-отраженных изображений краевым фильтром;

с) идентификацию прямых линий кандидатов в пределах отфильтрованного изображения;

d) сравнение идентифицированных кандидатов с моделью рельефного материала, подлежащего обнаружению; и

е) определение местоположения и материал, основываясь на сравнении.

Этап (с) может включать исключение присутствия кандидатов в пределах предопределенного шаблона.

В случае использования детекторов для зеркального и диффузного отражения сплошной участок рельефного материала, вероятно, будет вести себя иначе в отношении того, что касается собственного зеркального и диффузного отражения по сравнению с окружающим материалом. Сравнение между такими изображениями сможет обнаружить местонахождение, включая границы исследуемого материала.

В любом случае, принимая соответствующие условия освещения, рельефный материал может обеспечить яркое отражение от одного края, обращенного в направлении освещения, и тень от края, обращенного противоположно от направления освещения. В этом случае идентифицированные кандидаты могут быть разделены на положительных кандидатов, представляющих увеличенную интенсивность относительно фона, и отрицательных кандидатов, представляющих уменьшение в интенсивности относительно фона. Модель поэтому может быть адаптирована к поиску пар краев, таких, которые указывают, например, на присутствие полоски ленты. Способ также, предпочтительно, дополнительно содержит этап идентификации одного или более собственных краев документа и удаление их из кандидатов.

Как правило, способ дополнительно содержит анализ кандидатов, чтобы получить размерные данные, и использование размерных данных на этапе сравнения. Модель может поэтому включать в себя классификацию кандидатов в пары раздельных параллельных линий. В зависимости от модели кандидаты могут быть идентифицированы как одна или более прямых линий, нерегулярная (волнистая) линия или изогнутая линия. Модель может также включать в себя классификацию подобных линий, располагаемых в пределах предопределенного диапазона разделения и/или наличия предопределенного диапазона длины. Модель может дополнительно включать в себя классификации линий по формам, таким как прямоугольники. Модель может также дополнительно включать в себя рассмотрение резкости линий внутри изображения.

Также будет оценено то, что не весь материал, который может быть рельефным по отношению к основной поверхности документа, на самом деле составляет рельефный материал того типа, который представляет интерес для обнаружения, например, из-за дефектов материала, включая производственные дефекты на собственной поверхности, морщины и другое повреждение. Модель, предпочтительно, приспособлена к выполнению достаточного количества тестов и анализов для того, чтобы проводить различие между подобными дефектами и желаемой целью - рельефным материалом.

Рельефный материал может принимать множество форм, включая ленту, устройства безопасности (такие как голограмма), рельефную печать (такую как глубокая печать) и другую поверхностную декорацию. Обычно, однако, материал представляет тип, который выступает над плоской поверхностью документа и обеспечивает общий платовидный участок материала, рельефный по отношению к поверхности документа, плато, определяемое периферическими краями (ровными и/или искривленными).

Предпочтителен документ, являющийся ценным документом, таким как защищаемый документ, схожие документы, включая банкноты, чеки, сертификаты и документы идентификации (включая паспорта).

Настоящее изобретение также не ограничивается типом используемого излучения, хотя, как правило, предпочитается использовать ультрафиолетовое, видимое или инфракрасное излучение или любую их комбинацию.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения мы обеспечиваем устройство для обнаружения участка рельефного материала на поверхности документа, содержащее, по меньшей мере, один источник излучения для освещения с соответствующим наклонным испускаемым лучом, поверхность документа, установленную в инспекционное положение таким образом, что любой рельефный материал на поверхности документа отражает излучение, вызывая отражение и/или тень, произведенную от, по меньшей мере, одного края рельефного материала, по меньшей мере, один детектор излучения для получения изображения освещенной поверхности документа и процессор, выполненный с возможностью обработки принятого изображения от детектора излучения для того, чтобы идентифицировать наличие на поверхности документа рельефного материала, идентифицируя местоположение материала, используя упомянутое отражение и/или тень от упомянутого, по меньшей мере, одного края.

Поэтому это устройство пригодно для осуществления способа первого аспекта изобретения. Источники излучения могут принимать множество форм, включая лампы, лазеры, светодиоды и так далее. Предпочтительное коллимирование, по меньшей мере, в направлении, параллельном плоскости поверхности документа, может быть обеспечено апертурой или в результате использования специфического устройства (наличие врожденного коллимирования, например). Для осуществления изобретения может быть использован лазер, хотя, что касается других источников, и в особенности при использовании лазерного луча, может быть необходимым вызвать относительное перемещение между источником, документом и детектором, с тем чтобы отсканировать поверхность документа совместно с испускаемым лучом и гарантировать, что рельефный материал обнаружен, если существует.

Могут использоваться протяженные или составные источники с тем, чтобы устранить потребность в относительном перемещении, хотя относительное перемещение может по-прежнему дополнительно применяться. В случае двух источников, например, один может быть размещен на одной или другой стороне документа относительно плоскости инспекции, хотя каждый из них на самом деле лежит, например, выше поверхности, содержащей рельефный материал. Множество источников излучения могут также использоваться с тем, чтобы определить линию вдоль одной или более сторон поверхности документа, хотя они могут эффективно составить единственный общий источник для каждой линии. Чтобы обеспечить коллимирование вдоль плоскости поверхности проверяемого документа, предпочтительно, в случае рассредоточенного источника (либо от одного, либо более излучателей), чтобы множество обеспечиваемых апертур располагались вдоль длины линии, с тем чтобы ограничить ширину луча, падающего на поверхность документа в плоскости параллельной поверхности документа) от каждого источника или от каждой части источника.

В других случаях может быть желательным обеспечить кольцевое расположение источников излучения, чтобы они располагались вокруг нормали, определяющей рассматриваемое местоположение на поверхности документа. Такие источники могут обеспечиваться равноудаленно от нормали так, чтобы быть расположенными по кольцу или кругу, хотя это не является существенным. Предпочтительно обеспечение полного круга источников либо как множества источников, или как общего расширенного кругового источника такого, что испускаемый луч падает на документ со всех углов вокруг полного круга. Обычно множество апертур может быть распределено по длине такого рассредоточенного источника или источников с тем, чтобы ограничить ширину луча в плоскости документа в каждом случае.

Предпочтительно для всех источников излучения, однако, чтобы они были расположены, в значительной степени, в параллельной плоскости (хотя и не компланарной) с поверхностью документа. Источники излучения могут располагаться к тому же или, кроме того, так, чтобы вызвать зеркальное отражение излучения или диффузное отражение излучения соответственно. Как описывалось ранее, предпочтительно, чтобы излучатель располагался так, чтобы обеспечить ширину луча, по меньшей мере, 70° или более и предпочтительно 80° или более к нормали плоскости. Это обеспечивает «темную область» освещения. Если необходима дополнительная «светлая область» освещения, в этом случае может быть расположен источник излучения, чтобы обеспечить испускание лучей вперед или под небольшим углом (около 10° или меньше) к нормали, определяющей поверхность документа при инспекции.

По меньшей мере, один детектор излучения также, предпочтительно, размещается, чтобы принимать излучение, формирующее путь, определяющий небольшой угол (предпочтительно 10° или меньше) относительно нормали к поверхности. Составные детекторы излучения могут обеспечиваться, например, для приема излучения, обнаруженного зеркально и диффузно. Один или более детекторов излучения могут также располагаться, чтобы принимать излучение, переданное через документ. Они могут использоваться вместо или в дополнение к детекторам отраженного излучения. Пока различные источники излучения могут использоваться для производства ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света, детекторы излучения используются для получения изображений поверхности документа, когда расположены в положении инспекции и поэтому подобные детекторы излучения, каждый, включают в себя камеру, матрицу ПЗС, устройство линейного сканирования или иной фотоприемник.

В случае устройства полистовой обработки положение инспекции обычно содержит часть пути транспортировки документа, посредством чего многократные документы периодически становятся в положение инспекции для обнаружения рельефного материала. Последующая обработка документов обычно зависит от результата процесса обнаружения.

Особо предпочтительно, что устройство используется в устройстве обработки банкнот, включающем, по меньшей мере, один входной сборник, по меньшей мере, один выходной сборник и систему транспортировки, приспособленную для транспортировки банкнот от, по меньшей мере, одного входного сборника, вдоль пути транспортировки к, по меньшей мере, одному выходному сборнику. Устройство в соответствии со вторым аспектом изобретения может быть расположено вдоль пути транспортировки для обнаружения присутствия рельефного материала на поверхности банкнот.

Краткое описание чертежей

Описываются некоторые примеры способа и устройств в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых

Фиг.1 показывает первый пример для обнаружения ленты;

Фиг.2 показывает второй пример для обнаружения ленты, освещенной с двух сторон;

Фиг.3а показывает, как гладкая, блестящая поверхность отражает излучение;

Фиг.3b показывает, как шероховатые поверхности вызывают диффузное отражение;

Фиг.4 - вид сверху из точки источника излучения;

Фиг.5 показывает вытянутый коллимированный рассредоточенный источник;

Фиг.6 показывает кольцевое устройство источника;

Фиг.7 показывает пример использования волновода оптического диапазона;

Фиг.8 показывает обработку для обнаружения края;

Фиг.9 показывает различия между обнаружением ленты и морщин;

Фиг.10 показывает обработку края для морщин и ленты;

Фиг.11 - изображение с боковым освещением, иллюстрирующее видимость рельефного материала;

Фиг.12 - изображение, показывающее глубокие морщины в дополнение к матовой обработанной ленте;

Фиг.13 показывает дополнительное изображение с незначительными морщинами и матовой лентой;

Фиг.14 - передающееся изображение.

Описание примеров

Мы теперь обсуждаем способы и устройства для оптического обнаружения рельефных материалов (например, ленты, фольги или даже глубокой печати) на документах (например, банкнотах и ваучерах). Ключевые компоненты предложенного способа - «освещение темного поля» и последующий анализ изображения. Освещение темного поля подразумевает освещение стороны под довольно большим углом по отношению к нормали к поверхности документа (обычно 70° или больше). Это делает трехмерную структуру рельефного материала документа видимой при помощи эффектов, включающих:

1. Боковое освещение: при одиночном боковом освещении края рельефного материала, противостоящие направлению освещения, кажутся светлыми, края, противоположные освещению, кажутся затененными (темными);

2. Рассредоточенное боковое освещение: при рассредоточенном освещении все края рельефного материала в изображении будут казаться светлыми;

3. Измерение поверхностной шероховатости: различные поверхностные особенности (шероховатости) рельефного материала и открытого документа могут выдавать различные угловые распространения светового отражения и, таким образом, изменение интенсивности или изменение пространственных статистик интенсивности(текстуры) в рассматриваемом изображении.

Способ может использовать один или более из этих трех эффектов в комбинации.

Основанный на модели анализ предполагает рассмотрение интенсивности изображения и краев соответственно, а также и его вариантов, вытекающих из этого, отфильтрованных краев, отличить целевой материал, представляющий интерес, например, ленту, от других структур, таких как морщины.

Рассматриваемый способ приведет к наилучшим результатам с рефлексивным получением изображения в большинстве случаев, хотя передача может быть выгодна в отдельных применениях. В этом случае освещение не находится на той же самой стороне документа, где камера или датчик.

Некоторые примеры теперь описываются более подробно.

Пример 1: Маркировка края одиночным боковым источником (пары светлых и темных краев)

Фиг.1 показывает первый пример в терминах физического принципа работы, поскольку связан с оптикой. Документ (в этом случае банкнота) рассматривается сверху ПЗС камерой в попытке обнаружить клейкую ленту, закрепленную на поверхности документа. В качестве альтернативы камера может быть заменена линейным сканирующим устройством (камерой или контактным датчиком изображения) и банкнота перемещается перпендикулярно считываемой линии, позволяя линейному считывателю наблюдать различные последовательные полосы документа линию за линией.

В противоположность обычному изображению, стремящемуся минимизировать эффекты затенения, идеально освещая документ близко к 0° углу нормали к поверхности, освещение для обнаружения ленты, предложенное в настоящем изобретении, размещается так, что угол между освещением и нормалью документа достаточно близок к 90°, чтобы максимизировать эффект затенения, причиненный трехмерной структурой основы документа.

В такой конфигурации лента выявляется как прямоугольная структура с краями, противостоящими направлению освещения, кажущимися светлыми, и краями, противоположными освещению, кажущимися темными (затененными) на изображении. Даже для так или иначе почти невидимой (не блестящей) ленты этот тип освещения является, несомненно, раскрывающим структуру ленты.

Пример 2: Рассредоточенное освещение от двух или более сторон (светлые края)

Альтернативная Фиг.1 схема расположения показывается в примере на Фиг.2 с направленным освещением на обе стороны анализируемой площади под тем же самым углом. Как следствие, края любой стороны объекта будут казаться светлыми. Это дает преимущества, так как светлые края обычно легче обнаружить. Однако различие между противостоящими и противоположными краями в направлении от освещения пропадает.

Добавляя больше источников направленного света под тем же самым углом вокруг анализируемой площади, освещение, в конечном счете, станет кольцевым.

Пример 3. Блестящие отражения, заставляющие ленту казаться более темной

Независимо от выбора освещения, как описано выше (одностороннее или рассредоточенное), дополнительный, очень важный эффект наблюдается при таком освещении темного поля.

В зависимости от собственной структуры поверхности, любой материал обладает специфическим световым распределением отражения в сравнении с углом эмиссии (см. Фиг.3а и 3b). Вообще, гладкая поверхность концентрирует отражение под тем же самым углом падающего света к нормали к плоскости («блестящее» отражение), тогда как шероховатая или сложная структурированная поверхность может отражать свет почти во всех направлениях (диффузное отражение).

Следовательно, наблюдая объект под углом, достаточно отличающимся от падающего света, объект кажется более ярким, если его поверхность является шероховатой, и более темной, если он обладает гладкой поверхностью. В случае совершенного «блестящего» отражения объект может даже казаться полностью черным. Этот эффект может эксплуатироваться как показатель поверхностной шероховатости, используя отношение интенсивности, измеренной при темнополевом освещении, и интенсивностью, измеренной при освещении, параллельном нормали к поверхности (светлое поле).

Так как печатные документы обычно обладают очень прекрасно структурированной (шероховатой) поверхностью, объекты, прикрепленные к ним (в частности, лента), в большинстве случаев изменят поверхностную гладкость соответствующей зоны, сводящейся к прямоугольному пятну, проявляющемуся более темным, чем открытая поверхность.

Используя отношение интенсивностей, может быть устранен эффект поверхностного цвета. Результирующее изображение отношения можно назвать «изображением поверхностной шероховатости».

Если подлинность документа известна (например, отдельная банкнота), яркая область освещенного изображения фактически не нуждается в измерении во время выполнения, но может, предпочтительнее, быть сохранена в модели для комбинации с измеренным изображением темного поля.

При помощи дополнительного объяснения описываются различные схемы расположения источников излучения.

Схема расположения 1. Отображение края единственным боковым источником (пары светлых и темных краев)

Фиг.4 показывает один вариант схемы расположения освещения, используя одиночный точечный источник, как и в случае первого примера. Фиг.4 может рассматриваться как вид с камеры, с направлением обзора, в основном, вдоль нормали к поверхности документа. Лента, расположенная, как показано, на поверхности документа, может быть определена при использовании такой схемы размещения.

Схема расположения 2. Отображение края при помощи удлиненного источника (пары светлых и темных краев)

В качестве альтернативы может быть использована матрица направленных источников в качестве источника, расположенного перпендикулярно к нормали к поверхности. Они могут также использоваться и при осуществлении первого примера. Схема расположения показана на Фиг.5. Чтобы ограничить пространство, на котором каждый из источников производит распределенное излучение углов лучей поперечно плоскости документа, предусматривается большое количество апертур.

Расположение излучения под углом в 45° по отношению к ориентации прямоугольного документа является оптимальным для обнаружения горизонтальных или вертикальных лент. Однако диагональные ленты будут иметь края, параллельные направлению излучения, не дающие ни тени, ни яркого отражения от подобных краев (как показано на Фиг.5).

В случаях каждого из описанных здесь примеров источники излучения коллимируются в направлении, параллельном нормали плоскости, иначе говоря, волны излучения могут быть продуманы на наличие общих компонентов в направлении, параллельном нормали плоскости документа.

Схема расположения 3. Распространенное освещение (только светлые края)

Если замысел состоит в том, чтобы маркировать все края рельефного материала как светлые, возможна схема размещения та, что показана при кольцевом размещении на Фиг.6, гарантирующая, что все края равно освещены. Освещение может быть рассеяно перпендикулярно нормали поверхности, но должно быть снова направлено или коллимировано (как точечный источник) в направлении нормали к поверхности (как на Фиг.2).

Схема расположения 4. Схема расположения рассредоточенного освещения, создающего освещение краев

Для линейных камер и линейно-считывающих контактных датчиков изображения может быть предпочтительно использование двух тонких освещающих полосок (световодов или светодиодных матриц) для любой из двух сторон линии сканирования. Это проиллюстрировано на Фиг.7. К тому же точечный источник коллимированного характера в направлении нормали поверхности будет важен для сохранения особенности темнопольного освещения.

Теперь мы вернемся к тому, как может быть обнаружено изображение.

Обнаружение и обработка

Фиг.8 схематично описывает изображение края, полученное от первичной камеры считывания, проиллюстрированное на Фиг.4, после фильтрации, то, что названо здесь краевой окраской (см. ниже). Оно подходит и для схемы расположения относительно к примеру 1.

Вдобавок нижняя часть показывает одномерный план, эквивалентный одной строке обработанного изображения.

Способ обнаружения ленты, согласно этому примеру, главным образом включает следующие этапы:

1. Фильтрация изображения с краевым фильтром.

2. Преобразование Хога или любой другой способ обнаружения кандидатов для прямых линий в изображении.

3. Краевая окраска: сортировка краев на положительные (строгая локализация по увеличению яркости) и отрицательные (строгая локализация по уменьшению яркости) кандидаты. Этого можно достичь, рассматривая вторую производную изображения.

4. Выбор списка краев кандидатов в изображении. Это решение будет принимать во внимание структуру края документа без ленты (если это известно заранее).

5. Анализ структуры края в изображении в соответствии с моделью ленты.

Модель ленты, используемая для обнаружения, ссылается на одну или более из следующих характеристик:

1). Лента, почти во всех случаях, показывается близкой к прямоугольной структуре с, по меньшей мере, левой и правой сторонами, расположенными почти совершенно параллельно (в противоположность началу и концу ленты).

2). Пары параллельных краев структуры ленты должны включать положительный (яркий) и соответствующий отрицательный край (затененный).

3). Края ленты должны находиться в интервале между минимальной и максимальной шириной.

4). Лента - это приблизительно прямоугольный объект определенной минимальной длины.

5). Каждый край ленты обычно очень острый (соответствует пику определенной максимальной ширины при фильтрации изображения).

Обе ленты на документе и морщины основы документа создают края в изображении (Фиг.9) наряду с теневыми эффектами схожей интенсивности.

Однако следующие особенности позволяют морщинам быть исключенными из числа кандидатов в обработанном изображении:

i). Морщины имеют намного меньшую ширину, поэтому положительные и отрицательные края будут очень близки;

ii). Морщины, как правило, эквивалентные линии переменной ширины в отфильтрованном изображении края; и

iii). Морщины имеют, как правило, меньшую регулярность структуры, чем края ленты, т.е. не вполне прямолинейны.

Фиг.10 схематично изображает идею в аналогичном понимании с Фиг.8.

Обнаружение в случае Примера 2 работает схожим способом по отношению к вышеупомянутому в Примере 1 за исключением того, что невозможно пользоваться преимуществом краевой окраски для сведения краев в пару во время стадии анализа. Все другие характеристики моделирования по-прежнему применяются.

Обнаружение, использующее Изображение Поверхности Шероховатости, может использоваться в соответствии с Примером 3. Эффект потемнения гладкой (блестящей) поверхности при темнополевом освещении нарисует темное пятно в изображении поверхности шероховатости в случае рельефного объекта с подобной характеристикой поверхности, например, лента, будет ясно обозначаться как почти прямоугольная темная полоса.

Так как лента, вероятно, будет прозрачной, основной напечатанный образец документа будет все еще виден. В этом случае может быть предпочтительно использование инфракрасного излучения. Фиг.11 показывает, как «блестящая» лента может быть сделана видимой, используя темнополевое освещение, используя изображение поверхности шероховатости.

Во множестве методов, подобно основанным на сравнении краев, соответствующий алгоритм обнаружения будет сначала идентифицировать области кандидата для рельефных участков и затем сравнивать их с моделью (например, включение требований параллельности краев, диапазонов длины и ширины и т.д.)

Подобным образом должны быть приняты меры, чтобы избежать ложных результатов выбора, например, от морщин, дефектов печати, пятен и т.д.

Эффективность вышеупомянутого метода на Фиг.11 зависит от шероховатости поверхности ленты. В случае волшебной ленты, которая имеет шероховатую поверхность, местоположение ленты более трудно обнаружить, так как эта лента не приводит к существенному сокращению интенсивности в темнополевом изображении и может быть потеряна в присутствии других поверхностных эффектов и при печати. Однако волшебная лента может, как правило, обнаруживаться благодаря изменению местных статистик (структуры) интенсивности наблюдаемого изображения. В случае, если статистические данные не изменяются, тогда волшебная лента будет обнаружена, используя методы, основанные на сравнении краев, описанные выше. Фиг.12 показывает пример «неблагоприятного» сценария при темнопольном освещении с глубокими морщинами. Будет оценено, что матовое покрытие ленты в этом случае означает, что может потребоваться выделение края. Дополнительный пример применения ленты с матовым покрытием и меньшим сморщиванием показан на Фиг.13.

Фиг.14 демонстрирует, что может быть использована «передающая» схема расположения, рисунок, показывающий, в частности, краевые эффекты (верхняя часть центра изображения).