CH634411A5

CH634411A5 - Method for determining suitable optical wavelengths, for distinguishing test objects optically, and appliance required therefor and application of the method

Info

Publication number: CH634411A5
Application number: CH1048078A
Authority: CH
Inventors: Karl Jauch
Original assignee: Sodeco Compteurs De Geneve
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1978-10-10
Publication date: 1983-01-31
Also published as: DK427679A; SE454023B; DK150551C; DE2924605A1; SE7908324L; DK150551B; DE2924605C2

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 50 und eine Anwendung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit der für jede Art von Prüflingen, deren günstigste Arbeitswellenlängen zur Erzeugung eines einzigen, als Entscheidungsgrundlage dienenden.Signals verwendet werden können, wobei die Streuimg des Signales innerhalb der Gesamtheit 55 aller im Gutbereich liegenden Prüflinge möglichst klein, dessen Abstand zum Signal eines abzulehnenden Prüfobjektes oder einer Objektgruppe möglichst gross ist.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1,4 und 6 gekennzeichnet.

60 Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert.

Diese zeigt eine Seitenansicht einer Prüfeinrichtung für Banknoten. Mit 1 ist eine Lichtquelle mit breitem Spektrum bezeichnet, z.B. eine Xenonlampe mit einem Wellenlängenbe-6S reich von mindestens 300-1000 nm. Sie strahlt direkt auf ein Referenzobjekt 2 in Form einer weissen Fläche. Über dem Referenzobjekt kann als Prüfobjekt 3 z.B. eine Banknote eingeschoben werden. Drei Lichtleiter 4,5,6 erfassen die vom Refe-

3

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renzobjekt 2 bzw. vom Prüfobjekt 3 reflektierte Strahlung und leiten diese über je ein leicht auswechselbares optisches Filter 7, 8,9 zu je einem Lichtfühler 10,11,12. Jedes der Filter 7,8,9 lässt nur ein schmales Spektralband mit einer bestimmten mittleren Wellenlänge X passieren und jeder der Lichtfühler 10,11, 12 empfängt daher nur Licht der seinem Filter 7,8,9 entsprechenden Wellenlänge Xi, X2, X3. Statt — wie gezeichnet - drei verschiedene Wellenlängen zu erfassen, kann es vorteilhaft sein, eine grössere oder kleinere Anzahl von Wellenlängen - doch mindestens 2 - zu benutzen.

Die von den einzelnen Lichtfühlern 10,11,12 zufolge der zuerst vom Referenzobjekt 2 und anschliessend vom Prüfobjekt 3 reflektierten Strahlung erzeugten Signale werden einer in der Zeichnung nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt, welche die Signale miteinander in Beziehung setzt, ihre Unterschiede überhöht, sie normiert und sie über eine Diskriminator- bzw. Schwellwertschaltung mit wählbarer Entscheidungsgrenze digitalisiert, so dass am Ausgang der Auswerteeinheit eine Ja/Nein (Gut/Schlecht) Entscheidung erscheint. Die gleiche Auswerteeinheit dient sowohl der Bestimmung der für eine bestimmte Objektgruppe nötigen Wellenlängen der optischen Filter sowie deren Anzahl, als auch nach erfolgter Festlegung dieser Daten in der praktischen Anwendung zur Entscheidung, ob ein bestimmtes Prüfobjekt dieser Objektgruppe angehört oder nicht. Im vorliegenden Beispiel ist die Objektgruppe ein bestimmter Banknotenwert und die Prüfobjekte sind die einzelnen Banknoten.

Vorerst wird die Auswerteeinheit zur Erarbeitung der Prüfbedingungen so eingesetzt, dass sich möglichst signifikante Werte zur Gut/Schlecht-Unterscheidung ungleicher Prüfobjekte ergeben. Zu diesem Zweck bildet sie für jede Arbeitswellenlänge >■! bis kn nach dem Einschieben der entsprechenden Filter 7, 8, 9 und für jedes Prüfobjekt das Reflexionsverhältnis r'(X)=-

r (>0

- X r(/,) n j=i

In dieser Gleichung bedeutet n die Zahl der verwendeten Arbeitswellenlängen, im Beispiel also 3. Entsprechend den n Arbeitswellenlängen ergeben sich für jedes Prüfobjekt n Werte, 10 welche für eine Gut/Schlecht-Entscheidung nunmehr durch die Auswerteeinheit zur Bildung eines mathematischen Abstandes weiterverarbeitet werden und zwar nach der Beziehung:

15

= Vt i" (r'^H)2*

' n i=i

20

Jedes Prüfobjekt ist solchermassen durch seinen Unterschied des Abstandes d von dem an der Objektgrappe nach dem gleichen Rechenverfahren ermittelten arithmetischen Mittelwert von d gekennzeichnet.

Die Berechnung der Distanz d ist unter Veränderung der Arbeitswellenlängen X der optischen Filter und allenfalls von deren Anzahl n so lange zu wiederholen, bis sich ein möglichst aussagefähiges Resultat ergibt, d.h., dass die Distanz d für Objekte einer Objektegruppe, also z.B. einer Banknotensorte, kleine Werte annimmt, während Objekte ausserhalb der Objektgruppe, also andere Banknoten oder Fälschungen, möglichst grosse Wert für d ergeben sollen.

30

Für die günstigste Wahl der optischen Filter kann ein vom Rechenwerk gesteuerter Koordinatenschreiber, der die Kurven für r = f(X.), r' = f(X) aufzeichnet von Nutzen sein.

R=fM,

das heisst den Quotienten zwischen dem Messwert am Referenzobjekt und jenem am Prüfobjekt. Diese Messungen werden an möglichst vielen Prüfobjekten der Objektgruppe, aber auch soweit möglich an Objekten, die von dieser Objektgruppe zu unterscheiden sind, durchgeführt. Die so erhaltenen Werte von R genügen noch nicht, um charakteristische Differenzen der Prüfobjekte unter sich klar hervorzuheben. Sie werden daher zweckmässigerweise in wenigstens einer mathematischen Transformation so umgeformt, dass der Mittelwert aller Messwerte einer Objektgruppe dem Wert 1 zustrebt.

In einer ersten Transformation bildet die Auswerteeinheit nach der Beziehung r(X)

R(X)

1 N

m I RiW

N St für jeden Wert von R der gewählten Wellenlängen X^ bis Xn eine vom Unterschied zwischen dem Wert R des einzelnen Prüf-objekts und dem arithmetischen Mittel aller Werte von R einer Objektgruppe abhängige Variable r. Dabei bedeutet N die Anzahl der betrachteten Prüfobjekte, von denen der Wert R für eine bestimmte Wellenlänge X bestimmt wurde.

Um bei einem Banknotenprüfer der Tatsache Rechnung zu tragen, dass der Farbton einer Banknote mehr oder weniger nachgedunkelt ist, verwendet man mit Vorteil eine zweite Transformation zur Normierung der Werte gemäss der Beziehung

35 Sobald die besten Werte für die Filter und deren Anzahl gefunden sind, ist für die Objektgruppe durch Messung möglichst vieler Objekte ein Häufigkeitsdiagramm aufzunehmen und dessen Streuung zu bestimmen. Aufgrund der Resultate kann die Gut/Schlecht-Grenze d Six=Gut, d >x=Schlecht festgelegt 40 und an einer Diskriminator- bzw. Schwellwertschaltung mit wählbarer Entscheidungsgrenze der Auswerteeinheit zur Gut/ Schlecht-Entscheidung eingestellt werden.

Das Prüfverfahren beschränkt sich nicht nur auf die Prüfung 45 von Banknoten oder ähnlichen Papierblättern. Es kann für die Unterscheidung beliebiger Gegenstände angewandt werden, die sich durch sichtbare Farbdifferenzen oder durch spektrale Unterschiede ausserhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereiches unterscheiden. Zu denken ist hier beispiels-50 weise an das Sortieren landwirtschaftlicher Produkte, wie Kaffeebohnen, Erbsen usw. in Gut und Ausschuss oder an die Feststellung eines genügenden oder ungenügenden Röstungsgrad solcher Produkte, wobei im letztgenannten Fall die Entscheidung nicht zwischen einem Einzelobjekt und einer Objektgrup-53 pe, sondern zwischen zwei Objektgruppen zu fällen ist, bei denen die Unterschiede ihrer Mittelwerte von d für den Gut/ Schlecht-Entscheid massgebend sind.

Bei gewissen Objektgruppen ist es sinnvoll, an Stelle des 60 Reflexionsgrades den Transmissionsgrad zu beurteilen. Man lässt die Lichtstrahlung dabei die Objekte durchdringen und beurteilt die Absorption. Die Lichtquelle 1 befindet sich dann auf der einen Seite und die Lichtleiter 4, 5,6 erfassen das Licht auf der gegenüberliegenden Seite des Prüfobjekts. Als Refe-65 renzgrösse kann hier die direkte Strahlung ohne Prüfobjekt er-fasst werden, oder es dient dazu ein Referenzobjekt.

Die beschriebene Unterscheidung von Prüfobjekten im Sinne der Erfindung gelingt auch unter Anwendung anderer Re-

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chenverfahren, wie sie der Stand der Technik dem Fachmann anbietet, wobei auch nichtlineare Umformungen infrage kommen.

Durch die mögliche Kombination frei wählbarer Arbeitswellenlängen lässt sich die beschriebene Vorrichtung für eine Vielzahl von Objekten verwenden und liefert dabei eindeutige

Unterscheidungsmerkmale. Für die Prüfung von Banknoten sind insbesondere die Aufdeckung spektraler Unterschiede ausserhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereiches interessant. Die Vorrichtung kann auch durch die Wahl 5 entsprechender Arbeitswellenlängen für die Feststellung metamerer Farben Verwendung finden.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

634 411 PATENTANSPRÜCHE

1 n

1 N

gebildet wird, in der N die Anzahl der betrachteten Objekte ist, von denen man die Werte von R für eine gewisse Anzahl von Wellenlängen X bestimmt hat, und dass ferner zur Normierung der Werte eine zweite mathematische Transformation nach der Beziehung r (X)

r'(X)=-

1. Verfahren zur Bestimmung geeigneter Lichtwellenlängen X zur Unterscheidung von Prüfungsobjekten, wobei durch Messung der Reflexion bzw. Absorption von Licht verschiedener Wellenlängen X an einer Referenzfläche als auch an einem Prüfobjekt durch Vergleich des sich für Licht verschiedener Wellenlänge ergebenden Verhältnisse R=f(X,), das durch Bildung des Quotienten zwischen dem Messwert am Referenzobjekt und jenem am Prüfobjekt ermittelt wird, die beide der gleichen Strahlung ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis R(X) gebildet wird, indem zuerst die infolge der vom Referenzobjekt (2) und anschliessend der vom Prüfob-jekt (3) reflektierten Strahlung erzeugten Signale einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, welche die Signale miteinander in Beziehung setzt, ihre Unterschiede überhöht und normiert und dass aus den so erhaltenen Signalen über eine veränderbare Schwelle eine digitale Gut/Schlecht-Entscheidung erzeugt wird.

— 2* r(^i)

n i = i gebildet wird, in welcher n gleich der Anzahl der verwendeten Arbeitswellenlängen X ist und dass ausserdem als mathematische Abstandsbildung die Beziehung d = VTi (r'M-l/

Y n i=i halb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereiches unterscheiden.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfobjekte (3) Banknoten sind.

5 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, mit einer einen grossen Spektralbreich umfassenden Lichtquelle, einem Referenz- und einem Prüfobjekt sowie mehreren, die Reflexion oder die Transmission über Lichtleiter erfassenden Lichtfühlern mit im Strahlengang angeordnete ten optischen Filtern, dadurch gekennzeichnet, dass die nur ein schmales Spektralband durchlassenden Filter (7, 8, 9) für jeden einzelnen Lichtfühler (10,11,12) leicht auswechselbar angeordnet sind und dass eine von den Lichtfühlern beeinflussbare Auswerteeinheit sowohl zur Bestimmung der Anzahl n und der 15 Arbeitswellenlängen X der optischen Filter (7,8,9) als auch zur Unterscheidung von Prüfobjekten vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzobjekt (2) eine gleichmässig annähernd weisse Fläche dient.

20 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit eine Diskriminator- bzw. Schwellwertschaltung mit wählbarer Entscheidungsgrenze zur Ausführung der Gut/Schlecht-Entscheidung zugeordnet ist.

verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n Arbeitswellenlängen Xl bis An ausgesucht werden, wobei n mindestens 2 beträgt, deren Verhältnisse R=f(A.) in wenigstens einer mathematischen Transformation umgeformt und so normiert werden, dass der Mittelwert aller transformierten Messwerte einer Objektgruppe dem Wert 1 zustrebt, dass ferner die mit n Arbeitswellenlängen ermittelten Werte einer mathematischen Abstandsbildung so unterzogen werden, dass sich für jedes der N Objekte nur ein zur Gut/Schlecht-Entscheidung verwendbarer, für nicht gleiche Objekte der Objektgruppen möglichst weit auseinander liegender Wert d ergibt, wobei durch Wahl von Werten für die Anzahl n und die Grösse der Arbeitswellenlängen X die gleiche Berechnung bis zur Ermittlung der grösstmöglichen Unterschiede zwischen fremden Objekten und einer Objektgruppe mehrmals durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste mathematische Transformation nach der Beziehung rW =

RW

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur optischen Entscheidung, ob ein bestimmtes Prüfobjekt (3) einer Objektgruppe angehört oder nicht, wobei die Prüfobjekte (3) irgendwelche Gegenstände sind, die sich durch sichtbare Farbdifferenzen oder durch spektrale Unterschiede ausserDie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung geeigneter Lichtwellenlängen zur optischen Unterschei-30 dung von Prüfobjekten sowie auf eine Anwendung des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 4 bzw. 6.

Es ist bereits bekannt, die Reflexion oder Transmission schmalbandiger Spektralbereiche von Licht, das auf ein Prüfob-35 jekt und gleichzeitig auf ein Referenzobjekt geworfen wird, durch einen einzigen Lichtfühler zu erfassen und dann durch eine Quotientenbildung aus Messwerten von verschiedenen Stellen des Prüfobjektes und des Referenzobjektes eine Gut/ Schlecht-Entscheidung zu treffen. Als Lichtquellen dienen ent-40 weder mehrere Quellen, die in verschiedenen Spektralbereichen strahlen, (CH-PS 573 634), oder eine einzige Lichtquelle mit breitem Spektrum und vorgeschalteten Lichtfiltern (CH-PS 541 840). Nachteilig ist dabei, dass die den Prüfverfahren einmal zugrunde gelegten Arbeitswellenlängen des Lichtes nicht 45 verändert werden können, so dass diese bekannten Einrichtungen für Prüfobjekte, die nur in einem oder mehreren bestimmten Spektralbereichen sicher unterschieden werden können, keine eindeutigen Gut/Schlecht-Entscheidungen liefern.