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; DK150551C; SE7908324L; DK150551B; DE2924605A1; SE454023B; 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. The invention has for its object to provide a method 50 and an application of the method and an apparatus with which the most favorable working wavelengths can be used to generate a single signal, which serves as a basis for decision-making Signals within the totality 55 of all test specimens lying in the good area are as small as possible, the distance from which is as large as possible to the signal of a test object to be rejected or an object group.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1,4 und 6 gekennzeichnet. The invention is characterized in claims 1, 4 and 6.

60 Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below on the basis of the single drawing figure.

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- This shows a side view of a test device for banknotes. 1 denotes a light source with a broad spectrum, e.g. a xenon lamp with a wavelength range of 6S of at least 300-1000 nm. It shines directly on a reference object 2 in the form of a white surface. Above the reference object, test object 3 can e.g. a banknote can be inserted. Three light guides 4,5,6 record the

3 3rd

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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. Reference object 2 or radiation reflected by the test object 3 and conduct this via an easily replaceable optical filter 7, 8, 9 to a light sensor 10, 11, 12. Each of the filters 7, 8, 9 only allows a narrow spectral band with a specific mean wavelength X to pass, and each of the light sensors 10, 11, 12 therefore only receives light of the wavelength Xi, X2, X3 corresponding to its filter 7, 8.9. Instead of capturing three different wavelengths - as shown - it can be advantageous to use a larger or smaller number of wavelengths - but at least 2.

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. The signals generated by the individual light sensors 10, 11, 12 as a result of the radiation first reflected by the reference object 2 and then by the test object 3 are fed to an evaluation unit, not shown in the drawing, which relates the signals to one another, exaggerates their differences, normalizes them and it is digitized via a discriminator or threshold circuit with a selectable decision limit, so that a yes / no (good / bad) decision appears at the output of the evaluation unit. The same evaluation unit is used both to determine the wavelengths of the optical filters required for a specific object group and their number, and also to determine whether a specific test object belongs to this object group or not after this data has been determined in practical use. In the present example, the object group is a specific banknote value and the test objects are the individual banknotes.

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)=- For the time being, the evaluation unit is used to develop the test conditions in such a way that significant values for good / bad differentiation of unequal test objects are obtained. For this purpose it forms> ■ for every working wavelength! to kn after inserting the corresponding filters 7, 8, 9 and for each test object the reflection ratio r '(X) = -

r (>0 r (> 0

- X r(/,) n j=i - 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: In this equation, n means the number of working wavelengths used, in the example thus 3. Corresponding to the n working wavelengths, there are n values for each test object, 10 which are now further processed for a good / bad decision by the evaluation unit to form a mathematical distance, specifically after the relationship:

15 15

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

' n i=i 'n i = i

20 20th

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. Each test object is characterized in this way by its difference in the distance d from the arithmetic mean of d determined on the object group using the same calculation method.

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. The calculation of the distance d must be repeated by changing the working wavelengths X of the optical filters and, if necessary, their number n until a result that is as meaningful as possible is obtained, i.e. that the distance d for objects of an object group, i.e. e.g. a banknote type takes small values, while objects outside the object group, i.e. other banknotes or counterfeits, should give the greatest possible value for d.

30 30th

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. A coordinate recorder controlled by the arithmetic unit and recording the curves for r = f (X.), R '= f (X) can be useful for the cheapest choice of optical filters.

R=fM, 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. this means the quotient between the measured value on the reference object and that on the test object. These measurements are carried out on as many test objects as possible in the object group, but also as far as possible on objects that are to be distinguished from this object group. The values of R thus obtained are not yet sufficient to clearly emphasize the characteristic differences between the test objects. They are therefore expediently transformed in at least one mathematical transformation in such a way that the mean value of all measured values of an object group strives for the value 1.

In einer ersten Transformation bildet die Auswerteeinheit nach der Beziehung r(X) In a first transformation, the evaluation unit forms according to the relationship r (X)

R(X) R (X)

1 N 1 N

m I RiW 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. N St for each value of R of the selected wavelengths X ^ to Xn is a variable r dependent on the difference between the value R of the individual test object and the arithmetic mean of all values of R of an object group. N means the number of test objects under consideration, of which the value R was determined for a specific wavelength X.

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 In order to take account of the fact that the color of a banknote is more or less darkened for a banknote validator, it is advantageous to use a second transformation for normalizing the values according to the relationship

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. 35 As soon as the best values for the filters and their number have been found, a frequency diagram must be recorded for the object group by measuring as many objects as possible and its scatter determined. Based on the results, the good / bad limit d six = good, d> x = bad can be determined 40 and set on a discriminator or threshold circuit with a selectable decision limit of the evaluation unit for the good / bad decision.

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. The test procedure is not limited to testing 45 banknotes or similar sheets of paper. It can be used to distinguish any object that differs in visible color differences or in spectral differences outside the spectral range visible to the human eye. For example, one might think of sorting agricultural products, such as coffee beans, peas, etc., in good and reject, or to determine whether there is sufficient or insufficient roasting of such products. 53 pe, but between two object groups in which the differences in their mean values of d are decisive for the good / bad decision.

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. For certain object groups it makes sense to assess the transmittance instead of the 60 degree of reflection. The light radiation is allowed to penetrate the objects and the absorption is assessed. The light source 1 is then on one side and the light guides 4, 5, 6 detect the light on the opposite side of the test object. Direct radiation without a test object can be recorded here as a reference variable, or a reference object is used for this.

Die beschriebene Unterscheidung von Prüfobjekten im Sinne der Erfindung gelingt auch unter Anwendung anderer Re- The described distinction between test objects in the sense of the invention can also be achieved using other rules.

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chenverfahren, wie sie der Stand der Technik dem Fachmann anbietet, wobei auch nichtlineare Umformungen infrage kommen. Chen process, as the state of the art offers the expert, non-linear transformations are also possible.

Durch die mögliche Kombination frei wählbarer Arbeitswellenlängen lässt sich die beschriebene Vorrichtung für eine Vielzahl von Objekten verwenden und liefert dabei eindeutige Due to the possible combination of freely selectable working wavelengths, the described device can be used for a large number of objects and thereby delivers unique ones

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. Distinguishing features. For the examination of banknotes, the detection of spectral differences outside the spectral range visible to the human eye is of particular interest. The device can also be used by selecting 5 corresponding working wavelengths for the determination of metameric colors.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

634 411 PATENT CLAIMS

1 n

1 N

is formed, in which N is the number of objects under consideration, of which the values of R have been determined for a certain number of wavelengths X, and furthermore a second mathematical transformation according to the relationship r (X) for normalizing the values

r '(X) = -

1. Method for determining suitable light wavelengths X for differentiating test objects, whereby by measuring the reflection or absorption of light of different wavelengths X on a reference surface as well as on a test object by comparing the ratios R = f (X, ), which is determined by forming the quotient between the measured value on the reference object and that on the test object, which are both exposed to the same radiation, characterized in that the ratio R (X) is formed by first calculating the result of the reference object (2) and subsequently the signals generated by the test object (3) are fed to an evaluation device which relates the signals to one another, exaggerates and normalizes their differences and that a digital good / bad decision is made from the signals thus obtained via a variable threshold is produced.

- 2 * r (^ i)

n i = i is formed, in which n is equal to the number of working wavelengths X used and that the relationship d = VTi (r'M-l /

Distinguish Y n i = i half of the spectral range visible to the human eye.

5. Application of the method according to claim 4, characterized in that the test objects (3) are banknotes.

5 6. Device for performing the method according to claims 1 to 3, with a large spectral range light source, a reference and a test object and several, the reflection or transmission via light guide detecting light sensors with arranged in the beam path th optical filters, characterized that the filters (7, 8, 9), which only allow a narrow spectral band, for each individual light sensor (10, 11, 12) are arranged so that they can be easily replaced and that an evaluation unit that can be influenced by the light sensors is used both to determine the number n and the 15 working wavelengths X the optical filter (7,8,9) as well as to differentiate between test objects.

7. The device according to claim 6, characterized in that a uniformly approximately white surface serves as the reference object (2).

8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the evaluation unit is assigned a discriminator or threshold circuit with a selectable decision limit for executing the good / bad decision.

is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that n working wavelengths Xl to An are selected, where n is at least 2, whose ratios R = f (A.) Are transformed in at least one mathematical transformation and standardized so that the mean value of all transformed Measured values of an object group strive for the value 1, so that the values determined with n working wavelengths are subjected to a mathematical distance formation in such a way that for each of the N objects there is only one that can be used for good / bad decision and that is as far apart as possible for objects of the object groups that are not the same Value d results, whereby by choosing values for the number n and the size of the working wavelengths X the same calculation is carried out several times until the greatest possible differences between foreign objects and an object group are determined.

3. The method according to claim 2, characterized in that a first mathematical transformation according to the relationship rW =

RW

4. Use of the method according to one of claims 1 to 3 for optically deciding whether a specific test object (3) belongs to an object group or not, the test objects (3) being any objects which are distinguished by visible color differences or by spectral differences beyond the invention relates to a method for determining suitable light wavelengths for the optical differentiation of test objects as well as to an application of the method and a device for carrying out the method according to the preamble of claims 1 and 4 and 6 respectively.

It is already known to detect the reflection or transmission of narrow-band spectral ranges of light, which is thrown onto a test object and at the same time onto a reference object, by means of a single light sensor and then by forming the quotient from measured values from different locations of the test object and the reference object make a good / bad decision. Ent-40 serve neither as multiple sources that emit radiation in different spectral ranges (CH-PS 573 634), or as a single light source with a broad spectrum and upstream light filters (CH-PS 541 840). The disadvantage here is that the working wavelengths of light on which the test methods are based cannot be changed, so that these known devices for test objects, which can only be reliably differentiated in one or more specific spectral ranges, do not provide any clear good / bad decisions.