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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung dreidimensionaler erhabener Strukturen auf einer Oberfläche eines Dokumentes.
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Aus dem Journal „Microcomputer Applications" (1995) 18, Seiten 341 bis 354 geht ein Verfahren zur Ermittlung von dreidimensional erhabenen Strukturen, wie beispielsweise der Braille-Schrift beziehungsweise Blindenschrift, hervor. Bei diesem Verfahren werden von einer senkrecht zur Oberfläche des Braille-Dokumentes angeordneten Bilderfassungseinrichtung zwei Bilder erfasst, welche aufgrund von verschiedener Beleuchtung aus verschiedenen Richtungen von zwei Lichtquellen erzeugt werden. Dabei hat sich ein Einfallswinkel der Lichtstrahlung von der Lichtquelle als optimal herausgestellt, bei der die Lichtstrahlung quasi in der Horizontalen - also in der Ebene - des Braille-Dokumentes liegt und die Lichtquellen einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass sich im Idealfall die Braille-Punkte lediglich in der Richtung der Schattenbildung unterscheiden.
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Aus der
DE 10 2010 046 219 A1 geht des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von dreidimensional erhabenen Strukturen hervor. Dabei wird die Oberfläche des Dokumentes nacheinander unterschiedlich flächig, jedoch starr ausgeleuchtet und für jede der unterschiedlichen Beleuchtungen jeweils eine flächige Abbildung der Oberfläche des Dokumentes erfasst. Dabei werden aus vier verschiedenen Blickwinkeln vier Bildaufnahmen angefertigt, um nach einer Auswertung von diesen Bildaufnahmen eine Aussage über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Taktilität - also einer erhabenen Struktur, wie beispielsweise durch eine gelaserte Schrift - auszugeben.
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Aus der
US 2004/0099710 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung von Lötpunkten auf einer Leiterplatte bekannt. Dabei wird mit einem Auflicht auf diese Lötpunkte eine Reflektion erzeugt und in Abhängigkeit des reflektierten Lichtes ein Kamerabild des Lötpunktes erfasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer solchen erhabenen Struktur vorzuschlagen, bei denen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser dreidimensional erhabenen Strukturen einfach und schnell ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei welchem die Oberfläche des Dokumentes mit einer Auflichtbeleuchtung beaufschlagt wird, welche koaxial zu einer Strahlachse einer Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet ist. Dabei wird das Licht von einer Beleuchtungseinrichtung ausgegeben, welches zumindest abschnittsweise koaxial zur Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet wird und im Bereich der koaxialen Strahlführung als Auflicht auf die Oberfläche des Dokumentes auftrifft. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass nur eine einzige Aufnahme beziehungsweise Erfassung einer Abbildung der Oberfläche des Dokumentes erforderlich ist, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer dreidimensional erhabenen Struktur zu ermitteln. Dadurch kann die Zeitdauer für die Auswertung des Dokumentes verkürzt und somit ein höherer Durchsatz bei der Prüfung solcher Dokumente erzielt werden. Dadurch lässt sich eine Qualitätskontrolle der Taktilität - also der Erfassung einer taktilen Laserung in Form von dreidimensional erhabenen Strukturen - in einfacher Weise realisieren.
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Bevorzugt wird für die Existenzprüfung der Taktilität der dreidimensional erhabenen Struktur die Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung unter einem Winkel von 90° zur Oberfläche des Dokumentes ausgerichtet. Dadurch trifft das koaxiale Licht der Beleuchtungseinrichtung senkrecht auf die Oberfläche des Dokumentes auf und wird reflektiert, wodurch zum einen ein Überblenden von benachbarten nichttaktilen Strukturen erfolgen kann und diese fast unsichtbar oder unsichtbar gemacht werden. Zum anderen kann dadurch die Auswertung bezüglich dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Taktilität vereinfacht werden.
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Das von der Oberfläche des Dokumentes reflektierte Licht wird mit einer Verifikationssoftware der Auswerteeinrichtung ausgewertet. Dabei kann der Reflexionsgrad des die erhabene Struktur an der Oberfläche des Dokumentes rückreflektierten Lichtes ein Bewertungsmaßstab für die Existenzprüfung der Taktilität dienen. Ein von der Auflichtbeleuchtung koaxial zur Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung auf die Oberfläche gerichtetes Licht wird durch dreidimensional erhabene Strukturen im mittleren erhabenen Bereich rückreflektiert und von der Bilderfassungseinrichtung erfasst. Benachbarte Bereiche beziehungsweise Randbereiche der erhabenen Struktur reflektieren das einfallende Licht, ohne dass dieses durch die Bilderfassungseinrichtung erfasst wird, so dass eine optisch erkennbare Verschattung am Rand der dreidimensional erhabenen Struktur entsteht. Dadurch wird eine einfache Überprüfbarkeit der Taktilität ermöglicht.
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Die Auswertung des von der Oberfläche des Dokumentes an den erhabenen Strukturen reflektierten Lichtes wird mit einem Patternmatching-Verfahren durchgeführt, bei dem mit zunehmender Verringerung des Reflexionsgrades zum Rand der erhabenen Struktur eine zunehmende Verschattung ausgegeben wird. Dadurch kann mit nur einer einzigen Aufnahme die dreidimensional erhabene Struktur erfasst und ausgegeben werden.
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Bevorzugt wird mit der Verifikationssoftware von der zu prüfenden erhabenen Struktur ein Korrelationskoeffizient erfasst, der einem Vergleichswert gegenübergestellt und beim Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten prozentualen Korrelationswertes das zu erfassende Bild oder der zu erfassende Text beziehungsweise der Buchstabe oder die Zahl als erkannt ausgegeben wird. Dadurch kann beispielsweise mittels einer OCV-Software (Optical Character Verification-Software) mit Hilfe von Patternmatching ein Korrelationskoeffizient nicht nur als Maß für die Existenz der Taktilität verwendet werden, sondern auch für die Ermittlung der taktilen Schrift.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erkennen von dreidimensional erhabenen Strukturen auf einer Oberfläche eines Dokumentes zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gelöst, bei dem die Beleuchtungseinrichtung einen Strahlteiler umfasst, der eine Auflichtbeleuchtung, die von einer außerhalb einer Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung angeordneten Beleuchtungsquelle ausgegeben wird, koaxial zur Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung auf die Oberfläche des Dokumentes führt. Dadurch kann ein konstruktiv einfacher Aufbau ermöglicht werden, um die Existenz einer Taktilität, also einer dreidimensional erhabenen Struktur, auf der Oberfläche des Dokumentes zu erfassen.
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Der Strahlteiler kann in einem Winkel von 45° zur Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung an der Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein, wobei die Strahlachse der Bilderfassungseinrichtung senkrecht zur Oberfläche des Dokumentes ausgerichtet ist. Durch die 45°-Anordnung des Strahlteilers kann auf bestehende Komponenten zurückgegriffen werden, wobei gleichzeitig die koaxiale Ausrichtung der Auflichtbeleuchtung zur Erzeugung einer homogenen Ausleuchtung der gesamten Oberfläche des Dokumentes ermöglicht ist.
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Die Beleuchtungseinrichtung weist nur eine Beleuchtungsquelle auf. Dadurch kann eine Verringerung des Bauraumes erzielt werden. Die Beleuchtung ist bevorzugt als LED-Platine ausgebildet, wodurch eine weitere Reduzierung des Bauraumes ermöglicht ist.
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Zwischen der Beleuchtungsquelle und dem Strahlteiler der Beleuchtungseinrichtung ist bevorzugt ein Streuelement vorgesehen. Dadurch kann das von der Beleuchtungsquelle ausgegebene Licht als paralleler Lichtstrahl auf den Strahlteiler gerichtet werden, um einen homogenen Lichtstrahl als Auflicht zur Ausleuchtung der gesamten Oberfläche des Dokumentes zu erzielen.
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Bevorzugt wird für die Existenzprüfung der Taktilität eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera eingesetzt. Solche Kameras genügen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Strukturen zu erfassen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erkennen dreidimensional erhabener Strukturen auf einer Oberfläche eines Dokumentes,
- 2 eine schematisch vergrößerte Ansicht einer vereinfacht dargestellten erhabenen Struktur auf der Oberfläche des Dokumentes,
- 3 eine Ansicht auf eine erhabene Struktur gemäß 2 bei einer Auflichtbeleuchtung, und
- 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Struktur nach dessen Existenzprüfung.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 11 zur Erkennung von dreidimensional erhabenen Strukturen 12 auf einer Oberfläche 14 eines Dokumentes 15 schematisch dargestellt. Solche erhabenen Strukturen weisen beispielsweise entlang einer Oberflächennormalen der Oberfläche des Dokumentes Erhöhungen auf, die größer als eine allgemeine Oberflächenrauheit der Oberflächen sind. Beispielsweise kann es sich bei solchen erhabenen Strukturen um Text und/oder Bild handeln, welche mittels eines Lasers auf der Oberfläche des Dokumentes erzeugt werden. Ebenso kann die erhabene Struktur eine Braille-Schrift - also Blindenschrift - sein.
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Diese Vorrichtung 11 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 17 mit einer Beleuchtungsquelle 18, welche die Oberfläche 14 mit Licht beleuchtet. Unter „Licht“ wird elektromagnetische Strahlung verstanden, deren Wellenlänge im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Wellenlängenbereich liegen kann. Bevorzugt ist die Beleuchtungsquelle als LED-Platine ausgebildet. Das von der Beleuchtungsquelle 18 ausgegebene Licht wird über einen Strahlteiler 20 auf die Oberfläche 14 des Dokumentes 15 geführt. Zwischen dem Strahlteiler 20 und der Beleuchtungsquelle 18 kann ein Streuelement 21, insbesondere in Form einer Streuscheibe, vorgesehen sein, welche das in der Beleuchtungsquelle 18 ausgegebene Licht bündelt und als parallelen Lichtstrahl dem Strahlteiler 20 zuführt.
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Der Strahlteiler 20 ist in einem Strahlengang 23 einer Bilderfassungseinrichtung 24 angeordnet, wobei der Strahlengang 23 bevorzugt senkrecht zur Oberfläche 14 des Dokumentes 15 ausgerichtet ist. Zur koaxialen Führung des von der Beleuchtungsquelle 18 ausgegebenen Lichtes als koaxiales Auflicht auf die Oberfläche 14 des Dokumentes 15 ist der Strahlteiler 20 bevorzugt in einem Winkel von 45° zur Strahlachse 23 der Bilderfassungseinrichtung 24 angeordnet. Zur Erkennung von dreidimensional erhabenen Strukturen ist die Beleuchtungseinrichtung 17 mit nur einer Beleuchtungsquelle 18, mit einem Strahlteiler 20 sowie der Bilderfassungseinrichtung 24 mit einer Auswerteeinrichtung 25 erforderlich. Bei der Ermittlung der Taktilität befindet sich das Dokument 15 in Ruhe. Bei der Prüfung der Taktilität ist eine Veränderung der Lage und/oder der Position des Dokumentes 15 nicht vorgesehen. Zur Existenzprüfung von dreidimensional erhabenen Strukturen 12 wird von der Auswerteeinrichtung 25 eine Verifikation durchgeführt, bei der eine OCV-Auswertung oder vergleichbare Auswertung erfolgt, die mit Hilfe von Patternmatching das durch die Bilderfassungseinrichtung 24 erfasste und reflektierte Licht erfasst. Dies weist den Vorteil auf, dass eine geringe Anzahl von Komponenten erforderlich ist, die auch nur einen geringen Platzbedarf benötigen, um eine Ermittlung der Taktilität auf einem Dokument 12 durchzuführen.
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Das Dokument 15, welches ein Wert- oder Sicherheitsdokument sein kann, kann weitere Informationen enthalten, wie beispielsweise eine Information 27, welche gegenüber der Oberfläche 14 des Dokumentes 15 nicht erhaben und in diesem Dokument 15 vorhanden ist. Diese kann ebenso ein Schriftzug, ein Bild, eine Markierung, ein Sicherheitsmerkmal oder dergleichen sein, die jedoch gegenüber der Oberfläche 14 des Dokumentes 15 nicht hervortreten. Die Beleuchtungsquelle 18 sendet Licht aus, welche kurz vor dem Auftreffen auf der Oberfläche 14 des Dokumentes 15 koaxial zur Strahlachse 23 ausgerichtet ist und als Auflicht auftritt. Dadurch findet an der Oberfläche des Dokumentes in dem Bereich, in welchem die Struktur gegenüber der Oberfläche nicht erhaben ist, eine Totalreflexion statt. Dadurch werden die weiteren Informationen nahezu unsichtbar oder sogar unsichtbar gemacht.
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Durch die Einblendung des Lichts der Beleuchtungsquelle und Führung koaxial zur Strahlachse 23 der Bilderfassungseinrichtung kann auch die gesamte Oberfläche 14 des Dokumentes 15 gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Zur Erfassung des reflektierten Lichts von der Oberfläche 14 des Dokumentes 15 können zur Bilderfassung CCD- oder CMOS-Kameras eingesetzt werden.
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In 2 ist eine schematische Ansicht des Auflichts gemäß Pfeil 28, welches senkrecht zur Oberfläche 14 des Dokumentes auf die Oberfläche auftritt sowie das reflektierte Licht, dargestellt, wobei eine Totalreflexion gemäß Pfeil 29 und eine Reflektion des Lichts gemäß den Pfeilen 30 und einem Winkel an der Oberflächenkrümmung der Struktur 12 erfolgen, welches von der Bilderfassungseinrichtung teilweise oder nicht mehr erfasst wird.
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Aufgrund der Einbindung der Information 27 im Dokument 15 bleibt diese unberücksichtigt, das heißt, das einfallende Licht 28 wird an der Oberfläche total reflektiert, wie durch die Pfeile 29 dargestellt ist. Die erhabene Struktur hingegen bewirkt eine Streuung in der Reflektion des Lichtes. Diese Streuung des Lichtes wird zur Ermittlung der erhabenen Struktur verwendet, wie dies in Bild 3 näher dargestellt ist.
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Das senkrecht auf die Oberfläche 14 des Dokumentes 15 gerichtete Auflicht gemäß Pfeil 28 wird in der Mitte der Struktur gemäß Pfeil 29 reflektiert und von der Bilderfassungseinrichtung 24 erfasst. Mit zunehmender Krümmung der Struktur nach außen hin nimmt das Auflicht gemäß Pfeil 28 einen größeren Reflektionswinkel ein, so dass dieses nur teils oder nicht mehr von der Kamera erfasst wird und zum Rand der Struktur eine zunehmende Verschattung entsteht, wie aus 3 hervorgeht. Durch das Auswerteverfahren mit Hilfe von Patternmatching wird die Verschattung 32 ausgegeben, aus der hervorgeht, dass der mittlere helle Bereich der maximalen Erhöhung der Struktur 12 entspricht und mit zunehmenden Graustufen eine Oberflächenkrümmung der Struktur 12 abgebildet wird.
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Im Vergleich hierzu wird von der Information 27 ohne Taktilität ein Bild 34 ohne Verschattung ausgegeben, da das einfallende Licht gemäß Pfeil 28 der Auflichtbeleuchtung an der Oberfläche 14 des Dokumentes 15 gleichermaßen gemäß Pfeil 29 reflektiert und von der Bilderfassungseinrichtung 24 erfasst wird. Eine Verschattung aufgrund der Abnahme des Reflexionsgrades des Lichtes von der Auflichtbeleuchtung findet bei einer Information 27 ohne Taktilität nicht statt. Dadurch kann in einfacher Weise das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Taktilität geprüft werden.
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In 4 ist eine weitere Darstellung einer zu prüfenden Struktur 12 in Form eines Textes, wie beispielsweise einem Verfallsdatum, dargestellt. Ein äußerer Rahmen 36 stellt einen Suchbereich der Bilderfassungseinrichtung 24 dar. Ein um jede Ziffer des Verfalldatums gebildeter Rahmen 37 gibt aus, dass die gesuchte Position - also die Struktur 12 selbst - gefunden wurde. Aufgrund der Auswertung dieser jeweils ermittelten Struktur 12 wird ein Korrelationskoeffizient mittels der Verifikationssoftware ermittelt. Sofern ein Korrelationskoeffizient mit einer angemessenen Grenzschwelle von z. B. größer 70 % ermittelt wird, kann dieser als Maß für die Existenz der Taktilität zugrunde gelegt werden. Die im schwarzen Feld unterlegten Ziffern stellen die Ziffern dar, welche durch die Verifikationssoftware erkannt wurden und in einer Bildebene der Bildererfassungseinrichtung 24 zu sehen sind.
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Innerhalb des Rahmens 36, der den Suchbereich für die Strukturen 12 darstellt als auch außerhalb des Rahmens sind weitere Informationen oder Texte, wie beispielsweise „Berlin“, nur schwach zu erkennen, da diese aufgrund des Auflichts fast unsichtbar gemacht werden und die Existenzprüfung der Taktilität quasi nicht beeinflussen.
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Die vorstehend beschriebenen Merkmale der Erfindung sind jeweils für sich oder in Kombination erfindungswesentlich.
