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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen zumindest einer Melierfaser einer Banknote. Weiterhin betrifft die Erfindung eine dementsprechende Banknotenbearbeitungsvorrichtung und eine Verwendung einer in einem Bild einer Banknote erkannten Melierfaser.
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Banknoten mit Melierfasern sind bekannt. Dazu werden dem Banknotensubstrat eingefärbte Fasern beigemischt, die bei entsprechender Einfärbung, beispielsweise unter UV-Licht, in verschiedenen Farben leuchten können. Melierfasern sind in Banknotenpapier eingebettete Sicherheitselemente, welche üblicherweise aus Viskose, Kunststoff oder Papier ausgebildet sind. Die Fasern sind für den Betrachter sichtbar oder unsichtbar. Unsichtbare Fasern werden beispielsweise erst unter Verwendung einer UV-Lampe erkennbar. Sie können in unterschiedlichen Farben leuchten.
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Melierfasern werden beispielsweise als Sicherheitsmerkmal verwendet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Melierfasern von Banknoten zuverlässiger zu erkennen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Banknotenbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest eine Melierfaser einer Banknote erkannt. Es werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Erfassen eines Bilds der Banknote;
- b) Auswählen von Intensitätswerten des Bilds anhand eines Intensitätsschwellwerts;
- c) Bestimmen zumindest einer zusammenhängenden Region von den ausgewählten Intensitätswerten;
- d) Bestimmen einer Länge der zusammenhängenden Region;
- e) Bestimmen einer Breite der zusammenhängenden Region;
- f) Bestimmen eines Verhältnisses von der bestimmten Länge zu der bestimmten Breite;
- g) Vergleichen des Verhältnisses mit einem Referenzverhältnis; und
- h) Erkennen der Region als die Melierfaser anhand des Vergleichs, insbesondere falls die Länge größer als die Breite ist.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Melierfasern durch Ausnutzung ihrer länglichen Eigenschaft zuverlässiger von anderen, weniger länglich ausgebildeten Elementen der Banknote erkannt werden können. Insbesondere wurde überraschend festgestellt, dass Melierfasern durch das Verhältnis von Länge zur Breite mit vergleichsweise hoher Zuverlässigkeit von anderen Objekten ähnlicher Größe auf der Banknote unterschieden werden können.
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Insbesondere ist die Länge im Fall, dass die Region ellipsenförmig oder ellipsenartig ist als Hauptachse ausgebildet. Die Breite ist in diesem Fall insbesondere als Nebenachse ausgebildet.
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Im Fall einer kreisförmigen oder nicht-ellipsenförmigen Region ist die Länge insbesondere die längste Strecke zwischen zwei Punkten auf dem Rand der Region. Die Breite schneidet insbesondere die Länge senkrecht und dazu zwei am weitesten voneinander entfernte Punkte auf dem Rand der Region.
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Das Bild kann einen Spektralkanal oder auch mehrere Spektralkanäle, beispielsweise im Infraroten Spektralbereich, aufweisen. Als der Intensitätswert wird insbesondere ein Wert eines Farbkanals eines Bildpunkts des Bilds ausgewählt.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Region als die Melierfaser erkannt wird, falls bei dem bestimmten Verhältnis die Länge mindestens doppelt, insbesondere mindestens dreimal, so lang ist wie die Breite. Dadurch kann die Melierfaser nochmal zuverlässiger erkannt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass im Schritt b) Intensitätswerte ausgewählt werden, welche heller sind als der Intensitätsschwellwert. Es wurde erkannt, dass die Melierfasern oftmals heller als ihr Hintergrund erscheinen. Durch die Auswahl der helleren Intensitätswerte kann eine günstige Vorauswahl getroffen werden. Die Melierfasern können dadurch wiederum zuverlässiger erkannt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass vor dem Schritt b) zumindest ein Farbkanal des Bilds ausgewählt wird und der Schritt b), insbesondere nur, mit dem zumindest einen ausgewählten Farbkanal durchgeführt wird.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass als der zumindest eine Farbkanal ein Farbkanal im sichtbaren infraroten Spektralbereich ausgewählt wird. Es wurde erkannt, dass die Melierfasern im sichtbaren infraroten Spektralbereich besonders zuverlässig erkannt werden können.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine Größe bzw. eine Fläche der Region bestimmt wird und die bestimmte Größe bzw. Fläche als ein Schritt g1), insbesondere nach dem Schritt g) und vor dem Schritt h), mit einer Referenzgröße verglichen wird. Die Größe bzw. Fläche wird insbesondere anhand der Anzahl der Bildpunkte der Region bestimmt.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Bild im Schritt a) mit zumindest einem Fluoreszenzsensor und/oder einem Phosphoreszenzsensor erfasst wird. Es wurde erkannt, dass Melierfasern oftmals fluoreszieren und/oder phosphoreszieren und diese Eigenschaft zur Erkennung genutzt werden kann. Durch die Erfassung des Bilds mit dem Fluoreszenzsensor und/oder dem Phosphoreszenzsensor kann die Melierfaser wiederum zuverlässiger erkannt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest ein Lumineszenzintensitätswert des Bilds erfasst wird und der erfasste Lumineszenzintensitätswert in einen Merkmalsraum eingetragen wird, wobei im Merkmalsraum ein statistischer Abstand, insbesondere der Mahalanobis-Abstand, zwischen dem Lumineszenzintensitätswert und einem Referenzintensitätswert bestimmt wird und der Schritt h) auch anhand des statistischen Abstands durchgeführt wird. Der Merkmalsraum ist vorzugsweise mindestens dreidimensional, vorzugsweise vieldimensional, insbesondere neundimensional, ausgebildet. Der Merkmalsraum wird beispielsweise durch verschiedene Farbkanäle und/oder Infrarotkanäle des Bilds aufgespannt. Die Intensitätswerte, beispielsweise von einem Lumineszenz-Farbkanal, werden in den Merkmalsraum eingetragen. Durch den ebenfalls im Merkmalsraum eingetragene Referenzintensitätswert kann der statistische Abstand bestimmt werden. Falls der statistische Abstand kleiner als ein Erkennungsgrenzwert ist, wird der Intensitätswert bzw. die Region als Melierfaser erkannt.
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In dem Merkmalsraum können beispielsweise auch andere maschinelle Klassifikatoren verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Banknotenverarbeitungsvorrichtung. Die erfindungsgemäße Banknotenverarbeitungsvorrichtung ist zum Erkennen einer Melierfaser einer Banknote mit folgenden Schritten eingerichtet:
- a) Erfassen eines Bilds der Banknote;
- b) Auswählen von Intensitätswerten des Bilds anhand eines Intensitätsschwellwerts;
- c) Bestimmen zumindest einer zusammenhängenden Region von den ausgewählten Intensitätswerten;
- d) Bestimmen einer Länge der zusammenhängenden Region;
- e) Bestimmen einer Breite der zusammenhängenden Region;
- f) Bestimmen eines Verhältnisses von der bestimmten Länge zu der bestimmten Breite;
- g) Vergleichen des Verhältnisses mit einem Referenzverhältnis; und
- h) Erkennen der Region als die Melierfaser anhand des Vergleichs, insbesondere falls die Länge größer als die Breite ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer in einem Bild einer Banknote bestimmten Melierfaser zum Ausmaskieren eines Prüfbereichs eines Prüfbilds der Banknote.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Banknotenverarbeitungsvorrichtung. Die gegenständlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Banknotenverarbeitungsvorrichtung sind dazu ausgebildet, die jeweiligen Schritte des Verfahrens auszuführen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Banknotenbearbeitungsvorrichtung mit einer Bilderfassungseinheit und einer Auswerteeinheit;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines mit der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Bilds mit Regionen, welche heller als ein Intensitätsschwellwert sind;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Region mit einer Höhe und einer Breite; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Merkmalsraums mit Lumineszenzintensitätswerten des Bilds.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Banknotenverarbeitungsvorrichtung 1. Die Banknotenbearbeitungsvorrichtung 1 weist eine Fördereinheit 2 und eine Erkennungseinheit 3 auf.
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Die Fördereinheit 2 ist dazu eingerichtet eine Banknote 4 zu transportieren. Mit der Fördereinheit 2 kann die Banknote 4 an der Erkennungseinheit 3 vorbei transportiert werden. Die Fördereinheit 2 kann beispielsweise als Transportband ausgebildet sein.
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Die Erkennungseinheit 3 weist gemäß zum Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinheit 5, einen Phosphoreszenzsensor 6, einen ersten Fluoreszenzsensor 7 und einen zweiten Fluoreszenzsensor 8 auf. Vorzugsweise ist jeder Sensor dazu ausgebildet drei Farbkanäle, insbesondere rot grün und blau, zu erfassen. Der erste Fluoreszenzsensor 7 ist vorzugsweise mit einer kurzen Integrationszeit für sehr helle Bereiche der Banknote 4 ausgebildet und der zweite Fluoreszenzsensor 8 ist vorzugsweise mit einer längeren Integrationszeit als der erste Fluoreszenzsensor 7 ausgebildet.
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Die Auswerteeinheit 5 ist zur Auswertung von Sensordaten, insbesondere von Sensordaten der Sensoren 6, 7, 8, ausgebildet.
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2 zeigt ein Bild 9 der Banknote 4. Das Bild 9 weist eine Vielzahl von (in der Fig. nicht dargestellten) Intensitätswerten 10 auf. Ein Intensitätswert der Intensitätswerte 10 ist insbesondere ein Farbwert eines Farbkanals eines Bildpunkts des Bilds 9. Das Bild 9 kann mehrere Farbkanäle, beispielsweise rot, grün und blau aufweisen.
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Das Bild 9 kann entweder als zusammengesetztes Bild von den Sensordaten des Phosphoreszenzsensors 6, des ersten Fluoreszenzsensor 7 und des zweiten Fluoreszenzsensor 8 ausgebildet sein oder aber lediglich durch nur einen Farbkanal eines der Sensoren 6, 7, 8 ausgebildet sein. Es kann auch beispielweise sein, dass die Daten eines Sensors einzeln verarbeitet werden und ein Verfahren zum Erkennen einer Melierfaser 40 bei den Bildern der jeweiligen Sensoren einzeln angewendet wird.
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Das Bild 9 kann auch als eine Kombination der Farbkanäle zu einem neuen gemeinsamen Kanal, beispielsweise durch gewichtete Grauwert der Farbkanäle Rot, Grün, Blau, vorliegen.
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In dem Bild 9 werden zusammenhängende Regionen 11 bestimmt. Dazu werden Intensitätswerte 10 des Bilds anhand eines Intensitätsschwellwerts ausgewählt. Die ausgewählten Intensitätswerte werden dann als zusammenhängende Region 11 bestimmt, falls die Region eine bestimmte Anzahl an Intensitätswerten über dem Intensitätsschwellwert aufweist. Die Intensitätswerte 10 der Region 11 werden der jeweiligen Region beispielsweise zugeordnet, falls diese über eine vierer Nachbarschaft oder eine achter- Nachbarschaft unmittelbar aneinander angeordnet sind. Die zusammenhängenden Regionen 11 weisen also insbesondere eine Mehrzahl von Intensitätswerten 10 auf, welche alle über dem Intensitätsschwellwert liegen.
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Alternativ kann es kann auch sein, dass diejenigen Intensitätswerte ausgewählt werden, welche unterhalb des Intensitätsschwellwerts liegen.
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3 zeigt eine Region der Regionen 11. Der Einfachheit wird die folgende Beschreibung nur anhand von einer Region der Regionen 11 durchgeführt. Das Vorgehen ist aber auf die Mehrzahl der Regionen 11 übertragbar. Es ist demnach nur noch die Rede von der Region 11.
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Die Region 11 weist eine Länge 12 und eine Breite 13 auf. Die Länge 12 ist insbesondere der größte Abstand zwischen zwei Punkten auf der Kontur der Region 11. Die Breite 13 ist dabei vorzugsweise senkrecht zur Länge 12 ausgebildet und erstreckt sich ebenfalls zwischen den unter dieser Bedingung am weitesten voneinander entfernten Punkten auf der Kontur der Region 11.
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Mit anderen Worten kann das Verhältnis von der Länge 12 zur Breite 13 auch als Exzentrizität der Region 11 beschrieben werden. Es kann die Region dann beispielsweise als eine Ellipse modelliert werden, von welcher die Exzentrizität bestimmt wird. Ist die Exzentrizität dann beispielsweise größer als ein Exzentrizitätsschwellwert, wird die Region als Melierfaser 40 erkannt. Der Exzentrizitätsschwellwert kann bei einem Exzentrizitätswertebereich von 0 bis 1, wobei 1 der größten Exzentrizität entspricht und 0 der kleinsten Exzentrizität entspricht, wie beispielsweise einem Punkt, beispielsweise mindestens 0,9 betragen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Merkmalsraums 14. In dem Merkmalsraums 14 sind die erfassten Intensitätswerte 10 eingetragen. Weiterhin ist ein Referenzintensitätswert 15 eingetragen. Der Referenzintensitätswert 15 kann beispielsweise auch als Referenzintensitätslinie oder Referenzintensitätsebene oder Referenzintensitätsraum in den Merkmalsraum 14 eingetragen werden.
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Der Merkmalsraum 14 ist vorliegend aus Gründen der Anschaulichkeit zweidimensional dargestellt, vorzugsweise ist der Merkmalsraum aber mehrdimensional ausgebildet. So kann der Merkmalsraum 14 beispielsweise neun Dimensionen oder mehr aufweisen.
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Von dem Referenzintensitätswert 15 ausgehend wird dann gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils überprüft, ob die Intensitätswerte 10 innerhalb einer Klassengrenze 17 sind. Dazu wird ein statistischer Abstands 16 genutzt Falls der statistische Abstand 16 vom Referenzintensitätswert 15 zum jeweiligen Intensitätswert 10 kleiner ist als der Abstand vom Referenzintensitätswert 15 zur Klassengrenze 17, wird der jeweilige Intensitätswert 10 als zur Melierfaser 40 zugehörig betrachtet. Die Klassengrenze 17 trennt vorliegend insbesondere die Klasse Melierfaser von der Klasse Nicht-Melierfaser.
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Der statistische Abstand 16 kann beispielsweise als die Mahalanobis-Distanz vorliegen.
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Zur Auswertung des Merkmalsraums 14 kann beispielsweise auch ein Verfahren wie Support Vector Machine (SVM) genutzt werden.
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Das Verfahren zum Erkennen der Melierfaser 40 kann dann beispielweise wie folgt ablaufen. Die Banknote 4 wird innerhalb der Banknotenverarbeitungsvorrichtung 1 mit der Fördereinheit 2 an der Erkennungseinheit 3 vorbeigeführt. Während dem Vorbeiführen wird von der Banknote 4 ein Bild 9 mit dem Phosphoreszenzsensors 6 und oder dem ersten Fluoreszenzsensor 7 und oder dem zweiten Fluoreszenzsensor 8 aufgenommen. Das Bild 9 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel anschließend durch die Auswertereinheit 5 ausgewertet. Dazu wird das Bild 9 dann beispielsweise bildkanalweise verarbeitet. Es können dann die Ergebnisse für jeden Bildkanal einzeln bestimmt werden und anschließend zusammengefasst werden. So kann die Melierfaser 40 beispielsweise nur in dem Bereich als erkannt gewertet werden, in welchem die Melierfaser 40 in einer Mindestanzahl von Farbkanälen, beispielsweise allen verfügbaren Farbkanälen, vorhanden ist beziehungsweise erkannt wurde.
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Es können aber auch alle Farbkanäle oder mehrere Farbkanäle gleichzeitig ausgewertet werden. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich nun auf einen einzigen Farbkanal.
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Zunächst wird ein Grauwertbild bzw. Intensitätswertbild aus dem jeweiligen Farbkanal des Bilds 9 gebildet. Das Intensitätswertbild wird anhand eines Intensitätsschwellwerts binarisiert. Das bedeutet, dass es nach Anwenden des Intensitätsschwellwerts nur noch zwei Werte im Bild 9 gibt, beispielsweise weiß und schwarz. Der Intensitätsschwellwert kann abhängig von der zu bearbeitenden Banknote angepasst werden.
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In einem nächsten Schritt werden die Intensitätswerte 10, welche auf einer gemeinsamen Seite des Intensitätsschwellwerts liegen, also beispielsweise größer als der Intensitätsschwellwert sind, mit Identifizierungsnummern versehen.
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Weiterhin werden die oberhalb des Intensitätsschwellwerts liegenden Intensitätswerte 10 zu Regionen 11 zusammengefasst. Beim Zusammenfassen der Regionen werden räumlich benachbarte Intensitätswerte 10 zusammengefasst.
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Anschließend werden die Regionen 11 anhand ihrer Anzahl von Intensitätswerten zur Weiterverarbeitung ausgewählt. Weiterverarbeitet werden lediglich Regionen, welche größer sind beziehungsweise mehr Intensitätswerte als eine Mindestanzahl von Intensitätswerten aufweisen.
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Von den ausgewählten Regionen 11 wird jeweils die Länge 12 und die Breite 13 bestimmt. Anhand der Länge 12 und der Breite 13 wird dann eine weitere Auswahl getroffen, welche mit Elongationsüberprüfung bezeichnet werden kann. Dabei wird das Verhältnis von der Länge 12 zur Breite 13 herangezogen. Ist dieses Verhältnis beispielsweise derart, dass die Länge 12 mindestens doppelt so groß wie die Breite 13 ist, so wird davon ausgegangen, dass die Region einer Melierfaser entspricht.
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Zur weiteren Überprüfung dieses Ergebnisses beziehungsweise der ausgewählten Regionen 11 können diese ferner in den Merkmalsraum 14 eingetragen werden beziehungsweise die Intensitätswerte 10 der Regionen 11 können in den Merkmalsraum 14 eingetragen werden. Im Merkmalsraum 14 wird dann anhand des statistischen Abstands 16 vom Referenzintensitätswert 15 zur Klassengrenze 17 bestimmt, ob die Intensitätswerte 10 innerhalb der Klassengrenze 17 oder außerhalb der Klassengrenze 17 liegen. Falls die Intensitätswerte 10 innerhalb der Klassengrenze 17 liegen, gilt die Überprüfung als erfolgreich und die Melierfaser 40 gilt als erkannt. Falls der jeweilige Intensitätswert 10 außerhalb der Klassengrenze 17 liegt, wird angenommen, dass die Region 11 keine Melierfaser darstellt beziehungsweise keiner Melierfaser entspricht.
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Mit anderen Worten wird also insbesondere überprüft, ob die Fläche der Region 11 klein ist und die Elongation kleiner als 0,9 ist. Hierdurch können auch punktförmige Fasern von länglichen Fasern unterschieden werden.
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Durch die Sensoren 6, 7, 8 können beispielsweise auch mehrfarbige Melierfasern erkannt werden. Es kann dann beispielsweise unterschieden werden zwischen einfarbigen Melierfasern und mehrfarbigen Melierfasern.
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Die erkannten Melierfasern 40 können dann beispielsweise genutzt werden, um eine Aufnahme der Banknote 4 für spätere Verarbeitungszwecke vor zu verarbeiten. Durch die Erkennung der Melierfaser 40 ist insbesondere die Position der Melierfaser 40 auf der Banknote 4 bekannt. Dadurch kann der Bereich der Melierfaser 40 im Bild 9 oder in einem weiteren Bild gekennzeichnet werden oder ausmaskiert werden.
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Bei der Ausmaskierung kann das Bild 9 oder das weitere Bild dann beispielsweise fehlerfreier in einem nächsten Schritt verarbeitet werden, da der nächste Schritt nicht mehr zu berücksichtigen hat, dass die Banknote 4 Melierfasern aufweist, welche in der nachfolgenden Verarbeitung beispielsweise störend sein können. So können die Melierfasern beispielsweise beim Erkennen von Verschmutzung, beispielsweise UV-Verschmutzung oder fluoreszierende Verschmutzung, hinderlich sein. Die Melierfasern können beispielsweise als Schmutzfleck fälschlicherweise erkannt werden, wodurch eine Banknote, welche eigentlich unverschmutzt ist als verschmutzt erkannt wird. Durch die erkannte Melierfaser 40 kann innerhalb des Schmutzerkennungsverfahrens beispielsweise in einem Vorverarbeitungsschritt die jeweilige Melierfaser 40 ausmaskiert werden. Es werden dann beispielsweise nur noch nicht ausmaskierte Bereiche der Banknote 4 auf Verschmutzung untersucht.
