DE19820057A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erkennung von Dokumenten im Durchlichtbetrieb - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Erkennung von Dokumenten im Durchlichtbetrieb

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Eberhard Ullrich
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Abstract

Bei der automatischen Dokumenterkennung werden Bilder eines zu erkennenden Dokuments (10) erzeugt und mit Musterbildern verglichen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das mit geringem Aufwand Dokumente in unterschiedlichen Ausrichtungen und mit in die Dokumente eingelasenen Erkennungsmerkmalen erkennt. Dies wird in einer Erkennungsvorrichtung (2) dadurch erreicht, daß ein Dichtlichtbild des zu erkennenden Dokuments (10) erzeugt wird, während dieses zwischen einer Beleuchtungseinheit (7) und einem Detektor (26) in einer Transportrichtung (12) befördert wird. Das Durchlichtbild enthält Informationen über die vom Detektor (26) abgewandte, die dem Detektor (26) zugewandte Seite und über das Innere des Dokuments (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung von Dokumenten, bei dem bzw. bei der jedes Dokument relativ zu einem Detektor bewegt wird, der die auf ihn auf­ treffenden Lichtinformationen in elektrische Signale wandelt, die binär abgespeichert werden und ein digitales Bild defi­ nieren.
Bekannte Erkennungseinrichtungen für Dokumente werten Bilder von Dokumenten aus, die durch Auflichtbeleuchtung erzeugt werden. Diese Einrichtungen bzw. Verfahren haben den Nach­ teil, daß sie Erkennungsmerkmale des Dokumentes, die in den Aufzeichnungsträger eingelassen sind und nicht an der Ober­ fläche sichtbar sind, z. B. Metallstreifen, nicht nutzen können. Verfahren nach dem Stand der Technik benötigen außer­ dem häufig eine Vorsortierung der zu identifizierenden Doku­ mente, da sichergestellt sein muß, daß die Dokumente der Erkennungsvorrichtung mit einer bestimmten Seite und einer bestimmten Ausrichtung zugeführt werden. Die Lage und die Ausrichtung werden durch das in einem Mustererkennungsverfah­ ren verwendete Musterbild des Dokumentes vorgegeben. Beim Einsatz zweier Leseköpfe kann das Dokument gleichzeitig von beiden Seiten erfaßt werden. Eine solche Vorgehensweise erhöht jedoch den Aufwand.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das mit geringem Aufwand Dokumente in unterschiedlichen Ausrich­ tungen und mit in die Dokumente eingelassenen Erkennungsmerk­ malen erkennt.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird das Dokument von der vom Detektor abgewandten Seite aus beleuchtet und ein Abschnitt des entstehenden Durchlichtbildes des Dokuments auf den Detektor abgebildet. Das Durchlichtbild enthält Informa­ tion sowohl über die vom Detektor abgewandte sowie die ihm zugewandte Seite als auch über das Innere des Dokuments. Die vom Detektor abgewandte Seite erscheint im Durchlichtbild spiegelverkehrt. Somit werden durch die Erfindung in nur einem Bild alle zur Erkennung notwendigen Informationen erfaßt. Es entfällt eine Vorsortierung und der Aufwand für die Aufnahme eines zusätzlichen Bildes von der vom Detektor abgewandten Seite des Dokuments. Weiterhin werden in den Aufzeichnungsträger eingelassene Merkmale, z. B. Metallstrei­ fen, im Durchlichtbild sichtbar. Das Verfahren eignet sich besonders zur Erkennung unterschiedlicher Sorten von Bankno­ ten, beispielsweise in einer automatischen Sortiervorrich­ tung. Die zum Sortieren der Banknoten nach Sorten benötigten Informationen werden durch das Verfahren schnell, ohne großen Aufwand und vollständig erfaßt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Dokument auf der vom Detektor abgewandten Seite mittels einer LED-Zeile beleuchtet, deren LEDs Infrarotstrahlung aussenden. Viele Dokumente haben großflächige, in einem Farbton gehaltene Aufdrucke. Diese absorbieren Licht im Spektralbereich ihrer Komplementärfarbe. Beispielsweise ist ein großflächig in blauem Farbton bedruckter Geldschein für gelbes Licht nahezu undurchlässig. Er lieferte bei Durch­ strahlung mit gelbem Licht ein sehr dunkles, kontrastarmes Durchlichtbild. Die Absorption von Infrarotstrahlung wird dagegen von der Farbgestaltung des Geldscheins nicht wesent­ lich beeinflußt. Der Kontrast im Durchlichtbild des Geld­ scheins bei Infrarotbestrahlung entsteht im wesentlichen durch Lichtstreuung. Beispielsweise haben mit Schriftzeichen bedruckte Stellen des Geldscheins eine höhere Dichte an Druckfarbe als nicht bedruckte Stellen. Erstere erscheinen aufgrund der an ihnen verstärkt auftretenden Streuung im Infrarot-Durchlichtbild dunkel, letztere erscheinen hell.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung wird der Detektor so angeordnet, daß auf ihn kein direk­ tes Licht der Lichtquelle auftrifft. Im Durchlichtbetrieb besteht die Gefahr, daß der Detektor überbelichtet wird, wenn direktes Licht der Lichtquelle auf ihn auftrifft. Überbelich­ tung des Detektors führt zu einer Verringerung des Kontrastes im Durchlichtbild. In Zeitabschnitten, in denen sich kein Dokument zwischen Lichtquelle und Detektor befindet, kann direktes Licht den Detektor schädigen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird abhängig von den elektrischen Signalen des Detektors ermittelt, ob das Dokument im Erfassungsbereich des Detektors liegt, und abhängig von den elektrischen Signalen des Detek­ tors das Abtasten des Dokuments gestartet. Durch diese Maß­ nahme wird der Aufwand für zusätzliche Detektoren eingespart, die speziell für die Überwachung des Erfassungsbereiches und das Erzeugen eines Startsignals zum Abtasten des Dokuments erforderlich sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Einrich­ tung zum Erkennen von Dokumenten gemäß Patentanspruch 10 angegeben. Diese Einrichtung zeigt die gleichen Vorteile wie das beschriebene Verfahren.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird als Ausführungsbei­ spiel der Erfindung eine Erkennungsvorrichtung zur automati­ schen Erkennung von Geldscheinen erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht der Erkennungsvorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht eines Teils der Erkennungsvorrichtung, und
Fig. 3 ein mit der Erkennungsvorrichtung erzeugtes Durchlichtbild einer Banknote über 1000 Norwegische Kronen (NKr).
In Fig. 1 ist der Aufbau einer Erkennungsvorrichtung 2 mit einer Beleuchtungseinheit 4, einer Leseeinheit 6 und einem Computer 8 dargestellt. Ein Geldschein 10 wird durch eine nicht dargestellte Transportvorrichtung längs einer Trans­ portrichtung 12 in einer Transportebene E2 befördert. Die Transportebene E2 liegt zwischen der Beleuchtungseinheit 4 und der Leseeinheit 6 und steht senkrecht zur Zeichenebene.
Die Beleuchtungseinheit 4 hat eine LED-Zeile 14 mit vier identischen LEDs, die in einer Ebene E4 und quer zur Trans­ portrichtung 12, d. h. senkrecht zur Papierebene angeordnet sind. Die Ebene E4 steht in einem Winkel α von etwa 40° zur Transportebene E2 und schneidet diese in einer Geraden, die quer zur Transportrichtung 12 verläuft. Vorrichtungen zur elektrischen Stromversorgung der LED-Zeile 14 sind nicht dargestellt. Jede der vier LEDs der LED-Zeile 14 strahlt beim Betrieb Licht der Wellenlänge 890 nm in einen Strahlkegel K2 mit einem Öffnungswinkel β von etwa 30° aus.
Die Leseeinheit 6 hat einen Lesekopf 16, der durch eine Verbindungsleitung 18 mit einer Erkennungselektronik 20 verbunden ist. Der Lesekopf 16, beispielsweise vom Typ "Zscan 3510" der Firma CGK, hat eine Eintrittsblende 22, eine Abbil­ dungsoptik 24 und eine CCD-Zeile 26 als Detektor. Die Ein­ trittsblende 22 liegt in einer Eintrittsebene E6, die paral­ lel zur Transportebene E2 verläuft. Die Abbildungsoptik 24 ist eine Kombination optischer Linsen (nicht dargestellt) und bildet einen Bildstreifen S2 des Geldscheins 10 in der Trans­ portebene E2 auf die CCD-Zeile 26 ab. Der Bildstreifen S2 des Geldscheins 10 wird unten anhand von Fig. 2 definiert. Die Abbildungsoptik 24 hat eine optische Achse G2, die senkrecht zur Transportebene E2 steht. Bedingt durch die Wirkung der Eintrittsblende 22 gibt es einen maximalen Öffnungswinkel γ, unter dem Licht vom Schnittpunkt der optischen Achse G2 mit der Transportebene E2 entlang einer Geraden G4 in der Ein­ trittsebene E6 in den Lesekopf 16 eintreten kann. Aufgrund des von der Eintrittsblende 22 beschränkten Öffnungswinkels γ und aufgrund der Anordnung der Beleuchtungseinheit 4 im Winkel a zur Transportebene E2 fällt kein Licht, das von der LED-Zeile 14 ausgestrahlt wird, auf die CCD-Zeile 26, wenn sich kein Geldschein 10 in der Erkennungsvorrichtung 2 befin­ det.
Die CCD-Zeile 26 liegt in einer Detektorebene E8, die paral­ lel zur Eintrittsebene E6 verläuft. Die CCD-Zeile 26 ist quer zur Transportrichtung 12 angeordnet, d. h. senkrecht zur Zeichenebene.
Die Erkennungselektronik 20, beispielsweise der Bausatz CRUG 3550 der Firma CGK, hat einen EPROM-Speicher 28 und ist über eine Leitung 30 mit dem Computer 8 verbunden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Beleuchtungseinheit 4, des Geldscheins 10 und des Lesekopfes 16 zueinander. Bei Betrieb erzeugt die LED-Zeile 14 einen Lichtstreifen S51 auf dem Geldschein 10. Der Lichtstreifen S1 ist quer zur Transportrichtung 12 auf wenige cm begrenzt. Der Öffnungswinkel β der Strahlkegel K2 der LEDs (vgl. Fig. 1) in der LED-Zeile 14 begrenzt die Ausdehnung des Lichtstrei­ fens S1 längs der Transportrichtung 12 auf wenige Millimeter.
Der Lesekopf 16 erfaßt durch die Wirkung der Eintrittsblende 22 nur einen Teil des Lichtstreifens S1, nämlich einen Bild­ streifen S2 auf dem Geldschein 10. Der Bildstreifen S2 wird quer zur Transportrichtung durch den begrenzten Öffnungswin­ kel γ des Lesekopfes 16 beschränkt.
Aufgrund der Fortbewegung des Geldscheins 10 entlang der Transportrichtung 12 wird beim vollständigen Durchlauf des Geldscheins 10 durch die Erkennungsvorrichtung 2 ein Ab­ schnitt S3 des Geldscheins 10 eingelesen. Dieser Abschnitt S3 erstreckt sich längs der Transportrichtung 12 über die ganze Länge des Geldscheins 10 und quer zur Transportrichtung 12 über die Länge des Bildstreifens S2.
Im folgenden wird die Funktion der Erkennungsvorrichtung 2 dargestellt. Durch die Wirkung der Transportvorrichtung. werden nacheinander einzelne Geldscheine 10 in der Transport­ ebene E2 längs der Transportrichtung 12 mit einer konstanten Geschwindigkeit von ca. 70 cm/s befördert. Während ein Geld­ schein 10 die Erkennungsvorrichtung 2 durchläuft, wird mit­ tels eines noch zu erläuternden Einleseverfahrens ein Durch­ lichtbild des Abschnittes S3 des Geldscheins 10 erzeugt und anschließend einem in der Erkennungselektronik 20 und im Computer 8 implementierten Mustererkennungsverfahren überge­ ben.
Im folgenden wird das Einleseverfahren beschrieben: Die Beleuchtungseinheit 2 sendet dauerhaft Strahlung aus. Die elektrischen Signale der CCD-Zeile 26 werden von der Erken­ nungselektronik 20 und dem Computer 8 ausgewertet und über­ wacht. Ist kein Geldschein 10 im Erfassungsbereich der Erken­ nungsvorrichtung 2, so trifft kein Licht auf die CCD-Zeile 26. Sobald Licht von der CCD-Zeile 26 detektiert wird, be­ ginnt die Erkennungselektronik 20 mit dem Auslesen und Spei­ chern der elektrischen Signale der CCD-Zeile 26. Aufgrund der anhand von Fig. 1 dargestellten Anordnung der LED-Zeile 14 ist sichergestellt, daß nur dann Licht auf die CCD-Zeile 26 auftrifft, wenn ein Geldschein 10 in den Erfassungsbereich der Erkennungsvorrichtung 2 eintritt und Licht in den Lese­ kopf 16 streut. Während der Geldschein 10 die Erkennungsvor­ richtung 2 in der Transportrichtung 12 durchläuft, wird er entsprechend seiner augenblicklichen Position von der Be­ leuchtungseinheit 4 entlang des Lichtstreifens S1 durchleuch­ tet. Der im Lichtstreifen S1 enthaltene Bildstreifen S2 wird mittels der Abbildungsoptik 24 auf die CCD-Zeile 26 abgebil­ det. Die elektrischen Signale der CCD-Zeile 26 werden von der Erkennungselektronik solange ausgelesen und gespeichert, bis der Geldschein 10 den Erfassungsbereich der Erkennungsvor­ richtung 2 verlassen hat. Wird von der CCD-Zeile 26 kein Licht mehr registriert, beendet ein Stoppsignal des Computers 8 das Einleseverfahren.
Das beim Einleseverfahren erzeugte Durchlichtbild hängt von der Lichtdurchlässigkeit des Abschnitts S3 des Geldscheins 10 ab. Die Lichtdurchlässigkeit wird beispielsweise durch ge­ druckte Zeichen und Bilder auf beiden Seiten des Geldscheins 10, oder durch einen in den Geldschein 10 eingelassenen Metallstreifen verringert. Die aufgedruckten Zeichen und Formen sowie die Lage und Ausdehnung des Metallstreifens sind für jede Geldscheinsorte charakteristisch und erlauben eine Identifizierung der Geldscheinsorte.
Die Identifizierung der Geldscheinsorte erfolgt durch ein hier nicht näher dargestelltes Mustererkennungsverfahren, dem durch den in der Erkennungselektronik enthaltenen EPROM- Speicher 28 Musterbilder zur Verfügung gestellt werden. Die Musterbilder können bei Inbetriebnahme der Erkennungsvorrich­ tung 2 mit dem oben dargestellten Einleseverfahren erzeugt werden.
Fig. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel ein von der Erkennungs­ vorrichtung 2 erzeugtes Durchlichtbild B eines Streifens eines Geldscheins. Bei dem Geldschein handelt es sich um eine Banknote über 1000 Norwegische Kronen (NKr). Die 1000 NKr- Banknote zeichnet sich durch einen im Auflichtbild nicht sichtbaren Metallstreifen aus, der vollständig in das Papier des Geldscheins eingelassen ist. Der Metallstreifen wird im Durchlichtbild B der Fig. 3 als schwarzer Streifen M nachge­ wiesen. Mit Schriftzeichen bedruckte Bereiche des Geldscheins sind ebenfalls deutlich im Durchlichtbild B als Bereiche R und V zu erkennen. Diese Bereiche R und V enthalten Aus­ schnitte von Wertangaben, die auf die Oberflächen des Geld­ scheins gedruckt sind. Im Bereich R ist das Bild heller und kontrastärmer als im Bereich V. Die im Bereich R abgebildeten Druckzeichen sind auf der dem Lesekopf 16 abgewandten Seite des Geldscheins aufgedruckt. Der am rechten Rand des Bildes B auftretende schwarze Streifen Z wird durch das Grafikprogramm erzeugt, mit Hilfe dessen das Bild B zu Demonstrationszwecken ausgedruckt wurde. Im Durchlichtbild des Erkennungsverfahrens tritt dieser Streifen Z nicht auf.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erkennen von Dokumenten,
bei dem jedes Dokument (10) relativ zu einem Detektor (26) bewegt wird, der die auf ihn auftreffenden Lichtinformationen in elektrische Signale wandelt, die binär abgespeichert werden und ein digitales Bild definieren,
das Dokument (10) von der vom Detektor (26) abgewandten Seite aus beleuchtet und zumindest ein Abschnitt (S3) des Durch­ lichtbildes des Dokuments (10) auf den Detektor (26) abgebil­ det wird,
und bei dem das vom Detektor (26) empfangene und binär ge­ speicherte Bild unter Verwendung eines Mustererkennungsver­ fahrens weiterverarbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor (26) eine CCD-Zeile oder eine CCD-Matrix verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dokument (10) auf der vom Detektor (26) abgewandten Seite mittels einer Lichtquelle (14), vorzugsweise einer LED- Zeile, beleuchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die LEDs der LED-Zeile (14) Infrarotstrahlung aussenden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (26) so angeordnet ist, daß auf ihn kein direktes Licht der Lichtquelle (14) auftrifft.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Durchlichtbildes auf seiten des Detektors (26) und/oder auf seiten der Lichtquelle (14) durch eine Blende rechteckförmig begrenzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von den elektrischen Signalen des Detektors (26) ermittelt wird, ob das Dokument (10) im Erfassungsbereich des Detektors (26) liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von den elektrischen Signalen des Detektors (26) das Abtasten des Dokuments gestartet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (26) und die Lichtquelle (14) fest angeordnet werden und das Dokument (10) am Detektor (26) vorbeigeführt wird.
10. Einrichtung zum Erkennen von Dokumenten, bei dem jedes Dokument (10) relativ zu einem Detektor (26) bewegt wird, der die auf ihn auftreffenden Lichtinformationen in elektrische Signale wandelt, die binär in einem Bildspeicher abgespei­ chert werden und ein digitales Bild definieren,
das Dokument (10) von der vom Detektor (26) abgewandten Seite aus durch eine Lichtquelle (14) beleuchtet und zumindest ein Abschnitt (S3) des Durchlichtbildes des Dokuments (10) auf den Detektor (26) abgebildet wird,
und bei dem das vom Detektor (26) empfangene und binär ge­ speicherte Bild unter Verwendung eines Mustererkennungsver­ fahrens weiterverarbeitet wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor (26) eine CCD-Zeile oder eine CCD-Matrix verwen­ det wird.
12. Einrichtung nach Ansprüch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dokument (10) auf der vom Detektor (26) abgewandten Seite mittels einer LED-Zeile (14) beleuchtet wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die LEDs der LED-Zeile (14) infrarote Strahlung aussenden.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Zeile (14) Strahlung überwiegend in einen Raumwinkel ausstrahlt, der nicht im Erfassungsbereich des Detektors (26) liegt.
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