DE2924605C2

DE2924605C2 - Verfahren zur optischen Unterscheidung von Prüfobjekten

Info

Publication number: DE2924605C2
Application number: DE2924605A
Authority: DE
Inventors: Karl Le Lignon Jauch
Original assignee: Sodeco Saia AG
Current assignee: Mars Inc
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1984-06-07
Also published as: DK150551B; DK427679A; DK150551C; DE2924605A1; SE454023B; CH634411A5; SE7908324L

Description

gebildet wird, in der N die Anzahl der betrachteten Objekte ist, von denen man die Werte von R für eine gewisse Anzahl von Arbeitsv.'ellenlängen A bestimmt hat, und daß ferner zur Normierung der Werte eine zweite mathematische Transformation nach der Beziehung

r(X)

— Σ η ,_,

gebildet wird, in welcher η gleich der Anzahl der verwendeten Arbeitswellenlängen A ist und daß außerdem als mathematische Absuindsbildung diejenige nach Euklid gemäß der Beziehung

d =]/— ■ Σ

η ,-„ι

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur optischen Unterscheidung von Prüfobjekten der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.
Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (CH-PS 5 41 840). Bei diesem Verfahren wird zum Erzeugen von Licht verschiedener Wellenlängen ein und dieselbe Lichtquelle verwendet und dienen Filter verschiedener Durchlaßbereiche zur Ermittlung der Lichtreflexionen bzw. Lichtabsorptionen des Prüfobjekts einerseits und des Referenzobjekts andererseits bei den betreffenden We'lenlängen, die die Filter hindurchlassen. Als Echtheitskriterium bei der Prüfung von Wertpapieren, wie Banknoten, wirkt die Konstanz eines durch Quotientenbüdung gewonnenen Wertes q. Hierbei findet eine Grenzwertauswertung statt, wonach der Test als bestanden gilt, wenn z. B. 90% ailer q-Werte in die gleiche oder in zwei N'achbarklassers fallen. Dabei sind die Prüfobjekte jedoch nur in einem oder mehreren bestimmten Spektralbereichen sicher unterscheidbar, weshalb die Eindeutigkeit von Gut/Schlecht-Entscheidungen zu wünschen übrig läßt

Darüber hinaus ist es bekannt (CH-PS 5 73 634), mehrere Lichtquellen mit vu?schiedenen Spektraibereichen vorzusehen. Auch hier können die dem Verfahren zugrundegelegten Arbeitswellenlängen nicht ohne weiteres verändert werden.

Darüber hinaus ist es bekannt (DE-OS 27 48 558), bei einer mit nur einer Wellenlänge arbeitenden Vorrichtung eine sogenannte »Mittelwertbildung« aller normierten Abtastwerte vorzunehmen. Bei diesem Verfahren zur Echtheitsprüfung von Banknoten wird davon abgeraten, von einer »Quotientenbildung« Gebrauch zu machen, da diese einen zu hohen apparativen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zufc^mde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es sich durch eine erhöhte Auslesesicherheit auszeichnet. Im Patentanspruch 1 ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe gekennzeichnet und im Patentanspruch 2 ist eine weitere Ausbildung der Erfindung beansprucht.

Bei der Erfindung wird im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik mit der besten Arbeitswellenlänge gearbeitet, nicht jedoch mit der Gesamt- skala der zur Verfugung stehenden Wellenlängen. Eine verbesserte Auslesesicherheit ist daher das Ergebnis.

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 Wellenlängenbereich von mindestens 300—1000 nm. Sie strahlt direkt auf ein Referenzobjekt 2 in Form einer weißen Fläche. Über dem Referenzobjukt kann als Prüfobjekt 3 z. B. eine Banknote eingeschoben werden. Drei Lichtleiter 4, 5, 6 erfassen die vom Referenzobjekt 2 bzw. vom Priifobjekt 3 reflektierte Strahlung und leiten diese über je ein leicht auswechselbares optisches Filter

b:> 7, 8, 9 zu je einem Lichtfühler 10, 11,12. Jedes der Filter 7, 8, 9 laßt nur ein schmales Spektralband mit einer bestimmten mittleren Weilenlänge A passieren und jeder der Lichtfühler 10, II, 12 empfängt daher nur Licht

der seinem Filter 7,8,9 entsprechenden Wellenlänge A\, Ai, Ay 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 Objektgrur-pe 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/Ji bis A_n nach dem Einschieben der entsprechenden Filter 7,8,9 und für jedes Prüfobjekt das Reflexionsverhältnis

R = f(A),

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)

R(X)

1 "

*5

für jeden Wert von R der gewählten Wellenlängen A\ bis A_n eine vom Unterschied zwischen dem Wert R des einzelnen Prüfobjekts 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 A 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 Bczif hung

— Σ r,W

In dieser Gleichung bedeutet π die Zahl der verwendeten Arbeitswellenlängen, im Beispiel also 3. Entsprechend den π Arbeitswellenlängen ergeben sich für jedes !0 Prüfobjekt η Werte, welche für eine Gut/Schlecht-Entscheidung nunmehr durch die Auswerteeinheit zur Bildung des mathematischen Abstandes, im vorliegenden Beispiel nach Euklid, weiterverarbeitet werden und zwar nach der Beziehung:

-W

Σ (γ'(χ,)-ιϋ

i-l

Jedes Prüfobjekt ist solchermaßen durch seinen Unterschied des Abstandes d von dem an uer Objektgruppe nach dem gleichen Rechenverfahren ermittelten arithmetischen Mittelwert von (/gekennzeichnet.

Die Berechnung der Distanz d ist unter Veränderung der Atoeitswelienlängen A der optischen Filter und allenfalls von deren Anzahl η so lange zu wiederholen, bis sich ein möglichst aussagefähiges Resultat ergibt, d. h„ daß die Distanz d für Objekte einer Objektgruppe, also

z. B. einer Banknotensorte, kleine Werte annimmt, während Objekte außerhalb der Objektgruppe, also andere Banknoten oder Fälschungen, möglichst große Werte für Vergeben sollen.

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

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 S χ = Gut, d > χ — Schlecht festgelegt und an einer Diskriminator- bzw. Schwellwertschaltung mit wählbarer Entscheidungsgrenze der Auswerte Einheit ?.ur Gut/ Schlecht-Entscheidung eingestellt werden.

Das Prüfverfahren beschränkt sich nicht nur auf die Prüfung von Banknoten oder ähnlichen Papierblättern. Es kann für die Unterscheidung beliebiger Gegenstände angewandt werden, die sichtbare oder unsichtbare Farbunterschiede aufweisen. Zu denken ist hier beispielsweise an das Sortieren landwirtschaftlicher Produkte, wie Kaffeebohnen, Erbsen usw. in Gut und Ausschuß oder an die Feststellung eines genügenden oder ungenügenden Röstungsgrades solcher Produkte, wobei im letztgenannten Fall die Entscheidung nicht zwischen einem Einzelobjekt und einer Objektgruppe, sondern zwischen zwei Objektgruppen zu fällen ist, bei denen die Unters "hiede ihrer Mittelwerte von d für den Gut/Schleoht-Entscheid maßgebend sind.

Bei gewissen Objektgruppen ist es sinnvoll, an Stelle des Reflexionsgrades den TransmissioriFgrud zu beurteilen. Man läßt die Lichtstrahlung dabei die Objekte durchdringen und beurteilt die Absorption. Die Lichtquelle 1 befindet si.'h dann auf der einen Seite und die Lichtleiter 4, 5, 6 erfassen das Licht auf der gegenüberliegenden Seite des Prüfobjekts. Als Referenzgröße kann hier die direkte Strahlung ohne Prüfobiekt erfaßt

werden, oder es dient dazu ein Refercn/i ''iickt.

Die beschriebene Unterscheidung vor, Priifobpcktcn im Sinne der Erfindung gelingt auch uuki Anwendung anderer Rechenverfahren, wie sie der SUn'd der Technik dem Fachmann anbietet, wobei auch nichtlineare Umformungen in Frage kommen.

Durch die mögliche Kombination frei wählbarer Arbeitswellenlängen liißt sich die beschriebene Vorrichtung für eine Vielzahl von Objekten verwenden Lind 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 entsprechender Arbeitswellenlangen für die Feststellung metamerer Farben Verwendung linden.

Hierzu I Blatt/.eichnunt:en

Claims

fig flj verwendet wird. Patentansprüche:

1. Verfahren zur optischen Unterscheidung von Prüfobjekien durch Vergleich des sich für Licht verschiedener Wellenlängen ergebenden Verhältnisses R = Γ (A) der von Lichtfühlern festgestellten Meßwerte des einerseits vom Prüfobjekt und andererseits von einem Referenzobjekt' reflektierten bzw. absorbierten Lichts, bei dem sowohl das Prüfobjekt als auch das Referenzobjekt der gleichen Strahlung ausgesetzt, die Meßwerte in einem Rechenschritt durch mathematische Umformung überhöht und durch Überschreiten einer Schwelle ein Entscheidungssignal für eine Gut-Schlecht-Entscheidung erzeugt werden, gekennzeichnet durch

die Anwendung des an sich bekannten Normierungsverfahrens, bei dem die Meßwerte im Rechenschritt so normiert werden, daß die normierten, an guten Prüfobjekten der Anzahl N bestimmten Normwerte eiiüm einzigen Mittelwert zustreben, und der an sich bekannten Abstandsbestimmung, bei der für jedes Prüfobjekt zwischen seinen pro Arbeitswellenlänge λ ermittelten Normwerten und dem Mittelwert das Entscheidungssignal erzeugt wird,

mit der Maßgabe, daß zuerst die für eine bestimmte Prüfobjektgruppe bestgeeigneten Wellenlängen bestimmt werden, indem durch Wahl von Werten für einerseits die Anzahl η der unterschiedlichen Arbeitswellenlängen A] bis A_n und andererseits die Größe der jeweiliger· Arbeitswellenlänge A das Verfahren bis zur Ermittlung der größten Unterschiede (größten Abstand d) zwischen iremden Objekten und einer Objektgrtippe mehrmals durchgeführt w^;rd.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste mathematische Transformation nach der Beziehung