EP4186041B1 - Sensor und verfahren zur prüfung von wertdokumenten, insbesondere banknoten, sowie wertdokumentbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Sensor und verfahren zur prüfung von wertdokumenten, insbesondere banknoten, sowie wertdokumentbearbeitungsvorrichtung Download PDF

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EP4186041B1
EP4186041B1 EP21740426.8A EP21740426A EP4186041B1 EP 4186041 B1 EP4186041 B1 EP 4186041B1 EP 21740426 A EP21740426 A EP 21740426A EP 4186041 B1 EP4186041 B1 EP 4186041B1
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EP
European Patent Office
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feature
substrate
vector
spectral
intensity values
Prior art date
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EP21740426.8A
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EP4186041A1 (de
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Wolfgang Rauscher
Wolfgang Deckenbach
Julia DANHOF
Thomas Happ
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/1205—Testing spectral properties
    • G—PHYSICS
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    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/20—Testing patterns thereon
    • G07D7/202—Testing patterns thereon using pattern matching
    • G07D7/205—Matching spectral properties

Definitions

  • the invention relates to a sensor and a method for checking value documents, in particular banknotes, as well as a value document processing device.
  • luminescent features In order to protect valuable documents, such as banknotes, from counterfeiting, they can be provided with so-called luminescent features by inserting or applying luminescent substances into or onto a valuable document, which can be detected mechanically using sensors and whose presence and/or properties can be used to check authenticity.
  • a luminescence feature can be provided in the substrate of a value document, which is usually made of paper or a film, which delivers a signal in at least two spectral detection channels of a sensor.
  • a further luminescence feature can be provided locally, in particular by printing on the substrate, which delivers a signal in the same spectral detection channels, but usually with different spectral intensity ratios.
  • the spectral properties of the luminescent substances used vary in a non-negligible manner, e.g. between different production batches.
  • the spectral sensitivity varies from sensor to sensor and/or even within a Sensors, for example from measuring point to measuring point and/or track to track, vary. Reliable authenticity testing cannot therefore always be guaranteed.
  • US 2013/0181435 A1 discloses a method and a sensor for checking valuable documents. Spectrally resolved images of the reflection and luminescence of the valuable document are used. Among other things, the measured values are corrected for background.
  • a value document processing device for processing, in particular checking and/or counting and/or sorting and/or destroying, value documents, in particular banknotes, has a sensor according to the first aspect of the invention and a transport device which is designed to transport a value document towards the sensor and/or past the sensor and/or away from the sensor.
  • aspects of the invention are preferably based on the approach of determining a substrate intensity value and a feature intensity value for a large number of measurement points from the spectral vectors obtained when detecting the luminescence radiation using a predetermined substrate basis vector and a predetermined feature basis vector, and using the determined substrate and feature intensity values to determine a pure substrate mask which contains (only) those measurement points which are reliably outside the applied feature, and in particular not in the area of the edge of the value document or on the edge of the feature.
  • the pure substrate mask contains, for example, only those measurement points of the value document whose substrate intensity value is greater than or equal to a first threshold.
  • the intensities, the spectral properties and/or the decay behavior of the luminescence radiation emitted by the substrate or the feature can then be determined more precisely, even if the spatial distribution of the feature is not known or varies from one valuable document to the next.
  • an average substrate vector is determined from the spectral vectors of the measurement points contained in the pure substrate mask by combining the intensity values of these spectral vectors for each of the at least two spectral ranges, in particular by (spatial) averaging or (spatial) quantile formation, to form one intensity value each.
  • the average substrate vector obtained in this way represents the luminescence properties of the substrate, in particular the intensity values in the at least two spectral ranges and/or the spectral composition of the luminescence radiation, with greater accuracy and reliability.
  • a corrected feature intensity value and/or a corrected substrate intensity value with higher accuracy or reliability can be determined from the spectral vectors for a large number of measurement points.
  • the mean substrate vector or a vector derived from it e.g. by normalization, is preferably used instead of the originally specified substrate base vector.
  • a mean feature vector or a vector derived from it e.g. by normalization, can also be used instead of the originally specified feature base vector.
  • the corrected feature intensity values and/or corrected substrate intensity values obtained in this way can then be used when checking, in particular authenticating, the value document.
  • a spectral signature of the substrate and/or a spectral signature of the feature can be determined, by which a spectral composition of the luminescence radiation emitted by the substrate or feature is characterized.
  • the spectral signature of the substrate is preferably given by the average substrate vector itself, a vector derived from it, for example by normalization, or a scalar signature value calculated from it.
  • the spectral signature of the feature is preferably given by an average feature vector, a vector derived from it, for example by normalization, or a scalar value calculated from it. The spectral signature of the substrate or feature obtained in this way can then be used to check, in particular authenticate, the value document.
  • a temporal behavior of the luminescence radiation emitted by the substrate and/or feature is determined using measuring points contained in the pure substrate mask.
  • the luminescence of the value document is excited by means of electromagnetic radiation, in particular by an electromagnetic excitation pulse.
  • the luminescence radiation is recorded for a large number of measuring points at two or more points in time, with two or more intensity values being assigned to each measuring point, which characterize the intensity of the luminescence radiation recorded at the two or more points in time at the respective measuring point.
  • the luminescence radiation emitted by the value document to be checked is recorded in a time-resolved manner at the measuring points on the value document in one or more of the spectral ranges.
  • the intensity values can be the intensity values obtained in a specific spectral range or can be intensity values combined from two or more spectral ranges.
  • substrate values obtained for each of the points in time from the measurement points contained in the pure substrate mask can be combined to form an average substrate value - e.g. by spatial averaging - and the value document can be checked using the average substrate values of the various points in time, in particular with regard to authenticity.
  • the temporal behavior of the luminescence radiation emitted by the substrate is determined using the average substrate values of the various points in time and the value document is checked using a characteristic luminescence time constant of the substrate, which is determined from the determined temporal behavior.
  • a background can be determined which is subtracted from the luminescence radiation emanating from the feature and recorded in a time-resolved manner or from the feature values.
  • the background-corrected feature values of the measuring points contained in the feature mask obtained for each of the points in time can be combined - e.g. by spatial averaging - to form an average corrected feature value and the valuable document can be checked using the average corrected feature values of the various points in time, in particular with regard to authenticity.
  • the temporal behavior of the luminescence radiation emitted by the feature is determined. and the value document is checked using a characteristic luminescence time constant of the feature, which is determined from the determined temporal behavior.
  • intensity values or the substrate values or the background-corrected feature values of different measuring points for each of the points in time are summarized that are recorded at the same point in time relative to the respective luminescence excitation at the respective measuring point, e.g. at a specific point in time after the end of the electromagnetic excitation pulse radiated for the respective measuring point.
  • the temporal progression, particularly in the form of decay curves, of the luminescence radiation emitted by the substrate and feature alone can be determined and used in the testing, particularly authenticity testing, of the value document.
  • this enables a more precise determination of the luminescence intensities, the spectral signature or the decay behavior of the substrate or feature, so that a more reliable testing of value documents, particularly banknotes, is possible.
  • a sheet-shaped substrate in the sense of the present disclosure can be, for example, paper, a film or a so-called hybrid paper composed of different materials.
  • the substrate is preferably provided with a luminescence feature, which is also referred to below as a "substrate feature” or “paper feature” and which, when excited by means of electromagnetic radiation, such as ultraviolet (UV) Radiation, infrared (IR) radiation or visible light, luminescence radiation, such as ultraviolet (UV) radiation, infrared (IR) radiation or visible light, is emitted.
  • the excitation takes place with visible or IR radiation
  • the emission of the substrate feature is preferably in the IR spectral range.
  • the substrate feature can be present in the volume of the substrate or applied as a large-area coating.
  • the substrate feature does not necessarily have to be contained in the entire surface of the substrate. Rather, it is possible that parts of the substrate, such as windows or hologram foils (such as a so-called LEAD strip), are completely without any measurable lumin
  • the feature applied to the substrate can be a feature printed on the substrate of the value document, which has one or more luminescent substances applied to a partial surface of the substrate by means of a printing process, which emit luminescence radiation, such as ultraviolet (UV) radiation, infrared (IR) radiation or visible light, when excited by electromagnetic radiation, such as ultraviolet (UV) radiation, infrared (IR) radiation or visible light.
  • the feature applied to the substrate is applied to a partial surface of the substrate, i.e. only in a spatially limited area of the substrate, so that in the remaining areas of the substrate only the luminescence of the substrate (the substrate feature) contributes to the luminescence radiation detected by the detection device.
  • the feature applied to the substrate is also referred to below as a "printed feature".
  • the excitation takes place with visible or IR radiation
  • the emission of the printing feature is preferably in the IR spectral range.
  • the detection device can be, for example, a spatially resolving detector, such as a line camera or a camera with a two-dimensional detector surface.
  • the spatially resolving detector can also be designed as a single-track sensor or a multi-track sensor, which spatially resolves the luminescence radiation emitted by the value document along one or more tracks, which together produce a one- or two-dimensional measurement data set.
  • the invention can also be applied to just one or individual lines or tracks of a measurement data set by considering an n-track sensor as n 1-track sensors with different track positions. This can be advantageous if not only different feature batches, but also different batches per track must be compensated in the sensor hardware.
  • the detection device preferably has at least two of the spatially resolving detectors, by means of which the intensity of the detected luminescence radiation can be detected for each measuring point in at least two different spectral ranges or spectral channels.
  • spectral range and “spectral channel” are also used synonymously.
  • the intensities or intensity values of the luminescence radiation detected in the respective spectral channels are also referred to below as “channel intensities”.
  • the intensity spectra obtained for each measuring point are understood as spectral vectors, the components of which are given by the channel intensities.
  • vector can be understood in both a narrow and a broad sense, depending on the context.
  • a vector in the narrow sense can be an element a vector space or, in a broader sense, an n-tuple of real numbers with n ⁇ 2, where n corresponds to the number of spectral channels.
  • the expected paper feature and the expected print feature have different, i.e. linearly independent, reference intensity spectra.
  • These reference intensity spectra can be understood as reference basis vectors of the vector space of the spectral vectors.
  • the reference basis vector of the paper feature is also referred to as the "substrate basis vector” and the reference basis vector of the print feature is also referred to as the "feature basis vector”.
  • the above-mentioned calculation of the paper and print intensities, which in connection with the present disclosure are also referred to as "substrate intensity values" or “feature intensity values”, from the measured channel intensities can therefore be understood as a basis transformation of the respective measured spectral vector into the basis of the reference basis vectors.
  • the evaluation device is set up to correct the predetermined substrate base vector using the average substrate vector, whereby a corrected substrate base vector is obtained, which is also referred to below as a "post-adapted base vector" for the substrate or paper feature.
  • a corrected substrate base vector is obtained, which is also referred to below as a "post-adapted base vector" for the substrate or paper feature.
  • it can be provided to compare the average substrate vector with the predetermined substrate base vector using a predetermined comparison criterion and to correct the predetermined substrate base vector using the average substrate vector or to replace it with the average substrate vector, in particular only if the comparison criterion is met, and/or to classify the value document as a value document to be rejected if the comparison criterion is not met.
  • the Comparing the mean substrate vector with the specified substrate basis vector represents a plausibility check, the passing of which is a prerequisite for subsequent adaptation of the substrate basis vector using the mean substrate vector. This ensures that the substrate basis vector is improved or not worsened by subsequent adaptation and thus provides more accurate results when recalculating corrected substrate and/or feature intensity values using the subsequently adapted substrate basis vector.
  • the evaluation device is set up to determine a feature mask based on the feature intensity values, which contains those, in particular only those, measurement points that correspond to locations lying on the feature.
  • the feature mask contains, for example, all measurement points whose feature intensity value is greater than or equal to a second threshold.
  • the evaluation device is set up to subtract the mean substrate vector from the spectral vectors of the measurement points contained in the feature mask, whereby background-corrected spectral vectors of the measurement points contained in the feature mask are obtained, and to determine a mean feature vector from the background-corrected spectral vectors of the measurement points contained in the feature mask, which contains at least two intensity values, each of which is obtained by combining, in particular by (spatial) averaging, the intensity values contained in the background-corrected spectral vectors for each of the at least two spectral ranges.
  • the mean feature vector obtained in this way indicates the luminescence properties of the feature (applied to the substrate), in particular the intensity values in the at least two spectral ranges and/or the spectral composition of the luminescence radiation emitted by the feature, with higher accuracy and reliability.
  • the evaluation device is set up to correct the predetermined feature base vector using the average feature vector or to replace the predetermined feature base vector with the average feature vector, whereby a corrected feature base vector is obtained, which is also referred to below as a "post-adapted base vector" for the feature or print feature.
  • the post-adaptation improves the accuracy of the feature base vector, so that even more reliable results can be achieved when corrected substrate and/or feature intensity values are recalculated using the post-adapted feature base vector.
  • the evaluation device is configured to compare the intensity values of the average substrate vector with one or more predetermined substrate intensity values and/or to compare the intensity values of the average feature vector with one or more predetermined feature intensity values in order to check the value document, in particular with regard to authenticity.
  • the evaluation device is designed to determine the corrected substrate intensity values and corrected feature intensity values using the corrected substrate basis vector and the, in particular corrected, feature basis vector from the spectral vectors.
  • the determination of the corrected substrate intensity values and corrected feature intensity values for a plurality of measuring points takes place preferably analogous to the calculation of the substrate and feature intensity values from the spectral vectors obtained when detecting the luminescence radiation, whereby the corrected substrate basis vector is used instead of the specified substrate basis vector.
  • the corrected feature basis vector can also be used instead of the specified feature basis vector. In both cases, paper or print intensities are obtained with significantly higher reliability.
  • the evaluation device is set up to check the value document using the corrected substrate intensity values and/or corrected feature intensity values, in particular with regard to authenticity, in particular by comparing the corrected substrate intensity values of one or more measuring points or the corrected feature intensity values of one or more measuring points with one or more predetermined substrate intensity values or one or more predetermined feature intensity values.
  • the corrected substrate or feature intensity values By using the corrected substrate or feature intensity values during the check, a significantly more reliable test result can be achieved, for example with regard to distinguishing between a genuine or counterfeit value document.
  • the evaluation device can further preferably be set up to determine a, in particular scalar, signature value of the substrate from the at least two intensity values of the mean substrate vector when determining the spectral signature of the substrate and/or to determine a, in particular scalar, signature value of the feature from the at least two intensity values of the mean feature vector when determining the spectral signature of the feature.
  • the Signature value the spectral form of the measured luminescence radiation regardless of its absolute intensity.
  • the value document can then be checked using the signature value of the substrate and/or the signature value of the feature, in particular with regard to authenticity, in particular by comparing the signature value of the substrate and/or the signature value of the feature with a predetermined comparison value of the substrate or predetermined comparison value of the feature.
  • the value document when checking the value document, it can be checked whether the at least two intensity values of the mean substrate vector, in particular all of them, are above a threshold value and/or whether the at least two intensity values of the mean feature vector, in particular all of them, are above a (same or a different) threshold value.
  • a threshold value e.g., a threshold value
  • the signature value of the substrate and/or the signature value of the feature deviates from a specific substrate reference signature value or feature reference signature value or not.
  • it can be checked whether the spectral signature, in particular the signature value, of the feature and the spectral signature, in particular the signature value, of the substrate are different from one another.
  • the value document can only be assigned the test result "genuine" if all intensity values of the mean substrate vector and all intensity values of the mean feature vector are above a threshold value and the signature value of the feature and the signature value of the substrate are different from one another.
  • the specification of the above-mentioned reference signature values can be omitted.
  • the detection device detects the luminescence radiation emitted by the value document to be checked in a time-resolved manner in two or more spectral channels, whereby a multiplicity of measurement points are obtained, to which two or more intensity values are assigned for each spectral channel, which characterize the intensity of the luminescence radiation detected at the two or more points in time in this spectral channel.
  • the evaluation device is preferably set up to combine the intensity values of the measurement points contained in the pure substrate mask obtained for each of the points in time to form an average substrate value, in particular by (spatial) averaging, whereby an average substrate value is obtained for each of the points in time.
  • an average substrate value for this spectral channel can be determined for several spectral channels, or several spectral channels can be combined, for example by averaging.
  • the temporal behavior of the substrate can be determined with greater reliability, in particular in the form of a (possibly spectrally resolved) decay curve, which in the context of the present disclosure is also referred to as a "paper decay curve” or "average paper decay curve”.
  • the evaluation device for determining the temporal behavior of the luminescence radiation emitted by the feature is designed to determine a background value based on the intensity values of the measurement points contained in the pure substrate mask obtained for each of the points in time, in particular for several spectral channels, in each case, in particular by quantile formation, wherein for each of the points in time and if necessary, a background value is obtained for each of several spectral channels.
  • the evaluation device is also set up to subtract the background value obtained for each of the time points and, if necessary, spectral channel from the intensity values of the measurement points contained in the feature mask obtained for each of the time points, wherein a corrected feature value of the measurement points contained in the feature mask is obtained for each of the time points and spectral channels, and to combine the corrected feature values of the measurement points contained in the feature mask obtained for each of the time points and spectral channels into an average corrected feature value, in particular by (spatial) averaging, wherein an average corrected feature value is obtained for each of the time points and in particular for each of the spectral channels.
  • the background values obtained for the various time points reflect the temporal course of a background of the detected luminescence radiation and are therefore also referred to in connection with the present disclosure as a (if necessary spectrally resolved) "background decay curve".
  • the mean corrected feature values of the measurement points contained in the feature mask obtained for the different points in time reflect the temporal behavior of the luminescence radiation corrected with respect to the background, averaged (spatially) over the measurement points in the area of the feature, which in the context of the present disclosure is also referred to as the "feature decay curve” or "pressure decay curve", which may be present for different spectral channels.
  • the evaluation device can be set up to combine the intensity values of the measurement points contained in the feature mask obtained for each of the points in time and in particular for each of the spectral channels to form an average substrate feature value, in particular by (spatial) averaging, whereby an average substrate feature value is obtained for each of the points in time and, if applicable, spectral channels.
  • the average substrate feature values obtained for the various points in time thus reflect the temporal behavior of the luminescence radiation recorded in the area of the feature, i.e.
  • the average substrate values obtained for the points in time (“average paper decay curve") are subtracted from the average substrate feature values obtained for the corresponding points in time (“average combined decay curve"), whereby an average feature value is obtained for each of the points in time and, in particular, for each of the spectral channels.
  • the mean feature values obtained in this way at the different points in time thus represent a mean decay curve for the pure (print) feature, i.e. without influences from the underlying substrate, which may be available for different spectral channels.
  • the mean paper decay curve and/or the mean decay curve of the pure (print) feature are used to check the value document, in particular to check its authenticity. For this purpose, for example, several spectral channels can be used individually or combined, in particular averaged.
  • Reference basis vectors for the paper and print characteristics are preferably stored in the sensor. Using these basis vectors, paper and print intensities are determined from the channel intensities at each measurement point by solving linear (e.g. 2x2) equation systems. This corresponds to a basis transformation. This calculation is subject to inaccuracies due to batch-specific fluctuations in the luminescence spectra, but is sufficient to find pure paper areas, i.e. areas that are not disturbed by printing.
  • the stored reference basis vectors can be, for example, learned basis vectors, i.e. based on a number of previous calculations (on adaptation patterns or real value documents, in particular banknotes)
  • the sensor learns average reference basis vectors for the paper (substrate) and the print feature track by track with respect to batch variations.
  • the pure paper mask is defined as all measurement points whose paper intensity is greater than or equal to a threshold and whose print intensity is below a second threshold. However, this would lead to distortions due to measurement points at the edge of the print area that are just below the threshold for the print intensity but still do not correspond to a pure spectrum of the paper feature. To avoid this, the edge of the print area in the pure paper mask is preferably avoided as follows: The pure paper mask is defined as all measurement points whose paper intensity is greater than or equal to a threshold and for which the print intensity of all measurement points in a neighborhood, e.g. a 3x3 neighborhood, is below a second threshold.
  • the set of measurement points in the pure paper mask is also referred to as the "pure paper area” and the set of measurement points in the print mask is also referred to as the "feature print area”.
  • the measured values (intensity values) from the pure paper area are combined into one, e.g. by averaging. This results in a mean spectral vector for the pure paper area, the mean measured paper vector (mean substrate vector).
  • the algorithm does not allow any paper characteristics to pass through. It tolerates and corrects batch variations in the paper characteristics, but only if the measured paper characteristic matches the stored reference relatively well.
  • Post-adaptation of the paper basis vector Generating a post-adapted basis vector for the paper feature (corrected substrate basis vector) using the mean measured paper vector (mean substrate vector).
  • the mean measured paper vector can be used directly, or a vector of a different magnitude (e.g. normalized or while maintaining other parameters) in the direction of the mean measured paper vector, or a (weighted) average between the specified or stored reference basis vector and the mean measured paper vector.
  • Other calculations and boundary conditions are also possible.
  • the previously stored reference basis vector for the paper feature can be replaced by the post-adapted basis vector or a calculation of the two vectors. This results in a learning effect and an ever better adaptation of the reference basis vector to the actual paper feature.
  • Post-adaptation of the feature base vector e.g. the print base vector: Generate a post-adapted base vector for the print feature (corrected feature base vector) from the measured values from the feature print area. To do this, for each measuring point from the feature print area, the average measured paper vector (average substrate vector) is subtracted from the measured values in order to obtain background-corrected measured values (background-corrected spectral vectors). The background-corrected measured values from the feature print area are combined into one value for each spectral channel, e.g. by averaging.
  • Calculation of the paper and print intensities using the adapted basis vectors Determination of the paper and print intensities from the channel intensities at each measurement point (as in the first calculation) by solving linear (2x2) equation systems, only this time the adapted basis vectors are used instead of the specified or stored reference basis vectors of the substrate or feature.
  • the spectral paper signature corresponds to the mean measured paper vector (mean substrate vector), which can be determined in the manner already described above.
  • the mean measured paper vector is calculated in different ways depending on the expected banknote design.
  • the average measured paper vector can preferably be determined by arithmetic averaging of the individual measurements (spectral vectors) per channel.
  • a channel-wise quantile value e.g. 80% quantile
  • a quantile or quantile value is a key figure p of a sample lying between 0 and 1 or 0% and 100%, which divides the sample in such a way that a proportion of p in the sample is smaller than the empirical p-quantile and a proportion of 1 - p or 100% - p in the sample is larger than the p-quantile. For example, if a sample of channel-wise intensity values is given, the 80% quantile corresponds to the intensity value I 80 for which 80% of the intensity values in the sample are smaller than the intensity value I 80 and 20% are larger than the intensity value I 80 .
  • Determination of the spectral pressure signature The average measured paper vector calculated as described above is subtracted from all measured spectral vectors in the characteristic pressure range. In this way, background-corrected spectral vectors are obtained for the characteristic pressure range. The background-corrected measured values obtained for each spectral channel from the characteristic pressure range are combined into one value, e.g. by averaging, so that an average background-corrected spectral vector is obtained for the characteristic pressure range. which in the context of the present disclosure is also referred to as the mean measured pressure vector or mean feature vector.
  • This measure for the spectral signature, the signature value can then be compared with a reference value or with corresponding thresholds for authenticity testing.
  • each measuring point and each spectral channel there may be not just a single intensity value, but a series of two or more measured values over time (e.g. a decay curve that is sampled at a finite number of points in time).
  • the background subtraction method described above can also be applied to a temporal series of measured values by applying it to the individual elements of the series. For example, the mean value (or a quantile value) of several series is obtained by calculating the mean value (or the quantile value) for each element over the several series.
  • values can be determined from the paper decay curve and/or the print decay curve which characterize the decay behavior of the luminescent paper or print feature and can be compared with predetermined comparison values, for example, to check the value document.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an example of a value document processing device 1 with an input device 9, for example a so-called input compartment, for receiving a stack 10 of value documents 2, in particular banknotes, which are individually removed from the stack 10 by means of a separating device (not shown) and transported along a transport path 6 by means of a transport device 4.
  • the transport device 4 has transport belts which are guided over several transport rollers 4a-4c (only shown schematically), and switches 5a-c.
  • a sensor for checking the value documents 2 which has at least one detection device 3 which is designed to detect electromagnetic radiation emanating from a value document 2 to be checked in a spatially resolved manner in at least two different spectral channels or spectral ranges.
  • the value documents 2 each have a sheet-shaped substrate, which is usually made of paper, a film or a so-called hybrid paper and which is provided with a luminescent feature over its entire surface, for example, so that it can be excited to emit luminescent radiation, for example by irradiation with electromagnetic excitation radiation.
  • a further luminescent feature is applied locally to a partial surface of the substrate, in particular printed on, which is also referred to as a "printed feature" or "feature” and can also be excited to emit luminescent radiation.
  • an irradiation device 8 is provided, e.g. an IR light source, which is designed to irradiate the value document 2 to be checked with electromagnetic excitation radiation, so that the substrate and the feature applied or printed thereon can be excited to emit luminescence radiation.
  • an irradiation device 8 e.g. an IR light source, which is designed to irradiate the value document 2 to be checked with electromagnetic excitation radiation, so that the substrate and the feature applied or printed thereon can be excited to emit luminescence radiation.
  • the luminescence radiation detected by the detection device 3 in a spatially resolved manner thus provides signals for each measuring point in the at least two different spectral channels, which represent a measure of the spectral intensities of the detected luminescence radiation.
  • different spectral intensity ratios are generally obtained than for the area of the applied or printed feature.
  • the detection device 3 can be any type of sensor system for the spatially resolved detection of the luminescence radiation emanating from the value document 2 in the visible and/or non-visible (eg ultraviolet and/or infrared) spectral range, such as a camera or a single-track or multi-track sensor.
  • further sensors such as ultrasonic, magnetic and/or capacitive sensors, can be provided in the value document processing device 1 for detecting further properties of the value documents 2.
  • the value document 2 is checked in an evaluation device 7, for example with regard to authenticity, contamination and/or condition, and output to one of several output compartments 11a-d depending on the result of the check.
  • the switches 5a-c are controlled or actuated accordingly by the evaluation device 7 and/or a control device.
  • the evaluation device 7 is preferably designed as a computer and/or the evaluation device 7 has a processor for data processing and a memory for storing data.
  • Figure 2 shows an example of intensity distributions of the luminescence radiation emitted by a banknote in two different spectral channels K0 (top) and K1 (bottom).
  • the numbers indicate the measured intensities I0, I1 or at least a measure of the intensities I0, I1 at the respective measuring point in the respective spectral channel.
  • stripes of zero measurements can be seen on the left and right edges, which correspond to measurements outside the banknote, whereas luminescence intensities were measured in both spectral channels at all measuring points inside the banknote.
  • the coefficients mentioned or the corresponding reference basis vectors can be stored in the evaluation device 7. They were determined, for example, in previous measurements and can be readjusted if necessary by means of machine learning.
  • the two equations given above for I0 and I1 represent a 2x2 system of equations that can be easily resolved according to the intensities I P and I D for the paper (substrate) or print feature. This applies accordingly for more than two spectral channels and/or more than two different luminescence features, whereby the number of spectral channels preferably corresponds to the number of different luminescence features.
  • the paper and print intensities for each measuring point are calculated from the measured intensities I0 and I1 using stored reference basis vectors (0.9397, 0.3420) for the paper feature and (0.4848, 0.8746) for the print feature.
  • Figure 3 illustrates the resulting distributions of paper intensity (bottom) and print intensity (top) as 2D distributions.
  • the print intensity shows falsified negative values, which is attributed to the fact that the spectral signatures, ie the spectral composition of the emitted luminescence radiation, of the actually present feature substances deviate from the reference basis vectors used, so that the calculation of the intensities is subject to errors. Therefore, the intensity distributions are calculated from Fig.3 only used to determine a paper mask and a print mask.
  • the pressure mask is calculated as follows: All measuring points with a pressure intensity ⁇ 10 are set to "1" in the pressure mask, the remaining measuring points to "0". The resulting pressure mask is shown in Figure 4 (below).
  • those measuring points receive the value "1" in whose 3x3 environment at least one measuring point in the print mask has the value "1". This closes holes in the print mask and avoids edge measuring points with a small but measurable contribution of the print feature.
  • the extended print mask obtained is in Figure 5 (above).
  • a pure paper mask corresponds to the paper mask minus the extended print mask and is shown in Figure 5 (below) shown.
  • a mean measured paper vector (65.44, 21.26) is obtained.
  • the normalized mean measured paper vector (0.9511, 0.3090) serves as a post-adapted basis vector for the paper feature.
  • the paper and print intensity can now be calculated again for each measurement point.
  • Figure 6 shows the resulting paper intensities (below) and print intensities (above). As can be seen, no more falsified, negative values occur - as in Figure 3 This shows that the (re)calculation of the paper and print intensities using the adapted basis vectors enables a higher accuracy of the intensity determination.
  • Figure 7 shows an example of the recorded luminescence intensities of a banknote in two spectral channels K0 and K1 as a scatter plot. Each point and each circle corresponds to a measurement point, the ordinate shows the intensity in channel K1 and the abscissa the intensity in channel K0.
  • the spectral vectors shown as points correspond to the pure paper characteristics. They all fall on a straight line through the origin and differ only in their magnitude, for example due to absorbing overprints.
  • spectral vectors are also very similar in terms of magnitude and almost coincide at approx. (80, 170). These spectral vectors correspond to the undisturbed paper feature. There are also spectral vectors shown as circles that do not lie on the mentioned origin line. They correspond to measurement points in the feature printing area, where the paper and the printing feature contribute to the recorded intensity of the luminescence radiation. Typically, these measurement points lie on a second line that intersects the first line at the point of the undisturbed paper feature. This illustrates that the luminescence in the feature printing area is made up of the (undisturbed) luminescence of the paper feature and the luminescence of the printing feature. The intensity of the printing feature can vary depending on the print design (color distribution and thickness).
  • the mean measured paper vector is calculated as described above, which corresponds to the cluster of measurement points of the undisturbed paper feature.
  • the mean measured paper vector is then subtracted from all spectral vectors from the feature print area, which results in Figure 7 as indicated by the arrows.
  • the background-corrected measured values then lie on a straight line through the origin, as Figure 8 This line through the origin corresponds to the spectral signature of the print feature, in this example approximately (230, 50).
  • the pure paper area and the feature print area are first determined as described above.
  • more than one decay curve can be available for each measurement point, e.g. decay curves for several spectral channels.
  • the decay curves of all measurement points in the pure paper area are offset against each other (e.g. by averaging) to obtain an average paper decay curve.
  • each spectral channel is treated separately.
  • the decay curves of all measurement points in the feature print area are offset against each other (e.g. by averaging) to obtain an average combined decay curve for each spectral channel.
  • Figure 9 shows an intensity-time diagram (in arbitrary units) with the mean paper decay curve of a spectral channel ("paper”, squares) and the mean combined decay curve ("paper + print", circles) of the same spectral channel for an example banknote.
  • the mean decay curve of the spectral channel for the pure print feature (“print”, checks) is obtained, which can be further evaluated and/or used when checking the banknote.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sensor und ein Verfahren zur Prüfung von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, sowie eine Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung.
  • Zur Sicherung von Wertdokumenten, wie z.B. Banknoten, vor Fälschung können diese unter anderem mit sog. Lumineszenzmerkmalen versehen werden, indem in oder auf ein Wertdokument lumineszente Stoffe ein- bzw. aufgebracht werden, die mit Sensoren maschinell detektiert und deren Anwesenheit und/ oder Eigenschaften zur Echtheitsprüfung herangezogen werden können.
  • Beispielsweise kann im Substrat, welches meist durch Papier oder eine Folie gebildet wird, eines Wertdokuments ein Lumineszenzmerkmal vorgesehen sein, das in mindestens zwei spektralen Nachweiskanälen eines Sensors ein Signal liefert. Örtlich begrenzt kann, insbesondere durch Bedrucken des Substrats, ein weiteres Lumineszenzmerkmal vorgesehen sein, das in denselben spektralen Nachweiskanälen ein Signal liefert, in der Regel jedoch mit anderen spektralen Intensitätsverhältnissen. Durch Lösen eines linearen Gleichungssystems können für jeden Messpunkt aus den gemessenen Kanalintensitäten zwei Intensitäten berechnet werden, nämlich eine sogenannte Substrat- oder Papierintensität und eine sogenannte Druckintensität.
  • Allerdings kann es vorkommen, dass die spektralen Eigenschaften der verwendeten lumineszenten Stoffe, z.B. bei verschiedenen Produktionschargen, in nicht vernachlässigbarer Weise variieren. Ferner ist es möglich, dass die spektrale Empfindlichkeit von Sensor zu Sensor und/oder auch innerhalb eines Sensors, etwa von Messpunkt zu Messpunkt und/ oder Spur zu Spur, variiert. Eine zuverlässige Echtheitsprüfung kann daher nicht immer gewährleistet werden.
  • US 2013/0181435 A1 offenbart ein Verfahren und einen Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten. Dabei werden spektral aufgelöste Bilder der Reflexion und der Lumineszenz des Wertdokuments verwendet. Es erfolgt unter anderem eine Hintergrundkorrektur der gemessenen Werte.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor, ein Verfahren sowie eine Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung zur verbesserten Prüfung von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Sensor und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen und eine Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung mit einem solchen Sensor gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, welche jeweils ein lumineszentes blattförmiges Substrat (z.B. ein vollflächig lumineszentes Substrat) und ein auf einer Teilfläche des Substrats aufgebrachtes (z.B. aufgedrucktes) lumineszentes Merkmal aufweisen, auf: eine Erfassungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, von einem zu prüfenden Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen ortsaufgelöst zu erfassen, wobei eine Vielzahl von Messpunkten erhalten wird, welchen jeweils ein Spektralvektor zugeordnet ist, der mindestens zwei Intensitätswerte enthält, welche die Intensität der an dem jeweiligen Messpunkt in den mindestens zwei Spektralbereichen jeweils erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren, und eine Auswertungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist,
    • a) aus den Spektralvektoren unter Verwendung eines vorgegebenen Substrat-Basisvektors und eines vorgegebenen Merkmal-Basisvektors für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils einen Substrat-Intensitätswert und einen Merkmal-Intensitätswert zu ermitteln, wobei der Substrat-Basisvektor und der Merkmal-Basisvektor jeweils mindestens zwei Intensitätswerte enthalten, welche die zu erwartende Intensität der vom Substrat bzw. Merkmal in den mindestens zwei Spektralbereichen emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisieren, und
    • b) anhand der Substrat-Intensitätswerte und Merkmal-Intensitätswerte eine reine Substratmaske zu ermitteln, welche diejenigen, insbesondere nur solche, Messpunkte enthält, welche Orten auf dem Wertdokument entsprechen, die außerhalb des Merkmals liegen, und
    • c1) aus den Spektralvektoren der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte einen mittleren Substratvektor zu ermitteln, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch (räumliche) Mittelung oder (räumliche) Quantile-Bildung, der in den Spektralvektoren enthaltenen Intensitätswerte für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche erhalten werden, und i) für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils einen korrigierten Merkmal-Intensitätswert und/oder einen korrigierten Substrat-Intensitätswert aus den Spektralvektoren unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu ermitteln und das Wertdokument anhand der korrigierten Merkmal-Intensitätswerte und/ oder anhand der korrigierten Substrat-Intensitätswerte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen und/ oder ii) eine spektrale Signatur des Substrats und/oder des Merkmals, durch welche eine spektrale Zusammensetzung der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisiert wird, unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu ermitteln und das Wertdokument anhand der spektralen Signatur des Substrats und/oder des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen, und/ oder
    • c2) unter Verwendung von in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkten ein zeitliches Verhalten der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung zu ermitteln und das Wertdokument anhand des zeitlichen Verhaltens der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Prüfung von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, welche jeweils ein lumineszentes blattförmiges Substrat und ein auf einer Teilfläche des Substrats aufgebrachtes (z.B. aufgedrucktes) lumineszentes Merkmal aufweisen, von einem zu prüfenden Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen ortsaufgelöst erfasst, wobei eine Vielzahl von Messpunkten erhalten wird, welchen jeweils ein Spektralvektor zugeordnet ist, der mindestens zwei Intensitätswerte enthält, welche die Intensität der an dem jeweiligen Messpunkt in den mindestens zwei Spektralbereichen jeweils erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren. Bei dem Verfahren werden außerdem folgende Schritte durchgeführt:
    • a) aus den Spektralvektoren werden unter Verwendung eines vorgegebenen Substrat-Basisvektors und eines vorgegebenen Merkmal-Basisvektors für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils ein Substrat-Intensitätswert und ein Merkmal-Intensitätswert ermittelt, wobei der Substrat-Basisvektor und der Merkmal-Basisvektor jeweils mindestens zwei Intensitätswerte enthalten, welche die zu erwartende Intensität der vom Substrat bzw. vom Merkmal in den mindestens zwei Spektralbereichen emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisieren,
    • b) anhand der Substrat-Intensitätswerte und Merkmal-Intensitätswerte wird eine reine Substratmaske ermittelt, welche diejenigen, insbesondere nur solche, Messpunkte enthält, welche Orten auf dem Wertdokument entsprechen, die außerhalb des Merkmals liegen, und
    • c1) aus den Spektralvektoren der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte wird ein mittlerer Substratvektor ermittelt, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch Mittelung oder Quantile-Bildung, der in den Spektralvektoren enthaltenen Intensitätswerte für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche erhalten werden, und i) für eine Vielzahl von Messpunkten wird jeweils ein korrigierter Merkmal-Intensitätswert und/oder ein korrigierter Substrat-Intensitätswert aus den Spektralvektoren unter Verwendung des mittleren Substratvektors ermittelt und das Wertdokument anhand der korrigierten Merkmal-Intensitätswerte und/oder anhand der korrigierten Substrat-Intensitätswerte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft und/oder ii) eine spektrale Signatur des Substrats und/ oder des Merkmals, durch welche eine spektrale Zusammensetzung der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisiert wird, unter Verwendung des mittleren Substratvektors ermittelt und das Wertdokument anhand der spektralen Signatur des Substrats und/ oder des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft und/oder
    • c2) unter Verwendung von in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkten wird ein zeitliches Verhalten der vom Substrat und/ oder Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt, und das Wertdokument anhand des zeitlichen Verhaltens der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung weist eine Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Prüfen und/oder Zählen und/oder Sortieren und/oder Vernichten, von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, einen Sensor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Transporteinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, ein Wertdokument zum Sensor hin und/ oder am Sensor vorbei und/ oder vom Sensor weg zu befördern.
  • Aspekte der Erfindung basieren vorzugsweise auf dem Ansatz, aus den bei der Erfassung der Lumineszenzstrahlung erhaltenen Spektralvektoren unter Verwendung eines vorgegebenen Substrat-Basisvektors und eines vorgegebenen Merkmal-Basisvektors für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils einen Substrat-Intensitätswert und einen Merkmal-Intensitätswert zu ermitteln und anhand der ermittelten Substrat- und Merkmal-Intensitätswerte eine reine Substratmaske zu ermitteln, welche (nur) diejenigen Messpunkte enthält, die zuverlässig außerhalb des aufgebrachten Merkmals, und insbesondere nicht im Bereich des Wertdokumentrandes oder auf dem Rand des Merkmals, liegen. Die reine Substratmaske enthält z.B. nur solche Messpunkte des Wertdokuments, deren Substrat-Intensitätswert größer oder gleich einer ersten Schwelle ist. Unter Berücksichtigung der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte, bzw. anhand der Spektralvektoren bzw. Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte, lassen sich dann die Intensitäten, die spektralen Eigenschaften und/ oder das Abklingverhalten der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung genauer ermitteln, auch wenn die räumliche Verteilung des Merkmals nicht bekannt ist oder von einem Wertdokument zum nächsten variiert.
  • So wird bei einer ersten Variante aus den Spektralvektoren der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte ein mittlerer Substratvektor ermittelt, indem die Intensitätswerte dieser Spektralvektoren für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche, insbesondere durch (räumliche) Mittelung oder (räumliche) Quantile-Bildung, zu jeweils einem Intensitätswert zusammengefasst werden. Der auf diese Weise erhaltene mittlere Substratvektor gibt die Lumineszenzeigenschaften des Substrates, insbesondere die Intensitätswerte in den mindestens zwei Spektralbereichen und/oder die spektrale Zusammensetzung der Lumineszenzstrahlung, mit höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit wieder.
  • Dementsprechend kann unter Verwendung des mittleren Substratvektors - analog zur Ermittlung der ursprünglichen Substrat-Intensitätswerte und Merkmal-Intensitätswerte aus den Spektralvektoren - für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils ein korrigierter Merkmal-Intensitätswert und/ oder ein korrigierter Substrat-Intensitätswert mit höherer Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit aus den Spektralvektoren ermittelt werden. Der mittlere Substratvektor oder ein davon, z.B. durch Normierung, abgeleiteter Vektor wird dabei vorzugsweise anstelle des ursprünglich vorgegebenen Substrat-Basisvektors verwendet. Optional kann dabei zusätzlich ein mittlerer Merkmalvektor oder ein davon, z.B. durch Normierung, abgeleiteter Vektor anstelle des ursprünglich vorgegebenen Merkmal-Basisvektors verwendet werden. Die auf diese Weise erhaltenen korrigierten Merkmal-Intensitätswerte und/oder korrigierten Substrat-Intensitätswerte können dann bei der Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, des Wertdokuments herangezogen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann unter Verwendung des mittleren Substratvektors eine spektrale Signatur des Substrats und/oder eine spektrale Signatur des Merkmals ermittelt werden, durch welche eine spektrale Zusammensetzung der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisiert wird. Die spektrale Signatur des Substrats ist dabei vorzugsweise durch den mittleren Substratvektor selbst, einen davon, etwa durch Normierung, abgeleiteten Vektor oder einen daraus berechneten skalaren Signaturwert gegeben. Die spektrale Signatur des Merkmals ist vorzugsweise durch einen mittleren Merkmalvektor, einen davon, etwa durch Normierung, abgeleiteten Vektor oder einen daraus berechneten skalaren Wert gegeben. Die auf diese Weise erhaltene spektrale Signatur des Substrats bzw. des Merkmals kann dann zur Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, des Wertdokuments herangezogen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich wird bei einer zweiten Variante unter Verwendung von in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkten ein zeitliches Verhalten der vom Substrat und/ oder Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt. Zum Beispiel wird an jedem Messpunkt eine Anregung der Lumineszenz des Wertdokument mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt, insbesondere durch einen elektromagnetischen Anregungspuls. Die Lumineszenzstrahlung wird für eine Vielzahl von Messpunkten zu zwei oder mehreren Zeitpunkten erfasst, wobei dem jeweiligen Messpunkt jeweils zwei oder mehrere Intensitätswerte zugeordnet werden, die die Intensität der zu den zwei oder mehreren Zeitpunkten an dem jeweiligen Messpunkt erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren. Insbesondere wird die von dem zu prüfenden Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung an den Messpunkten auf dem Wertdokument in einem oder mehreren der Spektralbereiche zeitaufgelöst erfasst. Die Intensitätswerte können die in einem bestimmten der Spektralbereiche erhaltenen Intensitätswerte sein oder aus zwei oder mehreren der Spektralbereiche zusammengefasste Intensitätswerte sein.
  • Insbesondere können für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltene Substratwerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte - z.B. durch räumliche Mittelung - zu einem mittleren Substratwert zusammengefasst werden und das Wertdokument unter Verwendung der mittleren Substratwerte der verschiedenen Zeitpunkte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft werden. Beispielsweise wird, anhand der mittleren Substratwerte der verschiedenen Zeitpunkte, das zeitliche Verhalten der vom Substrat emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt und das Wertdokument anhand einer charakteristischen Lumineszenz-Zeitkonstante des Substrats geprüft, die aus dem ermittelten zeitlichen Verhalten ermittelt wird.
  • Anhand der von einem zu prüfenden Wertdokument emittierten und an den Messpunkten zeitaufgelöst erfassten Lumineszenzstrahlung bzw. der entsprechenden erhaltenen Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte kann ein Untergrund ermittelt werden, welcher von der vom Merkmal ausgehenden und zeitaufgelöst erfassten Lumineszenzstrahlung bzw. von den Merkmalwerten abgezogen wird. Insbesondere können die für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Untergrund-korrigierten Merkmalwerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte - z.B. durch räumliche Mittelung - zu einem mittleren korrigierten Merkmalwert zusammengefasst werden und das Wertdokument unter Verwendung der mittleren korrigierten Merkmalwerte der verschiedenen Zeitpunkte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft werden. Beispielsweise wird, anhand der Untergrund-korrigierten Merkmalwerte der verschiedenen Zeitpunkte, das zeitliche Verhalten der vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt und das Wertdokument anhand einer charakteristischen Lumineszenz-Zeitkonstante des Merkmals geprüft, die aus dem ermittelten zeitlichen Verhalten ermittelt wird.
  • Beim (räumlichen) Zusammenfassen der Intensitätswerte bzw. der Substratwerte bzw. der Untergrund-korrigierten Merkmalwerte verschiedener Messpunkte für jeweils einen der Zeitpunkte werden diejenigen Intensitätswerte bzw. Substratwerte bzw. Untergrund-korrigierten Merkmalwerte zusammengefasst, die zum selben Zeitpunkt relativ zu der jeweiligen Lumineszenzanregung an dem jeweiligen Messpunkt erfasst werden, z.B. jeweils zu einem bestimmte Zeitpunkt nach Ende des für den jeweiligen Messpunkt eingestrahlten elektromagnetischen Anregungspulses.
  • Auf diese Weise kann der zeitliche Verlauf, insbesondere in Form von Abklingkurven, der jeweils vom Substrat und Merkmal alleine emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt und bei der Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, des Wertdokuments herangezogen werden. Insgesamt wird dadurch eine genauere Bestimmung der Lumineszenz-Intensitäten, der spektralen Signatur bzw. des Abklingverhaltens des Substrats bzw. Merkmals erreicht, so dass eine zuverlässigere Prüfung von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, ermöglicht wird.
  • Bei einem blattförmigen Substrat im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann es sich z.B. um Papier, eine Folie oder ein aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetztes sog. Hybridpapier handeln. Das Substrat ist vorzugsweise mit einem Lumineszenzmerkmal versehen, das nachfolgend auch als "Substratmerkmal" oder "Papiermerkmal" bezeichnet wird und bei Anregung mittels elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. ultravioletter (UV-) Strahlung, infraroter (IR-) Strahlung oder sichtbarem Licht, Lumineszenzstrahlung, wie z.B. ultraviolette (UV-) Strahlung, infrarote (IR-) Strahlung oder sichtbares Licht, emittiert. Bevorzugt findet dabei die Anregung mit sichtbarer oder IR-Strahlung statt, und die Emission des Substratmerkmals liegt bevorzugt im IR-Spektralbereich. Das Substratmerkmal kann im Volumen des Substrats vorliegen oder als großflächige Beschichtung aufgebracht sein. Das Substratmerkmal muss nicht zwingend in der gesamten Fläche des Substrats enthalten sein. Vielmehr ist es möglich, dass Teile des Substrats, wie z.B. Fenster oder Hologrammfolien (wie z.B. ein sog. LEAD-Streifen), ganz ohne messbares Lumineszenzmerkmal sind.
  • Bei dem auf das Substrat aufgebrachten Merkmal kann es sich um ein auf das Substrat des Wertdokuments aufgedrucktes Merkmal handeln, das eine oder mehrere mittels eines Druckverfahrens auf eine Teilfläche des Substrats aufgebrachte lumineszente Substanz bzw. Substanzen aufweist, die bei Anregung mittels elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. ultravioletter (UV-) Strahlung, infraroter (IR-) Strahlung oder sichtbarem Licht, Lumineszenzstrahlung, wie z.B. ultraviolette (UV-) Strahlung, infrarote (IR-) Strahlung oder sichtbares Licht, emittiert. Das auf das Substrat aufgebrachte Merkmal ist auf eine Teilfläche des Substrats, d.h. nur in einem räumlich begrenzten Bereich des Substrats, aufgebracht, so dass in den übrigen Bereichen des Substrats nur die Lumineszenz des Substrats (des Substratmerkmals) zu der von der Erfassungseinrichtung erfassten Lumineszenzstrahlung beiträgt. Das auf das Substrat aufgebrachte Merkmal wird nachfolgend auch als "Druckmerkmal" bezeichnet. Bevorzugt findet die Anregung mit sichtbarer oder IR-Strahlung statt, und die Emission des Druckmerkmals liegt bevorzugt im IR-Spektralbereich.
  • Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich z.B. um einen ortsauflösenden Detektor, etwa eine Zeilenkamera oder eine Kamera mit einer zweidimensionalen Detektorfläche handeln. Der ortsauflösende Detektor kann aber auch als Einspursensor oder Mehrspursensor ausgebildet sein, welcher die vom Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung entlang einer bzw. mehrerer Spuren ortsaufgelöst erfasst, die zusammengenommen einen ein- bzw. zweidimensionalen Messdatensatz ergeben. Die Erfindung kann aber auch auf nur eine oder einzelne Zeilen bzw. Spuren eines Messdatensatzes angewendet werden, indem ein n-Spur-Sensor als n 1-Spur-Sensoren mit unterschiedlichen Spurpositionen aufgefasst wird. Dies kann von Vorteil sein, wenn nicht nur unterschiedliche Merkmals-Chargen, sondern auch spurweise unterschiedliche Chargen in der Sensor-Hardware kompensiert werden müssen.
  • Die Erfassungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens zwei der ortsauflösenden Detektoren auf, durch welche die Intensität der erfassten Lumineszenzstrahlung für jeden Messpunkt in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen bzw. Spektralkanälen erfasst werden kann. Im Folgenden werden die Begriffe "Spektralbereich" und "Spektralkanal" auch synonym verwendet. Die Intensitäten bzw. Intensitätswerte der in den jeweiligen Spektralkanälen erfassten Lumineszenzstrahlung werden nachfolgend auch als "Kanalintensitäten" bezeichnet. Die dabei für jeden Messpunkt erhaltenen Intensitätsspektren werden als Spektralvektoren aufgefasst, deren Komponenten durch die Kanalintensitäten gegeben sind.
  • Im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann der Begriff "Vektor" - je nach Zusammenhang - sowohl im engeren als auch im weiteren Sinne verstanden werden. So kann es sich bei einem Vektor im engeren Sinne um ein Element eines Vektorraums oder aber auch im weiteren Sinne um ein n-Tupel reeller Zahlen mit n ≥ 2 handeln, wobei n der Anzahl der Spektralkanäle entspricht.
  • Das erwartete Papiermerkmal und das erwartete Druckmerkmal weisen verschiedene, also linear unabhängige, Referenz-Intensitätsspektren auf. Diese Referenz-Intensitätsspektren lassen sich als Referenz-Basisvektoren des Vektorraums der Spektralvektoren auffassen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird der Referenz-Basisvektor des Papiermerkmals auch als "Substrat-Basisvektor" und der Referenz-Basisvektor des Druckmerkmals auch als "Merkmal-Basisvektor" bezeichnet. Die oben erwähnte Berechnung der Papier- und Druckintensitäten, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als "Substrat-Intensitätswerte" bzw. "Merkmal-Intensitätswerte" bezeichnet werden, aus den gemessenen Kanalintensitäten lässt sich also auffassen als Basistransformation des jeweils gemessenen Spektralvektors in die Basis der Referenz-Basisvektoren.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, den vorgegebenen Substrat-Basisvektor unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu korrigieren, wobei ein korrigierter Substrat-Basisvektor erhalten wird, welcher nachfolgend auch als "nachadaptierter Basisvektor" für das Substrat bzw. Papiermerkmal bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, den mittleren Substratvektor anhand eines vorgegebenen Vergleichskriteriums mit dem vorgegebenen Substrat-Basisvektor zu vergleichen und den vorgegebenen Substrat-Basisvektor, insbesondere nur dann, unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu korrigieren oder durch den mittleren Substratvektor zu ersetzen, wenn das Vergleichskriterium erfüllt ist, und/oder das Wertdokument als zurückzuweisendes Wertdokument einzustufen, wenn das Vergleichskriterium nicht erfüllt ist. Der Vergleich des mittleren Substratvektors mit dem vorgegebenen Substrat-Basisvektor stellt eine Plausibilitätsprüfung dar, deren Bestehen die Voraussetzung für eine Nachadaption des Substrat-Basisvektors unter Verwendung des mittleren Substratvektors ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der Substrat-Basisvektor durch eine Nachadaption verbessert bzw. nicht verschlechtert wird und damit bei einer erneuten Berechnung korrigierter Substrat- und/oder Merkmal-Intensitätswerte unter Verwendung des nachadaptierten Substrat-Basisvektors genauere Ergebnisse liefert.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, anhand der Merkmal-Intensitätswerte eine Merkmalmaske zu ermitteln, welche diejenigen, insbesondere nur solche, Messpunkte enthält, die auf dem Merkmal liegenden Orten entsprechen. Die Merkmalmaske enthält z.B. alle Messpunkte, deren Merkmal-Intensitätswert größer oder gleich einer zweiten Schwelle ist. Die Auswertungseinrichtung ist dazu eingerichtet, von den Spektralvektoren der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte jeweils den mittleren Substratvektor abzuziehen, wobei untergrundkorrigierte Spektralvektoren der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte erhalten werden, und aus den untergrundkorrigierten Spektralvektoren der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte einen mittleren Merkmalvektor zu ermitteln, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch (räumliche) Mittelung, der in den untergrundkorrigierten Spektralvektoren enthaltenen Intensitätswerte für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche erhalten werden. Aufgrund der Untergrundkorrektur anhand des mittleren Substratvektors gibt der auf diese Weise erhaltene mittlere Merkmalvektor die Lumineszenzeigenschaften des (auf das Substrat aufgebrachten) Merkmals, insbesondere die Intensitätswerte in den mindestens zwei Spektralbereichen und/oder die spektrale Zusammensetzung der von dem Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung, mit höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit wieder.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, den vorgegebenen Merkmal-Basisvektor unter Verwendung des mittleren Merkmalvektors zu korrigieren oder den vorgegebenen Merkmal-Basisvektor durch den mittleren Merkmalvektor zu ersetzen, wobei ein korrigierter Merkmal-Basisvektor erhalten wird, welcher nachfolgend auch als "nachadaptierter Basisvektor" für das Merkmal bzw. Druckmerkmal bezeichnet wird. Durch die Nachadaption wird die Genauigkeit des Merkmal-Basisvektors verbessert, so dass bei einer erneuten Berechnung korrigierter Substrat- und/ oder Merkmal-Intensitätswerte unter Verwendung des nachadaptierten Merkmal-Basisvektors noch zuverlässigere Ergebnisse erzielt werden können.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, zum Prüfen des Wertdokuments, insbesondere hinsichtlich Echtheit, die Intensitätswerte des mittleren Substratvektors mit einem oder mehreren vorgegebenen Substrat-Intensitätswerten zu vergleichen und/ oder die Intensitätswerte des mittleren Merkmalvektors mit einem oder mehreren vorgegebenen Merkmal-Intensitätswerten zu vergleichen.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, die korrigierten Substrat-Intensitätswerte und korrigierten Merkmal-Intensitätswerte unter Verwendung des korrigierten Substrat-Basisvektors und des, insbesondere korrigierten, Merkmal-Basisvektors aus den Spektralvektoren zu ermitteln. Die Ermittlung der korrigierten Substrat-Intensitätswerte und korrigierten Merkmal-Intensitätswerte für eine Vielzahl von Messpunkten erfolgt dabei vorzugsweise analog zur Berechnung der Substrat- und Merkmal-Intensitätswerte aus den bei der Erfassung der Lumineszenzstrahlung erhaltenen Spektralvektoren, wobei anstatt des vorgegebenen Substrat-Basisvektors der korrigierte Substrat-Basisvektor verwendet wird. Optional kann zusätzlich anstatt des vorgegebenen Merkmal-Basisvektors der korrigierte Merkmal-Basisvektor verwendet werden. In beiden Fällen werden Papier- bzw. Druckintensitäten mit signifikant höherer Zuverlässigkeit erhalten.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, das Wertdokument unter Verwendung der korrigierten Substrat-Intensitätswerte und/ oder korrigierten Merkmal-Intensitätswerte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen, insbesondere, indem die korrigierten Substrat-Intensitätswerte eines oder mehrerer Messpunkte bzw. die korrigierten Merkmal-Intensitätswerte eines oder mehrerer Messpunkte mit einem oder mehreren vorgegebenen Substrat-Intensitätswerten bzw. einem oder mehreren vorgegebenen Merkmal-Intensitätswerten verglichen werden. Durch Verwendung der korrigierten Substrat- bzw. Merkmal-Intensitätswerte bei der Prüfung kann ein wesentlich zuverlässigeres Prüfergebnis, etwa hinsichtlich einer Unterscheidung zwischen einem echten oder gefälschten Wertdokument, erzielt werden.
  • Die Auswertungseinrichtung kann ferner vorzugsweise dazu eingerichtet sein, bei der Ermittlung der spektralen Signatur des Substrats einen, insbesondere skalaren, Signaturwert des Substrats aus den mindestens zwei Intensitätswerten des mittleren Substratvektors zu ermitteln und/ oder bei der Ermittlung der spektralen Signatur des Merkmals einen, insbesondere skalaren, Signaturwert des Merkmals aus den mindestens zwei Intensitätswerten des mittleren Merkmalvektors zu ermitteln. Insbesondere charakterisiert der Signaturwert die spektrale Form der gemessenen Lumineszenzstrahlung unabhängig von deren absoluter Intensität. Vorzugsweise kann das Wertdokument dann unter Verwendung des Signaturwerts des Substrats und/oder des Signaturwerts des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft werden, insbesondere, indem der Signaturwert des Substrats und/ oder der Signaturwert des Merkmals mit einem vorgegebenen Vergleichswert des Substrats bzw. vorgegebenen Vergleichswert des Merkmals verglichen wird. Durch Verwendung der spektralen Signatur und/oder des auf diese Weise erhaltenen Signaturwerts des Substrats und/ oder Merkmals bei der Prüfung des Wertdokuments kann ein echtes Wertdokument von einem gefälschten Wertdokument wesentlich zuverlässiger unterschieden werden.
  • Vorzugsweise kann bei einer Prüfung des Wertdokuments geprüft werden, ob die mindestens zwei Intensitätswerte des mittleren Substratvektors, insb. alle, oberhalb eines Schwellenwerts liegen, und/oder ob die mindestens zwei Intensitätswerte des mittleren Merkmalsvektors, insbesondere alle, oberhalb eines (desselben oder eines anderen) Schwellenwerts liegen. Des Weiteren kann zur Prüfung des Wertdokuments, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft werden, ob der Signaturwert des Substrat und/ oder der Signaturwert des Merkmals jeweils von einem bestimmten Substrat-Referenzsignaturwert bzw. Merkmals-Referenzsignaturwert abweicht oder nicht. Alternativ oder zusätzlich kann geprüft werden, ob die spektrale Signatur, insb. der Signaturwert, des Merkmals und die spektrale Signatur, insbesondere der Signaturwert, des Substrats voneinander verschieden sind. Vorzugsweise kann dem Wertdokument nur dann das Prüfergebnis "echt" zugeordnet werden, wenn alle Intensitätswerte des mittleren Substratvektors und alle Intensitätswerte des mittleren Merkmalsvektors oberhalb eines Schwellenwerts liegen und der Signaturwert des Merkmals und der Signaturwert des Substrats voneinander verschieden sind. Vorteilhaft kann dann auf die Vorgabe der oben genannten Referenzsignaturwerte verzichtet werden.
  • Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Erfassungseinrichtung die von dem zu prüfenden Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung zeitaufgelöst in zwei oder mehreren Spektralkanälen erfasst, wobei eine Vielzahl von Messpunkten erhalten wird, welchen für jeden Spektralkanal jeweils zwei oder mehrere Intensitätswerte zugeordnet sind, welche die Intensität der zu den zwei oder mehreren Zeitpunkten in diesem Spektralkanal erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren. Die Auswertungseinrichtung ist dabei vorzugsweise dazu eingerichtet, die für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte zu einem mittleren Substratwert, insbesondere durch (räumliche) Mittelung, zusammenzufassen, wobei für jeden der Zeitpunkte ein mittlerer Substratwert erhalten wird. Dabei kann für mehrere Spektralkanäle jeweils ein mittlerer Substratwert für diesen Spektralkanal ermittelt werden, oder mehrere Spektralkanäle können zusammengefasst werden, beispielsweise durch Mittelung. Auf diese Weise lässt sich das zeitliche Verhalten, insbesondere in Form einer (ggf. spektral aufgelösten) Abklingkurve, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als "Papier-Abklingkurve" oder "mittlere Papier-Abklingkurve" bezeichnet wird, des Substrats mit höherer Zuverlässigkeit ermitteln.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung zum Ermitteln des zeitlichen Verhaltens der vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung dazu eingerichtet, anhand der für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte, insbesondere für mehrere Spektralkanäle jeweils, einen Untergrundwert zu ermitteln, insbesondere durch Quantile-Bildung, wobei für jeden der Zeitpunkte und ggf. mehrere Spektralkanäle jeweils ein Untergrundwert erhalten wird. Und die Auswertungseinrichtung ist auch dazu eingerichtet, von den für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerten der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte den für diesen Zeitpunkt und ggf. Spektralkanal jeweils erhaltenen Untergrundwert abzuziehen, wobei für jeden der Zeitpunkte und Spektralkanäle ein korrigierter Merkmalwert der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte erhalten wird, und die für jeweils einen der Zeitpunkte und Spektralkanäle erhaltenen korrigierten Merkmalwerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte zu einem mittleren korrigierten Merkmalwert, insbesondere durch (räumliche) Mittelung, zusammenzufassen, wobei für jeden der Zeitpunkte und insbesondere für jeden der Spektralkanäle ein mittlerer korrigierter Merkmalwert erhalten wird. Die für die verschiedenen Zeitpunkte erhaltenen Untergrundwerte spiegeln den zeitlichen Verlauf eines Untergrunds der erfassten Lumineszenzstrahlung wider und werden daher im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als (ggf. spektral aufgelöste) "Untergrund-Abklingkurve" bezeichnet. Die für die verschiedenen Zeitpunkte erhaltenen mittleren korrigierten Merkmalwerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte spiegeln dagegen das über die Messpunkte im Bereich des Merkmals (räumlich) gemittelte zeitliche Verhalten der bezüglich des Untergrunds korrigierten Lumineszenzstrahlung wider, welches im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als "Merkmal-Abklingkurve" oder "Druck-Abklingkurve" bezeichnet wird, die ggf. für verschiedene Spektralkanäle vorliegt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die für jeweils einen der Zeitpunkte und insbesondere für jeweils einen der Spektralkanäle erhaltenen Intensitätswerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte zu einem mittleren Substrat-Merkmalwert, insbesondere durch (räumliche) Mittelung, zusammenzufassen, wobei für jeden der Zeitpunkte und ggf. Spektralkanäle ein mittlerer Substrat-Merkmalwert erhalten wird. Die für die verschiedenen Zeitpunkte erhaltenen mittleren Substrat-Merkmalwerte spiegeln somit das zeitliche Verhalten der im Bereich des Merkmals erfassten, d.h. vom (Druck-)Merkmal und dem darunter liegenden Substrat insgesamt emittierten, Lumineszenzstrahlung wider und werden im Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung daher auch als (ggf. spektral aufgelöste) "mittlere kombinierte Abklingkurve" für das Papier und das darauf befindliche (Druck-)Merkmal bezeichnet. Vorzugsweise werden die für die Zeitpunkte erhaltenen mittleren Substratwerte ("mittlere Papier-Abklingkurve") von den für die entsprechenden Zeitpunkte erhaltenen mittleren Substrat-Merkmalwerten ("mittlere kombinierte Abklingkurve") subtrahiert, wobei für jeden der Zeitpunkte und insb. für jeden der Spektralkanäle ein mittlerer Merkmalwert erhalten wird. Die auf diese Weise zu den verschiedenen Zeitpunkten erhaltenen mittleren Merkmalwerte stellen somit eine mittlere Abklingkurve für das reine (Druck-) Merkmal, d.h. ohne Einflüsse des darunter liegenden Substrats, dar, die ggf. für verschiedene Spektralkanäle vorliegt. Vorzugsweise werden die mittlere Papier-Abklingkurve und/oder die mittlere Abklingkurve des reinen (Druck-)Merkmals zur Prüfung, insbesondere Echtheitsprüfung, des Wertdokuments herangezogen. Dazu können beispielsweise mehrere Spektralkanäle einzeln herangezogen oder auch zusammengefasst, insbesondere gemittelt, werden.
  • Im Folgenden werden weitere bevorzugte und/oder alternative Ausgestaltungen und/ oder Aspekte der Erfindung erläutert. Auch wenn sich diese Erläuterungen auf Wertdokumente mit einem Papiersubstrat beziehen, gelten diese für Wertdokumente mit einem Substrat aus einem beliebigen Material, wie z.B. Kunststoff oder Hybridpapier, entsprechend.
    • Intensitäten
  • Vorzugsweise werden zur Berechnung der messpunktweisen Papier- und Druckintensitäten folgende Schritte durchgeführt:
    • Berechnung der Papier- und Druckintensitäten mit Hilfe von abgespeicherten Referenz-Basisvektoren.
    • Bestimmung der reinen Papiermaske, d.h. der Bereiche, die nicht überdruckt sind.
    • Nachadaption des Basisvektors für das Papiermerkmal mit Hilfe der Messdaten aus dem reinen Papierbereich, falls die spektrale Signatur in diesem Bereich eine Plausibilitätsprüfung besteht.
    • Optional Nachadaption des Basisvektors für das Druckmerkmal mit Hilfe der Messdaten aus dem Merkmals-Druckbereich.
    • Berechnung der Papier- und Druckintensitäten mit Hilfe der nachadaptierten Basisvektoren.
  • Berechnung der Papier- und Druckintensitäten mit Hilfe von abgespeicherten Basisvektoren: Vorzugsweise sind im Sensor Referenz-Basisvektoren für das Papier- und Druckmerkmal abgespeichert. Mit Hilfe dieser Basisvektoren werden in einem ersten Schritt messpunktweise durch Lösen von linearen (z.B. 2x2)-Gleichungssystemen Papier- und Druckintensitäten aus den Kanalintensitäten ermittelt. Dies entspricht einer Basistransformation. Diese Berechnung ist aufgrund der chargenspezifischen Schwankungen der Lumineszenzspektren mit Ungenauigkeiten behaftet, reicht aber aus, um reine Papierbereiche zu finden, d.h. Bereiche, die nicht durch Druck gestört sind.
  • Dabei können die abgespeicherten Referenz-Basisvektoren z.B. gelernte Basisvektoren sein, das heißt auf einer Anzahl vorangegangener Berechnungen (an Adaptionsmustern oder echten Wertdokumenten, insbesondere Banknoten) beruhen. Vorzugsweise lernt der Sensor bei der Adaption spurweise bezüglich Chargenvariationen durchschnittliche Referenz-Basisvektoren für das Papier (Substrat) und das Druckmerkmal.
  • Bestimmung der reinen Papiermaske: Ein möglicher Ansatz wäre, als reine Papiermaske alle Messpunkte zu definieren, deren Papierintensität größer oder gleich einer Schwelle ist und deren Druckintensität unter einer zweiten Schwelle liegt. Hierbei würden jedoch Verfälschungen durch Messpunkte am Rand des Druckbereichs auftreten, die knapp unter der Schwelle für die Druckintensität liegen, aber dennoch nicht einem reinen Spektrum des Papiermerkmals entsprechen. Um dies zu vermeiden, wird der Rand des Druckbereichs in der reinen Papiermaske vorzugsweise wie folgt vermieden: Die reine Papiermaske wird definiert als alle Messpunkte, deren Papierintensität größer oder gleich einer Schwelle ist und für die die Druckintensität aller Messpunkte in einer Nachbarschaft, z.B. einer 3x3-Nachbarschaft, unter einer zweiten Schwelle liegt.
  • Vorzugsweise wird dies mit Hilfe von Masken wie folgt umgesetzt (siehe auch die anhand der Figuren 4 und 5 weiter unten beschriebenen Beispiele):
    • Bestimmen einer Papiermaske als alle Messpunkte, deren Papierintensität größer oder gleich einer Schwelle ist.
    • Bestimmen einer Druckmaske als alle Messpunkte, deren Druckintensität größer oder gleich einer zweiten Schwelle ist.
    • Bestimmen einer erweiterten Druckmaske durch Anwendung eines Filters, z.B. eines Dilatationsfilters über 3x3 Messpunkte, d.h. in der erweiterten Druckmaske wird ein Messpunkt genau dann gesetzt, wenn es in der ursprünglichen Druckmaske in der zugehörigen 3x3-Nachbarschaft einen gesetzten Messpunkt gibt.
    • Bestimmen einer reinen Papiermaske als Papiermaske abzüglich der erweiterten Druckmaske.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung wird die Menge der Messpunkte in der reinen Papiermaske auch als "reiner Papierbereich" und die Menge der Messpunkte in der Druckmaske auch als "Merkmals-Druckbereich" bezeichnet.
  • Nachadaption der Basisvektoren: Für jeden Spektralkanal werden die Messwerte (Intensitätswerte) aus dem reinen Papierbereich zu jeweils einem zusammengefasst, z.B. durch Mittelwert-Bildung. Es ergibt sich ein mittlerer Spektralvektor für den reinen Papierbereich, der mittlere gemessene Papier-Vektor (mittlerer Substratvektor).
  • Plausibilitätsprüfung für die Signatur des Papiermerkmals: Vergleichen des mittleren gemessenen Papier-Vektors anhand eines vorgegebenen Kriteriums mit dem Referenz-Basisvektor für das Papiermerkmal. Wird das Kriterium nicht erfüllt, wird die Banknote zurückgewiesen. Wird beispielsweise für zwei Spektralkanäle ein mittlerer gemessener Papier-Vektor (xo, x1) erhalten, so kann z.B. überprüft werden, ob der Quotient x1/xo oder eine davon abgeleitete Größe (z.B. x1/(xo+x1) = 1/(1+(x1/xo)-1) oder arctan(x1/xo)) in einem vorgegebenen Intervall liegt. Andernfalls wird die Banknote zurückgewiesen.
  • Der Algorithmus lässt dadurch nicht beliebige Papiermerkmale durch. Er toleriert und korrigiert Chargenschwankungen des Papiermerkmals, aber nur, wenn das gemessene Papiermerkmal relativ gut mit der abgespeicherten Referenz übereinstimmt.
  • Nachadaption des Papier-Basisvektors: Erzeugen eines nachadaptierten Basisvektors für das Papiermerkmal (korrigierter Substrat-Basisvektor) unter Verwendung des mittleren gemessenen Papier-Vektors (mittlerer Substratvektor). Beispielsweise kann direkt der mittlere gemessene Papier-Vektor verwendet werden, oder ein Vektor anderen Betrags (z.B. normiert oder unter Erhaltung anderer Kenngrößen) in Richtung des mittleren gemessenen Papier-Vektors oder ein (gewichtetes) Mittel zwischen dem vorgegebenen bzw. gespeicherten Referenz-Basisvektor und dem mittleren gemessenen Papier-Vektor. Auch andere Verrechnungen und Randbedingungen sind möglich. Optional kann der vorab gespeicherte Referenz-Basisvektor für das Papiermerkmal durch den nachadaptierten Basisvektor oder eine Verrechnung der beiden Vektoren ersetzt werden. So ergibt sich ein Lerneffekt und eine immer bessere Anpassung des Referenz-Basisvektors an das real vorliegende Papiermerkmal.
  • Optional: Nachadaption des Merkmals-Basisvektors, z.B. des Druck-Basisvektors: Erzeugen eines nachadaptierten Basisvektors für das Druckmerkmal (korrigierter Merkmal-Basisvektor) aus den Messwerten aus dem Merkmals-Druckbereich. Dazu wird für jeden Messpunkt aus dem Merkmals-Druckbereich der mittlere gemessene Papier-Vektor (mittlerer Substratvektor) von den Messwerten abgezogen, um untergrundkorrigierte Messwerte (untergrundkorrigierte Spektralvektoren) zu erhalten. Die untergrundkorrigierten Messwerte aus dem Merkmals-Druckbereich werden für jeden Spektralkanal zu einem Wert zusammengefasst, z.B. durch Mittelwert-Bildung. Es ergibt sich ein mittlerer Spektralvektor für das reine Druckmerkmal (mittlerer Merkmalvektor), der - analog zur Nachadaption des Papier-Basisvektors - für die Berechnung eines nachadaptierten Basisvektors für das Druckmerkmal (korrigierter Merkmal-Basisvektor) verwendet werden kann. Auch hier kann ein Lernen des abgespeicherten Basisvektors implementiert werden.
  • Berechnung der Papier- und Druckintensitäten mit Hilfe der nachadaptierten Basisvektoren: messpunktweises Ermitteln (wie bei der ersten Berechnung) der Papier- und Druckintensitäten aus den Kanalintensitäten durch Lösen von linearen (2x2)-Gleichungssystemen, nur dass diesmal statt der vorgegebenen bzw. abgespeicherten Referenz-Basisvektoren des Substrats bzw. Merkmals die nachadaptierten Basisvektoren verwendet werden.
    • Spektrale Signatur
  • Vorzugsweise werden zur Berechnung der spektralen Papier- und Drucksignatur folgende Schritte durchgeführt:
    • Bestimmung der spektralen Papiersignatur (spektrale Signatur des Substrats).
    • Schätzung der Kanalintensitäten des Papieruntergrunds im Druckbereich anhand der Kanalintensitäten im reinen Papierbereich.
    • Untergrundabzug: Subtrahieren der Kanalintensitäten des Papieruntergrunds von den Kanalintensitäten im Druckbereich und Bestimmen der spektralen Drucksignatur (spektrale Signatur des Merkmals) aus den dabei erhaltenen Kanalintensitäten.
  • Bestimmung der spektralen Papiersignatur und Schätzung der Kanalintensitäten des Papieruntergrunds im Druckbereich: Vorzugsweise entspricht die spektrale Papiersignatur dem mittleren gemessenen Papier-Vektor (mittlerer Substratvektor), der in der vorstehend bereits beschriebenen Weise ermittelt werden kann.
  • Vorzugsweise wird der mittlere gemessene Papier-Vektor je nach erwartetem Banknotendesign dabei auf verschiedene Art und Weise berechnet.
  • Wenn man davon ausgeht, dass die Papierintensität im Merkmals-Druckbereich ähnlich zur Papierintensität im reinen Papierbereich ist, kann der mittlere gemessene Papier-Vektor vorzugsweise durch kanalweise arithmetische Mittelung der Einzelmessungen (Spektralvektoren) ermittelt werden. Falls jedoch die Papierintensität im reinen Papierbereich gegenüber dem Merkmals-Druckbereich lokal verändert ist (z.B. durch im relevanten Spektralbereich absorbierenden bzw. reflektierenden Druck oder durch Wasserzeichen o.ä.), liefert z.B. ein kanalweiser Quantil-Wert (z.B. 80%-Quantil) eine bessere Abschätzung als der kanalweise Mittelwert.
  • Ein Quantil oder Quantil-Wert ist eine zwischen 0 und 1 bzw. 0% und 100% liegende Kennzahl p einer Stichprobe, welche die Stichprobe so teilt, dass ein Anteil der Stichprobe von p kleiner als das empirische p-Quantil ist und ein Anteil von 1 - p bzw. 100 % - p der Stichprobe größer als das p-Quantil ist. Ist beispielsweise eine Stichprobe von kanalweisen Intensitätswerten gegeben, so entspricht das 80%-Quantil demjenigen Intensitätswert I80, für den 80% der Intensitätswerte in der Stichprobe kleiner als der Intensitätswert I80 und 20% größer als der Intensitätswert I80 sind.
  • Bestimmung der spektralen Drucksignatur: Es wird von allen gemessenen Spektralvektoren im Merkmals-Druckbereich der, wie vorstehend beschrieben, berechnete mittlere gemessene Papier-Vektor abgezogen. Auf diese Weise werden untergrundkorrigierte Spektralvektoren für den Merkmals-Druckbereich erhalten. Die für jeden Spektralkanal erhaltenen untergrundkorrigierten Messwerte aus dem Merkmals-Druckbereich werden, z.B. durch Mittelwert-Bildung, zu jeweils einem Wert zusammengefasst, so dass sich ein mittlerer untergrundkorrigierter Spektralvektor für den Merkmals-Druckbereich ergibt, welcher im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als mittlerer gemessener Druck-Vektor oder mittlerer Merkmal-Vektor bezeichnet wird.
  • Aus dem mittleren gemessenen Druck-Vektor kann ein skalares Maß für die spektrale Signatur des Druckmerkmals berechnet werden, im Fall von zwei Spektralkanälen (zo, z1) beispielsweise als Quotient zi/zo oder eine davon abgeleitete Größe (z.B. z1/(zo+z1) = 1/(1+(z1/zo)-1) oder arctan(z1/zo)). Dieses Maß für die spektrale Signatur, der Signaturwert, kann anschließend für die Echtheitsprüfung mit einem Referenzwert oder mit entsprechenden Schwellen verglichen werden.
    • Zeitverhalten
  • Je nach Anwendung bzw. Betrieb des Sensors kann für jeden Messpunkt und jeden Spektralkanal nicht nur ein einziger Intensitätswert, sondern eine Serie von zwei oder mehreren Messwerten über die Zeit vorliegen (z.B. eine Abklingkurve, die an endlich vielen Zeitpunkten abgetastet wird). Das oben beschriebene Verfahren des Untergrundabzugs lässt sich vorzugsweise auch auf eine zeitliche Serie von Messwerten anwenden, indem es auf die einzelnen Elemente der Serie angewandt wird. Beispielsweise erhält man den Mittelwert (oder einen Quantil-Wert) von mehreren Serien, indem man für jedes Element jeweils den Mittelwert (oder den Quantil-Wert) über die mehreren Serien berechnet.
  • Wie bei der spektralen Signatur erhält man vorzugsweise auch bei den Abklingkurven
    • Eine Papier-Abklingkurve (mittlere Substratwerte für die verschiedenen Zeitpunkte), insb. pro Spektralkanal, aus den Abklingkurven der Messpunkte des reinen Papierbereichs, z.B. durch Mittelwert-Bildung.
    • eine Schätzung für die Untergrund-Abklingkurve (Untergrundwerte für die verschiedenen Zeitpunkte), insb. pro Spektralkanal, aus den Abklingkurven der Messpunkte des reinen Papierbereichs, z.B. durch Quantile-Bildung.
    • eine Schätzung für die Druck-Abklingkurve (mittlere korrigierte Merkmalwerte für die verschiedenen Zeitpunkte), insb. pro Spektralkanal, z.B. als Mittelwert der bezüglich der Untergrund-Abklingkurve korrigierten Abklingkurven der Messpunkte im Merkmals-Druckbereich.
  • Vorzugsweise können aus der Papier-Abklingkurve und/oder der Druck-Abklingkurve Werte ermittelt werden, welche das Abklingverhalten des lumineszenten Papier- bzw. Druckmerkmals charakterisieren und zur Prüfung des Wertdokuments z.B. mit vorgegebenen Vergleichswerten verglichen werden können.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Beispiel einer Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung mit einem Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten;
    Fig. 2
    ein Beispiel von Intensitätswerten einer in zwei Spektralkanälen K0 (oben) und K1 (unten) ortsaufgelöst erfassten Lumineszenzstrahlung;
    Fig. 3
    ein Beispiel von aus den in Fig. 2 gezeigten Intensitätswerten ermittelten Papierintensitäten (unten) und Druckintensitäten (oben);
    Fig. 4
    ein Beispiel einer Papiermaske (oben) und einer Druckmaske (unten);
    Fig. 5
    ein Beispiel einer erweiterten Druckmaske (oben) und einer reinen Papiermaske (unten);
    Fig. 6
    ein Beispiel von Papierintensitäten (unten) und Druckintensitäten (oben), die unter Verwendung nachadaptierter Basisvektoren aus den in Fig. 2 gezeigten Intensitätswerten ermittelt wurden;
    Fig. 7
    ein erstes Beispiel eines Streudiagramms zur Veranschaulichung von Intensitätswerten der in zwei Spektralkanälen K0 und K1 erfassten Lumineszenzstrahlung;
    Fig. 8
    ein zweites Beispiel eines Streudiagramms zur Veranschaulichung der Ermittlung der spektralen Signatur des Druckmerkmals; und
    Fig. 9
    Beispiele für Abklingkurven.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung 1 mit einer Eingabeeinrichtung 9, beispielsweise einem sog. Eingabefach, zur Aufnahme eines Stapels 10 von Wertdokumenten 2, insbesondere Banknoten, welche mittels einer nicht dargestellten Vereinzelungseinrichtung einzeln vom Stapel 10 abgezogen und mittels einer Transporteinrichtung 4 entlang eines Transportwegs 6 befördert werden. Die Transporteinrichtung 4 weist im vorliegenden Beispiel Transportriemen, die über mehrere nur schematisch dargestellte Transportrollen 4a-4c geführt sind, und Weichen 5a-c auf.
  • Ferner ist ein Sensor zur Prüfung der Wertdokumente 2 vorgesehen, welcher mindestens eine Erfassungseinrichtung 3 aufweist, die dazu eingerichtet ist, von einem jeweils zu prüfenden Wertdokument 2 ausgehende elektromagnetische Strahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralkanälen bzw. Spektralbereichen ortsaufgelöst zu erfassen.
  • Im dargestellten Beispiel weisen die Wertdokumente 2 jeweils ein blattförmiges Substrat auf, welches meist durch Papier, eine Folie oder ein sog. Hybridpapier gebildet wird und das z.B. vollflächig mit einem Lumineszenzmerkmal versehen ist, so dass es, beispielsweise durch Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung, zur Emission von Lumineszenzstrahlung angeregt werden kann. Darüber hinaus ist auf eine Teilfläche des Substrats örtlich begrenzt ein weiteres Lumineszenzmerkmal aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, welches auch als "Druckmerkmal" oder "Merkmal" bezeichnet wird und ebenfalls zur Emission vom Lumineszenzstrahlung angeregt werden kann.
  • Ferner ist eine Bestrahlungseinrichtung 8 vorgesehen, z.B. eine IR-Lichtquelle, welche dazu eingerichtet ist, das zu prüfende Wertdokument 2 mit elektromagnetischer Anregungsstrahlung zu bestrahlen, so dass das Substrat und das darauf aufgebrachte bzw. aufgedruckte Merkmal zur Emission von Lumineszenzstrahlung angeregt werden kann.
  • Die von der Erfassungseinrichtung 3 ortsaufgelöst erfasste Lumineszenzstrahlung liefert somit für jeden Messpunkt in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralkanälen Signale, die ein Maß für die spektralen Intensitäten der erfassten Lumineszenzstrahlung darstellen. Für den Bereich des Substrats ohne aufgebrachtes bzw. aufgedrucktes Merkmal werden in der Regel andere spektrale Intensitätsverhältnisse erhalten als für den Bereich des aufgebrachten bzw. aufgedruckten Merkmals.
  • Bei der Erfassungseinrichtung 3 kann es sich um jede Art von Sensorsystem zur ortsaufgelösten Erfassung der vom Wertdokument 2 ausgehenden Lumineszenzstrahlung im sichtbaren und/oder nicht sichtbaren (z.B. ultravioletten und/oder infraroten) Spektralbereich handeln, wie z.B. eine Kamera oder einen Einspur- oder Mehrspursensor. Optional können in der Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung 1 weitere Sensoren (nicht dargestellt), wie z.B. Ultraschall-, Magnet- und/oder kapazitive Sensoren, zur Erfassung weiterer Eigenschaften der Wertdokumente 2 vorgesehen sein.
  • Anhand der mittels der Erfassungseinrichtung 3 in mindestens zwei Spektralbereichen ortsaufgelöst erfassten Lumineszenzstrahlung und/oder mittels etwaiger weiterer Sensoren erfasster Eigenschaften wird das Wertdokument 2 in einer Auswertungseinrichtung 7 geprüft, beispielsweise hinsichtlich Echtheit, Verschmutzung und/ oder Zustand, und abhängig vom Ergebnis der Prüfung an eines von mehreren Ausgabefächern 11a-d ausgegeben. Dazu werden die Weichen 5a-c durch die Auswertungseinrichtung 7 und/oder eine Steuerungseinrichtung entsprechend gesteuert bzw. betätigt. Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung 7 als Computer ausgebildet und/ oder weist die Auswertungseinrichtung 7 einen Prozessor zur Datenverarbeitung und einen Speicher zum Speichern von Daten auf.
  • Die Verarbeitung bzw. Auswertung der in den mindestens zwei Spektralbereichen ortsaufgelöst erfassten Lumineszenzstrahlung in der Auswertungseinrichtung 7 wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
    • Intensitäten
  • Figur 2 zeigt ein Beispiel für Intensitätsverteilungen der von einer Banknote emittierten Lumineszenzstrahlung in zwei unterschiedlichen Spektralkanälen K0 (oben) und K1 (unten). Die Zahlen geben dabei die gemessenen Intensitäten I0, I1 oder zumindest ein Maß für die Intensitäten I0, I1 am jeweiligen Messpunkt im jeweiligen Spektralkanal an.
  • Im Beispiel sind am linken und rechten Rand jeweils Streifen von Null-Messungen erkennbar, welche Messungen außerhalb der Banknote entsprechen, wohingegen an allen Messpunkten innerhalb der Banknote Lumineszenzintensitäten in beiden Spektralkanälen gemessen wurden.
  • Im vorliegenden Beispiel ergeben sich die gemessenen Intensitäten I0 und I1 der für jeden der Messpunkte in den Spektralkanälen K0 und K1 erfassten Lumineszenzstrahlung aus den Intensitäten IP und ID der vom Papier (Substrat) bzw. Druckmerkmal emittierten Lumineszenzstrahlung wie folgt: I 0 = b 0 , P I P + b 0 , D I D
    Figure imgb0001
     und I1 = b 1 ,P I P + b 1 ,D I D ,
    Figure imgb0002
     wobei die Koeffizienten b0,P und b1,P einen Referenz-Basisvektor (b0,P, b1,P) für das Papiermerkmal und die Koeffizienten b0,D und b1,D einen Referenz-Basisvektor (b0,D, b1,D) für das Druckmerkmal bilden. Entsprechend bilden die für jeden der Messpunkte erhaltenen Intensitäten I0 und I1 jeweils einen Vektor (I0, I1), welcher im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auch als Spektralvektor bezeichnet wird.
  • Die genannten Koeffizienten bzw. die entsprechenden Referenz-Basisvektoren können in der Auswertungseinrichtung 7 abgespeichert sein. Sie wurden beispielsweise bei vorausgegangenen Messungen ermittelt und können ggf. mittels maschinellen Lernens nachjustiert werden.
  • Mit den als bekannt vorausgesetzten bzw. vorgegebenen Referenz-Basisvektoren bzw. den entsprechenden Koeffizienten stellen die beiden vorstehend angegebenen Gleichungen für I0 und I1 ein 2x2-Gleichungssystem dar, das leicht nach den Intensitäten IP und ID für das Papier (Substrat) bzw. Druckmerkmal aufgelöst werden kann. Dies gilt entsprechend für mehr als zwei Spektralkanäle und/ oder mehr als zwei unterschiedliche Lumineszenzmerkmale, wobei vorzugsweise die Anzahl der Spektralkanäle mit der Anzahl der verschiedenen Lumineszenzmerkmale übereinstimmt. Dies ermöglicht eine eindeutige Lösung des Gleichungssystems. Im vorliegenden Beispiel werden, wie vorstehend beschrieben, aus den gemessenen Intensitäten I0 und I1 anhand abgespeicherter Referenz-Basisvektoren (0.9397, 0.3420) für das Papiermerkmal und (0.4848, 0.8746) für das Druckmerkmal die Papier- und Druckintensitäten für jeden Messpunkt berechnet.
  • Figur 3 illustriert die dabei erhaltenen Verteilungen der Papierintensität (unten) und der Druckintensität (oben) als 2D-Verteilungen. Insbesondere bei der Druckintensität treten verfälschte negative Werte auf, was darauf zurückgeführt wird, dass die spektralen Signaturen, d.h. die spektrale Zusammensetzung der jeweils emittierten Lumineszenzstrahlung, der tatsächlich vorliegenden Merkmalsstoffe von den verwendeten Referenz-Basisvektoren abweichen, so dass die Berechnung der Intensitäten mit Fehlern behaftet ist. Daher werden die Intensitätsverteilungen aus Fig. 3 lediglich dazu verwendet, eine Papiermaske und eine Druckmaske zu bestimmen.
  • Anhand der in Figur 3 (unten) gezeigten Papierintensitäten wird nun die Papiermaske z.B. folgendermaßen berechnet: Alle Messpunkte mit einer Papierintensität ≥ 10 werden in der Papiermaske auf "1" gesetzt, die restlichen Messpunkte auf "0". Bei der dabei erhaltenen und in Figur 4 (oben) gezeigten Papiermaske sind die Randbereiche außerhalb der Banknote deutlich zu erkennen.
  • Analog wird anhand der in Figur 3 (oben) gezeigten Druckintensitäten die Druckmaske z.B. folgendermaßen berechnet: Alle Messpunkte mit einer Druckintensität ≥ 10 werden in der Druckmaske auf "1" gesetzt, die restlichen Messpunkte auf "0". Die dabei erhaltene Druckmaske ist in Figur 4 (unten) gezeigt. In einer erweiterten Druckmaske erhalten diejenigen Messpunkte den Wert "1", in deren 3x3-Umgebung mindestens ein Messpunkt in der Druckmaske den Wert "1" hat. Dies schließt Löcher in der Druckmaske und vermeidet Randmesspunkte mit einem geringen aber messbaren Beitrag des Druckmerkmals. Die dabei erhaltene erweiterte Druckmaske ist in Figur 5 (oben) gezeigt. Eine reine Papiermaske entspricht der Papiermaske minus der erweiterten Druckmaske und ist in Figur 5 (unten) gezeigt.
  • Durch Mitteln der Spektralvektoren (I0, I1) der im reinen Papierbereich enthaltenen Messpunkte wird ein mittlerer gemessener Papiervektor (65.44, 21.26) erhalten. Der normierte mittlere gemessene Papiervektor (0.9511, 0.3090) dient als nachadaptierter Basisvektor für das Papiermerkmal. Mithilfe des nachadaptierten Basisvektors für das Papiermerkmal können nun erneut für jeden Messpunkt die Papier- und die Druckintensität berechnet werden. Figur 6 zeigt die dabei erhaltenen Papierintensitäten (unten) und Druckintensitäten (oben). Wie daraus ersichtlich ist, treten keine verfälschten, negativen Werte mehr auf - wie in Figur 3. Dies zeigt, dass die (erneute) Berechnung der Papier- und Druckintensitäten mithilfe der nachadaptierten Basisvektoren eine höhere Genauigkeit der Intensitätsbestimmung ermöglicht.
    • Spektrale Signatur
  • Figur 7 zeigt ein Beispiel der erfassten Lumineszenzintensitäten einer Banknote in zwei Spektralkanälen K0 und K1 als Streudiagramm. Jeder Punkt und jeder Kreis entspricht dabei einem Messpunkt, die Ordinate zeigt die Intensität im Kanal K1 und die Abszisse die Intensität im Kanal K0. Die als Punkte dargestellten Spektralvektoren entsprechen dem reinen Papiermerkmal. Sie fallen alle auf eine Ursprungsgerade und unterscheiden sich nur in ihrem Betrag, zum Beispiel aufgrund von absorbierenden Überdruckungen.
  • Viele dieser Spektralvektoren sind auch betragsmäßig sehr ähnlich und fallen bei ca. (80, 170) nahezu aufeinander. Diese Spektralvektoren entsprechen dem ungestörten Papiermerkmal. Daneben gibt es als Kreise dargestellte Spektralvektoren, die nicht auf der erwähnten Ursprungsgerade liegen. Sie entsprechen Messpunkten im Merkmals-Druckbereich, an denen also das Papier- und das Druckmerkmal zur erfassten Intensität der Lumineszenzstrahlung beitragen. Typischerweise liegen diese Messpunkte auf einer zweiten Gerade, welche die erste Gerade im Punkt des ungestörten Papiermerkmals schneidet. Dies veranschaulicht, dass sich die Lumineszenz im Merkmals-Druckbereich aus der (ungestörten) Lumineszenz des Papiermerkmals und der Lumineszenz des Druckmerkmals zusammensetzt. Die Intensität des Druckmerkmals kann dabei aufgrund des Druckdesigns (Farbverteilung und -Dicke) variieren.
  • Für den Untergrundabzug wird, wie vorstehend beschrieben, der mittlere gemessene Papier-Vektor berechnet, welcher dem Cluster von Messpunkten des ungestörten Papiermerkmals entspricht. Der mittlere gemessene Papiervektor wird dann von allen Spektralvektoren aus dem Merkmals-Druckbereich abgezogen, was in Figur 7 durch die Pfeile verdeutlicht wird.
  • Die untergrundkorrigierten Messwerte liegen anschließend auf einer Ursprungsgerade, wie Figur 8 zeigt. Diese Ursprungsgerade entspricht der spektralen Signatur des Druckmerkmals, in diesem Beispiel ca. (230, 50).
    • Zeitverhalten
  • Zur Auswertung des Zeitverhaltens des Druckmerkmals wird zunächst, wie vorstehend beschrieben, der reine Papierbereich und der Merkmals-Druckbereich bestimmt. Für jeden Messpunkt liegt mindestens eine Abklingkurve in Form von zwei oder mehreren zeitversetzten Intensitätsmessungen vor. Optional kann auch für jeden Messpunkt mehr als eine Abklingkurve vorliegen, z.B. Abklingkurven für mehrere Spektralkanäle. Die Abklingkurven aller Messpunkte im reinen Papierbereich werden miteinander verrechnet (z.B. durch Mittelwertbildung), um eine mittlere Papier-Abklingkurve zu erhalten. Dabei wird beispielsweise jeder Spektralkanal getrennt behandelt. Ebenso werden die Abklingkurven aller Messpunkte im Merkmals-Druckbereich miteinander verrechnet (z.B. durch Mittelwertbildung), um pro Spektralkanal eine mittlere kombinierte Abklingkurve zu erhalten.
  • Figur 9 zeigt ein Intensitäts-Zeit-Diagramm (in beliebigen Einheiten) mit der mittleren Papier-Abklingkurve eines Spektralkanals ("Papier", Quadrate) und der mittleren kombinierten Abklingkurve ("Papier + Druck", Kreise) desselben Spektralkanals für eine beispielhafte Banknote. Durch Subtraktion der beiden Kurven erhält man die mittlere Abklingkurve des Spektralkanals für das reine Druckmerkmal ("Druck", Karos), die weiter ausgewertet und/oder bei der Prüfung der Banknote herangezogen werden kann.

Claims (15)

  1. Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten (2), insbesondere Banknoten, welche jeweils ein lumineszentes blattförmiges Substrat und ein auf einer Teilfläche des Substrats aufgebrachtes lumineszentes Merkmal aufweisen, mit:
    einer Erfassungseinrichtung (3), welche dazu eingerichtet ist, von einem zu prüfenden Wertdokument (2) emittierte Lumineszenzstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen (K0, K1) ortsaufgelöst zu erfassen, wobei eine Vielzahl von Messpunkten erhalten wird, welchen jeweils ein Spektralvektor (I0, I1) zugeordnet ist, der mindestens zwei Intensitätswerte (I0, I1) enthält, welche die Intensität der an dem jeweiligen Messpunkt in den mindestens zwei Spektralbereichen (K0, K1) jeweils erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren, und
    einer Auswertungseinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist,
    a) aus den Spektralvektoren (I0, I1) unter Verwendung eines vorgegebenen Substrat-Basisvektors (b0,P, b1,P) und eines vorgegebenen Merkmal-Basisvektors (b0,D, b1,D) für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils einen Substrat-Intensitätswert und einen Merkmal-Intensitätswert zu ermitteln, wobei der Substrat-Basisvektor (b0,P, b1,P) und der Merkmal-Basisvektor (b0,D, b1,D) jeweils mindestens zwei Intensitätswerte (b0,P, b1,P bzw. b0,D, b1,D) enthält, welche die zu erwartende Intensität der vom Substrat bzw. Merkmal in den mindestens zwei Spektralbereichen (K0, K1) emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisieren,
    b) anhand der Substrat-Intensitätswerte und Merkmal-Intensitätswerte eine reine Substratmaske zu ermitteln, welche diejenigen Messpunkte enthält, welche außerhalb des Merkmals liegenden Orten auf dem Wertdokument (2) entsprechen, und
    c1) aus den Spektralvektoren (I0, I1) der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte einen mittleren Substratvektor zu ermitteln, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch Mittelung oder Quantile-Bildung, der in den Spektralvektoren (I0, I1) enthaltenen Intensitätswerte (I0, I1) für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche (K0, K1) erhalten werden, und
    i) für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils einen korrigierten Merkmal-Intensitätswert und/oder einen korrigierten Substrat-Intensitätswert aus den Spektralvektoren (I0, I1) unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu ermitteln und das Wertdokument anhand der korrigierten Merkmal-Intensitätswerte und/ oder anhand der korrigierten Substrat-Intensitätswerte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen und/oder
    ii) eine spektrale Signatur des Substrats und/ oder eine spektrale Signatur des Merkmals, durch welche eine spektrale Zusammensetzung der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisiert wird, unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu ermitteln und das Wertdokument anhand der spektralen Signatur des Substrats und/oder des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen,
    und/ oder
    c2) unter Verwendung von in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkten ein zeitliches Verhalten der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung zu ermitteln und das Wertdokument anhand des zeitlichen Verhaltens der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen.
  2. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den vorgegebenen Substrat-Basisvektor (b0,P, b1,P) unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu korrigieren oder den vorgegebenen Substrat-Basisvektor durch den mittleren Substratvektor zu ersetzen, wobei ein korrigierter Substrat-Basisvektor erhalten wird.
  3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den mittleren Substratvektor anhand eines vorgegebenen Vergleichskriteriums mit dem vorgegebenen Substrat-Basisvektor (b0,P, b1,P) zu vergleichen und,
    - wenn das Vergleichskriterium erfüllt ist, den Substrat-Basisvektor (b0,P, b1,P) unter Verwendung des mittleren Substratvektors zu korrigieren oder den Substrat-Basisvektor durch den mittleren Substratvektor zu ersetzen, und/ oder
    - wenn das Vergleichskriterium nicht erfüllt ist, das Wertdokument als zurückzuweisendes Wertdokument (2) einzustufen.
  4. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist,
    - anhand der Merkmal-Intensitätswerte eine Merkmalmaske zu ermitteln, welche diejenigen Messpunkte enthält, die auf dem Merkmal liegenden Orten entsprechen,
    - von den Spektralvektoren (I0, I1) der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte jeweils den mittleren Substratvektor abzuziehen, wobei untergrundkorrigierte Spektralvektoren der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte erhalten werden, und
    - aus den untergrundkorrigierten Spektralvektoren der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte einen mittleren Merkmalvektor zu ermitteln, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch Mittelung, der in den untergrundkorrigierten Spektralvektoren enthaltenen Intensitätswerte für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche erhalten werden.
  5. Sensor nach Anspruch 4, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den vorgegebenen Merkmal-Basisvektor (b0,D, b1,D) unter Verwendung des mittleren Merkmalvektors zu korrigieren oder den vorgegebenen Merkmal-Basisvektor durch den mittleren Merkmalvektor zu ersetzen, wobei ein korrigierter Merkmal-Basisvektor erhalten wird.
  6. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die korrigierten Substrat-Intensitätswerte und korrigierten Merkmal-Intensitätswerte unter Verwendung des korrigierten Substrat-Basisvektors und des, insbesondere korrigierten, Merkmal-Basisvektors aus den Spektralvektoren (I0, I1) zu ermitteln.
  7. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, zum Prüfen des Wertdokument (2), insbesondere hinsichtlich Echtheit,
    - die korrigierten Substrat-Intensitätswerte eines oder mehrerer Messpunkte oder die Intensitätswerte des mittleren Substratvektors mit einem oder mehreren vorgegebenen Substrat-Intensitätswerten zu vergleichen und/ oder
    - die korrigierten Merkmal-Intensitätswerte eines oder mehrerer Messpunkte oder die Intensitätswerte des mittleren Merkmalvektors mit einem oder mehreren vorgegebenen Merkmal-Intensitätswerten zu vergleichen.
  8. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist,
    - bei der Ermittlung der spektralen Signatur des Substrats einen, insbesondere skalaren, Signaturwert des Substrats aus den mindestens zwei Intensitätswerten des mittleren Substratvektors zu ermitteln und/oder
    - bei der Ermittlung der spektralen Signatur des Merkmals einen, insbesondere skalaren, Signaturwert des Merkmals aus den mindestens zwei Intensitätswerten des mittleren Merkmalvektors zu ermitteln,
    wobei die Auswertungseinrichtung (7) insbesondere dazu eingerichtet ist, zum Prüfen des Wertdokuments (7) anhand der spektralen Signatur des Substrats und/oder anhand der spektralen Signatur des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, den Signaturwert des Substrats und/ oder den Signaturwert des Merkmals jeweils mit einem oder mehreren vorgegebenen Vergleichswert(-en) des Substrats bzw. mit einem oder mehreren vorgegebenen Vergleichswert(-en) des Merkmals zu vergleichen.
  9. Sensor nach Anspruch 8, wobei beim Prüfen dem Wertdokument das Prüfergebnis "echt" zugeordnet wird, wenn die mindestens zwei Intensitätswerte des mittleren Substratvektors oberhalb eines Schwellenwerts liegen und die mindestens zwei Intensitätswerte des mittleren Merkmalvektors oberhalb desselben oder oberhalb eines anderen Schwellenwerts liegen, und der Signaturwert des Merkmals und der Signaturwert des Substrats voneinander verschieden sind.
  10. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die von dem zu prüfenden Wertdokument (2) emittierte Lumineszenzstrahlung für eine Vielzahl von Messpunkten zu zwei oder mehreren Zeitpunkten zu erfassen, wobei dem jeweiligen Messpunkt jeweils zwei oder mehrere Intensitätswerte zugeordnet werden, welche die Intensität der zu den zwei oder mehreren Zeitpunkten an dem jeweiligen Messpunkt erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren.
  11. Sensor nach Anspruch 10, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist,
    - anhand der für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte einen Untergrundwert zu ermitteln, insbesondere durch Quantile-Bildung, wobei für zwei oder mehrere Zeitpunkte jeweils ein Untergrundwert erhalten wird, und
    - anhand der Merkmal-Intensitätswerte eine Merkmalmaske zu ermitteln, welche diejenigen Messpunkte enthält, die auf dem Merkmal liegenden Orten entsprechen, und
    - von den für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerten der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte den für diesen Zeitpunkt jeweils erhaltenen Untergrundwert abzuziehen, wobei für zwei oder mehrere Zeitpunkte jeweils ein korrigierter Merkmalwert der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte erhalten wird, und
    - die für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen korrigierten Merkmalwerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte zu einem mittleren korrigierten Merkmalwert, insbesondere durch Mittelung, zusammenzufassen, wobei für zwei oder mehrere Zeitpunkte jeweils ein mittlerer korrigierter Merkmalwert erhalten wird, und
    - das Wertdokument unter Verwendung der mittleren korrigierten Merkmalwerte zweier oder mehrerer der Zeitpunkte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen.
  12. Sensor nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist,
    - zum Ermitteln des zeitlichen Verhaltens der vom Substrat emittierten Lumineszenzstrahlung für zwei oder mehrere oder jeden der Zeitpunkte jeweils einen mittleren Substratwert zu ermitteln, wobei der jeweilige mittlere Substratwert des jeweiligen Zeitpunkts durch Zusammenfassen, insbesondere durch Mittelung, der Intensitätswerte der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte erhalten wird, und
    - das Wertdokument unter Verwendung der mittleren Substratwerte zweier oder mehrerer der Zeitpunkte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen.
  13. Sensor nach Anspruch 12, wobei die Auswertungseinrichtung (7) dazu eingerichtet ist,
    - anhand der Merkmal-Intensitätswerte eine Merkmalmaske zu ermitteln, welche diejenigen Messpunkte enthält, die auf dem Merkmal liegenden Orten entsprechen, und
    - die für jeweils einen der Zeitpunkte erhaltenen Intensitätswerte der in der Merkmalmaske enthaltenen Messpunkte zu einem mittleren Substrat-Merkmalwert, insbesondere durch Mittelung, zusammenzufassen, wobei für mehrere der Zeitpunkte jeweils ein mittlerer Substrat-Merkmalwert erhalten wird, und
    - die für die Zeitpunkte erhaltenen mittleren Substratwerte von den für die Zeitpunkte erhaltenen mittleren Substrat-Merkmalwerten abzuziehen, wobei für mehrere Zeitpunkte jeweils ein mittlerer Merkmalwert erhalten wird, und
    - das Wertdokument anhand der mittleren Merkmalwerte zweier oder mehrerer der Zeitpunkte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, zu prüfen.
  14. Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung (1) zum Bearbeiten, insbesondere Prüfen und/oder Zählen und/oder Sortieren und/oder Vernichten, von Wertdokumenten (2), insbesondere Banknoten, mit einem Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Transporteinrichtung (4), welche dazu eingerichtet ist, ein Wertdokument (2) zum Sensor hin und/oder am Sensor vorbei und/oder vom Sensor weg zu befördern.
  15. Verfahren zur Prüfung von Wertdokumenten (2), insbesondere Banknoten, welche jeweils ein lumineszentes blattförmiges Substrat und ein auf einer Teilfläche des Substrats aufgebrachtes lumineszentes Merkmal aufweisen, wobei von einem zu prüfenden Wertdokument emittierte Lumineszenzstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen (K0, K1) ortsaufgelöst erfasst wird, wobei eine Vielzahl von Messpunkten erhalten wird, welchen jeweils ein Spektralvektor (I0, I1) zugeordnet ist, der mindestens zwei Intensitätswerte (I0, I1) enthält, welche die Intensität der an dem jeweiligen Messpunkt in den mindestens zwei Spektralbereichen (K0, K1) jeweils erfassten Lumineszenzstrahlung charakterisieren, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) aus den Spektralvektoren (I0, I1) unter Verwendung eines vorgegebenen Substrat-Basisvektors (b0,P, b1,P) und eines vorgegebenen Merkmal-Basisvektors (b0,D, b1,D) für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils ein Substrat-Intensitätswert und ein Merkmal-Intensitätswert ermittelt wird, wobei der Substrat-Basisvektor (b0,P, b1,P) und der Merkmal-Basisvektor (b0,D, b1,D) jeweils mindestens zwei Intensitätswerte (b0,P, b1,P bzw. b0,D, b1,D) enthält, welche die zu erwartende Intensität der vom Substrat bzw. Merkmal in den mindestens zwei Spektralbereichen (K0, K1) emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisieren,
    b) anhand der Substrat-Intensitätswerte und Merkmal-Intensitätswerte eine reine Substratmaske ermittelt wird, welche diejenigen Messpunkte enthält, welche außerhalb des Merkmals liegenden Orten auf dem Wertdokument (2) entsprechen, und
    c1) aus den Spektralvektoren (I0, I1) der in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkte ein mittlerer Substratvektor ermittelt wird, welcher mindestens zwei Intensitätswerte enthält, die jeweils durch Zusammenfassen, insbesondere durch Mittelung oder Quantile-Bildung, der in den Spektralvektoren (I0, I1) enthaltenen Intensitätswerte (I0, I1) für jeden der mindestens zwei Spektralbereiche (K0, K1) erhalten werden, und
    i) für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils ein korrigierter Merkmal-Intensitätswert und/ oder ein korrigierter Substrat-Intensitätswert aus den Spektralvektoren (I0, I1) unter Verwendung des mittleren Substratvektors ermittelt wird und das Wertdokument anhand der korrigierten Merkmal-Intensitätswerte und/ oder anhand der korrigierten Substrat-Intensitätswerte, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft wird und/oder
    ii) eine spektrale Signatur des Substrats und/ oder des Merkmals, durch welche eine spektrale Zusammensetzung der vom Substrat bzw. vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung charakterisiert wird, unter Verwendung des mittleren Substratvektors ermittelt wird und das Wertdokument anhand der spektralen Signatur des Substrats und/oder des Merkmals, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft wird
    und/ oder
    c2) unter Verwendung von in der reinen Substratmaske enthaltenen Messpunkten ein zeitliches Verhalten der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung ermittelt wird, und das Wertdokument anhand des zeitlichen Verhaltens der vom Substrat und/oder vom Merkmal emittierten Lumineszenzstrahlung, insbesondere hinsichtlich Echtheit, geprüft wird.
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