JP2007241701A - 硬貨画像識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】硬貨の特徴的模様(特定領域にある微細模様等)を高解像度で撮像可能な撮像装置を有する硬貨画像識別装置を提供する。
【解決手段】撮像手段における硬貨画像の撮像タイミングを検出する撮像タイミング検出手段と、撮像タイミング検出手段からの出力に基づいて硬貨の撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、撮像タイミング決定手段で決定された撮像タイミングで硬貨表面の画像を撮像する制御部とを備えるとともに、撮像手段は切り替え可能な複数の撮像倍率を備え、装置内部もしくは外部の切り替え制御手段によって切り替え制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、表裏及び回転角自在で搬送されてくる硬貨の画像を撮像し、その画像に基づいて硬貨の真偽の識別を行う硬貨画像識別装置に関し、特に、硬貨の特徴的模様(特定領域にある微細模様等)を高解像度で撮像可能な硬貨画像識別装置に関する。

従来、硬貨等の真偽の識別等に関連した技術としては、「円形パターン識別方法及び装置」（特許文献１参照）に記載されたものがある。これは、円形パターンである硬貨の全体画像を読取り、各画素の濃度をデジタルの信号として記憶し、円形パターンの中心座標を検出する。記憶された情報から円形パターンの少なくとも１部を中心座標を中心とする円形状もしくはリング状に切出して２次元の基礎データを得、この基礎データに必要な処理を行ってテンプレートと同サイズの識別用データ配列を得る。この識別用データ配列を、テンプレートのレベルを用いてレベル変換して比較パターンを得、比較パターンとテンプレートのマッチング演算を円形パターンの角座標に関して０から２πまで行い、比較パターンとテンプレートとの類似度もしくは非類似度を検出する。検出された類似度もしくは非類似度に基づき、円形パターンがテンプレートに応じたパターンを含むか否かを判定するものである。
一方、近年、硬貨の偽造技術も向上しており、大きさはもとより、材質や模様までも本物とそっくりのものが偽造されるようになってきた。従って、従来のような硬貨全体の画像を基にして判別する方法では偽造貨の判定が困難になっている。
特開平５−１４３７３１号公報 実開平２−５８８７３号公報 特開平９−１０２０３１号公報

しかしながら、微細な模様を有する硬貨（例えば日本の５００円硬貨等。）の場合、偽造のプレス金型の精度が本物に比べて悪いため、本物にある微細模様が完全には再現できておらず、硬貨の特定領域の微細模様部分の拡大画像を用いて判定を行えば、本物と偽物との区別を明確にすることができる。ただし、従来のような全体画像を拡大すると画像がぼやける可能性があるため、最初から高解像度で特定領域（微細模様がある領域）を狙って撮像する必要があるが、かかる微細模様を検出できるような解像度を有する撮像装置を用いた硬貨画像識別装置は存在しなかった。

本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、硬貨の特徴的模様(特定領域にある微細模様等)を高解像度で撮像可能な撮像装置を有する硬貨画像識別装置を提供することを目的とする。

本発明は硬貨画像識別装置に関し、本発明の上記目的を達成するための第１の発明は、搬送路内を搬送される硬貨の表面に光を照射する照射手段と、前記光が照射された硬貨表面の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した画像を解析する画像解析手段とを備えることにより前記硬貨の識別を行う硬貨画像識別装置であって、該硬貨画像識別装置は、前記撮像手段における硬貨画像の撮像タイミングを検出する撮像タイミング検出手段と、前記撮像タイミング検出手段からの出力に基づいて前記硬貨の撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、該撮像タイミング決定手段で決定された撮像タイミングで前記硬貨表面の画像を撮像する制御部とを備えるとともに、前記撮像手段は切り替え可能な複数の撮像倍率を備え、装置内部もしくは外部の切り替え制御手段によって切り替え制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の上記目的は、前記複数の撮像倍率は、少なくとも硬貨全体のマクロ画像を撮像することが可能な低倍率と、硬貨の特定領域を拡大したミクロ画像を撮像することが可能な高倍率とを含むことにより、或いは、前記撮像倍率は、光学的またはデジタル的に切り替えられることによって、効果的に達成される。

本発明は硬貨画像識別装置に関し、本発明の上記目的を達成するための第２の発明は、搬送路内を搬送される硬貨の表面に光を照射する照射手段と、前記光が照射された硬貨表面の画像を撮像する二つの撮像手段と、該二つの撮像手段で撮像した二つの画像を解析する画像解析手段とを備えることにより前記硬貨の識別を行う硬貨画像識別装置であって、該硬貨画像識別装置は、前記撮像手段における硬貨画像の撮像タイミングを検出する撮像タイミング検出手段と、前記撮像タイミング検出手段からの出力に基づいて前記硬貨の撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、該撮像タイミング決定手段で決定された撮像タイミングで前記硬貨表面の画像を撮像する制御部とを備えるとともに、
前記二つの撮像手段は、硬貨全体のマクロ画像を撮像するマクロ撮像手段と、硬貨の特定領域を拡大したミクロ画像を撮像するミクロ撮像手段とで構成されるとともに、前記マクロ撮像手段と前記ミクロ撮像手段は、前記搬送路の搬送方向に沿って同一側か若しくは互いに反対側に設置されることを特徴とする。

また、本発明の上記目的は、前記マクロ画像が硬貨全体の画像であり、前記ミクロ画像が硬貨中央部又は外周部の拡大画像になるように、前記撮像タイミング決定手段が撮像タイミングを決定することによって効果的に達成される。

さらに、本発明の上記目的を達成するための第３の発明は、前記硬貨が微細模様を有する場合であって、該微細模様のミクロ画像を解析する前記第１又は第２の発明における画像解析手段が、前記ミクロ画像の水平方向及び／又は垂直方向を走査してライン輝度を検出し、その輝度ピーク位置を特定して隣接するピーク間の距離を求め、該ピーク間距離と、その隣のピーク間距離との差が所定の閾値より小さくなる度数をカウントし、前記走査を前記ミクロ画像全体に対して行った場合の前記度数の合計が、所定の値よりも大きい場合に真貨と判定することを特徴とする。

本発明に係る硬貨画像識別装置によれば、ミクロ画像を高解像度で撮像できるので、硬貨の特定領域の微細模様が再現されていない偽造硬貨の識別が確実にできるようになる。
また、第１の発明に係る硬貨画像識別装置は、1つの撮像手段で撮像倍率の切り替えが出来る為、コンパクトでありながら、高倍率で撮像できるという効果がある。
さらに、第２の発明に係る硬貨画像識別装置は、倍率の異なる二つの撮像手段により、マクロ画像とミクロ画像を一度に取得することができるため、硬貨の識別精度が更に向上する。
またさらに、第３の発明に係る硬貨画像識別装置は、回転照合の処理の必要のない微細模様の画像解析手段を有しているので、模様の位置に関係なく、短時間での処理が可能となる。

本発明に係る硬貨画像識別装置は、硬貨の特定領域の微細模様を高解像度で撮像することにより、微細模様の再現が不十分な偽造貨の識別を確実に行えるようにしたものである。

本発明に係る硬貨画像識別装置の第１の実施形態は、搬送されてくる硬貨の画像を撮像する際に、高倍率とするか、低倍率（硬貨全体のマクロ画像を撮像する倍率）とするかを選択可能にしたものであり、倍率は光学的又はデジタル的に切り替えると共に、高倍率時の撮像タイミングをタイミング決定手段によって硬貨中央部またはエッジ部を撮像するよう切替を可能にしたものである。
また、高倍率で撮像した画像は、ドット模様、ライン模様、網目模様など微細模様のパターンを検出し、その有無により硬貨の真偽を判定する。

図１は本発明に係る硬貨画像識別装置の第１の実施形態を示す構成図であり、撮像エリア近傍のみ透明体としている搬送路１の上を搬送される硬貨２は、発光素子３ａと受光素子３ｂとから成る検知センサによって到来が検知され、到来が検知されてから所定時間後に撮像手段５によって硬貨画像が撮像されるように制御装置６によって撮像タイミングが制御される。撮像タイミングは、撮像の倍率及び撮像箇所（硬貨のどの部分の画像を取得するかということ。）によって決定される。すなわち、検知センサの位置、硬貨の撮像希望箇所、及び硬貨の搬送速度から逆算して、硬貨検知時刻から撮像予定時刻までの時間を求め、撮像タイミングが決定される。
また、予め撮像タイミングの時間を求めておき、その時間を選択して使用してもよい。検知センサは照射手段の波長と異なるものにして、撮像エリア内に設けてもよい（例えば特許文献３参照）。
照射手段４は硬貨２に照明を当てるためのものであり、常時点灯しておいてもよいし、撮像タイミングと同期して光らせるようにしてもよい。
撮像倍率の切り替えは、外部の撮像倍率切り替え制御手段７によって、制御装置６を介して切り替えられる。なお、撮像倍率切り替え制御手段７は操作部から入力するように制御装置６に内蔵させてもよい。

撮像手段５における画像拡大の方式としては、デジタル拡大方式と光学拡大方式の２方式がある。
(1)デジタル拡大方式
撮像手段５の中に２５万画素以上のCCDを配置し、低倍率時はCCDで撮像したフル画面のデータをメモリに取り込み、高倍率時は指定により中央部画素をフル画面データとして取り込む。検知センサから所定時間後に硬貨の搬送方向前端のエッジ部分を高倍率で撮像し、さらに所定時間後、硬貨中央が撮像エリア中央となったときに低倍率で撮像することもできる。硬貨の搬送方向後端のエッジ部でもよい（撮像データのメモリへの読み込みを高速化する、又は搬送速度が遅い場合に可能。）。
(2)光学拡大方式
撮像手段５に２倍以上の２種のレンズ又はズームレンズを有し、指定により、低倍率、高倍率の切り替えを行う。
(1)、(2)の撮像手段の倍率切り替えは、上位の切り替え制御手段７から切り替えが可能で、また、撮像タイミングを変更できる機能を有している為、高倍率時に中央部、エッジ部のどちらの部分を拡大撮像するかも変更できる。

図２は、本発明に係る硬貨画像識別装置の構成を示すブロック図であり、図１における制御装置６の内部構成を示している。図２において撮像タイミング検出手段６１は、発光素子３ａから照射された光が、硬貨の到来によって遮断されたことを受光素子３ｂによって検知し、硬貨到来時刻を撮像タイミング決定手段６２に通知する。撮像タイミング決定手段６２は、硬貨到来時刻と、硬貨の撮像位置及び硬貨搬送速度から撮像タイミングを算出し、制御部６５が、そのタイミングで硬貨の所定位置の画像を撮像するように撮像手段５に指令する。画像記憶手段６３は取得した硬貨画像を記憶し、画像解析手段６４は所定の解析プログラムに基づいて画像の解析を行い、真偽を識別する。
なお、外部通信手段８は外部からの制御信号の受け渡しを行うインタフェースである。

本発明に係る硬貨画像識別装置の第２の実施形態は、搬送されてくる硬貨の画像を撮像する際に、低倍率（硬貨全体のマクロ画像を撮像する倍率）と、高倍率（２から200倍に可変できるのが望ましいが固定でもよい）の２種類の撮像手段をそれぞれ搬送路に沿って設け、１枚の硬貨についてマクロ画像とミクロ画像を一度に取得し、２種類の画像に基づいて真偽を識別するものである。すなわち、マクロ画像での真偽判定と、ミクロ画像での真偽判定とをａｎｄ条件にすることにより、さらに信頼性の高い識別を行うことが可能となる。

図３は本発明に係る硬貨画像識別装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図３（Ａ）は２つの撮像手段（５Ａ、５Ｂ）が搬送路に対して同一側に設置された場合を示し、図３（Ｂ）は２つの撮像手段（５Ａ、５Ｂ）が搬送路に対して互いに反対側に設置された場合を示している。
いずれにしても、最初のマクロ画像で硬貨の表裏の判別をし、次のミクロ画像がどのような画像になるのかを予め予測した上で判定ができるので、より高速な判定が可能となる。
撮像のシャッター速度は、マクロ撮像（８ドット／mm^２ぐらい）では1／6000秒、
ミクロ撮像（20〜100ドット／mm^２）では1／5万秒として被写体のブレを防いでいる。
なお、ここでは、２つの撮像手段に対して検知センサを１つにしているが、それぞれに検知センサを設けてもよい。

本発明に係る硬貨画像識別装置の第３の実施形態は、上述の２つの実施形態におけるミクロ画像を、高速で、かつ回転角度を考慮することなく解析することが可能な画像解析手段を搭載した硬貨画像識別装置に関するものである。
そもそも、ミクロ画像は硬貨全体を取り込んでいない為、中心位置の決定および回転角度の決定が困難であり、回転角度の検出を行わずに、高速にミクロ画像の解析を行うことが求められていた。逆に言えば、回転角度の検出を行わずに、高速にミクロ画像の解析を行う効果的な方法がなかったため、微細模様についても、硬貨の全体画像（マクロ画像）に基づいて回転角度を求め、パターンマッチングを行って真偽判定を行うしかなかった。
そのため、（マクロ画像における微細模様の判定では）偽造貨との明確な差異を出すことができなかった。

図４は、その解析処理の手順を示すフローチャートの一例を示すものであり、以下、図面を参照して詳細に説明する。
まず、画像記憶手段に格納されている（解析対象の）ミクロ画像の水平又は垂直の１ラインを走査（スキャン）し、それを制御部のＲＡＭ（ワークメモリ）に読み込む（ステップＳ１）。図５は読み込んだ１ラインの輝度の波形を示す図である。
次に、読み込んだ１ライン分の画像データから輝度を検出して所定の輝度高低差H_n（n＝0，・・・，n）（所定値は、例えば、５，２５，７０など）以上を持つピーク位置を特定する。これをP_n（n＝0，・・・，n）とする（ステップＳ２）。
特定したピークから求まるピーク間距離Ｘ_m-1を求める。すなわち、Ｘ_m-1＝P_n−P_n-1と、その隣のピーク間距離Ｘ_m（＝P_n+1−P_n）との差の絶対値が所定の値（閾値）より小さければ、ゼロから始まる度数ｎに１を加算し、これをm＝0，・・・，n-1について行い、１ラインについての度数ｎを求める（ステップＳ３）。

例えば、ピーク位置のx座標について、
P₀＝5、P₁＝20、P₂＝36
とすると、ピーク間距離Ｘ_mは、
X₀＝P₁−P₀＝20−5＝15，X₁＝P₂−P₁＝36−20＝16，となり、
隣接するピーク間距離の差は、
｜X₁−X₀｜＝16−15＝1、となり
隣接するピーク間距離の差の閾値を２とすれば、｜X₁−X₀｜は閾値２より小さいので、１をカウントする。
同様にして、｜X₂−X₁｜、｜X₃−X₂｜、｜X₄−X₃｜、・・・｜X_n−X_n-1｜を求め、閾値と比較して、それよりも小さければ度数ｎに１を加え、そのラインにおける度数ｎを求める。

次に、ラインを１ラインずらして走査し（ステップＳ４）、対象画像の走査が終わるまで、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返して度数ｎを求め、度数ｎを累計する。
このようにして、画像全体の水平、垂直のライン処理が全て終わったときの度数ｎの合計が真貨の微細模様判定個数閾値Ｎ以上あれば真貨と判定する（ステップＳ５）。少なければ偽貨と判定する（ステップＳ６）。解像度にもよるが、Ｎは１０００個程度になる。
なお、ミクロ画像の微細模様の解析には上記特許文献２に記載の有効ギザの検知論理を利用することもできる。

図６は第２実施例(図３（Ｂ）)の変形例を示すものであり、片寄せ搬送される硬貨の外周部（パール部）と側面部（ギザ部）とを一つの画像として取得し、外周部の微細模様（パール）の有無と側面部模様（ギザ）の有無により硬貨の真偽を金種に応じて識別するものである。斜め上方から撮像するため、搬送ベルトの影響がない。
マクロ撮像手段５Ａ(図示せず)が搬送路１の下側に設置され、ミクロ撮像手段５Ｂが搬送路１の反片寄せ側上方で、かつ前記搬送路に対し15度〜75度傾いた位置に設置されるとともに、照射手段４が、搬送路１の反片寄せ側で、かつ搬送路１に対し、45度以下の角度で照射するように配置されている。

本発明に係る硬貨画像識別装置の第１の実施形態を示す構成図である。 本発明に係る硬貨画像識別装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る硬貨画像識別装置の第２の実施形態を示す構成図である。 微細模様のミクロ画像の解析処理のフローチャートの一例を示す図である。 読み込んだ１ラインの輝度の波形を示す図である。 第２実施形態(図３（Ｂ）)の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 搬送路
２ 硬貨
３ 硬貨検出センサ
４ 照射手段
５ 撮像手段
５Ａ マクロ撮像手段
５Ｂ ミクロ撮像手段
６ 制御装置
７ 撮像倍率切り替え手段
８ 外部通信手段
６１ 撮像タイミング検出手段
６２ 撮像タイミング決定手段
６３ 画像記憶手段
６４ 画像解析手段
６５ 制御部

Claims (7)

1. 搬送路内を搬送される硬貨の表面に光を照射する照射手段と、前記光が照射された硬貨表面の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した画像を解析する画像解析手段とを備えることにより前記硬貨の識別を行う硬貨画像識別装置であって、該硬貨画像識別装置は、
   前記撮像手段における硬貨画像の撮像タイミングを検出する撮像タイミング検出手段と、前記撮像タイミング検出手段からの出力に基づいて前記硬貨の撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、該撮像タイミング決定手段で決定された撮像タイミングで前記硬貨表面の画像を撮像する制御部とを備えるとともに、
   前記撮像手段は切り替え可能な複数の撮像倍率を備え、装置内部もしくは外部の切り替え制御手段によって切り替え制御を行うことを特徴とする硬貨画像識別装置。
2. 前記複数の撮像倍率は、少なくとも硬貨全体のマクロ画像を撮像することが可能な低倍率と、硬貨の特定領域を拡大したミクロ画像を撮像することが可能な高倍率とを含むことを特徴とする請求項１に記載の硬貨画像識別装置。
3. 前記撮像倍率は、光学的またはデジタル的に切り替えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬貨画像識別装置。
4. 搬送路内を搬送される硬貨の表面に光を照射する照射手段と、前記光が照射された硬貨表面の画像を撮像する二つの撮像手段と、該二つの撮像手段で撮像した二つの画像を解析する画像解析手段とを備えることにより前記硬貨の識別を行う硬貨画像識別装置であって、該硬貨画像識別装置は、
   前記撮像手段における硬貨画像の撮像タイミングを検出する撮像タイミング検出手段と、前記撮像タイミング検出手段からの出力に基づいて前記硬貨の撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、該撮像タイミング決定手段で決定された撮像タイミングで前記硬貨表面の画像を撮像する制御部とを備えるとともに、
   前記二つの撮像手段は、硬貨全体のマクロ画像を撮像するマクロ撮像手段と、硬貨の特定領域を拡大したミクロ画像を撮像するミクロ撮像手段とで構成されるとともに、
   前記マクロ撮像手段と前記ミクロ撮像手段は、前記搬送路の搬送方向に沿って同一側か若しくは互いに反対側に設置されることを特徴とする硬貨画像識別装置。
5. 前記マクロ画像が硬貨全体の画像であり、前記ミクロ画像が硬貨中央部又は外周部の拡大画像になるように、前記撮像タイミング決定手段が撮像タイミングを決定することを特徴とする請求項４に記載の硬貨画像識別装置。
6. 前記硬貨が微細模様を有する場合であって、該微細模様のミクロ画像を解析する前記画像解析手段が、
   前記ミクロ画像の水平方向及び／又は垂直方向を走査してライン輝度を検出し、その輝度ピーク位置を特定して隣接するピーク間の距離を求め、該ピーク間距離と、その隣のピーク間距離との差が所定の閾値より小さくなる度数をカウントし、前記走査を前記ミクロ画像全体に対して行った場合の前記度数の合計が、所定の値よりも大きい場合に真貨と判定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の硬貨画像識別装置。
7. 前記マクロ撮像手段が搬送路の下側に設置され、前記ミクロ撮像手段が搬送路の反片寄せ側上方で、かつ前記搬送路に対し15度〜75度傾いた位置に設置されるとともに、
   前記照射手段が、前記搬送路の反片寄せ側で、かつ前記搬送路に対し、45度以下の角度で照射するように配置されたことを特徴とする請求項４に記載の硬貨画像識別装置。

Images