JP3869713B2 - 紙葉類識別装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙幣や有価証券、投票券などの紙葉類の識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した識別装置の従来のものとして、紙葉類に印刷されている図柄、文字または模様等を光学手段により検出し、紙葉類の真偽判定や金種判定を行うものが知られている。この装置は、紙葉類を搬送させつつその紙葉類に対して光を照射し、紙葉類からの反射光または透過光の強弱変化をパターンとして検出し、その検出パターンが、一定の許容範囲内にある複数の紙葉類を用いて同様に検出して予め決めた幅を有する基準パターンの幅内に入っているか否かを判定することにより行うよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の識別装置による場合には、照射光の光強度変動や紙幣の汚れ等によって透過光または反射光のレベルが変動すると、検出パターンが部分的に大きな変動が生じて誤識別の発生や識別不能になるという問題があった。
【０００４】
一方、このような誤識別の発生や識別不能を防止すべく、基準パターンの幅を広げると、今度は識別精度が低下して偽造券を識別する能力が低下するという不都合があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、識別中に照射光に光強度変動や紙葉類に汚れ等があっても、紙葉類を確実に識別することができる紙葉類識別装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の紙葉類識別装置は、搬送通路を搬送される被識別対象用紙葉類に光を照射して、その反射光または透過光を受光素子で検出した信号による検出データと、予め前記搬送通路に少なくとも被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類を搬送させて同様に得られた基準データとに基づき前記被識別対象用紙葉類の識別を行う紙葉類識別装置において、前記受光素子の出力信号を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号をデジタル信号に変換する手段と、前記検出データおよび前記基準データを、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比として求める検出手段と、該検出手段が求めた前記検出データおよび前記基準データを時系列に記憶するデータ記憶回路と、前記基準データと前記検出データとを比較して前記被識別対象用紙葉類の識別を行う識別手段とを具備し、前記識別手段は、前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、該一致度記憶手段に記憶された演算結果から最小値を求める最小値演算手段と、予め識別基準レベルが設定されており、この識別基準レベルと、上記最小値演算手段により求められた最小値とを比較し、前記最小値が前記識別基準レベルより小さい場合に前記被識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定し、前記最小値が前記識別基準レベル以上の場合に前記基準用紙葉類とは異なるものと判定する手段とを備え、前記最小値演算手段は、前記一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値と、その前後の値と、予めこれに設定された所定の関数式とにより補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とすることを特徴とする。
【０００７】
ここで、被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類とは、例えば被識別対象用紙葉類が日本の千円紙幣である場合に、同様の日本の千円紙幣のうちで汚れの無いもの或いはほぼ均一に少し汚れているもの、或いは折り目の無いまたは浅いものなどである。また、識別基準レベルとは、経験的に求められた値などが採用される。
【０００８】
この紙葉類識別装置による場合には、搬送通路に被識別対象用紙葉類を搬送させると、検出手段により相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比である検出データが求められ、その求められた検出データがデータ記憶回路に時系列に記憶される。これよりも先に、搬送通路に少なくとも被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類を搬送させ、前同様にして求められた基準データをデータ記憶回路に時系列に記憶させておく。続いて、識別手段は、求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものであるか否かの識別、例えば基準用紙葉類が日本の１０００円紙幣である場合にそれと同一のものであるか否かの識別（被識別対象用紙葉類の真偽の識別を含む）を行う。このとき、被識別対象用紙葉類の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比であるので、紙葉類への照射光の光強度変動や紙葉類に汚れ等があっても、それにより受ける影響を抑えて紙葉類を確実に識別することが可能になる。
また、この構成による場合には、演算手段がデータ記憶回路から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト手段がシフトするため、被識別対象用紙葉類において印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙葉類の識別を高精度に行い得るという効果がある。また、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができる。更に、判定の為の識別基準レベルを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。
更に、この構成による場合には、補間処理を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行うことが可能になる。
【００１４】
本発明の紙葉類識別装置において、前記被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類の他に、該基準用紙葉類と異なる別種の基準用紙葉類を、前記搬送通路に搬送し、その搬送により前記検出手段が求めた基準データも用いて識別を行う構成とすることができる。この場合は、最小値が各基準データ毎に求められるが、そのうちで最も小さい値を最小値（実施形態では真の最小値と呼ぶ）として識別を行えばよい。
【００１５】
ここで、基準用紙葉類と異なる別種の基準用紙葉類とは、例えば基準用紙葉類が日本の千円紙幣のとき、これとは金額が異なる日本の二千円紙幣、五千円紙幣、一万円紙幣や、外国の任意の金額の紙幣（特に、前記日本の紙幣と紛らわしい図柄のもの）等が相当する。
【００１６】
この構成による場合には、被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものでないと識別されるときに、その被識別対象用紙葉類が別種の基準用紙葉類と同一のものであるとの識別、例えば何円の紙幣であるとの識別が可能になる。
【００１７】
本発明の紙葉類識別装置において、前記識別手段は、前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、該一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値、その前後の値、および予め設定された所定の関数式により補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とし、前記最小値が予め決められた識別基準レベルより小さい場合に前記被識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定する手段とを具備する構成とすることができる。
【００１８】
この構成にあっては、補間計算を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行い、これにより得られた真の最小値が予め決められた識別基準レベルより小さい場合に識別対象用紙葉類が基準用紙葉類に相当するものと判定されるので、識別基準レベルを適正な値に設定しておくことで判定精度が向上することとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る紙葉類識別装置を、紙幣の識別に適用した構成例の紙幣搬送通路部分を示す平面図である。
【００２１】
この紙葉類識別装置（以下、単に識別装置という。）は、搬送ベルト８、９により被識別対象用紙幣１を右方向へ搬送する紙幣搬送通路２を有し、紙幣搬送通路２の入口には、被識別対象用紙幣（以下、単に紙幣という。）１が紙幣搬送通路２に挿入された事を検出する挿入検出用センサ３、４が配置されている。また、挿入検出用センサ３、４の搬送方向側には、通路幅方向の中央部に識別検査部７が配置され、識別検査部７の入側端を挟む位置に、紙幣１が識別検査部７に到達したことを検知する為の紙幣搬入検出用センサ５Ａ、６Ａが、識別検査部７の出側端を挟む位置に、紙幣１が識別検査部７を通過したことを検知する為の紙幣搬出検出用センサ５Ｂ、６Ｂがそれぞれ配置されている。これらセンサ３、４、５Ａ、６Ａ、５Ｂおよび６Ｂは、反射型のホト・リフレクターや、透過型のホト・センサが用いられる。また、紙幣搬送通路２における紙幣１が搬送ベルト８、９により搬送され始める位置に、紙幣１の搬送に伴って回転するローラ（図示せず）の回転量を検出する回転量検出センサ、例えばロータリーエンコーダ１７が設けられている。
【００２２】
図２は識別装置の回路構成の全体を示すブロック図である。
【００２３】
前記識別検査部７は、前記紙幣搬送通路２を搬送される紙幣１にスポット光を照射する、例えばＬＥＤ等の光源１４と、光源１４から照射された光の紙幣１からの反射光を受光する位置に配置された、例えばホトダイオード等の受光素子１５とを備える。受光素子１５の出力端には測光回路１６が接続され、測光回路１６は受光素子１５の出力を増幅処理してＣＰＵ３０へ出力する。
【００２４】
ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ１１に書き込まれているプログラムに従って、入出力ポートを介する各種データのやり取り、ＲＡＭ１２とのデータのやり取りを行うとともに、測光回路１６の増幅レベル制御、測光回路１６から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換処理、測光回路１６からの測定データに基づく演算処理、およびこの演算処理を予め決められたアルゴリズムに従って処理して紙幣の金種判別および使用不可の紙幣判別を行うとともに、その結果等を表示装置２０に出力し、また識別装置全体のシーケンス制御を行ったり、モータ制御回路１８へ制御信号を与える。
【００２５】
上記モータ制御回路１８は、搬送ベルト８、９の駆動を行う搬送モータ１９を制御する。また、ＣＰＵ３０には、前記ロータリーエンコーダ１７から回転量に関する信号が入力される。
【００２６】
図３は本実施形態の要部である紙幣の識別を実行する回路部分（ＣＰＵ）の構成を示すブロック図である。
【００２７】
ＣＰＵ３０は、測光回路１６から出力されたアナログ信号（測定データ）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３１と、測光回路１６へこれがサンプリングする時間を指定するためのサンプリングパルスを与えるサンプリングパルス発生手段３２と、Ａ／Ｄ変換部３１からの相前後するサンプリング時間での２つの信号の差を求める検出手段としての差分処理部３３と、識別手段３４とを有する。なお、サンプリングパルス発生手段３２が発生するサンプリングパルスの出力ピッチは、任意の値に調整可能である。
【００２８】
前記Ａ／Ｄ変換部３１からの出力信号（測定データ）は、ＲＡＭ１２に与えられ、差分処理部３３はＲＡＭ１２に記憶された相前後するサンプリング時間での２つの測定データをＲＡＭ１２から読み出して両測定データの差を求め、その差分処理後の信号をＲＡＭ１２に出力する。
【００２９】
ＲＡＭ１２は、Ａ／Ｄ変換部３１からの出力信号と、上記差分処理部３３による差分処理後の信号とを時系列的に記憶する。このＲＡＭ１２には、これら信号の他に、複数の基準紙幣、例えば基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣、基準Ｃ紙幣を予め識別装置に搬送して同様に得られたＡ／Ｄ変換部３１からの出力信号および差分処理部３３による差分処理後の信号が記憶されている。これら差分処理後の各信号は、読み出し先頭番地が指定されている。なお、基準Ａ紙幣は、例えば被識別対象用紙幣１が日本の千円であれば、それと同様の日本の千円紙幣であり、基準Ｂ紙幣は基準Ａ紙幣と異なる別種の日本の５千円で、基準Ｃ紙幣も基準Ｂ紙幣および基準Ａ紙幣と異なる別種の日本の一万円であり、各基準紙幣は、汚れの無いもの或いはほぼ均一に少し汚れているもの、または折り目の浅いものなど、複数枚の紙幣を測定し、それらの測定データを平均したものが基準データとして記憶されている。
【００３０】
識別手段３４は、シフト部３５、演算部３６、一致度記憶部３７、最小値演算部３８及び判定部３９を備える。これらシフト部３５〜判定部３９の構成については、後述する。
【００３１】
図４は、本実施形態の識別装置における識別内容を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、最初に識別装置の電源をオンして動作をスタートすると（ステップＳ０）、ＣＰＵ３０はＲＯＭ１１に格納されているプログラムの実行を開始し、各種のカウンタ、レジスタやフラッグのクリアー及び初期化を行い、動作準備状態に入る（ステップＳ１）。
【００３３】
その後、紙幣挿入口に配置された挿入検出用センサ３、４の出力を監視する（ステップＳ２）。そして、挿入検出用センサ３、４が、識別装置に紙幣１が挿入されたことを検知すると、ＣＰＵ３０はその出力変化を検出してステップＳ３へと移行する。なお、上記挿入検出用センサ３、４の出力が変化しない場合にはステップＳ２を繰り返し実行して挿入検出用センサ３、４の出力を監視する。
【００３４】
ステップＳ３では、ＣＰＵ３０はモータ制御回路１８を制御して搬送モータ１９を正転させて、搬送ベルト８、９を駆動して紙幣１を識別装置内部へと搬送せしめる。その後、紙幣搬入検出用センサ５Ａ、６Ａの出力変化を検出すると（ステップＳ４）、紙幣１が識別検査部７の入側にまで到達したと判断してステップＳ５へと移行する。
【００３５】
ステップＳ５では受光素子１５の出力を測光回路１６で処理した信号を、Ａ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換してＲＡＭ１２へ格納する。なお、測光回路１６はサンプリングパルス発生手段３２から出力されるサンプリングパルスのタイミングで受光素子１５の出力をＣＰＵに取り込み、Ａ／Ｄ変換後所定のメモリー（ＲＡＭ）番地に格納する。
【００３６】
続いて、紙幣搬出検出用センサ５Ｂ、６Ｂにより紙幣１が識別検査部７の出側端を通過したか否かを検出し（ステップＳ６）、未だ通過していない場合にはステップＳ５に戻って、受光素子１５の出力を前同様にしてＲＡＭ１２に順番に格納する。
【００３７】
図５は、上述したステップＳ５において、搬送する紙幣１に光を照射してその反射光を測定したデータの一例を示す。横軸に時間を、縦軸に受光素子の出力をそれぞれとっている。時刻Ｐ１は紙幣１の先端がセンサ５Ａ、６Ａに到達した時点であり、時刻Ｐ２は紙幣１の後端がセンサ５Ｂ、６Ｂを通過した時を表している。そして、Ｐ１とＰ２の間を所定の間隔でサンプリングしてＡ／Ｄ変換した測定データがＲＡＭ１２にサンプリングの順番に格納される。このとき、Ｐ１の一番サンプリング時間の早い測定データがＲＡＭ１２に読み出し先頭番地として格納される。また、これと同様のサンプリング数の前記基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣および基準Ｃ紙幣の各測定データもＲＡＭ１２に同様にして予め格納されている。
【００３８】
一方、ステップＳ６で、紙幣１が識別検査部７を通過、つまり紙幣１のサンプリングが終了したと判断されたときには、ステップＳ７へと移行し、ＣＰＵ３０はモータ制御回路１８を制御して搬送モータ１９を停止し、ステップＳ８へと移行する。
【００３９】
ステップＳ８では、ＣＰＵ３０は上記Ａ／Ｄ変換されたデータと予めＲＡＭ１２に記憶された基準データとを後述する所定のアルゴリズムに従って相関演算を行い、その結果を表示装置２０へと出力して終了する（ステップＳ９〜１０）。
【００４０】
次に、図６〜図８のフローチャートに基づいてＣＰＵ３０の演算内容について詳細に説明する。
【００４１】
まず、相関演算を開始すると（ステップＳ１１）、最初にステップＳ１２で以下の差分処理を行う。即ち、時刻ｔでの識別検査部７の出力をサンプリングした測定データ値をＶtとし、続く時刻（ｔ＋１）でのサンプリングした測定データ値をＶt+1とすると、差分処理部３３は２つのサンプリング値をＲＡＭ１２から読み出して両サンプリング値の差（δＶ＝Ｖt+1−Ｖt）を求め、各サンプリング毎の差分処理後のデータ（δＶ）を検出データとしてＲＡＭ１２に番地順に記憶させる。なお、ＲＡＭ１２には、同様に差分処理して得られた前記基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣および基準Ｃ紙幣の各基準データも予め番地順に記憶されている。上述の差分処理は、光源からの照射光の光強度変動や紙幣の汚れ等の影響を除去して、紙幣に印刷された細かな模様や文字のみを有効に検出する為である。
【００４２】
図９は、図５のデータを上述のようにして差分処理した結果を示す。横軸に時間を、縦軸に差分処理後の検出データ（δＶ）をそれぞれとっている。
【００４３】
次に、演算部３６は、予めＲＡＭ１２に格納されている差分処理後の基準Ａ紙幣の基準データと差分処理後の前記検出データ（δＶ）とをその読み出し先頭番地より順次読み出す（ステップＳ１３）。
【００４４】
続いて、ステップＳ１４に進み、演算部３６は、前記基準Ａ紙幣の基準データと検出データと下記（１）式とに基づき以下のようにシフト演算を行う。
【００４５】
【数１】
【００４６】
但し、ａk：差分処理後のデータ（δＶ）を表し、サフィックスｋはサンプリング開始のＰ１（サンプリング開始点Ｐ１でサンプリングした最初のデータの番号を１とし、以下２番目にサンプリングしたデータの番号を２、・・・とする。）から数えてｋ番目のサンプリングデータと（ｋ＋１）番目のサンプリングデータとを差分処理したデータを示す。即ち、ｋ番目のサンプリングデータをＶk、（ｋ＋１）番目のサンプリングデータをＶk+1とすると、ａk＝Ｖk−Ｖk+1 で表される。
【００４７】
ｂk+j-1：基準紙幣の差分処理後のデータを表し、サフィックスｋは同様に取り込んだデータの番号を表し、ｊはシフト量（ｊ＝１、２、・・・、ｍ）を表す。即ち、ｊを１、２、・・・というように変化することによりデータの番地を１つずつシフトすることができる。これにより、検出データに対して基準データを相対的にずらしながら演算を行うことができる。ｂkは、ａkと同様に、ｂk＝ＳＶk−ＳＶk+1 で表される。ここで、ＳＶkは基準データのｋ番目のデータを、ＳＶk+1は（ｋ＋１）番目のデータを表す。
【００４８】
ｍ：最大シフト量
ｎ：基準データのサンプリング数（基準データの数に等しい数）
このシフト演算に際し、シフト部３５は、まず検出データの格納番地を固定した状態で、シフト量ｊをｊ＝１、２、・・・と代えながら基準Ａ紙幣の基準データと比較する。即ち、最初にｊ＝１とし、Ｐ（１）を下記（２）式により算出する。
【００４９】
【数２】
【００５０】
これは、検出データの差分データａkと基準データの差分データｂkとを各々最初の番地より順次読み出し（ｋ＝１からｎまで）、その差の絶対値の和を算出している。
【００５１】
次に、ｊ＝２として、Ｐ（２）を下記（３）式により算出する。
【００５２】
【数３】
【００５３】
これは、検出データの差分データａkに対して、基準データの差分データの番地を１つずらしてｂk+1（２番目の番地）より読み出し、その差の絶対値の和を算出している。即ち、検出データの差分データに対して基準データの番地を１つずらして（シフトして）同様に演算を行っている。なお、データを１つずらして２番目のデータより読み出すことにより、データの数が一つ不足することになるが、その分検出データの数を１つ減らす（ｋ＝１よりｎ−１とすることで検出データの差分データの数を１つ減らしている）ことによりこれに対処している。
【００５４】
以下、同様にして基準データの番地を１つずつずらしながら検出データとの比較を行う。これを図１０を参考にして説明すると、図１０Ａの（イ）は、ｊ＝１の状態で、各ｋ＝１よりｎまでのデータを同一のスケール上に示したグラフである。図１０Ａの（ロ）は、ｊ＝２の状態を示していて、検出データに対して基準データを１つ分ずらして示したもので（図で基準データ全体を１データ分左側にシフト）、検出データのｋ＝１から（ｎ−１）に対して基準データのｋ＝２からｎまでが対応していることを示している。また、図１０Ｂの（ハ）はｊ＝３の状態を示していて、検出データに対して基準データを２つ分ずらして示したもので（図で基準データ全体を２データ分左側にシフトして描いている）、検出データのｋ＝１から（ｎ−２）に対して基準データのｋ＝３からｎまでが対応していることを示している。図１０Ｂの（ニ）についても同様である。
【００５５】
上記操作をｊ＝ｍまで繰り返し行い、演算結果を順次所定のメモリー（ＲＡＭ）に格納する。なお、ｍは最大シフト量を表す整数で、基準データと検出データとの最大ずれ量を予め実験により調べておいた値が設定してある。これは、通常の使用態様において生起される最大ずれ量に相当する量であり、必要以上にずれた状態で２つのデータが一致しても、それは正常ではないと判断して、そのような場合を計算対象から除外することも１つの目的である。
【００５６】
続いて、シフト量ｊ＝ｍのとき（最大シフト量のとき）において、ｋ＝１〜（ｎ−ｍ＋１）のそれぞれにおける基準Ａ紙幣の基準データ（シフト前のｂk+m-1）と検出データ（ａk）との差の（ｎ−ｍ＋１）個の絶対値の和を、下記（４）式に基づいて演算する。
【００５７】
【数４】
【００５８】
以上、検出データに対して基準データを図１０で１データ分ずつ左側にずらしながら差の絶対値を算出する処理を行ったが、次に右側にずらしながら同様の処理を行う。これは、検出データが基準データに対してどちらの方向にずれているか不明なため、両方にずらしながら２つのデータが最もよく一致している所を探すためである。そのために、今度は、基準データの格納番地を固定した状態で、検出データの格納番地を１つずつシフトしながら同様の処理を行う。即ち、式（１）の代わりに、下記（５）式を用い、ｊ＝２、・・・、ｍという具合にデータを１つずつずらしながら演算を行う。
【００５９】
【数５】
【００６０】
但し、ｍ：最大シフト量
ｎ：基準データのサンプリング数（基準データの数に等しい数）
なお、ｊ＝１が除いてあるのは、ｊ＝１の場合は、式（１）で既に計算済みであるので、省略したためである。
【００６１】
このシフト演算に際し、シフト部３５は、まず基準データの格納番地を固定した状態で、シフト量ｊをｊ＝２、３、・・・、ｍと変えながら検出データと比較する。即ち、最初にｊ＝２として、Ｐ′（２）を下記（６）式により算出する。
【００６２】
【数６】
【００６３】
これは、ｂkに対して基準データの差分データの格納番地を１つずらしてａk+1より読み出し、その差の絶対値の和を算出している。なお、データを１つずらして２番目のデータより読み出すことによりデータの数が１つ不足することになるが、その分基準データの数を１つ減らす（ｋ＝１よりｎ−１までのデータを選択することで、データ数を１つ減らしている）ことによりこれに対処しているのは前述と同じである。
【００６４】
以下、同様にして検出データの番地を１つずつずらしながら基準データと比較する。これを図１１を参考にして説明すると、図１１（ホ）は、ｊ＝２の時を示していて、基準データに対して検出データを１つ分ずらした状態を示したもので（図で検出データ全体を１データ分左側にシフト）、基準データのｋ＝１から（ｎ−１）に対して検出データのｋ＝２からｎまでが対応していることを示している。また図１１（ヘ）は、ｊ＝３の時を示していて、基準データに対して検出データを２つ分ずらした状態を示したもので（図で検出データ全体を２データ分左側にシフト）、基準データのｋ＝１から（ｎ−２）に対して検出データのｋ＝３からｎまでが対応していることを示している。このようにして基準データまたは検出データの一方の読み出しスタート番地を固定した状態で、他方のデータを読み出すスタート番地を１つずつずらしながら、読み出した双方のデータを、その読み出しスタート番地より順次比較（差を算出）することで、一方のデータに対して他方のデータを相対的に前後にシフトした状態を作り、２つのデータが最もよく一致する点を見つけるようにしてある。
【００６５】
下記（７）式は、シフト量ｊ＝３のときの演算式を示す。
【００６６】
【数７】
【００６７】
続いて、同様にしてシフト量ｊ＝４、５・・・（ｍ−１）のときにおいて、ｋ＝１〜（ｎ−ｊ＋１）のそれぞれにおける基準Ａ紙幣の基準データ（ｂk）と検出データ（シフト前のａk+j-1）との差の絶対値の和を、各シフト量毎に順次演算する。なお、絶対値の和の数はシフト量ｊに応じて変化する。
【００６８】
続いて、シフト量ｊ＝ｍのとき（最大シフト量のとき）において、ｋ＝１〜（ｎ−ｍ＋１）に関する基準Ａ紙幣の基準データの（ｂk）と検出データ（シフト前のａk+m-1）との差の（ｎ−ｍ＋１）個の絶対値の和を、下記（８）式に基づいて演算する。
【００６９】
【数８】
【００７０】
なお、これら算出値Ｐ（１）、Ｐ（２）〜Ｐ（ｍ）及びＰ′（２）、Ｐ′（３）〜Ｐ′（ｍ）は、算出される都度前記一致度記憶部３７に記憶される。
【００７１】
図１０Ａの（イ）と（ロ）および図１０Ｂの（ハ）と（ニ）は、検出データを固定し、基準データをシフトする場合のグラフであり、図１０における（イ）から（ニ）は、前述した如く、検出データ（差分データ）に対して基準データ（差分データ）を相対的に１データずつ図で左側にずらしながら２つのデータの比較を行う過程を示したグラフで、実線は検出データを、一点鎖線は基準データを示している。検出データは、図９でＰ１からＰ２の間にサンプリングされ、所定のメモリーに格納されている差分データをそのスタート番地より順次読み出したものであり、横軸が読み出した差分データの番地に相当し、左端が読み出しスタート番地（Ｐ１）を、右端が取り込んだ最終データの番地（Ｐ２）に相当している。縦軸は、差分データの値を示しており、＋側は差分データの値がプラスを、−側は差分データの値がマイナスであることを示している。
【００７２】
図１０Ａの（イ）は、予め測定され、所定のメモリーに格納されている基準データをその最初の番地より順次読み出して、同じグラフ上にプロットしたものであり、左端が最初の番地を、右端が最終の番地である。ここで、基準データは、前述したように予め複数枚の基準となる紙幣をこの識別装置に通してその画像データを平均したものを差分処理したものであり、通常は、基準紙幣と測定紙幣が同一種類であるとすると、この状態でこれら２つのデータは最も良く一致するはずであるが、前述した理由により必ずしも基準データと検出データとが図上でぴたりと重ならない場合も考えられる。この場合は、測定した紙幣が本当は基準紙幣と同じ紙幣であるにも関わらず、結果として異なる紙幣または偽造紙幣と判定されることになって不都合である。これを回避するために、２つのデータが一致しているか否かを識別するための許容範囲を広くすると、結果として識別性能が低下し、巧妙に作られた偽造紙幣を本物と誤識別することになる。これが今までの状況であった。
【００７３】
本発明においては、識別性能を低下すること無く、２つのデータが一致しているか否かを精度よく測定することが目的であって、そのために２つのデータを相対的にずらしながら比較を行うようにしてある。即ち、図１０Ａの（ロ）に示す如く、検出データの読み出し手順は変えないで、基準データの読み出し手順を変えることにより、即ち、基準データの読み出し開始番地を１つずらして２番目の番地より読み出すことで（最初の番地のデータは無視する）、検出データに対して基準データを左側に１データ分ずらして比較を行う。図１０Ｂの（ハ）は、基準データの読み出し開始番地を２つずらして３番目の番地より読み出すことで（最初の２つのデータは無視する）、検出データに対して基準データを左側に２データ分ずらして比較を行う。図１０Ｂの（ニ）についても同様で、検出データに対して基準データを左側に３データ分ずらして比較を行う。以下同様にして、最大ｍデータ分ずらしながら比較を行うようにしてある。なお、シフトすることによって比較すべきデータの数が減少するので、比較対象のデータの数をそれに合わせて減少するようにして、データの整合性をとるようにしてある。
【００７４】
図１１は、検出データに対して基準データを反対側（図で右側）にずらす過程を示したグラフである。ここでは、右側にずらすために、基準データの読み出し手順を固定しておいて、即ちデータが格納されている最初の番地より順番に読み出し、検出データの読み出し番地を順次１つずつ変えながらデータを読み出し、基準データと比較を行うようにしてある。図１１（ホ）は、検出データの読み出し開始番地を１つずらして２番目の番地より読み出した場合を、図１１（ヘ）は、検出データの読み出し開始番地を２つずらして３番目の番地より読み出した場合を示している。このようにして検出データに対して相対的に基準データを図で右側に１つずつずらしながら比較を行うようにしてある。
【００７５】
そして、ステップＳ１４でかかるシフト演算が終了すると、ステップＳ１５に進み、ここで前記最小値演算部３８は以下のようにして最小値を検出し、その値をＰＭとする。
【００７６】
図１２（イ）に、被識別対象用紙幣１が基準Ａ紙幣と同じものである場合において、Ｐ（ｊ）およびＰ′（ｊ）のうちの最小値近傍とシフト量との関係を示す。なお、横軸はシフト量を、縦軸は一致度（Ｖ）をとっている。
【００７７】
この図１２（イ）より、Ｐ（１）〜Ｐ（ｍ）及びＰ′（２）〜Ｐ′（ｍ）のうちで、例えばＰ（３）が最小であると理解され、この値Ｐ（３）で基準データと検出データが最も良く一致していると認められ、この値Ｐ（３）を最小値ＰＭとする。また、最小値ＰＭ（Ｐ（３））と、その前で隣り合うＰＭ−１（Ｐ（２））とを結ぶ線分の傾き、および最小値ＰＭ（Ｐ（３））と、その後で隣り合うＰＭ＋１（Ｐ（４））とを結ぶ線分の傾きが急激に変化していることが理解される。
【００７８】
一方、図１２（ロ）に、被識別対象用紙幣１が基準Ａ紙幣でなく基準Ｂ紙幣と同じものである場合において、Ｐ（ｊ）およびＰ′（ｊ）のうちの最小値近傍とシフト量との関係を示す。なお、横軸はシフト量を、縦軸は一致度（Ｖ）をとっている。
【００７９】
この図１２（ロ）より、図１２（イ）に較べて２つの基準データと検出データの一致度を示すＰ（ｊ）またはＰ′（ｊ）の値の相対的変化が少ない上、例えば最小値（Ｐ（３））の値（一点鎖線にて示す）も図１２（イ）に較べて高めであることが理解できる。
【００８０】
このようにして読み出しＰ１から１番地目のデータをシフトしながらＰ（ｊ）およびＰ′（ｊ）の最小値ＰＭを検出するのは、搬送モータの回転スピードや搬送機構のスリップ等の影響により取り込んだ紙幣のデータが前後するのを補正して検出する第１の目的と、上記した様にＰ（ｊ）およびＰ′（ｊ）値の変化の様子を加味して識別紙幣のパターンと基準紙幣のパターンの一致度を評価することで、検出精度の向上を図る第２の目的を達成するためである。
【００８１】
次に、最小値演算部３８は、検出された最小値ＰＭの位置が、図１２のグラフの端部または端部付近にあるか否かを判定する（ステップＳ１６）。この判定は、最小点ＰＭが端部または端部付近にあると、上記した正確な評価が行えなくなること、またシフト量が一定値以上の場合には、比較するデータの個数がそれだけ少なくなってデータの信頼性が悪くなること、搬送途中で何らかの異常が発生した可能性があること等の理由に基づいて行っており、最小点ＰＭが端部または端部付近にある場合には識別を行わない方が良いからである。
【００８２】
そして、ステップＳ１６での上記判定結果がＮｏの時には、ステップＳ１６１に移行して最小値演算部３８は識別不良であることを示すフラッグＡＦを１に設定してステップＳ２０に移行する。
【００８３】
一方、ステップＳ１６で最小値ＰＭが端部または端部近辺に無いと判定されると、ステップＳ１７に移行して、最小値演算部３８は上記最小値ＰＭ（Ｐ（３））とこれに近い前後の複数点、例えば３点（Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（４））の値を決定し、これらの値のうちで最小値ＰＭとこれの前後の２値ＰＭ−１（Ｐ（２））とＰＭ＋１（Ｐ（４））を用いて、（ＰＭ−１）−ＰＭと（ＰＭ＋１）−ＰＭ、つまりＰ（２）−Ｐ（３）とＰ（４）−Ｐ（３）とを求め、それらの減算値が予め設定された一定値ｋ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。上記一定値ｋ１は、図１２に示した各点Ｐ（２）とＰ（３）の間、Ｐ（４）とＰ（３）の間の傾きに相当する値（実際には縦軸である一致度の開き具合）として用いられ、経験的に設定される。
【００８４】
そして、ステップＳ１８で、２つの減算値が一定値ｋ１よりも大きい場合にはステップＳ１９へと、それ以外の場合にはステップＳ１８１ヘと移行する。
【００８５】
ステップＳ１９ではステップＳ１５で求められた最小値ＰＭを真の最小値Ｖｍ１としてステップＳ２０へと移行する。
【００８６】
一方、ステップＳ１８１へ移行した場合には、最小値演算部３８はＰ（１）とＰ（２）の差（Ｐ（１）−Ｐ（２））と、Ｐ（４）とＰ（３）の差（Ｐ（４）−Ｐ（３））とを演算し、それらの減算値が共に一定値ｋ２以上の場合はステップＳ１８２に移行する。そうでない場合は信頼性が低いと判断してステップＳ１６１ヘと移行して、識別不良であることを示すフラグＡＦを１に設定する。上記一定値ｋ２は、前記一定値ｋ１と同様の値として用いられ、経験的に設定される。
【００８７】
ステップＳ１８２において、Ｐ（１）−Ｐ（２）及びＰ（４）−Ｐ（３）が一定値ｋ２以上である場合には、最小値演算部３８はデータの信頼性が高いと判定し、最小とみなされる値（Ｐ（３））と、これに近い前後の複数点、この例では３点、つまり計４点Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）、Ｐ（４）と下記（９）式とを用いて補間計算を行い、図１３に示す真の最小値Ｖｍ１を求め、ステップＳ２０へと移行する。
【００８８】
Ｖｍ１（Ｖｍ２、Ｖｍ３）
＝Ｄ[２Ｐ（２）−（Ｐ（１）＋Ｐ（３））]＋Ｐ（３） …（９）
但し、Ｄ＝Ｋ１／（Ｋ１＋Ｋ２）
Ｋ１＝Ｐ（４）−Ｐ（３）
Ｋ２＝Ｐ（１）−Ｐ（２）
なお、上記Ｖｍ１は基準Ａ紙幣に対する真の最小値、上記Ｖｍ２は基準Ｂ紙幣に対する真の最小値、上記Ｖｍ３は基準Ｃ紙幣に対する真の最小値である。
【００８９】
以上のように、基準Ａ紙幣の基準データを用いた相関演算が終了すると、ステップＳ２０〜２６に進み、前同様にして基準Ｂ紙幣の基準データを用いた相関演算を行う。即ち、ステップＳ１３と同様に、基準Ｂ紙幣の基準データを読み出し、以下ステップＳ１４〜Ｓ１９（またはＳ１８２、Ｓ１６１）までのルーチンと同様にして検出データと基準Ｂ紙幣の基準データとの相関演算を行い、同様にして最小値Ｖｍ２を求めるか、或いは識別不良であることを示すフラグＢＦを１に設定する（ステップＳ２０〜２６、Ｓ２３１、Ｓ２５１、Ｓ２５２）。なお、Ｓ２５２に進む場合は、前記（９）式を用いた補間計算により真の最小値Ｖｍ２を算出する。
【００９０】
次いで、基準Ｂ紙幣の基準データを用いた相関演算が終了すると、ステップＳ２７からステップＳ３４の前までが実行され、前同様にして基準Ｃ紙幣の基準データを用いた相関演算を行う。即ち、ステップＳ１３と同様に、基準Ｃ紙幣の基準データを読み出し、以下ステップＳ１４〜Ｓ１９（またはＳ１８２、Ｓ１６１）までのルーチンと同様にして検出データと基準Ｃ紙幣の基準データとの相関演算を行い、同様にして最小値Ｖｍ３を求めるか、或いは識別不良であることを示すフラグＣＦを１に設定する（ステップＳ２７〜３３、Ｓ３０１、Ｓ３２１、Ｓ３２２）。なお、Ｓ３２２に進む場合は、前記（９）式を用いた補間計算により真の最小値Ｖｍ３を算出する。
【００９１】
続いて、ステップＳ３４に進み、ここで判定部３９は識別不良であることを示すフラグＡＦ、ＢＦ、ＣＦをチェックして、これらの値が１で無い時にはステップＳ３５でＶｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３のうちで最小値のものを選択し、その値をＶｍと置いてステップＳ３６へと移行して、Ｖｍが一定の小さな値である識別基準レベルεよりも小さいか否かを判定する。上記識別基準レベルεは、経験的に決定される値が用いられる。
【００９２】
一方、ステップＳ３４で判定部３９はフラグＡＦ、ＢＦ、ＣＦが全て１と判定された時には全ての基準紙幣と合致しなかった、または識別不良と判定してステップＳ３４１へ移行してＮＧフラグを立ててステップＳ３８へと移行する。また、ステップＳ３６でＶｍの値が識別基準レベルεよりも大きい場合も同様にして、判定部３９は３種類の基準Ａ〜Ｃ紙幣との一致度が低いと判定してステップＳ３４１へと移行してＮＧフラグを立てる。
【００９３】
ステップＳ３６でＶｍの値が識別基準レベルεよりも小さい場合には、ステップＳ３７へと移行し、ここで判定部３９は最小値Ｖｍを与えた金種を示すフラグを立て、メインルーチンヘ戻る（ステップＳ３８）。
【００９４】
したがって、本実施形態による場合には、紙幣搬送通路２に被識別対象用紙幣１を搬送させて求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙幣１の識別を行うとき、被識別対象用紙幣１の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差であるので、被識別対象用紙幣１への照射光の光強度の変動や紙幣に汚れがあっても、それらの変動は比較的低周波であるので、上記差分処理を行うことでその変動分が除去され、比較的高い空間周波数（二次元フーリエ変換に関するもの）で変化する紙幣の画像データのみを有効に抽出することが可能になる。
【００９５】
また、本実施形態による場合には、演算部３６がＲＡＭ１２から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト部３５がシフトするため、被識別対象用紙幣１に印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙幣１の識別を高精度に行い得るという効果がある。また、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができる。更に、判定の為の識別基準レベルεを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。
【００９６】
また、本実施形態による場合には、最小値演算部３８が、一定の場合に、つまりＰ（１）−Ｐ（２）＞ｋ２、Ｐ（４）−Ｐ（３）＞ｋ２の場合に、一致度記憶部３７に記憶された演算結果の最小とみなされる値と、その前後の値と、予めこれに設定された前記（９）式とにより補間計算を行って算出した算出値を真の最小値Ｖｍ１等とする構成としているので、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙幣１の識別を行うことが可能になる。そして、真の最小値Ｖｍ１等が予め決められた識別基準レベルεより小さい場合に、被識別対象用紙幣１を該当する金額紙幣と判定するので、識別基準レベルεを適正な値に設定しておくことで判定精度を向上させ得る。
【００９７】
また、本実施形態による場合には、基準Ａ紙幣（日本の千円紙幣）だけでなく、これとは別種の基準Ｂ紙幣（日本の五千円紙幣）と基準Ｃ紙幣（日本の一万円紙幣）に関する基準データをも用いて識別を行うので、識別装置に実際に挿入された被識別対象用紙幣１が日本の千円紙幣でなく日本の五千円紙幣であるとき、基準Ａ紙幣と同一のものでないと識別されるときに、その被識別対象用紙幣１が別種の基準Ｂ紙幣と同一のものであるとの識別が可能になる。
【００９８】
なお、上述した実施形態では、説明の都合で基準紙幣を、日本における千円紙幣、五千円紙幣、一万円紙幣の３種類としたが、本発明はこれに限らず、これらの他の日本における二千円紙幣を含む４種類のうちの任意の１または２以上としてもよく、或いは、外国の任意の金額の紙幣、特に日本の紙幣と紛らわしい図柄のものなどを含むようにしてもよく、或いは外国の任意の金額の紙幣のみとしてもよい。そして、これら紙幣の基準データをＲＡＭ１２に持たせるようにしてもよい。
【００９９】
また、上述した実施形態では、最小値ＰＭの前後の点としてＰＭを含む４点を用いて一定値ｋ１及びｋ２との比較を行っているが、本発明はこれに限らない。例えば、最小値ＰＭの前後の点として５点以上を用いてもよい。
【０１００】
また、上述した実施形態では、本発明の目的である紙幣への照射光の光強度変動や紙幣に汚れ等があっても、それにより受ける影響を確実に抑えて紙幣を確実に識別することができるように、相前後するサンプリングタイミングのデータの差を求める差分処理を行うようにしているが、本発明はこれに限らず、相前後するサンプリングタイミングのデータの比を求め、この比の値により識別するようにしてもよい。なお、この場合には、検出手段としての前記差分処理部３３に替えて、比を算出する検出手段を用いることとなる。
【０１０１】
また、上述した実施形態ではシフト部３５により読み出し先頭番号を後側にシフトさせるようにしているが、本発明はこれに限らない。例えば、読み出し先頭番号が検出データや基準データの前後端の途中である場合には、前側にシフトさせるようにしてもよい。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、紙幣を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限らず、他の紙葉類、例えば有価証券や投票券などの識別にも同様に適用することができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、搬送通路に被識別対象用紙葉類を搬送させて求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものであるか否かの識別を行うとき、被識別対象用紙葉類の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比であるので、照射光の光強度変動や紙葉類の汚れ等の影響を抑えた高精度の識別が可能になる。また、演算手段がデータ記憶回路から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト手段がシフトするため、被識別対象用紙葉類において印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙葉類の識別を高精度に行い得るという効果がある。加えて、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができ、判定の為の識別基準レベルを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。更に、補間処理を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る紙葉類識別装置を、紙幣の識別に適用した構成例の紙幣搬送通路部分を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係る紙葉類識別装置の回路構成の全体を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の要部である紙幣の識別を実行する回路部分（ＣＰＵ）の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の識別装置における識別内容を示すフローチャートである。
【図５】搬送する紙幣に光を照射してその反射光を測定したデータの一例を示すグラフである。
【図６】本実施形態の識別装置における演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６の続きの演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７の続きの演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】図５のデータを差分処理した結果を示すグラフである。
【図１０（Ａ）】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１０（Ｂ）】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１１】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１２】（イ）及び（ロ）は共にシフト量と一致度との関係を示したグラフである。
【図１３】補間計算を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１ 紙幣
２ 紙幣搬送通路
３、４ 挿入検出用センサ
５、６ センサ
７ 識別検査部
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１４ 光源
１５ 受光素子
３０ ＣＰＵ
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ サンプリングパルス発生手段
３３ 差分処理部（検出手段）
３４ 識別手段
３５ シフト部
３６ 演算部
３７ 一致度記憶部
３８ 最小値演算部
３９ 判定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙幣や有価証券、投票券などの紙葉類の識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した識別装置の従来のものとして、紙葉類に印刷されている図柄、文字または模様等を光学手段により検出し、紙葉類の真偽判定や金種判定を行うものが知られている。この装置は、紙葉類を搬送させつつその紙葉類に対して光を照射し、紙葉類からの反射光または透過光の強弱変化をパターンとして検出し、その検出パターンが、一定の許容範囲内にある複数の紙葉類を用いて同様に検出して予め決めた幅を有する基準パターンの幅内に入っているか否かを判定することにより行うよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の識別装置による場合には、照射光の光強度変動や紙幣の汚れ等によって透過光または反射光のレベルが変動すると、検出パターンが部分的に大きな変動が生じて誤識別の発生や識別不能になるという問題があった。
【０００４】
一方、このような誤識別の発生や識別不能を防止すべく、基準パターンの幅を広げると、今度は識別精度が低下して偽造券を識別する能力が低下するという不都合があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、識別中に照射光に光強度変動や紙葉類に汚れ等があっても、紙葉類を確実に識別することができる紙葉類識別装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の紙葉類識別装置は、搬送通路を搬送される被識別対象用紙葉類に光を照射して、その反射光または透過光を受光素子で検出した信号による検出データと、予め前記搬送通路に少なくとも被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類を搬送させて同様に得られた基準データとに基づき前記被識別対象用紙葉類の識別を行う紙葉類識別装置において、前記受光素子の出力信号を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号をデジタル信号に変換する手段と、前記検出データおよび前記基準データを、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比として求める検出手段と、該検出手段が求めた前記検出データおよび前記基準データを時系列に記憶するデータ記憶回路と、前記基準データと前記検出データとを比較して前記被識別対象用紙葉類の識別を行う識別手段とを具備し、前記識別手段は、前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、該一致度記憶手段に記憶された演算結果から最小値を求める最小値演算手段と、予め識別基準レベルが設定されており、この識別基準レベルと、上記最小値演算手段により求められた最小値とを比較し、前記最小値が前記識別基準レベルより小さい場合に前記被識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定し、前記最小値が前記識別基準レベル以上の場合に前記基準用紙葉類とは異なるものと判定する手段とを備え、前記最小値演算手段は、前記一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値と、その前後の値と、予めこれに設定された所定の関数式とにより補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とすることを特徴とする。
【０００７】
ここで、被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類とは、例えば被識別対象用紙葉類が日本の千円紙幣である場合に、同様の日本の千円紙幣のうちで汚れの無いもの或いはほぼ均一に少し汚れているもの、或いは折り目の無いまたは浅いものなどである。また、識別基準レベルとは、経験的に求められた値などが採用される。
【０００８】
この紙葉類識別装置による場合には、搬送通路に被識別対象用紙葉類を搬送させると、検出手段により相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比である検出データが求められ、その求められた検出データがデータ記憶回路に時系列に記憶される。これよりも先に、搬送通路に少なくとも被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類を搬送させ、前同様にして求められた基準データをデータ記憶回路に時系列に記憶させておく。続いて、識別手段は、求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものであるか否かの識別、例えば基準用紙葉類が日本の１０００円紙幣である場合にそれと同一のものであるか否かの識別（被識別対象用紙葉類の真偽の識別を含む）を行う。このとき、被識別対象用紙葉類の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比であるので、紙葉類への照射光の光強度変動や紙葉類に汚れ等があっても、それにより受ける影響を抑えて紙葉類を確実に識別することが可能になる。
また、この構成による場合には、演算手段がデータ記憶回路から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト手段がシフトするため、被識別対象用紙葉類において印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙葉類の識別を高精度に行い得るという効果がある。また、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができる。更に、判定の為の識別基準レベルを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。
更に、この構成による場合には、補間処理を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行うことが可能になる。
【００１４】
本発明の紙葉類識別装置において、前記被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類の他に、該基準用紙葉類と異なる別種の基準用紙葉類を、前記搬送通路に搬送し、その搬送により前記検出手段が求めた基準データも用いて識別を行う構成とすることができる。この場合は、最小値が各基準データ毎に求められるが、そのうちで最も小さい値を最小値（実施形態では真の最小値と呼ぶ）として識別を行えばよい。
【００１５】
ここで、基準用紙葉類と異なる別種の基準用紙葉類とは、例えば基準用紙葉類が日本の千円紙幣のとき、これとは金額が異なる日本の二千円紙幣、五千円紙幣、一万円紙幣や、外国の任意の金額の紙幣（特に、前記日本の紙幣と紛らわしい図柄のもの）等が相当する。
【００１６】
この構成による場合には、被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものでないと識別されるときに、その被識別対象用紙葉類が別種の基準用紙葉類と同一のものであるとの識別、例えば何円の紙幣であるとの識別が可能になる。
【００１７】
本発明の紙葉類識別装置において、前記識別手段は、前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、該一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値、その前後の値、および予め設定された所定の関数式により補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とし、前記最小値が予め決められた識別基準レベルより小さい場合に前記被識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定する手段とを具備する構成とすることができる。
【００１８】
この構成にあっては、補間計算を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行い、これにより得られた真の最小値が予め決められた識別基準レベルより小さい場合に識別対象用紙葉類が基準用紙葉類に相当するものと判定されるので、識別基準レベルを適正な値に設定しておくことで判定精度が向上することとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る紙葉類識別装置を、紙幣の識別に適用した構成例の紙幣搬送通路部分を示す平面図である。
【００２１】
この紙葉類識別装置（以下、単に識別装置という。）は、搬送ベルト８、９により被識別対象用紙幣１を右方向へ搬送する紙幣搬送通路２を有し、紙幣搬送通路２の入口には、被識別対象用紙幣（以下、単に紙幣という。）１が紙幣搬送通路２に挿入された事を検出する挿入検出用センサ３、４が配置されている。また、挿入検出用センサ３、４の搬送方向側には、通路幅方向の中央部に識別検査部７が配置され、識別検査部７の入側端を挟む位置に、紙幣１が識別検査部７に到達したことを検知する為の紙幣搬入検出用センサ５Ａ、６Ａが、識別検査部７の出側端を挟む位置に、紙幣１が識別検査部７を通過したことを検知する為の紙幣搬出検出用センサ５Ｂ、６Ｂがそれぞれ配置されている。これらセンサ３、４、５Ａ、６Ａ、５Ｂおよび６Ｂは、反射型のホト・リフレクターや、透過型のホト・センサが用いられる。また、紙幣搬送通路２における紙幣１が搬送ベルト８、９により搬送され始める位置に、紙幣１の搬送に伴って回転するローラ（図示せず）の回転量を検出する回転量検出センサ、例えばロータリーエンコーダ１７が設けられている。
【００２２】
図２は識別装置の回路構成の全体を示すブロック図である。
【００２３】
前記識別検査部７は、前記紙幣搬送通路２を搬送される紙幣１にスポット光を照射する、例えばＬＥＤ等の光源１４と、光源１４から照射された光の紙幣１からの反射光を受光する位置に配置された、例えばホトダイオード等の受光素子１５とを備える。受光素子１５の出力端には測光回路１６が接続され、測光回路１６は受光素子１５の出力を増幅処理してＣＰＵ３０へ出力する。
【００２４】
ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ１１に書き込まれているプログラムに従って、入出力ポートを介する各種データのやり取り、ＲＡＭ１２とのデータのやり取りを行うとともに、測光回路１６の増幅レベル制御、測光回路１６から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換処理、測光回路１６からの測定データに基づく演算処理、およびこの演算処理を予め決められたアルゴリズムに従って処理して紙幣の金種判別および使用不可の紙幣判別を行うとともに、その結果等を表示装置２０に出力し、また識別装置全体のシーケンス制御を行ったり、モータ制御回路１８へ制御信号を与える。
【００２５】
上記モータ制御回路１８は、搬送ベルト８、９の駆動を行う搬送モータ１９を制御する。また、ＣＰＵ３０には、前記ロータリーエンコーダ１７から回転量に関する信号が入力される。
【００２６】
図３は本実施形態の要部である紙幣の識別を実行する回路部分（ＣＰＵ）の構成を示すブロック図である。
【００２７】
ＣＰＵ３０は、測光回路１６から出力されたアナログ信号（測定データ）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３１と、測光回路１６へこれがサンプリングする時間を指定するためのサンプリングパルスを与えるサンプリングパルス発生手段３２と、Ａ／Ｄ変換部３１からの相前後するサンプリング時間での２つの信号の差を求める検出手段としての差分処理部３３と、識別手段３４とを有する。なお、サンプリングパルス発生手段３２が発生するサンプリングパルスの出力ピッチは、任意の値に調整可能である。
【００２８】
前記Ａ／Ｄ変換部３１からの出力信号（測定データ）は、ＲＡＭ１２に与えられ、差分処理部３３はＲＡＭ１２に記憶された相前後するサンプリング時間での２つの測定データをＲＡＭ１２から読み出して両測定データの差を求め、その差分処理後の信号をＲＡＭ１２に出力する。
【００２９】
ＲＡＭ１２は、Ａ／Ｄ変換部３１からの出力信号と、上記差分処理部３３による差分処理後の信号とを時系列的に記憶する。このＲＡＭ１２には、これら信号の他に、複数の基準紙幣、例えば基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣、基準Ｃ紙幣を予め識別装置に搬送して同様に得られたＡ／Ｄ変換部３１からの出力信号および差分処理部３３による差分処理後の信号が記憶されている。これら差分処理後の各信号は、読み出し先頭番地が指定されている。なお、基準Ａ紙幣は、例えば被識別対象用紙幣１が日本の千円であれば、それと同様の日本の千円紙幣であり、基準Ｂ紙幣は基準Ａ紙幣と異なる別種の日本の５千円で、基準Ｃ紙幣も基準Ｂ紙幣および基準Ａ紙幣と異なる別種の日本の一万円であり、各基準紙幣は、汚れの無いもの或いはほぼ均一に少し汚れているもの、または折り目の浅いものなど、複数枚の紙幣を測定し、それらの測定データを平均したものが基準データとして記憶されている。
【００３０】
識別手段３４は、シフト部３５、演算部３６、一致度記憶部３７、最小値演算部３８及び判定部３９を備える。これらシフト部３５〜判定部３９の構成については、後述する。
【００３１】
図４は、本実施形態の識別装置における識別内容を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、最初に識別装置の電源をオンして動作をスタートすると（ステップＳ０）、ＣＰＵ３０はＲＯＭ１１に格納されているプログラムの実行を開始し、各種のカウンタ、レジスタやフラッグのクリアー及び初期化を行い、動作準備状態に入る（ステップＳ１）。
【００３３】
その後、紙幣挿入口に配置された挿入検出用センサ３、４の出力を監視する（ステップＳ２）。そして、挿入検出用センサ３、４が、識別装置に紙幣１が挿入されたことを検知すると、ＣＰＵ３０はその出力変化を検出してステップＳ３へと移行する。なお、上記挿入検出用センサ３、４の出力が変化しない場合にはステップＳ２を繰り返し実行して挿入検出用センサ３、４の出力を監視する。
【００３４】
ステップＳ３では、ＣＰＵ３０はモータ制御回路１８を制御して搬送モータ１９を正転させて、搬送ベルト８、９を駆動して紙幣１を識別装置内部へと搬送せしめる。その後、紙幣搬入検出用センサ５Ａ、６Ａの出力変化を検出すると（ステップＳ４）、紙幣１が識別検査部７の入側にまで到達したと判断してステップＳ５へと移行する。
【００３５】
ステップＳ５では受光素子１５の出力を測光回路１６で処理した信号を、Ａ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換してＲＡＭ１２へ格納する。なお、測光回路１６はサンプリングパルス発生手段３２から出力されるサンプリングパルスのタイミングで受光素子１５の出力をＣＰＵに取り込み、Ａ／Ｄ変換後所定のメモリー（ＲＡＭ）番地に格納する。
【００３６】
続いて、紙幣搬出検出用センサ５Ｂ、６Ｂにより紙幣１が識別検査部７の出側端を通過したか否かを検出し（ステップＳ６）、未だ通過していない場合にはステップＳ５に戻って、受光素子１５の出力を前同様にしてＲＡＭ１２に順番に格納する。
【００３７】
図５は、上述したステップＳ５において、搬送する紙幣１に光を照射してその反射光を測定したデータの一例を示す。横軸に時間を、縦軸に受光素子の出力をそれぞれとっている。時刻Ｐ１は紙幣１の先端がセンサ５Ａ、６Ａに到達した時点であり、時刻Ｐ２は紙幣１の後端がセンサ５Ｂ、６Ｂを通過した時を表している。そして、Ｐ１とＰ２の間を所定の間隔でサンプリングしてＡ／Ｄ変換した測定データがＲＡＭ１２にサンプリングの順番に格納される。このとき、Ｐ１の一番サンプリング時間の早い測定データがＲＡＭ１２に読み出し先頭番地として格納される。また、これと同様のサンプリング数の前記基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣および基準Ｃ紙幣の各測定データもＲＡＭ１２に同様にして予め格納されている。
【００３８】
一方、ステップＳ６で、紙幣１が識別検査部７を通過、つまり紙幣１のサンプリングが終了したと判断されたときには、ステップＳ７へと移行し、ＣＰＵ３０はモータ制御回路１８を制御して搬送モータ１９を停止し、ステップＳ８へと移行する。
【００３９】
ステップＳ８では、ＣＰＵ３０は上記Ａ／Ｄ変換されたデータと予めＲＡＭ１２に記憶された基準データとを後述する所定のアルゴリズムに従って相関演算を行い、その結果を表示装置２０へと出力して終了する（ステップＳ９〜１０）。
【００４０】
次に、図６〜図８のフローチャートに基づいてＣＰＵ３０の演算内容について詳細に説明する。
【００４１】
まず、相関演算を開始すると（ステップＳ１１）、最初にステップＳ１２で以下の差分処理を行う。即ち、時刻ｔでの識別検査部７の出力をサンプリングした測定データ値をＶtとし、続く時刻（ｔ＋１）でのサンプリングした測定データ値をＶt+1とすると、差分処理部３３は２つのサンプリング値をＲＡＭ１２から読み出して両サンプリング値の差（δＶ＝Ｖt+1−Ｖt）を求め、各サンプリング毎の差分処理後のデータ（δＶ）を検出データとしてＲＡＭ１２に番地順に記憶させる。なお、ＲＡＭ１２には、同様に差分処理して得られた前記基準Ａ紙幣、基準Ｂ紙幣および基準Ｃ紙幣の各基準データも予め番地順に記憶されている。上述の差分処理は、光源からの照射光の光強度変動や紙幣の汚れ等の影響を除去して、紙幣に印刷された細かな模様や文字のみを有効に検出する為である。
【００４２】
図９は、図５のデータを上述のようにして差分処理した結果を示す。横軸に時間を、縦軸に差分処理後の検出データ（δＶ）をそれぞれとっている。
【００４３】
次に、演算部３６は、予めＲＡＭ１２に格納されている差分処理後の基準Ａ紙幣の基準データと差分処理後の前記検出データ（δＶ）とをその読み出し先頭番地より順次読み出す（ステップＳ１３）。
【００４４】
続いて、ステップＳ１４に進み、演算部３６は、前記基準Ａ紙幣の基準データと検出データと下記（１）式とに基づき以下のようにシフト演算を行う。
【００４５】
【数１】
但し、ａk：差分処理後のデータ（δＶ）を表し、サフィックスｋはサンプリング開始のＰ１（サンプリング開始点Ｐ１でサンプリングした最初のデータの番号を１とし、以下２番目にサンプリングしたデータの番号を２、・・・とする。）から数えてｋ番目のサンプリングデータと（ｋ＋１）番目のサンプリングデータとを差分処理したデータを示す。即ち、ｋ番目のサンプリングデータをＶk、（ｋ＋１）番目のサンプリングデータをＶk+1とすると、ａk＝Ｖk−Ｖk+1 で表される。
【００４７】
ｂk+j-1：基準紙幣の差分処理後のデータを表し、サフィックスｋは同様に取り込んだデータの番号を表し、ｊはシフト量（ｊ＝１、２、・・・、ｍ）を表す。即ち、ｊを１、２、・・・というように変化することによりデータの番地を１つずつシフトすることができる。これにより、検出データに対して基準データを相対的にずらしながら演算を行うことができる。ｂkは、ａkと同様に、ｂk＝ＳＶk−ＳＶk+1 で表される。ここで、ＳＶkは基準データのｋ番目のデータを、ＳＶk+1は（ｋ＋１）番目のデータを表す。
【００４８】
ｍ：最大シフト量
ｎ：基準データのサンプリング数（基準データの数に等しい数）
このシフト演算に際し、シフト部３５は、まず検出データの格納番地を固定した状態で、シフト量ｊをｊ＝１、２、・・・と代えながら基準Ａ紙幣の基準データと比較する。即ち、最初にｊ＝１とし、Ｐ（１）を下記（２）式により算出する。
【００４９】
【数２】
これは、検出データの差分データａkと基準データの差分データｂkとを各々最初の番地より順次読み出し（ｋ＝１からｎまで）、その差の絶対値の和を算出している。
【００５１】
次に、ｊ＝２として、Ｐ（２）を下記（３）式により算出する。
【００５２】
【数３】
これは、検出データの差分データａkに対して、基準データの差分データの番地を１つずらしてｂk+1（２番目の番地）より読み出し、その差の絶対値の和を算出している。即ち、検出データの差分データに対して基準データの番地を１つずらして（シフトして）同様に演算を行っている。なお、データを１つずらして２番目のデータより読み出すことにより、データの数が一つ不足することになるが、その分検出データの数を１つ減らす（ｋ＝１よりｎ−１とすることで検出データの差分データの数を１つ減らしている）ことによりこれに対処している。
【００５４】
以下、同様にして基準データの番地を１つずつずらしながら検出データとの比較を行う。これを図１０を参考にして説明すると、図１０Ａの（イ）は、ｊ＝１の状態で、各ｋ＝１よりｎまでのデータを同一のスケール上に示したグラフである。図１０Ａの（ロ）は、ｊ＝２の状態を示していて、検出データに対して基準データを１つ分ずらして示したもので（図で基準データ全体を１データ分左側にシフト）、検出データのｋ＝１から（ｎ−１）に対して基準データのｋ＝２からｎまでが対応していることを示している。また、図１０Ｂの（ハ）はｊ＝３の状態を示していて、検出データに対して基準データを２つ分ずらして示したもので（図で基準データ全体を２データ分左側にシフトして描いている）、検出データのｋ＝１から（ｎ−２）に対して基準データのｋ＝３からｎまでが対応していることを示している。図１０Ｂの（ニ）についても同様である。
【００５５】
上記操作をｊ＝ｍまで繰り返し行い、演算結果を順次所定のメモリー（ＲＡＭ）に格納する。なお、ｍは最大シフト量を表す整数で、基準データと検出データとの最大ずれ量を予め実験により調べておいた値が設定してある。これは、通常の使用態様において生起される最大ずれ量に相当する量であり、必要以上にずれた状態で２つのデータが一致しても、それは正常ではないと判断して、そのような場合を計算対象から除外することも１つの目的である。
【００５６】
続いて、シフト量ｊ＝ｍのとき（最大シフト量のとき）において、ｋ＝１〜（ｎ−ｍ＋１）のそれぞれにおける基準Ａ紙幣の基準データ（シフト前のｂk+m-1）と検出データ（ａk）との差の（ｎ−ｍ＋１）個の絶対値の和を、下記（４）式に基づいて演算する。
【００５７】
【数４】
以上、検出データに対して基準データを図１０で１データ分ずつ左側にずらしながら差の絶対値を算出する処理を行ったが、次に右側にずらしながら同様の処理を行う。これは、検出データが基準データに対してどちらの方向にずれているか不明なため、両方にずらしながら２つのデータが最もよく一致している所を探すためである。そのために、今度は、基準データの格納番地を固定した状態で、検出データの格納番地を１つずつシフトしながら同様の処理を行う。即ち、式（１）の代わりに、下記（５）式を用い、ｊ＝２、・・・、ｍという具合にデータを１つずつずらしながら演算を行う。
【００５９】
【数５】
但し、ｍ：最大シフト量
ｎ：基準データのサンプリング数（基準データの数に等しい数）
なお、ｊ＝１が除いてあるのは、ｊ＝１の場合は、式（１）で既に計算済みであるので、省略したためである。
【００６１】
このシフト演算に際し、シフト部３５は、まず基準データの格納番地を固定した状態で、シフト量ｊをｊ＝２、３、・・・、ｍと変えながら検出データと比較する。即ち、最初にｊ＝２として、Ｐ′（２）を下記（６）式により算出する。
【００６２】
【数６】
これは、ｂkに対して基準データの差分データの格納番地を１つずらしてａk+1より読み出し、その差の絶対値の和を算出している。なお、データを１つずらして２番目のデータより読み出すことによりデータの数が１つ不足することになるが、その分基準データの数を１つ減らす（ｋ＝１よりｎ−１までのデータを選択することで、データ数を１つ減らしている）ことによりこれに対処しているのは前述と同じである。
【００６４】
以下、同様にして検出データの番地を１つずつずらしながら基準データと比較する。これを図１１を参考にして説明すると、図１１（ホ）は、ｊ＝２の時を示していて、基準データに対して検出データを１つ分ずらした状態を示したもので（図で検出データ全体を１データ分左側にシフト）、基準データのｋ＝１から（ｎ−１）に対して検出データのｋ＝２からｎまでが対応していることを示している。また図１１（ヘ）は、ｊ＝３の時を示していて、基準データに対して検出データを２つ分ずらした状態を示したもので（図で検出データ全体を２データ分左側にシフト）、基準データのｋ＝１から（ｎ−２）に対して検出データのｋ＝３からｎまでが対応していることを示している。このようにして基準データまたは検出データの一方の読み出しスタート番地を固定した状態で、他方のデータを読み出すスタート番地を１つずつずらしながら、読み出した双方のデータを、その読み出しスタート番地より順次比較（差を算出）することで、一方のデータに対して他方のデータを相対的に前後にシフトした状態を作り、２つのデータが最もよく一致する点を見つけるようにしてある。
【００６５】
下記（７）式は、シフト量ｊ＝３のときの演算式を示す。
【００６６】
【数７】
続いて、同様にしてシフト量ｊ＝４、５・・・（ｍ−１）のときにおいて、ｋ＝１〜（ｎ−ｊ＋１）のそれぞれにおける基準Ａ紙幣の基準データ（ｂk）と検出データ（シフト前のａk+j-1）との差の絶対値の和を、各シフト量毎に順次演算する。なお、絶対値の和の数はシフト量ｊに応じて変化する。
【００６８】
続いて、シフト量ｊ＝ｍのとき（最大シフト量のとき）において、ｋ＝１〜（ｎ−ｍ＋１）に関する基準Ａ紙幣の基準データの（ｂk）と検出データ（シフト前のａk+m-1）との差の（ｎ−ｍ＋１）個の絶対値の和を、下記（８）式に基づいて演算する。
【００６９】
【数８】
なお、これら算出値Ｐ（１）、Ｐ（２）〜Ｐ（ｍ）及びＰ′（２）、Ｐ′（３）〜Ｐ′（ｍ）は、算出される都度前記一致度記憶部３７に記憶される。
【００７１】
図１０Ａの（イ）と（ロ）および図１０Ｂの（ハ）と（ニ）は、検出データを固定し、基準データをシフトする場合のグラフであり、図１０における（イ）から（ニ）は、前述した如く、検出データ（差分データ）に対して基準データ（差分データ）を相対的に１データずつ図で左側にずらしながら２つのデータの比較を行う過程を示したグラフで、実線は検出データを、一点鎖線は基準データを示している。検出データは、図９でＰ１からＰ２の間にサンプリングされ、所定のメモリーに格納されている差分データをそのスタート番地より順次読み出したものであり、横軸が読み出した差分データの番地に相当し、左端が読み出しスタート番地（Ｐ１）を、右端が取り込んだ最終データの番地（Ｐ２）に相当している。縦軸は、差分データの値を示しており、＋側は差分データの値がプラスを、−側は差分データの値がマイナスであることを示している。
【００７２】
図１０Ａの（イ）は、予め測定され、所定のメモリーに格納されている基準データをその最初の番地より順次読み出して、同じグラフ上にプロットしたものであり、左端が最初の番地を、右端が最終の番地である。ここで、基準データは、前述したように予め複数枚の基準となる紙幣をこの識別装置に通してその画像データを平均したものを差分処理したものであり、通常は、基準紙幣と測定紙幣が同一種類であるとすると、この状態でこれら２つのデータは最も良く一致するはずであるが、前述した理由により必ずしも基準データと検出データとが図上でぴたりと重ならない場合も考えられる。この場合は、測定した紙幣が本当は基準紙幣と同じ紙幣であるにも関わらず、結果として異なる紙幣または偽造紙幣と判定されることになって不都合である。これを回避するために、２つのデータが一致しているか否かを識別するための許容範囲を広くすると、結果として識別性能が低下し、巧妙に作られた偽造紙幣を本物と誤識別することになる。これが今までの状況であった。
【００７３】
本発明においては、識別性能を低下すること無く、２つのデータが一致しているか否かを精度よく測定することが目的であって、そのために２つのデータを相対的にずらしながら比較を行うようにしてある。即ち、図１０Ａの（ロ）に示す如く、検出データの読み出し手順は変えないで、基準データの読み出し手順を変えることにより、即ち、基準データの読み出し開始番地を１つずらして２番目の番地より読み出すことで（最初の番地のデータは無視する）、検出データに対して基準データを左側に１データ分ずらして比較を行う。図１０Ｂの（ハ）は、基準データの読み出し開始番地を２つずらして３番目の番地より読み出すことで（最初の２つのデータは無視する）、検出データに対して基準データを左側に２データ分ずらして比較を行う。図１０Ｂの（ニ）についても同様で、検出データに対して基準データを左側に３データ分ずらして比較を行う。以下同様にして、最大ｍデータ分ずらしながら比較を行うようにしてある。なお、シフトすることによって比較すべきデータの数が減少するので、比較対象のデータの数をそれに合わせて減少するようにして、データの整合性をとるようにしてある。
【００７４】
図１１は、検出データに対して基準データを反対側（図で右側）にずらす過程を示したグラフである。ここでは、右側にずらすために、基準データの読み出し手順を固定しておいて、即ちデータが格納されている最初の番地より順番に読み出し、検出データの読み出し番地を順次１つずつ変えながらデータを読み出し、基準データと比較を行うようにしてある。図１１（ホ）は、検出データの読み出し開始番地を１つずらして２番目の番地より読み出した場合を、図１１（ヘ）は、検出データの読み出し開始番地を２つずらして３番目の番地より読み出した場合を示している。このようにして検出データに対して相対的に基準データを図で右側に１つずつずらしながら比較を行うようにしてある。
【００７５】
そして、ステップＳ１４でかかるシフト演算が終了すると、ステップＳ１５に進み、ここで前記最小値演算部３８は以下のようにして最小値を検出し、その値をＰＭとする。
【００７６】
図１２（イ）に、被識別対象用紙幣１が基準Ａ紙幣と同じものである場合において、Ｐ（ｊ）およびＰ′（ｊ）のうちの最小値近傍とシフト量との関係を示す。なお、横軸はシフト量を、縦軸は一致度（Ｖ）をとっている。
【００７７】
この図１２（イ）より、Ｐ（１）〜Ｐ（ｍ）及びＰ′（２）〜Ｐ′（ｍ）のうちで、例えばＰ（３）が最小であると理解され、この値Ｐ（３）で基準データと検出データが最も良く一致していると認められ、この値Ｐ（３）を最小値ＰＭとする。また、最小値ＰＭ（Ｐ（３））と、その前で隣り合うＰＭ−１（Ｐ（２））とを結ぶ線分の傾き、および最小値ＰＭ（Ｐ（３））と、その後で隣り合うＰＭ＋１（Ｐ（４））とを結ぶ線分の傾きが急激に変化していることが理解される。
【００７８】
一方、図１２（ロ）に、被識別対象用紙幣１が基準Ａ紙幣でなく基準Ｂ紙幣と同じものである場合において、Ｐ（ｊ）およびＰ′（ｊ）のうちの最小値近傍とシフト量との関係を示す。なお、横軸はシフト量を、縦軸は一致度（Ｖ）をとっている。
【００７９】
この図１２（ロ）より、図１２（イ）に較べて２つの基準データと検出データの一致度を示すＰ（ｊ）またはＰ′（ｊ）の値の相対的変化が少ない上、例えば最小値（Ｐ（３））の値（一点鎖線にて示す）も図１２（イ）に較べて高めであることが理解できる。
【００８０】
このようにして読み出しＰ１から１番地目のデータをシフトしながらＰ（ｊ）およびＰ′（ｊ）の最小値ＰＭを検出するのは、搬送モータの回転スピードや搬送機構のスリップ等の影響により取り込んだ紙幣のデータが前後するのを補正して検出する第１の目的と、上記した様にＰ（ｊ）およびＰ′（ｊ）値の変化の様子を加味して識別紙幣のパターンと基準紙幣のパターンの一致度を評価することで、検出精度の向上を図る第２の目的を達成するためである。
【００８１】
次に、最小値演算部３８は、検出された最小値ＰＭの位置が、図１２のグラフの端部または端部付近にあるか否かを判定する（ステップＳ１６）。この判定は、最小点ＰＭが端部または端部付近にあると、上記した正確な評価が行えなくなること、またシフト量が一定値以上の場合には、比較するデータの個数がそれだけ少なくなってデータの信頼性が悪くなること、搬送途中で何らかの異常が発生した可能性があること等の理由に基づいて行っており、最小点ＰＭが端部または端部付近にある場合には識別を行わない方が良いからである。
【００８２】
そして、ステップＳ１６での上記判定結果がＮｏの時には、ステップＳ１６１に移行して最小値演算部３８は識別不良であることを示すフラッグＡＦを１に設定してステップＳ２０に移行する。
【００８３】
一方、ステップＳ１６で最小値ＰＭが端部または端部近辺に無いと判定されると、ステップＳ１７に移行して、最小値演算部３８は上記最小値ＰＭ（Ｐ（３））とこれに近い前後の複数点、例えば３点（Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（４））の値を決定し、これらの値のうちで最小値ＰＭとこれの前後の２値ＰＭ−１（Ｐ（２））とＰＭ＋１（Ｐ（４））を用いて、（ＰＭ−１）−ＰＭと（ＰＭ＋１）−ＰＭ、つまりＰ（２）−Ｐ（３）とＰ（４）−Ｐ（３）とを求め、それらの減算値が予め設定された一定値ｋ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。上記一定値ｋ１は、図１２に示した各点Ｐ（２）とＰ（３）の間、Ｐ（４）とＰ（３）の間の傾きに相当する値（実際には縦軸である一致度の開き具合）として用いられ、経験的に設定される。
【００８４】
そして、ステップＳ１８で、２つの減算値が一定値ｋ１よりも大きい場合にはステップＳ１９へと、それ以外の場合にはステップＳ１８１ヘと移行する。
【００８５】
ステップＳ１９ではステップＳ１５で求められた最小値ＰＭを真の最小値Ｖｍ１としてステップＳ２０へと移行する。
【００８６】
一方、ステップＳ１８１へ移行した場合には、最小値演算部３８はＰ（１）とＰ（２）の差（Ｐ（１）−Ｐ（２））と、Ｐ（４）とＰ（３）の差（Ｐ（４）−Ｐ（３））とを演算し、それらの減算値が共に一定値ｋ２以上の場合はステップＳ１８２に移行する。そうでない場合は信頼性が低いと判断してステップＳ１６１ヘと移行して、識別不良であることを示すフラグＡＦを１に設定する。上記一定値ｋ２は、前記一定値ｋ１と同様の値として用いられ、経験的に設定される。
【００８７】
ステップＳ１８２において、Ｐ（１）−Ｐ（２）及びＰ（４）−Ｐ（３）が一定値ｋ２以上である場合には、最小値演算部３８はデータの信頼性が高いと判定し、最小とみなされる値（Ｐ（３））と、これに近い前後の複数点、この例では３点、つまり計４点Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）、Ｐ（４）と下記（９）式とを用いて補間計算を行い、図１３に示す真の最小値Ｖｍ１を求め、ステップＳ２０へと移行する。
【００８８】
Ｖｍ１（Ｖｍ２、Ｖｍ３）
＝Ｄ[２Ｐ（２）−（Ｐ（１）＋Ｐ（３））]＋Ｐ（３） …（９）
但し、Ｄ＝Ｋ１／（Ｋ１＋Ｋ２）
Ｋ１＝Ｐ（４）−Ｐ（３）
Ｋ２＝Ｐ（１）−Ｐ（２）
なお、上記Ｖｍ１は基準Ａ紙幣に対する真の最小値、上記Ｖｍ２は基準Ｂ紙幣に対する真の最小値、上記Ｖｍ３は基準Ｃ紙幣に対する真の最小値である。
【００８９】
以上のように、基準Ａ紙幣の基準データを用いた相関演算が終了すると、ステップＳ２０〜２６に進み、前同様にして基準Ｂ紙幣の基準データを用いた相関演算を行う。即ち、ステップＳ１３と同様に、基準Ｂ紙幣の基準データを読み出し、以下ステップＳ１４〜Ｓ１９（またはＳ１８２、Ｓ１６１）までのルーチンと同様にして検出データと基準Ｂ紙幣の基準データとの相関演算を行い、同様にして最小値Ｖｍ２を求めるか、或いは識別不良であることを示すフラグＢＦを１に設定する（ステップＳ２０〜２６、Ｓ２３１、Ｓ２５１、Ｓ２５２）。なお、Ｓ２５２に進む場合は、前記（９）式を用いた補間計算により真の最小値Ｖｍ２を算出する。
【００９０】
次いで、基準Ｂ紙幣の基準データを用いた相関演算が終了すると、ステップＳ２７からステップＳ３４の前までが実行され、前同様にして基準Ｃ紙幣の基準データを用いた相関演算を行う。即ち、ステップＳ１３と同様に、基準Ｃ紙幣の基準データを読み出し、以下ステップＳ１４〜Ｓ１９（またはＳ１８２、Ｓ１６１）までのルーチンと同様にして検出データと基準Ｃ紙幣の基準データとの相関演算を行い、同様にして最小値Ｖｍ３を求めるか、或いは識別不良であることを示すフラグＣＦを１に設定する（ステップＳ２７〜３３、Ｓ３０１、Ｓ３２１、Ｓ３２２）。なお、Ｓ３２２に進む場合は、前記（９）式を用いた補間計算により真の最小値Ｖｍ３を算出する。
【００９１】
続いて、ステップＳ３４に進み、ここで判定部３９は識別不良であることを示すフラグＡＦ、ＢＦ、ＣＦをチェックして、これらの値が１で無い時にはステップＳ３５でＶｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３のうちで最小値のものを選択し、その値をＶｍと置いてステップＳ３６へと移行して、Ｖｍが一定の小さな値である識別基準レベルεよりも小さいか否かを判定する。上記識別基準レベルεは、経験的に決定される値が用いられる。
【００９２】
一方、ステップＳ３４で判定部３９はフラグＡＦ、ＢＦ、ＣＦが全て１と判定された時には全ての基準紙幣と合致しなかった、または識別不良と判定してステップＳ３４１へ移行してＮＧフラグを立ててステップＳ３８へと移行する。また、ステップＳ３６でＶｍの値が識別基準レベルεよりも大きい場合も同様にして、判定部３９は３種類の基準Ａ〜Ｃ紙幣との一致度が低いと判定してステップＳ３４１へと移行してＮＧフラグを立てる。
【００９３】
ステップＳ３６でＶｍの値が識別基準レベルεよりも小さい場合には、ステップＳ３７へと移行し、ここで判定部３９は最小値Ｖｍを与えた金種を示すフラグを立て、メインルーチンヘ戻る（ステップＳ３８）。
【００９４】
したがって、本実施形態による場合には、紙幣搬送通路２に被識別対象用紙幣１を搬送させて求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙幣１の識別を行うとき、被識別対象用紙幣１の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差であるので、被識別対象用紙幣１への照射光の光強度の変動や紙幣に汚れがあっても、それらの変動は比較的低周波であるので、上記差分処理を行うことでその変動分が除去され、比較的高い空間周波数（二次元フーリエ変換に関するもの）で変化する紙幣の画像データのみを有効に抽出することが可能になる。
【００９５】
また、本実施形態による場合には、演算部３６がＲＡＭ１２から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト部３５がシフトするため、被識別対象用紙幣１に印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙幣１の識別を高精度に行い得るという効果がある。また、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができる。更に、判定の為の識別基準レベルεを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。
【００９６】
また、本実施形態による場合には、最小値演算部３８が、一定の場合に、つまりＰ（１）−Ｐ（２）＞ｋ２、Ｐ（４）−Ｐ（３）＞ｋ２の場合に、一致度記憶部３７に記憶された演算結果の最小とみなされる値と、その前後の値と、予めこれに設定された前記（９）式とにより補間計算を行って算出した算出値を真の最小値Ｖｍ１等とする構成としているので、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙幣１の識別を行うことが可能になる。そして、真の最小値Ｖｍ１等が予め決められた識別基準レベルεより小さい場合に、被識別対象用紙幣１を該当する金額紙幣と判定するので、識別基準レベルεを適正な値に設定しておくことで判定精度を向上させ得る。
【００９７】
また、本実施形態による場合には、基準Ａ紙幣（日本の千円紙幣）だけでなく、これとは別種の基準Ｂ紙幣（日本の五千円紙幣）と基準Ｃ紙幣（日本の一万円紙幣）に関する基準データをも用いて識別を行うので、識別装置に実際に挿入された被識別対象用紙幣１が日本の千円紙幣でなく日本の五千円紙幣であるとき、基準Ａ紙幣と同一のものでないと識別されるときに、その被識別対象用紙幣１が別種の基準Ｂ紙幣と同一のものであるとの識別が可能になる。
【００９８】
なお、上述した実施形態では、説明の都合で基準紙幣を、日本における千円紙幣、五千円紙幣、一万円紙幣の３種類としたが、本発明はこれに限らず、これらの他の日本における二千円紙幣を含む４種類のうちの任意の１または２以上としてもよく、或いは、外国の任意の金額の紙幣、特に日本の紙幣と紛らわしい図柄のものなどを含むようにしてもよく、或いは外国の任意の金額の紙幣のみとしてもよい。そして、これら紙幣の基準データをＲＡＭ１２に持たせるようにしてもよい。
【００９９】
また、上述した実施形態では、最小値ＰＭの前後の点としてＰＭを含む４点を用いて一定値ｋ１及びｋ２との比較を行っているが、本発明はこれに限らない。例えば、最小値ＰＭの前後の点として５点以上を用いてもよい。
【０１００】
また、上述した実施形態では、本発明の目的である紙幣への照射光の光強度変動や紙幣に汚れ等があっても、それにより受ける影響を確実に抑えて紙幣を確実に識別することができるように、相前後するサンプリングタイミングのデータの差を求める差分処理を行うようにしているが、本発明はこれに限らず、相前後するサンプリングタイミングのデータの比を求め、この比の値により識別するようにしてもよい。なお、この場合には、検出手段としての前記差分処理部３３に替えて、比を算出する検出手段を用いることとなる。
【０１０１】
また、上述した実施形態ではシフト部３５により読み出し先頭番号を後側にシフトさせるようにしているが、本発明はこれに限らない。例えば、読み出し先頭番号が検出データや基準データの前後端の途中である場合には、前側にシフトさせるようにしてもよい。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、紙幣を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限らず、他の紙葉類、例えば有価証券や投票券などの識別にも同様に適用することができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、搬送通路に被識別対象用紙葉類を搬送させて求められた検出データと予め求めている基準データとを比較して被識別対象用紙葉類が基準用紙葉類と同一のものであるか否かの識別を行うとき、被識別対象用紙葉類の識別に用いられる検出データおよび基準データが、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比であるので、照射光の光強度変動や紙葉類の汚れ等の影響を抑えた高精度の識別が可能になる。また、演算手段がデータ記憶回路から基準データと検出データの各々を読み出す際の先頭番地を、シフト手段がシフトするため、被識別対象用紙葉類において印刷パターンの位置ずれが存在していても、搬送誤差等に影響されること無く、被識別対象用紙葉類の識別を高精度に行い得るという効果がある。加えて、基準データと検出データの差の絶対値を加算演算した値を用いるので、検出データの基準データに対する変化量を数値で定量的に表すことができ、判定の為の識別基準レベルを連続して変えることで、容易に判定精度の調整を行うことができるというメリットがある。更に、補間処理を行う事で、サンプリングのピッチ以下の精度で被識別対象用紙葉類の識別を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る紙葉類識別装置を、紙幣の識別に適用した構成例の紙幣搬送通路部分を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係る紙葉類識別装置の回路構成の全体を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の要部である紙幣の識別を実行する回路部分（ＣＰＵ）の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の識別装置における識別内容を示すフローチャートである。
【図５】搬送する紙幣に光を照射してその反射光を測定したデータの一例を示すグラフである。
【図６】本実施形態の識別装置における演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６の続きの演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７の続きの演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】図５のデータを差分処理した結果を示すグラフである。
【図１０（Ａ）】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１０（Ｂ）】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１１】検出データと基準データの２つの波形の一致度を説明するためのシフトデータのグラフである。
【図１２】（イ）及び（ロ）は共にシフト量と一致度との関係を示したグラフである。
【図１３】補間計算を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１ 紙幣
２ 紙幣搬送通路
３、４ 挿入検出用センサ
５、６ センサ
７ 識別検査部
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１４ 光源
１５ 受光素子
３０ ＣＰＵ
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ サンプリングパルス発生手段
３３ 差分処理部（検出手段）
３４ 識別手段
３５ シフト部
３６ 演算部
３７ 一致度記憶部
３８ 最小値演算部
３９ 判定部
Claims (3)
- 搬送通路を搬送される被識別対象用紙葉類に光を照射して、その反射光または透過光を受光素子で検出した信号による検出データと、予め前記搬送通路に少なくとも被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類を搬送させて同様に得られた基準データとに基づき前記被識別対象用紙葉類の識別を行う紙葉類識別装置において、
前記受光素子の出力信号を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号をデジタル信号に変換する手段と、
前記検出データおよび前記基準データを、相前後するサンプリングタイミングにおけるデジタル信号の差または比として求める検出手段と、
該検出手段が求めた前記検出データおよび前記基準データを時系列に記憶するデータ記憶回路と、
前記基準データと前記検出データとを比較して前記被識別対象用紙葉類の識別を行う識別手段とを具備し、
前記識別手段は、
前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、
該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、
該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、
該一致度記憶手段に記憶された演算結果から最小値を求める最小値演算手段と、
予め識別基準レベルが設定されており、この識別基準レベルと、上記最小値演算手段により求められた最小値とを比較し、前記最小値が前記識別基準レベルより小さい場合に前記被識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定し、前記最小値が前記識別基準レベル以上の場合に前記基準用紙葉類とは異なるものと判定する手段とを備え、
前記最小値演算手段は、前記一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値と、その前後の値と、予めこれに設定された所定の関数式とにより補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とすることを特徴とする紙葉類識別装置。 - 前記被識別対象用紙葉類に相当する基準用紙葉類の他に、該基準用紙葉類と異なる別種の基準用紙葉類を、前記搬送通路に搬送し、その搬送により前記検出手段が求めた基準データも用いて識別を行うことを特徴とする請求項１に記載の紙葉類識別装置。
- 前記識別手段は、
前記データ記憶回路に共に時系列に記憶された前記基準データおよび前記検出データのうち少なくとも一方の読み出し先頭番地のシフト量を順次変更指定するシフト手段と、
該データ記憶回路から基準データと検出データの各々を先頭番地より順番に読み出して順次両データの差の絶対値を加算演算することを、前記シフト手段によるシフト量の指定の都度行う演算手段と、
該演算手段による演算結果を各シフト量毎に記憶する一致度記憶手段と、
該一致度記憶手段に記憶された演算結果の最小とみなされる値、その前後の値、および予め設定された所定の関数式により補間計算を行って真の最小値を算出し、この算出値を前記最小値とし、前記最小値が予め決められた識別基準レベルより小さい場合に前記識別対象用紙葉類を前記基準用紙葉類に相当するものと判定する手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載の紙葉類識別装置。
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