RU2169393C2

RU2169393C2 - Устройство и способ для проверки листового материала, в частности банкнот или ценных бумаг

Info

Publication number: RU2169393C2
Application number: RU97120582/09A
Authority: RU
Inventors: Норберт ХОЛЛЬ; Флориан ХОЛЬЦНЕР; Хайнц-Ф. ХОРНУНГ; Бернд Вундерер
Original assignee: Гизеке Унд Девриент Гмбх
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 2001-06-20
Also published as: ES2143765T3; EP0824736A1; GR3033447T3; DE19517194A1; US6061121A; JP3895772B2; DK0824736T3; WO1996036021A1; PT824736E; DE59604606D1; AU5816696A; EP0824736B1; CN1078955C; JPH11510623A; CN1187895A; ATE190419T1

Abstract

Изобретения относятся к средствам контроля подлинности документов. Техническим результатом является повышение разрешающей способности контроля в различных областях спектра. В заявке описано устройство для проверки листового материала, в состав которого входят осветительная система для непрерывного освещения материала во всех исследуемых областях спектра и приемник, содержащий по меньшей мере две линейные параллельные ПЗС-матрицы. Каждая ПЗС-матрица снабжена фильтром с определенной полосой пропускания, причем отдельные фильтры выполнены таким образом, что по меньшей мере один из них пропускает излучение видимой области, а один пропускает излучение невидимой области спектра. Для детектирования света, отраженного от листового материала или прошедшего через него, отдельные ПЗС-матрицы формируют из принятого света электрические сигналы, которые затем обрабатываются в специальном блоке и для проверки листового материала сравниваются с базовыми данными. 2 с. и 27 з.п.ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к устройству и способу для проверки листового материала, в частности банкнот или ценных бумаг.

Подобное устройство для проверки подлинности банкнот описано в EP-OS 0537513. С помощью светодиодов проверяемую банкноту облучают сначала красными и зелеными лучами, а затем лучами инфракрасного диапазона спектра. Светодиоды работают последовательно в импульсном режиме, поэтому банкнота в каждом случае освещается лучами только одного цвета, соответственно лучами инфракрасного диапазона. Диоды расположены по обеим сторонам банкноты. Прошедшее через банкноту или отраженное от нее световое излучение принимается единственной линейной ПЗС-матрицей и преобразуется в электрические сигналы, которые затем соответствующим образом обрабатываются.

Применение линейной ПЗС-матрицы позволяет достичь относительно высокой локальной разрешающей способности на поверхности банкноты. Однако недостаток такого устройства связан с высокими затратами на аппаратурные средства, необходимые для облучения банкноты лучами различного цвета видимой области спектра, соответственно лучами инфракрасной области спектра. Особую проблему составляет согласование характеристик освещенности при исследовании в различных областях видимой части и в инфракрасной области спектра.

В DE-OS 3815375 также описано устройство для проверки подлинности листового материала. Это устройство выполнено из нескольких однотипных модулей. Каждый модуль имеет собственный источник освещения белым светом и линейную фотодиодную матрицу. Далее, перед каждым модулем установлен фильтр, который пропускает, например, видимые лучи в красной, зеленой или синей областях спектра, а также инфракрасные лучи.

При проверке листового материала свет от соответствующего источника освещения, проходя через фильтр соответствующего модуля, падает на листовой материал. Отражаясь от материала, свет затем снова проходит через фильтр модуля и попадает на линейную фотодиодную матрицу, которая преобразует свет в электрические сигналы для последующей обработки.

Применение однотипных модулей для различных цветовых составляющих видимой и инфракрасной областей спектра, с одной стороны, обеспечивает высокую ремонтопригодность устройства, а с другой стороны, однако, повышает затраты на технические средства. С помощью фотодиодной матрицы листовой материал сканируется почти по всей ширине, однако разрешающая способность не достигает высоких значений.

В DE-A-4438746 описано устройство, в котором соответствующим источником освещается неподвижный листовой материал, а отраженный от материала свет попадает на приемник, формирующий соответствующие электрические сигналы. Эти сигналы обрабатываются в последующем соответствующим блоком. Приемник оснащен при этом датчиком цветного изображения, который воспринимает видимые лучи, и ИК-датчиком, который воспринимает инфракрасные лучи, поэтому синхронно могут формироваться параметры изображения в инфракрасных и видимых лучах.

Недостатком данного устройства является возможность работы только с неподвижным листовым материалом. Кроме того, применение датчика цветного изображения и ИК-датчика для считывания инфракрасных лучей также связано с относительно высокими затратами на технические средства, необходимые на оснащение данного устройства.

Исходя из сказанного выше, в основу изобретения была положена задача разработать такие устройство и способ для проверки листового материала, которые позволили бы осуществить проверку материала с высокой разрешающей способностью и в различных областях спектра и одновременно снизить затраты на технические средства.

Эта задача решается с помощью предложенного устройства для проверки листового материала при его перемещении с определенной скоростью в направлении подачи, имеющего осветительную систему для освещения листового материала, приемник для приема отраженного от листового материала и/или прошедшего через него света и преобразования его в соответствующие электрические сигналы, блок обработки сигналов и сравнения с контрольными данными для проверки листового материала. Согласно изобретению осветительная система выполнена с возможностью равномерного освещения листового материала во всех исследуемых областях спектра, приемник оснащен по меньшей мере двумя линейными параллельными матрицами приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицами), которые размещены на одном основании и каждая из которых имеет фильтр с определенной полосой пропускания, при этом по меньшей мере один фильтр выполнен прозрачным для излучения видимой области спектра и по меньшей мере один фильтр выполнен прозрачным для излучения невидимой области спектра.

Предпочтительно, когда приемник содержит четыре ПЗС-матрицы с фильтрами, каждый из которых пропускает один тип лучей, длины волн которых лежат в красном, зеленом, синем (RGB-) и инфракрасном диапазоне спектра.

Предпочтительно, когда ПЗС-матрицы имеют элементы с чувствительными поверхностями, площадь которых оптимизирована в зависимости от заданных параметров.

Предпочтительно также, чтобы осветительная система и приемник были расположены на одной оси перпендикулярно листовому материалу.

При этом предпочтительно во всех случаях, чтобы листовой материал имел исследуемый участок, а приемник содержал оптическую систему для отображения этого исследуемого участка листового материала на ПЗС-матрицы.

Нужно отметить, что предпочтительно ширина исследуемого участка равна по меньшей мере ширине листового материала, а в состав осветительной системы входят по меньшей мере один рефлектор и два источника света внутри рефлектора, причем рефлектор имеет цилиндрический зеркальный сегмент определенной ширины и с определенной фокальной линией, источники света установлены на фокальной линии зеркального сегмента, образующая зеркального сегмента имеет такую форму, чтобы свет от источников равномерно освещал исследуемый участок в продольном направлении, и рефлектор имеет два внутренних плоских зеркала внутри зеркального сегмента и два внешних плоских зеркала на концах зеркального сегмента, при этом зеркала установлены перпендикулярно фокальной линии зеркального сегмента, а соответствующие зеркальные поверхности внутреннего зеркала и внешнего зеркала обращены к одному из источников света таким образом, чтобы исследуемый участок также освещался равномерно и по ширине.

При этом предпочтительно рефлектор закрыть окном, находящимся между внутренними зеркалами, и окном с обращенной к исследуемому участку стороны рефлектора.

Целесообразно по меньшей мере одну из поверхностей окон выполнить просветленной.

Целесообразно также, чтобы одно из указанных окон было выполнено в виде фильтра с полосой пропускания лучей определенной длины волны.

Причем в устройстве по изобретению в рефлекторе могут быть предусмотрены диафрагмы для предотвращения попадания на приемник света от источников, отраженного от поверхности окна, обращенной к исследуемому участку.

Предпочтительно в состав осветительной системы встроить источник силуэтного освещения для облучения листового материала излучением определенной области спектра.

Предпочтительно также в осветительной системе предусмотреть по меньшей мере один фильтр для препятствования облучению листового материала излучением от источника силуэтного освещения в определенной области спектра, которой является инфракрасный диапазон спектра.

Целесообразно в качестве источника света в источнике силуэтного освещения использовать матрицу светодиодов, а источник силуэтного освещения защитить окном, которое предпочтительно выполнить в виде фильтра.

В соответствии с изобретением это окно следует выполнить просветленным.

Предпочтительно, когда в устройстве по изобретению блок обработки состоит из двух компонентов, которыми являются корректирующий блок для нормирования и/или объединения цифровых данных, переданных приемником, и блок обработки изображений, который предназначен для формирования двумерного изображения по полученным от корректирующего блока цифровым данным и преобразования этого изображения и/или ввода его в память и сравнения с контрольными данными.

При этом корректирующий блок может иметь по меньшей мере один цифровой процессор обработки сигналов для осуществления вычислений.

Задача решается также с помощью предложенного способа проверки листового материала. Согласно изобретению листовой материал перемещают с определенной скоростью в направлении подачи и непрерывно его освещают во всех исследуемых областях спектра, отраженный от листового материала и/или прошедший через него свет по меньшей мере в одной видимой и одной невидимой областях спектра преобразуют в цифровые сигналы с помощью по крайней мере двух расположенных параллельно друг другу ПЗС-матриц, размещенных на одном основании и снабженных соответствующими фильтрами, причем каждая из указанных ПЗС-матриц имеет фильтр с определенной полосой пропускания, и цифровые сигналы подвергают обработке и сравнивают с контрольными данными для проверки листового материала.

Предпочтительно при обработке цифровых сигналов данные нормировать и/или объединять.

Причем согласно изобретению при обработке цифровые сигналы для исключения погрешности, обусловленной временем экспозиции, нормируют по интенсивности, которая в процессе проверки непрерывно измеряется по эталону белизны.

При обработке цифровых сигналов формируют двумерное изображение, которое затем преобразуют и/или вводят в память, причем при обработке сформированного двумерного изображения осуществляют преобразование цветов с помощью хранящихся в памяти таблиц.

Далее при обработке на основе цифровых данных двумерных изображений определяют тип листового материала и его ориентацию при перемещении.

Кроме того, в соответствии с изобретением при обработке на основе цифровых данных двумерных изображений определяют форму и целостность листового материала, определяют степень загрязнения материала и осуществляют сравнение цифровых данных двумерных изображений с двумерными контрольными данными, в результате которого распознают пятна и прочие изменения листового материала.

Таким образом, основная идея изобретения состоит по существу в том, что в устройстве предусмотрена осветительная система, которая непрерывно освещает листовой материал во всех исследуемых областях спектра. Для детектирования светового излучения, отраженного от материала или прошедшего сквозь него, используют приемник, оснащенный по меньшей мере двумя линейными, расположенными параллельно друг другу ПЗС-матрицами. На каждой матрице установлен фильтр с определенной полосой пропускания. Отдельные фильтры выбираются при этом так, что по меньшей мере один фильтр пропускает видимые лучи, а другой - невидимые. Отдельные ПЗС-матрицы, воспринимая световое излучение, преобразуют его в электрические сигналы, которые затем обрабатываются в специальном блоке и для проверки листового материала сравниваются с эталонными или контрольными данными.

Преимущество изобретения заключается в том, что как осветительная система, так и приемник требуют лишь небольших затрат на аппаратурные средства. Отдельные ПЗС-матрицы и соответствующие им фильтры можно компактно располагать на общем основании, причем затраты на их изготовление незначительны. Применение множества ПЗС-матриц позволяет синхронно детектировать несколько различных областей спектра с высокой разрешающей способностью по всей ширине листового материала.

Как уже отмечалось выше, приемник содержит четыре параллельных ПЗС-матрицы с фильтрами, каждый из которых пропускает лучи одной области спектра, а именно красные, зеленые или синие, а также ИК-лучи.

При проверке листового материала, например, с помощью красной, зеленой и синей составляющих света можно исследовать видимое печатное изображение на листовом материале. Сигналы, детектируемые одновременно в инфракрасной области спектра, можно использовать для определения степени загрязнения листового материала.

Проверку производят предпочтительно с помощью осветительной системы, которая равномерно высвечивает двумерный исследуемый участок на поверхности листового материала. Благодаря этому снижаются затраты на аппаратурные средства, требуемые для осуществления коррекции различной освещенности отдельных элементов ПЗС-матриц.

Ниже приводятся более подробно описания некоторых примеров выполнения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - вид спереди первого варианта выполнения изобретения,
на фиг. 2 - вид сбоку первого варианта выполнения изобретения,
на фиг. 3 - вид сверху первого варианта выполнения изобретения,
на фиг. 4 - принципиальная схема предпочтительного варианта выполнения приемника,
на фиг. 5 - принципиальная схема равномерного освещения в направлении подачи материала,
на фиг. 6 - принципиальная схема равномерного освещения перпендикулярно направлению подачи материала,
на фиг. 7 - принципиальная схема блока обработки,
на фиг. 8 - листовой материал с печатным изображением в видимой области спектра,
на фиг. 9 - листовой материал с печатным изображением в невидимой области спектра,
на фиг. 10 - листовой материал с пятнами и обрывами в видимой области спектра,
на фиг. 11 - листовой материал с чистыми поверхностями в невидимой области спектра.

На фиг. 1 представлен вид спереди первого варианта выполнения предлагаемого в изобретении устройства. Участок листового материала 10 непрерывно освещается с помощью осветительной системы 20 в полном исследуемом спектре. Отраженный от материала свет 100 детектируется затем приемником 30. Осветительная система 20 и приемник 30 размещаются предпочтительно на одной оси перпендикулярно листовому материалу 10. Осветительная система 20 выполнена таким образом, что отраженный от материала свет 100 проходит сначала через осветительную систему 20, а затем детектируется приемником 30.

В состав осветительной системы 20 необязательно может входить источник 40 силуэтного освещения, который освещает листовой материал 10 с обратной стороны, противоположной приемнику 30. Испускаемый источником 40 свет проходит через листовой материал 10 и снова детектируется приемником 30.

Приемник 30 состоит в основном из оптической системы 31, которая по меньшей мере частично отображает исследуемый участок листового материала 10 на светочувствительный элемент 32.

Светочувствительный элемент 32 содержит две линейные расположенные параллельно друг другу ПЗС-матрицы, на каждой из которых размещен фильтр. По меньшей мере один фильтр пропускает излучение видимой части, а один фильтр пропускает излучение невидимой части спектра.

В предпочтительном варианте выполнения элемент 32 содержит, как показано на фиг. 4А, четыре ПЗС-матрицы Z.I-Z.4, расположенные на общем основании 34. Каждая матрица имеет множество элементов 33 (элементов разложения), расположенных в столбцах S.1-S.N. Отдельные ПЗС-матрицы Z.1- Z.4 расположены параллельно друг другу на расстоянии D1. На фиг. 4Б показаны четыре линейных фильтра F.1-F.4, по меньшей мере один из которых пропускает излучение видимой части и по меньшей мере один пропускает излучение невидимой части спектра. На фиг. 4В показан вид сверху чувствительного элемента 32, который состоит из основания 34 с ПЗС-матрицами Z.1-Z.4 и линейными фильтрами F.1-F. 4, расположенными на матрицах. Каждая ПЗС-матрица закрыта фильтром с определенной полосой пропускания.

Элемент 32 имеет компактную конструкцию, причем длина боковой стороны основания 34 не превышает нескольких сантиметров. Поскольку светочувствительный элемент 32 относительно дешев в изготовлении, его можно просто заменить новым при обнаружении дефекта одной из ПЗС-матриц Z.1-Z.4.

Согласно фиг. 1 в состав осветительной системы 20 входят два источника 21 и 22 света, которые непрерывно испускают свет в определенной области спектра. Предпочтительно такая область спектра идентична исследуемой области. В качестве источников 21, соответственно 22 света могут использоваться, например, лампы накаливания.

Источники 21 и 22 света имеют такие характеристики излучения, что исследуемый участок листового материала 10 неравномерно освещается как вдоль, так и перпендикулярно направлению перемещения этого материала. Этот эффект отрицательно влияет на отражение света 100 листовым материалом 10 и, следовательно, на детектируемую элементом 32 освещенность, и после детектирования элементом 32 практически не может быть скомпенсирован.

С целью устранить это явление целесообразно максимально равномерно освещать исследуемый участок листового материала 10. Для этого предпочтительно предусмотреть рефлектор, который состоит из цилиндрического зеркального сегмента 23 и нескольких зеркал 24, 25 и который отражает излучаемый источниками 21 и 22 свет таким образом, чтобы участок листового материала равномерно освещался по ширине В перпендикулярно направлению его перемещения и по длине L по направлению его перемещения.

Зеркальный сегмент 23 имеет ширину В и фокальную линию F, параллельную ширине В. На этой фокальной линии F зеркального сегмента 23 размещены источники 21 и 22 света. Образующая зеркального сегмента 23 имеет такую форму, что испускаемый источниками 21 и 22 свет равномерно освещает участок материала шириной B и длиной L.

Форма образующей зеркального сегмента 23 показана на фиг. 2 и аналогична эллипсу. Однако в отличие от эллиптического зеркала зеркальный сегмент 23 имеет только одну фокальную линию F. Вторая фокальная линия эллиптического зеркального сегмента благодаря форме зеркального сегмента 23 изменяется таким образом, что в плоскости листового материала исследуемый участок равномерно освещается по длине отрезка L.

На фиг. 5А показаны два возможных варианта формы зеркального сегмента 23. В первом варианте образующая зеркального сегмента 23 находится в пределах воображаемого эллипса, а во втором случае - за его пределами. Воображаемый эллипс на чертеже не показан, поскольку отклонения в приведенном изображении от его формы настолько незначительны, что они не могут восприниматься глазом человека. Падающий на листовой материал 10 свет состоит из прямого луча 200 и отраженного луча 210. Вследствие отклонения от эллиптической формы в обоих вариантах достигается такая освещенность, при которой, как показано на фиг. 4Б, исследуемый участок материала по длине L освещается по существу равномерно.

Изображенный на фиг. 1 рефлектор содержит далее два внутренних плоских зеркала 24 внутри зеркального сегмента 23 и два внешних плоских зеркала 25 на концах зеркального сегмента 23. Зеркала 24, 25 установлены перпендикулярно фокальной линии F зеркального сегмента 23, соответственно зеркальные поверхности внутреннего зеркала 24 и внешнего зеркала 25 обращены к одному из источников 21 и 22 света.

Схема отражения зеркалами 24 и 25 света, излучаемого источниками 21 и 22, показана на фиг. 6. Поскольку каждый источник 21 и 22 установлен между двумя зеркалами 24, соответственно 25, в результате многократного отражения света, испускаемого источниками 21 и 22, возникает как бы бесконечное число мнимых источников 21.1, 21.2 и т.д. и 22.1, 22.2 и т.д. Таким образом свет, который освещает исследуемый участок по ширине, состоит из прямого луча на участке B21 и B22 и лучей от мнимых источников B21.1, B21.2 и т.д. и B22.1, B22.2 и т.д. Благодаря такому эффекту, как показано на фиг. 5Б, достигается по существу равномерная освещенность также по ширине исследуемого участка материала.

Особое конструктивное выполнение рефлектора из зеркального сегмента 23, внутренних зеркал 24 и внешних зеркал 25 позволяет изменять направление световых лучей от источников 21 и 22 света таким образом, что исследуемый участок равномерно освещается как по ширине B, так и по длине L. Ширину B выбирают предпочтительно по меньшей мере равной ширине листового материала 10, что позволяет сканировать этот материал по всей его ширине. Равномерно освещенный исследуемый участок проецируется с помощью оптической системы 31 на светочувствительный элемент 32 таким образом, что последний при равномерном отражении фона также освещается равномерно. Благодаря этому практически отпадает необходимость в осуществлении корректировок, обусловленных неравномерностью освещения.

Для защиты рефлектора от загрязнения или влаги его необязательно можно закрыть верхним окном 26 и нижним окном 27.

С целью исключить попадание в приемник 30 отраженного от окон 26 и 27 света соответствующие поверхности окон 26 и 27 можно выполнить просветленными. Кроме того, в рефлекторе можно предусмотреть диафрагмы 28, форма которых выбирается таким образом, чтобы отклонять паразитное световое излучение. Возможная форма диафрагм 28 показана на фиг. 3. Однако она в значительной степени зависит от расположения и формы зеркал 23, 24 и 25, соответственно окон 26 и 27, а также от источников 21 и 22 света.

Для особых случаев применения одно из окон 26 или 27 или оба окна могут быть выполнены в виде фильтров с определенными полосами пропускания.

Далее, на фиг. 1 показан источник 40 силуэтного освещения, являющийся компонентом осветительной системы 20. Свет в источнике 40 силуэтного освещения излучается матрицей 41 светоизлучающих диодов (СИД-матрицей), которым листовой материал 10 освещается со стороны, противоположной приемнику 30. Для защиты от загрязнений источник 40 силуэтного освещения необязательно можно закрыть окном 42. При необходимости окно 42 может быть также выполнено в виде фильтра с определенной полосой пропускания для излучения от источника 40 силуэтного освещения. Предпочтительно полосу пропускания, например, при измерении загрязнения листового материала 10 ограничить инфракрасной областью спектра.

Рефлектор необязательно может быть снабжен фильтром 43, предотвращающим попадание на листовой материал 10 светового излучения от источников 21 и 22 в той части спектра, которая совпадает с определенной частью спектра излучения от источника 40 силуэтного освещения. Таким образом, можно скомбинировать измерения отражения и пропускания. Так, например, одновременно можно исследовать видимое печатное изображение на материале 10 по отражению видимого света и водяной знак материала 10 по прохождению инфракрасного излучения.

В случае, когда определенная спектральная область источника 40 силуэтного освещения формируется также источниками 21 и 22 света и попадает на листовой материал 10, возникает известный эффект фотометра с масляным пятном, когда изменения толщины материала, например, в зоне водяного знака не поддаются детектированию. Этот эффект можно использовать для определения загрязнения листового материала в зоне водяного знака.

Как упоминалось выше, проверяемый листовой материал 10 равномерно освещается осветительной системой 20 на определенном исследуемом участке. Этот участок затем по меньшей мере частично с помощью оптической системы 31 приемника 30 проецируется на светочувствительный элемент 32. Падающий на него луч 100, проходя через фильтры F.1-F.4, преобразуется с помощью ПЗС-матриц Z. 1-Z. 4 в электрические сигналы. Каждая ПЗС-матрица имеет N элементов 33, расположенных в столбцах S.1-S.N. Конкретное количество N таких элементов выбирается предпочтительно с таким расчетом, чтобы локальная разрешающая способность на поверхности листового материала соответствовала квадрату с длиной стороны менее 0,5 мм. При максимально необходимой ширине В, равной 120 мм, количество N элементов, приходящееся на каждую ПЗС-матрицу, должно быть больше или равно 240.

Для получения от элементов ПЗС-матрицы сигнала с удовлетворительным отношением сигнал/шум они должны поглощать определенное количество фотонов и преобразовывать их в фотоэлектроны. При постоянной разрешающей способности, постоянном расстоянии между листовым материалом 10 и ПЗС-матрицей 32, постоянном времени экспозиции и постоянном диафрагменном числе объектива необходимая для появления определенного числа фотоэлектронов освещенность листового материала 10 приближенно обратно пропорциональна площади чувствительной поверхности элемента 33 ПЗС-матрицы.

Освещенность листового материала 10 может варьироваться при этом лишь условно, поскольку она зависит от максимальной освещенности, создаваемой осветительной системой 20. Максимум этой освещенности в свою очередь в основном ограничивается физическими явлениями, например выделением тепла при световом излучении, условиями теплоотвода и т.п. Максимальную освещенность, обеспечиваемую осветительной системой 20, можно, следовательно, рассматривать как постоянную.

Площадь чувствительной поверхности элемента 33 можно оптимизировать, таким образом, в зависимости от времени экспозиции. Время экспозиции определяется в основном требуемой локальной разрешающей способностью на поверхности листового материала 10 в направлении его движения, в данном случае 0,5 мм, а также требуемой скоростью движения листового материала. При требуемой скорости движения 5 м/с время экспозиции составляет 0,0005/5 = 0,0001 с. При использовании в качестве источников света ламп накаливания мощностью менее 20 Вт оптимальная площадь чувствительной поверхности элемента 33 составляет примерно 70х70 мкм при длительности экспозиции 0,0001 с. У современных ПЗС-матриц эта величина составляет примерно 13х13 мкм. По сравнению с ними чувствительность используемых согласно изобретению ПЗС-матриц почти в 25 раз выше. При необходимости площадь светочувствительной поверхности может быть оптимизирована и для других скоростей движения листового материала или другой разрешающей способности.

Электрические сигналы от отдельных элементов 33 ПЗС-матрицы усиливаются последовательно в порядке 1, 2, ... N усилителем и затем преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя. При условии, что длительность экспозиции составляет 0,0001 с, а количество N элементов 33, приходящееся на одну ПЗС-матрицу, равно 240, время обработки одного элемента цифровых данных составит примерно 0,4 мкс. Однако при более высокой локальной разрешающей способности или при более высокой скорости движения это время может быть еще меньше.

Цифровые данные, полученные от приемника 30, передаются по линии 300 в блок 40 обработки. Последний, как показано на фиг. 7, состоит из двух компонентов.

Первым компонентом является корректирующий блок 50, который приводит цифровые данные отдельных элементов 33 к нормированному виду, а также объединяет в набор цифровых данных соответствующие данные, полученные от элементов 33 из столбца S.1-S.N различных ПЗС-матриц Z.1-Z.4, и соотносит его с участком листового материала 10. Нормирование данных осуществляется путем добавления или умножения на поправочную величину.

Корректирующий блок 50 содержит по меньшей мере один цифровой процессор обработки данных для расчета коррекции в пределах выделенного на эту операцию времени в 0,4 мкс для обработки данных от одного элемента 33. В предпочтительном варианте цифровой процессор обработки данных предусмотрен для каждой ПЗС-матрицы Z.1-Z.4.

В результате суммирующей коррекции цифровых значений, полученных от элементов 33, удается скомпенсировать различия в темновой чувствительности таких отдельных элементов, обусловленной конструктивными особенностями. Соответствующая величина суммирующей поправки может быть определена методом измерения темного поля.

Различия в измеренной интенсивности при равной освещенности могут быть обусловлены, во-первых, различной чувствительностью отдельных элементов 33, соответственно некоторой неравномерностью освещения. Эти различия могут быть скорректированы умножением цифровых данных на соответствующий множитель. Этот множитель определяется методом измерения эталона белизны (идеально белой поверхности). Эталон белизны может быть реализован, например, в виде белого фона листового материала 10 и измерен в промежутках между двумя листами. Другая возможность состоит в периодическом использовании эталона белизны в виде листа и проведении соответствующих измерений.

Далее, могут возникать также изменения в продолжительности экспозиции, которые обусловлены колебаниями такта управления устройством или проскальзыванием листового материала в системе подачи. Для компенсации подобных изменений цифровые данные, полученные от элементов 33, снова умножают на соответствующий множитель. Этот множитель определяется путем проведения измерений эталонов 29 белизны, расположенных по краям листового материала 10 и непрерывно измеряемых приемником 30 во время проверки листового материала 10. Цифровые данные, полученные от элементов 33 для листового материала 10, нормируются по интенсивности, измеренной для эталона 29 белизны, вследствие чего погрешности, обусловленные изменением продолжительности экспозиции, исключаются.

Отдельные ПЗС-матрицы Z. 1-Z.4 предпочтительно размещать на постоянном расстоянии D1 параллельно одна другой, причем это расстояние D1 в целое число раз больше длины стороны элемента 33. Корректирующий блок 50 может хранить в памяти данные от определенного количества элементов 33, что позволяет скомпенсировать временной сдвиг при определении данных для одного элемента изображения на листовом материале 10. Корректирующий блок 50 объединяет цифровые данные содержащихся в одном столбце (например, S.1, S.2 и т.д.) элементов 33 различных ПЗС-матриц Z.1-Z.4 в один набор цифровых данных таким образом, чтобы в этом наборе данных содержалась информация о различных спектральных областях элемента изображения с требуемой разрешающей способностью на поверхности листового материала 10. Затем эти данные передаются по линии 310 на второй компонент блока 40 обработки данных. Скорость передачи данных по линии 310 может составлять около 170 Мбод. При необходимости объем передаваемых данных может повышаться.

Второй компонент блока 40 представляет собой блок 60 обработки изображений. Этот блок может объединять переданные корректирующим блоком 50 цифровые данные в двумерное изображение и запоминать их. Хранящиеся в памяти данные об изображении можно изменять, например, путем поворота вокруг оси или сжатия. Кроме того, цветовую информацию видеоданных можно преобразовывать из одной цветовой системы в другую (например, из RGB-системы в HSI-систему). Для этой цели в блоке 60 обработки изображений могут храниться таблицы, в одном столбце которых содержится входное значение в одной цветовой системе, а в другом столбце содержится соответствующее выходное значение после преобразования в другую цветовую систему. Эти таблицы позволяют легко и быстро производить преобразование цветовой информации.

Для проверки листового материала 10 преобразованные таким путем параметры изображения сравниваются блоком 60 обработки изображений с соответствующими контрольными данными. В зависимости от степени совпадения рассчитываются параметры различных видов проверки.

Так, например, на фиг. 8 показан листовой материал 10 со схематическим печатным изображением банкноты в видимой области спектра. Листовой материал 10 имеет элементы, через которые не может проходить ИК-излучение. К их числу относятся, например, номер серии 11, защитная нить 12 и печатное изображение 14. На листовом материале 10 имеются также печатные изображения 15, не прозрачные в видимой области спектра, но прозрачные в инфракрасной области. На фиг. 9 представлен листовой материал 10 с соответствующим печатным изображением в инфракрасной области.

На основе видимого печатного изображения можно определить, например, параметры формы листового материала 10, т.е. его длину, соответственно ширину, или его площадь. Можно получить также информацию о других параметрах, например о типе банкноты и ее положении при движении. Кроме того, можно определять параметры, касающиеся степени совпадения печатного изображения как в видимой, так и невидимой областях спектра.

На фиг. 10 показан листовой материал 10 с пятнами 16 и обрывами 17. По этому изображению определяются такие параметры, как количество пятен 16 и другие изменения на печатном изображении, путем сравнения с соответствующими сравнительными характеристиками на основе видимого печатного изображения. Кроме того, можно определить форму и целостность листового материала 10. Далее, можно определить количество обрывов 17.

Для проверки показателей загрязненности листового материала 10 можно использовать показанные на фиг. 11 чистые участки 18 на инфракрасном печатном изображении. Поскольку по размерам чистые участки 18 больше, чем свободные участки на видимом печатном изображении, загрязненность материала определяется с достаточной степенью надежности.

Как уже упоминалось выше, еще одно преимущество устройства состоит в том, что по полученным данным можно оценить относительно большое количество параметров. Для специалиста в данной области техники очевидно, что при необходимости по полученным данным можно определить и другие параметры материала, которые в данном описании подробно не представлены.

Полученные результаты передаются предпочтительно по линии 320 на блок 70 управления более высокого уровня. Этот блок на основе полученной информации принимает решение о дальнейшем использовании проверяемого листового материала 10. При необходимости это решение может принять и блок 40 обработки.

Если описанное устройство для проверки листового материала использовать, например, в машинке для обработки денежных банкнот, то блок 70 управления может направлять листовой материал, учитывая технические характеристики устройства и/или других компонентов машинки для обработки банкнот, либо в определенный приемный лоток для укладки, либо в измельчитель для уничтожения, либо в другие компоненты машинки для обработки банкнот.

Claims

1. Устройство для проверки листового материала при его перемещении с определенной скоростью в направлении подачи, имеющее осветительную систему для освещения листового материала, приемник, предназначенный для приема отраженного от листового материала и/или прошедшего через него света и преобразования его в соответствующие электрические сигналы, блок обработки сигналов и сравнения с контрольными данными для проверки листового материала, отличающееся тем, что осветительная система (20) выполнена с возможностью равномерного освещения листового материала (10) во всех исследуемых областях спектра, приемник (30) оснащен по меньшей мере двумя линейными параллельными матрицами приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицами) (Z.1-Z.4), которые размещены на одном основании (34) и каждая из которых имеет фильтр (F.1-F.4) с определенной полосой пропускания, при этом по меньшей мере один фильтр (F. 1-F. 4) выполнен прозрачным для излучения видимой области спектра и по меньшей мере один фильтр (F.1-F.4) выполнен прозрачным для излучения невидимой области спектра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник (30) содержит четыре ПЗС-матрицы (Z.1-Z.4) с фильтрами (F.1-F.4), каждый из которых пропускает один тип лучей, длины волн которых лежат в красном, зеленом, синем (RGB-) и инфракрасном диапазоне спектра.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ПЗС-матрицы имеют элементы (33) с чувствительными поверхностями, площадь которых оптимизирована в зависимости от заданных параметров.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осветительная система (20) и приемник (30) расположены на одной оси перпендикулярно листовому материалу (10).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что листовой материал (10) имеет исследуемый участок, а приемник (30) содержит оптическую систему (31), предназначенную для отображения этого исследуемого участка листового материала на ПЗС-матрицы (Z.1-Z.4).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ширина исследуемого участка равна по меньшей мере ширине листового материала (10).

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в состав осветительной системы (20) входят по меньшей мере один рефлектор и два источника (21, 22) света внутри рефлектора, причем рефлектор имеет цилиндрический зеркальный сегмент (23) определенной ширины и с определенной фокальной линией (F), источники (21, 22) света установлены на фокальной линии (F) зеркального сегмента (23), образующая зеркального сегмента (23) имеет такую форму, чтобы свет от источников (21, 22) равномерно освещал исследуемый участок в продольном направлении, и рефлектор имеет два внутренних плоских зеркала (24) внутри зеркального сегмента (23) и два внешних плоских зеркала (25) на концах зеркального сегмента (23), при этом зеркала (24, 25) установлены перпендикулярно фокальной линии (F) зеркального сегмента (23), а соответствующие зеркальные поверхности внутреннего зеркала (24) и внешнего зеркала (25) обращены к одному из источников (21, 22) света таким образом, чтобы исследуемый участок также освещался равномерно и по ширине.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что рефлектор закрыт окном (26), находящимся между внутренними зеркалами (24), и окном (27) с обращенной к исследуемому участку стороны рефлектора.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из поверхностей окон выполнена просветленной.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что одно из указанных окон выполнено в виде фильтра с полосой пропускания лучей определенной длины волны.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в рефлекторе предусмотрены диафрагмы (28) для предотвращения попадания на приемник (30) света от источников (21, 22), отраженного от поверхности окна (27), обращенной к исследуемому участку.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав осветительной системы (20) входит источник (40) силуэтного освещения для облучения листового материала (10) излучением определенной области спектра.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в осветительной системе (20) предусмотрен также по меньшей мере один фильтр (43), предназначенный для препятствования облучению листового материала излучением от источника (40) силуэтного освещения в определенной области спектра.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что определенной областью спектра является инфракрасный диапазон спектра.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что источником света в источнике (40) силуэтного освещения служит матрица (41) светодиодов.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что источник (40) силуэтного освещения защищен окном (42).

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что окно (42) выполнено в виде фильтра.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что окно (42) выполнено просветленным.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок (40) обработки состоит из двух компонентов, которыми являются корректирующий блок (50) для нормирования и/или объединения цифровых данных, переданных приемником (30), и блок (60) обработки изображений, который предназначен для формирования двумерного изображения по полученным от корректирующего блока (50) цифровым данным и преобразования этого изображения и/или ввода его в память и сравнения с контрольными данными.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что корректирующий блок (50) имеет по меньшей мере один цифровой процессор обработки сигналов для осуществления вычислений.

21. Способ проверки листового материала, отличающийся тем, что листовой материал (10) перемещают с определенной скоростью в направлении подачи, листовой материал (10) непрерывно освещают во всех исследуемых областях спектра, отраженный от листового материала (10) и/или прошедший через него свет (100) по меньшей мере в одной видимой и одной невидимой областях спектра преобразуют в цифровые сигналы с помощью по крайней мере двух расположенных параллельно друг другу ПЗС-матриц, размещенных на одном основании (34) и снабженных соответствующими фильтрами, причем каждая из указанных ПЗС-матриц имеет фильтр с определенной полосой пропускания, и цифровые сигналы подвергают обработке и сравнивают с контрольными данными для проверки листового материала.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что при обработке цифровых сигналов данные нормируют и/или объединяют.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что при обработке цифровые сигналы для исключения погрешности, обусловленной временем экспозиции, нормируют по интенсивности, которая в процессе проверки непрерывно измеряется по эталону белизны.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что при обработке цифровых сигналов формируют двумерное изображение, которое затем преобразуют и/или вводят в память.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что при обработке сформированного двумерного изображения осуществляют преобразование цветов с помощью хранящихся в памяти таблиц.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что при обработке на основе цифровых данных двумерных изображений определяют тип листового материала (10) и его ориентацию при перемещении.

27. Способ по п.24, отличающийся тем, что при обработке на основе цифровых данных двумерных изображений определяют форму и целостность листового материала.

28. Способ по п.24, отличающийся тем, что при обработке на основе цифровых данных двумерных изображений определяют степень загрязнения материала.

29. Способ по п. 24, отличающийся тем, что при обработке осуществляют сравнение цифровых данных двумерных изображений с двумерными контрольными данными, в результате которого распознают пятна и прочие изменения листового материала.