RU2172982C1

RU2172982C1 - Securities image reader

Info

Publication number: RU2172982C1
Application number: RU2000121699/09A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Ардашов; Д.А. Беренов; Д.Н. Гайнанов; А.Г. Дегтярев; В.Л. Збрицкий; Ф.Т. Нигматуллин; Д.В. Попов; О.В. Терентьев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Дата-Центр"
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: checking securities (bank notes) for authenticity, wear, and dirt; analyzing their image in various parts of spectrum in their sorting by automatic machines. SUBSTANCE: securities reader has bank note transport unit, lighting unit that functions to uniformly illuminate bank note within checking area, receiving device (video camera), signal conversion units, and computer for signal processing and comparing with reference data; receiving device incorporates provision for separating light flux upon its passage through lens by means of semi-transparent mirror so that similar pixels are simultaneously projected onto identical cells of photomatrices. Lighting unit may be built around fluorescent lamps for illuminating banknote area under check in visible section of spectrum and rows (strips) of infrared- emitting diodes. EFFECT: enhanced precision of check, facilitated digital data processing. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам контроля подлинности банкнот, их изношенности и загрязненности, анализа изображения банкнот в различных частях спектра при сортировке банкнот на автоматических сортирующих машинах. The invention relates to devices for controlling the authenticity of banknotes, their deterioration and contamination, analysis of the image of banknotes in various parts of the spectrum when sorting banknotes on automatic sorting machines.

Известно устройство контроля банкнот [1], содержащее узел транспортировки банкнот, осветитель, создающий равномерное освещение банкноты в зоне контроля, объектив и две или более линейные фотоматрицы, на которые проецируется изображение контролируемой зоны банкноты. Фотоматрицы располагаются в плоскости изображений параллельно друг другу и перед каждой из них устанавливаются светофильтры на определенную часть спектра, например на видимую и инфракрасную части. Число элементов (ячеек) в линейке фотоматрицы определяет разрешающую способность, с которой считывается изображение поперек банкноты, а поле зрения, определяемое размером фотоматрицы и параметрами оптической системы, охватывает ширину банкноты. Если банкнота движется со скоростью V, а период опроса всех N ячеек фотоматрицы равен t, то расстояние между линиями считывания изображения на банкноте равно s = V•t, что определяет разрешающую способность и масштаб изображения вдоль банкноты. Очевидно, что для получения неискаженного изображения банкноты необходимо либо стабилизировать скорость движения банкноты, либо точно ее контролировать и пересчитывать масштабы изображения. Кроме того, в известном устройстве фотоматрицы размещены параллельно друг другу и, следовательно, "видят" разные участки банкноты. При параллельном расположении фотоматриц требуется дополнительный пересчет координат с достаточно точным учетом скорости движения банкноты, так как при контроле подлинности ценных бумаг необходимо анализировать изображения одних и тех же участков в различных частях спектра, то есть сравнивать данные, полученные с разных фотоматриц. В данном устройстве скорость движения банкноты и скорость считывания (периоды опроса фотоматриц) не синхронизированы, поэтому точное совмещение изображений с разных фотоматриц вызывает значительные трудности, так как необходимо учитывать множество параметров: скорость движения банкноты, расстояние между фотоматрицами, коэффициент увеличения оптики и пр. Следует также отметить, что в данном устройстве могут применяться осветители различной конструкции, создающие равномерное освещение контролируемого участка листа, но эти осветители не обеспечивают бестеневое освещение. Такое освещение необходимо при контроле мятых банкнот, когда направленное излучение создает тени от неровностей поверхности, что ведет к искажению изображения и в конечном счете к ухудшению результатов контроля. A banknote control device [1] is known, comprising a banknote conveying unit, an illuminator creating uniform illumination of the banknote in the control zone, a lens and two or more linear photomatrixes onto which the image of the banknote control zone is projected. Photomatrixes are arranged parallel to each other in the image plane and filters are placed in front of each of them on a certain part of the spectrum, for example, on the visible and infrared parts. The number of elements (cells) in the photomatrix line determines the resolution with which the image is read across the banknote, and the field of view, determined by the size of the photomatrix and the parameters of the optical system, covers the width of the banknote. If the banknote moves at a speed of V, and the polling period of all N cells of the photomatrix is t, then the distance between the image reading lines on the banknote is s = V • t, which determines the resolution and image scale along the banknote. Obviously, to obtain an undistorted image of a banknote, it is necessary to either stabilize the speed of the banknote, or precisely control and recalculate the scale of the image. In addition, in the known device photomatrixes are placed parallel to each other and, therefore, "see" different sections of the banknote. With the parallel arrangement of photomatrices, an additional coordinate recalculation is required with a fairly accurate account of the speed of the banknote, since when checking the authenticity of securities, it is necessary to analyze images of the same sections in different parts of the spectrum, that is, compare data obtained from different photomatrices. In this device, the banknote movement speed and the reading speed (photomatrix polling periods) are not synchronized, therefore, the exact combination of images from different photomatrixes causes considerable difficulties, since many parameters must be taken into account: banknote movement speed, distance between photomatrixes, optics magnification factor, etc. also note that in this device illuminators of various designs can be used, creating uniform illumination of the controlled section of the sheet, but these illuminators do not provide shadowless lighting. Such lighting is necessary when controlling wrinkled banknotes, when directed radiation creates shadows from surface irregularities, which leads to image distortion and ultimately to deterioration of the control results.

Задачами изобретения являются: а) повышение точности контроля банкнот при одновременном упрощении цифровой обработки изображений путем создания устройства считывания изображений, в котором совмещение изображений с разных фотоматриц (в различных частях спектра), а также масштаб изображения вдоль листа (в направлении движения) не зависят от скорости движения контролируемой банкноты; б) повышение достоверности контроля мятых и ветхих банкнот путем создания равномерного бестеневого освещения контролируемого участка банкноты. The objectives of the invention are: a) improving the accuracy of banknote control while simplifying digital image processing by creating an image reader in which the combination of images from different photomatrixes (in different parts of the spectrum), as well as the image scale along the sheet (in the direction of movement) are independent of controlled banknote speed; b) increasing the reliability of control of wrinkled and dilapidated banknotes by creating uniform shadowless lighting of the controlled section of the banknote.

Указанные задачи решаются следующим образом. Устройство считывания изображений банкнот содержит узел транспортировки банкнот, осветитель, предназначенный для создания равномерного освещения банкноты в зоне ее контроля, приемное устройство, содержащее объектив, по крайней мере две линейные фотоматрицы, перед которыми установлены оптические фильтры с пропусканием светового потока в различных областях спектра, блоки преобразования сигналов (БПС) и вычислительное устройство (ВУ), предназначенное для обработки сигналов и сравнения с эталонными данными. В отличие от известного устройства узел транспортировки банкнот дополнен датчиком контроля перемещения банкнот, приемное устройство выполнено с возможностью разделения светового потока после объектива с помощью полупрозрачного зеркала так, что одинаковые элементы изображения банкноты одновременно проецируются на одинаковые ячейки фотоматриц, сигналы с которых предназначены для преобразования их в цифровые сигналы в блоках преобразования сигналов, в устройство введены буферные устройства, предназначенные для промежуточного хранения указанных цифровых сигналов и передачи их в указанное вычислительное устройство, сигнальные входы буферных устройств связаны с выходами блоков преобразования сигналов, их стробирующие входы связаны с выходом указанного датчика, а выходы связаны с указанным вычислительным устройством. Кроме того, осветитель может содержать люминесцентные лампы для освещения зоны контроля в видимой части спектра и инфракрасные излучающие диоды (ИИД), которые располагаются с двух сторон зоны контроля и предназначены для создания равномерного и бестеневого освещения зоны контроля. These tasks are solved as follows. A banknote image reader includes a banknote conveying unit, an illuminator designed to create uniform illumination of a banknote in its control zone, a receiving device containing a lens, at least two linear photomatrixes, in front of which optical filters are installed with transmission of light flux in various spectral regions, blocks signal conversion (BPS) and a computing device (WU), designed to process signals and compare with the reference data. Unlike the known device, the banknote transportation unit is supplemented with a banknote movement control sensor, the receiving device is configured to separate the light flux after the lens using a translucent mirror so that the same image elements of the banknote are simultaneously projected onto the same photomatrix cells, the signals from which are designed to convert them into digital signals in signal conversion blocks; buffer devices designed for intermediate storage are introduced into the device these digital signals and transmitting them to the specified computing device, the signal inputs of the buffer devices are connected to the outputs of the signal conversion blocks, their gate inputs are connected to the output of the specified sensor, and the outputs are connected to the specified computing device. In addition, the illuminator may contain fluorescent lamps to illuminate the control zone in the visible part of the spectrum and infrared emitting diodes (IIDs), which are located on both sides of the control zone and are designed to create uniform and shadowless illumination of the control zone.

Независимое от скорости движения банкноты совмещение изображений с разных фотоматриц достигается тем, что световой поток после объектива разделяется с помощью полупрозрачного зеркала на два потока, каждый из которых направляется через соответствующий светофильтр на свою фотоматрицу. Фотоматрицы и зеркало монтируются так, что изображения на фотоматрицах совпадают, то есть каждый элемент изображения попадает на тот же самый номер ячейки в обеих фотоматрицах. В такой конструкции можно легко повысить уровень оптической фильтрации, выполнив зеркало с различными коэффициентами пропускания и отражения для разных частей спектра. Например, в заявляемом устройстве коэффициент пропускания зеркала больше коэффициента отражения его в инфракрасной области и наоборот для видимого участка спектра. Independent of the speed of the banknote movement, the combination of images from different photomatrices is achieved by the fact that the light flux after the lens is divided using two semitransparent mirrors into two fluxes, each of which is directed through its own filter to its own photomatrix. The photomatrixes and the mirror are mounted so that the images on the photomatrixes coincide, that is, each image element falls on the same cell number in both photomatrixes. With this design, it is possible to easily increase the level of optical filtering by performing a mirror with different transmittance and reflection coefficients for different parts of the spectrum. For example, in the inventive device, the transmittance of the mirror is greater than its reflection coefficient in the infrared region and vice versa for the visible portion of the spectrum.

Независимый от скорости движения масштаб изображения вдоль банкноты получают следующим образом. В устройство вводится дополнительный датчик перемещения банкноты, например импульсный (инкрементный) датчик ИД, связанный с ремнем транспортирования банкнот. Число импульсов датчика на оборот выбирают так, чтобы за период между двумя импульсами банкнота прошла определенное расстояние s. Считывание изображения с каждой фотоматрицы (опрос всех ячеек линейной фотоматрицы) выполняется с периодом t. При этом соблюдается условие: t<τ_min = s/V_max, где V_max - максимальная скорость транспортирования банкноты. Сигналы строки изображения с фотоматрицы преобразуются в цифровую форму, заносятся в буферную память и периодически обновляются, пока не поступит сигнал выборки с буфера. Этот сигнал вырабатывается по каждому импульсу ИД, то есть выборка изображений строк происходит в те моменты, когда банкнота продвинется на расстояние s. Тем самым обеспечивается равномерное сканирование (считывание изображения) банкноты независимо от скорости ее передвижения.Independent of the speed of movement, the image scale along the banknote is obtained as follows. An additional banknote movement sensor is introduced into the device, for example, a pulsed (incremental) ID sensor associated with a banknote conveyance belt. The number of sensor pulses per revolution is chosen so that for a period between two pulses the banknote passes a certain distance s. Reading of the image from each photomatrix (interrogation of all cells of the linear photomatrix) is performed with a period t. In this case, the condition is met: t <τ _min = s / V _max , where V _max is the maximum transportation speed of the banknote. The signals of the image line from the photomatrix are converted to digital form, stored in the buffer memory and periodically updated until a sampling signal from the buffer arrives. This signal is generated for each pulse ID, that is, the selection of images of the lines occurs at those moments when the banknote advances a distance s. This ensures uniform scanning (image reading) of the banknote, regardless of the speed of its movement.

Бестеневое освещение в видимой области спектра создается с помощью люминесцентных ламп, освещающих с двух сторон зону контроля. В инфракрасной области спектра бестеневое освещение создается с помощью инфракрасных излучающих диодов (ИИД) с широкими углами излучения, также устанавливаемых с двух сторон зоны контроля. Shadowless lighting in the visible spectrum is created using fluorescent lamps that illuminate the control area on both sides. In the infrared region of the spectrum, shadowless illumination is created using infrared emitting diodes (IIDs) with wide radiation angles, which are also installed on both sides of the control zone.

Блок-схема устройства приведена на фиг. 1, где 1 - контролируемая банкнота, 2 - пассик (ремень), 3 - ролик, 4 - импульсный (инкрементный) датчик, 5 - осветитель, 6 - видеокамера, 7 - объектив, 8 - полупрозрачное зеркало, 9 - оптический инфракрасный фильтр, 10 - оптический фильтр, пропускающий видимую часть спектра, 11, 12 - линейные фотоматрицы, 13 - люминесцентная лампа, 14 - линейка (набор) инфракрасных излучающих диодов ИИД, БПС - блок преобразования сигналов, БФУ - буферное устройство, ВУ - вычислительное устройство (компьютер). A block diagram of the device is shown in FIG. 1, where 1 is a controlled banknote, 2 is a belt (belt), 3 is a roller, 4 is a pulse (incremental) sensor, 5 is a illuminator, 6 is a video camera, 7 is a lens, 8 is a translucent mirror, 9 is an optical infrared filter, 10 - an optical filter that passes the visible part of the spectrum, 11, 12 - linear photomatrix, 13 - fluorescent lamp, 14 - line (set) of infrared emitting diodes IID, BPS - signal conversion unit, BFU - buffer device, VU - computing device (computer )

На фиг. 2 показана схема формирования изображения на линейной фотоматрице, где:
B - ширина банкноты;
B¹ - длина фотоматрицы из N ячеек;
d - ширина поля зрения вдоль банкноты;
d¹ - поперечный размер ячейки фотоматрицы;
s - расстояние между линиями считывания изображения на банкноте.In FIG. 2 shows a diagram of the image formation on a linear photomatrix, where:
B - banknote width;
B ¹ is the length of the photomatrix of N cells;
d is the width of the field of view along the banknote;
d ¹ is the transverse cell size of the photomatrix;
s is the distance between the image reading lines on the banknote.

Блок-схема устройства содержит: механизм транспортирования банкноты 1, состоящий из пассика 2 и связанных с ним ролика 3 и импульсного датчика (ИД) 4, осветитель 5, содержащий люминесцентные лампы 13 и линейки инфракрасных излучающих диодов (ИИД) 14, видеокамеру 6, содержащую объектив 7, полупрозрачное зеркало 8, оптический инфракрасный фильтр 9, оптический фильтр, пропускающий видимую часть спектра 10, линейные фотоматрицы 11, 12; выходы фотоматриц связаны со входами соответствующих блоков преобразования сигналов (БПС), выходы которых связаны с сигнальными входами буферных устройств (БФУ), а стробирующие входы БФУ связаны с выходом импульсного датчика 4. The block diagram of the device includes: a banknote conveying mechanism 1, consisting of a belt 2 and associated roller 3 and a pulse sensor (ID) 4, a illuminator 5 containing fluorescent lamps 13 and a line of infrared emitting diodes (IIDs) 14, a video camera 6, containing a lens 7, a translucent mirror 8, an optical infrared filter 9, an optical filter that passes the visible part of the spectrum 10, linear photomatrixes 11, 12; the outputs of the photomatrices are connected to the inputs of the corresponding signal conversion blocks (BPS), the outputs of which are connected to the signal inputs of the buffer devices (BFC), and the gate inputs of the BFCs are connected to the output of the pulse sensor 4.

Устройство работает следующим образом. Контролируемая банкнота 1 длиной L и шириной B перемещается со скоростью V с помощью транспортного устройства 2-3, освещается лампами 13 и линейками инфракрасных излучающих диодов 14 так, чтобы создать равномерное и бестеневое освещение по ширине банкноты в зоне зрения видеокамеры B x d (см. фиг. 1 в). Изображение участка банкноты B x d создается одновременно на двух линейных фотоматрицах в разных частях спектра, например в видимом и инфракрасном диапазонах, благодаря соответствующим оптическим фильтрам. Сигналы с ячеек каждой фотоматрицы последовательно опрашиваются, преобразуются в цифровую форму в БПС и запоминаются в буферном устройстве БФУ. Период опроса всех N ячеек фотоматрицы (одной строки) составляет время t. Для получения высокого разрешения изображения необходимо, чтобы расстояние между соседними строками было равно: s = d, где d - ширина зоны зрения вдоль банкноты. С другой стороны, как указывалось выше, чтобы расстояние s не зависело от скорости передвижения банкноты, величины сигналов ячеек фотоматрицы, образующих строку изображения, передаются в вычислительное устройство только в те моменты, когда банкнота проходит заданное расстояние s. Импульсы выборки вырабатываются импульсным датчиком ИД и поступают на стробирующие входы БФУ. В то же время период опроса t всех N ячеек фотоматрицы выбран значительно меньше, чем время прохождения банкнотой расстояния s, поэтому в период τ между импульсами выборки строк содержимое БФУ обновляется. Таким образом обеспечивается стабильное и равномерное сканирование изображения банкноты при изменении скорости ее передвижения в значительных пределах. The device operates as follows. Controlled banknote 1 of length L and width B is moved at a speed V using a transport device 2-3, illuminated by lamps 13 and infrared emitting diode bars 14 so as to create uniform and shadowless illumination across the width of the banknote in the camera’s field of view B xd (see Fig. . 1 c). The image of the B x d banknote section is created simultaneously on two linear photomatrixes in different parts of the spectrum, for example, in the visible and infrared ranges, thanks to the corresponding optical filters. The signals from the cells of each photomatrix are sequentially interrogated, converted into digital form in the BTS and stored in the buffer device of the IFC. The polling period of all N cells of the photomatrix (one row) is time t. To obtain a high resolution image, it is necessary that the distance between adjacent lines is equal to: s = d, where d is the width of the field of view along the banknote. On the other hand, as mentioned above, so that the distance s does not depend on the speed of movement of the banknote, the values of the signals of the cells of the photomatrix forming the image line are transmitted to the computing device only when the banknote passes the specified distance s. Sampling pulses are generated by a pulse ID sensor and fed to the gate inputs of the IFC. At the same time, the polling period t of all N cells of the photomatrix was chosen much shorter than the time the banknote covered the distance s, therefore, in the period τ between the pulses of the row selection, the contents of the IFC is updated. This ensures a stable and uniform scanning of the image of the banknote when changing the speed of its movement within significant limits.

Описанное устройство изготовлено и проверено в действии на сортировочных машинах типа "БАРС", разработанных и изготавливаемых на фирме "ДАТА-ЦЕНТР" (г. Екатеринбург). The described device is manufactured and tested in operation on sorting machines of the BARS type, developed and manufactured at the DATA-CENTER company (Ekaterinburg).

Литература
1. Заявка PCT WO 96/36021, G 07 D 7/00.Literature
1. PCT Application WO 96/36021, G 07 D 7/00.

Claims

1. A device for reading images of banknotes containing a node for transporting banknotes, a illuminator designed to create uniform illumination of a banknote in the zone of its control, a receiving device containing a lens, at least two linear photomatrixes, in front of which optical filters are installed with transmission of light flux in various areas spectrum, signal conversion units and a computing device designed for processing and comparison with reference data, characterized in that the transportation unit the banknote is supplemented with a banknote movement control sensor, the receiving device is capable of dividing the light flux after the lens using a translucent mirror so that the same image elements of the banknote are simultaneously projected onto the same linear photomatrix cells, the signals from which are intended to be converted into digital signals in signal conversion blocks , buffered devices designed for intermediate storage of these digital signals and their transmission to the specified computing device, the signal inputs of the buffer devices are connected to the outputs of the signal conversion blocks, their gate inputs are connected to the output of the specified sensor, and the outputs are connected to the specified computing device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the illuminator contains fluorescent lamps for illuminating the control zone in the visible part of the spectrum and infrared emitting diodes, which are located on both sides of the control zone and are designed to create uniform and shadowless illumination of the control zone.