TWI453699B

TWI453699B - 成像單元及硬幣識別裝置

Info

Publication number: TWI453699B
Application number: TW101110899A
Authority: TW
Inventors: Naofumi Mirumachi; Masao Mori; Masataka Takahashi
Original assignee: Laurel Prec Machines Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2014-09-21
Also published as: KR20120112110A; EP2506223A1; KR101396282B1; EP2506223B1; TW201246133A; CN102737434A; JP2012212221A; US8561776B2; US20120247918A1

Description

成像單元及硬幣識別裝置

本發明係關於一種成像單元及一種硬幣識別裝置。

主張2011年3月30日申請之日本專利申請案第2011-076340號優先權，其之內容係以引用方式併入本文。

已知對一硬幣之一表面進行成像並從所獲取之影像中出現之該硬幣表面之不平坦圖案識別該硬幣之一硬幣識別裝置。該種硬幣識別裝置於一傳送路線上相繼傳送複數個硬幣並當該等硬幣通過提供於該傳送路線上之一成像位置時由該成像單元對該硬幣進行成像。該成像單元包含發射照射該硬幣表面之照明光之一光源及接收由該硬幣表面反射之反射光之一成像器(見(例如)日本未審查專利申請案第一公開案第H09-319911號(下文被稱為專利文件1)及日本未審查專利申請案第一公開案第H06-150104號(下文被稱為專利文件2))。

在專利文件1中揭示之成像單元中，光源遠離硬幣表面之發線方向配置及成像器沿該硬幣表面之法線方向配置。從該光源發射之照明光傾斜地入射於該硬幣表面上及該成像器主要接收由該硬幣表面之不平坦圖案之邊緣部分反射之反射光。由此成像單元獲得之影像中之該硬幣表面之不平坦圖案之邊緣部分與其他部分之間產生對比。然而，由於此成像單元藉由該成像單元接收已於該硬幣表面之不平坦圖案之邊緣部分處反射之反射光，所以難以偵測該硬幣表面之受損狀態及色彩。

在專利文件2中揭示之成像單元中，發射平行光之一面光源係用作光源。該面光源於該硬幣表面之法線方向配置。一半鏡配置於該面光源與該硬幣之間。一成像器於光束之光學路徑配置，該光束於該硬幣表面之法線方向前進並由該半鏡反射。從該面光源發射之照明光(平行光)穿過該半鏡以垂直地入射於該硬幣表面上。該成像器接收主要由該硬幣表面(不包括該不平坦圖案之邊緣部分)反射及由該半鏡反射之反射光。由此成像單元獲得之影像中之該硬幣表面之不平坦圖案之邊緣部分及其他部分之間產生對比。再者，亦可能以此成像單元偵測該硬幣表面之受損狀態及色彩。

然而，在專利文件2中揭示之成像單元中，在硬幣表面之受損嚴重或硬幣表面為一散射表面之情況下，該硬幣表面之亮度整體不足。由此，所獲取之影像中之硬幣表面之不平坦圖案之邊緣部分及其他部分之間之對比變得難以區分且有時無法執行識別。作為此一情況下之一解決方案，根據硬幣表面之本質調整光源之輸出導致相繼對複數個硬幣進行成像之一硬幣識別裝置中之識別處理速度之一下降。

本發明之一目的係提供一種當恆定地固持一光源之輸出時能可靠地捕獲一主體之表面之不平坦圖案且不受該主體之表面之本質影響之成像單元。本發明之另一目的係提供一種具有出色識別處理速度之硬幣識別裝置。

根據本發明之一成像單元對一表面上具有一不平坦圖案之一主體進行成像。該成像單元包含：一面光源，其以一恆定輸出發射照射該主體之表面之照明光；一成像器，其接收由該主體之表面反射之反射光；及一分光器，其配置於從該面光源發射之照明光及入射於該成像器上之反射光彼此相交之一位置處。從該面光源發射之照明光經由該分光器入射於該主體之表面上。由該主體之表面反射之反射光經由該分光器入射於該成像器上。入射於該主體之表面上之照明光包含垂直地入射於該主體之表面上之平行光及散射光。

根據本發明之一硬幣識別裝置包含：一傳送單元，其傳送一硬幣；上述之成像單元，其對由該傳送單元傳送之硬幣之一表面進行成像；及一識別單元，其基於由該成像單元獲取之一影像識別該硬幣。

根據本發明，一成像單元發射包含平行光及散射光之照明光至一主體之一表面。基板之整體表面之亮度由該散射光確保及藉此由平行光產生之基板之表面之不平坦圖案之邊緣部分與該基板之表面之其他部分之對比變得可以區分。藉此，當恆定地固持一光源之輸出時能可靠地捕獲該主體之表面之不平坦圖案且不受該主體之表面之本質影響。再者，根據包含成像單元之一硬幣識別裝置可能保持識別處理速度。

圖1顯示根據本發明之一實施例之一硬幣識別裝置之一實例。圖2係顯示圖1中顯示之硬幣識別裝置之一識別系統之一方塊圖。

圖1及圖2中顯示之硬幣識別裝置包含一傳送單元3、一偵測單元4、一成像單元5及一識別單元6。傳送單元3傳送一硬幣2。偵測單元4偵測被傳送之硬幣2。成像單元5對被傳送之硬幣2之一表面進行成像。識別單元6基於由成像單元5獲取之影像識別硬幣2。

傳送單元3包含一傳送臺10、一對滑輪11及一無端環帶12。傳送臺10指定硬幣2之傳送路徑。無端環帶12安裝於該對滑輪11上。該對滑輪11分別於傳送臺10之延伸方向配置於傳送臺10之兩末端部分處且由圖中未繪示之一馬達驅動。無端環帶12面向傳送臺10而配置。設定無端環帶12與轉動臺10之間之一空間以能使硬幣2適宜地進入。

傳送臺10具有一末端部分10a(下文中被稱為上游側末端部分)及另一末端部分10b(下文中被稱為下游側末端部分)。上游側末端部分10a之定位對應於該傳送路徑之上游側。下游側末端部分10b之定位對應於該傳送路徑之下游側。插入硬幣識別裝置1之一硬幣槽(圖中未繪示)中之複數個硬幣相繼供應至上游側末端部分10a。藉由馬達及該對滑輪11以一恆定速度轉動驅動無端環帶12。供應至傳送臺10上之上游側末端部分10a之硬幣2被抓住於無端環帶12與運輸臺10之間之空間中。該等硬幣12在藉由與無端環帶12之摩擦而藉由被無端環帶12拖動時於傳送臺10上移動並沿該傳送路徑傳送至傳送臺10之下游側末端部分10b。

成像單元5配置於傳送臺10之下表面側上，即，相對於傳送臺10與無端環帶12相對之側。成像單元5接近傳送路徑之中間區(中游)。一開口10o形成於對應於如該傳送路徑之中間區之傳送臺10之中央部分中。作為成像單元5之一箱20之一部分之一板狀透明部件21配合於此開口10o中。透明部件21形成有(例如)藍寶石玻璃或類似物。透明部件21之表面與傳送臺10之上表面齊平。沿傳送路徑傳送之硬幣2通過透明部件21之上方。藉由成像單元5成像之位置處於傳送路徑中之透明部件21處。當硬幣2傳送穿過該成像位置時，成像單元5對硬幣2進行成像。

偵測單元4於硬幣2傳送穿過該成像位置之時序偵測硬幣2。在該繪示之實例中，偵測單元4包含形成一對之一發光元件31及一光接收元件30。

發光元件31併入成像單元5中且朝向透明部件21發射光。例如，可將一LED(發光二極體)或類似物用作發光元件31。光接收元件30配置於傳送臺10之上表面側且與發光元件31相對。光接收元件30接收從發光元件31發射並穿過透明部件21之光。例如，可將一光二極體或類似物用作光接收元件30。當硬幣2處於成像位置，硬幣2阻擋從發光元件31至光接收元件30之光。藉由偵測到藉由光接收元件30之光接收被阻擋，偵測單元4偵測處於成像位置之硬幣2。成像單元5與偵測單元4偵測硬幣2同步執行成像。在該繪示之實例中，該對發光元件31及光接收元件30配置於成像位置之下游區中。然而，發光元件31及光接收元件30之定位並不特定限定，且其等可配置於該成像位置之上游區中。

識別單元6包含一記憶體40、一成像處理單元41及一識別處理單元42。

記憶體40儲存包含與各種硬幣之表面之不平坦圖案相關之不平坦圖案資料之硬幣資料。影像處理單元41接收已由成像單元5成像之硬幣2之表面之影像資料之一輸入。影像處理單元41分析此影像資料並產生包含成像硬幣之不平坦圖案資料之成像硬幣資料。識別處理單元42接收由影像處理單元41產生之成像硬幣資料之一輸入。識別處理單元42藉由從儲存於記憶體40中之各種硬幣之硬幣資料擷取匹配成像硬幣資料之硬幣資料來識別已由成像單元5成像之硬幣2。

硬幣資料及成像硬幣資料可包含(除硬幣之表面之不平坦圖案資料之外)例如與一硬幣之表面之色彩相關之色度資料或亮度資料。色度資料可與不平坦圖案一起用於識別硬幣。另外，可能使用色度資料及亮度資料偵測一硬幣之表面之受損狀態。

圖3顯示圖1中之硬幣識別裝置1之成像單元5。

圖3中顯示之成像單元5具有一面光源50、一成像器51及一分光器52。

面光源50以照射正成像之硬幣2之一表面之一恆定輸出照明光發射。該照明光經製造以於該成像位置之整個區上 (即，於透明部件21之整個表面上)具有一實質上均勻的光照度。下文將描述面光源50之詳細構成。

成像器51包含一固態成像元件53及一成像光學器件(光學影像形成系統)54。固態成像元件53可為(例如)一CCD(電荷耦合器件)影像感測器或一CMOS(互補式金氧半導體)影像感測器。成像光學器件54於固態成像元件53之影像接收區域上形成一影像。成像器51接收由硬幣2之表面反射之反射光。

分光器52透射入射光之一部分並反射剩餘部分。作為分光器52，通常可使用一半鏡，其中透射率及反射率之比率等值。

分光器52配置於從該面光源50發射之照明光及入射於該成像器51上之反射光相交之一位置處。從該面光源50發射之照明光經由分光器52入射於硬幣2之表面上，及由硬幣2之表面反射之反射光經由分光器52入射於該成像器51上。

更詳細地，分光器52相對於硬幣2於硬幣2之表面之法線方向定位。面光源50配置於在硬幣2之表面之法線方向前進並由分光器52反射之光之光學路徑中。成像器51配置於在硬幣2之表面之法線方向前進並穿透分光器52之光之光學路徑中。從面光源50發射並入射於分光器52上之照明光之一部分由分光器52反射以入射於硬幣2之表面上。由硬幣2之表面反射並入射於分光器52上之反射光之一部分穿透分光器52以入射於成像器51上。即，此成像單元5藉由共軸落射照明(共軸入射照明)成像。

從面光源50發射之照明光包含平行光及散射光。下文解釋發射該種照明光之面光源50之一實例。

圖4顯示圖3中之成像單元5之面光源50。

圖4中顯示之面光源50為一所謂邊緣光類型之面光源並具有一光源元件60、一光導板61及一散射膜63。

可使用(例如)一冷陰極管、一白光LED或類似物(其發射白光)作為光源元件60。光源元件60沿光導板61之一側面配置。若在藉由上文提及之識別單元6識別硬幣中不要求與一硬幣之表面之色彩相關之資料(色度資料及亮度資料)，則該光源元件60可為發射單色光之一光源元件。

光導板61可藉由(例如)丙烯酸形成。一精細稜鏡圖案62形成於光導板61之下表面上。已從光源元件60發射之光入射於光導板61之側面上並被引導至光導板61內側且由光導板61之下表面上之稜鏡圖案62反射。因此，該光係從光導板61之上表面於其之上表面之法線方向發射。

散射膜63層疊於為發射面之光導板61之上表面上。散射膜63形成面光源50之發射面。從光導板61之上表面發射之光之一部分係藉由穿過散射膜63而分散。

從如上述構成之面光源50發射之照明光包含上文提及之於發射面之法線方向前進之平行光及散射光，藉由光導板61之性質與散射膜63之性質相組合。散射光包含相對於該發射面之法線方向傾斜前進之光。在照明光中包含散射光促進光照度分佈於此照明光待輻射之成像位置處均衡化。此散射光包含傾斜地入射於硬幣2之表面上之光。

面光源50係經配置使得面光源50之發射面與於該硬幣之表面之法線方向前進並由分光器52反射之光之光學路徑相交。包含於照明光中之平行光由分光器52反射並垂直地入射於硬幣2之表面上。包含於照明光中之散射光亦由分光器52反射並入射於硬幣2之表面上。

圖5示意性顯示入射於硬幣2之表面上之照明光及由該硬幣2之表面反射之反射光。

垂直地入射於硬幣2之表面(除硬幣2之表面之不平坦圖案之邊緣部分2a之外)上之平行光由硬幣2之表面反射且該反射光之大部分返回至分光器52及藉由穿透分光器52而由成像器51接收。另一方面，入射於不平坦圖案之邊緣部分2a上之平行光由邊緣部分2a反射，但該反射光之大部分不會前往分光器52使得由邊緣部分2a反射及返回至分光器52之反射光顯著減小。藉此，在成像器51捕獲之影像中，硬幣2之表面之不平坦圖案之邊緣部分2a與硬幣2之表面之其他部分之間產生對比(一亮度差)。在藉由上文提及之識別單元6識別一硬幣中，影像處理單元41基於此對比擷取不平坦圖案並產生不平坦圖案資料。

另外，入射於硬幣2之表面上之散射光提升硬幣2之表面之整體亮度。因此，即使在硬幣2之表面受損嚴重時或在硬幣2之表面為一散射表面時亦可確保硬幣2之整個表面之亮度。藉此，由平行光產生之硬幣2之表面之不平坦圖案之邊緣部分2a與硬幣2之表面之其他部分之間之對比變得可以區分且無阻擋起來之陰影。因此，可能可靠地捕獲硬幣2之表面之不平坦圖案而不受其之表面之本質動搖，同時恆定地固持面光源50之輸出。因此，可能維持包含以上提及之成像單元5之硬幣識別裝置1中之識別處理速度。

在以上提及之實例中，將硬幣識別裝置1作為一實例描述成像單元5對硬幣進行成像之情況。然而，主體並不限於一硬幣。例如，可能將表面之反射率(鏡面反射率)近似一硬幣之於一表面上具有一不平坦圖案之一盤狀製品(諸如一獎牌或類似物)作為該主體。

圖6顯示圖3中顯示之成像單元5之一修改。

圖6中顯示之成像單元5'藉由共軸落射照明執行成像。在成像單元5'中，面光源50及成像器51關於分光器52之配置不同於圖3中顯示之成像單元5。分光器52相對於硬幣2於硬幣2之表面之法線方向定位。面光源50配置於在硬幣2之表面之法線方向前進並穿透分光器52之光之光學路徑中。成像器51配置於在硬幣2之表面之法線方向前進並由分光器52反射之光之光學路徑中。從面光源50發射並入射於分光器52上之照明光之一部分穿透分光器52以待入射於硬幣2之表面上。由硬幣2之表面反射並入射於分光器52之反射光之一部分由分光器52反射以待入射於成像器51上。

在圖3中顯示之成像單元5及圖6中顯示之成像單元5'中，包含於成像器51中之成像光學器件經製造而為一非遠心成像光學器件。面光源50以一實質上均勻光照度發射照明光於硬幣2之整個表面上意指面光源50投影至硬幣2之整個表面上。例如，在圖3中顯示之成像單元5中，如下假設。從面光源50發射並抵達硬幣2之表面之照明光之光學路徑P1之光學路徑長度表示為「PL1」。由硬幣2之表面反射且抵達成像器51之反射光之光學路徑P2之光學路徑長度表示為「PL2」。該硬幣之直徑表示為「d」。另外，面光源50之直徑表示為「D」。在此情況下，面光源50之直徑D具有至少「d×(PL1+PL2)/PL2」之一尺寸。

圖7顯示該成像單元之另一實例。藉由給予由圖7中顯示之成像單元105及圖3中顯示之成像單元5共享之該等元件相同參考數字簡單或省略地作出解釋。

圖7中顯示之成像單元105藉由共軸落射照明執行成像。在此成像單元105中，包含於成像單元151中之成像光學器件(光學影像形成系統)154之物體側係經製造而為一遠心成像光學器件。在此情況下，為使面光源150投影至硬幣2之整個表面上，使面光源150之直徑D與硬幣之直徑d相同則足以。藉由將一遠心成像光學器件用於成像單元151之成像光學器件154，可能使面光源150小型化及因此可能使成像單元105小型化。藉由使面光源150及成像單元105小型化，可能實現功率消耗之一降低、均勻照明及更低成本。再者，藉由使用一遠心成像光學器件，可能獲得一穩定影像且無失真及可能藉由光射線之角度分佈(其促進影像形成變窄)減小色彩及光量之不平坦。

圖8A至圖8D顯示藉由對一硬幣之表面進行成像獲得影像之亮度分佈。圖9顯示當成像具有圖8A至圖8D之亮度分佈之影像時該照明光之光照度分佈。

圖8A顯示藉由發射照明光(包含平行光及散射光)之成像單元105藉由對一鎳幣進行成像而獲得之一影像之一第一亮度分佈。該鎳幣係(諸如)表面之反射率較高之一100日圓硬幣。圖8B顯示藉由成像單元105藉由對一銅幣進行成像而獲得之一影像之一第二亮度分佈。該銅幣係(諸如)表面之反射率較低之一10日圓硬幣。圖8C顯示藉由發射照明光(僅包含平行光)之一成像單元藉由對一鎳幣進行成像而獲得之一影像之一第三亮度分佈。圖8D顯示藉由發射照明光(僅包含平行光)之一成像單元藉由對一銅幣進行成像而獲得之一影像之一第四亮度分佈。所有該第一至第四之亮度分佈皆係硬幣之一直徑上之亮度分佈及該硬幣之表面之不平坦圖案之邊緣部分對應於該亮度分佈之凹部部分。圖9藉由一實線A顯示於照明光中包含平行光及散射光之成像單元105之照明光之光照度分佈。另外，圖9藉由一虛線B顯示只有平行光作為照明光之成像單元之照明光之光照度分佈。

在照明光僅為平行光之情況下銅幣之第四亮度分佈(圖8D)中，因該硬幣之表面之明度整體為低以致出現阻擋起來之陰影並因此該硬幣之表面之不平坦圖案之邊緣部分與其他部分之間之對比變得難以區分。與此相反，在照明光包含散射光之情況下銅幣之第二亮度分佈(圖8B)中，因散射光以致該硬幣之表面之明度整體為高並因此該硬幣之表面之不平坦圖案之邊緣部分與其他部分之間之對比變得可以區分且無阻擋起來之陰影。

相比在照明光僅為平行光之情況下鎳幣之第三亮度分佈(圖8C)與銅幣之第四亮度分佈(圖8D)之間之平均明度差，在照明光包含散射光之情況下鎳幣之第一亮度分佈(圖8A)與銅幣之第二亮度分佈(圖8B)之間之平均亮度差更小。

從上述，藉由發射包含平行光及散射光之照明光於一硬幣之表面上可能可靠地捕獲一硬幣之表面之不平坦圖案而不受其之表面之本質動搖同時恆定地保持面光源50之輸出。

如上文所述，在本說明書中揭示對一表面上具有一不平坦圖案之一主體進行成像之一成像單元。該成像單元包含：一面光源，其以一恆定輸出發射照射該主體之表面之照明光；一成像器，其接收由該主體之表面反射之反射光；及一分光器，其配置於從該面光源發射之照明光及入射於該成像器上之反射光彼此相交之一位置處。從該面光源發射之照明光經由該分光器入射於該主體之表面上。由該主體之表面反射之反射光經由該分光器入射於該成像器上；入射於該主體之表面上之照明光包含垂直地入射於該主體之表面上之平行光及散射光。

再者，在本說明書中揭示之成像單元中，散射光可包含傾斜地入射於該主體之表面上之光。

再者，在本說明書中揭示之成像單元中，該成像器可包含一遠心成像光學器件。

再者，在本說明書中揭示之成像單元中，該主體可為一硬幣。

再者，如上文所述，在本說明書中揭示一種硬幣識別裝置。該硬幣識別裝置包含：一傳送單元，其傳送一硬幣；上文提及之成像單元，其對由該傳送單元傳送之硬幣之一表面進行成像；及一識別單元，其基於由該成像單元獲取之一影像識別該硬幣。

雖然上文已描述及繪示本發明之較佳實施例，但應明白此等實施例係本發明之例示性實施例而不應被認為限制性實施例。另外，在不脫離本發明之範疇之情況下可進行省略、替代及其他修改。因此，本發明不應被認為受先前描述限制而僅僅受隨附申請專利範圍之範疇限制。

1‧‧‧硬幣識別裝置

2‧‧‧硬幣

2a‧‧‧邊緣部分

3‧‧‧傳送單元

4‧‧‧偵測單元

5‧‧‧成像單元

6‧‧‧識別單元

10‧‧‧傳送臺

10a‧‧‧末端部分

10b‧‧‧末端部分

10o‧‧‧開口

11‧‧‧滑輪

12‧‧‧無端環帶

20‧‧‧箱

21‧‧‧透明部件

30‧‧‧光接收元件

31‧‧‧發光元件

40‧‧‧記憶體

41‧‧‧成像處理單元

42‧‧‧識別處理單元

50‧‧‧面光源

51‧‧‧成像器

52‧‧‧分光器

53‧‧‧固態成像元件

54‧‧‧成像光學器件

60‧‧‧光源元件

61‧‧‧光導板

62‧‧‧稜鏡圖案

63‧‧‧散射膜

105‧‧‧成像單元

150‧‧‧面光源

151‧‧‧成像單元

154‧‧‧成像光學器件

P1‧‧‧光學路徑

P2‧‧‧光學路徑

圖1顯示用於描述本發明之一實施例之一硬幣識別裝置之一實例。

圖2係顯示圖1中之硬幣識別裝置之一識別系統之一方塊圖。

圖3顯示為用於描述本發明之實施例之一成像單元之一實例之圖1中之硬幣識別裝置之一成像單元。

圖4顯示圖3中之成像單元之一面光源之一實例。

圖5示意性顯示入射於一硬幣之表面上之照明光及由該硬幣之表面反射之反射光。

圖6顯示圖3中之成像單元之一修改實例。

圖7顯示用於描述本發明之實施例之成像單元之另一實例。

圖8A顯示藉由對一硬幣之表面進行成像而獲得之一影像之一第一亮度分佈。

圖8B顯示藉由對一硬幣之表面進行成像而獲得之一影像之一第二亮度分佈。

圖8C顯示藉由對一硬幣之表面進行成像而獲得之一影像之一第三亮度分佈。

圖8D顯示藉由對一硬幣之表面進行成像而獲得之一影像之一第四亮度分佈。

圖9顯示當成像具有圖8A至圖8D之亮度分佈之影像時照明光之光照度分佈。

5‧‧‧成像單元

6‧‧‧識別單元

40‧‧‧記憶體

41‧‧‧成像處理單元

42‧‧‧識別處理單元

Claims

一種成像單元，其對一表面上具有一不平坦圖案之一主體進行成像，該成像單元包括：一面光源，其以一恆定輸出發射照射該主體之該表面之照明光；一成像器，其接收由該主體之該表面反射之反射光；及一分光器，其配置於從該面光源發射之照明光及入射於該成像器上之該反射光彼此相交之一位置處，其中：從該面光源發射之該照明光經由該分光器入射於該主體之該表面上；由該主體之該表面反射之該反射光經由該分光器入射於該成像器上；及入射於該主體之該表面上之該照明光包含：垂直地入射於該主體之該表面上之平行光、及散射光；該面光源具有一光源元件、一光導板及一散射膜；其中，該光源元件可發射光；該光導板之下表面形成有可將由該光源元件所被發射之光予以反射之稜鏡圖案，且由稜鏡圖案反射之光從該光導板之上表面發射；該散射膜層疊於該光導板之上表面上，該散射膜使從該上表面發射之光之一部份分散，而生成該平行光及該散射光。
如請求項1之成像單元，其中該散射光包含傾斜地入射於該主體之該表面上之光。
如請求項1之成像單元，其中該成像器包含一遠心成像光學器件。
如請求項1至3中任一項之成像單元，其中該主體為一硬幣。
一種硬幣識別裝置，其包括：一傳送單元，其傳送一硬幣；如請求項1至3中任一項之成像單元，該成像單元對由該傳送單元傳送之該硬幣之一表面進行成像；及一識別單元，其基於由該成像單元獲取之一影像識別該硬幣。