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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren eines
Stapels von flachen Gegenständen
sowie eine Vorrichtung zum Analysieren eines Stapels von flachen
Gegenständen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Analysieren eines Bündels von Banknoten, wobei
das Verfahren die Schritte der Anordnung eines Banknotenbündels, das
mindestens eine von den Rändern
von Banknoten begrenzte Fläche
aufweist, des Beleuchtens der Fläche
des Bündels
zur Herstellung eines zweidimensionalen Bildes des Bündels durch
Benutzung eines optischen Sensors und des Erzeugens eines Ausgangssignals,
das das Ergebnis der Analyse wiedergibt, umfasst.
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Aus
der internationalen Anmeldung
WO 01/50426 ist
ein Verfahren zum Ermitteln einer Eigenschaft einer Banknote einschließlich eines
folienförmigen
Substrates aus Kunststoffmaterial und von opazifierenden Schichten,
die auf die beiden Außenflächen des
Substrates aufgebracht sind, bekannt.
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Das
hieraus bekannte Verfahren umfasst die Schritte des Bestrahlens
des Substrates, wobei die opazifierenden Schichten die Strahlung „innerhalb" des Substrates führen, woraufhin
die Emission am „Ende" des Substrates detektiert
wird, wonach eine oder mehrere Eigenschaften der Emission, wie beispielsweise
die Intensität
oder die Wellenlänge,
analysiert werden. Das in dieser internationalen Anmeldung beschriebene
Verfahren ist nur geeignet für
sogenannte „Polymerbanknoten", da der Lichtstrahl
im Substrat eingefangen werden muss.
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Die
europäische Patentanmeldung 0 743 616 betrifft
eine Vorrichtung zum Zählen
von dünnen Medienfolien,
die eine Lichtquelle zum Beleuchten des Randes einer Vielzahl von
Folien aufweist. Eine Sensoranordnung empfängt vom Rand reflektiertes Licht
und erzeugt ein Signal, das für
das entsprechend den Folien reflektierte Licht repräsentativ
ist. Das Signal wird dann entlang einer Dimension des Randes verarbeitet,
um die Folien in der Vielzahl der Folien zu zählen.
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Aus
der
US-PS 6 182 962 ist
ein Verfahren zum Separieren einer einzelnen Banknote von einem Stapel
von Banknoten bekannt, wobei die Dicke des Stapels mit Hilfe eines
Dichtesensors ermittelt wird. Die Dichte wird als Maß für den Druck
beansprucht, mit dem der Stapel der Banknoten gegen eine Rückzugseinrichtung
gepresst wird. Das aus dieser Veröffentlichung bekannte Verfahren
zielt auf die Entfernung einer einzelnen Banknote von einem Stapel
von Banknoten ab. Der Stapel der Banknoten als Ganzes wird jedoch
nicht als solcher analysiert.
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Das
eingangs erwähnte
Verfahren ist ebenfalls aus der
US-PS
5 534 690 (entsprechend
EP
0 805 992 ) bekannt. Das Verfahren zum Zählen von gestapelten Banknoten,
das aus dieser Veröffentlichung
bekannt ist, macht die Verwendung von mindestens einem optischen
Sensor erforderlich, der mindestens zwei separate Säulen gleichzeitig
entlang mindestens einer Fläche
des Banknotenbündels abbildet,
wobei sich diese Säulen
in einer Richtung senkrecht zu der Fläche der Banknoten erstrecken. Auf
der Basis des vom optischen Sensor zur Verfügung gestellten Signals wird
eine Wahrnehmung der Anzahl der Banknoten im Stapel erhalten, beispielsweise
durch Vergleich der beiden Bilder. Ein Nachteil eines derartigen
Verfahrens ist die Tatsache, dass das Bündel der Banknoten einer sogenannten
Säulenabbildung
in zwei unterschiedlichen Positionen unterzogen werden muss. Wenn
das Bündel
gefaltete, zerrissene oder stark gekräuselte Banknoten enthält, wird
das Ergebnis ungenau.
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Aus
der
US-PS 5 918 960 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem eine einzige Banknote mit UV-Licht von
zwei unterschiedlichen Wellenlängen
beleuchtet wird, wobei Detektoren Verwendung finden, um Licht von
der Banknote mit einer ersten Wellenlänge innerhalb eines ersten
Wellenlängenbandes
und um Fluoreszenzlicht von der Banknote mit einer zweiten Wellenlänge innerhalb
eines zweiten Wellenlängenbandes,
das sich vom ersten Wellenlängenband
unterscheidet, zu detektieren, wobei das zweite Wellenlängenband
Wellenlängen
umfasst, bei denen gefälschte
Objekte fluoreszieren können,
wenn sie dem UV-Licht ausgesetzt werden. Ein derartiges Verfahren
ist nur auf die Verifizierung von Authentizitäts eigenschaften einer einzigen
Banknote beschränkt, was
bedeutet, dass dann, wenn eine große Menge von Banknoten verifiziert
werden soll, jede Banknote separat einer derartigen Verifizierung
von Authentizitätseigenschaften
unterzogen werden muss.
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Banknoten
besitzen Authentizitätseigenschaften,
die mit jedem einzelnen Land, jeder einzelnen Region oder jeder
einzelnen Zone beispielsweise von einigen wenigen Authentizitätseigenschaften in
einigen Banknoten bis zu mehr als zwanzig Authentizitätseigenschaften
in den Euro-Banknoten variieren können. Solche Authentizitätseigenschaften versetzen
den Benutzer, die privaten Finanzinstitute und die Zentralbanken
in die Lage, die Authentizität einer
Banknote auf unterschiedlichen Niveaus zu ermitteln. Eine Authentizitätsverifizierung
findet generell bei Annahme von Banknoten statt. Bei Zentralbanken
wird die Verifizierung der Authentizitätseigenschaften von Banknoten
mit Hilfe von sogenannten Banknotensortiermaschinen durchgeführt, wobei eine
sogenannte „Einzelbanknoten"-Sortierung stattfindet.
Das bedeutet, dass sämtliche
Banknoten, die üblicherweise
in Bündeln
von 100, 500 oder 1.000 Einheiten zugeführt werden, als erstes „entbündelt" werden müssen, wobei
dies ein kostenintensiver Vorgang ist. Danach werden die entbündelten
Banknoten nacheinander unabhängig
von ihrem Wert oder ihrem physikalischen Zustand mit Hilfe von sogenannten
Sortiermaschinen mechanisch verifiziert, die Banknoten an einer
Reihe von Detektoren und Sensoren vorbeiführen. Die Verifizierung umfasst
eine Reihe von Authentizitätsüberprüfungen,
die mit Hilfe einer Maschine durchgeführt werden können, sowie sämtliche
Arten von Messungen zum Ermitteln des ge genwärtigen Zustandes oder der Eignung
zur Verwendung der Banknoten.
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Banknoten
mit niedrigem Wert bilden etwa 40 des Gesamtvolumens der Banknoten,
die weltweit zirkulieren. Der vorstehend beschriebene „Einzelbanknoten"-Sortierungsprozess
stellt keine wünschenswerte
Lösung
zur Handhabung von Banknoten mit geringem Wert angesichts der hohen
Sortierungskosten und des (häufig)
schlechten Zustandes dieser Banknoten dar. Darüber hinaus nimmt die Effizienz
der Sortierungsmaschine stark ab, wenn der physikalische Zustand
der zu behandelnden Banknoten schlecht ist. Die Qualität von Banknoten
mit geringem Wert ist generell schlechter als die von Banknoten
mit hohem Wert. Das bedeutet, dass die Handhabungskosten von Banknoten
mit geringerem Wert in Bezug auf den Wert, den diese Banknoten darstellen, disproportional
hoch sind. Des Weiteren werden Banknoten mit geringem Wert kaum
gefälscht,
so dass die hohen Sortierungskosten das Sicherheitsrisiko überwiegen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Analysieren von Banknoten zu schaffen, wobei
das Verfahren es möglich
macht, die Behandlung der Banknoten mit einer hohen Geschwindigkeit
und mit großer
Genauigkeit durchzuführen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines
Verfahrens und einer Vorrichtung zum Analysieren von Banknoten,
die es möglich
machen, Banknoten mit geringem Wert mit niedrigen Kosten zu behandeln.
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Die
eingangs beschriebene vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Beleuchtungsschritt eine oder mehrere Seiten oder Ränder des
Banknotenbündels
einer solchen mechanischen Operation unterzogen werden, dass eine oder
mehrere saubere Flächen
erhalten werden, welche bei der Analyse des Banknotenbündels verwendet
werden, wobei die Herstellung des zweidimensionalen Bildes so durchgeführt wird,
dass das Bild in y-Richtung vergrößert wird, wobei die y-Richtung
als die Höhe
des Banknotenbündels
definiert ist.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
wird das Bild in x-Richtung
verkleinert, wobei die x-Richtung als Breite des Banknotenbündels definiert
ist.
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Eines
oder mehrere der vorstehend genannten Ziele werden unter Verwendung
eines derartigen Verfahrens erreicht, wobei ein sogenanntes anamorphes
Bild von einer Seite des Gesamtbanknotenbündels hergestellt wird.
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Eine
Banknote kann als rechteckiges, flaches Objekt mit einer Oberseite
und einer Unterseite angesehen werden, das von vier Seiten oder
Rändern
begrenzt ist, nämlich
zwei langen Seiten oder Rändern
und zwei kurzen Seiten oder Rändern.
Das anamorphe Bild kann sowohl von der kurzen Seite als auch von
der langen Seite erzeugt werden. Der Begriff „Höhe" soll die Distanz oder Länge des
Banknotenbündels
bedeuten, die von der Anzahl der im Bündel oder Stapel enthaltenen
Banknoten abhängt. Wenn
die Anzahl der Banknoten zunimmt, nimmt die „Höhe" oder Länge in y-Richtung proportional
hierzu zu, während
die Breite oder Länge
in x-Rich tung gleichbleibt, wobei diese Breite als Abmessung der kurzen
oder langen Seiten einer Banknote anzusehen ist. Unter Anwendung
der vorliegenden Erfindung kann das Banknotenbündel daher entweder in einer
horizontalen Position (Oberseite und Unterseite parallel zur Lagerfläche) oder
in einer aufrechten Position (Oberseite und Unterseite senkrecht
zur Lagerfläche)
auf einer Lagerfläche
analysiert werden.
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Vorzugsweise
umfasst der Schritt der Herstellung des zweidimensionalen Bildes
des Bündels und
des Erhaltens eines Ausgangssignals den Schritt der Durchführung einer
Bildverarbeitungsoperation unter Verwendung einer Bildpunktmatrix,
insbesondere das Vorsehen einer Bildpunktmatrix, in der die Anzahl
der Bildpunkte in der y-Richtung größer ist als die Anzahl der
Bildpunkte in der x-Richtung.
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Um
einen hohen Genauigkeitsgrad in der Analyse zu erzielen, ist die
Anzahl der Bildpunkte in der y-Richtung vorzugsweise mindestens
dreimal, bevorzugter fünfmal
größer als
die Anzahl der Bildpunkte in der x-Richtung. Genauer ist die Anzahl
der Bildpunkte in der y-Richtung vorzugsweise mindestens zehnmal
größer als
die Anzahl der Bildpunkte in der x-Richtung.
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Der
Schritt der Durchführung
der Bildverarbeitungsoperation umfasst die Schritte der Zuerkennung
eines Wertes entsprechend der optischen Dichte zu einem Bildpunkt,
der Bestimmung eines Schwellenwertes der optischen Dichte, der Zuerkennung
einer Priorität
zu einem Bildpunkt mit einem Wert der optischen Dichte, der höher ist
als der Schwellenwert, während
von der sogenannten zweiten Ableitung des Dichteprofils der umgebenden
Bildpunkte Gebrauch gemacht wird, des Bestimmens eines Durchschnittswertes
der Dichte für
eine Bildpunktreihe in y-Richtung, wobei diese Reihe einen oder
mehrere Bildpunkte mit einer Priorität umfasst, des Bestimmens der
Variationsbreite und der Standardabweichung des auf diese Weise
ermittelten Durchschnittswertes und des Erzeugens eines Ausgangssignals,
das der Summe der Anzahl der Durchschnittswerte, die höher sind
als der Schwellenwert, entspricht. Diese Art der Analyse wird in
größeren Einzelheiten
noch in der vorliegenden Beschreibung erläutert. Der Begriff „zweite
Ableitung" bedeutet
die Ermittlung der Veränderung
(des Anstieges/der Abnahme des Dichtewertes eines Bildpunktes und
der umgebenden Bildpunkte). Der Begriff „erste Ableitung" bedeutet die Ermittlung
des Maximums/Minimums.
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Eine
sogenannte saubere Schnittfläche
kann am Bündel
der Banknoten ausgebildet werden, beispielsweise mit Hilfe eines
Schneidelementes, wobei die saubere Schnittfläche einen Querschnitt des Banknotenbündels darstellt.
Danach kann eine Reihe von Eigenschaften des Banknotenbündels und
von darin enthaltenen einzelnen Banknoten auf der Basis dieses Querschnittes
bestimmt werden. Wenn die Abmessung des auf diese Weise durchtrennten Banknotenbündels innerhalb
der anzuwendenden Toleranzen verbleibt, können die durchtrennten Banknoten
wieder in Umlauf gebracht werden.
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In
der vorliegenden Beschreibung umfasst die Analyse die Bestimmung
von einem oder mehreren der folgenden Parameter, d. h. der Authentizität, der Anzahl
der Banknoten, des Wertes und der Eignung des Bündels der Banknoten.
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Die
Bestimmung der Authentizität
des Banknotenbündels
kann die Durchführung
einer mechanischen Operation an einer oder mehreren Seiten des Banknotenbündels umfassen,
so dass eine oder mehrere saubere Flächen erhalten werden, wobei die
Schnittfläche
mit UV-Licht bestrahlt wird. Da Banknoten generell Baumwollfasern
oder Baumwollflaum als ein Rohmaterial enthalten, stellt das Fehlen einer
Fluoreszenz unter UV-Licht
generell ein Authentizitätsmerkmal
dar. Bei einer speziellen Ausführungsform
ist es andererseits auch möglich,
eine Linie aus Jod auf die Schnittfläche des Banknotenbündels aufzubringen,
in welchem Fall eine braune Verfärbung
anzeigt, dass es sich bei dem Substrat, auf das das Jod aufgebracht
wurde, um ein mit Stärke verleimtes
Papier handelt. Ein solches Ergebnis bedeutet, dass die Banknote
gefälscht
ist, da ein Baumwollsubstrat keinerlei Verfärbung erfährt, wenn es mit Jod behandelt
wird. Eine Reihe von Verbindungen kann zum Färben eines Baumwollbasismateriales verwendet
werden, wie Calciumnitrat, Magnesiumchlorid und Zinkchlorid.
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Diese
Authentizitätsermittlung
kann auch durchgeführt
werden, indem man eine Seite des Banknotenbündels mit Infrarotstrahlung
beaufschlagt, wobei die zu bestrahlende Seite vorzugsweise eine über einen
mechanischen Vorgang erhaltene Schnittfläche ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
ist es wünschenswert,
ein Bild von einer Seite des Banknotenbündels zu erhalten, indem eine
Kamera mit hoher Auflösung
verwendet wird, wobei dieses Bild unter Verwendung einer geeigneten
Datenverarbeitungseinheit verarbeitet wird, um den Ursprung und/oder
die Authentizität
des Bündels
zu ermitteln. Es ist jedoch auch möglich, die Authentizität durch Messung
der E-Module der Banknoten zu bestimmen, und zwar über die
Bestimmung des Vorhandenseins eines sogenannten Markers, der auf
Röntgenfluoreszenz
reagiert.
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Eine
große
Anzahl von Banknoten ist mit einem sogenannten Sicherheitsfaden
im Substrat versehen. Wenn ein Banknotenbündel einer mechanischen Operation
unterzogen worden ist, beispielsweise zur Ausbildung einer Schnittfläche, befindet sich
der Sicherheitsfaden zentral im Substrat in der Schnittansicht gesehen
und kann somit in der Schnittansicht, jedoch nicht in der Draufsicht
detektiert werden. Das Vorhandensein eines derartigen Sicherheitsfadens
wird durch Inspizieren der Schnittfläche unter Verwendung einer
sogenannten Kamera mit hoher Auflösung oder CCD-Kamera in Kombination mit
einem Erkennungsalgorithmus verifiziert.
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Wenn
mit einem Banknotenbündel
eine mechanische Operation durchgeführt worden ist, wie beispielsweise
das Ausbilden einer Schnittfläche,
ist es möglich,
ein Bild von einer Seite eines Banknotenbündels unter Verwendung einer
Kamera mit hoher Auflösung
zu erhalten, wobei dieses Bild unter Verwendung einer geeigneten
Datenverarbeitungseinheit verarbeitet wird, um die Anzahl der im
Banknotenbündel
enthaltenen Banknoten zu ermitteln. Eine Wertbestimmung kann auch
durchgeführt
werden, indem der in Banknoten vorhandene Si cherheitsfaden unter
Verwendung von Mikrowellenstrahlung erhitzt und das Infrarotspektrum
danach analysiert wird.
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Unter
Verwendung einer Kamera mit hoher Auflösung oder einer sogenannten
CCD-Kamera ist es möglich,
die Banknotenpapier/Luftübergänge zu registrieren,
die über
einen Erkennungsalgorithmus analysiert und quantifiziert werden.
Dieser Erkennungsalgorithmus betrifft die Eignung der Banknoten für die Raumabmessungen
und die Übergänge zwischen
den einzelnen Banknoten im Bündel.
Bei einer speziellen Ausführungsform
kann die Ermittlung der Anzahl der Banknoten im Banknotenbündel so durchgeführt werden,
dass das Banknotenbündel mechanisch
intakt bleibt, in welchem Fall die Anzahl der Banknoten durch Bestrahlung
des Bündels
mit weitem Infrarotlicht (THz) von verschiedenen Richtungen ermittelt
und danach die Reflexion eines kurzen THz-Impulses in Abhängigkeit
von der Zeit registriert wird.
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Um
in der Lage zu sein, den Wert eines Banknotenbündels zu ermitteln, ist es
bei einer speziellen Ausführungsform
möglich,
ein Bild von einer Seite eines Banknotenbündels unter Verwendung einer
Kamera mit hoher Auflösung
zu erhalten, wobei dieses Bild unter Verwendung einer geeigneten
Datenverarbeitungseinheit verarbeitet wird, wobei das Banknotenbündel einer
mechanischen Operation, insbesondere der Ausbildung einer Schnittfläche, unterzogen
worden ist.
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Durch
Verwendung einer derartigen Kamera mit hoher Auflösung, insbesondere
einer sogenannten CCD-Kamera, werden Unterschiede in der optischen
Dichte im Schnitt registriert, und es kann mit Hilfe eines Erkennungsalgorithmus
ermittelt werden, ob die Banknoten einen korrekten Nennwert besitzen.
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Vorzugsweise
wird die Kompressibilität
eines Banknotenbündels
gemessen, um die Eignung eines Banknotenbündels zu bestimmen.
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Diese
Eignung hängt
in der Tat von der Anzahl der Kniffe oder Falten in einer Banknote
ab. Der Patentinhaber hat hierbei festgestellt, dass die Höhe eines
Stapels von schmutzigen und gefalteten Banknoten größer ist
als die Höhe
eines Stapels von neuen reinen Banknoten. Daher ist es möglich, die
Eignung eines Banknotenbündels
zu ermitteln, indem dessen Kompressibilität gemessen wird.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
ist es jedoch auch möglich,
die durchschnittliche Eignung eines Banknotenbündels zu ermitteln, indem der akustische
Widerstand eines Banknotenbündels
gemessen wird, wobei eine Schallwelle durch das Banknotenbündel an
verschiedenen Stellen geleitet wird.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
wird ferner bevorzugt, die Eignung einer einzelnen Banknote oder
einer Anzahl von Banknoten zusammen auf der Basis der Fortpflanzung
von Schallwellen in einer derartigen Banknote oder einer Anzahl
von Banknoten zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass es durch Durchführung von
Reflexions- und Transmissionsmessungen mit unterschiedlichen Intensitätswerten
und an unterschiedlichen Stellen durch ein Banknotenbündel möglich ist,
den maximalen akustischen Widerstandswert zu lokalisieren.
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Dieser
Maximalwert ist eine Anzeige für
das größte Volumen
von Lufteinschlüssen,
das daher Banknoten mit der höchsten
Anzahl von Kniffen und Falten entspricht. Daher wird eine sogenannte
Ultraschallwelle in einem Banknotenbündel erzeugt, wobei die Geschwindigkeit
und Dämpfung
dieser Welle durch die mechanischen Eigenschaften des Banknotenbündels bestimmt
werden. Somit kann eine zerstörungsfreie
Prüfung
eines Banknotenbündels durchgeführt werden,
um dessen Eignung festzustellen.
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Es
ist jedoch auch möglich,
ein Banknotenbündel
einer mechanischen Operation zu unterziehen, so dass eine sogenannte
Schnittfläche
erhalten wird, in welchem Fall ein Schallimpuls auf einer derartigen
Schnittfläche
mit Hilfe eines Laserimpulses erzeugt wird, wobei die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
eines derartigen Impulses in der Banknote genau ermittelt werden
kann. Die Größe hiervon
ist eine Anzeige für
die Authentizität
des Banknotenpapiers. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die
Fortpflanzungsgeschwindigkeit einen maximalen Wert im Fall von neuen
Banknoten hat, die sich noch nicht im Umlauf befanden. Durch den
Umlauf werden die Banknoten mit Falten versehen und erhalten eine
weniger dichte Faserstruktur. Somit nimmt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
ab, so dass daher der gemessene Wert der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
des Ultraschalls ein Maß für die Eignung
der Banknote darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Analysieren
eines Banknotenbündels,
das mindestens eine von den Rändern
der Banknoten begrenzte Fläche
aufweist, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Beleuchten
die ser Fläche,
mindestens einen optischen Sensor zum Erzeugen eines zweidimensionalen
Bildes und eine Bildverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines zweidimensionalen
Bildes und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das das Ergebnis
der Analyse wiedergibt, aufweist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie des weiteren ein Schneidelement aufweist, das eine Materialmenge
aus einem Banknotenbündel
in einer Ebene senkrecht zur z-Richtung entfernt, wobei die Schnittfläche als
die Fläche
im Beleuchtungsschritt verwendet wird und der optische Sensor ein
zweidimensionales Bild erzeugt, das in y-Richtung vergrößert ist,
wobei die y-Richtung
als Höhe
des Banknotenbündels
definiert ist.
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Es
wird besonders bevorzugt, das zweidimensionale Bild in x-Richtung
zu verkleinern, wobei die x-Richtung als Breite des Banknotenbündels angesehen
wird. Die vorliegende Vorrichtung kann in Reihe mit einer Sortiermaschine,
einem Desintegrator oder als alleinstehende Maschine funktionieren.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
umfasst der optische Sensor eine Anzahl von einzelnen optischen
Sensoren, die jeweils ein Segment des beleuchteten Banknotenbündels empfangen,
wobei von einer Spiegelkonstruktion Gebrauch gemacht wird, die insbesondere
aus einer Anzahl von Unterspiegeln besteht, insbesondere einem halbtransparenten Spiegel.
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Um
Ungenauigkeiten und unerwünschte Krümmungen
zu verhindern, sind die Sensoren vorzugsweise in x-, y- und z-Richtung unabhängig voneinander
bewegbar. Ferner kann es sich bei dem optischen Sensor um eine Abtastkamera
handeln, die eine Abtastung des Banknotenbündels in x-Richtung durchführt.
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Um
eine sogenannte Schnittfläche
zu erhalten, umfasst die Vorrichtung ein Schneidelement, das eine
Materialmenge in einem Banknotenbündel in einer Ebene senkrecht
zur z-Richtung entfernt,
wobei die Schnittfläche
des Banknotenbündels
als zu beleuchtende oder zu bestrahlende Fläche im Beleuchtungsschritt
verwendet wird. Die Qualität
der Schnittfläche
ist von der Schärfe
des Schneidelementes abhängig.
Ein zunehmender Schimmer der Schnittfläche ist eine Anzeige für eine abnehmende
Qualität des
Schneidelementes. Bei speziellen Ausführungsformen ist es daher wünschenswert,
Einrichtungen zum Messen des Schimmers zu verwenden, d. h. eine
Anzeigevorrichtung für
Schimmer.
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Im
Fall eines anamorphen Bildes unterscheidet sich der Maßstab des
Bildes in x- und y-Richtung. Wenn die Anzahl, die Authentizität, die Eignung
und der Wert über
die kurze Seite eines Banknotenbündels
ermittelt werden sollen, ist es von entscheidender Bedeutung, die
Eigenschaften des Substrates und der Übergänge zwischen den einzelnen
Banknoten zu prüfen.
Die Höhe
der Banknoten ist weniger wichtig. Ein anamorphes Bild der kurzen
Seite macht es möglich,
das Bündel
in einem größeren Maßstab in
y-Richtung (und somit einen großen
Teil mehr Bildpunkte der Dicke der einzelnen Banknoten im Bild zuzuordnen)
und in einem kleineren Maßstab
in x-Richtung darzustellen.
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Das
Prinzip des anamorphen Bildes für
die Inspektion der kurzen Seite (oder der langen Seite) des Bündels wird
nachfolgend erläutert.
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Das
zu untersuchende Bündel
(die Banknoten befinden sich in einer horizontalen Position), das eine
Höhe mit
100, 500 oder 1.000 Banknoten besitzt, wird in einem Rahmen festgeklemmt,
und der optische Sensor tastet die kurze Seite des Bündels ab.
Beleuchtungseinrichtungen sorgen für eine diffuse Beleuchtung
dieser Seite. Die nachfolgende Linsenkonstruktion projiziert diese
Seite auf eine Reihe von Sensoren.
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Es
ist wünschenswert,
einen großen
Teil von Informationen über
die Dicke der Banknoten und die Übergänge zwischen
den Banknoten zu sammeln. Empirische Daten zeigen, dass etwa 25
Bildpunkte erforderlich sind, um 0,1 mm, d. h. die Dicke der Banknote,
darzustellen. Die kurze Seite eines Bündels von 500 Banknoten besitzt
eine Höhe
von etwa 60 mm und eine Breite von etwa 75 mm. In Vertikalrichtung
müssen
diese 60 mm etwa 12.5000 Bildpunkte (500 × 25) umfassen, und in Horizontalrichtung
müssen
diese 75 mm auf etwa 1.000 Bildpunkte verringert werden. Wenn man
Bildpunktdimensionen in der Größenordnung
von 7 × 7 μm in Betracht
zieht, bedeutet dies eine Vergrößerung von
60 mm auf 87,5 mm (Faktor 1,45) und eine Verkleinerung von 75 mm auf
7 mm (Faktor 0,09). Das Verhältnis
des anamorphen Bildes liegt in diesem Fall nahe bei 16. Die kurze
Seite wird in Horizontalrichtung beispielsweise mit Hilfe von zwei
zylindrischen Linsen verkleinert, in Vertikalrichtung vergrößert und
danach auf einen Sensor projiziert. Eine Unterteilung in eine Reihe
von Sensoren (beispielsweise mehr als 12) von je 1.000 × 1.000
Bildpunkten ist wünschenswert.
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Ein
Unterspiegel sorgt für
eine Aufteilung des projizierten Bildes auf die sequentiell angeordneten Sensoren.
Der Begriff „sequentiell
angeordnet" bedeutet,
dass die oberen 10 mm der kurzen Seite beispielsweise auf den linken
oberen Sensor, die zweiten 10 mm auf den rechten oberen Sensor,
die dritten 10 mm auf den mittleren Sensor etc. projiziert werden.
Die Sensoren können
einzeln mit großer
Präzision
bewegt werden, und sie werden mechanisch relativ zueinander und
relativ zum Bündel
eingestellt. Die Bewegung kann in x-, y- und z-Richtung stattfinden.
Ferner können
die Sensoren über
einen kleinen Winkel gedreht werden, um die geringe Krümmung der
Anzeigefläche
auszugleichen.
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Das
anamorphe Bild umfasst somit ein Bild der kurzen Seite des Bündels. Natürlich ist
es auch möglich – falls
erforderlich –,
ein Bild der langen Seite des Bündels
vorzusehen.
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Im
Fall eines Vergrößerungsfaktors < 2 sind Tiefenschärfeprobleme,
die durch Unterschiede in den Abmessungen der einzelnen Banknoten
verursacht werden, steuerbar. Wenn das Bündel Banknoten einer solch
schlechten Qualität
enthält,
dass es schwierig ist, ein scharfes oder fokussiertes Bild der Seite
zu erhalten, kann das Bündel
durchtrennt und mit einer sauberen Schnittfläche versehen werden. Die auf
diese Weise gebildeten Schnipsel werden über Saugeinrichtungen, die
zwischen dem Bündel und
dem Beleuchtungselement angeordnet sind, weggeblasen oder weggesaugt.
Das Durchtrennen wird in Schritten von beispielsweise je 0,25 mm durchgeführt. Die
Banknoten können
wieder in Umlauf gebracht werden, wenn die Anzahl der Schritte innerhalb
der Schnitttoleranz der Banknoten verbleibt. Wenn die Anzahl der
Schritte die Schnitttoleranz übersteigt,
können
die Banknoten nicht wieder in Umlauf gebracht werden, d. h. sie
müssen
danach zerstört
werden. Die Qualität
der Schnittfläche
steht in direkter Beziehung zur Schärfe des Schneidelementes, beispielsweise
einem Messer. Ein Anstieg im Schimmer der Schnittfläche zeigt
eine abnehmende Qualität
des Messers an. Mit anderen Worten, eine Anzeigevorrichtung für Schimmer überwacht
die Qualität
des Messers.
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Gemäß einem
anderen Verfahren zum Erhalten eines Bildes, das etwa 12.500 Bildpunkte
in Vertikalrichtung und etwa 1.000 Bildpunkte in Horizontalrichtung
umfasst, wird das Bündel
abgetastet, wobei die Höhe
der kurzen Seite des Bündels
auf einen Liniensensor von 12.500 Bildpunkten vergrößert wird.
Es ist wünschenswert,
das Bündel
danach in Horizontalrichtung in Schritten von etwa 75 μm abzutasten.
Es ist ferner möglich,
eine verringerte Bündelbreite
auf einen Liniensensor von 1.000 Bildpunkten zu projizieren und
danach das Bündel
in Vertikalrichtung in Schritten von weniger als 5 μm abzutasten. Angesichts
dieser Schrittgröße und der
zugehörigen Genauigkeit
wird eine Abtastung in Horizontalrichtung bevorzugt.
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Über die
anamorphe Kamera mit hoher Auflösung
oder die Abtastung wird die kurze Seite oder die lange Seite des
Bündels
in ein Raster umgewandelt, in dem die Anzahl der Bildpunkte in y-Richtung viel
größer ist
als in x-Strahlen richtung. Die einzelnen Bildpunkte besitzen einen
Signalwert, der der optischen Dichte entspricht, und die Anzahl
der Banknoten wird in der folgenden Weise über eine Bildverarbeitung dieses
Dichterasters ermittelt. Das Raster, das in der Figur dargestellt
ist, dient zur Erläuterung des
Algorithmus.
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Die
Figur umfasst einen Schnitt mit 0,08 mm in Vertikalrichtung und
1,5 mm in Horizontalrichtung eines Überganges zwischen zwei Banknoten,
in dem 20 × 20
Bildpunkte mit Bildpunktdichten von 1–10 angeordnet sind.
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Bei
dem Schnitt handelt es sich um ein Beispiel einer von den Sensoren
erhaltenen Dichteverteilung. Ein Schwellenwert von beispielsweise
5 wird dann in diesem Beispiel gesetzt. Natürlich sind auch andere Schwellenwerte
möglich.
Sämtliche
Dichten ≥ 5
sind grau schattiert. Dementsprechend werden Bildpunkte mit einer
Dichte ≥ 5
und die umgebenden n × m
Bildpunkte betrachtet. Von den umgebenden n × m Bildpunkten werden die
Dichteentwicklung in x- und y-Richtung und danach der Gradient dieser
Entwicklung, d. h. die zweite Ableitung, ermittelt. Die Bildpunkte,
die die größten Gradientenänderungen besitzen,
werden miteinander verbunden. Die auf diese Weise erhaltene horizontale
Linie gibt die Unterteilung zwischen zwei Banknoten wieder, und
die Zählung
findet durch Summieren der Anzahl der horizontalen Linien statt.
Der Maximalwert für
n in Vertikalrichtung entspricht der Anzahl der Bildpunkte für jede Banknotendicke
(vorher wurde ein Wert von 25 Bildpunkten pro Banknote angegeben).
Der Wert für m
(die horizontale Anzahl der Bild punkte) steht in Beziehung zur Anzahl
der Punkte, aus denen die horizontale Linie gebildet wird.
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Diese
Linie kann einer weiteren Analyse unterzogen werden, bevor sie eingearbeitet
werden kann. Bei dieser Analyse können die Bandbreite, innerhalb
der sich die Linie befinden kann, die Winkelgrenzen der Linien zwischen
den beiden aufeinanderfolgenden miteinander verbundenen Bildpunkten etc.
berücksichtigt
werden. Die Software muss auch die Anzahl der unvollständigen Linien
oder die Anzahl der Verbindungen zwischen den Linien etc. berücksichtigen.
Hierdurch wird die Möglichkeit
geschaffen, etwas über
die Zuverlässigkeit
der Zählung auszusagen.
Die nachfolgende Verfeinerung dient dazu, die Software selbstlernend
zu machen.
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Ein
anderes Verfahren zum Ermitteln der Anzahl der in einem Bündel enthaltenen
Banknoten besteht darin, die Reflexion und die Absorption der Terahertz-Strahlung
von einzelnen Banknoten in einem Bündel zu messen. Papier ist
relativ transparent gegenüber
einer Terahertz-Strahlung mit einer Wellenlänge im mm-Bereich.
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Wenn
das Bild der Seite des Bündels
einen unzureichenden Kontrast besitzt, kann der Kontrast für die Messung
verbessert werden, indem das Bündel
gebogen und/oder die Seitefläche
gefärbt
wird.