Verfahren zum Erkennen und/oder Prüfen von Wertpapieren

Abstract

 Zum Erkennen und/oder Prüfen von Wertpapieren wird aus mindestens einem flächenhaften Ausschnitt ein Zeilenvektor (ZV) erzeugt, dessen Komponenten jeweils einen alle Abtastwerte einer Spalte des Ausschnitts (2.1, 2.2) berücksichtigenden Gesamtwert darstellen. Damit die Erkennung weitgehend lagenunabhängig erfolgen kann, wird zuerst festgestellt, in welchem von mehreren vorgegebenen Winkelbereichen die Winkelstellung des Wertpapiers liegt. Für den Mustervergleich wird ein dem ausgewählten Winkelbereich zugeordnetes Referenzmuster verwendet.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen und/oder Prüfen von Wertpapieren, wobei das Wertpapier in einem vorgegebenen Raster abgetastet wird und durch einen Mustervergleich identifiziert bzw. auf Echtheit geprüft wird.

Stand der Technik

[0002] Die automatische Erkennung von Banknoten und anderen Wertpapieren ist sowohl im Bankbereich als auch beispielsweise am Verkaufspunkt (point of sale) ein wichtiges Anliegen.

[0003] Eine einfache Vorrichtung zum Prüfen von Banknoten ist z.B. aus der US 5,607,040 bekannt. Die Banknote wird in Längsrichtung zwischen zwei Scannereinheiten hindurchgezogen.

[0004] Aus der DE 39 18 798 A1 ist eine Banknoten-Prüfvorrichtung bekannt, welche die Banknoten auch in Schräglage erkennt. Je nach Lage der Banknote werden die zeilenweise abgetasteten Bildpunkte in einer bestimmten Weise in einen Prüfdatenspeicher geschrieben, so dass die Abbildung der Banknote im Speicher stets die Normallage einnimmt. Bei der Prüfung werden die Bilddaten mit einem vorgegebenen Muster verglichen. Mit dem angegebenen Algorithmus zum Abspeichern der Prüfdaten soll die Bestimmung des Winkels der Schräglage und ein Rotieren des Bildes im Speicher vermieden werden.

[0005] Aus der DE 195 17 194 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von Banknoten bekannt, bei welcher die Banknote mit Hilfe von Spiegeln auf der ganzen Breite gleichmässig ausgeleuchtet wird. Als Sensor werden z.B. zwei bis vier linienförmige, parallel zueinander angeordnete CCD-Arrays verwendet, wobei vor jedem CCD-Array ein Filter für eine bestimmte Wellenlänge angeordnet ist. Für die Auswertung werden die in einer Spalte liegenden Werte der verschiedenen CCD-Arrays kombiniert. Für die Notenerkennung wird nicht nur im sichtbaren sondern auch im nicht-sichtbaren Spektralbereich gemessen.

[0006] Ein Verfahren zum Prüfen der Echtheit von Geld ist z.B. in der US 5,615,760 beschrieben. In einem mehrdimensionalen Raum (welcher durch die gemessenen Parameter aufgespannt wird) wird festgestellt, ob eine Kombination von Parameterwerten innerhalb oder ausserhalb eines n-dimensionalen Ellipsoides liegt.

[0007] Die bekannten Verfahren sind einerseits relativ aufwendig und reagieren andererseits zum Teil empfindlich auf nicht referenziert angelieferte Banknoten. Im letztgenannten Fall muss bei der Ausgestaltung des mechanischen Teils mit entsprechendem Aufwand dafür gesorgt werden, dass die Banknoten immer in einer wohldefinierten Lage am Leser vorbeigeführt werden.

Darstellung der Erfindung

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine zuverlässige Identifikation und Echtheitsprüfung mit verhältnismässig geringem Hardware-Aufwand ermöglicht.

[0009] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung werden die in Zeilen und Spalten angeordneten Abtastwerte eines representativen Flächenbereichs mit einfachen mathematischen Operationen auf einen Zeilenvektor abgebildet. Eine Fläche, welche ein charakteristisches Erkennungsmerkmal enthält, wird also derart auf eine Linie reduziert, dass alle Abtastwerte inhaltlich berücksichtigt sind.

[0010] Versuche haben gezeigt, dass der erfindungsgemässe Zeilenvektor innerhalb gewisser Grenzen verhältnismässig robust gegen Variationen der Winkelstellung ist. Wird also die Banknote leicht schräg angefördert und eingelesen, wird die Erkennungsleistung im wesentlichen nicht beeinträchtigt.

[0011] Die Ausschnitte werden im voraus so gewählt, dass - flächenmässig gesehen - der grösste Teil der Oberfläche des Wertpapiers berücksichtigt wird. Wenn nicht alle Ausschnitte dieselbe Bedeutung für die Echtheit des Wertpapiers haben, kann dieser Tatsache bei Bedarf z.B. durch eine entsprechende Gewichtung Rechnung getragen werden. Es kann im Prinzip ein einziger zusammenhängender Ausschnitt genügen. Vorzugsweise werden aber mindestens zwei etwa gleich grosse Bereiche in der erfindungsgemässen Weise verarbeitet. Entsprechend sind mindestens zwei Zeilenvektoren zu bilden.

[0012] Die Ausschnitte sind mit Vorteil so festgelegt, dass pro Zeile mehr Elemente bzw.Abtastwerte vorhanden sind als pro Spalte. Ist die Datenreduktion nämlich zu stark, wird die Erkennungsleistung unter Umständen in unerwünschter Weise gedrosselt.

[0013] Der für die Erkennung und Echtheitsprüfung berücksichtigte Bildteil sollte einen vorgegebenen minimalen Abstand (von z.B. 5 mm) vom Rand des Wertpapiers haben. Namentlich bei älteren Banknoten ist der Rand stark abgegriffen und für die Analyse eher störend als hilfreich.

[0014] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der eine Vektorkomponente bildende Gesamtwert durch Aufaddieren aller Abtastwerte der entsprechenden Spalte erzeugt. Es wären auch andere Berechnungen denkbar. Abgestimmt auf das zu erkennende Bild könnten z.B. gewisse Zeilenwerte aufaddiert und andere subtrahiert werden, so dass der Gesamtwert einen Differenzwert widerspiegelt. Weiter könnten auch gewichtete Mittelwerte erzeugt werden (wobei die Wahl der Gewichte auf diejenigen Bildcharakteristika abstellen kann, welche wichtig sind oder welche allen zu erkennenden Wertpapieren gemeinsam sind).

[0015] Der hardwaremässige Abtastbereich ist mit Vorteil grösser als die Dimension des Wertpapiers. Bei der Erkennung von Banknoten unterschiedlicher Grösse wird dabei auf das Format der grössten Banknote abgestützt. Dadurch wird eine lagenunabhängige Wertpapier-Erkennung möglich. Der Rand des Wertpapiers wird softwaremässig ermittelt. Auf diese Weise kann namentlich die Winkelstellung des Wertpapiers bestimmt werden.

[0016] Eine besonders einfache und schnelle Methode zur Kompensation der Winkelabhängigkeit des erfindungsgemässen Zeilenvektors besteht darin, dass mehrere Winkelbereiche mit je eigenen Referenzvektoren vorgegeben sind. Bei der Verarbeitung des Wertpapiers wird zuerst festgestellt, in welchem Winkelbereich das Wertpapier liegt, um dann einfach auf die entsprechende Referenz zurückzugreifen. Die Referenzvektoren sind in einem Speicher fest abgespeichert.

[0017] Die Erfindung geht von einer flächenmässigen Abtastung des Wertpapiers aus. Es kommt im Prinzip nicht darauf an, mit welcher Art von Sensoren die Abtastwerte erfasst werden. Verbreitet ist eine optische Abtastung. Banknoten werden beispielsweise bei einer bestimmten Wellenlänge im sichtbaren Bereich des Spektrums abgetastet.

[0018] Die Abtastwerte können auch Differenzwerte sein. Für jeden Abtastpunkt wird z.B. die Intensität im Rotbereich von derjenigen im Grünbereich subtrahiert.

[0019] Gewisse Banknoten haben auch charakteristische Merkmale elektrischer und/oder magnetischer Art. Unter diesen Umständen können die Abtastwerte auch entsprechende physikalische Grössen darstellen.

[0020] Die Implementation des erfindungsgemässen Verfahrens kann mit an sich bekannten Einheiten erfolgen. Die Verarbeitung wird typischerweise softwaremässig realisiert.

[0021] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0022] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

Eine beispielhafte Darstellung der Lage der Auswertebereiche;

Fig. 2

eine schematische Darstellung zur Erläuterung der erfindungsgemässen Datenreduktion;

Fig. 3

eine schematische Darstellung der Abtastung einer schräg eingezogenen Banknote;

Fig. 4

ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der erfindungsgemässen Verarbeitung.

[0023] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0024] Fig. 1 zeigt eine Banknote 1. Diese wird vollständig abgetastet, so dass der Randsoftwaremässig bestimmt werden kann. Der Abtastbereich 14 ist grösser als die zu verarbeitende Banknote 1.

[0025] Im vorliegenden Beispiel sind für die Banknote 1 zwei Ausschnitte 2.1, 2.2 definiert. Diese decken zusammen den flächenmässig wesentlichen Bereich der Banknote 1 ab (z.B. > 50% der Fläche). Sie haben z.B. die Form von länglichen Rechtecken. Ein vorgegebener Randbereich 3 der Banknote wird bewusst nicht berücksichtigt.

[0026] Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann ein Abtastbereich (und damit jeder Teilausschnitt davon) als eine Matrix von Abtastwerten verstanden werden. Die Matrix eines Ausschnittes 2.1, 2.2 hat eine vorgegebene Anzahl n von Spalten S1, ..., Sn und eine (in der Regel geringere) Anzahl m von Zeilen Z1, ... , Zm.

[0027] Die Abtastwerte entsprechen z.B. der Intensität einer bestimmten Farbe am Abtastort oder der Differenz von verschiedenen Farbintensitäten. Es können auch andere Kombinationen von physikalischen Messwerten verwendet werden.

[0028] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden alle Abtastwerte einer Spalte zu einer Komponente eines Zeilenvektors aufsummiert. Entsprechend der vorhandenen Anzahl n von Spalten wird auf diese Weise ein Zeilenvektor ZV mit n Komponenten erzeugt. Pro Ausschnitt 2.1, 2.2 ergibt sich ein Zeilenvektor.

[0029] Jeder Zeilenvektor ZV kann danach mit einem an sich bekannten Mustererkennungsverfahren analysiert werden (vgl. dazu den eingangs genannten Stand der Technik, z.B. US 5,615,760).

[0030] Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Banknote nicht gerade eingelesen werden muss. Wird die Banknote schräg wie in Fig. 3 gezeigt eingelesen, dann kann der Winkel β anhand des Verlaufes des Randes 4 bestimmt werden. Der Ausschnitt 5 ist entsprechend gedreht bezüglich des Randes 4 der Banknote.

[0031] Gemäss der Erfindung werden für verschiedene Winkel β im voraus unterschiedliche Referenzvektoren generiert und abgespeichert. Jeder Referenzvektor gilt für einen bestimmten Winkelbereich.

[0032] Beispiel: Der gesamte Winkelbereich von -10° bis +10° wird aufgeteilt in fünf Teilbereiche, nämlich -10° bis -6°, -6° bis -2°, -2° bis +2°, +2° bis +6°, +6° bis +10°. Wird ein Winkel von beispielsweise 3° ermittelt, dann wird der Referenzvektor des Teilbereiches +2° bis +6° als Basis für die Mustererkennung verwendet.

[0033] Bei kleinen Winkeln lässt sich aus dem Verlauf des Randes sehr einfach auf den Winkel schliessen, weil die Winkelfunktionen sin(), cos() und tan() in an sich bekannter Weise linear angenähert werden können.

[0034] In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Anordung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. Die Banknote 6 wird vorzugsweise mit ihrer Längsrichtung quer zur Förderrichtung 7 an einem Leser 8 vorbeigeführt. Der Leser 8 hat eine Länge die grösser als die Banknote 6 ist. Die Banknote 6 kann somit lagenunabhängig eingelesen werden.

[0035] Der Leser (z.B. eine optische Scannereinheit) gibt die Abtastwerte zeilenweise an eine Vorverarbeitungseinheit 9 ab. Diese kann so ausgeführt sein, dass sie das ganze abgetastete Bild aufnehmen kann. Es ist aber auch denkbar, dass die Zeilen gleich in der erforderlichen Weise ausgewertet werden (Detektion des Randes und des Winkels, Erzeugung einer laufenden Summe der Spalten).

[0036] Aus der Vorverarbeitungseinheit 9 werden die Abtastwerte der vorgegebenen Ausschnitte an den Spaltensummierer 10 weitergegeben. Dieser generiert die charakteristischen Zeilenvektoren ZV. In der anschliessenden Mustererkennung 11 werden die Zeilenvektoren mit den Referenzvektoren verglichen. Das Resultat ist z.B. ein Wahrscheinlichkeitswert für die korrekte Identifikation bzw. für die Echtheit der Banknote.

[0037] Aus der Vorverarbeitungseinheit 9 wird auch die Winkelstellung β extrahiert. Sie wird in der Auswahlschaltung 12 dazu benutzt, den zutreffenden Referenzvektor aus den Referenzvektorspeichern 13.1, ..., 13.4 für die Mustererkennung zur Verfügung zu stellen.

[0038] Es versteht sich, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden kann, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Der Leser 8 kann durch mehrere verschiedene Abtasteinheiten in verschiedenen Wellenlängenbereichen ergänzt werden. Es kann z.B. auch eine Einheit zum Messen der Kapazität in einem vorgegebenen Raster eingesetzt werden. Die Abtastwerte müssen also nicht unbedingt optischen Bildpunkten entsprechen.

[0039] Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Verfahren vorschlägt, das mit einfachen Mitteln eine zuverlässige und lagenunabhängige Prüfung und Erkennung von charakteristischen Merkmalen zulässt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erkennen und/oder Prüfen von Wertpapieren, wobei

a) das Wertpapier in einem vorgegebenen Raster abgetastet wird und

b) durch einen Mustervergleich identifiziert bzw. auf Echtheit geprüft wird,
dadurch gekennzeichnet, dass

c) aus mindestens einem, ein charakteristisches Erkennungsmerkmal enthaltenden flächenhaften Ausschnitt ein Zeilenvektor (ZV) erzeugt wird, dessen Komponenten jeweils einen alle Abtastwerte einer Spalte des Ausschnitts (2.1, 2.2) berücksichtigenden Gesamtwert darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausschnitt (2.1, 2.2) so gewählt wird, dass der flächenmässig wesentliche Teil des Wertpapiers abgedeckt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausschnitt (2.1, 2.2) einen vorgegebenen Randbereich (3) nicht abdeckt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtwert einer Spalte im wesentlichen die Summe aller Abtastwerte der Spalte ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtasten des Wertpapiers ein Abtastbereich gewählt wird, der grösser ist, als das Wertpapier und dass eine Winkelstellung des Wertpapiers durch eine Auswertung des Abtastbereichs ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst festgestellt wird, in welchem von mehreren vorgegebenen Winkelbereichen die Winkelstellung liegt, und dass für den Mustervergleich ein dem ausgewählten Winkelbereich zugeordnetes Referenzmuster verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wertpapier in zwei verschiedenen Spektralbereichen abgetastet wird und dass die Differenz der gemessenen Intensitäten als Grundlage für die Auswertung verwendetwird.

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend

a) einen Leser (8) zum zeilenweisen Abtasten des Wertpapiers in einem Abtastbereich, der grösser als die Abmessungen des Wertpapiers ist,

b) einen Summierer zum spaltenweisen Aufsummieren der Abtastwerte in einem ein charakteristisches Erkennungsmerkmal enthaltenden Ausschnitt des Abtastbereiches,

c) eine Mustererkennungsschaltung zum Vergleichen des Zeilenvektors mit einem Referenzvektor.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Bestimmen der Winkelstellung des Wertpapiers und eine Auswahlschaltung (12) zum Auswählen des der Winkelstellung zugeordneten Referenzvektors.

Zeichnung