專利名稱：在檢驗貨幣中用于處理信號的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理信號的方法和裝置，尤其涉及從檢驗例如紙幣或其他相似的有價券、或貨幣等文件所得到的信號。
公知的檢驗如紙幣或硬幣的貨幣的方法包括檢測出貨幣的特征，然后應用檢測出的信號。例如，通過由光源向紙幣上照射光并利用光傳感器檢測從紙幣上反射或透射的光來檢驗貨幣的方法是公知的。對來自于光傳感器的信號進行處理和利用以便確定例如紙幣的面額以及其真?zhèn)巍?br> 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的一個問題是存取被檢驗的貨幣以達到足夠高的分辨率，記住其大小、傳感器的間隔以及排列。例如，可能需要在紙幣的特定點上進行測量，但傳感器的分辨率意味著只能在該點的區(qū)域上對其進行測量。當文件相對于傳感器陣列傾斜時這個問題更為嚴重。
相反地，另外一個問題是分辨率可能比特定應用所需的分辨率還要高，例如，當確定紙幣最有可能的面額時，不需要檢驗其有效性。這就會因為需要處理大量的數(shù)據(jù)而增加處理的復雜性、時間和成本。
將在所附的權(quán)利要求中對本發(fā)明的方面進行描述。
優(yōu)選地，本發(fā)明是用于檢驗紙幣和/或其他類型的有價券。
通常地，本發(fā)明提供在貨幣檢驗器中進行信號處理的方法，以便將對貨幣測量的分辨率改變到更高或更低的分辨率。換句話說，本發(fā)明提供改變、提高或降低分辨率的方法。
在本說明書中，術(shù)語“分辨率”是涵蓋了各個領(lǐng)域的分辨率，如空間分辨率(如每單位長度或時間的采樣速度或測量數(shù)目)或在譜域，例如頻域(譜分量或帶寬的數(shù)目)中的分辨率。
同樣，術(shù)語測量包括，例如貨幣傳感器的輸出值以及來源于已測量過的或已檢測過的數(shù)值的值。
根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選方面，利用與Nyquist定理有關(guān)的內(nèi)插方法，提高空間域中的分辨率，該內(nèi)插方法允許在沒有測量的位置中的信號得到再現(xiàn)，這樣就能提高識別能力。
根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選方面，在文件識別的前后關(guān)系中，利用濾波方法和簡化傅里葉變換結(jié)果，通過有限的有用信息的損失，降低在頻域中的分辨率。這就使得能夠用相似的方法處理例如具有不同大小的文件(例如，不同長度和/或?qū)挾?的項目，尤其是在當保持執(zhí)行面額或分類執(zhí)行時的面額確定和分類過程中。
可以將第一和第二方面結(jié)合。
下面將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1是紙幣檢測系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1的檢測系統(tǒng)中從傳感器陣列上面觀察的平面圖；圖3是圖1的檢測系統(tǒng)中從光源陣列下面觀察的平面圖；圖4是說明紙幣測量的圖；圖5是取樣值的曲線圖；圖6是比較測量信號與再現(xiàn)信號的曲線圖；圖7是在第二實施例中比較測量信號與再現(xiàn)信號的曲線圖。
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的紙幣檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括排列在紙幣傳送路徑一側(cè)的光源陣列2，和排列在紙幣傳送路徑另一側(cè)、在光源陣列2對面的光傳感器陣列4。該系統(tǒng)包括以四組滾筒6的形式、用于沿著光源陣列2和光傳感陣列4之間的傳送路徑傳送紙幣8的紙幣傳送裝置。將光源陣列4連接到處理器10上并且通過控制器12控制該系統(tǒng)。將用于對光源陣列2所發(fā)出的光進行散射和混合的散射體14安排在光源陣列2和紙幣傳送路徑之間。
圖2是從光源陣列2下面觀察的平面圖。如圖所示，該光源陣列2是具有多個光源9的線性陣列。將該陣列排列成具有6個源的組11，并且一個組中的每個源發(fā)射具有不同波長的光，可以根據(jù)應用而對其進行適當?shù)倪x擇，通常為各種藍色和紅色。將多個這樣的組11與傳送路徑線性交叉地排列，從而使每個波長的光源均與傳送路徑交叉排列。
圖3是從光傳感陣列4上面觀察的平面圖。如圖所示，光傳感器陣列包括八個呈直線排列、穿過傳送路徑的圓形光傳感器。傳感器的直徑為7mm并且傳感器中心之間的直線間距為7mm，從而使傳感器肩并肩排列。結(jié)果就是，通過傳感器沿其寬度對整個文件進行檢測，其分辨率由傳感器的大小決定。
圖2和圖3是不按比例的，并且光源和光傳感器陣列具有近似相同的大小。
在操作中，在控制器12的控制下，通過滾筒6沿著光源陣列2和傳感器陣列4之間的傳送路徑傳送紙幣。使紙幣傳送預定距離后停止。操作具有一個波長的所有光源，并且在散射體14中混合了光之后，將其均勻地散布到紙幣的寬度方向上，使光打到紙幣上。由傳感器陣列4檢測通過紙幣透射的光，并且對于與每個傳感器對應的紙幣上的測量點，從傳感器出得到信號。相似地，接下來對所有其它波長的光源進行相似的操作，對于每個波長的傳感器得到對應線上的測量值。
接下來，啟動滾筒6以便再次將紙幣移動預定距離，并且重復照亮紙幣以及取每個波長的每個傳感器的測量值的順序。
通過沿紙幣的長度方向一行行地重復上述步驟，得出6個波長的每個波長的每個傳感器對紙幣中的每一行的測量值，通過紙幣移動的預定距離來確定。
如下所述，通過處理器10處理測量點的測量值。
圖4是表示傳感器陣列在紙幣上測量點的圖。x軸對應于橫穿傳送路徑，和傳感器陣列成直線，并且y軸對應于傳送方向。如圖4所示，在該實例中，每組測量將紙幣前移1.75mm，所以各行相距1.75mm，并且相鄰行的測量點交疊。圖4還概括地說明了相對于傳感器的行傾斜的紙幣。對于每一個點，用每一波長進行測量。在下文中，將討論局限于一個波長，但對每個波長都執(zhí)行相同的步驟。
測量值的分辨率由傳感器元件的間距(此處為7mm)和在每組測量之間的紙幣位移(此處為1.75mm)所決定。
根據(jù)實施例，通過處理來提高空間分辨率，如下所述。
假定想知道圖3中點A(用黑色點表示)處的坐標(x，y)的值。
在本實施例中，沿著寬度方向(x軸)實施一維內(nèi)插。在此種情況下，沿y軸的間距對于實際目的是足夠的?？商鎿Q地，可在y方向中進行內(nèi)插，以及或替代在x方向中執(zhí)行內(nèi)插。
首先，在y方向上最接近的相鄰的基礎上，選擇離點A最近寬度的行。檢索在已選擇行中的每一傳感器的測量值。
圖5是表示沿著已選擇寬度行的測量值的實例的曲線，x軸對應于圖5中的x軸，y軸對應于信號或測量值，并且點對應于檢索的傳感器測量值或取樣。
優(yōu)選地不要改變測量的原始數(shù)據(jù)，并且因此在間隔處執(zhí)行內(nèi)插，該間隔是傳感器間隔的整因子。此處，對于每個1.75mm執(zhí)行內(nèi)插，從而在每對相鄰的測量點之間有3個內(nèi)插點。結(jié)果是，鈔票上沿x-y方向的分辨率是1.75×1.75mm。
根據(jù)Nyquist定理，假定信號的最高頻率小于取樣頻率的一半(0＜fmax＜fs/2，fs是取樣頻率)，可以精確地再現(xiàn)信號，使其好像是測量的一樣。
假定應用Nyquist定理，通過擬合曲線Sinc(x)＝sin(x)/x，利用三次卷積，對測量值或取樣進行內(nèi)插。這樣，通過下式給出在位置x處信號的內(nèi)插值signal(x)=Σk=0n-1signal(k.Δx)·Sinc(π(k.Δx-x)/Δx)]]>其中n是取樣數(shù)目并且Δx是取樣間距。應該注意到的是當x等于間距的精確倍數(shù)時，也就是，當x＝k1Δx時，內(nèi)插值等于取樣值。
signal(k1Δx)=Σk-0n-1signal(k.Δx)·Sinc(π(k.Δx-k1Δx)/Δx)]]>Sinc(π(k.Δx-k1Δx)/Δx)＝Sinc(π(k-k1))＝0除了k＝k1之外換句話說，內(nèi)插函數(shù)通過取樣點。
為了減小由于Sinc函數(shù)的振蕩(Gibbs現(xiàn)象)所帶來的邊緣效應，通過Hamming窗口對未加工的取樣進行加權(quán)。該窗口給在窗口中間的點更重要的加權(quán)，而給位于窗口邊緣的點小的加權(quán)。這些加權(quán)通過下式給出w(u)=0.54-0.46.cos(2πun),0≤u≤n-1]]>其中n是取樣數(shù)目。
也可使用例如Hamming窗口或Kaiser-Bessel窗口的其他類型的窗口，或其他相似的公知的可以補償邊緣效應的加權(quán)窗口。窗口的選擇應權(quán)衡窗口的復雜性和存在噪聲時其諧波信號的檢測性能。在上述情況下，Hamming窗口能產(chǎn)生與旁瓣衰減(Gibbs現(xiàn)象)相對的好的頻率選擇性。
將窗口應用到所有點上以得到新的取樣。然后，將先前的三次卷積內(nèi)插函數(shù)應用到這些新的取樣中。為了檢索與原始信號相同級別的內(nèi)插值，用在x位置處窗口的數(shù)值去除該結(jié)果。
為了減小在頻域內(nèi)D.C.分量的影響，在內(nèi)插前刪除測量平均值。然后在內(nèi)插后再將平均值添加回去。應用窗口在x位置處的信號的內(nèi)插值通過下式給出signal(x)=[Σk=0n-1[signal(k.Δx)-m]w(k)·Sinc(π(k.Δx-x)Δx)]/w(xΔx)+m]]>其中n是取樣數(shù)目，Δx是取樣速度并且m是取樣平均值。k.Δx是取樣位置。
因為內(nèi)插是沿著水平行執(zhí)行的并且由于傾斜，所以數(shù)目n根據(jù)沿著一行完全落入紙幣區(qū)域中的可用點的最大值而改變。此外窗口的大小也取決于n?？梢詫⒋翱诘臄?shù)值存儲在不同n值的查找表中。
例如，如果測量數(shù)目是8并且內(nèi)插速度是Δx＝4，則對于0≤h≤(8-2)*4-1存儲窗口。
圖6是說明應用9個取樣點(如點所示)的例子以及應用如上所述的方法得到的信號的再現(xiàn)與通過穿過寬度行的掃描而得到的信號相比較，以決定取樣點之間的實際測量值的曲線圖。x軸表示穿過傳送路徑的距離并且y軸表示信號值。
例如在這種情況下，在沒有應用Hamming窗口時，通過在再現(xiàn)鈔票和掃描鈔票之間的相關(guān)絕對誤差所確定的再現(xiàn)誤差是11％，而應用了Hamming窗口的誤差下降到6％。
可將上述方法用于導出對于特定波長的特定點處的再現(xiàn)值，例如，與特定安全特征有關(guān)的點。相似地，也可將該方法用于提高紙幣上整個特定區(qū)域的分辨率?？商鎿Q地，可以提高整個紙幣的分辨率，而不需要增加傳感器的數(shù)目。
將來自于紙幣的直接測量的和/或經(jīng)過處理以提高分辨率后的信號，然后以公知的方式用于對紙幣進行分類(確定面額或驗證)。例如，通常在進一步處理后，將該信號與確定目標面額的有效樣品的窗口、閾值或界限進行比較。很多用于處理來自于紙幣的測量的信號來確定面額和/或驗證該紙幣的方法都是公知的，在本說明書中將不再進一步描述。
也可以應用各種其他的內(nèi)插方法。在一個簡單的例子中，將最近的相鄰點的信號被分配給預期點。通過在頻域而非時間域中執(zhí)行內(nèi)插，也可近似上面作為實施例描述的內(nèi)插方法所得的結(jié)果。實際上，在時間域中應用Sinc函數(shù)的卷積相當于將理想低通(LP)濾波器(截止頻率Fc＝Fs/2)應用到傅里葉變換并計算DFT(離散傅里葉變換)的逆變換以得到內(nèi)插值。如果考慮到Nyquist定理，則本方法僅給出近以，其取決于傅里葉變換的逆變換是如何近似的。
下面將描述本發(fā)明的第二實施例。
第二實施例包括如圖1-圖3所示的裝置。然而，對結(jié)果信號的處理方式不同于第一實施例。
本實施例利用來自于紙幣的信號來確定該紙幣的面額，也就是說，用該信號決定該紙幣有可能屬于何種面額。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(例如后向傳播網(wǎng)絡或LVQ分類器來確定紙幣面額的方法是公知的。EP 0671040中描述了對紙幣進行分類的神經(jīng)網(wǎng)絡的例子。一般而言，通過測量紙幣的特征而得到n-維的特征向量，并且將特征向量輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡中去以用于分類。各種特性和測量值可以用于形成特征向量。
具有不同面額的紙幣通常具有不同的大小(不同的長度和/或?qū)挾?，但對于每一張紙幣，輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡中的特征向量的維數(shù)都是相同的。因此，形成特征向量的數(shù)據(jù)不但必須不依賴于被測量的紙幣的大小，并且還必須被選擇以包含足夠的信息，以便能準確地給紙幣分類。
本實施例通過如下方式得到輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡中去的數(shù)據(jù)。
與第一實施例一樣，對于多個波長的每個波長，從與傳送路徑交叉的多行中的每個傳感器4得到測量值。然后在處理器10中處理該數(shù)據(jù)。
將數(shù)據(jù)收集到平行于傳送路徑、在給定波長中取樣周期為1.75mm的行中。然后例如通過除以對應波長的行中的平均值來對每一行進行標準化。對每一個標準化的行以及每個波長，計算具有128個系數(shù)的FFT。將紙幣上可用部分以外的點用零填充。
因為是通過刪除平均值對數(shù)據(jù)進行標準化的，所以傅里葉變換的第一復值是0。從索引1-14(假定D.C.索引是0)中選擇出實部和虛部的數(shù)據(jù)，其提供14個復值。因而，頻域中的分辨率就降低了。例如，對于2種波長和沿著長度方向的2個行來說，變量總數(shù)是112個變量。這是提供給神經(jīng)網(wǎng)絡用于分類的向量。如果適當?shù)脑捯部梢杂闷渌麛?shù)目的波長和行。
在一個或多個波長中，將傅里葉變換應用到沿著鈔票的長度方向確定的標準化的行中。只要考慮面額，則檢驗已表示出可減小頻率含量。圖7表示在應用理想LP濾波器并僅應用傅里葉變換中的一部分頻譜之后一行鈔票文件的再現(xiàn)的例子。實線是再現(xiàn)信號，而虛線是原始信號。x軸表示在傳送方向上沿著鈔票的長度方向的距離，而y軸表示信號值。通過對濾波的傅里葉變換的逆變換得到再現(xiàn)。實際上，這意味著僅需要傅里葉變換的一部分，并且可以將其用于分類器的輸入向量而幾乎沒有信息丟失。
再現(xiàn)非常接近于原始信號，并且與原始信號相比利用較少的數(shù)據(jù)，顯示通過在傅里葉變換之后選擇頻譜的子集的濾波在信號中保持了大多數(shù)的有用信息。如果在時間域中的取樣考慮到Nyquist定理，則這是有可能的，在此種情況下沿著鈔票的長度方向應用Nyquist定理。實際上，沿著長度方向的取樣速度很高，這樣有利于特征安全性但可以為了確定面額的目的而降低。
也可通過在時間域中把Sinc函數(shù)應用到信號中而得到應用了FFT的濾波方法的結(jié)果，并且執(zhí)行時間抽取，但上述方法需要消耗更多的時間。
例如，可以將第一和第二實施例結(jié)合起來，從而使在空間域中提高分辨率而在頻域中降低分辨率?？臻g域中提高了的分辨率可以用于，例如，確認貨幣的有效性，而頻域中降低了的分辨率可以用于為貨幣確定面額。在內(nèi)插以提高分辨率之后，可以將空間域中的數(shù)據(jù)變換到頻域中。本發(fā)明并不限于所示和所述傳感系統(tǒng)類型，而是可以應用任何適合的傳感系統(tǒng)。
參考紙幣，可包括其他相似類型的有價券，如息票、支票，并且可包括這種文件的真實實例和假冒實例。該系統(tǒng)可以包括對裝置的應用，如用于檢測定向(如紙幣相對于例如傳送方向和/或傳感器陣列或固定點的傾斜和偏移量)的邊緣檢測器。可替換的是，該系統(tǒng)可以包括將紙幣定位在預期方向上的裝置，例如使鈔票的長度方向沿著傳送路徑，使邊緣平行于傳送方向，或相對于傳送方向和/或傳感器陣列預期的角度。
上述實施例是紙幣檢驗器。然而，也可以將本發(fā)明用于其他類型的貨幣檢驗器，如硬幣檢驗器。例如，可以對來自于硬幣檢驗器、作為測量硬幣特性(如材料)的信號，在穿過硬幣上的連續(xù)點上進行內(nèi)插，以產(chǎn)生表示硬幣上的特性的信號。
術(shù)語“硬幣”可以用來指任何硬幣(有效的或假幣)、代幣、金屬片、墊片、或其他金屬物品或項目，以及尤其是任何可以使人在試圖操作硬幣操作裝置或系統(tǒng)時使用的金屬物品或項目?！坝行в矌拧敝傅氖钦鎺拧⒋鷰?、或相似物，并且尤其是指硬幣操作裝置或系統(tǒng)在其中操作或利用其進行操作的貨幣系統(tǒng)的真幣，以及硬幣操作裝置或系統(tǒng)用于有選擇地接收和處理作為貨幣值的確認面額的系統(tǒng)的真幣。
權(quán)利要求
1.一種檢驗貨幣的方法，包括在分辨率(R)下得到多個貨幣的測量值，并處理測量值以得到在不同分辨率下的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在譜域中減小分辨率，該方法包括在譜域中濾波測量值的信號，以便通過取譜分量組中的一個子集來減小譜域中的分辨率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中子集具有預定的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中譜域是頻譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中濾波排除高頻分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在濾波之前，優(yōu)選地通過平均值對測量值的信號進行標準化。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一權(quán)利要求所述的方法，包括利用譜分量的子集導出特征向量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括利用神經(jīng)網(wǎng)絡處理特征向量，該神經(jīng)網(wǎng)絡包括后向傳播網(wǎng)絡或LVQ網(wǎng)絡。
9.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，包括內(nèi)插以便在空間域中提高分辨率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在第一空間方向中以第一分辨率R1導出測量值，以及在第二空間方向中以第二分辨率R2中導出測量值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中第一和第二方向基本上是垂直的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中R1＜R2，并且其中處理將第一方向中的分辨率提高到大約為R2。
13.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，包括再現(xiàn)取樣信號的方法。
14.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，包括對通過加權(quán)函數(shù)加權(quán)的測量值求和。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中加權(quán)函數(shù)為sin(x)/x的形式。
16.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，包括利用加權(quán)窗口來補償邊緣效應。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中加權(quán)窗口是升余弦窗口，例如Hamming或Hanning或Kaiser-Bessel窗口。
18.根據(jù)權(quán)利要求9-17中任一權(quán)利要求所述的方法，包括在內(nèi)插之前刪除測量值的平均值，并且在內(nèi)插之后再將其恢復。
19.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，其中沿著基本上與文件的一條邊緣平行的行導出測量值。
20.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，其用于驗證貨幣的有效性。
21.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，其用于確認貨幣的面額。
22.根據(jù)前面任意一個權(quán)利要求所述的方法，其用于檢驗文件、紙幣或其他有價券。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一權(quán)利要求所述的方法，其用于檢驗硬幣。
24.一種用于執(zhí)行前面任意一個權(quán)利要求所述的方法的貨幣檢驗器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的貨幣檢驗器，包括在分辨率R下檢驗貨幣的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的貨幣檢驗器，包括沿第一方向延伸以分辨率R1檢測貨幣的裝置，和在第二方向上以分辨率R2檢測貨幣的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的貨幣檢驗器，包括分辨率為R1的線性傳感器陣列，和用于在分辨率R2下相對于傳感器陣列移動貨幣的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求24-27中任一權(quán)利要求所述的貨幣檢驗器，其用于確定貨幣的面額和/或驗證貨幣的有效性。
29.根據(jù)權(quán)利要求24-28中任一權(quán)利要求所述的貨幣檢驗器，其用于檢驗硬幣。
30.根據(jù)權(quán)利要求24-29中任一權(quán)利要求所述的貨幣檢驗器，其用于檢驗文件、紙幣或其他有價券。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的貨幣檢驗器，其中文件可在相對于傳送路徑的邊緣具有傾斜和偏移的情況下沿傳送路徑輸送。
32.根據(jù)權(quán)利要求24-31中任一權(quán)利要求所述的貨幣檢驗器，其可以處理多個具有不同大小的貨幣。
全文摘要
一種檢驗文件的方法，包括在分辨率R下從該文件導出多個測量值，并處理測量值以導出在不同分辨率下的值。
文檔編號G07D7/00GK1662936SQ03814768
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者F·阿諾爾, G·保達特 申請人:馬爾斯公司