專利名稱：用于凸起材料檢測(cè)的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)文檔表面上凸起材料區(qū)域的方法。還公開(kāi)了用于 執(zhí)行該方法的合適裝置。
背景技術(shù)：
在許多不同的應(yīng)用中，都提供了包含凸起材料區(qū)域的文檔。 一般 來(lái)說(shuō)，這或者是故意添加到文檔表面的材料，或者是作為第三方某種 行為的結(jié)果。常常期望能夠檢測(cè)這種材料，這種材料是故意地還是偶 然地是加到文檔上的還是形成文檔的一部分。這種過(guò)程很重要的一種 特定應(yīng)用是在文檔安全領(lǐng)域。
一種這種類型的凸起材料是應(yīng)用到例如鈔票的文檔的膠帶。期望 能夠自動(dòng)檢測(cè)這種膠帶的存在，因?yàn)檫@可能指示對(duì)文檔的損害，因而 文檔(例如鈔票)可以從流通中除去。膠帶還可以出現(xiàn)在例如"復(fù)合
票據(jù)"的假鈔中。 一種這樣的檢測(cè)膠帶的方法在US4525630中提供， 其中光電探測(cè)器測(cè)量從文檔區(qū)域鏡面反射和漫反射的光的水平，由于 與鈔票本身相比有不同的反射屬性，因此這種比較使得膠帶能夠被檢 測(cè)到。
但是，需要改進(jìn)對(duì)這種凸起材料的檢測(cè)，不僅是關(guān)于可以檢測(cè)的 材料類型，還由于對(duì)文檔安全后部(breech)感興趣的偽造者和其他 人越來(lái)越老練了。因此，期望提高檢測(cè)文檔上凸起材料的能力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面，我們提供了檢測(cè)文檔表面上凸起材料區(qū) 域的方法，該方法包括以下步驟用至少一個(gè)成角度的輻射束照射文 檔表面，使得文檔表面上的任何凸起材料反射該輻射，利用至少一個(gè)
7輻射檢測(cè)器成像包含凸起材料的表面，并處理圖像以便檢測(cè)文檔表面 上凸起材料的存在，其中照射步驟使得從凸起材料的至少 一個(gè)邊緣生 成反射和/或陰影，而且其中處理步驟利用來(lái)自至少一個(gè)邊緣的所述反 射和/或陰影檢測(cè)材料的位置。
我們已經(jīng)明白，凸起材料的存在可以通過(guò)使用成角度地入射到文 檔表面上的輻射并與檢測(cè)以這種方式被照射的文檔圖像和后續(xù)的圖像 數(shù)據(jù)處理一起以非常有效而準(zhǔn)確的方式成功地檢測(cè)到。
基本上，處理圖像來(lái)檢測(cè)凸起材料的存在，即出現(xiàn)。 一般來(lái)說(shuō)， 不僅可以檢測(cè)到材料的存在，還可以通過(guò)合適的處理檢測(cè)到位置。
盡管一般來(lái)說(shuō)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了對(duì)相對(duì)薄的柔性文檔(例如片材)的 特定使用，但可以用于本發(fā)明的文檔類型包括基本上非柔性的文檔， 例如盒子或其它容器。文檔表面優(yōu)選地基本是平面的，至少在照射和 成像步驟中是這樣(在易彎曲文檔的情況下)，因?yàn)檫@提供了一次成 像相對(duì)大的文檔區(qū)域。在許多情況下，照射造成來(lái)自材料至少一個(gè)邊 緣的反射，因此在這種情況下的處理步驟優(yōu)選地適于利用所識(shí)別的來(lái) 自至少一個(gè)邊緣的反射檢測(cè)材料的位置。照射還可以，或者相反地， 造成來(lái)自至少一個(gè)邊緣的陰影生成，在這種情況下，處理步驟可以通 過(guò)識(shí)別陰影的位置來(lái)檢測(cè)材料的位置。以上這兩種方法的組合是優(yōu)選 的。因此，凸起材料可以包括在文檔制造以后添加到文檔的材料。該 凸起材料可以包括由除文檔制造者或建造者之外的第三方粘到文檔表 面的材料。
總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)定義文檔表面的平面的法線與照射源之間使用大角
度(因此，接近90°)時(shí)，本發(fā)明是最有效的，因?yàn)檫@實(shí)現(xiàn)了凸起材 料與周圍文檔表面之間的良好對(duì)比。優(yōu)選地，這種角度是70?；蚋?， 或者更優(yōu)選地是80°或更大。
該方法還優(yōu)選地利用至少在與文檔表面的法線基本平行的方向 具有準(zhǔn)直度的輻射源執(zhí)行。在與文檔表面的平面基本平行的平面上的 準(zhǔn)直也可以提供改進(jìn)的凸起材料檢測(cè)。
盡管可以使用單個(gè)局部的輻射源，由此有效地充當(dāng)局部源或者甚至是點(diǎn)源，但優(yōu)選地提供在一個(gè)或多個(gè)方向延伸的多個(gè)輻射束。這些 可以由多個(gè)作為單獨(dú)輻射源的輻射發(fā)射器提供或者這些輻射發(fā)射器可 以一起充當(dāng)一般公共的在一個(gè)或多個(gè)方向延伸的延伸源。因此，輻射 束可以從基本上沿文檔表面 一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的線放置的輻射源提供。
可選地，輻射束可以從以分布方式圍繞文檔表面放置的輻射源提 供。但是，在所有情況下，輻射源位于基本上與文檔表面平行的平面 中是優(yōu)選的(且?guī)缀跖c其共面，從而提供大角度)。這確保文檔表面 上任何一個(gè)凸起材料邊界都可以用于識(shí)別凸起材料的位置。
為了接收輻射，可以使用多種不同類型的裝置，這些裝置具有通 過(guò)機(jī)械掃描或優(yōu)選地通過(guò)構(gòu)造成像設(shè)備來(lái)獲得圖像的能力，其中成像 設(shè)備的視場(chǎng)使得可以接收來(lái)自凸起材料和文檔的不同部分的輻射。盡 管每個(gè)檢測(cè)器一般都放置成從關(guān)于所檢查文檔表面的特定部分的平面 的法線定義一個(gè)小角度的路徑接收輻射，但依賴于特定的布置，可以 使用一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器(成像設(shè)備)。
一般來(lái)說(shuō)，這種小角度是關(guān)于
平面法線的10°或更小。這種角度有效地提供文檔的平面圖。還應(yīng)當(dāng)
指出，檢測(cè)器可以可選地，或者附加地，放置成接收(鏡面或者漫射) 反射的輻射或透射的輻射，或者在提供多個(gè)檢測(cè)器的情況下是它們的 組合。對(duì)于透射型檢測(cè)器，檢測(cè)器放置到文檔上與凸起材料相對(duì)的一 側(cè)，使得檢測(cè)器輻射在接收之前透過(guò)文檔。
在一種布置中，可以提供兩個(gè)輻射檢測(cè)器，其中一個(gè)定位成檢測(cè) 從文檔表面鏡面反射的光，另一個(gè)檢測(cè)從文檔表面漫反射的光，這些 檢測(cè)器一起產(chǎn)生可以在特定圖像處理方法中用于執(zhí)行本發(fā)明的相應(yīng)圖 像。此外，在有些情況下，進(jìn)一步隨后地或者同時(shí)地在"明場(chǎng)"方式 下對(duì)文檔成像是優(yōu)選的。在這種情況下，提供輻射源來(lái)沿著定義所檢 查的文檔平面的法線或者與之成小角度地提供照射射束。然后，所獲 得的明場(chǎng)圖像在隨后的處理中使用。
適用于本發(fā)明的多種處理方法包括以下基本步驟
a) 利用邊緣過(guò)濾器對(duì)圖像進(jìn)行過(guò)濾；
b) 識(shí)別過(guò)濾后圖像中的直線候選；) 比較所識(shí)別的候選與要檢測(cè)的凸起材料的模型；及
d) 基于該比較確定材料的位置。
因此，這種邊緣過(guò)濾用于比較圖像與代表期望在感興趣的凸起材 料中遇到的物理特征的模型。該模型可以包括預(yù)定義的模板或"母型"， 該模板或"母型"包含代表干凈或真實(shí)文檔(例如鈔票)的數(shù)據(jù)、包 括代表所期望特征的數(shù)據(jù)，其中所期望的特征例如有線、安全設(shè)備或 可能以別的方式被錯(cuò)誤識(shí)別為不期望凸起材料的其它標(biāo)記。
在使用鏡面反射和漫反射圖像的情況下，處理圖像的步驟可以包
括
a) 通過(guò)比較鏡面反射和漫反射圖像識(shí)別候選區(qū)域；
b) 利用邊緣過(guò)濾器對(duì)鏡面反射和/或漫反射圖像進(jìn)行過(guò)濾；
c) 識(shí)別過(guò)濾后圖像中的直線候選；
d) 比較所識(shí)別的候選與要檢測(cè)的凸起材料的模型；及
e) 基于該比較確定材料的位置。
步驟(c)可以包括排除在預(yù)定義模板中出現(xiàn)的候選。 在使用用于鏡面反射和漫反射的檢測(cè)器的情況下，當(dāng)與周圍材料 比較時(shí)，凸起材料的整個(gè)區(qū)域有可能關(guān)于其鏡面反射和漫反射響應(yīng)有 不同的表現(xiàn)。因此，這種圖像之間的比較可以顯示所討論材料的位置， 包括邊界。
在任何一種情況下，假定合適的照射條件，凸起材料都可以在面 向照射方向的一邊提供亮反射，在背朝照射方向的一邊提供陰影。在 這種情況下，所識(shí)別的候選可以分成代表關(guān)于背景強(qiáng)度增加的正候選 和代表關(guān)于背景強(qiáng)度減小的負(fù)候選。因此，模型適于尋找指示例如存 在帶條的這種邊緣對(duì)。這種方法還優(yōu)選地包括識(shí)別文檔本身的一個(gè)或 多個(gè)邊緣并從候選中除去這些邊緣的步驟。
一般來(lái)說(shuō)，該方法還包括分析候選，以獲得尺寸信息，并在比較 步驟中使用該尺寸信息。因此，模型可以包括呈隔開(kāi)的平行線對(duì)的候 選的排列。依賴于模型，可以識(shí)別直線、不規(guī)則(波浪)線或曲線候 選中的一個(gè)或多個(gè)。模型還可以包括在預(yù)定義間隔范圍中隔開(kāi)和/或具
10有預(yù)定義長(zhǎng)度范圍的這種線的排列。模型還可以包括將線排列成例如
矩形的形狀。模型還可以進(jìn)一步包括圖像中線的銳度(sharpness)的考慮。
還應(yīng)當(dāng)理解，不是所有關(guān)于文檔的大體表面凸起的材料都實(shí)際構(gòu) 成檢測(cè)中感興趣類型的凸起材料，這種凸起例如有可能是由于材料缺 陷造成的，包括表面自身的制造缺陷、皺褶和其它損害。為了區(qū)分這 種缺陷與期望的目標(biāo)凸起材料，該模型優(yōu)選地適于執(zhí)行足夠的測(cè)試與 分析。
凸起材料可以采取多種形式，包括帶、安全設(shè)備(例如全息圖)、 凸起打印(例如凹板印刷)及其它表面裝飾。但是， 一般來(lái)說(shuō)，材料 是在平面文檔表面上突出并提供升高材料大體平臺(tái)區(qū)域的類型，該區(qū) 域關(guān)于文檔表面凸起，且平臺(tái)由圓周邊緣(直的和/或彎曲的)定義。
優(yōu)選地，文檔是諸如安全文檔的有價(jià)值的文檔，這種文檔包括鈔 票、支票、證書(shū)和識(shí)別文檔(包括護(hù)照)。
盡管一般來(lái)說(shuō)優(yōu)選地使用紫外、可見(jiàn)或紅外輻射或者其任意組 合，但本發(fā)明也不限于所使用輻射的類型。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，我們提供了用于檢測(cè)文檔表面上凸起材 料區(qū)域的裝置，該裝置包括至少一個(gè)輻射源，用于以相應(yīng)的成角度 輻射束照射文檔的放置到檢查位置的表面，使得文檔表面上任何凸起 材料都反射輻射，使得從凸起材料的至少一個(gè)邊緣生成反射和/或陰 影；至少一個(gè)輻射檢測(cè)器，用于獲得被照射文檔表面的圖像；以及處 理器，該處理器適于處理從輻射檢測(cè)器接收到的圖像，從而通過(guò)利用 來(lái)自所述至少 一個(gè)邊緣的所述反射和/或陰影識(shí)別材料位置來(lái)識(shí)別文 檔表面上凸起材料的存在。
因此，這種裝置適于執(zhí)行本發(fā)明第一方面的方法。輻射源可以采 取多種形式，這包括燈、激光、發(fā)光二極管等。至少在平行于文檔表 面的平面的方向，可以通過(guò)孔或作為所使用特定設(shè)備(例如，具有固 有準(zhǔn)直)的結(jié)果提供優(yōu)選的準(zhǔn)直。盡管激光可以用于執(zhí)行本發(fā)明，但 關(guān)于其它源，尤其是對(duì)于激光束的使用，有可能必要造成源、文檔和檢測(cè)器之間的相對(duì)移動(dòng)，從而利用輻射束掃描文檔表面并確保在凸起 材料存在的情況下可以,皮檢測(cè)到。
盡管相對(duì)移動(dòng)仍然可以附加地提供，但可以使用擴(kuò)展的或多個(gè) 源，從而避免對(duì)相對(duì)移動(dòng)的需要。在例如兩個(gè)源的情況下，盡管這些 源中的每一個(gè)實(shí)際上都可以例如位于包含凸起材料的表面的上方，但 一個(gè)可以位于文檔上關(guān)于檢查平面的另一側(cè)。也可以提供多個(gè)輻射源， 從而定義沿文檔表面一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的線，雖然這些也可以有效地對(duì) 每條線構(gòu)成單個(gè)公共源。為了提供沿由文檔表面定義的平面的準(zhǔn)直， 在(來(lái)自一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器的)擴(kuò)展源的情況下，提供沿線長(zhǎng)度分布 的多個(gè)孔是優(yōu)選的，從而限制從每個(gè)源或源的每個(gè)部分入射到文檔表 面上(在平行于文檔表面的平面中)的射束的寬度。
在其它情況下，可能期望提供輻射源的環(huán)形排列，這些輻射源可 以關(guān)于定義文檔表面上檢查位置的法線分布。盡管不是必須，但這種 源可以從法線等距離地提供，從而排列成環(huán)或圓。優(yōu)選地，提供作為 多個(gè)源或公共擴(kuò)展環(huán)形源的整圓源，使得輻射束從圍繞該整圓的所有 角度入射到文檔上。 一般來(lái)說(shuō)，在每種情況下，多個(gè)孔可以沿這種擴(kuò) 展源的長(zhǎng)度分布，從而限制文檔平面中的射束角度。
但是，對(duì)于所有輻射源，這些輻射源在與文檔表面基本平行的平 面中(盡管不共面)放置是優(yōu)選的。輻射源可以附加或可選地放置成 分別生成鏡面反射的輻射和漫反射的輻射。如前面所描述的，優(yōu)選地
輻射設(shè)置成使得產(chǎn)生對(duì)于平面法線的至少70°或更大、優(yōu)選地是80° 或更大的射束角度。這提供了 "暗場(chǎng)"照射。如果需要附加的"明場(chǎng)" 照射，則輻射源可以定位成沿著定義所檢查文檔表面的法線或者與之 成一個(gè)小角度(10°或更小)地提供輻射束。
至少 一個(gè)輻射檢測(cè)器也優(yōu)選地放置成從定義關(guān)于平面法線的小 角度(優(yōu)選地是10°或更小)的路徑接收輻射。可以提供多個(gè)輻射檢 測(cè)器，例如用于接收鏡面和漫射地檢測(cè)到的輻射。 一個(gè)或多個(gè)輻射檢 測(cè)器也可以放置成接收透射通過(guò)文檔的輻射。這些可以代替反射性輻 射檢測(cè)器或者附加地使用。同時(shí)，各種輻射源可以用于生成紫外、可
12見(jiàn)或紅外光，當(dāng)位于檢查位置時(shí)，輻射檢測(cè)器用于獲得文檔表面的圖
像，因此這種輻射檢測(cè)器每個(gè)都優(yōu)選地包括照相機(jī)、CCD陣列、線掃 描設(shè)備或其它成像設(shè)備。
在片材處理裝置的情況下，檢查位置一般包括文檔輸送路徑的一 部分，多個(gè)文檔由此路徑順序地被帶到用于凸起材料檢測(cè)的檢查位置。 文檔的后續(xù)處理一般依賴于檢測(cè)過(guò)程的結(jié)果。
該裝置用在鈔票處理裝置中是特別優(yōu)選的，其中鈔票處理裝置包 括至少一個(gè)輸入容器、至少一個(gè)輸出容器和布置成從至少一個(gè)輸入容 器沿輸送路徑將鈔票輸送到至少一個(gè)輸出容器的輸送系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā) 明第二方面的裝置可以放置成沿用于檢測(cè)鈔票表面上凸起材料存在的 輸送路徑。


現(xiàn)在參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的方法與裝置的一些例子，其中
圖1示出了用于帶檢測(cè)的第一個(gè)例子；
圖2示出了用于從兩側(cè)照射的帶檢測(cè)的第二個(gè)例子；
圖3a示出了平滑光亮的表面如何反射輻射；
圖3b示出了粗糙的表面如何造成漫反射；
圖4是從點(diǎn)源照射上方的視圖5示出了拉長(zhǎng)準(zhǔn)直的擴(kuò)展源；
圖6示出了環(huán)形源布置；
圖7示出了利用光導(dǎo)的例子；
圖8示出了用于邊緣檢測(cè)的處理；
圖9示出了皺褶和帶檢測(cè)之間的區(qū)別；
圖IO示出了用于皺褶和帶的邊緣處理；
圖ll是具有說(shuō)明凸起材料可見(jiàn)性的側(cè)照射的圖像；
圖12是顯示除無(wú)光帶之外大皺褶的圖像；
圖13示出了具有小皺褶和無(wú)光帶的另一圖像；及
圖14是透射圖像。
具體實(shí)施例方式
我們現(xiàn)在討論用于文檔(例如，鈔票和憑單)上凸起材料(例如， 帶、箔及甚至是凹板印刷)的光學(xué)檢測(cè)的方法與裝置。所提出的方法 的關(guān)鍵要素是"暗場(chǎng)照射"和后續(xù)的圖像分析。
暗場(chǎng)照射涉及在關(guān)于文檔表面法線相當(dāng)大的角度(一般是70°或 更大)的側(cè)照射。通過(guò)包括以下的效果，這使得凸起材料文檔的三維 結(jié)構(gòu)可見(jiàn)
1. 側(cè)照射利用單側(cè)照射，凸起材料面向照射的邊緣顯得亮， 而背朝照射的邊緣顯得有陰影(暗)；
2. 分布式側(cè)照射利用分布式照射，凸起材料的所有邊緣都將 在圖像中顯得亮；
3. 表面粗糙度的測(cè)量凸起材料和未覆蓋文檔的不同表面特征 (粗糙度)可以產(chǎn)生所反射光的不同角度分布，由此在所觀察到的圖
像中產(chǎn)生強(qiáng)度變化或空間強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)(紋理)的變化。 以上方法可以組合使用這三種效果的一個(gè)或多個(gè)。
基于模型的分析分別涉及圖像強(qiáng)度和邊緣的考慮，及其邊緣過(guò)濾 版本，以便區(qū)分諸如帶的感興趣的目標(biāo)材料與諸如皺褶的其它結(jié)構(gòu)。
盡管透射在有些應(yīng)用中可能是有利的，但在大多數(shù)情況下，期望 該方法產(chǎn)生關(guān)于反射成像的最佳結(jié)果。在這種情況下，照射與照相機(jī) 或傳感器不在文檔的同一側(cè)。
現(xiàn)在更具體地描述一 些例子。
例子1:通過(guò)單側(cè)源的邊緣標(biāo)記(亮的和暗的邊緣對(duì)) 圖1示出了關(guān)于所涉及光學(xué)器件物理操作原理的第一個(gè)例子。在 嘗試檢測(cè)附加到文檔表面的膠帶時(shí)，文檔(在這個(gè)例子中是鈔票)是 由CCD照相機(jī)從頂部觀察的?？蛇x地，照相機(jī)可以由線掃描設(shè)備(照 相機(jī)或接觸式圖像傳感器)代替，且鈔票與讀取線垂直地輸送，使得 線讀取器能夠逐線地觀察文檔不同的后續(xù)條。
14與通過(guò)理想地關(guān)于表面法線近似0°照射文檔而目標(biāo)在于最小化
陰影效果的傳統(tǒng)成像相反，在本發(fā)明中所提供的用于膠帶檢測(cè)的照射
設(shè)置成使得照射與文檔法線之間的角度基本上接近90°,以便最大化 由襯底文檔的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的陰影效果。
在這種配置中，膠帶呈現(xiàn)矩形結(jié)構(gòu)，使得在圖像中面向照射的邊 緣顯得亮，而背朝照射的邊緣顯得暗(有陰影)。甚至對(duì)于幾乎不可 見(jiàn)(無(wú)光澤)的膠帶，這種類型的照射也能清晰地顯示膠帶結(jié)構(gòu)。
例子2:來(lái)自兩個(gè)或多個(gè)側(cè)面的分布式照射(亮邊緣) 在圖2的例子中示出了圖l的可選布置，其中以相同的角度在分 析區(qū)域的兩側(cè)都有定向照射。因此，物體任何一側(cè)的邊緣都將顯得亮。
這是有利的，因?yàn)槊髁恋倪吘壨ǔ８菀妆粰z測(cè)。但是，失去了面向 照射和背朝照射的邊緣之間的區(qū)別。
圍繞分析區(qū)域以相同角度添加更多定向光源，照射將最終變成一個(gè)環(huán)。
例子3:光亮反射使膠帶顯得更暗
不管以上所述照射的選擇(單側(cè)或分布式)， 一個(gè)更重要的效果 是在這種暗場(chǎng)照射中觀察到的。
依賴于其表面結(jié)構(gòu)，任何材料都擁有針對(duì)發(fā)射角的特定的光反射 分布(見(jiàn)圖3a和3b)。通常，平滑的表面將以入射光對(duì)平面法線的 相同角度集中反射("光亮"發(fā)射)，而粗糙或復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面可以在 幾乎任何方向反射光(漫反射)。
因此，當(dāng)在大不同于入射光的角度觀察對(duì)象時(shí)，如果物體的表面 是粗糙的，則物體顯得更亮，而如果物體擁有平滑的表面，則顯得更 暗。在理想的光亮反射的情況下，物體甚至看起來(lái)完全是黑的。通過(guò) 利用暗場(chǎng)照射所測(cè)量的強(qiáng)度與利用平行于表面法線的照射(明場(chǎng))所 測(cè)量的強(qiáng)度之比，這種效果可以用作對(duì)表面粗糙度的測(cè)量。
由于紙張文檔通常擁有非常精細(xì)結(jié)構(gòu)(粗糙)的表面，因此附加到其上的物體(尤其是膠帶)將在大多數(shù)情況下改變相應(yīng)區(qū)域的表面 平滑度，從而導(dǎo)致一個(gè)比未覆蓋的表面顯得更暗的矩形補(bǔ)丁。
利用強(qiáng)度之比，表面顏色的效果可以消除。所得的比率圖像可以 稱為"表面粗糙度圖像"。
如果文檔身份是已知的(例如，特定的鈔票)，則在運(yùn)行時(shí)實(shí)際 上不需要測(cè)量明場(chǎng)圖像，而是可以存儲(chǔ)在模型中，用于和所測(cè)量的暗 場(chǎng)圖像結(jié)合。
通過(guò)進(jìn)一步的解釋，現(xiàn)在描述輻射源的各種布置。
布置1:具有單側(cè)源的邊緣圖像(亮的和暗的邊緣對(duì)) 圖4示出了對(duì)于第一個(gè)例子利用單點(diǎn)源的照射布置的一個(gè)選項(xiàng)。 圖4可以看作是從定位成基本上沿文檔平面法線的照相機(jī)看到的視 圖。如圖所示位于文檔表面上的膠帶可以利用這種布置被識(shí)別。
布置2:具有拉長(zhǎng)源的邊緣圖像(亮的和暗的邊緣對(duì))
可選地，定向源的陣列可以用作在垂直于表面法線的方向拉長(zhǎng)的 源。這也可以用于實(shí)現(xiàn)第一個(gè)例子。該布置在圖5中示出。為了限制 每個(gè)源在文檔平面中橫向產(chǎn)生輻射束角度分布的程度，提供了多個(gè)孑L。
對(duì)于"水平"和"垂直"膠帶的檢測(cè)，關(guān)于矩形文檔的朝向成45° 角地布置照射是最佳的。但是，對(duì)角膠帶將具有平行于照射方向的邊 緣，對(duì)于這種邊緣，將既不顯示陰影也不顯示亮反射(如圖5所示)。
在這里所述每個(gè)例子的情況下，輻射源是在平行于平面法線的方 向準(zhǔn)直的一一即，輻射波可以看作在平行于文檔平面法線的方向中具 有公共分量。
布置3:分布式照射(只有亮邊緣)
如果目的是將凸起材料的所有邊緣都標(biāo)記為亮的，則一種可能的 布置是圖6環(huán)形布置中所示出的，以確保所有邊緣都同等地照射了。 照射可以是垂直于表面法線的漫射，但必須再次沿表面法線的方向(對(duì)于圖2)定向或準(zhǔn)直(對(duì)于點(diǎn)源)。
布置4:產(chǎn)生亮邊緣的分布式照射布置
對(duì)于線照相機(jī)和線讀取接觸式圖像傳感器，在掃描線的每一側(cè)使 用兩個(gè)薄的照射條(光導(dǎo)或LED陣列)可能是優(yōu)選的。這在圖7中說(shuō) 明。對(duì)于維持暗場(chǎng)照射特征，表面法線方向中的點(diǎn)源"準(zhǔn)直"特征同 樣是重要的。
現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)向如何檢測(cè)圖像。
檢測(cè)與處理
圖8示意性地描述了在過(guò)濾后的從圖4的原始照相機(jī)讀取產(chǎn)生的 并在這里稱為邊緣著色的邊緣圖像(見(jiàn)下文)。這適合于關(guān)于例子1 的布置。
此外，下部示出了等效于所處理圖像中單行的一維投影。 根據(jù)這個(gè)例子用于膠帶檢測(cè)的方法主要包括以下步驟
1. 利用邊緣過(guò)濾器對(duì)圖像進(jìn)行過(guò)濾。
2. 進(jìn)行Hough變換或任何其它方法，來(lái)檢測(cè)圖像中的直線候選。
3. 邊緣著色將邊緣分類為正(亮度的強(qiáng)局部增加)和負(fù)(亮 度的強(qiáng)局部減小)候選。這可以通過(guò)考慮圖像的二階導(dǎo)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4. 選擇圖像中的候選邊緣列表。這個(gè)決定將考慮沒(méi)有膠帶的文 檔的邊緣結(jié)構(gòu)(如果事先知道的話)。
5. 根據(jù)膠帶模型對(duì)圖像中邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
用于檢測(cè)的膠帶模型指以下一個(gè)或多個(gè)特征
1) 在大多數(shù)情況下，膠帶顯示接近矩形結(jié)構(gòu)，至少左右側(cè)是幾 乎完全平行的(相對(duì)于膠帶的開(kāi)始和末端)。
2) 膠帶結(jié)構(gòu)的平行邊緣對(duì)必須包括正(亮的)邊緣和對(duì)應(yīng)的負(fù) 邊緣(帶陰影的)。
3) 膠帶的邊緣必須在最小和最大寬度之間的范圍內(nèi)。4) 膠帶是具有特定最小長(zhǎng)度的近似矩形的物體。
5) 膠帶的每個(gè)邊緣一般都是非常銳利的(對(duì)應(yīng)于特定最大寬度 的過(guò)濾圖像中的峰值)。
文檔上的膠帶和文檔襯底的皺褶都會(huì)在圖像中產(chǎn)生邊緣(圖9)， 具有類似強(qiáng)度的陰影效果。
但是，以下特征使得皺褶可以在所處理的圖像中排除出去，不作 為候選
i) 皺褶有小得多的寬度，因此正負(fù)邊緣將非常靠近；
ii) 在所過(guò)濾的邊緣圖像中，皺褶一般是寬度變化的等效線；及
iii) 皺褶一般具有不如膠帶邊緣規(guī)則的結(jié)構(gòu)，即不完全是直的。 圖IO示意性地描述了與圖8類似意義的概念。 除了在分析階段不可能利用邊緣著色來(lái)布置邊緣對(duì)之外，例子2
情況下的檢測(cè)以類似于以上例子1的方式工作。所有其它模型特征仍 然適用。
利用表面粗糙度圖像的檢測(cè)可以根據(jù)例子3使用。在具有這種表 面特征的凸起物體的情況下，暗場(chǎng)照射下平滑(光亮)表面的變暗效 果將在表面粗糙度圖像中畫(huà)出暗的補(bǔ)丁，例如膠帶將顯示為近似矩形 的黑條。
由于膠帶有可能是透明的，因此其下面印刷的文檔模式將仍然可 見(jiàn)。為此，使用紅外照射是優(yōu)選的。圖11顯示如何利用表面粗糙度圖 像利用暗場(chǎng)照射使"光亮"膠帶可見(jiàn)。
更象對(duì)應(yīng)基于邊緣的技術(shù)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)算法將首先識(shí)別凸起對(duì)象 的候選區(qū)域，然后比較這些區(qū)域與模型(例如，包括對(duì)平行邊緣、寬 度和長(zhǎng)度范圍的要求等)。
類似地，將采取措施來(lái)避免由于皺褶、印刷缺陷、污點(diǎn)等導(dǎo)致的 錯(cuò)誤決定結(jié)果。
以上圖11技術(shù)的效果依賴于膠帶的表面粗糙度。在具有粗糙表 面的磁帶的情況下，磁帶的位置更難檢測(cè)，因?yàn)檫@種磁帶在暗場(chǎng)圖像 中不產(chǎn)生顯著的強(qiáng)度減小而且有可能在存在其它表面效果時(shí)和印刷時(shí)過(guò)所觀察圖像的局部強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)(紋理) 的改變來(lái)檢測(cè)。在統(tǒng)計(jì)不改變的情況下，磁帶將可以利用上述基于邊
緣的技術(shù)檢測(cè)。圖12示出了在暗場(chǎng)照射中具有大皺褶的"最壞情況" 的例子?？梢岳斫猓谶@種情況下磁帶的消光意味這邊緣檢測(cè)可能是 需要的。利用具有消光的磁帶和更少皺褶的進(jìn)一步例子在圖13中示 出。
圖14證明可以使用"透射式，，布置，該圖尤其示出了邊緣效果 (圖像的頂部中心)。
權(quán)利要求
1、一種檢測(cè)文檔表面上凸起材料區(qū)域的方法，包括利用至少一個(gè)成角度的輻射束照射文檔表面，使得文檔表面上任何凸起材料反射該輻射；利用至少一個(gè)輻射檢測(cè)器成像包含該凸起材料的表面；及處理該圖像，以便檢測(cè)文檔表面上凸起材料的存在；其中照射使得從凸起材料的至少一個(gè)邊緣產(chǎn)生反射和/或陰影，而且其中處理步驟利用來(lái)自至少一個(gè)邊緣的所述反射和/或陰影檢測(cè)凸起材料的位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中文檔表面至少在照射和成像 步驟中基本是平面的。
3、 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中凸起材料包括 在制造文檔以后添加到文檔的材料。
4、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中凸起材料包括由 除文檔制作者之外的一方粘附到文檔表面的材料。
5、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中表面是由平面法 線定義的，而且其中每個(gè)輻射束都定向成關(guān)于該平面法線成大角度。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中每個(gè)射束關(guān)于平面法線的角 度是80度或者更大。
7、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中每個(gè)輻射束在與 文檔表面法線基本平行的方向是基本準(zhǔn)直的。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括多個(gè)輻射束。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中輻射束是從基本上沿文檔表 面的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的線放置的輻射源提供的。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中輻射束是從圍繞文檔表面分 布放置的輻射源提供的。
11、 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其中輻射源在基 本與文檔表面平行的平面中放置。
12、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中文檔表面是由平面法線定義的，而且其中每個(gè)輻射檢測(cè)器放置成沿關(guān)于該平面法線定義小角度的路徑接收輻射。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該小角度是IO度或者更小。
14、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中至少一個(gè)輻射檢測(cè)器在文檔上與材料相對(duì)的一側(cè)，使得所檢測(cè)的輻射在接收之前透射通過(guò)文檔。
15、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中提供輻射檢測(cè)器并定位成檢測(cè)從文檔表面鏡面反射的光，而且其中處理圖像的步驟包括搜索圖像中具有平行線的框。
16、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中提供了兩個(gè)輻射檢測(cè)器，其中一個(gè)定位成檢測(cè)從文檔表面鏡面反射的光，而另一個(gè)定位成檢測(cè)從文檔表面漫反射的光。
17、 如權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，還包括利用鏡面反射獲得圖像和利用漫反射獲得圖像。
18、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括同時(shí)和/或隨后沿文檔平面的法線或與之成小角度地利用輻射束照射文檔，從而獲得文檔的明場(chǎng)圖像。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中明場(chǎng)圖像在處理步驟中使用。
20、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中處理圖像的步驟還包括利用邊緣過(guò)濾器對(duì)圖像進(jìn)行過(guò)濾；識(shí)別所過(guò)濾圖像中的直線候選；比較所識(shí)別的候選和要檢測(cè)的凸起材料的模型；及基于所述比較確定凸起材料的位置。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中模型包括代表干凈或真實(shí)文檔的數(shù)據(jù)。
22、 如權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，其中處理圖像的步驟還包括通過(guò)比較鏡面反射和漫反射的圖像來(lái)識(shí)別候選區(qū)域；利用邊緣過(guò)濾器過(guò)濾所述鏡面反射圖像和/或漫反射圖像或者其比率或差異；識(shí)別所過(guò)濾圖像中的直線候選； 比較所識(shí)別的候選和要檢測(cè)的凸起材料的模型；及 基于所述比較確定凸起材料的位置。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(c)還包括排除預(yù)定 義模板中出現(xiàn)的候選。
24、 如權(quán)利要求20至23中〗壬何一項(xiàng)所述的方法，還包括在識(shí)別 步驟之后，將所識(shí)別的候選分成代表關(guān)于背景有增大強(qiáng)度的正候選和 代表關(guān)于背景有減小強(qiáng)度的負(fù)候選。
25、 如權(quán)利要求24所述的方法，還包括識(shí)別文檔的一個(gè)或多個(gè) 邊緣并從候選中除去這些邊緣的步驟。
26、 如權(quán)利要求20至25中任何一項(xiàng)所述的方法，還包括分析直 線候選，以便獲得尺寸信息，并在比較步驟中使用該尺寸信息。
27、 如權(quán)利要求26所述的方法，其中模型包括呈隔開(kāi)的平行線 對(duì)的直線候選的布置。
28、 如權(quán)利要求26或權(quán)利要求27所述的方法，其中模型包括在 預(yù)定義間隔范圍之內(nèi)隔開(kāi)的線的布置。
29、 如權(quán)利要求26至28中任何一項(xiàng)所述的方法，其中模型包括 位于預(yù)定義長(zhǎng)度范圍之內(nèi)的線的布置。
30、 如權(quán)利要求26至29中任何一項(xiàng)所述的方法，其中模型包括 形成矩形的線的布置。
31、 如權(quán)利要求20至30中任何一項(xiàng)所述的方法，其中模型包括 線的預(yù)定義銳度。
32、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中模型還適于區(qū)分 文檔表面缺陷和凸起材料。
33、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中該方法適于檢測(cè) 以帶、安全設(shè)備、凸起印刷中一種或多種形式附加到文檔的凸起材料。
34、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中凸起材料在平面 文檔表面之上突起并提供升高材料的大體平臺(tái)區(qū)域，該區(qū)域關(guān)于文檔 表面凸起并由一個(gè)或多個(gè)圓周邊緣定義。
35、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中文檔是安全文檔。
36、 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中輻射是紫外、可見(jiàn)或紅外光。
37、 一種用于檢測(cè)文檔表面上凸起材料區(qū)域的裝置，包括至少一個(gè)輻射源，用于以相應(yīng)的成角度的輻射束照射文檔的放置到檢查位置上的表面，使得該文檔表面上任何凸起材料都可以反射輻射，使得從凸起材料的至少一個(gè)邊緣生成反射和/或陰影；至少一個(gè)輻射檢測(cè)器，用于獲得被照射的文檔表面的圖像；及處理器，適于處理從所述輻射檢測(cè)器接收到的圖像，從而通過(guò)利用來(lái)自所述至少一個(gè)邊緣的所述反射和/或陰影識(shí)別材料的位置來(lái)識(shí)別文檔表面上凸起材料的存在。
38、 如權(quán)利要求37所述的裝置，其中每個(gè)輻射源都布置為生成在基本與文檔表面法線平行的方向上基本準(zhǔn)直的射束。
39、 如權(quán)利要求37或權(quán)利要求38所述的裝置，其中輻射源位于文檔的對(duì)側(cè)。
40、 如權(quán)利要求37至39中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中多個(gè)輻射源基本上沿文檔表面的 一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的線放置。
41、 如權(quán)利要求38或權(quán)利要求39所述的裝置，其中多個(gè)輻射源一起包括公共的拉長(zhǎng)源，該源具有沿其長(zhǎng)度分布的多個(gè)孔。
42、 如權(quán)利要求38或權(quán)利要求39所述的裝置，其中提供了環(huán)繞文檔的多個(gè)輻射源。
43、 如權(quán)利要求42所述的裝置，其中該源包括公共的環(huán)繞源，該源具有沿其長(zhǎng)度分布的多個(gè)孔。
44、 如權(quán)利要求37至43中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中輻射源在基本與文檔表面平行的平面中放置。
45、 如權(quán)利要求37至44中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中文檔表面是由平面法線定義的，而且其中至少一個(gè)輻射源布置成生成關(guān)于該平面法線定義大角度的輻射束。
46、 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中輻射源布置成使射束關(guān)于平面法線的角度是80度或者更大。
47、 如權(quán)利要求37至46中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中文檔表面是由平面法線定義的，而且其中至少一個(gè)輻射檢測(cè)器放置成沿關(guān)于平面法線定義小角度的路徑接收輻射。
48、 如權(quán)利要求47所述的裝置，其中該小角度是10度或者更小。
49、 如權(quán)利要求37至48中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中輻射檢測(cè)器放置成接收鏡面反射的輻射，而且其中第二輻射檢測(cè)器放置成接收漫反射的輻射。
50、 如權(quán)利要求37至48中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中至少一個(gè)檢測(cè)器放置到文檔上與材料相對(duì)的一側(cè)，使得所檢測(cè)的輻射在接收之前透射通過(guò)文檔。
51、 如權(quán)利要求37至50中任何一項(xiàng)所述的裝置，還包括用于放置成通過(guò)利用沿文檔平面法線或與之成小角度的輻射束照射文檔以產(chǎn)生明場(chǎng)圖像的輻射源。
52、 如權(quán)利要求37至51中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中每個(gè)輻射源是紫外、可見(jiàn)或紅外光源。
53、 如權(quán)利要求37至52中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中輻射檢測(cè)器選自包括照相機(jī)、CCD陣列或線掃描設(shè)備的組。
54、 如權(quán)利要求37至53中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中檢查位置包括文檔輸送路徑的一部分。
55、 一種鈔票處理裝置，包括至少一個(gè)輸入容器；至少一個(gè)輸出容器；布置成從輸入容器沿輸送路徑將鈔票輸送到輸出容器的輸送系統(tǒng)；及如權(quán)利要求37至53中任何一項(xiàng)所述的沿輸送路徑放置成檢測(cè)鈔票表面上凸起材料的存在的裝置。
全文摘要
提供了一種檢測(cè)文檔表面上凸起材料區(qū)域的方法。用至少一個(gè)成角度的輻射束照射文檔的表面，使得文檔表面上的任何凸起材料反射該輻射。利用至少一個(gè)輻射檢測(cè)器對(duì)包含凸起材料的表面成像。然后，處理該圖像，以檢測(cè)文檔表面上凸起材料的存在。照射步驟使得從凸起材料的至少一個(gè)邊緣生成反射和/或陰影。處理步驟利用來(lái)自所述至少一個(gè)邊緣的所述反射和/或陰影檢測(cè)凸起材料的位置。
文檔編號(hào)G07D7/12GK101501734SQ200780030000
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者A·格雷, C·吉爾麥迪, H·克洛克 申請(qǐng)人:德拉魯國(guó)際公司