Способ и система для бесконтактного счета подложек, уложенных в стопку, особенно пачек банкнот
Изобретение относится к бесконтактному счету плоских предметов, в частности банкнот. Технический результат заключается в повышении точности счета за счет использования анизотропной диффузии, обеспечивающей сохранение линейных структур в обрабатываемом изображении. Получают изображение-образец части стороны стопки подложек, содержащее информацию о контрасте, представляющую края подложек, которые проходят вдоль в основном первого направления в изображении-образце. Обработка изображения включает в себя применение к по меньшей мере одной целевой области (20) в изображении-образце (10) анизотропной диффузии для получения обработанного изображения, содержащего в основном согласованный набор непрерывных линий, представляющих края подложек; осуществляют счет количества краев подложек в указанном обработанном изображении. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение в общем относится к способу и системе для бесконтактного счета подложек, уложенных в стопку, особенно пачек банкнот.
Предпосылки создания изобретения
Способы и системы для механического счета подложек, уложенных в стопку, с использованием, например, так называемых вращающихся счетных дисков (или подобных механических систем) уже известно в уровне техники, например, из европейской патентной заявки № EP 0 737 936 А1 на имя настоящего заявителя.
Так называемые "бесконтактные" способы и системы счета также были разработаны в попытке избежать использования механических счетных устройств, таких как вышеупомянутые вращающиеся счетные диски. Подобные способы и системы уже известны в уровне техники, например, из международных заявок № WO 2004/097732 А1 и WO 2006/016234 А1, обе выданные на заявителя настоящей заявки. Другие способы и системы также известны из международных заявок № WO 96/22553 А1 и WO 2004/059585 А1.
Стало очевидно, что вышеуказанные способы и системы бесконтактного счета недостаточно точные и надежные и что остается потребность в улучшенной методике бесконтактного счета и в подходящей системе для его реализации.
Краткое изложение сущности изобретения
Общая цель изобретения заключается в предоставлении улучшенных способа и системы для эффективного и точного счета подложек, уложенных в стопку, особенно пачек банкнот, используя бесконтактный подход.
Данных целей достигают благодаря способу и системе, определенных в формуле изобретения.
Краткое описание графических материалов
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны по прочтении следующего подробного описания вариантов осуществления изобретения, которые представлены лишь в виде неограничивающих примеров и изображены на прилагаемых графических материалах, на которых:
На фигуре 1 изображено черно-белое фотографическое изображение пачки банкнот, содержащей множество (как правило, сто) банкнот, уложенных в стопку друг на друга;
На фигуре 2 изображено примерное изображение изображения-образца части стороны стопки банкнот;
На фигуре 3 изображено бинаризированное обработанное изображение части стороны стопки банкнот, полученное в результате обработки изображения-образца согласно изобретению; и
На фигуре 4 изображена блок-схема, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Машины и системы для обработки листов или последовательных частей рулона бумаги в индивидуальные банкноты и/или пачки банкнот (такие, как описаны, например, в международных заявках № WO 2008/010125 А2 и WO 2009/130638 А1) и системы обработки отдельных банкнот для обработки индивидуальных банкнот широко используются в сфере изготовления и/или обработки банкнот. Помимо обычных функций резки, укладывания в пачки и/или сортировки, присущих подобным системам, которые являются современной отработанной технологией, проверка качества, основанная на обработке изображений, стала все более привлекательной для данного типа машин и систем. По мере создания все большего количества технологий печати и новых признаков защиты необходимо предпринимать меры качества по всей цепочке производства и обработки банкнот для того, чтобы обеспечить и гарантировать общее качество конечного продукта. Это включает меры, направленные на обеспечение производства надлежащего и желаемого числа индивидуальных документов, например банкнот, на выходе цепочки производства, при этом данные меры, как правило, включают счет стопок документов.
Механические вращающиеся счетные диски, относящиеся к типу, упомянутому во вступлении, известны в уровне техники, но требуют определенного времени для полной обработки заданной стопки документов. Например, стопка, состоящая из одной тысячи банкнот, как правило, требует приблизительно десять секунд на полную обработку механическим счетным диском. В данном контексте пачка из тысячи уложенных в стопку банкнот, как правило, образована десятью пачками по сотне банкнот, уложенных одна поверх другой. В контексте данного применения скорость неверного счета должна быть минимизирована и предпочтительно должна составлять менее 1 страницы в минуту.
Механические вращающиеся счетные диски (и подобные механические счетные системы) подвержены ошибкам счета, при этом данные ошибки в большинстве случаев вызваны недостаточным и неудачным разделением различных банкнот в стопке, например, две банкноты обрабатываются в качестве одной, что приводит к ошибке в счете.
Подход согласно настоящему изобретению выгодно использует тот факт, что каждая банкнота в пачке (или чаще каждая плоская подложка в стопке) может быть визуально отделена. На фигуре 1, которая представляет собой фотографическое изображение пачки 01 банкнот, содержащей сто банкнот (которые окружены фиксирующей лентой 02 в данном примере), изображен тот факт, что разница контрастов между уложенными в стопку банкнотами может быть обнаружена в большинстве случаев человеческим глазом путем рассмотрения стороны 01А пачки банкнот. К сожалению, на подобную разницу контрастов может воздействовать тот факт, что две соседние банкноты могут касаться друг друга, или другие факторы, такие как отбрасывание теней банкнотами или сокрытие соседних банкнот, или присутствие бумажных волокон на обрезанном крае банкнот, что может быть вызвано ненадлежащей резкой или неисправным режущим лезвием. Как видно на фигуре 1, признаки, напечатанные на банкнотах (или другие признаки, такие как защитные нити), также могут влиять на внешний вид стороны 01А пачки 01 банкнот.
Настоящая методика, в частности, предназначена для обеспечения надежной операции бесконтактного счета при наличии волокон и других факторов, ухудшающих контраст, таких как защитные нити, печатные краски и т.п.
В целом, обработку банкнот согласно изобретению выполняют следующим образом, при этом данная обработка изображена на блок-схеме на фигуре 4.
На первом этапе по меньшей мере одно изображение-образец 10 части стороны 01А стопки банкнот 01 получают (см. фигуру 2) посредством подходящей системы оптических датчиков, предпочтительно камерой с КМОП-матрицей или камеры с однострочной разверткой. Хотя на фигуре 2 изображено черно-белое изображение наглядного изображения-образца 10, изображение-образец может быть получено (и обработано) в любом подходящем цветовом пространстве.
Подходящую систему освещения, такую как LED-освещение, предпочтительно используют для надлежащего освещения стороны 01А стопки банкнот 01, изображение-образец которой необходимо получить, особенно с целью минимизации недостатков, таких как тени, которые могут быть вызваны банкнотами и которые могут скрывать или влиять на видимость краев соседних банкнот в стопке.
Предпочтительный способ получения изображения-образца в контексте типичной листообрабатывающей системы для производства ценных бумаг, таких как банкноты, описан в европейской патентной заявке №09167085.1 на имя заявителя (в данный момент опубликована как ЕР 2282286 А1), поданной 3 августа 2009 г., и в соответствующей международной заявке № PCT/IB2010/053496 (опубликованной как WO 2011/015982 А1) под названием "METHOD AND SYSTEM FOR PROCESSING STACKS OF SHEETS INTO BUNDLES OF SECURITIES, IN PARTICULAR BANKNOTE BUNDLES", содержание которых полностью включено в данный документ посредством ссылки.
Согласно ЕР 2282286 А1 и WO 2011/015982 А1 по меньшей мере одно изображение-образец, по меньшей мере, части продольной стороны ленты пачек (т.е. лент пачек, соединенных друг с другом, которые, как правило, изготавливают в ходе резки стопок листов ценных бумаг) получают в ходе смещения ленты пачек вдоль направления смещения, которое параллельно продольной стороне ленты пачек. Предпочтительно, получают множество изображений-образцов различных частей продольной стороны ленты пачек, как схематически изображено на фигуре 8 в ЕР 2282286 А1 и WO 2011/015982 А1.
В качестве альтернативы, изображения-образцы могут быть получены в период, непосредственно следующий за операцией резки, как обсуждалось в WO 2006/016234 А1.
Затем выбирают желаемое окно или целевую область 20 в пределах изображения-образца 10 (например, окно размером 800×600 пикселей, см. прямоугольную часть на фигуре 2, которой была присвоена ссылочная позиция 20, однако данный размер изображения является иллюстративным и никоим образом не ограничивающим). Данная целевая область 20 выбрана для того, чтобы сфокусироваться на области в пределах изображения-образца 10, которая содержит информацию о контрасте, характерную для последовательности уложенных в стопку банкнот и их краев.
Данные изображения выбранной целевой области 20 затем обрабатывают с использованием техники анизотропной диффузии. Данная техника обработки изображения известна per se в уровне техники, как правило, для применений с целью восстановления изображений и предпочтительно основана на уравнении Перрона-Малика, которое также иногда называют "диффузией Перрона-Малика" (см. работу "Scale-Space and Edge Detection Using Anisotropic Diffusion '", Pietro Perona and Jitendra Malik, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.12, No. 7, July 1990, pp.629 to 639 - далее обозначенную как [Perona1990]). Преимущество техники анизотропной диффузии заключается в сохранении линейных структур, содержащихся в обрабатываемом изображении, и одновременном выполнении сглаживания вдоль данных линейных структур для эффективного удаления помех вдоль данных линейных структур.
Авторы изобретения определили, что анизотропная диффузия очень хорошо подходит для применения, к которому относится настоящее изобретение, а именно для обработки изображений-образцов, содержащих информацию о контрасте, характерную для краев подложек, при этом данная информация о контрасте состоит по существу из линейных структур (см. фигуру 2), которые будут сохранены в обработанном изображении. Таким образом, анизотропная диффузия обеспечивает сохранение необходимой информации о краях подложек и одновременно улучшает содержимое изображения с целью надежного распознавания и счета краев подложек, присутствующих на обработанном изображении.
Преимущественно, технику анизотропной диффузии применяют в частотной области, используя подход, основанный на вейвлетах, для удаления помех из выбранной целевой области без уничтожения или размытия контрастных краев в выбранной целевой области. В данном контексте реализация локально адаптированных фильтров анизотропной диффузии основана на так называемом адаптивном вейвлет-преобразовании. Действительно, как было упомянуто в [Perona1990], анизотропная диффузия представляет собой технику обработки. которая следует подходу, использующему несколько масштабов (или технике [использования] делений шкалы), которая может быть реализована удобным и эффективным образом с помощью так называемых вейвлет-преобразований (или просто "вейвлетов").
Уравнение Перрона-Малика по существу представляет собой пример так называемых дифференциальных уравнений в частных производных (или "PDE"). Поскольку PDE являются уравнениями, основанными на вычислениях с переменными параметрами, соответствующее преобразование (с ограничениями) может являться в целом вейвлет-преобразованием, так как оно описывает поведение системы или сигнала в области пространства состояний. Края являются наиболее обычными и значительными визуальными признаками в изображениях. Следовательно, одна из фундаментальных проблем в обработке изображений заключается в надлежащем определении и извлечении краев из изображений (в данной связи см. работу "Theory of Edge Detection", David Marr and Ellen Hildreth, Proceedings of Royal Society of London, В 207, 1980 pp.187 to 217 - далее обозначенную как [Man-1980]). [Man-1980] определяет теорию перехода через нуль, основанную на фильтрах для вычислений лапласиана над гауссианом, которые являются ничем иным, как вейвлетами (см. также работу ''Image Processing and Analysis: Variational, PDE, Wavelet, and Stochastic Methods", Tony F. Chan and Jianhong (Jackie) Shen, Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), Philadelphia, PA, 2005, pp.73 to 89, Section 2.6 "Wavelets and Multiresolution Analysis" / ISBN 0-89871-589-X).
Учитывая, что края банкнот в целевой области имеют в основном определенную ориентацию (а именно вертикальную на фигуре 2), техника анизотропной диффузии приспособлена для эффективной фильтрации банкнот вдоль направления бумаги, не уничтожая контрастные края между банкнотами. В результате данной адаптированной анизотропной диффузии в основном согласованный набор непрерывных линий, представляющих края банкнот (при этом данные линии проходят в основном вертикально в настоящем примере), образован в обработанном изображении.
Счет краев банкнот может быть выполнен на основании обработанного таким образом изображения. Тем не менее, соседние линии в обработанном изображении могут "соединяться" или "касаться" друг друга, образуя "Y"-образные из "Х"-образных соединений между соседними линиями, что может привести к ошибкам в счете. Предпочтительно, данные "соединяющиеся" или "касающиеся" области удаляют путем (i) отслеживания каждой индивидуальной линии в обработанном изображении (вдоль вертикального направления в данном примере), (ii) обнаружения соответствующих частей изображения, где встречаются две соседние линии (или больше), и (iii) отделения соответствующих частей линий друг от друга.
Преимущественно, число "соединяющихся" областей, обнаруженных в обработанном изображении, отслеживают для предоставления измерения и оценки качества резки банкнот. Действительно, ожидается, что ухудшающееся качество резки (вызванное, например, неисправным или изношенным режущим лезвием) будет передаваться на большее количество "соединяющихся'' областей между соседними линиями. Подобные "соединяющиеся" области, например, будут появляться из-за присутствия бумажных волокон, разрезанных ненадлежащим образом, проходящих, по меньшей мере частично, от одной банкноты к другой в стопке, т.е. подобные волокна будут видны в основном как сегменты горизонтальных линий (в данном примере), которые будут эффективно "перекрывать" зазор между соседними краями банкнот.
Данная обработка приводит к образованию в обработанном изображении полностью согласованного набора раздельных и непрерывных линий, представляющих края банкнот, при этом данные линии полностью отделены друг от друга и не содержат какие-либо "соединяющиеся" области. На фигуре 3 изображено бинаризированное черно-белое изображение краев банкнот, полученное в результате вышеизложенной обработки (лишь часть соответствующей целевой области изображена на фигуре 3), где можно увидеть набор раздельных и непрерывных линий, представляющих края банкнот.
В действительности, вышеизложенная обработка приводит к моделизации краев банкнот в соответствующей целевой области.
Как будет очевидно при рассмотрении изображения на фигуре 3, каждая "вертикальная" линия в бинаризированном изображении представляет край соответствующей банкноты, который может быть легко идентифицирован и учтен путем рассмотрения переходов от черного к белому и от белого к черному в бинаризированном изображении вдоль горизонтальной оси на фигуре 3.
Используя вышеприведенную методику, возможно эффективно посчитать количество банкнот в любой заданной стопке и проверить соответствие итогового счета ожидаемому и желаемому количеству банкнот в стопке. Например, это применимо к проверке того, чтобы каждая пачка банкнот должным образом содержала сотню банкнот (как обычно) и не более или не менее.
Испытания, проведенные заявителем, продемонстрировали, что методика является стабильной и приводит к надежному счету и результатам измерения количества, и может подходящим образом быть реализована в режиме реального времени, особенно в контексте производства и/или обработки банкнот.
Практическая реализация вышеуказанной методики в счетной системе будет требовать подходящего оптического датчика для получения изображения-образца (такого, как, например, камера с цветной КМОП-матрицей) и по меньшей мере одного блока обработки, запрограммированного на выполнение вышеуказанной обработки изображения, такого как подходящим образом запрограммированная стандартная двухъядерная компьютерная система.
Время обработки, составляющее лишь 200-300 мс (в зависимости от размера изображения), было достигнуто для счета количества банкнот в пачке, состоящей из ста банкнот, что является показателем, который в 3-5 раз быстрее, чем при использовании обычных вращающихся счетных дисков.
Различные модификации и/или улучшения могут быть внесены в вышеописанные варианты осуществления, не выходя за пределы объема данного изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
Например, как уже было упомянуто, обработка может быть выполнена в любом желаемом цветовом диапазоне, т.е. на основании черно-белых или цветных изображений.
Кроме этого, вышеописанная методика может быть применена для более чем одной части стороны заданной стопки документов, например, с целью увеличения надежности счета.
Наконец, хотя изобретение было описано в отношении обработки пачек банкнот, изобретение применимо к любой другой области, где необходимо распознать количество подложек в стопке, состоящей из в основном плоских подложек (например, для счета печатных листов, карт и т.п.), и где по меньшей мере одна часть стороны стопки подложек доступна для получения ее изображения-образца.
Как было указано выше, изобретение, в частности, может быть применимо и реализовано в качестве счетной системы для системы или машины обработки банкнот. В частности, предполагается применение данного изобретения в контексте, описанном в ЕР 2282286 А1 и WO 2011/015982 A1, или, в качестве альтернативы, в WO 2006/016234 A1.
1. Способ бесконтактного счета плоских подложек, которые уложены в форме стопок, при этом указанный способ включает следующие этапы:
- получение по меньшей мере одного изображения-образца (10) части стороны (01 А) стопки подложек (01), при этом данное изображение-образец (10) содержит информацию о контрасте, представляющую края подложек, которые проходят вдоль в основном первого направления в изображении-образце (10);
- обработку информации о контрасте, представляющую края подложек в изображении-образце (10),
при этом данная обработка включает в себя применение к по меньшей мере одной целевой области (20) в изображении-образце (10) анизотропной диффузии для получения обработанного изображения, содержащего в основном согласованный набор непрерывных линий, представляющих края подложек; и
- счет количества краев подложек в указанном обработанном изображении.
2. Способ по п. 1, где указанная анизотропная диффузия основана на уравнении Перрона-Малика.
3. Способ по п. 1, где указанная анизотропная диффузия основана на вейвлет-преобразовании.
4. Способ по п. 3, где указанное вейвлет-преобразование является адаптивным вейвлет-преобразованием.
5. Способ по любому из пп. 1-4, где указанную анизотропную диффузию адаптируют для фильтрации и сохранения краев подложек вдоль указанного первого направления без уничтожения контраста между указанными краями подложек.
6. Способ по любому из пп. 1-4, где указанная обработка информации о контрасте, представляющей края подложек, также включает обработку указанного в основном согласованного набора непрерывных линий, представляющих края подложек, для удаления соединяющихся областей между соседними линиями и разделение линий в полностью отчетливый набор раздельных и непрерывных линий, представляющих края подложек.
7. Способ по п. 6, также содержащий этап измерения количества соединяющихся областей между линиями и оценивания качества резки на основании измеренного количества соединяющихся областей.
8. Способ по любому из пп. 1-4, где указанное обработанное изображение бинаризируют перед счетом количества краев подложек, содержащихся в нем.
9. Способ по любому из пп. 1-4, где указанные подложки являются банкнотами.
10. Способ по п. 9, где указанные стопки подложек являются пачками банкнот, содержащими определенное количество банкнот.
11. Способ по п. 10, где пачки банкнот содержат сто банкнот.
12. Способ по пп. 1-4, реализованный в режиме реального времени.
13. Способ по п. 12, реализованный в контексте производства и/или обработки банкнот.
14. Счетная система для реализации способа по п. 1, где указанная система содержит оптический датчик для получения указанного изображения-образца и по меньшей мере один блок обработки, запрограммированный на выполнение указанной обработки информации о контрасте, представляющей края подложек.
15. Машина обработки банкнот, содержащая счетную систему, как определено в п. 14.
16. Машина обработки банкнот, как определено в п. 15, где стопка подложек (01) состоит из ленты пачек и где изображение-образец (10) получено вдоль продольной стороны ленты пачки, тогда как лента пачек смещена вдоль направления смещения, которое является параллельным продольной стороне ленты пачки.
17. Использование анизотропной диффузии для обработки по меньшей мере одной целевой области (20) в изображении-образце (10) части стороны (01А) стопки подложек (01), которые необходимо посчитать,
при этом данное изображение-образец содержит информацию о контрасте, представляющую края подложек, которые необходимо распознать и посчитать и которые проходят вдоль в основном первого направления в изображении-образце (10),
при этом указанную анизотропную диффузию адаптируют для фильтрации и сохранения краев подложек вдоль указанного первого направления без уничтожения контраста между указанными краями подложек.
