CN1950857A - 使用目测和反射光谱响应的改进的验钞机 - Google Patents

Abstract

本发明开发了一种辅以使用多个反映证券的反射和荧光性质的光电传感器自动鉴别的可见光鉴别钞票真实性检测系统。检测传感策略利用在紫外可见光以及可选择的近红外光照射下感测的宽光波段的积分响应。在静止条件下检查证券文件。因此，可以根据对各种不同名称、种类和原产国的文件的光电探测器响应，实现窗口信号。通过给予被检查的货币一个独特的代码，可以实现用于检查证券真实性的可编程技术。

Description

使用目测和反射光谱响应的改进的验钞机

技术领域

本发明涉及通过测量入射能量在三个及三个以上光波段的反射分量对证券的真实性进行自动化检测的改进的系统的开发该系统包括使用紫外可见光以及可选择的近红外光源，光电探测器和关联的传感电路。本发明涉及使用光电探测器从证券接收的反射能量产生的光电信号去检验证券在紫外可见光以及可选择的近红外光照射下的真假。该过程包括由适当定位的光电探测器，用至少三个光波段测量反射能量作为证券的光电信号，以及将伪造文件中从真实文件区分出来，供最后发光二极管指示器显示和音频-视频报警的电信号处理，从而进行了伪造证券的检测。

背景技术

所有现有技术叙述了用于钞票检测的系统，并声明这些系统也可以应用于其他证券。因此，以下关于现有技术的分析中，用了钞票这个词，而没有用更广义的证券。

现有的验钞机可以分为两类，也就是观察类和自动类。所有观察类验钞机依赖主观视觉作真实性评定。为数不多的观察器在可见光下显示微特征的放大图像。在一些观察器中，紫外光照亮钞票，显示荧光安全特征，如纤维，紫外荧光印刷图案等。大部分自动检测系统也是点钞机。一些自动系统的检验是基于对来自钞票的一窄条的发荧光/反射的紫外辐射的紫外测量；通过移动钞票穿过检测器并测量一次来自小面积的能量，例如，通过扫描和取样技术，来收集数据。测得的能量被转换为电信号。从真钞票获取的数据被设定为参考数据。任何测量信号偏离该参考值表示是假币。少数自动检测器测量来自紫外荧光安全特征的反射/荧光紫外光。一些货币检测器基于扫描部分印刷图案并寻找印刷材料小圆点的不一致位置。随着技术的进步，伪造技术也在迅速进步。

早期，假钞票用彩色扫描，接着进行高分辨印刷(或者彩色影印)来生产，或通过在非安全纸张上进行粗糙印刷生产。

今天的纸币内含有若干个安全特征，如凹版印刷，光学变色油墨特征，以及包括荧光纤维的紫外荧光特征。聪明的伪造者现在正设法复制包括纸张荧光特性的这些特征。现在的假钞和真钞分界线微乎其微。进行真实性的评定，至少两种检测方式是必要的。在钞票中使用的可见和紫外荧光安全特征是因国家而异的，且与钞票的面额有关。依赖视觉评定或依赖基于扫描来自窄区域的反射或透射光的快速光电检测“即时”技术的钞票真实性判断很可能产生错误的结论。

还没有适当的设备能使用从钞票的大面积接收的反射及透射能量，在钞票的静态条件下，用至少三个不同波段对被用于各国的不同面额的货币或处于各种物理状态下被检查的纸币的反射和透射分量进行测量。

现有技术的分析

下列基本原理用于检验钞票的真实性：

i视觉上观察钞票的印刷的或埋入式的紫外荧光特征

ii通过磁传感器读数磁记录码

iii通过研究错位评定印刷质量

iv通过测量反射/透射的紫外光的量评定货币纸张质量

v通过测量发荧光的紫外光的量评定货币纸张质量

vi评定电子记录的图像

vii用于区别和鉴别的多功能设备

所有上面引用的现有技术都依赖上述原理之一不同点在于-数据收集技术和数据收集的钞票面积。现有技术的缺点论述如下。

用于钞票的纸张用棉纤维作基材，显示极小的紫外荧光性质。其他类型的纸张将入射的紫外辐射转换为可见光。当荧光份额越高、反射的量越少时，反射和发荧光的紫外光的量会互补，反之亦然。所以测量一个或另一个提供了相似的信息。透射也依赖荧光，因为大的荧光会降低透射分量。因此，上面(iii)和(iv)提到的原理在性质上与数据解释上有些相似。所有已有的应用原理(ii)和(iii)的现有技术在被测变量及扫描技术和数据获取区域上有差别。这些现有技术有着共同的局限性。所有现有技术的缺点论述如下，设备根据其工作原理进行分类。

视觉上观察印刷的或埋入式紫外荧光特征

专利US5942759和US2001054644所列举的现有技术属于这个范畴。这些基本上是观察器，其中操作者将钞票暴露给紫外辐射并寻找有没有印刷的或埋入的紫外荧光特征如序列号，花样或其他图案，线和纤维等。这些设备依赖人眼的二维成像能力和大脑的数据处理能力。缺点是：

判断是主观的，并且需要除了物理状态之外，在所有方面都与检验中的钞票一样的真钞票的的已有知识。

将不同国家的不同面额的钞票的标准样品作为大脑里的图像或物理地存储实际上是不可能的。

现代假钞使用了许多紫外荧光印刷特征去欺骗只依赖视觉检查的操作者。观察类验钞机与本发明无关。

基于磁传感器的设备

专利US4464787和US5874742列举的现有技术落在这一范畴里。缺点是：

磁码读者基本上是货币辨别者-磁码能被轻易地复制，因此不是可靠的鉴别方法。

许多国家的钞票不包含磁码。来自这些国家的钞票的真实性无法评定。

钞票的磁码可能由于偶然地暴露在强磁场下被消磁，基于磁传感器的设备就不能鉴别这样的纸币。

一些机器扫描钞票去确定它的尺寸用于此后的鉴别。尺寸数据是不可靠的。

这些设备也不是最接近的现有技术。

基于通过研究错位评定印刷质量的设备

专利US4482971列出的现有技术属于这一范畴。通过高分辨扫描和印刷或彩色影印工艺伪造钞票。这些设备扫描并寻找有没有与印刷图案不一致的印刷油墨的小圆点。主要缺点是：

现代的假钞在高级的纸币上进行印刷，这些纸币使用了与印刷真钞票的大部分工艺同样的工艺，没有任何可识别是错位错误。这类纸币不能通过研究错位错误进行鉴别。

这些设备也不是最接近的现有技术。

基于测量紫外光的荧光/反射/透射能量的设备

专利US4482971和FR2710998列出的现有技术属于这个范畴。所有这些专利都是钞票在光电探测器下面或上面移动时，扫描窄区域，一次在一小面积上进行取样。被测变量是入射紫外光的反射或透射或荧光分量(仅有一个专利FR2710998测量透射能量，其余的测量反射能量)。阻挡紫外光(荧光测量)或阻挡剩余光谱仅允许紫外光通过滤波片(紫外反射/透射测量)。缺点是：

只与光谱的紫外区域相应的被测的荧光/反射的/透射的能量数据不能可靠地表示纸张质量特点。聪明仿造的钞票能够模拟与货币纸张足够接近的紫外光的荧光/反射/透射系数。

光源非常接近移动的钞票，这样，数据从非常小面积上进行收集。从每个小的取样面积的测得的能量与参考数据(从相似类型真钞收集得到)进行比较或加起来与从参考样品收集的相似数据进行比较。鉴别的货币被弄脏或损坏会导致可靠评定真实性所需的大量数据失真的。

已经知道偶然被某些清洁剂洗过的真纸币会影响紫外荧光质量。这样的纸币会被认作是假币。

这个原理需要移动钞票，并在相似类型的未弄脏纸币的堆积/计数过程中仅进行一阶检验。该系统既不简洁也不便宜。

一些设备测量某些印刷特征，例如线，散发的荧光能量。这需要将上述特征准确放置在光电探测器下。既然来自不同国家的不同面额的钞票在不同位置包含紫外敏感特征，因为所有美元都有同样的尺寸并相当地相似，因此基于测量紫外荧光(通过任何印刷图案)的设备仅对于美元有用。

只有一个专利US4618257使用发射不同波段的多源去照亮检验中的钞票的非常小的区域，并使用单个检测器以顺序方式收集每个波段的能量。因为数据与小区域相对应，局部的物理状态，象弄脏、毁损等会严重影响正确的鉴别过程。

评定电子记录图像

专利US20030169415使用CCD照相机记录图像并通过三色彩色分析技术判断真实性。缺点是：

弄脏，毁损，物理损坏等会导致错误的结果。

昂贵而且复杂。

基本上是用于护照和类似文件的。

用于区别和鉴别的多功能设备。

US20030081824A1，公开了使用不同种类传感器输出的改进的验钞机。下面简要描述其工作原理以及缺点：多功能设备使用多个磁和光传感器。磁传感器扫描并产生磁码。光传感器用两个波段扫描钞票反射能量。也公开了应用彩色匹配方案。使用两种惯用的滤光片，也就是紫外通过和紫外阻挡。紫外阻挡可见光通过滤光片结合了两个滤光片，即一个通过320nm到620nm，峰值在450nm的蓝滤光片和一个通过415nm到2800nm的黄滤光片。这样，可见光传感器观察从415nm到620nm的光，即该传感器感测蓝光到一小部分红光。缺点是：

鉴别主要依赖磁和光扫描。许多国家的钞票没有任何磁码。

在许多国家，旧纸币有不含任何特殊光特征的线。这些纸币即使是真的也会被确定是假的。

光鉴别基于线的参数。许多国家，包括印度的钞票，同样面额具有不同序列，线的位置变化很大。该专利申请中允许的0.05英寸公差会否决真钞票。

由于漂白等偶然退色的真纸币会被表示是假币。

使用的原理不能正确地鉴别不具有荧光特征的真钞票(文本和线)，例如仍在印度广泛流通的50卢比和100卢比面额的阿育王石柱印度货币序列纸币。

光鉴别基于印刷的成像图案和线数据。聪明的仿造能复制印刷图案。

设备不能检测很可能内含在不同国家的钞票中的近红外(NIR)敏感特征。

设备复杂，昂贵且不便携带。

另一现有技术US4618257用两个发光二极管，该两个二极管的位置角度使其能照亮共同的靶面积，用宽波段光电探测器测量从靶面积反射的光。钞票在发光二极管下传送时，按预定的“准时”和“延迟”依次打开每个发光二极管。较佳的发光二极管对由一个窄波段红色发光二极管和一个窄波段绿色发光二极管构成，它们分别具有630nm和560nm的峰值发射波长。该专利提出也可以使用黄色或红外发光二极管。根据电压测量的信号与存在存储器内的相应的参考值进行比较。这个设备的缺点是：

它不收集任何与紫外反射或荧光或蓝色相应的数据。反射信息仅限定在约半个350到750nm的光谱范围。我们的实验表明，如在后面例子1所解释的，由于货币纸张非常基本的性质，钞票的紫外-蓝光反射性质是它真实性的重要指标。

由于包括钞票局部状态在内的各种原因，来自小面积的反射数据可能不能真正代表主要性质。

尤其具有不同尺寸的钞票情况下，该设备收集来自特定的小靶面积的数据使其变得高度位置敏感。

所有已知的自动货币检验器需要传送机械，并且在文件静止条件下不能工作。这些检验器自一堆多个相似文件中挑出一个文件，将该文件从一个地方传送到另一个地方，并通过扫描该文件即时检验其真实性。这样系统基本适用于大量叠放在一起的钞票，但不能正确地处理像银行汇票，债券和其他银行金融工具，它们的每个文件的形状，尺寸和其他类似参数可能彼此非常不同。

直到现在还没有批准或提交过关于要求手工送入的文件，如银行汇票，债券和其他银行金融手段和证券，能够通过自动检测方式被鉴别的专利。

直到现在没有批准或提交过关于使用至少三个光波段产生反射/荧光数据、并通过在紫外-可见光-近红外光范围内共同检测反射/荧光数据的专利。

直到现在没有批准或提交过关于使用多于一个光波段的自动光电探测技术、通过来自检验文件的大面积的空间集合能获取反射/荧光数据的专利。

目前还没有关于自动地、真实有效地鉴别基于聚合物的钞票、护照、签证及各种银行票据的技术。

本发明围绕存在的现有技术的缺点，通过提供两个独立的检验方法和多于一个光波段，通过同时进行大面积空间和时间积分以自动方式检测在鉴别中的文件处于静止条件下的真实性。然而，通过收集各种扫描点的动态数据也能将该技术和该系统用于点钞机上。本发明提供一种设备，该设备能用于鉴别基于纸张和聚合物的钞票，银行汇票，债券和其他银行金融手段及证券，不需要更改任何系统硬件。

发明内容

本发明的目的

本发明的主要目的在于提供一种用于检测基于纸张和聚合物的钞票，银行汇票，债券和其他银行金融手段以及证券真实性的改进系统。

本发明的又一目的是提供一个系统，该系统能够自动检测不能被多份堆叠，而是一次传送一个，需要在静止条件下检验的文件，如银行汇票，债券和其他银行金融手段以及证券的真实性。

本发明的又一目的是提供一个系统，其可以观察只有在紫外和近红外光照射下才会被发现的隐藏的安全特征。

本发明的另一目的是提供一个系统，该系统使用至少三个不同的光宽波带滤波片通过三个或更多的光波段，用于反射/荧光测量。

本发明的另一目的是提供一种能够用包含紫外-可见光谱-光谱的近红外部分的三个或更多光波段对来自检验文件的大表面积的反射/荧光能量进行空间积分的自动检测真实性的系统。

本发明的又一个目的是提供一种能够通过将测量的荧光/反射数据存在系统存储器里而存储参考信息的系统。

本发明又一个目的是提供一种能够将获取的与真实文件相应的测量值适当地常态化并将该值存在系统存储器内的系统。

本发明的又一目的是提供一种系统，其中每个文件类型的参考信息被分配一个唯一的特定码。

本发明的又一目的是提供一种系统，其中用合适的文件特定码标记的参考信息的存储数据库的升级能被更新和增强。

本发明又一目的是提供一种能够将货币的特定加权矩阵存储在固件里以实现最小错误率的系统。

本发明的又一目的是提供一种能够通过从被测得的、与被检验的文件相对应的反射/荧光数据中推出一组比率来形成一组用于与系统存储器内相应的存储值进行对比基准的自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种能够通过将推出的比率与存在系统存储器中的适当的权重相乘而自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种能够用微控制器和固件逻辑推出优值，将被检查的文件的被测数据推出的加权比率与相应的参考值进行比较，确定真实性或虚假性的自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种具有操作员可选择敏感度水准的能自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种具有输入文件特定码的手段，使得相应参考信息被用来与被测得的和加权的比率进行比较，从而客观评定真实性的自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种具有在光谱的近红外区域获取来自被检验文件的反射/荧光信息并通过被检查文件传播信息的手段，能够自动检测真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种通过自我校准机制校准电路噪音和光源振动导致的电-光子系统的当时和经日变化的、能够自动检测真实性的系统。

本发明的另一目的是提供一种对紫外可见光源的老化、替换，灰尘积累和电源变化导致的短期时间热漂移和其他情况不敏感的自动检测系统。

本发明的又一目的是提供一种具有能够检测多种银行汇票，债券和其他银行金融手段以及证券的检测系统。

本发明的又一目的是提供一种不会将残缺/损坏的钞票鉴别成假钞的系统。

本发明的又一目的是提供一种不会由于偶然的(例如水洗)招致的与假币相似的反射/荧光性质而错误鉴别基于真的纸张和聚合物的钞票的系统。

本发明的又一目的是使用标准的紫外荧光灯管，发射350nm到电磁光谱的红外端的光，尺寸变化为150mm到350mm(灯管长度)，功率变化为7W到15W。

本发明的又一目的是使用另一个光源，发射电磁光谱的近红外部分。

本发明的又一目的是提供一种在上述光源和被检查文件间具有足够距离，使得反射/荧光测量中整个文件均被明亮地且均匀地照亮的系统。

本发明的又一目的是提供一种在上述光电探测器和被检查文件间具有足够距离，使得来自鉴别的文件的很大面积的反射/发荧光的能量到达每个光电探测器的系统。

本发明的又一目的是提供在反射测量的光电探测器前面包括至少三个所需光谱透射特征的光带通滤波片的手段。

本发明的又一目的是提供一种用一个单面抛光的光玻璃盘，以将检验中的文件没有褶皱地保持到位的系统。

本发明的又一目的是用于每个玻璃盘的反射的对着光电探测器的表面被磨到容易空间积分。

本发明的又一目的是提供一种能够让标为“通过”的发光二极管在文件是真的时候发光，表示证券的真实性的系统。

本发明的又一目的是提供一种能够通过让标为“假币”的发光二极管在文件是假的时候发光并触发音频警报，表示证券的真实性的系统。

发明内容

开发了一种使用带有证券的反射(包括荧光)两种性质的多个光电传感器的货币真实性检测系统。两种检测传感策略均使用紫外可见光与可选择的近红外光照射下感测的宽光波段的积分响应。证券在静态下被检查。各种证券的信号只有通过探测器才能通过。通过给检查中的货币的一个唯一码，就可能实现用于检查证券真实性的可编程技术。

附图说明

图1是表示证券真实性的荧光和反射性质传感的设计。

图2是系统的总方框图。

图3是电子子系统的方框图。

图4是射线图(示意的)。

图5是鉴别的流程图。

具体实施方式

本项发明是在伪钞检测器的基础上改进而成，在至少三个光波段范围内自动探测三维积分反射光谱信号。各种类型的证券，如钞票，银行金融手段，护照，签证，债券等，均能由本发明鉴别。然而，为简明起见，在下面的说明中使用钞票这个词，这个词决不限定该系统的应用。真实钞票偶尔才有紫外荧光特性，然而，伪造钞票不可能有像真实钞票那样的紫外非荧光特性。三个波段的光谱同时通过钞票的版面，所以本项发明可以在全部紫外-可见光谱范围内接受反射/荧光信号。本项发明需要在紧凑的狭小底盘上装配不同的附属系统。

图1和2分别表示该发明的方框图，它是由三个腔室组成。开放腔室1有足够的空间，允许任何面值的钞票进行紫外可见光谱检测。封闭腔室2是暗室的一部分。这一腔室前部分被遮蔽，隔板3把这个腔室与腔室1分离，阻挡偏离的光线。内部基底和BK7玻璃板(5)有一个狭小的空隙(4)，其顶部一端安装在基底6上，目的是让钞票7很容易地插入。5的表面将入射和反射光在三维范围内进行积分。第三个腔室(8)由标准紫外荧光管(9，波长范围150mm-350mm)、可调近红外光源(未画出)和三个标准光电探测器(10a，10b，10c，探测范围350nm到1100nm，并作信号发大，每个光电探测器有各自的光波段滤波器(例如UDT455HS)，有各自的电子线路(11)和各自的小型扬声器(12)组成。腔室8完全被包封，除光管和光电探测器被替换或维修以外，不能接近。光源9发射约340nm的光波，是可见光范围的边缘近红外区域。光电探测器10和光源9装配在适当的高度，以便钞票7和容易插入腔室2，同时也是为了使整个被检测区域的反射/荧光信号全部到达光电探测器10。两个发光二极管(13a和13b，一红一绿)嵌入装置前端。开关14是9、10、11部分的电源开关。

图2是工作示意图，钞票7首先在腔室1中被紫外光源9手工检测，然后通过狭缝4进入腔室2，进行自动检测，如果没有钞票7，光电探测器10接受的是腔室2的强和基底的散射信号，在这种情况下，发光二极管13a和13b保持关闭状态。当钞票7被放在腔室1的基底上时，检测开始。光源9照射基底6的全部表面，准备检测荧光安全特征和其它可见光安全特征，例如肖像、面值标记和印刷墨水的品质等。在自动检测过程中，钞票7需轻轻地沿基底通过狭缝4滑入腔室2中钞票7的位置，直到钞票7的边缘碰到腔室2的内墙。

这时光电探测器10接收紫外光源7反射和散射的紫外-可见光信号。根据钞票的真伪性，绿色发光二极管13a和红色发光二极管13b和音频警报器12会相应地被触发。13a亮表示钞票是真的，13b亮并且警报器发出警报声表示是伪钞。

图3表示电子子系统的方框图。前面已经提过，光电探测器10产生三个类似的信号。多路器15和模拟/数字转换器16的组合让微控制器17能对所有这些用于进一步处理的信号取样。标准化的过程来实现前面所提到的鉴别过程。从不同的钞票数据产生的参考数据作为用于鉴别用的固件存在存储器单元18中。此外，国家和货币特定的权重还形成另一固件19的一部分。使用者有通过键20(未表示)给敏感度和所需的货币码编程的手段。在运行中，视听报警器提供鉴别结果。

下面是对本发明的实施的数学分析。图4表示工作原理图。当钞票放在宽光源下，钞票7上每个点接收来自不同角度的不同光源点9的入射辐射。放在高度z的光电探测器10a，10b，10c的起作用面积上任何点会接收到与从钞票7的基本面积dx.dy 22的波段dλ相应的反射光通量dF，其由下面的等式给出：

dFαk(λ).{r_λ，x，yb(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy………(1)

光电探测器会产生电子信号dS_λ，由下式给出：

dS_λ＝k(λ).{r_λ，x，yb(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}.dλ.dx.dy………(2)

式中，

k(λ)：成正比的波长依赖常数，表示光电探测器和滤光片组合的能量转换系数

r_λ，x，y：波长λ、位置x，y处的反射系数

b(λ，x，y)：依赖于光源的类型和其位置的入射能量

x，y：以自检测器表面到作为源的证券的平面画的法线为坐标的基本面积的中心点的坐标。

由与(λ₁-λ₂)波段相应的检测器表面上的点产生的电信号如下：

S＝∫∫∫k(λ).{r_λ，x，yb(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy…(3)

当证券放在本发明的内置的黑腔体内部时，进行波段内积分而两个外积分与光电探测器10观测到的面积相应。等式(1)给出了由光电探测器10上的点产生的信号。实际被测的信号会集合光电探测器10的起作用面积上所有点的信号。它仅会增大信号水准，为简明起见，在等式中未表示。

如果源的极点对着的角度在钞票的被检测部分任何点均不大，则非均匀的照射项b(λ，x，y)在积分限内保持相当的高。本发明中，这是通过不保持宽源接近钞票而实现的。rλ，x，y还是在波段上反射的平均值，并且还是局部状态，如弄脏/破损及类型和印刷量的函数。放在50mm-100mm的距离，钞票7会产生足够的光通量。空间积分的过程将由于局部扰动导致的失常效果降低到可忽略的程度。结果是，被测信号S真实地反映了与选择波段相应的钞票7的平均反射。

在本发明中，每个光电探测器10a、10b、10c都与特定的光波长滤光片耦接，在三个选择的光波段同时并独立测量谱反射。

来自每个光电探测器10的信号S₁，S₂，S₂如下：

S₁＝∫∫∫k₁(λ){r_{λ，1，x，y}b(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy……(4a)

S₂＝∫∫∫k₂(λ){r_{λ，2，x，y}b(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy……(4b)

S₃＝∫∫∫k₃(λ){r_{λ，3，x，y}b(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy……(4c)

式中，r_{λ，1，x，y}，r_{λ，2，x，y}，r_{λ，2，x，y}是与三个光滤光片相应的平均值。

无单位电压比率组[S₁/(S₁+S₂+S₃)，S₂/(S₁+S₂+S₃)，S₃/(S₁+S₂+S₃)]，[S₁/S₂，S₁/S₃，S₂/S₃]以及许多相似的代数运算变量(也就是使用各种电压的平方)形成特征组，这些特征组用三个波段的光谱反射性质来表示钞票的特点。这些数据会和任何国家的任何性质和种类的钞票一一对应，有效地区分真货币和假货币。对于已作的实验，选择的波段是紫外蓝光，黄光和红光，对计算单个到全部的响应的相应比率(百分比)进行了计算。

图5表示系统软件流程图。省略了电源开着时候的通常的诊断及使用者对被检查的货币的选定，就进行到了系统进行工作并对具有适当代码的货币进行检查的阶段。有了这些信息，该系统处于检测方式。在这种状态下，微控制器17命令多路器15扫描三个通过ADC 16转换成数字信号的输入。用等式4a，b和c此后所示的比率将电压读数常态化，形成各种百分比。可以根据对所使用的特征的选择形成各组(＝n)。以这种方式，因为有三个波段(m＝3)，我们便得到最多为3n的常态化特征(Xi以百分比形式)用于检测。我们在后面给出的各种表格中的数据表示只有一个常态化特征(n＝1)，各种彩色波段读数被常态化到总共三个读数。下一步用参考数据库18给这些特征值的每一个提供不同的输出(O_i＝1或0)。

这样获得的结果根据每一个适用于系列钞票的权重矩阵19进行加权平均，生成提供最小检测错误的分值。最后，使用者用可选择性的敏感性等级20，可以用来检测待检物品的可接受性。

使用这些水准，用严格的分数或宽松的分数检测真实性，同样地，视听报警器21被设置为“通过”或“假的”的状态。在这两个例子中，环路继续传感纸币的存在，从而生成真实的结果。

因此，本发明提供了一种系统，其自动感测证券，如基于纸张及聚合物的证券，各种银行金融票据等的真实性，上述系统包括紫外可见光源，可选择的紧凑型近红外光源，用于真实性自动检测的封闭腔体，一个单面抛光表面平行的玻璃盘，用于在检测过程中的适当地固定文件；多个宽带通光滤光片及光电探测器；光电信号获取、调节及处理电路；微控制器及固件，根据常态化的、加权的、所获取的反射数据以及存储参考，与微控制器和系统存储器的、输入所需的敏感度水准的人类界面，文件代码，参考数据，权重矩阵等，逻辑地表示检测中的文件是否是真的或假的；发光二极管显示器，以及视听报警器。

在本发明的另一个实施例中，可以，通过轻轻地滑动被鉴别的文件，生成用于视听报警器/显示器的表示文件是真或假的定量信号水准，在关闭的光电传感腔内对证券的反射性质进行客观、同步测量水准。

在本发明的另一个实施例中，用宽波段多光谱反射信号唯一确定被检验的文件的真实性。

在本发明的另一个实施例中，该系统可以用于通过用至少三个包含紫外可见光和近红外光谱的波段的光谱反射/荧光性质表征证券的真实性而进行的的真实性自动化检测。

在本发明的另一实施例中，该系统可以用于通过将选择的波段的常态化并加权的光谱信号与存储在系统存储器的相应的参考信号相比较而进行的真实性自动化检测。

在本发明的又一个实施例中，与每个光波段相对应的光谱信号的测量是通过对来自被检测的文件的大表面积的反射/荧光空间积分，同时对相应滤光片的光谱波段宽进行积分进行的。

在本发明的另一个实施例中，反射测量的光谱范围包含电磁谱的紫外可见-近红外区域。

在本发明的另一个实施例中，一次能处理一个文件，它不需要与多个同样的或不同类型的文件堆积在一起。

在本发明的另一个实施例中，文件在该系统里轻轻地滑动，系统中有一组具有不同波段滤光片的光电探测器，在被检测文件上，感测紫外可见-近红外光照射下的反射/荧光性质。

在本发明的另一个实施例中，文件在鉴别过程中保持静止。

在本发明的另一个实施例中，光源的位置使得文件的整个表面积被均匀地照亮。

在本发明的另一个实施例中，收集文件的很大面积的表面的反射/荧光，同时文件保持静止。

在本发明的另一个实施例中，对与每个光波段相对应的光谱信号的测量是通过对来自被检测中文件的大表面积的反射光/荧光进行空间积分，同时在相应滤光片的光谱带宽上进行积分而进行的。

在本发明的又一个实施例中，任何种类的证券可以以任何顺序或序列供应给系统进行检测。

在本发明的另一个实施例中，该系统不需要在不想要的测量过程中进行扫描或传输，在某些应用中，多个文件不要求检测，例如，银行汇票，银行支票及其它银行证券。

在本发明的另一个实施例中，基于从证券收集到的反射数据，可能设置多个与反射数据相对应的定量信号水准，以根据来源国，文件的类型和种类来确定真实性，适当的加权逻辑可以用于进行真实性判断。

在本发明的另一个实施例中，用于自动传感反射性质的光电探测器的位置使得每个光电探测器接受来自至少半个被检测文件面积的反射光。

在本发明的另一个实施例中，系统使用微控制器和必要的信号获取、调整、处理、显示及音频报警电子回路。

在本发明的另一个实施例中，通过真的文件被测得的反射/荧光被适当地常态化，形成一组比率并存在系统存储器中。

在本发明的另一个实施例中，将存在系统存储器中的、经适当地常态化的、从真的文件测得的反射/荧光标记文件特定码。

在本发明的另一个实施例中，可以在工厂或者使用者的所在地将文件特定码及相应的参考值输入系统存储器中，生成或升级参考数据库。

在本发明的另一个实施例中，加权矩阵存储在系统存储器中，以生成适当的加权常态化的反射/荧光数据，用作存储的参考值及从被检测文件获得的值。

在本发明的另一个实施例中，可以将加权矩阵输入进系统存储器中去产生或升级工厂水准或使用者所在地的参考数据库。

在本发明的另一个实施例中，使用者能够根据被检测文件的物理状态，老化及面值输入所需的敏感度。

在本发明的另一个实施例中，固件按逻辑序列基于所选的敏感度，存储的参考值，测得的数据及的分配权重，生成一个单个优值。

在本发明的另一个实施例中，生成的优值用于对文件的真实性做出决定。

在本发明的又一个实施例中，装有发光二极管，一个标示为“通过”和另一个标示“假的”，显示关于真实性的决定。

在本发明的另一个实施例中，根据被检测的文件是真的或假的情况，各自的发光二极管发光。

在本发明的又一个实施例中，在被检测的证券是假的时，音频报警器被触发。

在本发明的另一个实施例中，用于自动化感测文件的荧光和反射性质的光电探测器具有包含350nm到700nm，或者350nm到1500nm的光波段的性能特征。

在本发明的又一个实施例中，提供一种有自我校准机制的系统，以设置电路噪音及光源振动导致的电光子系统输出的经时及每日变化。

本发明又一个目的是提供一种对紫外可见光源的老化、替换，灰尘积累和电源变化导致的短期时间热漂移和其他情况电子导致不敏感的自动检测系统。

在本发明的另一个实施例中，可以检测多于一个类型的文件的真实性。

在本发明的另一个实施例中，可以检测多于一个国家的文件的真实性。

在说明了货币自动传感的原理后，我们现在提供可以用真的货币纸张的性质来测试其真实性的系统的示意性设计。

设备的特殊特征及该特征使用的地方如下：

用于自动传感货币检测的系统。

在此提出申请的系统，其中使用两组光电传感器并使用紫外光下的积分响应。

可用于以编程的方式根据自动检测的反射和荧光性质的定量测量，检测多个国家的货币的系统。

允许使用标准光检测器的系统。

在下面的例子中对本发明进行详细的说明，这些例子是说明性的，因此不应该以任何方式看作是对本发明的限止。

                           例1

为了对提出的设备进行实验检测，对面额为“A”的假印度钞票进行检测。表I表示假纸币的黄与红光波段反射读数在可接受范围内，表示了纸币是真的。然而，假币的蓝光波段读数清楚地确定其为假币。当假币表现出了足够的荧光安全特征时，紫外光的评估不能鉴别其真伪。

                           例2

为了对提出的设备进行实验检测，对面额为“B”(序列-2)的假印度钞票进行检测。表II表示蓝和黄光波段反射读数超出允许范围，而红光波段表示是真的。当假币表现出了足够的荧光安全特征时，紫外光的评估不能鉴别其真伪。实验表示对于那些包含所有紫外可见安全特征的高级假币来说，鉴别其真伪性至少需要读取两、三个光波段的数据。

                           例3

为了对提出的设备进行实验检测，使用大量中等使用程度的面额为′A′，′B′，′C′的真实印度钞票进行检测。结果表明，使用表I-III的参考数据，并运用″2/3接受原则″对这些钞票检测，结果全部是真是钞票。可见光的检测也证实了这些结果。

                           例4

为了对提出的设备进行实验检测，将商业清洁剂应用到面额为“A”、序列-2的新旧程度中等的真印度钞票。对该纸币进行检查，视其真伪。测量的蓝、红和黄光波段的反射读数是14.7％，41.035％和44.265％。从表I能够看到蓝光波段读数超出允许范围，而其他两个在允许范围内。它表示设备的“2/3接受原则”确定真钞票是真的，即使它偶然获取了假钞票的紫外荧光性质。

                           例5

为了对提出的设备进行实验检测，对面额为“A”的五张弄脏的、但是真的印度钞票用三个波段进行检测，看它们的响应。然后用实验室级别酒精彻底清洗纸币。测量清洗过的纸币和未弄脏的纸币的波段响应。发现读数变化不大。这表示设备对纸币的物理状态不敏感。

                           例6

发明的技术能被扩展到基于聚合物的货币而不需要调整设备。为了对提出的设备进行实验检测，使用三个国家的基于聚合物的货币，从每个国家取出同样面额的两种货币。为了仔细地判断，两张钞票的两边被用作检测不同条件下设备的适应性。表IV表示反射读数的所有(黄，红和兰)波段。在不同的行，读数非常接近，表示不同纸币提供了检测真实性的可重复证据。

                           表I

面额“A”钞票
					货币描述		蓝光百分比	红光百分比	黄光百分比
面额“A”序列1，正常	平均	13.07674943	44.04969286	42.87355771
					范围	11.909-14.040	40.846-47.109	40.379-47.244
	面额‘A’序列1，脏的	平均	13.01106581	41.40943506					45.57949913
范围					11.986-13.985	39.631-43.613	43.75-47.811
		面额‘A’序列2，新的	平均	12.29278794				42.30355221	45.40365985
范围	12.163-12.400				40.273-43.810	44.025-47.326
			面额‘A’序列2，假的				14.6811071	40.79422383	44.52466907

                                    表II

面额“B”钞票
					货币描述		蓝光百分比	红光百分比	黄光百分比
面额“B”序列1，正常	平均	14.92040844	42.18685645	42.89273511
					范围	14.242-15.598	41.077-43.269	41.132-43.907
	面额‘B’序列1，脏的	平均	13.73324884	41.42489876					44.8418524
范围					13.326-14.402	40.040-43.460	42.957-47.964
		面额‘B’序列2，新的	平均	12.68311827				41.32135983	45.9955219
范围	12.26-12.941				40.423-41.855	45.540-46.659
			面额‘B’序列2，假的				14.19676214	40.59775841	45.20547945

                                          表III

面额“C”钞票
					货币描述		蓝光百分比	红光百分比	黄光百分比
面额“C”序列1，正常	平均	12.27483574	42.48533549	45.23982877
					范围	11.048-13.347	39.925-44.718	42.843-45.986

“序列”代表印刷序列及新的/正常的/脏的代表物理状态

如果不确定为“假的”，使用的货币是真的

                                     表IV

国际钞票(聚合物)
					透射
货币描述		蓝光百分比	红光百分比	黄光百分比
					国家1	面1(钞票1，2)	14.55，14.89	40.39，40.03	45.06，45.08
面2(钞票1，2)	14.78，14.78	39.97，40.61	45.25，44.61
				国家2		面1(钞票1，2)	15.69，15.71	41.11，40.39	43.19，43.9
面2(钞票1，2)	15.83，15.67	41.94，41.42	42.22，42.92
					国家3	面1(钞票1，2)	15.83，15.33	42.08，42.54	42.08，42.13
面2(钞票1，2)	16.49，15.87	40.8..41.19	42.7142.94

本发明的优点

系统使用多于一种检验证券真实性的技术，也就是基于反射性质测量的技术。

系统是基于至少三个包含紫外可见光以及近红外光谱的反射的光电探测器的空间积分响应的系统。

系统能够根据证券的光谱荧光和反射性质，能够完全地鉴别证券。

系统能用预存的关于来源国，名称和序列的唯一代码表示分类的参考信号判断每张货币。

系统对每种货币独立地预分配唯一的一组权重，以获得的最小错误警报率。

本系统可以用来鉴别纸张和聚合物基的证券。

系统是根据测量的反射数据、参考水准光电信号，来鉴别真伪，可以根据任何国家的各种证券设置相应的反射信号。

该系统通过适当地使用闪存和其他适当的固件，提供对于反射光电探测器的两个(低和高)信号值的调整，该设备能对任何货币或文件进行工厂或现场设置。

系统使用至少三个包含紫外可见光和可选择性紫外-可见-近红外光谱的波段测量反射信号，可以确定一个评价函数来表示真实性。

系统能够通过获取由于偶然应用清洁剂或其他原因导致与证券相似的紫外和近红外荧光性质，从假证券中区分出证券。

系统能够排除使用空间积分技术的局部振动效应，鉴别脏的或毁损的真证券。

系统通过使用对至少半个证券面积的反射进行空间积分的技术排除了使用纸币传送机械或任何其他移动部件扫描证券的一个区域。

系统具有选择用于荧光和反射的光带通滤波片的灵活性，以适应未来的证券增加新的特征。

在窄波段内传感并要求更多信号放大的装置允许使用标准照明件，进行没有更复杂滤波片的传感。

装置适用于各种证券，并能够通过存储相应的参考数据及给这些参考数据唯一标记为各种来来源国进行编译。

Claims (41)

1.一种辅助手工辨别的、钞票、债券、证券和类似文件的真实性自动辨别方法，上述方法包括：

a)获取在包含紫外可见光-可选择近红外红光谱的多个波段中，保持在静止条件下的被检查的文件的大面积的宽光谱带反射/荧光数据的空间积分，同时获取时间域上的积分数据；

b)用测得的反射/荧光信号确定一组比率，用测得的反射/荧光信号确定另一组比率；及

c)将这些比率和相应的存储的参考值进行比较去判断上述文件的真实性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用在紫外光可见光谱范围内手工检查的钞票、债券、证券和类似文件的荧光和反射性质进行文件的一级鉴别。

3.根据权利要求1所述的方法，其中对在紫外可见-近红外光谱范围内被检查的钞票、债券、证券和类似文件的荧光和反射性质，用至少三个波段进行测量并用于进行文件的二级鉴别。

4.根据权利要求1所述的方法，其中对在紫外可见-近红外光谱范围内被检查的钞票、债券、证券和类似文件的荧光和反射性质，用至少三个波段测量进行文件鉴别。

5.根据权利要求1至2所述的方法，其中从证券的大面积的反射/荧光的光通量在产生用作鉴别证券真伪的数据的检测中进行空间积分。

6.根据权利要求1至3所述的方法，其中在所选择的波段测得的反射信号被用于确定一组比值，确定的比值能够自动鉴别文件的真伪。

7.根据权利要求1至4所述的方法，其中在所选择的波段分别与真钞票、债券、证券及类似文件相应的反射和荧光数据的参考比值，存储在存储器中。

8.根据权利要求1至5所述的方法，其中存储与包括性质、种类、来源国的各种文件相应的参考比值。

9.根据权利要求1至6所述的方法，其中给每组测得和存储的参考比值不同的权重，以进行钞票、债券、证券及类似文件的鉴别。

10.根据权利要求1至7所述的方法，其中权重矩阵的元素是可调的并且根据性质、种类及来源国而改变。

11.根据权利要求1至8所述的方法，其中做出关于真实性决定的软件驻留在系统存储器中。

12.根据权利要求1至9所述的方法，其中通过对加权的测得和存储的参考比值，做出真实性的鉴别，优先权可分配给与任何波段相应的任何比值。

13.根据权利要求1至10所述的方法，其中驻留的软件与存储的加权矩阵一起，根据得票的多数或预分配的优先权得票，或根据任何其他优先逻辑做出关于真实性的决定，每个得票形式均为是真的或假的，这是通过将每个测得比率与相应的选作反射的每个波段的存储值进行对比而推出的。

14.根据权利要求1至11所述的方法，其中对大面积的空间积分降低了接受自局部状态，如毁损，弄脏，印刷图案等导致的证券、金融手段和类似文件的不同面积的或反射数据的失常效应和或变化。

15.根据权利要求1至13所述的方法，其中基于聚合物的证券和纸张证券都能被鉴别。

16.一种用于手工与自动辨别债券和证券真实性的系统，上述系统包括：

适当定位的发射紫外可见光的荧光灯管或等同光源和可选择的紧凑型的近红外(NIR)光源，这样可单独打开紫外可见源或同时打开这两个光源；

一组传感头，每个传感头使用至少三个光电探测器，每个光电探测器具有宽带通滤波片，包含不同波段，所有滤波片-光电探测器组合覆盖整个紫外-可见光-近红外光谱；传感头所处的位置上让传感头在至少三个波段上接收与测量来自大的证券，如钞票的大面积的反射/荧光信号，及小的证券，如签证或护照等的全面积的反射/荧光信号；

信号调整硬件和软件，包括微控制器，用以处理和常态化传感器数据，存储或将测得的数据和独立地用于每个货币码的参考数据进行联机对比；对各种比较结果加权用于检测真实性；

显示器，音频-视频报警器，用于插入被检查的文件的适当的狭缝

所有上述组件/装置/模块封装在机箱里，使得系统的工作不受环境光的影响，其中上述系统鉴别证券是通过获取反射/发荧光数据，在至少三个包含紫外可见光和可选择的光谱的NIR部分的宽光谱波段在空间和时间域上积分，用于反射/荧光，其收集自文件的大面积，文件在鉴别过程中处于静止状态，通过使用来自单宽波段源以及使用额外的近红外(NIR)光源的手段的光照亮文件，提供NIR区域的反射/荧光数据以及在紫外可见光反射数据，通过使用测得的反射/发荧光信号确定另一组比率，并通过比较这些比率和相应的存储参考值来判断被检验的文件的真实性。

17.根据权利要求16所述的方法，对包括基于纸张的钞票和基于聚合物的钞票，护照，签证，不同类型的债券，银行金融工具，如汇票，支票等的证券进行两级鉴别。

18.根据权利要求16到17所述的系统，其中该系统包含用于目测和自动检测的宽波段紫外可见灯管光源，可选择的紧凑型近红外(NIR)光源，含至少三个紧密间隔的光电探测器和光滤波片组合的传感器头，用于将被检查的文件保持到位的抛光玻璃盘，信号处理电子装置，存储数据的电子存储器，用于基于获取的数据和存储的数据之间的比较表示真假而进行逻辑决定的电子装置，以及封装在削弱环境光的封闭机箱里的必要的软件/固件以及发光二极管与用于音频视频显示器的音频警报扬声器。

19.根据权利要求16到18所述的系统，其中提供独立的腔体进行及自动鉴别。

20.根据权利要求16到19所述的系统，其中该系统使用单一光源和多个光电探测器进行常态化响应而对于短期热漂移，老化和灰尘的积累不敏感。

21.根据权利要求16至20所述的系统，其中使用多个光电探测器，将光波带滤波片与各光电探测器结合，使得每个光电探测器-滤波片组合测量与较佳波段相应的能量。

22.根据权利要求16至21所述的系统，其中使用3种不同的波带滤波片进行反射测量，这样它们合在一起包含了紫外可见光和可选择的近红外光谱。

23.根据权利要求16至22所述的系统，其中手工地将证券放在由BK7或等同的光学玻璃制成的平行玻璃盘提供的狭小空间内。

24.根据权利要求16至23所述的系统，其中一个玻璃盘的上玻璃表面是抛光的。

25.根据权利要求16至24所述的系统，其中使用一抛光玻璃盘以获取更好的光空间集聚，将证券的局部面积振动的作用降到最小，排除来自抛光玻璃盘的背光反射并去除鉴别中的文件的褶皱。

26.根据权利要求16至25所述的系统，其中将抛光玻璃盘固定的位置使得在封闭腔内检查的、夹在基底与玻璃盘间的文件被均匀地照射，而且所有的光电探测器-滤波片组合在文件为大尺寸时，如货币，收集来自被检查的文件的大面积的反射光，在文件为小尺寸时，如签证，收集来自其整个面积的反射光。

27.根据权利要求16至26所述的系统，其中传感头里的每个测量反射的紧密间隔的光电探测器-滤波片组合在文件为大尺寸时，例如货币，接收来自一定面积的光通量，或者如果文件为小尺寸时，例如签证，将文件放置在固定的规定方向，接收来自整个面积的光通量。

28.根据权利要求16至27所述的系统，其中用于测量反射的传感头至少与被检验的文件保持125mm，根据被检验的文件的大小，使得来自其半个或整个表面积的足够的光到达光电探测器-滤波片组合，使得每个光电探测器通过进行下列空间和时间域的积分，推出与光电探测器-滤波片组合选择的光波段相应的电信号，测量较佳光波段的空间和时间积分的反射光通量：

S＝∫∫∫k(λ).{r_λ，x，yb(λ，x，y)/(x²+y²+z²)}dλdxdy

对相关的文件的表面积进行空间积分及对相关的波段进行波长域积分

式中，

k(λ)：波长依赖比例常数，表示光电探测器和滤光片组合的能量转换系数

r_λ，x，y：与在x，y的波长λ相应的反射

b(λ，x，y)：依赖于源类型及其位置的入射能量

x，y：以从检测器表面到作为源的被检验文件的平面所画的法线的作为原点的的基本面积的中心点的坐标

z：垂直距离。

29.根据权利要求16至28所述的系统，其中光源放置在待检文件上表面以上至少150mm，以便待检文件全部并均匀地被照射。

30.根据权利要求16至29所述的系统，其中各种类型或来源国的真实文件的响应被存储到系统存储器中。

31.根据权利要求16至30所述的系统，其中由光电探测器-滤波片组合用选择的光波段测得的反射能量的电信号被用于形成一组加权比率，该比率与相应的参考存储值进行对比，用以按下述的工作顺序检测证券的真实性：

a)在没有任何文件存在并存储的情况下，获取光电探测器的信号，这定义为“无文件”状态；

b)将获取的信号与“无文件状态”的相应的存储值进行对比；

c)如果信号超出“无文件状态”的相应的存储值的阈值，该系统停止，“准备”显示保持关闭状态，表示组件故障；

d)当从文件获取的信号在上述的可接受的限制内，“准备”显示开启，表示可能的操作者插入要鉴别的文件；

e)插入上述文件之后，操作者手工地选择敏感度水准，键入一个依赖于文件的代码并插入要鉴别的文件，获取的与较佳光波段相应的反射信号被适当地常态化，该代码描述了文件的性质和类型，例如来自一个国家的面额为10的证券，以及预存储代码的数据库，如果没有选择敏感度水准和/或代码，以上次输入的值作为默认值；

f)将这些常态化的值与预存的检验中的特别货币的参考值对比，获得若干二进位结果；

g)然后将获取的二进位结果乘以一组与货币码相应的存储的预分配的权重；

h)分配给加权值的总和一个分数，根据选择的敏感度水准，用算出的分数对真实性做出决定，结果由“通过”发光二极管发光显示，表示文件是真的，或当文件是假的时，由“假的”发光二极管发光，同时触发音频报警器。

32.根据权利要求16至31所述的系统，其中使用闪存或其他适合的固件存储所有包括代码、权重矩阵等的参考值并满足工厂或现场校准的要求。

33.根据权利要求16至32所述的系统，其中来自所有光电探测器-滤波片组合的响应被用于自动做出关于真实性的决定。

34.根据权利要求16至33所述的系统，其中固件选择可接受的反射信号的等级，用于准确鉴别被检测文件。

35.根据权利要求16至34所述的系统，其中放被鉴别的文件在黑暗腔体内的玻璃盘之间的窄缝中进行鉴别，使得光电探测器不会从黑暗腔体外接收任何室光与散乱光。

36.根据权利要求16至35所述的系统，其中上述系统用于来自不同国家的多个面额、序列、货币的真实性检测。

37.根据权利要求16至36所述的系统，其中上述系统用于检测具有或不具有荧光发射特征的证券的真实性。

38.根据权利要求16至37所述的系统，其中上述系统用于检测具有反射、荧光性质的证券的真实性。

39.根据权利要求16至38所述的系统，其中通过预先确定的证券的存储参考，使得独特的真实性检测成为可能。

40.根据权利要求16至39所述的系统，其中根据以不同光波段用至少三个光电探测器-滤波片组合响应测得的文件光谱反射/荧光性质，使得多级决定成为可能。

41.根据权利要求16至40所述的系统，其中使用了覆盖350nm-1100nm范围的标准光电探测器。

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