Устройство для определения подлинности банкнот

(51) 5 6 07 Р 7 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК ПАТЕНТУ Г ЦР ЬЭ Комитет Российской Федерации по патентам н топарным знакам(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЛИННОСТИ БАНКНОТ(57) Изобретение относится к системам распознавания подлинности документов и может быть использовано для определения подлинных и фальшивых денежных знаков. Целью изобетения является повышение вероятности распознавания фальшивых банкнот и повышение надежности опредепения подлинности банкнот. Устройство содержит 2первый и второй лазерные источники 1 и 2 излучения, первый и второй приемники 5 и 6 излучения, первый и второй сканеры 3 и 4, оптический блок 7 пространственного разделения на М лучей, оптическая фокусирующая система 8, блок 9 обработки сигнала, блок 10 определения текстуры бумаги, блок 11 идентификации сигнала, первый и второй блоки 12 и 13 буферной памяти, блок развертки, блок 15 постоянной памяти, блок 16 сравнения, синхронизатор 17 и механизм 18 транспортировки банкнот. В изобретении результат достигается за счет того, что в нем присутствуют два вида модуляции - амплитудная и фазовая. 3 зп. ф-пы, 6 ип.Изобретение относится к системам расццэцдоания подлинности документов и мо,ет быть использовано для определения цодлицных и фальшивых денежных знаков,Иэдесто устройство для рдспознава,ил ццедметоо, содержащее источник света лазер), формирующий световой луч или пучок лучей. Нд предмет нанесено кодовое поле с дблоном, освещаемое источником сетд, Оптический приемник, оптически сопряженный с источником света, регистрирует прошедшее через кодовое поле иолуеие, и по выходному сигналу в блоке обработки осущестоляетсл опознавание (ли еоцоззвание) предмета.Недостатком данного устройства лвлятсл иэкдл достоверность результатов расцоэдодцил при работе с денежными эдкдми,Наиболее близким к предлагаемому усройстоу является устройство, содержащее мехдниэм транспортировки банкноты. Два цсточикд излучения с разными длинами волн излучения Ли Л 2, для которых бумад бдцкцоты лоллетсл частично црозрачой, скдер, дод риемика излуче ил, каждый цз которых оптически сопряжен с соотоетсгдуощцм ис 1 о 1 иком излучения и блок рдсцозндвдил, цри этом источники и приемники излучецл расположены по разные сторо ы плоскости банкноты механизма трдцсцоотирооки банкнот.Однако даное устройство обладает теми едостдткдми, что не позволяет учитывать как текстуру бумаги и полиграфические приздк 1 бакцоты, тдк и специфику сочетдил цолигрдфи еских признаков и текстуры, д определяет лишь общую степень цр:эрдчности бумаги бакноты,Целю изобретения яоллетсл повышено серолтости распознавания фальшид лх Гдкот и повышение надежности ццределе,ил подлинности банкнот,Нд фиг, 1 приведена функциондльнал схем; устройства; нд фиг. 2 - функциональндл схсмд блока обработки сигнала; на фиг.3 - фукциодльдя схема блока идентификации сигдлд; на фиг, 4 - временнал диаграмма работы блока идентификации спдлд; цд фиг. 5 - функциональная схема блока сравнения; на фиг, 6 - функциональдл схема блока определения текстуры бумдг 1,устройство содержит первый лазерный источник 1 излучения, второй лазерный источник 2 излучения, первый сканер 3, второй скдер 4, первый приемник 5 излучения, оторви приемник 6 излучения, оптический блок 7 пространственного раэделенил лу 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чей, оптическая фокусирующая система 8, блок 9 обработки сигнала, блок 10 определения текстуры бумаги, блок 11 идентификации сигнала, первый блок 12 буферной памяти, второй блок 13 буферной памяти, блок 14 развертки, блок 15 постоянной памяти, блок 16 сравнения, синхронизатор 17, механизм 18 транспортировки банкнот, ба н к нота 19.В качестве первого лазерного источника излучения 1 может использоваться ксенонооый газовый лазер, работающий в диапазоне длин оолн 27 мкм, длл которых бумага банкнот является частично или полностью прозрачной. Мощность лазера может составлять 10100 мВт, В качестве первого приемника излучения 5 могут использоваться многоплощадочные охлаждаемые фотоприемники, В качестве второго лазерного источника излучения 2 может использоваться маломощный полупроводниковый лазер с длиной волн излучения 0,40,7 мкм, обеспечивающей эффективное отражение излучения от поверхности банкнот и считывание типографического признака банкноты, а о качестве второго приемника излучения 6 - обычный кремниевый фотодиодОптический блок пространственного разделения лучей 7 может быть выполнен из оптических клиньев, из призм или в виде совокупности полупрозрачных и глухих зеркал.фокусирующая оптическая система 8 предназначена для фокусировки лазерного излучения на фотоприемных площадках первого приемника излучения 5 с одновременным объединением двух или нескольких лучей по одной или нескольким фотоприемным площадкам первого приемника излучения 5 и может содержать одну или несколько линз и полупрозрачные и глухие зеркала.Блок 9 обработки сигнала (фиг. 2) предназначен для преобразования, нормирования и обьединенил выходных сигналоо первого приемника иэлученил и содержит первый и второй усилители 20 и 21, регулируемый аттенюатор 22 и выходной усилитель 23.Блок идентификации сигнала 11 (фиг. 3) предназначен для идентификации типографического признака банкноты и формированил кода типографского признака банкноты и содержит блок 24 бинарного квантования, сдвигооые регистры 25.125.п, и постоянный блок 26 памяти. Временнал диаграмма считывания и идентификации кода типографского признака бднкноты блоком 11 приведена на фиг, 4,2001437 5 10 20 25 30 35 40 45 50 Блок сравнения 16 предназначен для взаимного сравнения цифровых кодов, вырабатываемых устройством в ходе определения подлинности банкноты, Блок сравнения 16 содержит сумматор 27 и компаратор 28. Блок 10 определения текстуры бумаги содержит фильтр 30 верхних частот, бинарный квантователь 31 и выходной регистр 32.Принцип действия устройства основан на измерении двух независимых индивидуальных пространственно-протяженных признаков банкноты, один иэ которых(признак текстуры бумаги) характеризует индивидуальные особенности банкноты, порождаемые технологией производства бумаги для банкнот, а другой(типографский признак) - индивидуальные особенности, порождаемые полиграфическим процессом печати банкнот, и последующем взаимном сравнении этих признаков с секретным контрольным шифром, соответствующим одному из измеренных признаков.Устройство работает следующим образом.Подлежащая проверке и экспертизе банкнота 19 закрепляется на механизме транспортировки банкнот 18, который по команде "Пуск" синхронизатора 17 перемещает банкноту в строго определенное положение относительно сканеров 3 и 4 и приемников излучения 5 и 6. После Фиксации банкноты 18 в указанном положении механизм транспортировки банкнот 18 выдает обратную команду в синхронизатор 17 для запуска самого процесса определения подлинности банкноты, Первый и второй лазерные источники излучения 1, 2 одновременно облучают банкноту 19, фиксируемую механизмом транспортировки банкнот 18. Первый и второй сканеры 3 и 4 осуществляют последовательный просмотр не менее чем двух эон поверхности банкноты: первый сканер 3, работающий в однострочном режиме, просматривает чистую зону, свободную от знаков в типографской печати, а второй сканер 4, работающий в растровом режиме, просматривает зону со специфическим для данной банкноты типографским признаком (например, зону расположсния номера банкноты), причем размеры первой эоны выбирают много большими поперечного размера волокна бумаги банкноты. Оптический блок пространственного разделения лучей 7 преобразует излучение первого лазерного излучателя 1 в параллельных лазерных лучей, которые располо жены в плоскости, перпендикулярной линии сканирования первого сканера 3. Через первый сканер 3 эти лучи направляются в сторону банкноты, причем один иэ лучей (например, первый) проходит мимо банкноты, а остальные - через банкноту, За счет пространственного разделения излучения первого лазерного источника излучения 1 в параллельных лучах эона банкноты, свободная от типографских знаков, с помощью первого сканера 3, работающем в режиме однострочного сканирования, просвечивается насквозь одновременно по одной или нескольким параллельным микродорожкам, В простейшем варианте формируется только одна микродорожка,Иэ-за волокнистой структуры материа 15 ла бумаги, которая используется для иэготовления банкнот, сама бумага обладает очень специфической внутренней стохасотической текстурой, В силу особенностей бумажного производства укаэанная текстура является случайной для каждой конкретной банкноты и в тоже время обладает достаточно устойчивыми статистическими признаками (такими, как автокорреляционнаи функция) для каждого типа (например, номинала) банкнот. Наличие такой текстуры приводит к модуляции проходящего через банкноту сканирующего лазерного излучении. Присутствует два вида модуляции: амплитудная модуляция эа счет переменной оптической плотности (коэффициента поглощении лазерного излучения) наполнителя бумаги банкнот и фаэовая модуляция за счет неоднородности оптического коэффициента преломления (разной оптической толщины) волокон и связующего материала бумаги банкноты.В устройстве благодаря реализации схем энергетического и гетеродинного приемов лазерного излучения учитываются оба вида модуляции. Энергетическии прием ла. зерно о излучения позволяет сформировать сигнал, закон модуляции которого повторяет с, орму амплитудной модуляции лазерного излучения, а гетеродинный прием - сформировать сигнал, закон модуляции которого отражает совместный эффект амплитудной и фазовой модуляции лазерного излучения.Прошедшее сквозь банкноту излучение первого лазерного источника излучения 1 воспринимается первым приемником излучения 5, имеющим пространственно разнесенные фотоприемные площадки. Число Фотоприемных площадок первого приемника излучения 5 равно М, где Мй. В простейшем случае первый приемник излучения 5 содержит две фотоприемные площадки. Первая фотоприемная площадка, на которую оптической фокусирующей системой 8 направляется часть прошедшегочерез банкноту 18 лазерного излучения, обеспечивает формирование сигнала, пропорционального интенсивности лазерного излучения. Энергетический сигнал, пропорц ональный интенсивности излучения, поступает на первый вход блока обработки сигнала 9. Вторая фотоприемная площадка, нэ которую фокусирующей оптической системой 8 направляется другая часть прошедшего через банкноту 18 лазерного излучения вместе с немодулированным излучением опорного луча, проходящего мимо банкноты, формирует гетеродинный сигнал, зависящий как от интенсивности прошедшего через банкноту 18 лазерного рассогласования, так и от фазового рассогласования между совмсщаемыми оптической фокусирующей системой лазерными лучами. Гетеродинный сигнал поступает на второй вход блока обработки сигнала 9.Б блоке 9 энергетический и гетеродинный сигналы усиливаются соответственно первым и вторым усилителями 20 и 21. усиленный ьторым усилителем 21 гетеродинный сигнал поступает на вход регулируемого аттенюатора 22, управляющим сигналом для которо о является усиленный первым усилителем 20 энергетический сигнал. Коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 22 находится в обрагной зависимости от величины энергетического сигнала, поэтому с помощью регулируемого аттенюатора энергетический сигнал частично или полностью компенсирует в гетеродиниом сигнале амплитудную модуляцию, обусловленную модуляцией интенсивности лазерного излучения при его прохождении через банкноту, Тем самым в гетеродинном сигнале подчеркивается модуляция, вы,влнная фазовой модуляцией лазерного иэлу ения иэ-за неоднородности оптической толщины бумаги банкноты 19 и снижается ,увстииельность работы устройства к возд.йств.;ю оптических помех, вызванных такими факторами, как загрязнения, помарки и помятости банкноты, Глубина компенсации, т.е, нормировки гетеродинного сигнала, задается коэффициентом усиления усилителя 21: чем больше коэффициент усиления, тем больше глубина компенсации и наоборот,Отнормированный в блоке 9 сигнал поступает затем о блок 10 определения текстуры бумаги, где сигнал подвергается фильтрации и блоке 30, бинарному квантованию в блоке 31, Результирующий сигнал (последовательность логических нулей и единиц) записывается в выходной регистр 32 блока 10, где он представляется в виде цифрового кода текстуры бумаги банкноты.мация, накопленная сдвиговыми регистрами 25.1. 25,2, ., 25.и используется в качестве адресного кода для блока 26. В 35 памяти блока 26 находятся цифровые данные (коды) всех возможных знаков и цифр типографского признака банкноты, которые считываются под действием соответствующих адресных кодов. Каждой форме знака 40 соответствует своя последовательность отсчетов бинарно-квантованного сигнала, т.е.свой адресный код, Таким образом, блок 26 осуществляет идентификацию знака типографского признака банкноты, В момент по ступления соответствующей команды изсинхронизатора 17 (эпюра 4 на фиг, 4) код идентифицированного знака типографского признака банкноты записывается во второй блок 13 памяти. Затем описанная процеду ра повторяется для следующего знакомстваи так далее до тех нор, пока не будет считан и идентифицирован весь типографский признак банкноты.После записи всего кода типографского 55 признака банкноты блок 13 под действиемпоследующей команды управления из синхронизатора 17 код типографского признака банкноты считывается из блока 13 и поступает в блок 16 и одновременно поступает в качестве адресного кода в блок 15, который 5 1015202530 Отраженное от банкноты 19 излучение второго лазерного источника излучения 2 принимается вторым приемником излучения 6, выходной сигнал которого обрабатывается в блоке 11 идентификации сигнала, который формирует код типографского признака банкноты, Типографский признак банкноты может содержать несколько знакомест, как, например, в случае, если признаком банкноты является ее номер. состоящий из нескольких цифр (см. фиг. 5). Для этого аналоговый сигнал, формируемыйприемником излучения 6, подвергается в блоке бинарного квантования 24 пороговой обработке с заданным порогом Ео. Под действием тактовых импульсов (эпюра 1 на фиг, 4) бинарно-квантованный сигнал (эпюра 3на фиг, 4) заводится в сдвиговый регистр 25,1, число ячеек которого равно числу отсчетных значений гп в одной строке бинарно-квантованного сигнала. Общее число последовательно соединенных сдвиговых регистров 25.1, 25.225,п. равно числу строк при сканировании одного энакоместа типографского признака банкноты.Таким образом, после поступления и п тактовых импульсов в ячейках сдвиговых регистров 25,1, 25,2, ., 25.п оказывается записанным все отсчеты бинарно-квантованногосигнала от сканирования одного знакоместатипографского признака банкноты. Инфор10 2001437 блока сравнения 16 и всего устройства, формируег логическую единицу, а если фальшивая, для которой 2 + В/ФО, то формирует логический ноль,Иэ изложенного оыше следует, что описанное устройство обеспечивает очень высокую надежность определения подлинности банкнот и распознавания фальшивых банкнот. Действительно, при использовании о качестве типографского признака банкноты ее порядкового номера имеем следующую ситуацию. В одной серии банкнот одного номинала (например. по 100 рублей) имеется 10 различных номеров.вТекстура бумаги банкноты устойчиво определяется при числе отсчетов 1000. Если для изготовления фальшивых банкнот фальшивомонетчикам удалось тем или иным способом использовать натуральную госэнаковскую бумагу, что само по себе маловероятно, то вероятность случайного получения нужного соответствия номера банкноты и цифрового кода текстуры бумаги банкноты ее секретному контрольному шифру оказывается равной 10, Т.е. в сред нем только одна иэ 10 фальшивых банкнот8будет воспринята устройством как подлинная,хранит таблицу контрольных кодов В этойтаблице каждому возможному значению кода типографского признака банкноты О (илигруппе кодов признаков) соответствует своезначение секретного контрольного шифра 5Ю Под дейстоием соответствующей коман.ды синхронизатора 17 и адресного кода (кода типографского признака банкноты)секретный контрольный шифр проверяемойбанкноты считывается из блока 15 и поступает о блок 16 сравнения,В зависимости от конкретных условийэксплуатации устройства типографскимпризнаком банкноты может быть номиналбанкноты, фрагмент рисунка, год оыпуска 15банкноты, серия, номер или специальноештриховое кодовое поле. Штриховое полеможет содержать закодированную информацию о текстуре бумаги данной банкноты,Самую высокую надежность распознавания 20фальшивых банкнот дает использование окачестве типографского признака банкнотыее полного номера, поскольку в этом случаена каждую выпущенную банкноту приходится свой строго индиоидуальный номер и 25свой индивидуальный секретный контрольный шифр, а при таком подходе взлом системы шифрации статистическими методамибез знания таблицы секретных контрольныхшифров теоретически невозможен, 30Блок сравнения 16 производит классификацию банкноты на основе оэаимногосравнения цифрового кода типографскогопризнака банкноты, цифрового кода текстуры бумаги банкноты и секретного контрольного шифра банкноты. Возможныразличные правила сравнения, Простейшееправило сравнения описывается формулами; если 2+ И/= О, то принимается решение,что банкнота подлинная, если 2+ Иl О, то 40принимается решение, что банкнота фальшивая.Для реализации описанного простейшего правила сравнения цифровой код текстуры бумаги банкноты и секретный 45контрольный шифр банкноты подаются соответственно на первый и второй входы входящего о состав блока сравнения 16сумматора 27, а цифровой код т ипографского признака банкноты О на первый вход 50компаратора 28, на второй вход которогопоступает суммарный код из сумматора 27.Если банкнота 19 подлинная, для которой+=, то о момент поступления из синхронизатора 17 соответствующей команды компаротор 28, выход которого является выходом Если же фальшивомонетчики при изготовлении фальшивых банкнот попытаются с помощью описанного устройства подобрать для бумаги с данной текстурой такой номер банкноты, который бы в сочетании с кодом ее текстуры соответствовал одному из секретных контрольных шифров иэ таблицы в памяти блока 15, то при умеренном ограничении на быстродействие вычислительной части устройства (не более 10 обращений к блоку 15 и последующих сравнений о секунду) перебор всех возможных комбинаций для выявления и ручного подбора нужного номера для конкретно изготавливаемой фальшивой банкноты с конкретной текстурои бумаги займет около одного месяца. Г 1 ри отсутствии же у фальшивомонетчиков натуральной госзнаковской бумаги подобрать нужную оптическую текстуру бумаги беэ соответствующей государственной бумагоделательной и сырьевой базы практически невозможно.(56) Патент ФРГМ Л 381195, кл, С 07 О 7/00, опублик. 1989.Заявка ЯпонииМ 63-62790. кл, 0 07 В 7/00, 1988,ф о р м у л а и з о б р е т е н и я" источники излучения с различными длина- , устройство для опркдклвнил подлинно. ми волн, первый и второй приемники излусти Бднкнот, содержащее первый и второй чения, первый сканер, который оптическисоединен с первым лазерным источникомизлучения и первым приемником излучения, первый лазерный источник излученияс первым сканером и первый приемник излучения расположены по разные стороныплоскости банкноты, размещенной на механизме транспортировки банкнот, и оптически соединенные второй лазерныйисточник излучения и второй приемник излучения, отличающееся тем, что, в устройство введены второй сканер, оптическийблок пространственного разделения на йлучей, где М2, оптическая фокусирующая система, блок обработки сигналов, 15блок определения текстуры бумаги, блокидентификации сигнала, блок развертки,первый и второй блоки буферной памяти,синхронизатор, блок постоянной памяти ьблок сравнения, выход которого является 20выходом устройства, оптический блок пространственного разделения лучей размещен между первым источником лазерногоизлучения и первым сканером, оптическаяфокусирующая система размещена между 25первым сканером и вторым приемникомизлучения, второй лазерный источник излучения, второй сканер и второй приемникизлучения расположены по одну сторонуплоскости банкноты, выходы первого 30приемника излучения соединены с входами блока обработки сигнала, выход которого подключен к первому входу блокаопределения текстуры бумаги, выход которого соединен с первым входом первого 35блока буферной памяти, выход которогоподключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока буферной памяти ипервым входом блока пос 1 оянной памяти, 40втарой выход которого подключен к третьему входу блока сравнения, первый, втооой и третий выходы блока разверткисоединены соответсгвенно с входом первого сканера и первым и вторым входамивторого сканера, выход второго приемникаизлучения подключен к первому входу бло-,ка иден гификации сигнала, выход которого, соединен с первым входом второго буферного блока памяти, выход механизма 50транспортировки банкнот подключен к входу синхронизатора, выходы которого соединены соответственно с входом механизма транспортировки банкнот, вторыми входами блока постоянной памяти, входами первого и второго блоков буферной памяти, блока определения текстуры бумаги и блока идентификации сигнала, с четвертым входом блока сравнения и входами блока развертки, первый приемник лазерного излучения выполнен М-площадочным, гдеМй.2. Устройство по п,1, отличающееся тем, что блок определения текстуры бумаги банкноты выполнен в виде последовательно соединенных фильтра верхних частот, бинарного квантователя и выходного регистра памяти, выход которого является выходом блока определения текстуры бумаги, а вход фильтра верхних частот является первым входом блока определения текстуры бумаги, второй вход выходного регистра является вторым входом блока определения текстуры бумаги,3, Устройство по п,1, отличающееся тем. что блок идентификации сигнала выполнен в виде последовательно соединенных блока бинарного квантователя, вход которого является первым входом блока идентификации сигнала, и сдвиговых регистров .и блока постоянной памяти, входы которого соединены с выходами сдвиговых регистров, выход блока постоянной памяти является выходом блока идентификации сигнала, синхрониэирующив входы сдвиговых регистров обьединены и являются вторым синхрониэирующим входом блока идентификации, а синхронизирующий вход блока постоянной памяти является вторым входом блока идентификации.4, Устройство по п,1, отличающееся тем, что блок сравнения выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и компаратора, выход которого является выходом блока сравнения, первый и второй входы сумматора и первый и второй входы компаратора являются соответст-, венно вторым, третьим, первым и четвертым входами блока сравнения.2001437 Эппра 1одной сигналмника излучвния 2В ыходдой сигнал блока бинарного квантованиястрокЗапись вбуферное ЗУфиг. 42001437 Составитель А.ЛогуткоТехред М.Моргентал Редактор Н.Баганова Корректор М.Керецман Заказ 312 В Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента