Устройство для проверки подлинности банкнот

1 Предпосылки к созданию изобретения Настоящее изобретение в основном касается устройства для проверки подлинности банкнот и, в частности, устройства для проверки подлинности банкнот, предназначенного для распознавания подлинных документов в отличие от поддельных. Проверка подлинности бумажных денег наиболее часто используется в связи с товарами или услугами. А необходимость поддержки постоянно возрастающей потребности предпринимателей в увеличении объема продаж и финансовых операций требует введения новых методов. Удовлетворение этого требования сбытовиков потребовало от приемщиков банкнот внедрения техники при проведении дорогостоящих операций. Наиболее широкое распространение устройства для проверки подлинности банкнот получили в сфере продажи напитков, пищевых и промышленных товаров с помощью торговых автоматов, а также в игорном бизнесе. Находят применение и обменные автоматы, т.е. автоматы для обмена бумажных денег на монеты с целью покупки напитков, уплаты за телефонный разговор и осуществления множества других операций. К тому же устройства для проверки подлинности банкнот или бумажных денег используются применительно и к другим финансовым инструментам, таким как акции,облигации и залоговые документы. Поэтому используемый здесь термин "банковские билеты" или "банкноты" подразумевает все указанные области применения. Большинство банковских билетов или банкнот приходят в негодность или изнашиваются до вывода из оборота. До момента изъятия эти банкноты являются законным платежным средством и считаются пригодными к использованию при совершении операций. Установить подлинность испорченных или изношенных банкнот с помощью известных устройств является делом непростым. Прием таких законных банковских билетов устройствами для проверки денег никогда не достигает 100%. Насущным требованием является исключение подделок. Проще говоря, все фальшивые банкноты,предъявляемые устройству для проверки подлинности, должны автоматически отбраковываться, независимо от их происхождения. Считается, что даже те фальшивые документы, которые еще не были обнаружены, должны быть выявлены и отбракованы при их появлении. Большинство устройств для проверки подлинности банкнот было спроектировано с ориентацией на рынок в общем, и промышленностью было допущено снижение характеристик этих устройств в одной или нескольких областях считывания в пользу более экономичной разработки модели одного размера, призванной удовлетворить требованиям всех заказчиков. К сожалению, большинство областей конечного применения весьма отличаются друг от друга, и 2 устройства одного размера не позволяют удовлетворить всем предъявляемым требованиям. Фактически, производственные потери при продаже напитков с помощью торговых автоматов и использовании музыкальных автоматов не идут ни в какое сравнение с аналогичными потерями, возникающими в процессе эксплуатации обменных автоматов, почтовых систем или торговых автоматов. Однако часто критерием использования является стоимость системы. Производители устройств для проверки подлинности банкнот конкурируют между собой в тех областях применения, где их продукция в наибольшей степени удовлетворяет потребностям заказчика. Часто не прошедшие тестирования устройства допускаются на торговые площадки, не имеющие соответствующей аппаратуры для проведения эксплуатационных испытаний, и забота о сохранении объема продаж вынуждает производителей качественной техники обеспечивать специальное техническое обслуживание или снижать цены. Наиболее широкое применение проверка подлинности банкнот получила в Соединенных Штатах при внедрении торговых автоматов по продаже напитков. Установленные в автоматах системы проверки подлинности банкнот отличались простотой и эффективностью, а их главный недостаток был обусловлен методикой проведения процесса проверки. Все без исключения производители стали жертвами случайных фальшивомонетчиков. Однако как только устройства для проверки подлинности банкнот нашли свое применение во многих других областях, спрос на более усовершенствованные системы даже возрос. В исходных системах использовалась магнитная информация, записанная на бумажных деньгах США и других стран. Но этот способ становится в высшей степени ненадежным с внедрением современных копировальных аппаратов, а многие конторы и библиотеки в США оснащены черно-белыми копировальными аппаратами и большинство населения имеет доступ к этим аппаратам. Оптические системы стали внедряться с целью повышения надежности. Принцип работы таких систем,основанный на методике анализа изображения,допускает возможность использования этих систем в процессе контроля как испорченных или изношенных банкнот, так и совершенно новых. В большинстве устройств для проверки подлинности банкнот одновременно используются и оптические и магнитные системы, что обеспечивает достижение наилучших рабочих характеристик и повышает надежность этих устройств. В системах с использованием магнетизма нередко встречается банкнота, снабженная самой узкой, какая только возможна, полосой,способной разрушить систему. В оптических системах изображение банкноты без труда репродуцируется с помощью современных фото 3 копировальных аппаратов. Часто изображение специально увеличивается на определенных участках с целью обмана устройства для проверки подлинности. Банкноты во всем мире объединяет, по меньшей мере, один отличительный признак ни одна не свободна от подделок. Случайные подделки с помощью факсимильных копий встречаются все чаще по мере расширения доступа к технике. Также возрастают и требования к системам денежного обращения. В прошлом наиболее значительный прогресс в деле разработки устройств для проверки подлинности банкнот был достигнут за счет внедрения оптических систем. Использованные оптические приборы работали как в проходящем, так и в отражаемом излучении. Оптические системы очень хороши при анализе бумажных денег, поскольку все банкноты предназначены для распознавания на глаз. Большинство признаков таких, как водяные знаки, защитные волокна и цветные нити, вклеенные для предотвращения подделок, могут быть обнаружены, прежде всего, на глаз. По этой причине становится понятным, какие большие надежды возлагаются на системы электронного зрения. К сожалению, человеческая модель обнаружения подделок не может быть встроена в виде электронной схемы в систему проверки подлинности банкнот по причине своей высокой стоимости. А применение простого метода состоит в измерении выходных сигналов, вырабатываемых в результате отражения или прохождения через запечатанные или пробельные участки на поверхности банкноты, использовании общих источников светового излучения и сравнении полученных результатов с изображением, хранимом в блоке памяти устройства для проверки подлинности бумажных денег. Основные трудности при этом связаны с проверкой надлежащим образом совсем новых банкнот и искажением изображения испорченных банкнот в сочетании с рассовмещением участков изображения, возникающим в процессе печати, в то время как подделки отбраковываются в процессе приема. По характеристикам, снимаемым при проведении спектрального анализа, возможно получение данных о коэффициентах отражения,пропускания и поглощения, свойственных подлинным банкнотам. В световом излучении на длинах волн в диапазоне от ультрафиолетовой границы до инфракрасной, информация сфокусирована до получения узкой линии. Возможно также определение химического состава материала банкнот, как это используется при научном анализе в других химических исследованиях, и запоминание результатов в виде базы данных для последующего сравнения. Фактически,использование строго контролируемых "химических автографов" банкнот стало бы самым важным фактором обнаружения мошенничества 4 и подделок. Однако при установке спектрального анализатора в систему проверки подлинности банкнот возникли бы проблемы как с точки зрения стоимости оборудования, так и с точки зрения времени, потребовавшегося бы для проведения сканирования по всему спектральному диапазону излучения для каждой из точек вдоль длины банкноты. Метод спектрального анализа не требует системы с высоким разрешением, использующей печатное изображение банкноты. Эта система использует "автографические полосы" подлинных банкнот, появляющиеся при поглощении, отражении или пропускании светового излучения определенных длин волн. Единичный детектор используется с несколькими светоизлучающими диодами (LED), модифицированными (с помощью фильтров) так, что каждый из этих диодов испускает световое излучение определенной длины волны с допуском в сторону увеличения и уменьшения (скажем в 5 нм). Этот общий детектор измеряет отраженное, поглощенное или пропущенное банкнотой излучение для каждого из светоизлучающих диодов в отдельности или в сочетании. Поэтому создание автографа банкноты вследствие его чувствительности к различным длинам волн светового излучения с узкой спектральной линией, вызывающего ответную реакцию на единичном участке банкноты при измерении единичным детектором, обеспечило бы описанной системе максимальную эффективность при использовании в качестве матрицы таких подсистем, которые позволят достичь максимальной защиты и износостойкости подлинных банкнот при формировании полос. Сбои в устройствах для проверки подлинности постоянно обусловливались способностью отдельных умельцев воспроизводить признаки, свойственные подлинным банкнотам, с помощью искусственных точных копий. Случайный фальшивомонетчик имеет в своем распоряжении разнообразные устройства, позволяющие создавать приемлемые точные копии,способные обмануть лучшие устройства для проверки подлинности бумажных денег. Множительные установки, черно-белые и цветные копировальные аппараты, струйные принтеры,компьютеры и сканеры - все эти устройства могут быть использованы для обмана обыкновенного устройства для проверки подлинности банкнот. Некоторые из этих методов отличаются комплексным подходом и сложностью в реализации, однако, ни один из методов не использует по-настоящему химию, лежащую в основе процесса изготовления клише с использованием красителей и красок, реализуемого при печати банкнот. В типичных устройствах для проверки подлинности банкнот используется один или несколько оптических датчиков для измерения характеристик отражения и/или поглощения 5 светового излучения банкнотами. Большинство систем имеют в своем составе светоизлучатели и детекторы, работающие на двух или более длинах волн. Эти блоки, как правило, выбирают несколько точек на отдельных дорожках или каналах вдоль продольной оси банкноты. Полученные при выборке данные сравниваются с хранящимися в блоке памяти данными, соответствующими настоящим банкнотам, и по результатам сравнения могут быть сделаны выводы о типе и подлинности банкноты. В состав типичных пар излучатель/детектор входит, по меньшей мере, один блок, чувствительный к инфракрасному излучению. Это позволяет снимать данные едва ли не для всех видов бумажных денег, независимо от цвета видимого изображения. Однако недостаток этого метода заключается в том, что двухтоновая копия (черно-белая) или копия на цветной бумаге может быть задумана как будущий источник данных, имитирующих реальную банкноту, вследствие чего поддельная банкнота может быть принята за подлинную. Усовершенствование техники цветного копирования сделало также возможным получение цветных копий,практически идентичных реальным банкнотам в спектре излучения видимого диапазона. Многие страны постоянно меняют свои бумажные деньги с целью ограничения поддельных банкнот, снижения производственных расходов, увеличения долговечности и т.д. Некоторые страны также используют банкноты разной ширины. Эти банкноты разной ширины трудно разместить в единичном блоке для проверки подлинности, поскольку канал передачи данных для более узких банкнот будет меняться в зависимости от местоположения банкноты в блоке. Как правило, требуется разработка нескольких баз данных для купюр одного достоинства. В процессе проверки подлинности возникает необходимость в последовательном сканировании каждой из этих баз данных и последующем принятии решения о возможном соответствии. Результатом этого может стать проведение дополнительной операции, занимающей несколько секунд и способной вызывать раздражение и беспокойство пользователя. Поскольку большинство видов бумажных денег в мире имеют комбинации разных цветов на купюрах разного достоинства, устройство для проверки подлинности, способное распознавать эти цвета, должно уметь выбрать базу данных для сравнения с банкнотой. Это позволило бы значительно уменьшить продолжительность обработки, так как потребовало бы поиска только в одной базе данных. Двухтоновые копии могут быть исключены по причине отсутствия цветов в собранных данных. Копии, напечатанные на цветной бумаге, также можно исключить из рассмотрения ввиду утраты едва различимых цветовых переходов, присутствующих на реальных банкнотах. При сравнении цветовых 6 данных с данными, полученными в инфракрасном излучении, прием цветных копий может быть значительно уменьшен. Типичные системы для определения цвета используют три датчика красного, зеленого и синего участков видимого спектра, а также источник белого светового излучения для подсветки объекта проверки. Источники белого светового излучения с равномерным распределением по спектру являются обычно дорогими,громоздкими или требуют какого-либо необычного источника электропитания. Каждый датчик снабжен фильтром, обеспечивающим пропускание светового излучения определенного участка спектра. Использование данных от этих трех датчиков и одновременное применение математических уравнений к этим данным позволяет определить цвет объекта проверки. Проблемой всех имеющихся устройств для проверки подлинности банкнот, которую очень хотелось бы разрешить, является неспособность этих устройств к быстрому и точному определению подлинности банкноты при сохранении минимальных стоимости и размеров. Давнишняя, но до сих пор не удовлетворенная потребность в компактном и достаточно дешевом устройстве для проверки подлинности банкнот,обеспечивающем возможность быстрого и точного распознавания подлинных и поддельных банкнот, и послужила причиной появления данного изобретения, сущность которого излагается ниже. Краткое изложение существа изобретения В соответствии с настоящим изобретением устройство для проверки подлинности банкнот содержит детектор, считывающий излучение,испускаемое светоизлучающими диодами и отражаемое поверхностью проверяемой банкноты или проходящее через эту банкноту. Система имеет в своем составе четыре излучателя, детектор и усилитель с программным регулированием коэффициента усиления. Полное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи приведено ниже. Краткое описание чертежей Для более полного понимания существа и целей изобретения следует обратиться к приводимому ниже полному описанию, сопровождаемому прилагаемыми чертежами, на которых приведены блок-схема настоящего изобретения(фиг. 1); и функциональная схема блока считывания (фиг. 2). На обоих чертежах одинаковые позиции обозначены одними и теми же цифрами. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Предметом настоящего изобретения является метод определения цвета банкноты, отличающийся простотой, точностью и дешевизной. В основе такого метода - использование детектора на pin-диодах, спектральные характеристи 7 ки которого делают его похожим на глаз человека. Поскольку типичное устройство для проверки подлинности банкнот должно иметь малые размеры и быть недорогим, использование нескольких датчиков и источников белого светового излучения представляется не лучшим вариантом его реализации. В предлагаемом варианте реализации изобретения устройство содержит светоизлучающие диоды для подсветки банкноты излучением различных цветов и инфракрасный детектор, обладающий чувствительностью к излучению в видимой области спектра. Четыре светоизлучающих диода с излучением в красной, зеленой, синей и инфракрасной областях спектра размещены в системе так, что испускаемое ими излучение направляется на одну и ту же фиксированную точку банкноты. Детектор же собирает излучение светодиодов, отражаемое или пропускаемое банкнотой. В настоящем изобретении фотодиод 10,содержащий несколько светоизлучающих диодов, предназначен для считывания излучения,испускаемого со стороны банкноты, являющейся объектом проверки, после прохождения через блок проверки рассматриваемого устройства. Сигнал, т.е. электрический ток, вырабатываемый фотодиодом 10 от выбранного светоизлучающего диода, подается на вход блока усиления, обозначенного позицией 12, управление режимом функционирования которого, включая синхронизацию сигналов, вырабатываемых на выходе блока усиления 12, осуществляется с помощью специального блока (центрального процессора CPU) 14, обеспечивающего анализ,отображение и определение подлинности банкноты. В зависимости от полученных результатов эта банкнота принимается или отбраковывается. В частности, как показано на фиг. 2, электрический ток, полученный фотодиодом через светоизлучающий диод 18, подается на вход усилителя 20 первой ступени, преобразующего этот ток в напряжение. В первом каскаде входной токовый сигнал подвергается фильтрации с помощью конденсатора 22, обеспечивающей снижение коэффициента шума, обусловленного внешними источниками. С целью снижения погрешности, возникающей вследствие высокого коэффициента усиления, в качестве усилителя 20 использована схема с низким напряжением смещения. Сигнал, вырабатываемый на выходе усилителя первой ступени, подается на входной контакт цепи обратной связи перемножающего цифро-аналогового (D/A) преобразователя 24. Этот преобразователь (D/A) в сочетании со вторым усилителем 26 входит в состав блока программного регулирования коэффициента усиления, т.е. представляет собой усилитель, коэффициент усиления которого может регулироваться микропроцессором 28. Таким образом выходной 8 сигнал второго усилителя 26 в точке 30 может быть сбалансирован по световому излучению или длине волны выбранного цвета, поскольку каждая длина волны излучения, может быть определена в результате задания различных коэффициентов усиления с целью получения сбалансированного оконечного сигнала на выходе. Оконечный блок 32 усиления выступает в качестве инвертора и фильтра нижних частот (с частотой среза от 1 кГц и выше), обеспечивающего снижение коэффициента шума, обусловленного внешними источниками, и защиту сигнала от наложения спектров в аналого-цифровом (A/D) преобразователе. Сигнал, вырабатываемый этим оконечным блоком усиления или третьим усилителем 32, подается через вывод 34 на вход блока контроля центрального процессора (CPU) 16. Для проведения измерений на светоизлучающий диод 18 направляется световое излучение, задается коэффициент усиления усилителя 20 и с помощью аналого-цифрового преобразователя 24 (A/D) считывается сигнал на выходе фильтра. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя (A/D) подается на вход программного регулятора коэффициента усиления,т.е. в усилитель 26 и процессор 28, и затем следует через светоизлучающие диоды с излучением в красной, зеленой, синей и инфракрасной областях спектра. Полученный на выходе сигнал записывается в блоке памяти центрального процессора для обработки, отображения и контроля устройства для проверки подлинности. Устройство, представленное на фиг. 1, использует четыре отдельных канала R, G, В усиления соответственно для светоизлучающих диодов с красным, зеленым и синим цветами излучения и IR для инфракрасного излучения,образованных соответствующими усилителями с предварительно заданной непрограммируемой рабочей частотой для излучения каждого из цветов. Необходимы также соответствующие схемы усиления и фильтрации сигналов, хотя действие этих схем в основном, как указано со ссылкой на фиг. 2, обеспечивается отдельными каналами усиления для каждого из светоизлучающих диодов. Несмотря на большое число блоков в составе устройства коэффициент усиления для каждого из этих блоков может быть установлен отдельно на предприятииизготовителе. Это предотвращает необходимость в проведении настройки техниками высокой квалификации в условиях эксплуатации. Время от времени устройство требует сервисного обслуживания ввиду старения блоков, однако, это не представляет значительной проблемы. Следовательно, устройство, представленное на фиг. 2, в котором выходной цветовой сигнал контролируется и балансируется с помощью микропроцессора 28 через единичную схему усиления, является предпочтительным. Это устройство позволяет исключить отдельные 9 усилители для каждого из цветов и, таким образом, уменьшить число требуемых блоков, а также повысить линейность системы. Как упоминалось выше, настоящее изобретение позволяет считывать как отражаемое, так и пропускаемое световое излучение. Одним из аргументов в пользу использования проходящего светового излучения является возможность компенсации изменения яркости светоизлучающих диодов вследствие изменения температуры. Устройства для проверки подлинности банкнот используются в различных климатических условиях - от пустыни Сахары до Гренландии, температурный диапазон которых нередко составляет от 25 до +50 С. Каждый из светоизлучающих диодов имеет для заданного тока пропорциональную зависимость от температуры, при которой с ростом температуры выходной оптический сигнал уменьшается и наоборот. Кроме того, светоизлучающие диоды, изготовленные в разных технологических циклах в той или иной степени по-разному реагируют на температуру. Достаточно сказать, что приборы с красным, зеленым и синим цветами излучения отличаются друг от друга по реакции на изменение температуры. Поскольку настоящее изобретение требует, чтобы выходной сигнал, вырабатываемый в ответ на белое световое излучение, оставался в известной степени постоянным, устройство, настроенное на условия работы в Нью-Йорке, не будет работать в Сахаре или Гренландии. Для компенсации температурных изменений блок программного регулирования коэффициента усиления обеспечен датчиком видеорегулировки, обеспечивающим постоянный контроль яркости светоизлучающих диодов и регулирование коэффициента усиления для каждого из каналов, соответствующих разным цветам излучения. После осуществления видеонастройки снимаются относительные показания для проходящего излучения по каждому из таких каналов в отсутствие бумаги или банкноты между светоизлучающими диодами и детектором. Эти показания записываются в блок памяти. При включении устройства для проверки подлинности микропроцессор осуществляет контроль за светоизлучающими диодами и обеспечивает изменение коэффициентов усиления указанных каналов в соответствии с показаниями,хранящимися в блоке памяти. Это поддерживает баланс во всем диапазоне изменения температур. Для настройки в устройство вставляется специальная карта, имеющая на своей поверхности участки белого, черного, красного, зеленого и синего цветов. При прохождении каждого из участков под датчиком измеряется относительная интенсивность выходного сигнала. Да 000733 10 лее с помощью заложенного в микропроцессор алгоритма осуществляется настройка цифроаналогового преобразователя, обеспечивающая достижение соответствующего баланса для каждого из светоизлучающих диодов. Следует отметить, что приведенное описание изобретения и ссылки на чертежи носят иллюстративный характер и не могут трактоваться в смысле ограничения изобретения. Понятно, что следующие ниже пункты формулы изобретения направлены на распространение своего действия на все видовые и специальные варианты осуществления рассматриваемого здесь изобретения, а также на его отличительные признаки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для проверки подлинности банкнот, включающее средства для определения подлинности банкноты, а также для приема и отбраковки банкноты, систему для определения соответствия указанной банкноты цветовому стандарту, фотодетектор для считывания светового излучения красного, зеленого и синего цветов, а также инфракрасного излучения, испускаемого со стороны банкноты, аналогоцифровые преобразователи, осуществляющие преобразование выходных сигналов указанного фотодетектора в цифровую форму, средства для избирательного ограничения коэффициента усиления указанных аналого-цифровых преобразователей, обеспечивающие получение выходного сигнала, соответствующего одному из указанных цветов, и средства для доведения указанного выходного сигнала до значений,требуемых для определения подлинности банкноты. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что оно включает средства для усиления и фильтрации аналогового сигнала, установленные между указанным фотодетектором и указанными аналого-цифровыми преобразователями. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что указанные средства ограничения содержат усилитель и блок микропроцессора, предназначенный для программного регулирования коэффициента усиления этого усилителя и обеспечения выбранных частотных уровней выходного сигнала. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем,что указанный фотодетектор имеет в своем составе матрицу фотодиодов, каждый из которых предназначен для считывания излучения одного из указанных цветов.