Brevet FR2965389A1 — publié le 20120330

Dispositif sélecteur de pièces de monnaie La présente invention concerne un dispositif sélecteur de jetons ou de pièces de monnaie comprenant : - une zone de mesure de caractéristiques du jeton ou de la pièce de monnaie ; - un ensemble de reconnaissance optique du jeton ou de la pièce, l'ensemble de reconnaissance étant agencé au niveau de la zone de mesure et comportant : i) une source de lumière apte à illuminer le jeton ou la pièce, ii) un capteur optique apte à détecter la lumière issue de la source de lumière, le capteur optique étant un capteur matriciel d'acquisition d'images du jeton ou de la pièce, et notamment un capteur CMOS, et iii) un dispositif de contrôle du capteur optique ; et - un moyen permettant un déplacement relatif entre le jeton ou la pièce et le capteur optique lors de la mesure. Un tel dispositif sélecteur est connu du document EP 1 146 489 A2. Il dispose d'un ensemble de reconnaissance optique sophistiqué avec une bonne sélectivité. Toutefois, l'ensemble de reconnaissance optique proposé dans ce document est complexe, coûteux et volumineux. Un autre dispositif sélecteur est connu du document FR 2 743 917 Al. Ce dispositif sélecteur de pièces de monnaie dispose d'un ensemble de reconnaissance optique avec un premier couple émetteur / récepteur infrarouge permettant de mesurer le diamètre des pièces dont on veut vérifier la conformité, et un deuxième couple émetteur / récepteur identique servant à mesurer l'épaisseur de la pièce. En outre, il est prévu un moyen d'analyse magnétique du matériau de la pièce. L'ensemble de reconnaissance optique proposé dans ce deuxième document est plus simple et plus compact que celui du premier document. Néanmoins, ce dispositif connu ne permet pas dans tous les cas de différencier les pièces conformes de pièces non conformes, notamment quand ces pièces ont des diamètres et épaisseurs similaires et sont constituées du même matériau. Un but de l'invention est donc de réaliser un dispositif sélecteur qui soit à la fois simple, compact et de haute sélectivité. Selon l'invention, ce but est atteint par un dispositif sélecteur du type précité, caractérisé en ce que la surface de la matrice du capteur optique est inférieure ou égale à 10 % de la surface du jeton ou de la pièce, et en ce que le dispositif de contrôle est apte à contrôler le capteur optique de manière à acquérir, lors du déplacement relatif, une séquence de N > 2 images du jeton ou de la pièce, adjacentes les unes aux autres, la séquence couvrant sensiblement le diamètre du jeton ou de la pièce. En choisissant un capteur optique matriciel de petite taille par rapport au jeton ou à la pièce, le dispositif sélecteur devient très compact. Une haute sélectivité est conservée grâce à l'acquisition d'une séquence d'images adjacentes couvrant sensiblement le diamètre du jeton ou de la pièce. En réalisant le capteur optique sous forme de capteur matriciel d'acquisition d'images de la pièce, il devient possible d'obtenir une image de la surface de la pièce à reconnaître. Ainsi, le dispositif sélecteur est capable de reconnaître une frappe spécifique imprimée sur la pile ou sur la face et ainsi de différencier les pièces ou jetons de part leurs frappes. Selon d'autres modes de réalisation, le dispositif sélecteur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - une zone de réception de la pièce de monnaie, et un moyen, notamment une roue, de transport de la pièce de la zone de réception vers la zone de mesure ; - le moyen de déplacement relatif et le moyen de transport sont le même moyen ; - l'ensemble de reconnaissance optique comporte en outre une banque d'images de jetons ou de pièces connus à reconnaitre, et un moyen de comparaison de la séquence d'images acquise par le capteur optique aux images de la banque d'images, adapté à déterminer si un jeton ou une pièce mesurée correspond à un jeton ou une pièce connue ; - le moyen de déplacement relatif est apte à assurer un mouvement continu du jeton ou de la pièce par rapport au capteur optique ; - l'ensemble de reconnaissance optique comporte en outre un moyen de seuillage d'images acquises par le capteur optique ; - l'ensemble de reconnaissance optique comprend en outre un guide de lumière apte à acheminer la lumière émise par la source de lumière vers la pièce et/ou une lentille apte à focaliser la lumière réfléchie par la pièce sur le capteur optique ; - au niveau de la zone de mesure, un moyen d'analyse magnétique du matériau de la pièce ; - un moyen d'entraînement du moyen de transport. L'invention concerne également un procédé d'acquisition d'images de la surface d'un jeton ou d'une pièce de monnaie, caractérisé par les étapes consistant à : acquérir une séquence N > 2 d'images adjacentes de la surface du jeton ou de la pièce de monnaie, la séquence couvrant sensiblement le diamètre du jeton ou de la pièce ; seuiller chaque image acquise ; accoler les images seuillées pour obtenir une image composite de la surface du jeton ou de la pièce de monnaie ; et comparer l'image composite à des images contenues dans une banque d'images de jetons ou de pièces de monnaie conformes afin d'évaluer la conformité du jeton ou de la pièce de monnaie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif sélecteur de jetons ou de pièces de monnaie conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de face du dispositif sélecteur de la figure 1; - la figure 3 est une vue de côté du dispositif sélecteur de la figure 1; - la figure 4 est une coupe longitudinale de l'ensemble de reconnaissance optique conforme à l'invention; - la figure 5 est un schéma de principe montrant les flux de données entre différents éléments du dispositif sélecteur ; et - les figures 6 et 7 illustrent la prise d'images par l'ensemble de reconnaissance optique conforme à l'invention. Le dispositif sélecteur S représenté en perspective sur la figure 1 est prévu à équiper un horodateur, mais il pourrait aussi équiper d'autres types d'appareil. Au niveau d'une zone de réception ZR, on y introduit des pièces 1 de monnaie, à titre de paiement à travers un orifice 10 d'introduction. Le dispositif sélecteur S comprend une plaque, de préférence rectangulaire, qui définit un plan de référence P. A la figure 2, on distingue le boîtier 20 du dispositif sélecteur S. Le boîtier 20 est généralement de forme parallélépipédique et reçoit l'ensemble des éléments du dispositif sélecteur S illustrés à la figure 1. On dénote par D la distance entre le plan P de référence et la paroi voisine 22 du boîtier 20. Il existe donc un interstice 23 entre le plan P et la paroi 22. Comme l'indique la figure 1, ledit dispositif sélecteur S comprend un organe 100 de transport ayant la forme générale d'une roue, dans lequel est aménagé un logement 110 destiné à recevoir les pièces 1 à l'unité. Le logement 110 communique dans la zone de réception ZR avec l'orifice 10 d'introduction de manière à pouvoir recevoir la pièce 1 introduite à l'unité. La roue 100 de transport est susceptible d'être mise en rotation autour de son axe 101 par des moyens d'entraînement qui, dans l'exemple de la figure 1, sont constitués d'un moteur 200 à courant continu et d'un mécanisme 210 de transmission comprenant un réducteur composé de deux pignons droits 211, 212 couplés à une vis 213 sans fin coopérant avec des dents, non représentées, disposées à la périphérie de la roue 100. L'hélice de la vis 213 sans fin est à gauche afin de plaquer la roue 100 de transport sur le plan P de référence lorsqu'elle tourne normalement dans le sens rétrograde (sens horaire), ceci afin d'améliorer la mesure des caractéristiques des pièces 1. Le moteur 200 utilisé est à haut rendement pour limiter la consommation et à faible inertie pour faciliter l'arrêt de la roue 100 de transport avec une bonne précision angulaire. En référence à la figure 3, on distingue une zone ZM de mesures où sont disposés des moyens 301, 302, 303 et 304 de vérification de conformité de la pièce 1 de monnaie. Le moyen de vérification 301 est un ensemble de reconnaissance optique avec un capteur matriciel 305 d'acquisition d'images de la pièce de monnaie 1. On s'intéressera par la suite uniquement à ce nouvel ensemble de reconnaissance optique 301. Pour les autres caractéristiques du dispositif sélecteur S selon l'invention, il est fait référence aux indications données dans le document FR 2 743 917 Al dont le contenu correspondant est incorporé dans la présente description. En référence aux figures 2 et 3, l'ensemble de reconnaissance optique 301 est de préférence agencé dans la zone de mesures ZM du dispositif sélecteur S. Plus précisément, en prenant le sens de rotation R de la roue 100, l'ensemble de reconnaissance optique 301 se situe de préférence en amont d'un moyen 302 d'analyse magnétique du matériau de la pièce 1, le moyen 302 étant de préférence suivi d'un moyen 303 de mesure du diamètre de la pièce 1 et d'un moyen 304 de mesure de l'épaisseur de la pièce 1. En référence à la figure 2, l'ensemble de reconnaissance optique 301 est fixé sur le plan P de référence de manière à ce que le plan P se situe entre l'ensemble de reconnaissance optique 301 et la pièce de monnaie 1 lorsque celle-ci repose dans le logement 110. L'ensemble de reconnaissance optique 301 se situe dans l'interstice 23 entre le plan de référence P et la paroi voisine 22 du boîtier 20. La hauteur h de l'ensemble de reconnaissance optique 301 est inférieure ou égale à la distance D. Dans un exemple de réalisation préféré, la distance D est de l'ordre de 20 millimètres et la hauteur h est de l'ordre de 10 millimètres. La figure 4 est une vue en section longitudinale des principaux composants de l'ensemble de reconnaissance optique 301. L'architecture de l'ensemble de reconnaissance optique 301 est définie de façon à minimiser l'encombrement et est de préférence basée sur celles des capteurs optiques de souris d'ordinateur. On pourra notamment citer le capteur optique pour souris ADNS3080 de la société AVAGO TECHNOLOGY. L'ensemble de reconnaissance optique 301 comprend un capteur matriciel d'acquisition d'images 305 (de préférence un capteur CMOS), une source de lumière 306 (de préférence une diode électroluminescente), un guide de lumière 307 (de préférence un prisme), et une lentille 308. Le capteur matriciel 305, la diode électroluminescente 306, le prisme 307 est la lentille 308 se situent entre une carte de circuit 309 et le plan de référence P. Un trou 310 est pratiqué dans le plan de référence P et permet le passage de la lumière vers la pièce de monnaie 1. Le prisme 307 et la lentille 308 sont d'un seul tenant et forme ensemble un module optique 311. La diode électroluminescente 306 est solidarisée à la carte de circuit 309. Elle peut être en contact avec sa surface d'émission de lumière L avec une extrémité du prisme 307. Le capteur matriciel 305 dispose d'une saillie 312 insérée dans un renfoncement 313 du module optique 311. Le fond du renfoncement 313 est formé par la lentille 308. De préférence, la distance focale de la lentille 308 est inférieure ou égal à 1 centimètre. Dans un mode de réalisation préféré, la distance focale est de l'ordre de 3 millimètres. De préférence, la résolution du capteur matriciel 305 est d'au moins 47*30 pixels. Dans un mode de réalisation préféré, la résolution du capteur matriciel 305 est de 188*120 pixels. L'ensemble de reconnaissance optique 301 fonctionne de la manière suivante : la lumière L émise par la diode 306 est injectée dans le prisme 307. Le prisme achemine la lumière L par des réflexions et réfractions vers la surface A de la pièce de monnaie 1 à reconnaître. La lumière L est réfléchie par la surface A de la pièce 1 vers la lentille 308 pour être focalisée par celle-ci sur le capteur matriciel 305. La figure 5 est un schéma de principe montrant les principaux composants électriques du dispositif sélecteur S. On distingue l'ensemble de reconnaissance optique 301 comprenant en outre un dispositif de contrôle ou microprocesseur 314, et une banque 315 d'images de pièces connues à reconnaître. Un codeur 215 est prévu pour fournir des données de position de la pièce au microprocesseur 314. Les images de la banque d'images 315, de préférence des images de contours (masques) en noir et blanc, sont crées à partir d'images de référence des pièces connues, acquises avec un dispositif standard de prise d'image numérique (par exemple un scanner de bureau, un appareil photo digital, etc.). La banque d'images 315 contient la plupart des positions angulaires possibles d'une pièce à l'intérieur du logement 110 de la roue 100. En référence aux figures 6 et 7, on va maintenant décrire le procédé d'acquisition d'images de la surface A de la pièce de monnaie 1 à l'aide de l'ensemble de reconnaissance optique 301. Dès qu'une pièce de monnaie 1 est introduite à travers l'orifice d'introduction 10 pour être insérée dans le logement 110, sous l'action des moyens d'entraînement 200, 210, la roue 100 de transport est animée d'un mouvement de rotation continu irréversible dans le sens rétrograde le long d'un trajet au cours duquel la pièce 1, partant de la zone de réception ZR, est amenée à la zone de mesures ZM où sont disposés les moyens 301, 302, 303 et 304 de vérification de conformité de la pièce 1 de monnaie. Puis, après traversée de manière continue de la dite zone ZM de mesures, la pièce 1 parvient, toujours dans le même mouvement, à une position finale. Des opérations de vérification de conformité de la pièce 1 sont effectuées en continu dans la zone de mesures ZM. La pièce de monnaie 1 transite notamment par-dessus le trou 310 pratiqué dans le plan de référence P (figure 4), la face A de la pièce 1 étant maintenue en position contre le plan de référence P qui est également le plan focal de l'ensemble de reconnaissance optique 301. Lors du passage de la pièce 1 par-dessus le trou 310, le capteur matriciel 305 acquière une séquence N d'images adjacentes i de la surface A de la pièce de monnaie 1. Le nombre N d'images i prises est de préférence tel qu'il couvre le diamètre de la pièce de monnaie 1. De préférence, les dimensions d'une image i sont de l'ordre de 5 X 2,5 millimètres et/ou elle est prise avec 256 ou 16 niveaux de gris. Chaque image i acquise est ensuite corrigée en luminosité afin de compenser les imperfections d'illumination. De préférence, on prévoit un moyen de seuillage de chaque image i acquise. Ainsi, chaque image i peut être transformée d'une image à 256 ou 16 niveaux de gris en une image en noir et blanc représentant le relief de la pièce. Une fois l'acquisition et le seuillage achevés, on accole alors les images i les unes aux autres afin d'obtenir une image composite d'une portion diamétrale de la pièce de monnaie 1. L'image composite est fonction de la nature du mouvement relatif entre la pièce 1 et le capteur 305. Si le mouvement relatif suit une droite, cf. la figure 6, l'image composite est rectangulaire. Si en revanche le mouvement relatif décrit un arc de cercle, cf. la figure 7, on obtient une image composite en arc de cercle. Un moyen de comparaison d'images de l'ensemble de reconnaissance optique 301, à savoir le microprocesseur 314, compare alors l'image composite aux images contenues dans la banque 315 d'images de pièces connues à reconnaître. Si le moyen de comparaison retrouve l'image composite dans la banque d'images, alors la pièce de monnaie est reconnue comme conforme. Si aucune image de la banque d'images ne correspond à l'image composite, alors la pièce de monnaie est considérée comme non conforme. L'algorithme de reconnaissance mis en ceuvre par le microprocesseur 314 est le suivant. Pour chaque image "masque" de la banque, on compte le nombre de pixels communs au masque et à l'image composite acquise ainsi que le nombre de pixels à l'extérieur du masque. On déduit ainsi pour chaque masque un facteur de corrélation qui est le rapport entre le nombre de pixels dans le masque sur le nombre de pixels à l'extérieur. Le facteur de corrélation est maximum pour l'image masque qui correspond à la plus proche position angulaire de la pièce dans le logement 110. Le facteur de corrélation est constamment proche de zéro lorsqu'il s'agit d'une image composite d'une pièce non répertoriée dans la banque315. La vérification de conformité à l'aide de l'ensemble de reconnaissance optique 301 est de préférence suivie d'autres vérifications à l'aide des moyens 302 à 304 connus. Résultats expérimentaux La demanderesse a réalisé une expérience visant à distinguer la pièce de monnaie de 1 dirham des EMIRATS ARABES UNIS, considérée comme pièce valide, de la pièce de monnaie de 50 Baisas du OMAN et de la pièce de monnaie de 5 roupies du PAKISTAN, considérées comme pièces non valides. L'expérience a été réalisée une fois à l'aide du dispositif sélecteur S conforme à l'invention, et une fois à l'aide du dispositif sélecteur selon le document FR 2 743 917 Al. A cet effet, on a inclus dans la banque d'images de l'ensemble de reconnaissance optique 301 une image de la frappe caractéristique de la pièce de monnaie de 1 dirham des EMIRATS ARABES UNIS. De même, on a fourni le diamètre et l'épaisseur de cette pièce aux moyens classiques 303,304 de mesure géométrique et sa signature magnétique au moyen classique 302. On a constaté que le dispositif sélecteur classique selon FR 2 743 917 Al accepte à 100% les pièces valides mais aussi à 1000/0 les pièces invalides provenant du OMAN et à 790/0 les pièces invalides provenant du PAKISTAN. Cela est dû au fait que toutes ces pièces ont des diamètres et épaisseurs semblables et sont constituées sensiblement du même alliage. En revanche, avec le scan optique selon l'invention, c'est-à-dire la prise en photo de la frappe spécifique de la pièce de monnaie, on a obtenu une acceptation à 100% de la pièce valide et un rejet à 1000/0 des pièces invalides. Le dispositif sélecteur S selon l'invention a été décrit dans une variante où il comprend à la fois l'ensemble de reconnaissance optique à capteur matriciel 301, les capteurs optiques 303, 304 de mesure du diamètre et de l'épaisseur de la pièce, et le capteur magnétique 302. Néanmoins, les capteurs optiques 303 et 304 de mesure du diamètre et de l'épaisseur peuvent être omis, le dispositif sélecteur S comprenant alors, dans la zone de mesures ZM, uniquement l'ensemble de reconnaissance optique 301 et le capteur magnétique 302. On peut même envisager de prévoir, dans la zone de mesures ZM, uniquement l'ensemble de reconnaissance optique 301. REVENDICATIONS1.- Dispositif (S) sélecteur de jetons ou de pièces de monnaie (1) comprenant : - une zone (ZM) de mesure de caractéristiques du jeton ou de la pièce de monnaie ; - un ensemble (301) de reconnaissance optique du jeton ou de la pièce, l'ensemble de reconnaissance étant agencé au niveau de la zone de mesure et comportant : i) une source de lumière (306) apte à illuminer le jeton ou la pièce, ii) un capteur optique (305) apte à détecter la lumière issue de la source de lumière, le capteur optique (305) étant un capteur matriciel d'acquisition d'images du jeton ou de la pièce, et notamment un capteur CMOS, et iii) un dispositif de contrôle (314) du capteur optique ; et - un moyen (100) permettant un déplacement relatif entre le jeton ou la pièce et le capteur optique lors de la mesure, caractérisé en ce que la surface de la matrice du capteur optique est inférieure ou égale à 10 % de la surface du jeton ou de la pièce, et en ce que le dispositif de contrôle est apte à contrôler le capteur optique de manière à acquérir, lors du déplacement relatif, une séquence de N > 2 images (i) du jeton ou de la pièce, adjacentes les unes aux autres, la séquence couvrant sensiblement le diamètre du jeton ou de la pièce. 2.- Dispositif sélecteur selon la revendication 1, comprenant en outre une zone (ZR) de réception de la pièce de monnaie, et un moyen (100), notamment une roue, de transport de la pièce de la zone de réception vers la zone de mesure. 3.- Dispositif sélecteur selon la revendication 2, dans lequel le moyen de déplacement relatif et le moyen de transport sont le même moyen (100). 4.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'ensemble de reconnaissance optique comportant en outre : - une banque d'images de jetons ou de pièces connus à reconnaitre ; et - un moyen de comparaison de la séquence d'images acquise par le capteur optique aux images de la banque d'images, adapté à déterminer si un jeton ou une pièce mesurée correspond à un jeton ou une pièce connue. 5.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le moyen de déplacement relatif (100) étant apte à assurer un mouvement continu du jeton ou de la pièce par rapport au capteur optique. 6.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'ensemble de reconnaissance optique (301) comportant en outre un moyen de seuillage d'images acquises par le capteur optique. 7.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'ensemble de reconnaissance optique (301) comprenant en outre un guide de lumière (307) apte à acheminer la lumière émise par la source de lumière vers la pièce et/ou une lentille (308) apte à focaliser la lumière réfléchie par la pièce sur le capteur optique. 8.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre, au niveau de la zone de mesure, un moyen (302) d'analyse magnétique du matériau de la pièce. 9.- Dispositif sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un moyen d'entraînement (200) du moyen de transport. 10.- Procédé d'acquisition d'images de la surface (A) d'un jeton ou d'une pièce de monnaie (1), caractérisé par les étapes consistant à : acquérir une séquence N > 2 d'images (i) adjacentes de la surface (A) du jeton ou de la pièce de monnaie, la séquence couvrant sensiblement le diamètre du jeton ou de la pièce ; seuiller chaque image (i) acquise ; accoler les images seuillées pour obtenir une image composite de la surface du jeton ou de la pièce de monnaie ; et comparer l'image composite à des images contenues dans une banque d'images de jetons ou de pièces de monnaie conformes afin d'évaluer la conformité du jeton ou de la pièce de monnaie.25