(57)【要約】  デバイスは、ライン走査素子を使用することによって多重スペクトル画像を検出する。デバイスは、照明モジュールおよび照明モジュールによって照らされる物体から散乱される光を検出するための検出モジュールを含んでもよい。デバイスはまた、複数の異なる波長で光を生成し、異なる波長の各々を持つ照明の一様なラインを作るために光源のアレイを含んでもよい。光検出は、文書コンベヤーに沿って移動する紙幣などの文書を認証し、検証するために適用されてもよい。
2013509036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の特性を感知するための方法であって、
複数の発光源からの複数の波長の光を使って前記物体を照らすステップと、
前記複数の発光源の各々に一意的に割り当てられる変調符号を使って前記複数の発光源の各々の出力を変調するステップと、
前記物体から散乱される光を検出するステップと、
前記変調符号を使用して前記検出散乱光を復調して前記物体の多重スペクトル画像を作成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記物体の前記多重スペクトル画像は、前記物体の複数の画像を含み、前記複数の画像の各々は、前記複数の発光源の１つによって生成された検出散乱光を表すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照らすステップは、前記物体のライン走査照明として行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ライン走査照明は、前記物体が前記複数の発光源を通過するように行われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の発光源は、２つ以上のラインに構成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
発光源の前記２つ以上のラインの第１のものは、光波長の第１の帯域で光を放出し、発光源の前記２つ以上のラインの第２のものは、光波長の第２の帯域で光を放出し、前記第１および第２の帯域は、互いに異なることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記物体から散乱される前記光の前記検出するステップは、２つ以上の直線状アレイに配置された複数のフォトダイオードによって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記直線状アレイの第１のものは、シリコンフォトダイオードを含み、前記直線状アレイの第２のものは、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記物体の前記多重スペクトル画像の関数として前記物体を認証するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記物体の各画素は、前記複数の発光源のうちの２つ以上を使って同時に照らされる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書にこれによって組み込まれる、２００９年１０月１５日に出願された、「Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題する、米国仮特許出願第６１／２５１，９１５号への便益を主張する。
【０００２】
本発明は一般に、文書の認証に関し、より詳しくは、多重スペクトル光源から生成される散乱光から文書を特徴付けることに関する。
【背景技術】
【０００３】
文書を裸眼で見て分析することは、人的制約および人的エラーによって制限される。分光法は、人が見ることができない物体を見るためにかつ／または人が妥当な時間で行うことができない方法で光およびセンサーを使用する。例えば、文書の多重スペクトル画像を取得する目的のために、多波長の光が、文書に当たる。入射光の一部分は、文書を通り抜けて伝播することもあり、光の一部分は、文書またはそれの印刷インクによって吸収されることもあり、一部分は、文書から散乱されて戻るまたは反射されることもある。一般に、文書の表面から散乱される光の測定が、利用され、次に文書信ぴょう性を確認するために使用されることもある。
【０００４】
多数の方法が、文書の多重スペクトル画像を取得するために利用されることもある。作業中は、いろいろな光源、フィルター、選択的検出器、および光学配置が、そのようなデータを取得するための適切な照明および撮像条件を作るために使用されることもある。しかしながら、高速文書輸送デバイス上などの、制限された空間内の高速移動物体の画像を取得することに関しては、これらの方法は、追加の課題に直面することもある。スペクトル（撮像される波長の数）的にも光学（画素分解能）的にも十分に解像された画像の取り込みは、撮像リソースの強固な配置を求める。
【０００５】
このような移動条件で撮像するための１つの手法は、ライン走査（また「押しぼうき」とも呼ばれる）撮像である。ライン走査撮像は、一次元または二次元センサーを使用して移動物体の二次元（「２Ｄ」）画像を取り込む。ライン走査撮像は、センサー画素の１つまたは複数のラインを使用することによって行われることもある。作業中は、第２の次元は、１つまたは複数の検出器に関する物体の運動から生じ、その後の一次元データを一緒に「スティッチングすること」が、合成画像を作成するために行われる。従って、有限長の画像は、検出器によってラインごとに取り込まれ、コンピュータ処理を用いてアセンブルされることもある。
【０００６】
高速撮像の別の手法は、大きな二次元アレイの使用およびそのアレイ上に目標を結像させることを含むこともある。これらの条件の下では、非常に明るい光源が、全域を照らすために使用され、画像は、物体の運動がぼやけを誘発するまたは他の分解能低減問題が進展するすぐ前に取り込まれる。別法として、アレイの一部分が、使用され、多重二次元画像が、一緒にスティッチングされてライン走査画像の「スティッチング」に似た単一画像を作成することもあり得る。
【０００７】
物体の多重スペクトル撮像は、さらに複雑さを追加する。例えば、取得される各画像について、ライン走査撮像および二次元撮像の課題は、関心のある各光波長で画像を作成することによってさらに複雑化されることもある。ライン走査撮像については、画像を取り込むために、多重ライン照明が、作られかつ／または異なるスペクトル感度の多重センサーが、実装され、その画像は、物理的（２Ｄ）空間で一緒に「スティッチングされ」、その上波長空間に登録される。二次元撮像については、明るい照明および高速取得の利用は、物体が視界の外へ移動する前に関心のあるすべての波長についてこれらの作業を行わなければならないことによってさらに複雑化される。
【０００８】
一般に、文書を照らす多数の方法がある。透過照明の場合を除き、これらの照明技術は、検出器または複数検出器で光を収集する能力に影響を及ぼす。一般に、文書に隣接する空間は、照明および検出のためのメカニズム間で共有される。この物理的空間は、限られているので、調べている文書を収集しかつ／または照らす能力も同様のこともある。
【０００９】
照明の１つの技術は、「落射照明」であり、そこでは光は、文書に垂直に当たり、文書からの散乱光は、同じ経路に沿っていくらかの距離を進んで戻る。この照明手順は、ある程度は、収集される光のいくらかの部分を遮るか、または収集される全効率の全体的低減を必要とする。そのような照明に利用される技術は、部分的に銀めっきされたミラーまたは偏光ビームスプリッターを使用することによって実施されてもよい。
【００１０】
別の照明技術は、共有開口数（「共有ＮＡ」）、またはグレージング照明であり、その場合照明は、ある角度で文書に入射し、それは、光学的検出メカニズムの収集角度を制限することができる。「共有ＮＡ」は、サンプル周辺の空間および光学素子を使用するプロセスのことであり、「ＮＡ」は、視野から生じ、光学システムによって収集される光の円錐である。できる限り最も効率的な光収集のために、人は、このＮＡ光のすべてを使用することを望むこともある。収集される光がより少なく、使用される明るさがより低いほど、検出される信号は、より悪い。「ＮＡを共有する」行為は、光を収集する能力の一部分が、よりよく照らすために犠牲にされることを意味する。落射照明と違って、同じ光学経路は、少ししかまたはまったく共有されず、それ故に「分割する」メカニズムを必要としない。これらの２つの照明技術間の選択は、物体までの距離および必要とされる光学照明または収集効率によって決定されることもある。
【００１１】
文書は、構造化または非構造化方式で照らされることもある。非構造化照明の例は、ランプであり、それではそれの光は、文書に直接当たる。光源光の少しの部分だけが、関心のある文書に達し、光のかなりの部分が事実上無駄であるという結果になるので、そのような非構造化照明に関連する問題は、それの固有の低効率である。この効率の悪さは、電力使用量を増加させることもあり、熱（それは、多くの電子的または熱的散逸問題につながることもある）を増加させることもあり、相対雑音を増加させることもある（より少ない光は、より小さい信号対雑音を意味することもある）ので、望ましくない。
【００１２】
しかしながら、構造化照明はしばしば、光源光を収集し、関心のある文書の方へ向けることにおいてより効率的である。結果として、関心のある文書を照らすために、より少ない熱が、生成され、より少ない電力が、使用される。多重スペクトル撮像はしばしば、互いに空間的にオフセットされ、独立に制御される多重光源を必要とする。文書での関心のある領域の均等照明を作るために、各照明源を少し向け直してこの空間的オフセットを補償することが必要なこともあり、それは一般に、単一の非構造化光源ではできない。
【００１３】
発光ダイオード（「ＬＥＤ」）またはダイオードレーザーなどの固体光源が、使用されることもある。構造化照明は、最も効果的な空間分布を使用してこれらの光源を効果的に収集し、関心のある文書の方へ向ける。検出光学素子および検出器アレイの配置に応じて、異なる構造化照明分布スキームが、最適照明構成を提供するために使用されることもある。
【００１４】
ライン走査撮像は、目標を横切る構造化照明の単一ラインを利用することもあり、その結果それはまさに、検出光学システムによって撮像すべきエリアを「過剰充填する」、すなわち照明のどんなより大きなエリアも失われ、光は非効率に使用されることになる。ライン走査照明の１つの構成は、一組の円柱光学素子のこともあり、それは、押出し方向では光を集めるためにゼロパワーを有するが、しかし直交方向ではかなりの光パワーを有することができる。円柱レンズのパワーを変更することによって、人は、直交方向での倍率を制御することができる。例えば、３００ミクロン幅のＬＥＤの１００ｍｍ長さのアレイは、もし１０×倍率の円柱光学構成が使用されるならば、約１００ｍｍ長さおよび３ｍｍ幅のライン照明を形成することができる。この構成は、照明のラインに沿って照明をぼやけさせながら直交方向で光源の制御された拡大をもたらす。このぼやけは、もしＬＥＤが光のより一様な分布を得るために直線状アレイに置かれるならば、有利なこともある。レーザーなどの平行光源とともに使用されるときは、市販の一次元ディフューザーを含む、光のラインを形成するための他のメカニズムがある。
【００１５】
検出器のアレイに戻る照明のラインを撮像する光学構成は、円柱レンズとは対照的に球面レンズを使用する従来の撮像手法を利用することもある。円柱レンズは、サンプルの照明を形成するために使用され、撮像態様には使用されないこともある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
デバイスは、ライン走査素子を使用することによって多重スペクトル画像を検出する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
デバイスは、照明モジュールおよび照明モジュールによって照らされる物体から散乱される光を検出するための検出モジュールを含んでもよい。デバイスはまた、複数の異なる波長で光を生成し、異なる波長の各々を持つ照明の一様なラインを作るために光源のアレイを含んでもよい。光検出は、文書コンベヤーに沿って移動する紙幣などの文書を認証し、検証するために適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の例となる実施形態による、例となるセンサーシステムを例示する図である。
【図２】本発明の例となる実施形態による、例となる検出画像を例示する図である。
【図３】本発明の例となる実施形態による、例となるブロック図を例示する図である。
【図４】本発明の例となる実施形態による、例となる画像の組を例示する図である。
【図５】本発明の例となる実施形態による、調べられた文書に基づく例となる画素および波長図を例示する図である。
【図６】本発明の例となる実施形態による、検出画像を作成するために使用される例となる光集中および関連する計算を例示する図である。
【図７】本発明の例となる実施形態による、照明器モジュールの例となる構成を例示する図である。
【図８】本発明の例となる実施形態による、照明器モジュールを通り抜けて進む光の例となる経路を例示する図である。
【図９】本発明の例となる実施形態による、例となるＬＥＤアレイ構成を例示する図である。
【図１０】本発明の例となる実施形態による、例となるＬＥＤアレイ構成を例示する図である。
【図１１】本発明の例となる実施形態による、例となる検出器構成を例示する図である。
【図１２】本発明の例となる実施形態による、例となる検出器レイアウトを例示する図である。
【図１３】本発明の例となる実施形態による、例となる光学バレルを例示する図である。
【図１４】本発明の例となる実施形態による、例となる光線追跡を例示する図である。
【図１５】本発明の例となる実施形態による、例となる流れ図を例示する図である。
【図１６】本発明の例となる実施形態による、例となる画像データ編成構成を例示する図である。
【図１７】本発明の例となる実施形態による、例となるセンサー構成を例示する図である。
【図１８】本発明の例となる実施形態による、例となる光波長図を例示する図である。
【図１９】本発明のさまざまな実施形態で開示される作業を行うように構成される例となるコンピュータ実体を例示する図である。
【図２０】本発明の例となる実施形態による、例となる方法の流れ図を例示する図である。
【図２１】本発明の例となる実施形態による、文書の画像を作成するために使用される多重照明バンドの例を示す図である。
【図２２】本発明の例となる実施形態による、変調符号の例となる表を例示する図である。
【図２３】本発明の例となる実施形態による、例となるフォトダイオード信号を例示する図である。
【図２４】本発明の例となる実施形態による、例となるフォトダイオード信号を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書の図で一般的に述べられ、例示されるような、本発明の部品は、多種多様な異なる構成で配置され、設計されてもよいことは容易に理解されよう。それ故に、図で表されるような、本発明の実施形態の記述は、特許請求されるような本発明の範囲を限定することを意図しておらず、単に本発明の選択された実施形態を代表するだけである。
【００２０】
この明細書全体にわたって述べられる本発明の特徴、構造、または特性は、任意の適切な方法で１つまたは複数の実施形態で組み合わされてもよい。例えば、語句「例となる実施形態」、「いくつかの実施形態」、または他の同様の言葉の使用は、この明細書全体にわたって、実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれてもよいという事実のことである。それ故に、語句「例となる実施形態」、「いくつかの実施形態」、「他の実施形態」、または他の同様の言葉の出現は、この明細書全体にわたって、必ずしもすべて同じグループの実施形態のことではなく、述べられる特徴、構造、または特性は、任意の適切な方法で１つまたは複数の実施形態で組み合わされてもよい。
【００２１】
本発明の実施形態は、紙幣および為替手形を含むが限定されない文書の特徴、特性、および属性を検出する文書認証センサーを提供する。本記述の残りは、紙幣および関連する例に関連する応用を実証する。しかしながら、そのような画像取り込み構成は、身分証明書、セキュリティーラベル、包装、または多重スペクトル撮像を使って認証できる任意の表面を含むが限定されない任意の文書に適用可能であってもよい。さらに、本発明の実施形態は、文書に限定すべきでなく、そのような実施形態に従って撮像できる任意の目標または物体に適用可能であってもよい。画像取り込みセンサーは、紙幣に存在するスペクトル的に一意的な特徴の存在および／もしくは信ぴょう性、紙幣の単位名称、ならびに／または多重紙幣の存在を決定するためにある作業を行ってもよい。
【００２２】
本発明の例となる実施形態によると、ライン走査撮像は、認証の目的などのために特徴付けるべき物体（例えば、文書）に対して空間的に掃引される照明ラインを作成するために使用されてもよく、結果として生じる散乱光および／または反射光は次いで、直線状検出器によって感知されまたは取り込まれる。光学素子と物体との間の相対運動に起因して、多重連続ライン画像が、積み重なって取り込み画像を形成する。この構成は、移動コンベヤーによってまたはその上で輸送されるなどの、紙幣または製造品目などの、高速移動品目の画像または多重スペクトル画像スタックを形成する能力を提供する。術語「画像」および「複数画像（ｉｍａｇｅｓ）」は、１つまたは複数の光源による目標物体の照明から生じた、目標物体によって散乱され、反射され、かつ／またはフィルターにかけられる光エネルギーの検出の結果として収集されるデータに言及するために本明細書で使用される。本発明の実施形態を述べる目的のために、本明細書で参照される１つまたは複数の図は、そのような「画像」または「複数画像」を例示することもあるけれども、そのような「複数画像」が、目に見えるかまたは表示デバイスに表示されることは必要でない。本明細書では、術語「散乱される」および「反射される」は、目標物体が１つまたは複数の光源によって照らされると目標物体から出て来る、検出器によって受け取られる光を記述するために交換可能に使用されてもよい。本明細書で開示されるように、「画像」は、調べている物体での所定サイズ（面積）の所定位置を基本的に識別する「画素」で構成されてもよい。
【００２３】
多重スペクトル画像スタックは、異なる照明条件の下で収集される、関心のある目標物体の画像の集まりによって特徴付けられる。これらの異なる照明条件は、異なる波長の光源からの照明および／または異なる波長の光の収集の結果として散乱光によって生成される各画像によって特徴付けられてもよい。
【００２４】
単一検出器アレイの限られたスペクトル帯域幅を克服するための手法は、異なるスペクトル感度の異なる検出器を同じアレイで織り交ぜることである。しかしながら、この手法は、アレイ方向での全体の空間的分解能を低下させることもある。それはまた、異なる種類の検出器が互いに空間的に分離するとき、ある程度の補間も必要とする。
【００２５】
別の技術は、異なる種類の検出器の多重直線状アレイを含んでもよい。この技術では、照明の２つの（またはより多くの）平行ラインが、ＬＥＤの２つの（またはより多くの）直線状アレイによってサンプルに形成される。ＬＥＤの直線状アレイは各々、一組の円柱光学素子を使用してもよい。同様に、この構成は、単一組の円柱光学素子だけを使用することによって簡略化されてもよく、それは、照明光学システムのコスト低減、位置合わせの困難さの低減、および／または照明の２つのラインが平行であり、正しい距離だけ分離されることを確実にするという結果をもたらす。
【００２６】
代替技術は、シリコンなどの同じ種類の検出器を備える多重直線状アレイを含んでもよく、この場合各直線状アレイは、例えば赤色、緑色、および青色フィルターを使ってフィルターをかけられている。これは、カラー画像再構成を、またはもし４つ以上のアレイが使用されるならば多重スペクトル再構成を可能にする。多重アレイの使用は、より多くの画像取得が同じ時間で行われることを可能にすることもあり、それ故に優れたスペクトル分解能のためにより多くの波長の使用を可能にする。
【００２７】
本発明の例となる実施形態は、高速多重スペクトルライン走査撮像を可能にするための光学部品配置および信号処理の組合せを開示する。例は、円柱光学素子照明に従って異なる波長を有するＬＥＤの直線状アレイによって構造化照明を形成する最適化実施を含んでもよい。
【００２８】
例となる実施形態は、ＬＥＤの直線状アレイを含む照明構成を提供してもよく、この場合少なくとも複数のＬＥＤの各々は、異なる波長の光を生成する。照明構成のさらなる詳細は、独立に制御される（例えば、変調される）、または多重ＬＥＤのさまざまな組もしくはグループで制御される少なくとも複数のＬＥＤの各々を含んでもよい。例えば、同じＬＥＤ波長のある倍数は、事前定義の距離だけ離れてアレイに沿って一様に間隔をあけられてもよい。本明細書でさらに詳細に述べるように、照明は、照明条件と検出器出力との間の相関を可能にする、センサー内で作られる時間基準に従って変調されてもよい。
【００２９】
本明細書でさらに詳細に述べるように、センサー構成の検出側では、検出器素子の配置は、複数組の波長の同時撮像が限られた量の時間および空間内でより大きな組の波長を収集することを可能にするように形成されてもよい。構造化照明および検出アレイは、適切な複数組の検出素子で複数組の波長を撮像する光学システムを通じて結合されてもよい。多重スペクトル画像は、時間基準に基づいて適切なデータを一緒に「スティッチングする」ことによって、または空間的におよびスペクトル的に解像された多重スペクトル画像スタックを作成するために取得プロセスで使用される別の技術によって検出器データから作成されてもよい。
【００３０】
本発明の例となる実施形態によると、ＬＥＤの２つの直線状アレイは、目標文書に照明の２つのラインを形成し、それは、検出器の２つの直線状アレイに戻って撮像される。照明の１つのラインは、検出器の第１のアレイによって感知される第１の組の波長を含有し、照明のもう一方のラインは、検出器の第２のアレイによって感知される第２の組の波長を含有する。本明細書でさらに詳細に述べるように、異なるＬＥＤの時分割多重化法（「ＴＤＭ」）、または直接シーケンススペクトル拡散変調法（「ＤＳＳＳＭ」）などの他の照明技術の使用によって、多重検出器スペクトル範囲に及ぶ画像の多重スペクトルアレイが、形成されてもよい。追加の照明のラインおよび検出器のアレイがまた、スペクトル範囲をさらに広げるために使用されてもよい。
【００３１】
画像取得の上述の手法は、異なる補間検出器の単一アレイが生じさせることになる横方向空間分解能を低減しないこともある。しかしながら、検出器のこれらのアレイは、横方向に間隔をあけられるので、それは、周知の相対運動を利用する。完全な画像を再構成するために、相対運動の速度およびアレイ間の分離距離は、いったん各部分が検出されると、異なる直線状アレイを同一直線上であるようにデジタル的に「シフトする」ために使用されてもよい。従って、高い光学的およびスペクトル的分解能の多重スペクトル画像は、非常に小さなフォームファクターで得られる。
【００３２】
図１を参照すると、センサーシステムの実施形態は、３つのサブシステム、例えば、上部センサー筐体（「ＵＳＨ」）１０１、下部センサー筐体（「ＬＳＨ」）１０２、および外部プロセッサモジュール（「ＥＰＭ」）１０３を含む。外部プロセッサモジュール１０３は、遠隔位置に存在してもよく、またはＥＰＭ１０３は、ＵＳＨ１０１およびＬＳＨ１０２と同一場所に配置されてもよい。
【００３３】
認証作業ならびに紙幣単位名称の決定、表面仕上げ、向き、その他などの他の撮像に基づく測定は、センサーシステムの後方散乱撮像モードによって行われてもよい。この後方散乱モードの作業では、光は、照明器モジュール１０４から送られ、紙幣１００の表面にぶつかり（当たり）、反射光は、筐体（ＵＳＨ１０１およびＬＳＨ１０２のどちらかまたは両方）中に戻り、光学素子１０５を通って、筐体の検出器モジュール１０６へと散乱される。
【００３４】
光を紙幣１００の方へ送る上述の手順は、上部センサー筐体１０１および下部センサー筐体１０２で例示されるように、紙幣１００の両面で行われてもよい。上部センサー筐体１０１および下部センサー筐体１０２によって得られた結果は、処理のためにＥＰＭ１０３に転送される。図１では、上部センサー筐体１０１内で光波が進む経路は、破線によって全体的に示され、下部センサー筐体１０２内で光波が進む経路は、点線によって全体的に示される。
【００３５】
センサーシステムの空間検出器分解能は、検出器モジュール１０６での検出素子（センサー）の数および間隔によって、または光学素子１０５の固有の光学的分解能によって制限されることもあり、いずれかが、より貧弱である。例えば、検出器センサー間の中心から中心が２ミクロンの検出器間隔は、もし光学システムが１００ミクロンのぼやけたスポットを有するならば、不必要なこともある。
【００３６】
工学的光学設計が、所望の検出器間隔が実施されることを容認すると仮定すれば、センサーシステムの速度などの、他の考慮すべき事項がある。例えば、既存の在庫のある検出器／センサーは、非常に小さなピッチ（例えば、およそ１ミクロン）内に配置される多重検出器／センサーの利点を有するが、しかし多くの検出器／センサーの各々からの電気信号をデジタルデータの流れに変換する単一のまたは少数の読み出し素子を有するだけである。この読み出し変換は、検出器モジュール１０６の全体の処理速度を制限する最大データ転送速度を有することもある。
【００３７】
別法として、特別注文の検出器アレイは、多くのデジタル化素子を有してもよく、１素子につき１つのデジタイザーに至るまで可能にする。これは、アレイのスループットを著しく増加させるが、しかしながら、これらの検出器素子は、はるかにより大きい（例えば、およそ１００〜１０００ミクロン）こともある。これは、空間分解能を著しく制限することもある。第３の代替案は、完全に特別注文による検出器アレイであり、それは、多くの微小検出器素子（例えば、１０ミクロンの分解能を持つ）および多くのデジタル化素子を有してもよく、それは、処理速度および撮像分解能の両方の向上を可能にする。
【００３８】
各センサー筐体１０１、１０２によって収集される後方散乱画像は、事前定義の分解能（例えば、１ｍｍ）を持つ紙幣１００の表面の二次元画像の多重スペクトルスタックであってもよい。しかしながら、より低いおよびより高い分解能も、本発明の範囲内である。図２は、本発明の例となる実施形態による、１ｍｍ画素分解能でサンプリングされた紙幣１００の例を示す。検出画像のスペクトル分解能は、さまざまな要因に応じて変化することもある。照明器モジュール１０４で使用される照明素子は、非常に狭い光周波数光源（例えば、レーザーおよびＬＥＤなどの中程度のスペクトル幅光源）、または広い光周波数光源（例えば、ランプ）から選択されてもよい。
【００３９】
スペクトル分解能はまた、検出器モジュール１０６に含まれるある検出器の使用を通じて制御されてもよい。検出器は、目標光波長に基づいて選択されてもよい。そのような検出器の一例は、フィルター付きフォトダイオードであってもよい。あるフィルターは、任意の組の波長が検出器に送られることを可能にするために使用されてもよい。このスペクトル分解能は、調べるべき波長の範囲にわって変化してもよい。
【００４０】
目標とする波長の例は、図１８で例示され、それは、例えば紙幣のインクの色を正確に決定するために、可視領域で使用されてもよい第１の組の比較的狭い波長「Ａ」を示す。より広い周波数の第２の組の波長「Ｂ」は、赤外（「ＩＲ」）領域で使用されてＩＲ透明性の欠如または存在を決定してもよい。
【００４１】
図３を参照すると、図１について上で述べたように、上部および下部筐体１０１および１０２は各々、１つまたは複数のＬＥＤアレイおよび付随するＬＥＤ変調器を含んでもよい照明器モジュール１０４、１つまたは複数の撮像アレイおよび付随するフォトダイオード／アンプを含んでもよい検出器モジュール１０６、光学素子１０５、ならびにデータをＥＰＭ１０３に供給する復調器およびデータ送信器（図示されず）を含む。ＥＰＭ１０３は、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）３０１、１つまたは複数のデジタルシグナルプロセッサ３０３、および通信プロセッサ３０４を含む。変調符号は、ＦＰＧＡ３０１の内部で生成される。各組のＬＥＤの強度は、デジタル／アナログ変換器（「ＤＡＣ」）（図示されず）を手段として個別に調整できる。
【００４２】
ＦＰＧＡ３０１はまた、検出器モジュール１０６に含有されるフォトダイオードチャンネルのために増幅器（図示されず）およびアナログ／デジタル変換器（「ＡＤＣ」）３０２が付随してもよい。ＦＰＧＡ３０１は、信号対雑音比を最大にするためにフォトダイオード信号のオーバーサンプリング、フィルタリング、および復調を提供する。ＦＰＧＡ３０１は、結果として生じるデジタル値を受け取り、それをＤＳＰアクセスに適したフォーマットでＤＳＰ３０３に与える。ＤＳＰ３０３は、本明細書で論じられるなどの、埋め込みアルゴリズムを使用してデータを処理し、合否基準に基づいて決定をしてもよく、紙幣１００を認証してもよい。通信プロセッサ３０４は、ＤＳＰ３０３から結果を集め、このデータを出力のためのメッセージに書式を整えてもよい。
【００４３】
本発明の実施形態では、紙幣１００が、紙幣輸送システム（それは、当技術分野では周知であり、図１および３での「ベルト」および「進行方向」を参照）に沿って進むとき、照明器モジュール１０４は、照明器モジュール１０４に含まれるＬＥＤの１つまたは複数のアレイを使って紙幣１００の一面または両面を照らしてもよい。散乱光は、検出器モジュール１０６の撮像アレイのフォトダイオードによって取り込まれてもよい。ＬＥＤ波長の変調は、センサーデバイスが取り込み画像を個々の波長成分に分離することを可能にするように実施されてもよい。これは、結果的に「多重画像」の多重スペクトルスタックをもたらし、それは、デジタルフィルタリングおよび最適統計的検出、推定、ならびに分類（もしくは「パターン認識」）法などの統計的方法、または識別された多次元反射画像が本物の紙幣について変化の許容範囲内に入るかどうかを決定し、それによって紙幣１００の信ぴょう性を検証するための主成分分析（「ＰＣＡ」）などの別の分析技術を使用して分析されてもよい。多重スペクトル画像スタックの統計的分析はまた、紙幣のＩＲ透明インクおよび画像要素の空間的に分離した領域に基づいて紙幣の単位名称を決定するために使用されてもよい。多波長で撮像された、図２の例となる紙幣についてのそのような多重スペクトル画像スタックの例は、図４で示される。多重画像１・・・ｎの各々は、特定波長の光で紙幣１００によって散乱された光から取り込まれた画像を表す。
【００４４】
図１を再度参照すると、照明器モジュール１０４は、広いスペクトル範囲にわたって連続照明を提供する複数の異なるＬＥＤを含むＬＥＤアレイを含んでもよい。関心のある１つの可能なスペクトル範囲は、３００ｎｍから１７００ｎｍのＬＥＤ波長を含むことによって紫外線から近赤外線に及ぶことによって調べられてもよい。ＬＥＤは、各々が異なる波長を有する、２つ、３つ、またはより多くの異なるＬＥＤを含むことによって光波長が変化してもよい。本発明の例となる実施形態は、そのようなスペクトル範囲に限定されず、任意の数の波長および適切なスペクトル応答の検出器を使って実施されてもよい。多重スペクトル画像スタック（図４を参照）の各層からの各画素は、紙幣１００の表面から散乱されるまたは紙幣１００を通り抜けて送られる、単一照明素子からの光の強度を表す。多重スペクトルスタックの各層から同じ空間位置からの強度を収集することによって、スペクトル情報が、図５で描写するように得られる。
【００４５】
図７はさらに、本発明の例となる実施形態による、照明器モジュール１０４の部品を例示する。照明器モジュール１０４は、光学素子１０５でミラーおよび光学レンズを使用して光を紙幣１００に投影するように位置決めされるＬＥＤのバンクを含む。ＬＥＤは、複数の異なる波長を投影してもよい。ＬＥＤの第１のバンクは、より短い波長スペクトルを投影し、第２のバンクは、より長い波長スペクトルを投影してもよい。ＬＥＤは、ＤＳＳＳＭもしくはＴＤＭ技術、または本明細書で述べられる他の技術のいずれかを使用して変調されてもよく、多波長の同時測定を可能にする。
【００４６】
照明器モジュール１０４は、照明器基板８０２、信号コネクタ８０３、および光学素子１０５を使用して光を投影するように位置決めされるＬＥＤ８０１のアレイを含み、その光学素子は、照明器モジュール１０４に関して、ミラー７０３ならびに２つの光学レンズ７０１および７０２を含む。ホルダー７０４および開口７０３はまた、照明器モジュール１０４の一部であってもよい。裸のＬＥＤ８０１が電力を供給されると、光は、レンズ７０１および／または７０２を通り抜ける。光は次いで、角度の付いたミラー７０３によって紙幣１００に向け直され、そこで光は、紙幣１００の表面にぶつかり、筐体１０１および／または１０２中に戻り、検出器モジュール１０６に付属する光学素子１０５を通って、検出器モジュール１０６ヘと散乱される（図１もまた参照）。
【００４７】
照明器モジュール１０４からの光を制御する光学素子１０５の一部分の拡大図は、図８で例示される。光（図では多重ビームとして表される）が、レンズ７０２および７０１を通り抜けると、光は、ミラーウェッジ７０３にぶつかり、前方へ投影されて紙幣１００に当たる。この構成は、光の比較的一様なラインのためにＬＥＤ照明の「混合」を可能にする。レンズ７０１および７０２は、ＬＥＤからの放出光の大部分を収集し、集中させ、ミラー７０３からのその光を投影して放出光のアレイを目標上に結像する。円柱光学素子は、光が収集され、一方向に集中される（例えば、レンズ７０１から外へ出ていく光線追跡を参照）という意味では「１Ｄ」光学素子であるが、しかしＬＥＤ光が広がり、直交方向に伝播することを許容する。
【００４８】
図９を参照すると、照明モジュール１０４の例は、裸のＬＥＤダイ８０１の数「ｎ」の２つの列を含む基板を含み、列Ａは、ＬＥＤ１・・・ｎを含み、列Ｂは、ＬＥＤｎ＋１・・・ｍを含む。列Ａおよび列Ｂは、２つの異なるスペクトル領域からのＬＥＤ波長を含む。ＬＥＤアレイ８０１は、１２の異なる波長のアレイ、すなわち１つの検出器アレイに結像される列Ａでの７つの混合物、および第２の検出器アレイに結像される列Ｂでの５つの混合物を含んでもよい。異なるＬＥＤは、それらが生成する光の波長によって識別される。照明器モジュール基板８０２Ａおよび８０２Ｂの分離バージョンは、それぞれ下部センサー筐体（ＬＳＨ）１０１および上部センサー筐体（ＵＳＨ）１０２に利用される。２つのバージョン間の１つの差は、１つが事実上もう一方のミラーイメージであるということもある。例えば、ＬＥＤアレイ８０１Ａの列Ａおよび列Ｂならびに信号コネクタ８０３の偶数ピンおよび奇数ピン信号は、ＬＥＤアレイ８０１Ｂに関して交換されてもよい（ＬＥＤ１は、照明器モジュール基板８０２Ａの上部から始まり、ＬＥＤ１は、照明器モジュール基板８０２Ｂの底部から始まることに留意されたい）。
【００４９】
図１０は、本発明の例となる実施形態による、それぞれ基板８０２Ａおよび８０２Ｂ上のＬＥＤアレイ８０１Ａおよび８０１Ｂの同様の図を例示する。図１０を参照すると、各列Ａおよび列Ｂ内のＬＥＤは、調べている紙幣の幅にわたって一様で、広帯域の照明を提供するために、交互配置されたパターンで均等に分配されてもよい。各文字は、異なる波長を表す。この例は、列Ａでは、７波長が繰り返され、一方列Ｂでは、５波長が繰り返される構成を示す。しかしながら、人は、必要に応じてどちらの列でも多数のまたは少数の波長を利用することもあり得る。この例では、列Ａに７波長および列Ｂに５波長があるが、しかし両方に同じ総数のＬＥＤがあるので、列Ｂでの波長は、列Ａでのそれらよりも１波長につきより多くの占有数を有する。もし明るく照らすべき特定の紙幣特徴または特定の組の波長があるならば、より少ない波長（単一波長程に少ない）を持つ列が、その特定の色の強度を増加させるために利用されてもよい。同様に、すべての波長が均等に分配されなかった列が、利用されてもよく、それで列Ａのような列だが、しかしＡ＝Ｄであり、従ってその波長は、他の波長の二倍である。それ故に、「Ａ」が他の６波長と同じ量の二倍（「２×」）占有される状態で総数７波長があることになる。
【００５０】
図１を再度参照すると、筐体１０１および１０２の各々はさらに、本発明の例となる実施形態に従って、フォトダイオード検出器モジュール１０６とともに光学素子１０５内にマルチレンズ光学システム（本明細書でさらに述べられるような）を含んでもよい。光学システムは、紙幣１００からの散乱光を検出器モジュール１０６内に配置されるフォトダイオードのアレイに集中させる。フォトダイオードは、散乱光を電気信号に変換し、それは次いで、ある紙幣特徴の位置を決定するなどのために、ＥＰＭ１０３による画像処理に使用される。紙幣１００を調べるために使用されている２つの分離した光のバンドがあってもよい。短波長は、フォトダイオードの１つの列に集中されてもよく、長波長は、フォトダイオードの第２の列に集中されてもよい。紙幣１００の各画素（関心のある位置）から受け取る光は、単一フォトダイオードに集中される。
【００５１】
図１１は、本発明の例となる実施形態による、検出器モジュール１０６のフォトダイオード配置を例示する。図１１を参照すると、検出器モジュール１０６の例は、基板１１０２に取り付けられたフォトダイオードアレイ１１０１を含んでもよく、それは、複数のフォトダイオードセンサーＰＤ１、ＰＤ２、・・・ＰＤ（ｎ−１）、ＰＤ（ｎ）（第１のスペクトル列）およびＰＤ（ｎ＋１）、ＰＤ（ｎ＋２）、・・・ＰＤ（ｍ−１）、ＰＤ（ｍ）（第２のスペクトル列）を含む。センサーに加えて、関連するトランスインピーダンス増幅器（図示されず）もまた、センサーに結合されて検出光信号を電圧信号に変換してもよい。フォトダイオードアレイ１１０１は、フォトダイオードの２つの「スペクトル」列に配置されてもよい。第１のスペクトル列は、より短い波長光を検出するためのシリコン（Ｓｉ）フォトダイオードで占められてもよく、第２のスペクトル列は、より長い波長光を検出するためのインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオードで占められてもよい。しかしながら、フォトダイオードの他の変形形態および同様のセンサーが、センサー検出構成で使用される光を取り込むために使用されてもよい。加えて、第３の列、または付加的な列が、受け取られるなお他の波長の光を検出するためにさらに追加されてもよい。
【００５２】
図１を再度参照すると、各センサー筐体１０１および１０２は、検出器モジュール１０６の分離バージョンを利用してもよい。下部センサー筐体１０２は、図１１のフォトダイオード位置ＰＤ１〜ＰＤ（ｎ）に取り付けられるＩｎＧａＡｓフォトダイオードを含んでもよい。同様に、Ｓｉフォトダイオードは、図１１のフォトダイオード位置ＰＤ（ｎ＋１）〜ＰＤ（ｍ）に取り付けられてもよい。上部センサー筐体１０１は、下部センサー筐体１０２とは順序を逆にしてもよく、Ｓｉフォトダイオードは、位置ＰＤ１〜ＰＤ（ｎ）に取り付けられ、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、位置ＰＤ（ｎ＋１）〜ＰＤ（ｍ）に取り付けられる。しかしながら、図１１で示されない同様の変形形態もまた、フォトダイオードを配置するために使用されてもよい。
【００５３】
図１２は、本発明の例となる実施形態による、フォトダイオードアレイ１１０１の各スペクトル列のための間隔をあける構成を例示する。図１２を参照すると、各フォトダイオードダイ１２０１は、物理的ダイサイズ１２０１よりも小さい「活性エリア」１２０２を有する。検出器モジュール１０６で使用されるフォトダイオードは、約０．５ｍｍ幅の活性エリアを有してもよい。活性エリアの外側に入る光は、電気信号に変換されないこともあり、それでもしフォトダイオードダイ１２０１が、単一列内で互いに隣接して置かれるならば、隣接ダイ１２０１の活性エリア間に入る紙幣１００の部分は、撮像されないことになる。この影響を軽減するために、スペクトル列内のフォトダイオード１２０１は、図１２で例示するようにジグザグに配列されて（オフセットされて）もよい。紙幣進行に垂直なラインに沿ったフォトダイオード活性エリア間の隙間１２０３は、フォトダイオード１２０１のオフセットレイアウトによって効果的に除去できる。
【００５４】
図１３は、本発明の例となる実施形態による、光学素子１０５の例を示す。光学素子１０５は、検出器モジュール１０６のレンズアセンブリ１３０１に加えて、照明器モジュール１０４、レンズ７０１、７０２、およびミラー７０３を含む。例となる光線は、どのように光の経路がシステム内を進むかを描写するために例示される。光学素子１０５は、レンズアセンブリ１３０１を光学撮像デバイス内に配置し、性能向上のためにそのアセンブリの焦点を合わす能力を提供する精密外部表面を備える検出器レンズアセンブリ１３０１の取り付けのための機械加工アルミニウム筐体（図示されず）を備える光学バレルを含んでもよい。
【００５５】
検出器レンズアセンブリ１３０１は、高度の光収集効率で目標１００（紙幣）を検出器アレイ１１０１に結像するリレーレンズ光学システムを含んでもよい。レンズアセンブリ１３０１は、波長領域での最大透過率のための反射防止コーティングを備える５つの個別レンズおよび３つの複レンズアセンブリのアレイを含有してもよい。レンズの組は、広い範囲の波長にわたって再結像を行うように選択されてもよい。光学倍率は、紙幣のための分解能要件および検出器素子のサイズに基づいて選択されてもよい。紙幣上の１ｍｍの特徴サイズを解像するためおよび０．５ｍｍ×０．５ｍｍの検出器素子のために、０．５×光学倍率が、利用される。一例として、もしレンズアセンブリが、０．５×の光学パワーを提供するならば、そのとき紙幣平面上の各１ｍｍ×１ｍｍエリアは、検出器アレイ１１０１上の０．５ｍｍ×０．５ｍｍエリアに結像される（０．５×は、紙幣上の１ｍｍ×１ｍｍエリアが検出器平面上に０．５ｍｍ×０．５ｍｍエリアとして現れることを意味する）。
【００５６】
図１４は、本発明の例となる実施形態による、光線追跡（光線追跡は、システムを通り抜ける波または粒子の経路を計算するための方法である）の光学システム絵図を例示する。図１４を参照すると、紙幣１００に接触し、フォトダイオード検出器アレイ１１０１の方へ後方散乱する光の５つの例となる経路の詳細が、例示される。紙幣１００の関心のあるすべての点が、図１４の光線追跡で例示されていないことに留意されたい。バレルケーシングは、この図面では示されない。
【００５７】
図１５および１６は、検出器モジュール１０６によって収集された生の紙幣画像（多重スペクトルデータ）へのデータ処理を例示する。図１５は、ＦＰＧＡ３０１およびＤＳＰ３０３によって行われるステップを例示し、一方図１６は、どのように生画像データがＦＰＧＡ３０１によって編成されるかの絵画図を提供する。画素分解能および照明波長の数についての先の例を参照して、２つの検出器は、各画素について光の強度を測定し、２０４８の測定値を生成し、それは、１画素につき４０９６の測定値をもたらす。
【００５８】
画素データの４０９６値は、作業１５０１において受け取られ、ＦＰＧＡ３０１に供給される。作業１５０２において、ＦＰＧＡ３０１は、画素データを取得し、フィルタリングおよび復調のための数理解析を使用して、多波長スペクトルが、推定される、すなわち光強度が、個々の照明波長の各々について推定される。ＦＰＧＡ３０１は、作業１５０３において多重スペクトル画素（すなわち、１２波長）のカラムにグループ化された多重スペクトルカラムデータを内部デュアルポートＲＡＭに保存する。割り込みは、作業１５０４において各カラムが完了するとＤＳＰ３０３に送られる。カラムデータは、作業１５０５においてＤＳＰ３０３に受け取られ、データは、作業１５０６において再編成され、変換される。データは、作業１５０７において多重単色カラムにグループ化され、ＤＳＰ３０３は、作業１５０８において本明細書で論じられるあるアルゴリズムを走らせてデータを処理してもよい。
【００５９】
光測定に関して、文書測定の第１の部分は、直接シーケンススペクトル拡散変調法（「ＤＳＳＳＭ」）または時分割多重化法（「ＴＤＭ」）などのデジタル信号処理技術を用いる初期表面測定であってもよい。いったん初期表面測定の生信号が、このようにして処理されると、画像分析アルゴリズムは、統計的分析を用いて、識別された多次元反射画像のいずれかが本物の紙幣について変化の許容範囲内に入るかどうかを決定してもよい。
【００６０】
初期表面測定の信号処理は、ＬＥＤ照明器の制御（例えば、変調）および取り込まれた散乱光の対応する分析に関連する。この初期表面測定アルゴリズムは、センサーデバイス機器の光学的フロントエンドにある照明器モジュール１０４および検出器モジュール１０６に頼る。アレイ上の各フォトダイオードからのこれらの測定の連続は、多重スペクトル画像がそれから構築できるデータを作成する。このアルゴリズムは、ＬＥＤの各波長について画素ごとに基づいて基本的光測定結果を作成する。図４は、「ｎ」波長について生成されたさまざまな異なる波長に基づく画像を例示する。
【００６１】
初期表面測定アルゴリズムは、フィルターなしの各フォトダイオードからの多波長測定を可能にするためおよび生の信号対雑音比（「ＳＮＲ」）で高利得を提供するためなどの、ある性能目標を有する。本アルゴリズムは、前述の技術の１つを使用することによってフィルターなしのフォトダイオードでの多波長の同時測定を可能にする。しかしながら、多数の検出器の制限は、それらの限られた波長範囲の感度である。
【００６２】
本発明の実施形態については、センサーは、約１９０ｎｍから２６００ｎｍの範囲の波長の検出のために動作してもよい。この帯域にわたって十分な量子効率を持つ単一フォトダイオードは、利用できないので、２種類のフォトダイオードが、使用されてもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）検出器は、約１９０ｎｍから１１０ｎｍの感度範囲を有するが、この範囲は、異なるドーピングまたはコーティングの方策を使用して少し変えることができる。同様に、約８００ｎｍから２６００ｎｍのスペクトル感度を有するインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）検出器が、使用されてもよいが、このスペクトル範囲もまた、さまざまな方策を使用して少し変えることができる。述べられる実施形態については、シリコン（Ｓｉ）フォトダイオードは、より短い波長に使用されてもよく、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオードは、より長い波長に使用されてもよい。検出器レンズアセンブリ１３０１は、紙幣１００の幅にわたって１ｍｍ正方形画素からの散乱光を検出器モジュール上のフォトダイオードのアレイに集中させるために使用されてもよい。
【００６３】
照明器ＬＥＤアレイ８０１は、広帯域光のバンドを紙幣１００を横切って投影し、散乱光は、フォトダイオード１１０１のアレイによって電気信号に変換され、それは、認証特徴を検出するなどのために処理される。フォトダイオードは、広帯域検出器であり、広帯域照明に存在する波長の各々の寄与を決定する能力はない。
【００６４】
照明器ＬＥＤアレイ８０１Ａ、８０１Ｂはそれで、１６８個のＬＥＤの２つの列を含んでもよい（図９および１０を参照）。１つの列（例えば、列Ａ）は、Ｓｉフォトダイオードアレイのための照明源として動作するために、７種類のＬＥＤを含んでもよい。もう一方の列（例えば、列Ｂ）は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイのための照明源として動作するために、５種類のＬＥＤを含んでもよい。各列での異なる種類のＬＥＤは、交互配置されて一様分布広帯域光源を提供する（図１０を参照）。
【００６５】
波長弁別を可能にするために、センサーは、時分割多重化法（「ＴＤＭ」）を実施してもよい。ＴＤＭ処理は、基本的に「紙幣を凍結する」ために、最初の照明変調に使用される同じ時間基準に基づいて検出器で画像を同時に取得しながら異なるＬＥＤ波長の高速逐次照明を実施してもよく、この場合文書（例えば、銀行券、または紙幣）は、後続波長照明の間に遠くへ進まない。これらの取得は、露光間のかなりの空間的変位を除去するのに十分な速度で行われてもよい。そのような一連の取得は、各離散波長で同じ空間特徴を表す画像の多重スペクトルスタックを構築することができる。
【００６６】
図２１は、紙幣画像上に重ね合わされた照明バンドおよびフォトダイオードアレイ１１０１によって撮像されてもよい画素を例示する。フォトダイオード１２０１は、図１２に関して先に述べたように、フォトダイオード物理的パッケージ取り付け制約のために「ジグザグ状の」列に配置される。紙幣がセンサーの表面を横切って進むと、フォトダイオードは、所与の特徴（画素）を時間シフト方式で撮像する。
【００６７】
カラムＤのＳｉフォトダイオードは、時間＝「Ｎ」に特徴を撮像する。
【００６８】
カラムＣのＳｉフォトダイオードは、時間＝「Ｎ＋２００マイクロ秒」（例えば、２ｍｍの紙幣進行時間に対応する）に特徴を撮像する。
【００６９】
カラムＢのＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、時間＝「Ｎ＋５００マイクロ秒」（例えば、５ｍｍの紙幣進行時間に対応する）に特徴を撮像する。
【００７０】
カラムＡのＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、時間＝「Ｎ＋７００マイクロ秒」（例えば、７ｍｍの紙幣進行時間に対応する）に特徴を撮像する。
【００７１】
ＦＰＧＡ３０１は、先に述べたように、デジタル化されたフォトダイオード電圧を収集し、それらを時間的に整列させて画素データのコヒーレントなカラムを信号処理のためにＤＳＰ３０３に与える。
【００７２】
図２２を参照すると、各ＬＥＤ波長は、一連の６４文字で構成される直交デジタル符号を割り当てられてもよく、ただし各文字は、「０」または「１」である。符号での各文字は、「チップ」として周知の、時間間隔を表す。所与の波長は、もしそのチップ時間についての波長の符号文字が「１」であるならば、そのチップ時間の間オンにされる。全６４ビット符号は、各１ｍｍの紙幣進行について繰り返されてもよく、それは、１．５６マイクロ秒に相当するチップをもたらす（すなわち、６４チップは、紙幣が１ｍｍ進むのにかかる１００マイクロ秒の間生じる）。
【００７３】
一意的な符号は、上部センサー筐体（ＵＳＨ）１０１および下部センサー筐体（ＬＳＨ）１０２での１２照明波長（しかし他の数の波長が実施されてもよい）の各々に使用されてもよい。一意的な符号は、照明波長に割り当てられた符号の例を提供する、図２２で示される表で詳述されるように、後方散乱モードおよび透過モードの波長の弁別を可能にするように上部および下部センサー筐体での同様の波長に割り当てられてもよい。例えば、上部センサー筐体（ＵＳＨ）１０１について９４０ｎｍ波長に割り当てられた符号（チャンネル２０）は、下部センサー筐体（ＬＳＨ）１０２での９４０ｎｍ波長に割り当てられた符号（チャンネル１４）と異なる。
【００７４】
図２３を参照すると、符号が１つのチップからもう１つに変わると、いくつかの数のＬＥＤ波長は、オンにされ、他のものは、オフにされる。フォトダイオードでの光信号は、オンおよびオフにされる波長の数ならびに紙幣表面の吸収特性に応じて、チップ境界で増加しまたは減少することもある。図２３は、６チップ間隔を経過する４つの例となる波長λ１・・・λ４および結果として得られるフォトダイオード電気信号を描写し、その信号は、転送されてＥＰＭ１０３によって処理される。
【００７５】
図２４を参照すると、各フォトダイオード信号は、アナログ／デジタル変換器（「ＡＤＣ」）によって１チップ間隔につき３２回サンプリングされてもよい。撮像画素についての強度値は、最適推定フィルターを使用して３２サンプルから計算される。各フォトダイオード出力を１チップ間隔につき３２回サンプリングすることおよび１画素につき６４チップを使用することは、信号対雑音比の約２７ｄＢ増加をもたらす。
【００７６】
波長弁別での使用のためのＤＳＳＳＭに関して、各波長は、一意的な符号を割り当てられてそれらのそれぞれの符号に従ってＬＥＤのすべて（すべての波長）を同時に変調し、結果として生じる複合信号を復調して各個別ＬＥＤ波長に起因する信号の部分を回復する。（ＴＤＭについては、各波長は、異なる連続タイムスロットを割り当てられ、その結果各波長は、１つずつオンにされる。）所与の波長がオンにされることから生じる信号は、その波長にだけ起因する。使用される変調技術にかかわらず、全順序は、紙幣進行（例えば、１ｍｍまたは１００マイクロ秒）に相当するだけ各画素について繰り返される。ＤＳＳＳＭについては、符号は、一連の３２または６４個の「１」および「０」（オン／オフ間隔）であってもよい。これらの間隔の３２または６４個すべては、画素時間内に生じる。（ＴＤＭについては、タイムスロットのすべては、画素時間内に生じる。）
【００７７】
ＤＳＳＳＭは歴史的には、傍受される通信の低い可能性のために米軍によって使用されてきたが、しかしこの出願では、それは、スペクトルデータを多重化するために使用される。照明器モジュール１０４のＬＥＤアレイ、光学素子１０５、および撮像アレイ検出器モジュール１０６のフォトダイオードを示す、図６を参照すると、各ＬＥＤの活性化は、相互に直交するＤＳＳＳＭ変調関数を使用して変調される。これは、すべてのＬＥＤが試験中の表面と同時に相互作用し、それ故に各個別ＬＥＤ波長からの信号が他のものから電気的に分離されることをなお可能にしながら、フォトダイオードの各々によって同時に受け取られる光信号を生成することを可能にする。事実上、これは、その波長の光が各受光検出器に落ちる、フィルターまたは回折素子を必要としない分光測定である（これはまた、この目的のためにＴＤＭを利用する本発明の実施形態についてもそうである）。作業中は、各光源（例えば、ＬＥＤ）は、対応する符号、符号１、符号２、符号３、・・・符号ｎを持つ異なる波長λ１、λ２、λ３、・・・λｎを生成する。「符号」は、オン／オフＬＥＤ電流変調関数であり、それは、二進数列、すなわち「０」および「１」の数列として表されてもよい。符号は、それらが同じ長さ（ｎ）、同じ合計（ｎ／２）を有し、互いに直交する、すなわち任意のｉ、ｊについて、符号（ｉ）×符号（ｊ）＝ｎ／４であるように設計される。符号の直交性のために、複合光信号は、各個別ＬＥＤ波長に起因する複合信号の部分を得るために同じ符号を使用して復調される。
【００７８】
先に述べた変調技術を使用することによって、波長分離は、電子的に行われ、従って送信される全体の組のうちどの波長が試験中の情報を運ぶのかを機器の物理的試験によって決定することはできない。この測定技術の別の恩恵は、蛍光灯または他の閃光灯などの、固定周波数干渉信号に非常に鈍感なことである。信号は、周波数が広がり、それの周波数範囲の狭い部分だけにわたって固定周波数干渉信号と交差するので、システムは、固定周波数雑音源に比較的鈍感である。さらに、そのようなアルゴリズムは、比較的広い帯域幅システムを使用し、１画素につき多数の測定サイクルを採用することによって処理後のＳＮＲで高利得を提供する。
【００７９】
図３を再度参照すると、ＤＳＰ３０３は、多重スペクトル画素データを再編成し、変換して、上から下へ、左から右への順番で単色の変換されたカラムを作成する。送信された強度は、対数を取ることによって変換される。ＤＳＰ３０３は、カラムを２Ｄ画像バッファーに付け加え、フィルタリングおよび正規化をして、その後の処理のために８ビットのフィルターをかけられ、正規化された画像を作成する。
【００８０】
本発明の例となる実施形態は、さまざまな認識および認証プロセスのために１つまたは複数のＤＳＰ３０３内で実施されるアルゴリズムを利用してもよい。文書画像は、文書の期待される特徴を検出し、認証するために取得され、分析され、探索されてもよい。位置、強度、および反射スペクトルなどの、検出された特徴と期待される特徴との間の一致の質は、各端部から破り取られたまたは各端部で折り畳まれた材料を有する紙幣を含む、汚れ、しわ、並進運動、または回転に関するずれ、その他などのさまざまな劣化効果を補償しながら決定されてもよい。紙幣のすべてまたは一部分の各画素位置において、光強度は、紙幣の特定の部分の２つ以上の画像を提供するために複数の波長で測定されてもよい。
【００８１】
検出アルゴリズムは、データを処理して、目に見える紙幣画像による単位名称、シリーズ、表面仕上げ、および／もしくは向きなどのある特徴、もし存在するならＩＲ透明領域による単位名称、もし存在するなら一意的なスペクトル特性を持つ特徴の認証、ならびに／または多数紙幣事象（１、２、３、またはより多くの重なった紙幣）を決定してもよい。先に記載した要件の検証は、紙幣シリーズ、フラッター、裂け目、ゆがみ、および変位にかかわらず行われる。
【００８２】
紙幣の大きなエリアにわたって取得される測定結果は、組み合わされ、平均化されてもよい。これは、色あせたインクおよび色の変化によって引き起こされるエラーを低減し、信号対雑音比を改善する。信号対雑音比の改善は、より良好な質の測定ならびにより良好な予測可能性および再現性を可能にする。変位、ゆがみ、および倍率は、各画像の変位およびゆがみを測定することによってならびにその後の処理よりも前にそれらの画像を変換し、操作することによって補償されてもよい。フラッター（一般に紙幣の進行方向と平行でない方向での紙幣の変位）は、見かけの紙幣短縮を引き起こすこともあり、紙幣倍率およびスケーリングによって補償されてもよい。アルゴリズムは、対応する画像での画素の範囲を使用することによってフラッターを許容するように設計されてもよい。統計的には、特徴を測定するために使用されるモデルは、事前定義のテンプレートと実際の紙幣との間の偏差のレベルを補償してもよい。アルゴリズムはまた、紙幣表面の制限されない視界かまたは紙幣表面のセンサー筐体の視界を部分的に遮ることもあるマシン輸送ベルトもしくは他の輸送装置によって引き起こされる制限された視界を認識し、受容することもできる。
【００８３】
生画素データは、解釈され、ＦＰＧＡ３０１からＤＳＰ３０３に供給されてもよく、そこでスペクトル処理（すなわち、強度対波長の処理）が、行われる。複数のＤＳＰ３０３間でのアルゴリズムの分割が、行われてもよく、（例えば、空間情報が、処理され（例えば、どのインクがどこに位置するか）、スペクトル情報が、処理される（例えば、インクのスペクトルが期待されるものと一致するか））、または複数のＤＳＰ３０３間での分割は、紙幣によって行われてもよいことに留意されたい。例えば、新しい各紙幣は、次の使用されていないＤＳＰ３０３に割り当てられてもよい。さらに、処理は、本明細書の実施形態で述べるように、単一のＤＳＰ３０３によって行われてもよい。
【００８４】
この多重スペクトルデータは、単一カラムにあってもよく、一組の単色カラムに再編成され、変換されてもよく、そのカラムの各々は、個別波長または波長の任意の組合せから導かれる。再編成され、変換された画像データは次いで、空間処理（すなわち、強度対ｘ、ｙ空間位置の処理）で使用される。画像データのカラムが到着すると、ＤＳＰ３０３は、それらを長方形画像に連結させ、所定の数のカラムが受け取られたとき、次いでその後の処理を始める。空間アルゴリズムは、単位名称、表面仕上げ、および向きを決定し、スペクトル特徴に基づいて認証し、重なった多重紙幣を感知するために用いられる。例えば、ＤＳＰ３０３は、データを処理し、それを本物のおよび／または偽物の紙幣の先に入力されたテンプレートと対照して比較してもよく、そのテンプレートは、システムを使って走査されてそれによってそれらのそれぞれの特性を入力していてもよく、その特性は次いで、調べるべき実際の紙幣の流れと比較される。この分析が完了したとき、結果は、符号が外部報告のために生成されるところ３０４にエクスポートされる。
【００８５】
正規化は、紙および暗いインクの期待される強度に基づく周知のモデルを使用して（すなわち、それの反射率を監視することによって）行われてもよい。正規化は、色あせたインク、汚れた紙、ＬＥＤおよび／または検出器の間の動作上の差、および関連する増幅器、その他を補償するために行われてもよい。正規化は、期待される画像特性のための基準値としてメモリに保存された周知のデータに基づく比較作業を必要とすることもある。例えば、モデル紙幣データは、さまざまな単位名称ならびにデータ処理および比較目的のために事前定義され、データベースに保存される紙幣の他の特性を含んでもよい。抽出された生データは、処理され、事前定義の紙幣データと比較されてもよい。
【００８６】
生画像データは、強度分布および空間的整合を測定するために分析され、次いで変換され、その後の処理のために正規化するように拡大縮小される。より具体的には、多重スペクトル画像正規化では、各波長での画像は、黒および白のレベルを適応的に均等化することによって正規化されてもよい。各波長についての黒および白のレベルは、強度ヒストグラム推定の反復法によって適応的に推定されてもよい。オフセットおよび利得は、各波長での測定された黒および白のレベルに基づいて計算される。画像は、計算されたオフセットおよび利得を使用して正規化される。単位名称検証、特徴認識、向き、表面仕上げのあるもしくはない、および／または厚さなどの、ある特性は、ＤＳＰ３０３によって行われるアルゴリズムによって決定されてもよい。
【００８７】
先に述べたように、紙幣は、運搬用の輸送システムによってセンサーデバイスを通って輸送される。輸送システムの変動性は、運動の可変速度に起因する登録変更などの測定変動性を画像取得に導入する可能性がある。この変動性は、適切な画像再構成を確実にするためにセンサーの時間基準で輸送速度を測定し、利用することによって補償できる。
【００８８】
輸送はまた、各紙幣の一面の視界を遮る可能性があるベルトまたはケーブルを使用することもある。検出器の中央の特徴的応答は、推定され、繰り返し更新される。ベルトによって妨害される検出器は、中央の特徴的応答からの著しい偏差によって識別される。妨害される検出器に対応する画素は、さらなるアルゴリズムでの考察から推定される。別法として、妨害される画素は、隣接する目に見える画素の補間で置き換えられてもよく、この場合そのようなデータは、その後の認証決定をするための有用な基準を提供する。
【００８９】
各紙幣の単位名称、シリーズ、表面仕上げ、および向きは、紙幣の各面での多重画像特徴の位置を突き止め、分類することによって識別されてもよい。紙幣は、古典的な統計的パターン検出および分類法、すなわち基本的に多次元空間でのパターン認識プロセスによって本物として受け入れられまたは偽物として拒絶されてもよい。最初に、多重物理的特徴が、全体的なサイズ、形状、および位置によって突き止められ、分類される。次に、各特長の周辺内の画素が、期待される特徴形状との空間的相間、ならびに期待されるインクの色および濃度とのスペクトル的相間に基づいて、その特徴の一部であるそれらの確率によって重み付けされる。次いで、各物理的特徴の累加平均スペクトルが、空間的およびスペクトル的に重み付けされた画素の測定強度を組み合わせることによって推定される。次いで、スペクトルベクトルが、そのスペクトルの非線形関数である追加の距離関数を付加することによって拡張されてもよい。そのような関数は、クラス間および最も似たクラス対間の分離を最大にするための最適パラメーターを決定することによって大きなパラメーターファミリーから選択されてもよい。次に、測定された平均スペクトルは、最大事後確率分類器によって、すなわち本物および偽物の多重スペクトルクラスの各々についての確率密度、事前期待クラス確率、および最少確率制約に基づく条件付き拒絶を組み合わせることによって分類される。紙幣でのＩＲ透明領域単位名称特徴は、もし存在するなら検出されてもよく、目に見える画像特徴から決定されるような単位名称と関連付けられてもよい。
【００９０】
図１７は、本発明の例となる実施形態による、多重積層紙幣１７００を同時に検出するセンサーデバイスを例示する。図１７を参照すると、センサーデバイスは、累積光学透過損失を測定することによって多重積層紙幣１７００を検出し、計数してもよい。単一または多重紙幣を通り抜ける光は、多重積層紙幣１７００の存在を識別するために使用されてもよい。上部筐体モジュール１０１からの散乱光は、各紙幣を通り抜け、下部筐体１０２光学素子によって取り込まれ、逆もまた同様であり、それによってセキュリティースレッドおよび透かしなどの、微小な紙密度の変化によって影響されることなく多重紙幣事象を識別する。破線は、上部センサー筐体１０１から下部センサー筐体１０２へ進む光を表し、点線は、下部センサー筐体１０２から上部センサー筐体１０１へ進む光を表すことに留意されたい。
【００９１】
例えば、積層紙幣検出は、認証光学システムの「透過モード撮像」を使用して達成されてもよい。このモードの作業では、上部センサー筐体１０１照明器ＬＥＤアレイ１０４からの光の約１０％は、紙幣を通り抜け、紙幣の下面から散乱される。同様に、下部センサー筐体１０２からの光の１０％は、紙幣を通り抜け、紙幣の上面から散乱される。上部および下部筐体フォトダイオード撮像アレイ１０６および関連する電子機器は、紙幣を通り抜けて透過する光の量を測定し、紙幣が、単一紙幣、２つの積層紙幣、または３つ以上の積層紙幣の減衰特性を有するかを決定する。各センサーによって収集される透過画像はまた、紙幣の二次元画像の多重スペクトルスタックとすることもできる。
【００９２】
スタックの各画素層は、単一波長の光が紙幣を通り抜けた後に残っているそれの強度を表す。別法として、ＬＥＤアレイのすべての波長は、より高い強度だが低減したスペクトル分解能の透過信号を生成するように任意の組合せでまたは同時にオンにされてもよい。信号の増加のためにスペクトル分解能を犠牲にすることは、白または黒エリアにわたる紙幣厚さ決定で見られるなどの、限られたスペクトル的関心および低透過率の特性の測定で非常に有利なこともあり得る。
【００９３】
本明細書で開示される実施形態に関連して述べられる方法またはアルゴリズムの作業は、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるコンピュータプログラムで、またはその２つの組合せで具体化されてもよい。コンピュータプログラムは、記憶媒体などのコンピュータ可読媒体上で具体化されてもよい。例えば、コンピュータプログラムは、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能なディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、または当技術分野で周知の任意の他の形の記憶媒体に存在してもよい。
【００９４】
例となる記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合されてもよい。別の方法では、記憶媒体は、プロセッサと一体であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）に存在してもよい。別の方法では、プロセッサおよび記憶媒体は、個別部品として存在してもよい。例えば、図１９は、例となるネットワーク素子１９００を例示し、それは、先の図面の上述の部品のいずれかを表してもよい。メモリ１９１０およびプロセッサ１９２０は、アプリケーションまたは一組の作業を実行するために使用される、ネットワーク実体１９００の個別部品であってもよい。アプリケーションは、プロセッサ１９２０によって理解されるコンピュータ言語でソフトウェアに符号化されてもよく、メモリ１９１０などのコンピュータ可読媒体に保存されてもよい。コンピュータ可読媒体は、メモリに保存されるソフトウェアに加えて有形ハードウェア部品を含む非一時的コンピュータ可読媒体であってもよい。さらに、ソフトウェアモジュール１９３０は、ネットワーク実体１９００の一部である別の個別実体であってもよく、それは、プロセッサ１９２０によって実行されてもよいソフトウェア命令を含有する。ネットワーク実体１９００の上述の部品に加えて、ネットワーク実体１９００はまた、通信信号（図示されず）を送信し、受信するように構成される送信機および受信機の対を有してもよい。
【００９５】
複数のライン走査素子の多重スペクトル画像を作成する例となる方法が、開示される。本方法は、作業２００１において、複数の異なる波長で光を生成するように構成される光源のアレイを含む、少なくとも１つの照明モジュールを用いて光を生成するステップを含んでもよい。本方法はまた、作業２００２において、少なくとも１つの照明モジュールによって生成された異なる波長の各々を持つ照明の一様なラインを作るステップ、および作業２００３において、少なくとも１つの検出モジュールを用いて少なくとも１つの照明モジュールによって生成された光を検出するステップを含んでもよい。
【００９６】
本発明の実施形態が、述べられたが、述べられた実施形態は、単に説明に役立つだけであり、本発明の範囲は、等価物およびそれへの変更（例えば、プロトコル、ハードウェアデバイス、ソフトウェアプラットフォーム、その他）の全範囲とともに考えるとき、もっぱら添付の特許請求の範囲によって定義されるべきであると理解すべきである。
【符号の説明】
【００９７】
１００  紙幣
１０１  上部センサー筐体（「ＵＳＨ」）
１０２  下部センサー筐体（「ＬＳＨ」）
１０３  外部プロセッサモジュール（「ＥＰＭ」）
１０４  照明器モジュール
１０５  光学素子
１０６  検出器モジュール
３０１  フィールドプログラマブルアレイ（「ＦＰＧＡ」）
３０２  アナログ／デジタル変換器（「ＡＤＣ」）
３０３  デジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）
３０４  通信プロセッサ
７０１  光学レンズ
７０２  光学レンズ
７０３  ミラー、開口
７０４  ホルダー
８０１  ＬＥＤのアレイ
８０１Ａ  ＬＥＤアレイ
８０１Ｂ  ＬＥＤアレイ
８０２  照明器基板
８０２Ａ  照明器モジュール基板
８０２Ｂ  照明器モジュール基板
８０３  信号コネクタ
１１０１  フォトダイオードアレイ
１１０２  基板
１２０１  フォトダイオードダイ
１２０２  活性エリア
１２０３  隙間
１３０１  レンズアセンブリ
１５０１  ４０９６値の画素データを受け取り、ＦＰＧＡ３０１に供給する作業
１５０２  フィルタリングおよび復調のために数理解析を使用して、多波長スペクトルを推定する作業
１５０３  多重スペクトル画素のカラムにグループ化された多重スペクトルカラムデータを保存する作業
１５０４  各カラムが完了すると割り込みをＤＳＰ３０３に送る作業
１５０５  カラムデータをＤＳＰ３０３で受け取る作業
１５０６  データを再編成し、変換する作業
１５０７  データを多重単色カラムにグループ化する作業
１５０８  ＤＳＰ３０３がアルゴリズムを走らせてデータを処理する作業
１７００  多重積層紙幣
１９００  ネットワーク素子、ネットワーク実体
１９１０  メモリ
１９２０  プロセッサ
１９３０  ソフトウェアモジュール
２００１  少なくとも１つの照明モジュールを用いて光を生成する作業
２００２  少なくとも１つの照明モジュールによって生成された異なる波長の各々を持つ照明の一様なラインを作る作業
２００３  少なくとも１つの検出モジュールを用いて少なくとも１つの照明モジュールによって生成された光を検出する作業
【図１３】
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【図１８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
2013509036.tif 000027