Патент на изобретение №2158961

(54) ВИДЕОСПЕКТРАЛЬНЫЙ КОМПАРАТОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕННЫХ БУМАГ И ДОКУМЕНТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано, в частности, в банковской технике и криминалистике. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей компаратора путем обеспечения возможности применения большего числа светофильтров и их комбинаций. Компаратор содержит корпус, расположенные в нем просветный экран с осветителем, вариообъектив, объективы и ТВ-камеру, комплект узкополосных светофильтров, осветители ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, осветитель интенсивного, видимого излучений с комплектом светофильтров, блок управления и блок хранения и отображения информации. Плоскость предметов вариообъектива совмещена с поверхностью экрана, фокальная плоскость первого объектива совмещена с плоскостью изображений вариообъектива, фокальная плоскость второго объектива совмещена с плоскостью фотоприемника ТВ-камеры, а светофильтры установлены с возможностью фиксации любого светофильтра на оптической оси между объективами. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в банковской технике и криминалистике для исследования, идентификации, контроля подлинности банкнот и других ценных бумаг и документов.

Известна телевизионная система для контроля документов, содержащая светозащитный корпус, просветный экран с источником света для размещения контролируемого объекта, телевизионную камеру, второй источник света, установленный с возможностью контроля документов в отраженном свете, блок выбора режима и блок отображения информации. Система позволяет исследовать документы в лучах как проходящего, так и отраженного видимого и инфракрасного излучения [1].

Недостатком данного устройства является его ограниченные функциональные возможности, не позволяющие контролировать документы методами спектрального анализа, например абсорбционным и люминесцентным.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является видеоспектральный компаратор для контроля ценных бумаг и документов, содержащий светозащитный корпус, расположенные в нем просветный экран с осветителем, цветную телевизионную камеру, включающую моторизованный вариообъектив с регулируемой апертурной диафрагмой, плоскость предметов которого совмещена с плоскостью просветного экрана, и фотоприемное устройство, комплекты сменных отрезных и узкополосных светофильтров, установленных перед телевизионной камерой, источник интенсивного видимого излучения с комплектом сменных светофильтров, источники ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, блок управления и блок хранения и отображения информации. Прибор обеспечивает возможность исследования как документа в целом, так и его фрагментов за счет применения вариообъектива, в том числе и методами спктрального анализа за счет применения сменных светофильтров и источников с различным спектром излучения [2].

Недостатком прибора является размещение комплекта сменных отрезных и узкополосных светофильтров перед телевизионной камерой в сходящемся пучке лучей, угол схождения которых изменяется при изменении фокусного расстояния вариообъектива, что приводит к ужесточению требований выполнения светофильтров по толщине, клиновидности и другим параметрам, а также не позволяет применять комбинации светофильтров. Это ограничивает функциональные возможности прибора.

В основу изобретения положена задача расширения функциональных возможностей видеоспектрального компаратора путем обеспечения возможности применения большего числа светофильтров и их комбинаций.

Сущность изобретения заключается в том, что в видеоспектральном компараторе для контроля ценных бумаг и документов, содержащем светозащитный корпус, расположенные в нем просветный экран с осветителем, цветную телевизионную камеру, включающую вариообъектив, плоскость предметов которого совмещена с поверхностью просветного экрана, и фотоприемное устройство, комплекты сменных отрезных и узкополосных светофильтров, установленных перед телевизионной камерой, источник интенсивного видимого излучения с комплектом сменных светофильтров, источники ультрафиолетового и инфракрасного излучения, блок управления и блок хранения и отображения информации, введена оптическая система, включающая первый и второй объективы, причем фокальная плоскость первого объектива совмещена с плоскостью изображений вариообъектива, фокальная плоскость второго объектива совмещена со светочувствительной площадкой фотоприемного устройства телевизионной камеры, а комплекты сменных отрезных и узкополосных светофильтров установлены с возможностью фиксации любого из них на оптической оси между первым и вторым объективами.

В видеоспектральный компаратор введены импульсный источник светового излучения и синхронизированный с ним затвор, расположенный между первым и вторым объективами, содержащий световую заслонку, кинематически связанный с ней исполнительный механизм и датчик положения световой заслонки, причем единичный цикл перемещения заслонки выполнен удовлетворяющим соотношениям
Т_ц =t_з+ t_п + t_o, (1)
t_п t_зап + t_им, (2)
t_о 10 мс, (3)
где Т_ц – промежуток времени единичного цикла перемещения световой заслонки;
t_з – время закрывания затвора, т.е. промежуток времени от момента подачи управляющего сигнала на исполнительный механизм до момента полного перекрывания заслонкой светового диаметра второго объектива;
t_п – время, в течение которого полностью перекрыт заслонкой световой диаметр второго объектива;
t_зап – время запаздывания светового импульса, т.е. промежуток времени от начала формирования синхронизирующего сигнала датчиком положения световой заслонки до начала светового импульса;
t_им – длительность светового импульса:
t_о – время открывания заслонкой светового диаметра второго объектива.

В видеоспектральном компараторе введенная оптическая система выполнена с однократным увеличением, а перед вторым объективом установлена убирающаяся афокальная насадка с угловым увеличением больше единицы.

В видеоспектральном компараторе либо фотоприемное устройство, либо фотоприемное устройство совместно со вторым объективом установлены с возможностью поворота вокруг оптической оси второго объектива.

В видеоспектральном компараторе между первым и вторым объективами введены две взаимно перпендикулярные плоские отражающие поверхности, последовательно установленные под углом 45^o к оптической оси, комплекты сменных отрезных и узкополосных светофильтров выполнены в виде двух или более дисков с центральным отверстием и равномерно расположенными по окружности отверстиями со светофильтрами, при этом диски установлены с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, как минимум, одно из отверстий на окружности каждого диска выполнено без светофильтра, а радиус этой окружности выполнен равным расстоянию между оптическими осями первого и второго объективов.

В видеоспектральном компараторе комплект сменных светофильтров источника интенсивного видимого излучения выполнен в виде перевернутой конусной чаши без дна, в стенке которой равномерно расположены отверстия со светофильтрами, установленной с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, причем конусная чаша выполнена и расположена так, что ее ось вращения и оси отверстий со светофильтрами пересекаются на поверхности просветного экрана.

В видеоспектральном компараторе одна из введенных плоских отражающих поверхностей выполнена в виде полупрозрачного зеркала, а на продолжении оптической оси первого объектива после пересечения ею плоскости полупрозрачного зеркала установлен источник видимого и инфракрасного излучения.

Введение в видеоспектральный компаратор оптической системы, включающей первый и второй объективы, совмещение фокальной плоскости первого объектива с плоскостью изображений вариообъектива, а фокальной плоскости второго объектива со светочувствительной площадкой фотоприемного устройства телевизионной камеры, обеспечивает формирование параллельного хода пучка лучей между первым и вторым объективами при любом изменении фокусного расстояния вариообъектива, осуществляемого для изменения масштаба изображения контролируемого документа. Расположение комплектов сменных отрезных и узкополосных светофильтров с возможностью фиксации любого из них на оптической оси между первым и вторым объективами позволяет применять светофильтры разной толщины, а также их комбинаций, с нерегламентированным расстоянием между ними без потери резкости изображения при смене светофильтров, т.к. они размещены в параллельном ходе лучей.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают возможность применения большего числа светофильтров и их комбинаций и тем самым позволяют расширить функциональные возможности видеоспектрального компаратора.

Введение в видеоспектральный компаратор импульсного источника светового излучения и синхронизированного с ним затвора, расположенного между первым и вторым объективами, содержащего световую заслонку, кинематически связанный с ней исполнительный механизм и датчик положения световой заслонки, выполнение единичного цикла перемещения заслонки удовлетворяющим приведенным соотношениям (1), (2) и (3), позволяет единично или периодически перекрывать заслонкой световое излучение, поступающее на фотоприемное устройство телевизионной камеры, и облучать в это время мощным импульсом света контролируемый документ. В момент погасания светового импульса указанные признаки позволяют быстро убрать заслонку из пучка светового излучения и наблюдать и регистрировать эффект самосвечения неосвещенного в данный момент контролируемого документа. То есть позволяют контролировать ценные бумаги и документы методами фосфоресценции, что дополнительно расширяет функциональные возможности компаратора.

Выполнение увеличения введенной в видеоспектральный компаратор оптической системы однократным позволяет уменьшить габариты второго объектива. А введение перед вторым объективом убирающейся афокальной насадки с угловым увеличением больше единицы обеспечивает возможность увеличения диапазона плавного изменения масштаба изображения контролируемого документа (от минимального масштаба при убранной афокальной насадке и минимальном фокусном расстоянии вариообъектива до максимального масштаба при введенной афокальной насадке и максимальном фокусном расстоянии вариообъектива). При этом резкость изображения не теряется, т.к. афокальная насадка вводится в параллельный пучок света. Таким образом, перечисленные признаки позволяют дополнительно расширить функциональные возможности компаратора.

Размещение в видеоспектральном компараторе либо фотоприемного устройства, либо фотоприемного устройства со вторым объективом с возможностью поворота вокруг оптической оси второго объектива позволяет не изменяя положения контролируемого документа поворачивать наблюдаемое изображение в удобное для оператора положение, что дополнительно расширяет функциональные возможности компаратора.

Введение в видеоспектральный компаратор между первым и вторым объективами двух взаимно перпендикулярных плоских отражающих поверхностей, последовательно установленных под углом 45^o к оптической оси, позволяет расположить первый и второй объективы параллельно друг другу. Выполнение комплектов сменных отрезных и узкополосных объективов в виде двух или более дисков с центральным отверстием и равномерно расположенными по окружности отверстиями со светофильтрами, размещение дисков с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, выполнение как минимум одного из отверстий на окружности каждого диска без светофильтра и выполнение радиуса этой окружности равным расстоянию между оптическими осями первого и второго объектива обеспечивает дополнительно к выполнению основной задачи изобретения уменьшение габаритов и удобство компоновки компаратора.

Выполнение в видеоспектральном компараторе комплекта сменных светофильтров источника интенсивного видимого излучения в виде перевернутой конусной чаши без дна, в стенке которой равномерно расположены отверстия со светофильтрами, размещение конусной чаши с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, выполнение и размещение конусной чаши так, что ее ось вращения и оси отверстий со светофильтрами пересекаются на поверхности просветного экрана, обеспечивает дополнительно к выполнению основной цели изобретения удобство компоновки и уменьшения габаритов компаратора.

Выполнение в видеоспектральном компараторе одной из введенных плоских отражающих поверхностей в виде полупрозрачного зеркала и размещение на продолжении оптической оси первого объектива, после пересечения ею плоскости полупрозрачного зеркала, источника видимого и инфракрасного излучения, позволяет освещать документы и наблюдать их под одним и тем же углом вдоль общей оси, что обеспечивает возможность выявления и контроля рефлективных знаков на документах, т.е. позволяет дополнительно расширить функциональные возможности компаратора.

Сущность заявляемого видеоспектрального компаратора поясняется схемами на фиг. 1 и 2. На фиг.1 изображена схема видеоспектрального компаратора. На фиг.2 – пример его исполнения.

Видеоспектральный компаратор содержит светозащитный корпус 1 с опасной шторкой 2 и просветным экраном 3 с осветителем 4. В корпусе 1 расположены последовательно установленные вариообъектив 5 с исполнительным механизмом 6 изменения фокусного расстояния и исполнительным механизмом 7 регулировки апертурной диафрагмы, оптическая система из первого объектива 8 и второго объектива 9 и цветная телевизионная камера 10 с фотоприемным устройством 11. Плоскость предметов вариообъектива 5 совмещена с поверхностью просветного экрана 3, фокальная плоскость первого объектива 8 совмещена с плоскостью изображений вариообъектива 5, фокальная плоскость второго объектива 9 совмещена со светочувствительной площадкой фотоприемного устройства 11. Между первым 8 и вторым 9 объективами расположены две взаимно перпендикулярные плоские отражающие поверхности 12 и 13, последовательно установленные под углом 45^o к оптической оси, выполненные в виде граней призмы 14. Между объективами 8 и 9 расположен диск 15 с центральным отверстием 16 и расположенными равномерно по окружности, с радиусом равным расстоянию между осями объективов 8 и 9, отверстиями 17. В отверстиях 17, кроме как минимум одного, закреплены сменные отрезные светофильтры 18. Диск 19 выполнен аналогично диску 15, но с закрепленными в нем сменными узкополосными светофильтрами 20. Диски 15 и 19 установлены с возможностью вращения вокруг оси объектива 8 и фиксации любого из светофильтров 18 и 20 на оптической оси объектива 9. В корпусе 1 расположены также источники ультрафиолетового 21, видимого 22, инфракрасного 23, косопадающего (угол падения 80-85^o) 24 излучений и источник 25 видимого интенсивного излучения с комплектом сменных светофильтров. Источник 25 содержит мощную галогенную лампу 26, конденсор 27, проекционную систему 28 и оправу 29 со сменными светофильтрами 30. Оправа 29 выполнена в виде перевернутой конусной чаши без дна, в стенке которой расположены отверстия со светофильтрами 30. Оправа 29 установлена с возможностью вращения вокруг оптической оси объектива 8 и расположена так, что ее ось вращения и оси отверстий со светофильтрами 30 пересекаются на поверхности просветного экрана 3. Компаратор содержит блок 31 управления и блок 32 хранения и отображения информации. В качестве блока 32 может быть использован персональный компьютер. Телевизионная камера 10 одним выходом подключена через блок управления 31 к блоку 32, другом выходом – к исполнительному механизму 7. Один из выходов блока 31 подключен к исполнительному механизму 6.

В примере исполнения, изображенном на фиг. 1, компаратор содержит импульсный источник 33 светового излучения и синхронизированный с ним затвор 34, расположенный между объективами 8 и 9. Затвор 34 содержит световую заслонку 35, кинематически связанный с ней исполнительный механизм 36 и датчик 37 положения заслонки 35. Датчик 37 через блок 31 электрически связан с источником 33, а один из выходов блока 31 подключен к исполнительному механизму 36. Затвор 34 выполнен так, чтобы единичный цикл перемещения световой заслонки 35 удовлетворял приведенным в формуле изобретения соотношениям (1), (2) и (3).

В примере исполнения компаратора, изображенном на фиг. 2, оптическая система из объективов 8 и 9 выполнена с однократным увеличением, т.е. объективы 8 и 9 выполнены с одинаковым фокусным расстоянием, и перед объективом 9 установлена убирающаяся афокальная насадка 38 с угловым увеличением больше единицы, например, с двукратным угловым увеличением. Объектив 9 совместно с фотоприемным устройством 11 установлен с возможностью поворота вокруг оси объектива 9. К плоскости 13 призмы 14 приклеена прямоугольная призма 39, гипотенузная грань которой содержит напыление в виде полупрозрачного зеркала. На продолжении оптической оси объектива 8, после пересечения ею плоскости полупрозрачного зеркала призмы 39, установлены источник 40 видимого и инфракрасного излучения, например галогенная лампа, и конденсор 41.

В общем случае работа видеоспектрального компаратора осуществляется следующим образом. Контролируемый документ через откидную шторку 2 корпуса 1 устанавливают на просветный экран 3. Включают один из источников 4, 21, 22, 23, 24 или 25, устанавливают необходимый отрезной 18 или узкополосный 20 светофильтр, или их комбинацию на оптическую ось объектива 9. Наблюдая на экране монитора блока 32 изображение документа, формируемое вариообъективом 5, объективами 8, 9 на фотоприемном устройстве 11 ТВ- камеры 10, масштабируют его и устанавливают необходимую яркость при помощи исполнительных механизмов 6 и 7 вариообъектива 5. Заключение по контролю документа делают на основе сравнения полученного изображения с подлинным, хранящимся в памяти блока 32, или по наличию (отсутствию) известных фрагментов изображения.

При этом осветитель 4 включают для контроля водяных знаков и защитных нитей. Источник 21 ультрафиолетового излучения включают для контроля люминофорных защитных знаков. Источник 22 видимого излучения включают при контроле сложной (высокой) полиграфии. Источник 23 инфракрасного излучения включают при выявлении защитных меток абсорбционным и люминесцентным методами. Источник 24 косопадающего излучения включают при контроле рельефа вдавленных печатей и т.п. Источник 25 интенсивного видимого излучения с комплектом светофильтров 30, установленных в оправе 29, включают для возбуждения флуоресценции, например пасты шариковых ручек, при выявлении приписок и подделок на документах. При включении любого из источников излучения предыдущий включенный источник при помощи блока 31 автоматически выключается.

При контроле документов фосфоресцентным методом включают исполнительный механизм 36 затвора 34, световая заслонка 35 перекрывает пучок лучей, поступающих в объектив 9, на промежуток времени t_п, в течение которого документ освещается на время t_им мощным импульсом светового излучения источника 33, включаемого блоком 31 по синхросигналу датчика 37 со временем запаздывания t_зап. После этого исполнительным механизмом 36 заслонка 35 убирается из хода лучей на время t₀ и на мониторе блока 32 наблюдают и оценивают фосфоресцирующие метки (знаки). При наблюдении сильной (длительностью, более 10 с) фосфоресценции достаточно единичного цикла работы затвора 34 и источника 33. При анализе слабой (быстро гаснущей, в течение 10 -10000 мс) фосфоресценции при помощи блока 31 включают многоцикличный режим работы затвора 34, при котором заслонка 35 периодически перекрывает пучок лучей, идущих в объектив 9, а источник 33 в это время выдает световой импульс. При этом пучок фосфоресцирующего излучения проходит объективы 5, 8, отражается от поверхностей 12 и 13 призмы 14, проходит открытый в это время затвор 34, отверстия 17 дисков 15 и 19 и формирует изображение на фотоприемном устройстве 11 ТВ-камеры 10.

При контроле рефлективных защитных знаков на документах в компараторе, изображенном на фиг. 2, включают источник 40, световое излучение которого проходит конденсор 41, призмы 39, 14 и через объективы 8 и 5 падает на рефлективный знак документа. После отражения от него световой пучок проходит объективы 5 и 8, призму 14, часть пучка отражается гранью 13, поступает в объектив 9 и на мониторе блока 32 (на фиг.2 не показан) наблюдают изображение знака. Рефлективный знак на документе не может наблюдаться как невооруженным глазом, так и при его освещении в компараторе другими источниками излучения, кроме источника 40, т.к. визуализация знака осуществляется только при условии его освещения и наблюдения вдоль общей оси.

При контроле микропечати, структуры основы документа требуется большое увеличение, а при контроле документе целиком – малое. Вариообъектив не обеспечивает такой диапазон изменения масштаба изображения. В примере исполнения компаратора на фиг. 2 для этой цели применена убирающаяся афокальная насадка 38. Если, например, при убранной из хода лучей насадке 38 (на фиг. 2 показана пунктиром), масштаб изображения на мониторе блока 32 изменяется от 2 до 20 крат, то при введенной в ход лучей насадке 38 с угловым увеличением, например 2 крата, масштаб изменяется от 4 до 40 крат. Таким образом, убирающаяся насадка 38 позволяет изменять масштаб изображения от 2 до 40 крат.

Поворачивая либо фотоприемное устройство 11, либо фотоприемное устройство 11 совместно с объективом 9, вокруг оптической оси объектива 9, оператор поворачивает изображение контролируемого документа в удобное для наблюдения положение, не изменяя положения самого документа.

Источники информации
1. Патент РФ 2094849, G 06 D 7/00, H 04 N 7/18, G 06 К 9/18, 1997 г.

2. Проспект на прибор “Видеоспектральный компаратор VSC 2000” фирмы FOSTER AND FREEMAN LIMITED Cardinal (Англия).

Формула изобретения

1. Видеоспектральный компаратор для контроля ценных бумаг и документов, содержащий светозащитный корпус, расположенные в нем просветный экран с осветителем, цветную телевизионную камеру, включающую моторизированный вариообъектив с регулируемой апертурной диафрагмой, плоскость предметов которого совмещена с поверхностью указанного просветного экрана, и фотоприемное устройство, комплекты сменных светофильтров, установленных перед указанной телевизионной камерой, источник интенсивного видимого излучения с комплектом светофильтров, источники ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, указанная телекамера через блок управления подключена к блоку хранения и отображения информации, отличающийся тем, что в него введена оптическая система, включающая первый и второй объективы, причем фокальная плоскость первого объектива совмещена с плоскостью изображения указанного вариообъектива, фокальная плоскость второго объектива совмещена со светочувствительной площадкой фотоприемного устройства, а комплекты сменных светофильтров установлены с возможностью фиксации любого из них на оптической оси между первым и вторым объективом.

2. Видеоспектральный компаратор по п.1, отличающийся тем, что в него введены импульсный источник светового излучения и синхронизированный с ним затвор, расположенный между первым и вторым объективами, содержащий световую заслонку, кинематически связанный с ней исполнительный механизм и датчик положения световой заслонки, предназначенный для формирования синхронизирующего сигнала, указанный датчик через блок управления связан с импульсным источником светового излучения, единичный цикл перемещения указанной заслонки выполнен удовлетворяющим соотношениям
Т_ц = t_з + t_п + t_о,
t_п t_зап + t_им,
t_о 10 мс,
где t_ц – промежуток времени единичного цикла перемещения световой заслонки;
t_з – время закрывания затвора, промежуток времени от момента подачи управляющего сигнала на исполнительный механизм до момента полного перекрывания заслонкой светового диаметра второго объектива;
t_п – время, в течение которого полностью перекрыт заслонкой световой диаметр второго объектива;
t_зап – время запаздывания светового импульса светового излучения импульсного источника, промежуток времени от начала формирования синхронизирующего сигнала датчиком положения световой заслонки до начала указанного светового импульса;
t_им – длительность указанного светового импульса;
t_о – время открывания заслонкой светового диаметра второго объектива.

3. Видеоспектральный компаратор по п. 1 или2, отличающийся тем, что введенная оптическая система выполнена с однократным увеличением, а перед вторым объективом установлена убирающаяся афокальная насадка с угловым увеличением больше единицы.

4. Видеоспектральный компаратор по одному из пп.1 – 3, отличающийся тем, что указанное фотоприемное устройство или указанное фотоприемное устройство совместно со вторым объективом установлены с возможностью поворота вокруг оптической оси второго объектива.

5. Видеоспектральный компаратор по любому из пп.1 – 4, отличающийся тем, что между первым и вторым объективами введены две взаимно перпендикулярные плоские отражающие поверхности, последовательно установленные под углом 45^o к оптической оси оптической системы, и диски с равномерно расположенными по окружности отверстиями со светофильтрами и по крайней мере одним отверстием без светофильтра, при этом диски установлены с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, а радиус указанной окружности выполнен равным расстоянию между оптическими осями первого и второго объективов.

6. Видеоспектральный компаратор по п.5, отличающийся тем, что комплект указанных сменных светофильтров источника интенсивного видимого излучения выполнен в виде перевернутой конусной чаши без дна, в стенке которой равномерно расположены отверстия со светофильтрами, установленной с возможностью вращения вокруг оптической оси первого объектива, причем конусная чаша выполнена и расположена так, что ее ось вращения и оси отверстий указанных дисков со светофильтрами пересекаются на поверхности просветного экрана.

7. Видеоспектральный компаратор по п.5, отличающийся тем, что одна из введенных плоских отражающих поверхностей выполнена в виде полупрозрачного зеркала, а на продолжении оптической оси первого объектива после пересечения ею плоскости полупрозрачного зеркала, установлен источник видимого и инфракрасного излучений.

РИСУНКИ