EP1897067B1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung einer münze unter verwendung ihres prägebildes - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer in einen Münzprüfer eingegebenen Münze unter Verwendung ihres Prägebildes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Aus der DE 102 02 383 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Prägebildes einer Münze in einem Münzautomaten bekannt, bei dem ein Bildempfänger ein Bild des Prägebildes der zu dem Bildempfänger und zu einer Lichtquelle bewegten Münze aufnimmt. Eine Auswerteeinrichtung vergleicht das Bild mit einem ersten Referenzmuster dahingehend, ob in dem aufgenommenen Bild das erste Referenzmuster enthalten ist und wenn es enthalten ist, wird geprüft, ob ein zweites Referenzmuster in einem Bereich enthalten ist, dessen Lage relativ zu der Position des ersten Referenzmusters bestimmt ist. Die Auswerteeinrichtung erzeugt abhängig von der Übereinstimmung des Bildes mit den Referenzmustern ein Echt- oder Falschsignal für die Münze. Bei der Auswertung wird für das aufgenommene Bild der Mittelpunkt bestimmt und weiterhin wird das Bild in Kreis-Koordinaten transformiert, wobei das transformierte Bild Grundlage für das Suchen der Referenzmuster ist.
• Weiterhin wird in der EP 0 798 670 B1 ein Verfahren zur Erkennung des Prägebildes einer Münze beschrieben, bei dem wiederum das Bild der Münze aufgenommen wird, der Mittelpunkt bestimmt und eine Polartransformation vorgenommen wird. In einem vorbestimmten Abstand zur Abszisse im polartransformierten Abbild wird das transformierte Prägebild abgetastet und mit einem Referenzmuster in entsprechendem Abstand verglichen, wobei die Muster zueinander verschoben werden, um die gemessene Münze winkelmäßig mit der Referenzmünze in Übereinstimmung zu bringen.
• Aus der US 2004/0168881 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung des Prägebildes einer Münze bekannt, das von einer Lichtquelle mit unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedlichen Beleuchtungsabschnitten beleuchtet und von einem Bildsensor als Satz von Bildern aufgenommen wird. Aus dem Satz von Bildern wird ein Maximalbild bestimmt, indem jedem Bildpunkt des Maximalbildes der Wert mit der maximalen Intensität aus dem Satz von Bildern zugeordnet wird. Aus dem Maximalbild wird unter Verwendung eines mittleren Grauwertes von aus dem Maximalbild ausgeschnittenen Kreisringsegmenten mit vorbestimmten Radien ein Echt- oder Falschsignal erzeugt.
• Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Prägebildauswertung ist diese große Datenmenge, die in der Zeit, in der die Münze durch den Automaten fällt, bearbeitet werden muss, um eine sichere Erkennung zu gewährleisten. Um den Durchmesser mit einer Genauigkeit von z.B. 0,1 mm messen zu können, muss das Gesamtbild der Münze eine Auflösung von mindestens 100 Pixel pro mm haben. Eine durchschnittliche Münze von etwa 20 mm im Durchmesser wird dann mit 200 x 200 Pixeln abgebildet. Selbst wenn nur ein relativ großes Fragment der Münzoberfläche zum Vergleich ausgewählt wird, sind die Berechnungsvolumen so groß, dass sie kaum zeitnah während des Einwurfs der Münze in einen Münzautomaten ausgeführt werden können.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung einer in einen Münzprüfer eingegebenen Münze unter Verwendung ihres Prägebildes zu schaffen, das schnell und zuverlässig die Erkennung der Münze gestattet.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in der Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
• Dadurch, dass die eine Musteranordnung vorgebenden Merkmale in der Abbildung der Münze gespreizt und die Merkmale durch Verkleinerung der Abbildung reduziert werden, wobei das Abbild einer Polarkoordinatentransformation unterworfen wird, kann die Geschwindigkeit beim Vergleich der Münzen mit Referenzmustern erhöht werden und es wird die Möglichkeit zugelassen, nicht nur Fragmente, sondern praktisch die ganze Münzoberfläche als Referenzmuster zu benutzen, was wiederum die Robustheit des Verfahrens gegen zufällige Beschädigungen und Verschmutzungen der Münze erhöht, wobei die Spreizung der Merkmale die Robustheit des Vergleichs zwischen der aktuellen Abbildung und einer Referenzabbildung, insbesondere auch bei Verschiebungen oder Verdrehungen der Münze erhöht. Die Polarkoordinatentransformation überführt dabei das Verdrehen von dem aktuellen Münzbild bzw. vom Referenzmuster in eine lineare, z.B. horizontale Translation, die erheblich schneller zu berechnen ist.
• Dadurch, dass weiterhin ein zweistufiger Vergleich vorgenommen wird, bei dem das Abbild der Münze mit den Referenzmustern nach einem ersten vereinfachten Kriterium verglichen wird und eine Liste von ausgewählten Referenzmustern mit Sortierung nach ihrer
• Ähnlichkeit erstellt wird und anschließend ein Vergleich der Abbildung mit denen in der Liste enthaltenen Referenzmustern entsprechend ihrer Sortierung nach einem zweiten, genauen Kriterium vorgenommen wird, wird die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt.
• Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
• Erfindungsgemäß Steht die Spreizung in unmittelbarer Verbindung mit der Verkleinerung, wobei die Merkmale vor der Verkleinerung oder gleichzeitig mit der Verkleinerung gespreizt werden. Dabei wird die Größe des Maximum-Filters durch den Verkleinerungsfaktor bestimmt. Durch die Spreizung werden die physikalischen Merkmale der Abbildung bei der Verkleinerung erhalten und dabei die mathematischen Merkmale reduziert, um die Erkennung zu beschleunigen.
• Besonders vorteilhaft ist, als Charakteristik für das erste vereinfachte Kriterium die Verteilung der mittleren Helligkeit in den Zeilen der transformierten Abbildung zu berechnen und dann eine eindimensionale Korrelation zwischen der Helligkeitsverteilung der transformierten Abbildung und der Referenzbilder bzw. -muster zu benutzen. Auf diese Weise wird schon bei dem ersten Vergleich eine gute Auswahl der in Frage kommenden Referenzmuster erzielt. Anhand des ersten vereinfachten Kriteriums wird eine Liste der Referenzmuster entsprechend deren Ähnlichkeit zum aktuellen Bild erstellt.
• Vorzugsweise kann als zweites genaues Kriterium eine zweidimensionale Korrelation der Helligkeitsverteilung in der transformierten Abbildung verwendet werden. Es wird dabei ein genauer Vergleich durchgeführt, wobei die Ergebnisse der Voranalyse nicht mehr berücksichtigt werden und nur das Ergebnis des genauen Vergleichs zählt.
• Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Heranziehung der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Darstellung zur Polartransformation ei- ner Münze,

Fig. 2

das Originalprägebild einer Münze, sowie zwei Polartransformationen des Prägebildes der Münze mit Reduktion der Merkmale, win- kelmäßig um 3° verdreht,

Fig. 3

Ansichten entsprechend Fig. 2, bei denen ei- ne Spreizung der Merkmale mit einem Maximum- filter vorgenommen wurde, und

Fig. 4

die Darstellung eines Verfahrensablaufs zur Auswertung des Prägebildes einer Münze in einem Münzautomaten.

• Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Erkennung einer Münze mit Auswertung ihres Prägebildes verwendet. Die Münze wird dabei in den Münzprüfer eingeworfen und mittels eines Bildsensors wird das Abbild der Münze aufgenommen und als Pixeldaten zu der Auswerteeinheit gesandt. Diese Auswerteeinheit ermittelt unter anderen den genauen Durchmesser und den genauen Mittelpunkt sowie gegebenenfalls die Form. In der weiteren Auswertung wird unter anderem eine Polartransformation entsprechend Fig. 1 durchgeführt, bei der beispielsweise der Radius der Münze als der äußere Radius der Transformation angenommen wird und der innere Radius der Transformation ist 0. Der Winkel θ wird im Uhrzeigersinn gezählt, wobei an der positiven x-Achse begonnen wird. Wie aus Fig. 1 unten zu erkennen ist, entsteht ein "verzerrtes" Muster, das linear ausgewertet werden kann.
• In Fig. 2a1 ist eine Abbildung einer Münze zu erkennen, die in einem Bildaufnahmemodul mit einer zur Münzoberfläche schrägen Beleuchtung gewonnen wurde, durch die auf der Münzoberfläche dünne helle Linien auf einem dunklen Hintergrund zu sehen sind. Diese dünnen Linien stellen charakteristische Merkmale der Münze dar, die ein Muster bzw. eine Musteranordnung oder Teile davon bilden. Um die Geschwindigkeit bei der späteren Auswertung, d.h. bei dem Vergleich mit Referenzmerkmalen oder -mustern zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Anzahl der Merkmale zu reduzieren. Die Reduktion der Merkmale könnte beispielsweise durch eine Verkleinerung der Abbildung mittels Unterabtastung von Bildpunkten durchgeführt werden. Für einen Verkleinerungsfaktor N wird dabei aus jeder Zeile des Originalbildes nur jedes N-te Pixel weiterverarbeitet, alle anderen werden weggelassen. Entsprechendes gilt auch für eine Unterabtastung von Bildzeilen. Bei einer solchen Unterabtastung geht ein Teil der im Originalbild enthaltenen Merkmale verloren. Bei einer leichten Verdrehung bzw. Verschiebung des Originalbildes bleiben dabei immer unterschiedliche Merkmale erhalten, und die entsprechenden transformierten Bilder sind einander unähnlich.
• In Fig. 2a2 und a3 ist eine Polartransformation entsprechend Fig. 1 dargestellt, bei der eine so genannte Unterabtastung direkt bei der Transformation vorgenommen wurde, d.h., das Bild wurde mit einem Reduktions- oder Verkleinerungsfaktor N, z.B. 6, transformiert. Die transformierten Abbildungen entsprechend Fig. 2a2 und a3 sind im Verhältnis zu Fig. 2a1 vergrößert dargestellt, wobei die Münze bei a3 gegenübe4r a2 um 3° verdreht aufgenommen wurde und beiden Aufnahmen die gleiche Transformation zugrunde liegt. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Behandlung entsprechend Fig. 2a2, a3 wahrscheinlich ist, dass durch Weglassen von Pixeln auch Merkmale weggelassen werden, wodurch die Erkennbarkeit verringert wird.
• Um den unkontrollierten Verlust der Information bei der Reduktion der Merkmale durch Unterabtastung zu vermeiden, wird eine Spreizung des Abbildes vorgenommen, wobei das Ergebnis der Spreizung in Fig. 3 dargestellt ist. Mit der Spreizung wird eine physikalische Vergrößerung der charakteristischen Merkmale jeweils auf mehrere Pixel vorgenommen.
• Die Spreizung kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden, bei einem Abbild, wie es beispielsweise in Fig. 2a1 dargestellt ist, das helle Linien auf einem dunklen Hintergrund aufweist, ist eine Spreizung der Merkmale, d.h. der hellen Linien durch eine Filterung mit einem Maximum-Filter durchführbar. Dies ist in Fig. 3b1 dargestellt, in der zu erkennen ist, dass die "hellen" Merkmale physikalisch vergrößert und auf mehrere Pixel verteilt sind.
• Falls das Bild der Münze mit einer senkrechten Beleuchtung im Aufnahmemodul aufgenommen wird, sind im Abbild dunkle Linien auf einem hellen Hintergrund zu sehen, in diesem Fall kann die Spreizung beispielsweise durch eine Filterung mit einem Minimum-Filter durchgeführt werden.
• Um eine Verkleinerung der Abbildung zu erzielen, wird die Größe sowohl des Maximum- als auch des Minimum-Filters als NxM Pixel definiert, wobei N und M den Verkleinerungsfaktoren den Spalten und Zeilen entlang entsprechen. Anschließend oder gleichzeitig mit der Filterung und Verkleinerung, die auf einer Bearbeitung der Pixel beruhen, kann die Polartransformation entsprechend Fig. 3 Bild 2 durchgeführt werden.
• Fig. 3b3 ist eine Darstellung entsprechend Fig. 2a3, bei der das Prägebild um 3° zu den Darstellungen nach den Fign. 2a2 und 3b2 verdreht ist. Wie klar zu erkennen ist, treten die Merkmale entsprechend Fig. 3 stärker hervor und die Ähnlichkeit zwischen den Abbildungen b2 und b3 ist auch nach dem später berechneten Korrelationsmaß wesentlich höher als die zwischen den Abbildungen Fig. 2a2 und a3. Bei dieser Art wird zuerst die Spreizung und dann die Verkleinerung bzw. Transformation mit einer Verkleinerung durchgeführt.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel der Spreizung der Merkmale wird diese mit einer modifizierten Polartransformation erreicht, wobei gleichzeitig das Abbild reduziert wird. Dazu wird zu einem Punkt im transformierten Bild mit den kartesischen Koordinaten θ,r ein entsprechender Ursprungspunkt im Originalbild mit Abstand von dem Mittelpunkt der Münze N*r und einem Winkel von M*θ gegenüber einer für das Bild bestimmten Ausrichtung berechnet und die Helligkeit des Punktes in dem transformierten Bild wird als Maximum der Helligkeit des Originalbildes auf einem Gebiet der Größe K*K Pixel um den Ursprungspunkt herum berechnet, wobei K das Maximale der Verkleinerungsfaktoren ist: K = max (N, M).
• Mit diesem Verfahren der Spreizung und Verkleinerung durch die modifizierte Polartransformation werden unter Verwendung der Fig. 2a1 die gleichen Ergebnisse erzielt, wie sie in Fig. 3b2 und Fig. 3b3 dargestellt sind.
• Nach der Spreizung, Verkleinerung und Polartransformation, die wie oben beschrieben auch zeitgleich stattfinden können, wird ein mehrstufiger Vergleich der transformierten Abbildung entsprechend Fig. 3b2 bzw. b3 mit einer Anzahl von Referenzmustern durchgeführt. Dazu wird in der ersten Stufe für die transformierte verkleinerte Abbildung mit gespreizten Merkmalen ein erstes vereinfachtes Kriterium zugrunde gelegt, dass zwar keine sichere Erkennung der Münze leisten kann, dafür aber nur eine kurze Bearbeitungszeit benötigt. Der Vergleich der transformierten Abbildung mit allen Referenzmustern unter Zugrundelegung des ersten vereinfachten Kriteriums ergibt jeweils ein Ähnlichkeitsmaß, mit dem eine sortierte, temporäre Liste der Referenzmuster erstellt wird. Muster, die bessere Ergebnisse, d.h. größere Ähnlichkeiten liefern, werden am Anfang der Liste positioniert. Dadurch kann bei einem Vergleich in einer zweiten Stufe das passende Referenzmuster mit großer Wahrscheinlichkeit unter den ersten, in der Liste vorhandenen Kandidaten gefunden werden, wodurch die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt wird.
• Als eine Charakteristik für ein vereinfachtes Kriterium kann die Verteilung der mittleren Helligkeit in Zeilen der transformierten Abbildung sowie als vereinfachtes Kriterium eine eindimensionale Korrelation zwischen diesen Charakteristiken für die transformierte Abbildung und die Referenzmuster verwendet werden.
• In der zweiten Stufe wird ein zweiter Vergleich zwischen der transformierten Abbildung und den auf der Liste befindlichen Referenzmustern entsprechend einem zweiten, genauen Kriterium, das eine größere Bearbeitungszeit verlangt, durchgeführt. Dabei wird eine Übereinstimmung mit guter Genauigkeit mit einem der Referenzmuster gefunden und ein Signal für die Zulässigkeit der Münze abgegeben oder der Vorgang des Vergleichs wird abgebrochen. Als Charakteristik für das zweite, genau Kriterium kann z.B. die zweidimensionale Helligkeitsverteilung in der transformierten Abbildung dienen, und der Vergleich kann beispielsweise mit Hilfe der zweidimensionalen Korrelation durchgeführt werden.
• Da bei der Prüfung der Münze im Münzprüfer nur eine vorbestimmte Zeit zur Verfügung steht, muss die Prüfung abgebrochen und die münze zurückgegeben werden, wenn die Zeit abgelaufen ist. Beispielsweise kann der eigentliche Vergleichsprozess nach einer vorbestimmten Anzahl von Referenzmustern entsprechend der vorgegebenen Liste abgebrochen werden. Dabei kann die maximale Anzahl zu bearbeitender Referenzmuster in Abhängigkeit von der Kapazität des Rechners festgelegt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Vergleichsberechnungen der Referenzmuster entsprechend ihrer sortierten Reihenfolge solange durchzuführen, bis die Münze in ihrem Lauf durch den Münzprüfer an eine vorbestimmte Stelle kommt, beispielsweise an die Stelle, an der sie sortiert wird. Liegt zu diesem Zeitpunkt noch kein gültiges Klassifikationsergebnis vor, so fällt die Münze in den Rückgabeschacht.
• Es ist möglich, dass nach dieser zweiten Vergleichsstufe bereits eine endgültige Entscheidung über die Annahme oder die Abweisung der Münze getroffen werden kann, insbesondere dann, wenn alle durch Münzenklassen definierten Referenzmuster gut trennbar sind. Zu einer Münzenklasse können z.B. jeweils alle gültigen Münzen mit einem gleichen Nennwert zugeordnet werden. Dann wird jede Klasse mindestens aus zwei Referenzmustern bestehen, einem Muster für eine Kopfseite und einem Muster für eine Zahlseite. Falls es mehrere gültige Varianten für Prägebilder der Kopf- oder Zahlseite gibt, wird die Anzahl des Musters höher. Trotzdem sind normalerweise alle Prägebilder, abgesehen von absichtlichen Fälschungen, so unterschiedlich, dass hohe Korrelationsquotienten nur zwischen Abbildungen einer Klasse möglich sind.
• Eine andere Situation tritt auf, wenn die Ähnlichkeit der Prägung bzw. der transformierten Abbildung zu einem der Referenzmuster der Münzklasse X zwar festgestellt ist, eine endgültige Erkennung aber nicht durchgeführt werden kann, weil es auch weitere Münzklassen gibt, deren Ähnlichkeit mit der Münzklasse X vorher bekannt ist. Z.B. betrifft dies Fälschungen von Münzen, die bei "guter Fälschung" echten Münzen sehr ähneln können. Nicht auszuschließen ist, dass bei gleichem Durchmesser und ähnlichen Prägungen manchmal auch die echten Münzen unterschiedliche Nennwerte haben können. In diesem Fall ist für eine endgültige Entscheidung eine zusätzliche Sicherheitsprüfung als dritte Stufe notwendig.
• Die Helligkeitsverteilung im transformierten Bild kann auch für die Sicherheitsprüfung benutzt werden. Falls Unterschiedlichkeiten bestimmter Fragmente der Prägungen vorliegen, können diese Fragmente als Muster für die Sicherheitsprüfung ausgewählt werden. Falls unterschiedliche Merkmale auf der ganzen Abbildung verstreut sind, kann eine Differenz-Charakteristik der Merkmale wie folgt berechnet werden: $${\mathrm{U}}_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{=}\mathrm{K}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{*}\left({\mathrm{h}}_{\mathrm{i}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{-}{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\right)\mathrm{,}$$

  

  wobei h_i(x,y) und h_j(x,y) mittelwertfreie Helligkeitsverteilungen in den Referenzmustern der ähnlichen Klassen i und j sind. K ist ein Faktor, der so ermittelt werden kann, dass nur deutlich unterschiedliche Stellen mit einbezogen werden, beispielsweise: $$\mathrm{K}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{=}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{1}\mathrm{\Leftarrow }{\mathrm{h}}_{\mathrm{i}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{<}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{5}{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{;}{\mathrm{h}}_{\mathrm{i}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{>}\mathrm{2}{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\\ \mathrm{0}\mathrm{\Leftarrow }{\mathrm{h}}_{\mathrm{i}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{\ge }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{5}{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{\cap }\mathrm{hi}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\mathrm{<}\mathrm{2}\mathrm{hj}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\end{array}\right\}$$

  
• Der Vergleich dieser Differenz einer transformierten Abbildung, die der Klasse i ähnlicher ist, ergibt ein positives Signal und eine Abbildung, die der Klasse j ähnlicher ist ergibt ein negatives Signal. Falls mehrere Klassen zueinander ähnlich sind, müssen solche Differenzen bzw. Differenzfragmente für jedes Klassenpaar erzeugt und geprüft werden.
• Um die Anzahl von Fehl-Erkennungen weiter zu reduzieren, können Referenzmuster der Prägungen von Münzen, die besondere häufig an dem Standort des betreffenden Münzprüfers vorkommen können, unabhängig von der Prüfung nach dem vereinfachten ersten Kriterium der genauen Prüfung entsprechend dem zweiten Kriterium unterzogen werden. Dazu gehört beispielsweise eine Zahl-Seite, die für alle Euromünzen identisch ist und deren Wahrscheinlichkeit der Erscheinung als aktuelle Abbildung 0,5 ist. Diese sollten auf jeden Fall geprüft werden. Solche Muster können beispielsweise an den Anfang der sortierten temporären Liste eingefügt werden, ohne einen Vergleich entsprechend dem vereinfachten Kriterium durchzuführen.
• In Fig. 4 ist ein Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Auswerteeinrichtung des Münzprüfers bekommt von dem Bildaufnahmemodul eine aktuelle hochauflösende Abbildung der Münze mit genau ermitteltem Durchmesser, Form und Mittelpunkt. Der ermittelte Durchmesser sowie die ermittelte Form werden im Schritt S1 mit der Liste der zulässigen Durchmesser und der Form der Münze verglichen. Falls ein unzulässiger Wert oder eine unzulässige Form vorliegen, wird die Münze gleich abgewiesen.
• Im zulässigen Fall wird im Schritt S2 die Abbildung einer modifizierten Polartransformation mit gleichzeitiger Spreizung der Merkmale und Verkleinerung der Abbildung unterzogen, wodurch sich die transformierte Abbildung entsprechend der Fig. 3b2 oder b3 ergibt. Von allen im System hinterlegten Referenzmustern werden diejenigen für die Prägebilderkennung ausgewählt, die zu einer Münze mit übereinstimmendem Durchmesser gehören. Für die transformierte Abbildung wird im Schritt S3 eine Charakteristik für das vereinfachte Kriterium berechnet, z.B. eine Verteilung der mittleren Helligkeit für die einzelnen Zeilen der transformierten Abbildung. Diese Charakteristik wird im Schritt S4 mit den für den aktuellen Durchmesser in einer Datenbank PKRM gespeicherten entsprechenden Charakteristiken der Referenzmuster verglichen, wobei alle Muster in der Reihenfolge abnehmender Ähnlichkeit sortiert werden. Es wird also eine temporäre sortierte Liste der Referenzmuster gebildet (siehe S5). Dabei existiert eine zusätzlich gespeicherte Häufigkeitsliste HL. Wenn die Referenzmuster der Liste in dieser Häufigkeitsliste vorkommen, werden diese Muster am Anfang der Liste ohne den Vergleich ihrer Charakteristika eingefügt.
• Die aktuelle transformierte Abbildung der Münze wird im Schritt S6 mit dem ersten Referenzmuster aus der temporären Liste nach dem zweiten, genauen Kriterium entsprechend einer zweidimensionalen Helligkeitsverteilung verglichen, z.B. mit Hilfe einer zweidimensionalen Korrelation. Dazu werden aus der Datenbank GKRM die entsprechenden Referenzmuster geliefert. Falls im Schritt S7 festgestellt wird, dass das Ergebnis des Vergleichs mit dem jeweiligen Referenzmuster A der Klasse X ein vorbestimmtes Ähnlichkeitsmaß x übersteigt, wird der Vergleich abgebrochen und die Münze vorläufig zu einer Klasse X sortiert. Falls die Klasse X keine bekannte Ähnlichkeit zu einer anderen Klasse hat, wird diese vorläufige Klassifikation bestätigt und das Verfahren beendet, d.h., die Münze als zulässig erkannt.
• Falls bei Schritt S7 festgestellt wird, dass die Ähnlichkeit zum behandelten Referenzmuster nicht groß genug ist, wird im Schritt S8 festgestellt, ob es noch ein weiteres Referenzmuster in der temporären Liste TLRM gibt. Ist dies der Fall, geht das Verfahren zum Schritt S6 zurück und eine erneute Prüfung beginnt.
• Falls im Schritt S7 festgestellt wird, dass eine Möglichkeit der Verwechselung mit einem Referenzmuster einer Klasse Y vorliegt, wird im Schritt S9 die Sicherheitsprüfung durchgeführt, bei der beispielsweise entweder nach Fragmenten gesucht wird, die in einer der Klassen vorkommen und in einer anderen nicht oder die aktuelle transformierte Abbildung wird mit einer Differenzcharakteristik verglichen. Die Referenzmuster bzw. die Referenzwerte für die Sicherheitsprüfung sind in einer Datenbank MSP gespeichert.
• Der Vergleich des aktuellen Prägebildes bzw. der transformierten Abbildung mit den Referenzmustern wird, wenn kein gültiges Ergebnis vorliegt, nach der vorbestimmten Zeit abgebrochen.
• Die Auswerteeinheit, d.h., die Berechnungs-, Vergleichs- und Speichermittel, kann in Form eines Mikroprozessors, Mikrocomputers oder dergleichen mit entsprechenden Speichern, wie oben angegeben, ausgebildet sein.
• Im obigen Ausführungsbeispiel wurde als "vereinfachtes Kriterium" für den Vergleich das Ergebnis einer eindimensionalen Korrelation zwischen den Verteilungen der mittleren Helligkeit in Zeilen des transformierten Bildes als bestimmte Charakteristika verwendet. Als ein anderes Beispiel eines vereinfachten Kriteriums könnte ein Ergebnis einer bestimmten Operation mit der Verteilung der hellen und dunklen Pixel in einer der Zeilen der transformierten Abbildung dienen. Zum Beispiel gibt es in der Abbildung einer Zahlseite einer deutschen Münze mit dem Nennwert 1 oder 2 Euro mehr dunkle Pixel als helle, und in einer Kopfseite derselben Münze gibt es mehr helle Pixel als dunkle. Wenn der Quotient Anzahl hell/Anzahl dunkel als ein Kriterium verwendet wird, kann die Kopfseite einer deutschen Münze von deren Zahlseite unterschieden werden.
• Weiterhin kann man die gleiche Charakteristik verwenden, nämlich die Verteilung der mittleren Helligkeit in den Zeilen der transformierten Abbildung, jedoch ein anderes Kriterium zum Vergleich auswählen. Beispielsweise kann die Koordinate des Maximums der Verteilung benutzt werden. Wenn bei der aktuellen Abbildung das Maximum am Rand der Münze liegt, werden für den genauen Vergleich nur die Referenzabbildungen, die das Maximum der Verteilung auch am Rand haben, usw., gewählt.

Claims (16)

1. Verfahren zur Erkennung einer in einen Münzprüfer eingegebenen Münze unter Verwendung ihres charakteristische Merkmale aufweisenden Prägebildes, das von einer Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird,
   gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   Spreizen der eine Musteranordnung vorgebenden Merkmale in der Abbildung der Münze, Reduzieren der Merkmale durch Verkleinerung der Abbildung und Transformieren derselben mit einer Polartransformation,

   Vergleichen der transformierten Abbildung mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Referenzmustern, nach einem ersten vereinfachten Kriterium mit schneller Bearbeitungszeit und

   Erstellen einer Liste der Referenzmuster, nach ihrer Ähnlichkeit mit der transformierten Abbildung sortiert,

   Vergleichen der transformierten Abbildung mit den in der Liste enthaltenen Referenzmustern entsprechend ihrer Sortierung nach einem zweiten, genauen Kriterium und Ausgeben eines Erkennungssignals, falls eines der Referenzmuster mit der transformierten Abbildung übereinstimmt, Abbrechen des Vergleichsvorganges und Abweisen der Münze nach einer vorgegebenen Bedingung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizung der Merkmale und die Verkleinerung der Abbildung gleichzeitig durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizung der Merkmale und die Verkleinerung der Abbildung mit einem Maximum- oder Minimumfilter durchgeführt werden, dessen NxN Pixel dem Verkleinerungsfaktor entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verkleinerte und gespreizte Abbildung einer Polartransformation unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizung der Merkmale und die Verkleinerung der Abbildung mit einer modifizierten Polartransformation durchgeführt wird, wobei einem beliebigen Punkt in der transformierten Abbildung mit den kartesischen Koordinaten θ,r ein entsprechender Ursprungspunkt in der Abbildung mit einem Abstand N*r von dem Mittelpunkt der Münze und einem Winkel M*θ gegenüber einer für die Abbildung bestimmten Ausrichtung entspricht und die Helligkeit des Punktes in der transformierten Abbildung als Maximum der Helligkeit der Abbildung auf dem Gebiet von der K*K Pixel um den Ursprung herum berechnet wird und wobei K der größte der Verkleinerungsfaktoren (N, M) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste, vereinfachte Kriterium eine zeilenweise Berechnung der Helligkeitsverteilung in der transformierten Abbildung vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich zwischen der transformierten Abbildung und dem Referenzmuster mit einer eindimensionalen Korrelation zwischen der Helligkeitsverteilung für die transformierte Abbildung der Münze und dem Referenzmuster durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das zweite, genaue Kriterium eine zweidimensionale Helligkeitsverteilung in der transformierten Abbildung verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich zwischen der transformierten Abbildung und dem Referenzmuster mit Hilfe einer zweidimensionalen Korrelation durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Bedingung zum Abbrechen des Vergleichsvorganges nach dem genauen Kriterium eine vorbestimmte Anzahl der zu bearbeitenden Referenzmuster gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Bedingung zum Abbrechen des Vergleichsvorgangs eine vorbestimmte Zeit gewählt wird, insbesondere diejenige, die die Münze bis zum Ausgang aus dem Münzprüfer benötigt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem nach dem Vergleich entsprechend dem zweiten, genauen Kriterium festgestellt wird, dass eine Ähnlichkeit der transformierten Abbildung mit mindestens zwei Münzklassen vorliegt, eine Sicherheitsprüfung vorgenommen wird, bei der für die transformierte Abbildung Merkmale bestimmt werden, die für die mindestens zwei Münzenklassen unterschiedlich sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, ass ein vorbestimmtes Fragment der transformierten Abbildung mit den mindestens zwei Referenzmustern verglichen wird und das ähnliche Referenzmuster ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Differenzmuster zwischen Referenzmustern erstellt wird und mittels dessen Vergleichs mit der transformierten Abbildung ein meist ähnliches Referenzmuster ermittelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Referenzmuster zum Anfang der Liste der Referenzmuster, die nach dem Ergebnis des Vergleichs entsprechend dem ersten, vereinfachten Kriterium der Ähnlichkeit sortiert ist, unabhängig von diesem Ergebnis addiert und einer Prüfung nach dem zweiten, genauen Kriterium der Ähnlichkeit unterzogen werden.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des charakteristische Merkmale aufweisenden Prägebildes der Münze und eine Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung umfasst:

    Berechnungsmittel zum Spreizen der Merkmale in der Abbildung, Reduzieren der Merkmale durch Verkleinerung der Abbildung und Transformieren derselben mit einer Polartransformation,

    erste Vergleichsmittel zum Vergleich der transformierten Abbildung mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Referenzmustern, nach einem ersten vereinfachten Kriterium mit schneller Bearbeitungszeit,

    Mittel zum Erstellen einer Liste der Referenzmuster, nach ihrer Ähnlichkeit mit der transformierten Abbildung sortiert,

    zweite Vergleichsmittel zum Vergleich der transformierten Abbildung mit den in der Liste enthaltenen Referenzmustern entsprechend ihrer Sortierung nach einem zweiten, genauen Kriterium und Ausgeben eines Erkennungssignals, falls eines der Referenzmuster mit der transformierten Abbildung übereinstimmt, und

    erste Speichermittel zum Speichern von Charakteristika der Referenzmuster für den Vergleich nach dem ersten Kriterium,

    zweite Speichermittel zum Zwischenspeichern der von den Mitteln zum Erstellen einer Liste erstellten Liste, und

    dritte Speichermittel zum Speichern von Charakteristika der Referenzmuster für den Vergleich nach dem zweiten Kriterium.

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