устройство считывания магнитной нити

Формула изобретения

1. Способ обнаружения магнитной нити, включающий обеспечение относительного перемещения между нитью и матрицей магнитных головок, каждая из которых формирует сигнал при обнаружении части нити, обнаружение подхода нити в одной из головок и обозначение ее как основной головки, а головок с каждой ее стороны - как вторичных головок; контроль после этого выходных сигналов с основной и вторичных головок для формирования представления нити, сравнение амплитуд сигналов с основной и вторичных головок так, что если амплитуда выходного сигнала с вторичной головки превысит амплитуду сигнала с основной головки, то основная и вторичная головки перераспределяются соответственно.

2. Способ по п.1, в котором магнитная нить представляет собой кодированную магнитную нить.

3. Способ по п.2, в котором код, воплощенный в кодированной магнитной нити, восстанавливается путем объединения выходных сигналов со всех головок, которые были как основными, так и вторичными, с использованием логической операции ИЛИ.

4. Способ по п.1, в котором пиковые значения с выходов основной и вторичных головок используются для определения того, когда выходной сигнал с вторичной головки превысил выходной сигнал с основной головки.

5. Способ по п.1, в котором магнитная нить находится на листовом документе.

6. Способ по п.5, в котором листовой документ представляет собой документ с защитой, такой, как банкнота.

7. Способ по п.6, дополнительно включающий определение номинала банкноты из представления нити.

8. Способ по п.1, в котором сигналы, формируемые некоторыми из магнитных головок, сдвигают по времени, чтобы выровнять их с сигналами, формируемыми остальными магнитными головками.

9. Устройство для обнаружения магнитной нити, содержащее матрицу магнитных головок, каждая из которых соединена с соответствующим процессором, который обрабатывает сигналы, формируемые соответствующей магнитной головкой, и систему обработки, связанную с процессорами, причем система обработки предназначена для выполнения способа по п.1.

10. Устройство по п.9, в котором устройство дополнительно содержит систему транспортировки документов для перемещения документа относительно матрицы магнитных головок, причем система транспортировки документов останавливается, если система обработки не может идентифицировать документ из представления нити.

11. Устройство по п.9, в котором матрица магнитных головок содержит по меньшей мере один постоянный магнит.

12. Устройство по п.9, в котором процессор формирует сигнал прерывания, когда соответствующий детектор определяет приход части магнитной нити, причем система обработки поддерживает маску прерываний в соответствии с основной и вторичными головками.

13. Устройство по п.9, в котором матрица магнитных головок представляет собой линейную матрицу.

14. Устройство по п.9, в котором магнитные головки упорядочены так, что некоторые находятся на первой оси, а остальные - на второй оси, которая параллельна первой оси.

15. Устройство по п.9, в котором матрица магнитных головок содержит индуктивные магнитные головки.

16. Устройство по п.9, в котором матрица магнитных головок содержит магниторезистивные магнитные головки.

17. Способ обнаружения кодированной магнитной нити, содержащий измерение отклика детектора магнитного поля, когда нить проходит мимо детектора, причем отклик изменяется от первоначальной амплитуды в первом и втором направлениях для проявления первого пика и затем в первом направлении для проявления второго пика; сравнение отклика с первым и вторым порогами, расположенными около первоначальной величины в первом и втором направлениях соответственно, и указания прохождения кодового элемента нити, когда отклик проходит через второй порог и затем через первый порог предварительно определенным образом, отличающийся тем, что первый порог настраивается в соответствии с первым предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды первого пика, или так, что его амплитуда является средним значением предварительно определенного числа предыдущих пиков, или так, что его амплитуда основана на измерении фонового шума.

18. Способ по п.17, в котором после того, как отклик проявил второй пик и затем изменился в первом направлении, он изменяется во втором направлении для возврата к своей первоначальной амплитуде, тем самым проявляя третий пик.

19. Способ по п.17, в котором после того, как отклик проявил второй пик и затем изменился в первом направлении, он изменяется во втором направлении и затем в первом направлении для проявления третьего пика и затем изменяется во втором направлении для возврата к своей первоначальной амплитуде, тем самым проявляя четвертый пик.

20. Способ по п.17, в котором первое направление является отрицательным направлением, а второе направление - положительным направлением.

21. Способ по п.17, в котором первоначальная амплитуда отклика равна нулю.

22. Способ по п.17, в котором второй предварительно определенный порог настраивается в соответствии с вторым предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды второго пика.

23. Способ по п.17, в котором второй предварительно определенный алгоритм настраивает второй порог таким образом, что его амплитуда является частью амплитуды второго пика.

24. Способ по п.17, в котором второй предварительно определенный алгоритм настраивает второй порог таким образом, чтобы его амплитуда являлась средним значением предварительно определенного числа предыдущих вторых пиков.

25. Способ по п.17, в котором второй предварительно определенный алгоритм настраивает второй порог таким образом, что его амплитуда основана на измерении фонового шума.

26. Устройство для обнаружения кодированной магнитной нити, содержащее детектор магнитного поля, систему обработки для контроля отклика детектора, когда нить проходит мимо детектора, причем отклик изменяется от первоначальной амплитуды в первом и втором направлениях для проявления первого пика и затем в первом направлении для проявления второго пика, при этом система обработки выполнена с возможностью сравнения отклика детектора с первым порогом, расположенным около начальной амплитуды в первом направлении, измерения первого пика отклика детектора и настройки первого порога в соответствии с предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды первого пика.

27. Устройство по п.26, в котором детектор магнитного поля представляет собой матрицу магнитных головок, каждая из которых соединена с соответствующим процессором.

28. Устройство по п.27, дополнительно содержащее систему обработки, с которой соединен каждый из процессоров магнитных головок.

29. Способ идентификации кодированной магнитной нити, содержащий формирование цифрового представления нити и сравнение цифрового представления с одним или более известными цифровыми представлениями для нахождения наилучшего согласования между цифровым представлением нити и одним или более известными цифровыми представлениями и тем самым идентификации кодированной магнитной нити, отличающийся тем, что способ дополнительно содержит сканирование цифрового представления для определения местоположения предварительно определенной кодовой последовательности, циклического сдвига цифрового представления для определения предварительно определенной кодовой последовательности в предварительно определенной позиции, соответствующей позиции предварительно определенной кодовой последовательности в сохраненной версии одного или каждого известного цифрового представления перед выполнением этапа сравнения.

30. Способ по п.29, в котором цифровое представление является двоичным.

31. Способ по п.29, котором код является асимметричным.

32. Способ по п. 31, в котором сравнение выполняется с обращенными версиями известных цифровых представлений, при этом определяется ориентация кодированной магнитной нити.

33. Способ по п.32, в котором боковое смещение нити измеряется и используется для определения того, какая сторона листового документа, содержащего нить, находится сверху.

34. Способ по п.32, в котором относительное смещение нити относительно известного магнитного признака измеряется и используется для определения того, какая сторона листового документа, содержащего нить и магнитный признак, находится сверху.

35. Способ по п.34, в котором перед выполнением сравнения цифровое представление сканируется для нахождения по меньшей мере одного признака, который указывает вероятность того, что цифровое представление является действительным.

36. Способ по п.35, в котором цифровое представление сканируется для подтверждения того, что наименее значимый бит и наиболее значимый бит установлены.

37. Способ по п.35, в котором цифровое представление сканируется для подтверждения того, что число изменений битов находится в предварительно определенных пределах.

38. Способ по п.35, в котором цифровое представление сканируется для подтверждения того, что число установленных битов находится в предварительно определенных пределах.

39. Способ по п.35, в котором цифровое представление сканируется для подтверждения того, что предварительно определенная кодовая последовательность присутствует и находится в корректном положении.

40. Способ по п.35, в котором цифровое представление сканируется для подтверждения того, что код является асимметричным.

41. Способ по п.35, котором различные веса применяются к различным признакам, в зависимости от их относительной важности.

42. Устройство для идентификации кодированной магнитной нити, содержащее детектор магнитного поля, систему обработки для обработки сигналов, формируемых детектором, для формирования цифрового представления нити и для сравнения цифрового представления с одним или более известными цифровыми представлениями для нахождения наилучшего согласования между цифровым представлением нити и одним или более известными цифровыми представлениями и тем самым идентификации кодированной магнитной нити, отличающееся тем, что система обработки дополнительно предназначена для сканирования цифрового представления для определения предварительно определенной кодовой последовательности, и для циклического сдвига цифрового представления для определения предварительно определенной кодовой последовательности в предварительно определенной позиции, соответствующей позиции предварительно определенной кодовой последовательности в сохраненной версии одного или каждого цифрового представления перед сравнением цифрового представления с известными цифровыми представлениями.

43. Устройство по п.42, в котором система обработки дополнительно предназначена для сравнения цифрового представления с обращенными версиями известных цифровых представлений, тем самым определяя ориентацию кодированной магнитной нити.

44. Устройство по п.42, дополнительно содержащее детектор для измерения бокового смещения нити для определения того, какая сторона листового документа, содержащего нить, находится сверху.

45. Устройство по п.42, в котором система обработки дополнительно выполнена с возможностью сканирования цифрового представления для обнаружения признаков, которые указывают вероятность того, что цифровое представление является действительным, перед выполнением сравнения.

Приоритет по пунктам:

08.01.2001 по пп. 1-7,9,11-13, 26-32, 35-40, 42-43, 45;

11.06.2001 по пп. 8, 10, 14-25, 33-34, 41, 44.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обнаружения защитной нити, например, для идентификации документа из защитного кода, образованного такой нитью.

Хорошо известно, что защищенные документы, такие как банкноты, снабжаются защитной нитью. Это может быть простая металлическая нить или нить, содержащая сегменты магнитного материала и сегменты немагнитного материала.

Можно упорядочивать сегменты магнитного и немагнитного материала таким образом, чтобы они представляли код. В типовом случае сегменты упорядочиваются в элементы фиксированной длины так, чтобы они представляли двоичное слово, и это слово может повторяться несколько раз вдоль нити. Например, элементы фиксированной длины могут иметь длину 2 мм, причем присутствие магнитного материала указывает на двоичную «1», а его отсутствие указывает на двоичный «0».

Этот код может считываться с использованием магнитной головки или матрицы головок. Это в типовом случае может быть сделано путем временного намагничивания магнитного материала, образующего нить, и обеспечения для документов, которые должны переноситься механизмом транспортировки, чтобы они проходили рядом с матрицей магнитных головок, причем магнитный материал нити находится в непосредственной близости от головок.

Когда код считан, можно идентифицировать документ, несущий нить, путем сравнения кода с базой данных известных кодов.

В документе GB 2098768 В раскрыто устройство считывания кодированной магнитной нити, в котором линейная матрица магнитных головок сканирует защитную нить, встроенную в документ, и сохраняет выборки сигналов, формируемые магнитными головками, в устройствах памяти, которые последовательно сканируются и сравниваются с фиксированным порогом для формирования двоичного битового потока, соответствующего изменению намагничивания вдоль нити.

Хотя в GB 2098768 В раскрыто устройство, которое позволяет считывать нить, представленную под острым углом к матрице магнитных головок, используемый способ требует очень больших затрат времени обработки, поскольку сигналы, формируемые головками, непрерывно последовательно сканируются для формирования изменяющегося во времени выходного сигнала.

В ЕР 0493438 описано устройство для считывания кода, содержащегося в нити, причем сигнал, формируемый магнитной головкой, оцифровывается путем сравнения его с двумя порогами. Уровень этих двух порогов может быть увеличен в соответствии с амплитудой отклонения сигнала, так что восприятие пересечения порога в существенной степени устойчиво по отношению к изменениям в амплитуде сигнала.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предусмотрен способ обнаружения магнитной нити, включающий обеспечение относительного перемещения между нитью и матрицей магнитных головок, каждая из которых формирует сигнал после обнаружения части нити; обнаружение подхода нити к одной из головок и обозначение ее как основной головки, а головки с каждой стороны от нее - как вторичной головки; контроля после этого выходных сигналов с основной и вторичной головок для формирования представления нити, и сравнения амплитуд сигналов с основной и вторичной головок, так что если амплитуда выходного сигнала с вторичной головки превышает соответствующую амплитуду с основной головки, то основная и вторичная головки соответственно перераспределяются.

Следовательно, изобретение предусматривает способ, который позволяет корректным образом считывать нить, которая представлена под острым углом к линейной матрице головок. За счет контроля выходных сигналов только с тех головок в матрице головок, которые находятся в непосредственной близости к нити, данный способ использует минимальное время обработки.

Предпочтительно, магнитная нить представляет собой кодированную магнитную нить. Однако возможно, чтобы нить не содержала в себе код, а представляла собой магнитный материал непрерывной длины.

Обычно, код, содержащийся в кодированной магнитной нити, воспроизводится путем объединения выходных сигналов со всех головок, которые были основными или вторичными, с использованием логической операции «ИЛИ».

В типовом случае пиковые значения выходных сигналов основной и вторичной головок будут использоваться для определения того, превышает ли выходной сигнал вторичной головки соответствующий выходной сигнал основной головки. Однако альтернативный способ состоит в использовании скорости поворота в выходных сигналах основной и вторичной головок, чтобы определить, какой из них больше.

Магнитная нить может находиться в листовом документе или на нем, и в этом случае листовой документ в типовом случае представляет собой банкноту. Альтернативно, способ может быть применен к магнитной нити перед тем, как она встраивается в листовой документ. Если матрица магнитных головок не является линейной, то сигналы, генерируемые некоторыми из магнитных головок, могут быть смещены во времени, чтобы выровнять их с сигналами, генерируемыми остальными магнитными головками.

Если листовой документ является банкнотой, то способ может дополнительно содержать выполнение анализа над представлением нити для определения номинала банкноты.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предусматривается устройство для обнаружения магнитной нити, содержащее матрицу магнитных головок, каждая из которых соединена с соответствующим процессором, который обрабатывает сигналы, формируемые соответствующей магнитной головкой; и систему обработки, соединенную с процессорами, причем система обработки предназначена для выполнения способа, соответствующего первому аспекту настоящего изобретения.

Обычно, устройство, кроме того, содержит систему транспортировки документов, предназначенную для перемещения документа относительно матрицы магнитных головок, причем система транспортировки документов останавливается, если система обработки не может идентифицировать документ из представления нити.

Альтернативно, если система обработки не может идентифицировать документ, то документ может быть доставлен в другое местоположение, устанавливаемое по умолчанию.

Устройство может также создаваться таким образом, чтобы выполнять операцию «выравнивания стоимости», в которой пачка банкнот смешанного номинала оценивается и в необходимом случае сортируется по различным выходным пачкам, соответственно их номиналу.

Предпочтительно, матрица магнитных головок содержит по меньшей мере один постоянный магнит. Однако также возможно использовать отдельный постоянный магнит для намагничивания магнитного материала, который образует нить.

Появление части магнитной нити может быть определено путем непрерывного опроса сигналов, вырабатываемых процессором, связанным с основной и вторичной головками. Предпочтительно процессор вырабатывает сигнал прерывания, когда соответствующий детектор обнаруживает появление части магнитной нити, причем система обработки поддерживает маску прерываний в соответствии с основной и вторичной головками.

Матрица магнитных головок может быть линейной решеткой. Как вариант, магнитные головки могут быть упорядочены таким образом, что они лежат на одной из множества параллельных осей, причем каждая из них смещена относительно других. В типовой конфигурации некоторые из магнитных головок лежат на первой оси, а остальные лежат на второй оси, которая параллельна первой оси.

Матрица магнитных головок может содержать индуктивные или магниторезистивные магнитные головки или комбинацию таких головок.

Другой недостаток известных из предшествующего уровня техники устройств связан со считыванием кодов, которые включают последовательность двоичных единиц. В этом случае непрерывная длина магнитного материала должна быть достаточно длинной, чтобы плотность потока становилась постоянной. Следовательно, любой сигнал, генерируемый магнитной головкой, и любая связанная с этим высокочастотная фильтрация будет обуславливать спадание до нуля и вновь нарастание вследствие изменения в плотности потока, когда конец магнитного элемента приближается к головке. Возможно, что длинный магнитный элемент может быть некорректным образом распознан как два отдельных более коротких магнитных элемента с участком немагнитного материала между ними.

В патенте США А-5889271 описан способ обнаружения кодированной нити с использованием множества считывающих каналов для обнаружения каждого сегмента нити, однако этот способ сложен в реализации.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предусмотрен способ обнаружения кодированной магнитной нити, включающий измерение отклика детектора магнитного поля, когда нить перемещается мимо детектора, причем отклик изменяется от начальной амплитуды в первом и втором направлениях для обнаружения первого пика и затем в первом направлении для обнаружения второго пика; сравнение отклика с первым и вторым порогами; и индикацию прохождения кодового элемента нити, когда отклик проходит второй порог и затем первый порог предварительно определенным образом, отличающийся тем, что первый порог регулируется в соответствии с первым предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды первого пика.

Соответственно, можно, используя этот способ, корректным образом обнаруживать длинный магнитный элемент путем определения местоположения первого и второго порогов соответственно.

Если магнитный элемент короткий, то после того как отклик проявил второй пик и затем изменился в первом направлении, он изменяется во втором направлении для возврата к его первоначальной величине, тем самым проявляя третий пик.

Однако если магнитный элемент длинный, то после того как отклик проявил второй пик и затем изменился в первом направлении, он изменяется во втором направлении и затем в первом направлении для проявления третьего пика и затем изменяется во втором направлении для возврата к своей первоначальной амплитуде, проявляя при этом четвертый пик.

В типовом случае, первое направление представляет собой отрицательное направление, а второе направление - положительное направление. В этом случае величина первого порога ниже, чем первоначальная амплитуда отклика, а величина второго порога выше, чем первоначальная амплитуда отклика.

Однако обратное также возможно, при этом первое направление представляет собой положительное направление, а второе направление - отрицательное направление. Соответственно, величина первого порога выше, чем первоначальная амплитуда отклика, и величина второго порога ниже, чем первоначальная амплитуда отклика.

Предпочтительно, первоначальная амплитуда отклика равна нулю. Однако первоначальная амплитуда отклика может принимать любое другое положительное или отрицательное значение.

Первый предварительно определенный алгоритм может регулировать первый порог таким образом, чтобы его величина была пропорциональна амплитуде первого пика. Альтернативно, он может регулировать первый порог таким образом, чтобы его величина была средним значением предварительно определенного числа предыдущих первых пиков. Первый предварительно определенный алгоритм может также регулировать первый порог таким образом, чтобы его величина была основана на измерении фонового шума.

Возможно регулирование второго предварительно определенного порога в соответствии с вторым предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды второго пика.

В этом случае второй предварительно определенный алгоритм может регулировать второй порог таким образом, чтобы его величина была пропорциональна амплитуде второго пика. Альтернативно, он может регулировать второй порог таким образом, чтобы его величина была средним значением предварительно определенного числа предыдущих вторых пиков. Второй предварительно определенный алгоритм может также регулировать второй порог таким образом, чтобы его величина была основана на измерении фонового шума.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, предусмотрено устройство для обнаружения кодированной магнитной нити, содержащее детектор магнитного поля, систему обработки для контроля отклика детектора, когда нить проходит мимо детектора, причем отклик изменяется от первоначальной амплитуды в первом и втором направлениях для проявления первого пика и затем в первом направлении для проявления второго пика; при этом система обработки выполнена с возможностью сравнения отклика детектора с первым порогом, измерения первого пика отклика детектора и регулирования первого порога в соответствии с первым предварительно определенным алгоритмом на основе амплитуды первого пика.

Предпочтительно детектор магнитного поля выполнен в виде линейной решетки магнитных головок, каждая из которых соединена с соответствующим процессором. В типовом случае каждый из процессоров магнитных головок соединен с системой обработки, которая выполнена с возможностью осуществления способа, соответствующего третьему аспекту настоящего изобретения.

Третий недостаток методов, известных из предшествующего уровня техники, состоит в том, что для того чтобы идентифицировать документ, несущий нить, было необходимо использовать метод, который связан с циклическим сдвигом кода, считываемого с нити посредством каждой возможной перестановки и сравнения каждой из этих перестановок с каждой записью в базе данных. Следовательно, 16-битовый код необходимо было циклически сдвигать и сравнивать 16 раз с каждой записью в базе данных.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, предусмотрен способ идентификации кодированной магнитной нити, включающий формирование цифрового представления нити и сравнение цифрового представления с одним или более известных представлений, отличающийся тем, что способ дополнительно включает сканирование цифрового представления для определения местоположения предварительно определенной кодовой последовательности; циклический сдвиг цифрового представления для определения предварительно определенной кодовой последовательности в предварительно определенной позиции соответственно позиции предварительно определенной кодовой последовательности в сохраненной версии каждого известного цифрового представления перед выполнением этапа сравнения.

Данный способ преодолевает ограничение вышеупомянутого метода «скользящего коррелятора». Путем выравнивания цифрового представления в тот же самый формат, в котором сохранены известные цифровые представления, требуется только одно сравнение для каждого известного цифрового представления.

Предпочтительно цифровое представление является двоичным.

Обычно код является асимметричным, и в этом случае сравнение выполняется по отношению к обращенным версиям известных цифровых представлений, тем самым определяя ориентацию кодированной магнитной нити.

Если измерено боковое смещение нити, то это измерение может быть использовано для определения того, какая сторона листового документа, содержащая нить, является верхней.

Альтернативно, может быть измерено относительное смещение нити относительно известного магнитного признака, используемое для того, чтобы определить, какая сторона листового документа, содержащего нить, и магнитный признак, является верхней.

Предпочтительно, перед выполнением сравнения цифровое представление сканируется для определения по меньшей мере одного признака, который указывает на вероятность того, что цифровое представление является действительным.

Предпочтительными примерами признаков, для определения которых производится сканирование, являются следующие:

а) что установлены наименее значимый и наиболее значимый биты;

b) что количество изменений битов находится в предварительно определенных пределах;

с) что количество установленных битов находится в предварительно определенных пределах;

d) что предварительно определенная кодовая последовательность присутствует и находится в корректном положении;

е) что код является асимметричным.

Обычно разный вес придается разным признакам, в зависимости от их относительной важности.

В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения, предусмотрено устройство для идентификации кодированной магнитной нити, содержащее детектор магнитного поля, систему обработки для обработки сигналов, вырабатываемых детектором, для формирования цифрового представления нити и для сравнения цифрового представления с одним или более известных представлений, отличающееся тем, что система обработки дополнительно адаптирована для сканирования цифрового представления для определения местоположения предварительно определенной кодовой последовательности и для поворота (циклического сдвига) цифрового представления для определения предварительно определенной кодовой последовательности в предварительно определенной позиции соответственно позиции предварительно определенной кодовой последовательности в сохраненной версии каждого известного цифрового представления перед сравнением цифрового представления с известными цифровыми представлениями.

Предпочтительно, система обработки дополнительно адаптирована для сравнения цифрового представления с обращенными версиями известных цифровых представлений, тем самым определяя ориентацию кодированной магнитной нити в случае, когда код является асимметричным.

Устройство может дополнительно включать в себя детектор для измерения бокового смещения нити для определения того, какая сторона листового документа, содержащего нить, является верхней.

Обычно система обработки дополнительно конфигурируется для сканирования цифрового представления для обнаружения признаков, которые указывают на вероятность того, что цифровое представление действительно, перед выполнением сравнения.

В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения, предусмотрено устройство, соответствующее шестому аспекту настоящего изобретения, для выполнения способа, соответствующего пятому аспекту настоящего изобретения.

Пример устройства считывания кодированной магнитной нити и способов, соответствующих изобретению, описан ниже со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичное представление устройства считывания кодированной магнитной нити, соответствующего изобретению;

Фиг. 2 - представление двух банкнот, содержащих кодированные магнитные нити, перемещаемых мимо линейной матрицы магнитных головок, причем одна банкнота скошена;

Фиг. 3 - блок-схема процессора сигналов для обработки сигналов с матрицы магнитных головок;

Фиг. 4 - отклик, вырабатываемый магнитной головкой, когда магнитный элемент проходит под ней, и соответствующие сигналы, вырабатываемые процессором сигналов;

Фиг. 5 - отклик, вырабатываемый магнитной головкой, когда протяженный магнитный элемент проходит под ней;

Фиг. 6 - пример возможного кода, содержащегося в кодированной магнитной нити, после восстановления процессором сигналов;

Фиг. 7 - блок-схема алгоритма программного обеспечения, выполняемого микропроцессором;

Фиг. 8 - индивидуальная магнитная головка, включающая в себя постоянный магнит;

Фиг. 9 - альтернативный вариант матрицы магнитных головок;

Фиг. 10 - блок-схема альтернативного варианта процессора сигналов;

Фиг. 11 - идеализированная форма сигнала для воплощенных по-разному магнитных свойств в кодированной нити;

Фиг. 12А и 12В - графики успешной и безуспешной калибровки;

Фиг. 13 - эффект изменения размера зерна;

Фиг. 14 - различные типы пиков напряжения;

Фиг. 15 - различные обработанные пики;

Фиг. 16 - иллюстрация кода, сигналов, соответствующих коду, и результирующих сохраненных данных.

Схематичное представление устройства считывания кодированной магнитной нити, пригодного для считывания кодов, сохраненных в кодированной магнитной нити на листовом документе, показано на фиг. 1. Устройство считывания содержит линейную матрицу 1 из 12 магнитных головок 2а - 2l, каждая из которых соединена с индивидуальным процессором 3a-3l. Аналоговые сигналы, вырабатываемые магнитными головками, преобразуются в цифровую форму процессорами 3а - 3l сигналов, которые сопряжены с микропроцессорной системой 4.

Программное обеспечение, выполняемое микропроцессорной системой 4, выполняет дополнительную обработку оцифрованного сигнала, чтобы преобразовать код в известный формат и сравнить его с базой данных известных кодов. Программное обеспечение также фиксирует максимальные положительные и отрицательные отклонения аналогового сигнала с использованием аналого-цифровых преобразователей микропроцессорной системы 4 и вычисляет соответствующие пороги из этих данных. Эти пороги устанавливаются в процессорах 3а-3l сигналов с использованием цифроаналоговых преобразователей микропроцессорной системы 4.

На фиг. 2 показана линейная матрица 1 магнитных головок 2а-2l и два листовых документа 5, 6, перемещаемых системой транспортировки документов (не показана) таким образом, что они будут проходить через матрицу 1 магнитных головок 2а -2l. Каждый лист 5, 6 имеет магнитную кодированную нить 7а, 7b. Когда листы 5, 6 приближаются к матрице 1 магнитных головок 2а-2l, постоянный магнит, встроенный в матрицу 1, временно намагничивает магнитный материал, образующий нити 7а, 7b.

Конфигурация одной из магнитных головок показана на фиг. 8. Она содержит сердечник 60, который может быть выполнен из феррита, вокруг плеч которого навиты две катушки 61а, 61b. Постоянный магнит 62 обеспечивает магнитное смещение в воздушном зазоре сердечника, что вызывает временное намагничивание магнитного материала. По мере того как нити 7а, 7b проходят мимо магнитных головок 2а-2l, вырабатывается электродвижущая сила, когда поток, формируемый магнитным материалом, ответвляется в катушки 61а, 61b магнитных головок 2а-2l. Следовательно, сигнал вырабатывается на выводах 63 магнитных головок соответственно структуре магнитного материала, образующего нити 7а, 7b.

Лист 5 перемещается системой транспортировки документов таким образом, что нить 7а представляется перпендикулярной линейной матрице 1 магнитных головок 2а-2l. Можно видеть, что нить 7а пройдет прямо под магнитной головкой 7f, и код, включенный в магнитную нить 2f, может быть восстановлен из сигнала, вырабатываемого магнитной головкой 2f в отдельности.

Однако лист 6 перемещается таким образом, что нить 7b скошена. Поэтому, хотя нить 7b первоначально проходила точно под магнитной головкой 2h, по мере ее передвижения она будет проходить под магнитной головкой 2g, магнитной головкой 2f и, в конце концов, под магнитной головкой 2е. Для восстановления кода необходимо объединить сигналы, генерируемые всеми четырьмя магнитными головками 2е, 2f, 2g и 2h, соответствующим способом.

Это одна причина того, почему требуется матрица магнитных головок. Другая причина состоит в том, что боковое смещение нити может различаться для разных документов.

Альтернативная конфигурация для матрицы 1 магнитных головок показана на фиг. 9. В этой конфигурации матрица 1 содержит 13 магнитных головок 100а-100m. Однако эти магнитные головки 100а-100m конфигурированы не в линейной форме. Вместо этого, они конфигурированы на двух параллельных осях, причем магнитные головки 100а-100g расположены на первой оси, а магнитные головки 100h-100m расположены на второй оси. Ясно, что можно было бы упорядочить магнитные головки 100а-100m так, чтобы они лежали на трех и более осях.

Прежде чем сигналы, выработанные магнитными головками 100а-100m, можно будет обработать, они должны быть соответствующим образом смещены во времени. Либо сигналы, выработанные магнитными головками 100а-100g, лежащими на первой оси, либо сигналы, выработанные магнитными головками 100h-100m, лежащими на второй оси, либо те и другие должны быть смещены во времени так, чтобы они оказались выровненными. Это может быть сделано с помощью методов аналоговой или цифровой обработки, с использованием предварительно определенного расстояния между первой и второй осями и скорости листового документа, проходящего под матрицей 1, для определения величины, на которую сигналы, выработанные магнитными головками, лежащими на одной оси, должны быть сдвинуты во времени таким образом, чтобы они оказались совмещенными с сигналами, выработанными магнитными головками, лежащими на другой оси. Скорость этого листового документа может либо измеряться непосредственно, либо может определяться скорость системы транспортировки документа.

Магнитные головки, используемые в этих примерах, представляют собой индуктивные головки, однако могут также использоваться и магниторезистивные головки.

Процессоры 3а-3l сигналов и программное обеспечение реализуют признаки, которые обеспечивают обнаружение нити независимо от ее бокового смещения и восстановление кода из сигнала, формируемого различными магнитными головками, в случае, когда нить скошена.

Один канал процессоров 3а-3l сигналов описан ниже со ссылками на фиг. 3. В последующем описании n относится к номеру соответствующего канала и принимает целочисленные значения от 0 до 11.

Аналоговый сигнал HEAD[n], формируемый магнитной головкой, образует входной сигнал парафазного усилителя 10а, 10b. Инвертированный и неинвертированный выходы парафазного усилителя 10а, 10b соединены с входами пары компараторов 11а, 11b и с входами 2:1 мультиплексора 17а, 17b. Компараторы 11а и 11b сравнивают выходные сигналы с парафазного усилителя с отдельными изменяемыми порогами. Если инвертированный выходной сигнал с парафазного усилителя 10а, 10b превышает пороговое входное значение компаратора 11а, то на выходе компаратора 11а будет низкий уровень, который затем переводит выход логической схемы «И» 12 на низкий уровень и, поскольку этот выход соединен с входом очистки схемы-фиксатора 14 D-типа, то Q-выход схемы-фиксатора 14 D-типа также переводится на низкий уровень. Аналогичным образом, если вход CLR[n] с микропроцессорной системы 4 переводится на низкий уровень, то в ответ Q-выход схемы-фиксатора 14 D-типа также переводится на низкий уровень.

Если неинвертированный выходной сигнал парафазного усилителя 10а, 10b превышает порог компаратора 11b, то выходной сигнал компаратора 11b переводится на низкий уровень. Этот выходной сигнал инвертируется инвертором 13 и затем подается на тактовый вход схемы-фиксатора 14 D-типа. Таким образом, поскольку D-вход схемы-фиксатора 14 D-типа постоянно подсоединен с высокому уровню, то Q-выход схемы-фиксатора 14 D-типа также переводится на высокий уровень.

Значения порогов компаратора 11а и 11b определяются микропроцессорной системой 4 посредством выходного сигнала DAC[n]. Этот выходной сигнал подается сначала на буфер 15 единичного усиления перед подачей на пороговый вход компаратора 11b. Выход буфера 15 единичного усиления также соединен с делителем 16 потенциала, который снижает порог, поданный на компаратор 11а, в два раза.

Оба компаратора 11а, 11b воплощают в себе некоторую степень гистерезиса для улучшения устойчивости по отношению к шумам и предотвращения ложного переключения.

2:1 мультиплексор 17а, 17b соединяет инвертированный или неинвертированный выход парафазного усилителя 10а, 10b с интегрирующим пиковым детектором 19. Логическое состояние сигнала MUX[n] определяет, который из этих двух выходов соединен с интегрирующим пиковым детектором. Инвертер 18 инвертирует логическое состояние сигнала MUX[n] так, что замыкается либо аналоговый ключ 17а, либо аналоговый ключ 17b.

Интегрирующий пиковый детектор 19 детектирует и запоминает положительный пик сигнала, приложенного к нему. Он представляется микропроцессорной системе 4 как сигнал PEAK[n]. Этот интегрирующий пиковый детектор 19 может быть установлен в исходное состояние выдачей сигнала RESET[n].

Типовой сигнал, формируемый одной конкретной магнитной головкой, подобной описанным выше, обусловленный 2 мм магнитным элементом, проходящим рядом с ней, показан на фиг. 4. Когда магнитный элемент приближается к головке, генерируется отрицательный пик 21. Если магнитный элемент находится непосредственно под головкой, то направление магнитного потока реверсируется и формируется положительный пик 22. Наконец, когда магнитный элемент удаляется от головки, то поток реверсируется второй раз и формируется второй отрицательный пик 23. Это представлено сигналом HEAD[n] на фиг.4.

Обработка этого сигнала одним из процессоров 3а -3l описана ниже со ссылками на фиг. 4. Когда питание первоначально включается, микропроцессорная система 4 выдает сигналы CLR[n] и RESET[n] (сброс), чтобы каскады 3а- 3l находились в известном состоянии. Процессоры 3а-3l сигналов затем выполняют обработку фоновых шумов с использованием интегрирующего пикового детектора 19. Выходные сигналы с него, PEAK[n], подаются на аналого-цифровые преобразователи в микропроцессорной системе 4, и затем их значения используются для определения соответствующих порогов для компараторов 11а и 11b. Они устанавливаются цифроаналоговым преобразователем, который выдает сигнал DAC[n] в каскады 3а-3l обработки сигналов. Этот сигнал буферизуется инвертером 15 единичного усиления, выходной сигнал которого определяет положительный порог. Этот выходной сигнал также потенциально делится, например, в два раза, с использованием делителя 16 потенциала, который устанавливает отрицательный порог. Например, положительный порог может быть установлен на четырехкратное значение максимального уровня шумов, отрицательный порог, следовательно, может быть равен половине этой величины. Эти пороги могут затем быть адаптированы и могут быть видоизменены для каждого магнитного элемента, сканируемого головкой. Например, скользящее среднее положительного пика, формируемого магнитным элементом, может быть вычислено и использовано для определения подходящего положительного порога. Значение порога может быть сохранено в энергонезависимой памяти так, чтобы оно не было потеряно при выключении устройства.

Сигнал MUX[n] теперь переводится на высокий уровень, и процессоры 3а-3l сигналов ожидают прихода действительного сигнала, формируемого магнитным элементом. Когда магнитный элемент приближается к магнитной головке, в сигнале HEAD[n] индуцируется отрицательный выброс. Этот отрицательный выброс инвертируется на инвертирующем выходе парафазного усилителя 10а, 10b, и интегрирующий пиковый детектор 19 запоминает пиковое значение этого выброса. Когда магнитный элемент пройдет под головкой, направление магнитного потока реверсируется и индуцируется положительный выброс сигнала. Если положительный выброс сигнала превышает значение положительного порога, то тактовый импульс прикладывается к схеме-фиксатору 14 D-типа, вызывая переход Q-выхода на высокий уровень. Это генерирует прерывание в микропроцессорной системе 4, время которого регистрируется. В результате этого прерывания значение отрицательного пика регистрируется, и интегрирующий пиковый детектор 19 сбрасывается, а сигнал MUX[n] переводится на низкий уровень, так что положительный пик может быть продетектирован интегрирующим пиковым детектором 19. Когда магнитный элемент перемещается от головки, направление магнитного потока реверсируется второй раз и формируется второй отрицательный выброс. Пороги теперь подстраиваются так, чтобы отрицательный порог имел значение, выведенное из непосредственно предшествующего отрицательного пика. Если сигнал превышает этот порог, то сигнал MUX[n] переводится на высокий уровень, так что интегрирующий пиковый детектор 19 контролирует наличие этого отрицательного максимума, и выдается входной сигнал сброса схемы-фиксатора 14 D-типа, так что сигнал прерывания микропроцессорной системы 14 сбрасывается. Время этого события регистрируется, и, следовательно, может быть определена длительность импульса прерывания. Длина магнитного элемента может быть определена из этой длительности с использованием тактового сигнала, который вырабатывается системой транспортировки. После того как время этого события зарегистрировано, регистрируется значение положительного максимума, интегрирующий пиковый детектор 19 сбрасывается и сигнал MUX[n] переводится на высокий уровень, так что может обнаруживаться следующий отрицательный пик. Амплитуда положительного пика используется для определения того, когда скошенная нить проходит от одной магнитной головки к соседней, как описано ниже.

Поскольку пороги могут подстраиваться, система допускает значительные вариации плотности потока магнитного материала. Такие вариации могут быть вызваны различными условиями для листовых документов, несущих нити, отклонением в смещении между магнитными головками и нитями или изменением скорости системы транспортировки документов.

Существенным преимуществом использования отдельных положительного и отрицательного адаптивных порогов является то, что система может корректным образом измерять длину более длинных магнитных элементов. На фиг. 5 показан типовой сигнал, вырабатываемый, когда магнитный элемент длиной 6 мм проходит мимо магнитной головки. Скорость изменения потока приближается к нулю, когда длинный элемент, подобный такому элементу, находится непосредственно под головкой. Следовательно, индуцированная электродвижущая сила также приближается к нулю. Это можно видеть как провал 30 на фиг. 5. Можно видеть, что поскольку имеются положительный и отрицательный пороги, прерывание начинается в точке 31 и заканчивается в точке 32, как это необходимо. Однако если бы использовался только положительный порог, то тогда генерировались бы два прерывания, первое из которых начинается в точке 31 и заканчивается в точке 33, а второе начинается в точке 34 и заканчивается в точке 35.

Таким образом, когда магнитная кодированная нить проходит под головкой, магнитные элементы восстанавливаются в цифровой код. Возможный пример такого кода показан на фиг. 6.

Программное обеспечение в микропроцессорной системе 4 обеспечивает выдачу соответствующих выходных сигналов на процессоры 3а-3l сигналов в корректный момент времени и реагирование на ввод этих сигналов так, чтобы можно было восстановить данные, считанные из магнитного кода. Для осуществления этого программное обеспечение разделяется на две основные части. Имеется шесть синхронно выполняемых процессов и три подпрограммы обслуживания прерываний.

Блок-схема алгоритма, выполняемого программным обеспечением, показана на фиг. 7. Операции индивидуальных процедур программного обеспечения и подпрограмм обслуживания прерываний описаны ниже со ссылками на фиг.7.

Микропроцессорная система 4 начинает процедуру обработки выполнением процесса «дежурный режим» (ожидание) 50. Этот процесс несет ответственность за базовые функции инициализации, включая проверку того, не зарегистрированы ли какие-либо отказы другими процессами программного обеспечения, формирование сообщений об этих отказах, если это необходимо, и проверку того, не возникли ли какие-либо коммуникации, не относящиеся к времени выполнения. Затем выполнение переходит к процессу «выполнение» 51 по запросу, если отсутствуют текущие отказы.

Процесс «выполнение» 51 выполняет различные другие подпрограммы инициализации, чтобы можно было выполнить измерения фоновых шумов для соответствующей установки положительных порогов. Следовательно, все прерывания блокируются, выход MUX[n] переводится на низкий уровень, так что интегрирующий пиковый детектор 19 регистрирует значения положительных пиков. Наконец, массивы памяти для данных головок инициализируются путем установки указателей в их начало и если не зарегистрировано отказов, то выполнение переходит к процессу «калибровка» 52.

Этот процесс несет ответственность за регистрацию максимальных фоновых шумов, присутствующих на всех головках. Это делается путем измерения максимального шума для 32 блоков по 1 мс каждый и усреднения максимума, продетектированного для каждого из этих блоков. Цифровые пороги теперь установлены по отношению к измеренным шумам и если не зарегистрировано отказов, то процесс выполнения переходит к процессу «установка-захват» 53.

Следующие три процесса «установка-захват» 53, «выполнение» 54 и «вычисление кода» 55 вместе образуют основной цикл выполнения, в течение которого принимаются данные с магнитных головок 2а-2l. Процесс «установка-захват» 53 начинается с выдачи сигнала MUX[n], так что интегрирующий пиковый детектор 19 регистрирует значения отрицательного пика. Массив хранения кода инициализируется и разрешаются прерывания. Если ни одного отказа не зарегистрировано, то выполнение переходит к процессу «выполнение» 54.

Остальные два процесса «выполнение» 54 и «вычисление кода» 55 собирают данные, считанные с процессоров 3а-3l сигналов, выравнивают их в известный формат и сравнивают их с базами данных известных кодов. Важно реализовать, чтобы данные с процессоров 3а-3l сигналов были действительно введены в две подпрограммы обслуживания прерываний, которые выполняются в ответ на прерывания, генерируемые процессорами 3а-3l сигналов. Конкретное преимущество использования прерываний состоит в том, что нет необходимости сканировать всю матрицу магнитных головок 2а-2l до тех пор, пока не будут обнаружены действительные сигналы. Следовательно, микропроцессорная система 4 может выполнять другие задачи, когда нет действительных сигналов. Подпрограммы обслуживания прерываний описаны ниже.

Процесс «выполнение» 54 обеспечивает конструирование битовой последовательности из данных, поданных подпрограммами обслуживания прерываний, и восстановление кода, если нить скошена. Этот процесс также контролирует битовую последовательность на наличие маркерной секции, и когда получено достаточно битов и не зарегистрировано ошибок, процесс «выполнение» переходит к процессу «вычисление кода» 55. Пример маркерной секции возможного кода показан на фиг. 6, причем маркерная секция в этом случае является обратной комбинацией 1010.

Если нить скошена, код восстанавливается следующим образом:

а) Прежде чем нить оказывается в непосредственной близости от матрицы магнитных головок 2а-2l, все прерывания разрешаются.

b) Когда нить индуцирует сигнал в одной из магнитных головок 2a-2l, соответствующий процессор сигналов вызывает прерывание.

с) Эта магнитная головка обозначается как основная головка, а две непосредственно смежные с ней головки обозначаются как вторичные головки. Маска прерываний модифицируется, так что разрешаются только прерывания с этих трех головок.

d) Значения положительных пиков индуцированных сигналов используются для определения того, когда нить переместится от основной головки к вторичной головке. Например, когда нить пересекает матрицу 1 магнитных головок 2а-2l, она начнет индуцировать сигналы как в основной, так и в одной из вторичных головок. В конечном счете, сигналы, индуцированные во вторичной головке, превысят сигнал, индуцированный в основной головке.

e) В этот момент соответствующая вторичная головка обозначается как основная головка, а две непосредственно смежные с ней магнитные головки обозначаются как вторичные головки. Процесс продолжается далее таким же образом.

Поэтому программное обеспечение позволяет восстановить код просто путем осуществления логической операции «ИЛИ» над данными, принятыми всеми головками, которые были основными или вторичными, по мере того как нить проходила мимо матрицы 1 магнитных головок 2а-2l. Преимущество этого состоит в том, что необходимо сохранить только релевантную информацию. Сигналы, формируемые магнитными головками, которые не обозначались ни как основные, ни как вторичные, могут игнорироваться и отбрасываться.

Процесс «вычисление кода» 55 начинается с нахождения начала и конца полученного кода. Он работает от центра воспринятого кода вовне, поскольку в этом случае менее вероятно, что он будет искажен другими магнитными свойствами, которые могут присутствовать и располагаться слоями на краях листа. Когда местоположение начала и конца кода определено, процесс осуществляет поиск повторения этого кода, что используется в качестве проверки достоверности того, что код корректен. Код затем выравнивается согласно известному формату и сравнивается по отношению к базе данных известных кодов для нахождения наилучшего согласования. Если согласование найдено, то устанавливается флаг для индикации этого факта релевантному процессу, реализуемому программным обеспечением. Выполнение затем возвращается к процессу «установка-захват» 53, так что может быть обнаружен (захвачен) следующий код.

Код выравнивается путем сохранения его в кольцевом буфере и циклического сдвига до тех пор, пока маркерная секция не окажется в известной позиции. Преимущество этого состоит в том, что необходимо только одно сравнение с каждой записью в базе данных, в то время как метод скользящей корреляции требует циклического сдвига m-битового кода по каждой из его m перестановок и сравнения каждой перестановки с каждой записью в базе данных.

Выровненный код сравнивается с записями в базе данных путем применения логической операции «исключающее ИЛИ» к коду и каждой записи. Число битов, установленных в выровненном коде, делится на результат операции «исключающее ИЛИ». Наименьшее значение указывает на наилучшее согласование.

Дополнительно к этому сравнению, для определения вероятности того, что воспринятый код имеет ошибку, могут использоваться различные методы весовой обработки. Это может делаться путем поиска некоторых признаков кода, например:

1. Подтверждение, что наиболее значимый и наименее значимый биты установлены.

2. Подтверждение, что число изменений битов и число установленных битов находятся в допустимых пределах.

3. Подтверждение, что маркерная секция присутствует и находится в корректном местоположении.

4. Подтверждение, что код асимметричен.

Наконец, если код искажен и невозможно использовать вышеуказанные методы выравнивания и сравнения, то программное обеспечение будет пытаться согласовать воспринятые данные с использованием метода скользящей корреляции. По-прежнему используются методы весовой обработки.

Имеются две подпрограммы обслуживания прерываний, обеспечивающие запись кода, воплощенного магнитной нитью. Первая из них - подпрограмма 56 обслуживания по переднему фронту прерывания - реагирует на передний фронт прерывания, генерируемого схемой-фиксатором 14 D-типа процессоров 3а-3l сигналов, а вторая - подпрограмма 57 обслуживания по заднему фронту прерывания - реагирует на задний фронт прерывания.

При обнаружении переднего фронта прерывания выполняется подпрограмма 56 обслуживания по переднему фронту прерывания. Эта подпрограмма регистрирует значение отрицательного пика, и это значение используется для установки отрицательного порога для последующего отрицательного пика.

Это событие также получает метку времени и преобразуется в смещение системы транспортировки с использованием тактового сигнала, который является синхронным с механизмом привода системы транспортировки. Пиковый детектор 19 затем сбрасывается и сигнал MUX[n] подвергается операции отрицания, так что мультиплексор 17а, 17b представляет положительные сигналы для интегрирующего пикового детектора 19.

Когда обнаружен задний фронт прерывания, выполняется подпрограмма 57 обслуживания по заднему фронту прерывания. Эта подпрограмма регистрирует значение положительного пика с интегрирующего пикового детектора 19. Это значение используется для отслеживания нити, если она скошена и перемещается от одной магнитной головки к другой. Это событие получает временную метку аналогично тому, как это делалось для переднего фонта, так что может быть определена длина магнитного элемента. Максимальное значение, сохраненное в интегрирующем пиковом детекторе 19, очищается, и мультиплексор 17а, 17b устанавливается для поиска отрицательных пиков. Указатель на массив памяти смещается к следующему биту.

Третья подпрограмма обслуживания прерываний - подпрограмма 58 обслуживания автосканирования АЦП - обеспечивает выполнение регулярных преобразований 12 сигналов PEAK[n] с процессоров 3а-3l сигналов с использованием аналого-цифровых преобразователей микропроцессорной системы 4. Эти преобразования запускаются автоматически прерываниями таймера. Это делается для снижения непроизводительных затрат процессора. Преобразованные значения сохраняются постоянно, только если требуется, как при обнаружении переднего или заднего фронта прерывания.

После успешного сравнения воспринятого кода с записью в базе данных появляется возможность определить некоторую информацию о листовом документе. Например, если листовой документ является банкнотой, может оказаться возможным определить ее номинал. На этой основе можно было бы переслать банкноту в требуемое место назначения, например разделить пачку банкнот согласно двум номиналам. Альтернативно, можно остановить транспортировку документа, если код нити не читается или банкнота инородного номинала обнаружена в пачке банкнот одного номинала.

Если код асимметричен, то можно определить ориентацию листа. Если можно определить местоположение признака листа, который смещен относительно его центра, то можно определить, какой стороной обращен вверх данный лист. Например, с использованием оптического детектора можно определить боковое положение нити и это может быть использовано для определения того, какой стороной вверх обращен лист. Альтернативно, положение известного магнитного признака относительно нити может быть определено, и это может быть использовано для определения того, какой стороной вверх обращен лист.

На фиг. 10 показано модифицированное устройство. В этом случае головки 2а-2l соединены с АЦП 200, который соединен с цифровым процессором 205 сигналов. Назначением этого цифрового процессора 205 сигналов является обработка оцифрованных данных и генерирование последовательностей цифровых сигналов, представляющих код, сохраненный в магнитных признаках. Эти формы сигналов представляются микропроцессору 4, где применяются алгоритмы согласования кодовых комбинаций с целью определения аутентичности и номинала банкноты. Ключевыми преимуществами этого подхода являются следующие:

- Гибкость проектирования - алгоритмы ЦПС и микропроцессора легко модифицируются и обновляются, не влияя на другие компоненты системы.

- Совместно используемая загрузка процессора путем помещения задач с сокращением данных в ЦПС для генерации относительно простых цифровых форм сигналов означает, что микропроцессор имеет дополнительную производительность для более сложных алгоритмов согласования структур сигналов, которые будут способствовать улучшению рабочих характеристик машины.

- Простота сопряжения устройств - АЦП, ЦПС и микропроцессор поддерживают относительно простые коммуникационные протоколы для обеспечения обмена данными.

В процессе работы с использованием инструкций с ЦПС 205 для каждой головки, АЦП 200 дискретизирует аналоговый сигнал каждые 0,25 мм, генерирует цифровое представление и передает его в ЦПС. В то время как АЦП 200 занят преобразованием текущей выборки, ЦПС 205 осуществляет обработку предыдущей выборки, полученной с соседнего канала в конвейерной структуре. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут получены данные для всех банкнот; таким образом, обработка выполняется в реальном времени.

Дискретизация пары каналов управляется несинхронизированным таймером с фиксированным периодом 9,4 мкс. Для того чтобы гарантировать, что каждое сканирование соответствует шагу 0,25 мм, система требует измерения линейной скорости банкнот. Это обеспечивается времязадающим диском, состоящим из щелевых оптодатчиков (не показаны), как хорошо известно. Это обеспечивает импульс, соответствующий линейному перемещению на 4,42 мм. Путем измерения числа импульсов таймера, которые возникли в пределах щели времязадающего диска, система может определить задержку дискретизации, которая вводится для обеспечения требуемого шага дискретизации.

Дискретизация и обработка данных банкноты инициируется инструкциями микропроцессора 4 и следящего датчика (не показан). Следящий датчик представляет собой отражательный оптический датчик, который обеспечивает индикацию присутствия банкноты под детектором. Как только макропроцессор 4 выдал инструкцию в ЦПС 205 на обработку банкноты, система будет ожидать до тех пор, пока следящий датчик не покажет, что банкнота поступила и затем начнется обработка.

ЦПС 205 выполняет три основные задачи обработки:

- Пороговая обработка и первоначальное обнаружение пиков.

- Применение априорных сведений о полезных сигналах для предварительно обработанных данных.

- Генерация цифровых форм сигналов для микропроцессора.

Пороговая обработка и первоначальное обнаружение пиков

Алгоритм, используемый для генерации цифровых форм сигналов для микропроцессора 4, включает пиковое детектирование и преобразование априорно известных сигналов. Пиковое детектирование используется потому, что сигналы, получаемые с индуктивных магнитных головок, основаны на скорости изменения магнитного материала, проходящего мимо головки. Поэтому на границах между материалом с магнитными и немагнитными свойствами возникают переходные процессы. Пример идеализированных форм сигналов для различных величин магнитных свойств показан на фиг. 11.

Из фиг.11 можно видеть, что пиковое детектирование может быть использовано для определения протяженности магнитных областей вдоль одной плоскости. Проблема с использованием пикового детектора подобна проблемам, свойственным любому детектору изменения скорости, и состоит в том, что он подвержен воздействию шумов сигнала. На практике шум будет присутствовать во входных сигналах и поэтому требуются механизмы для снижения влияния этих артефактов. Для обеспечение уровня устойчивости к шумам могут быть использованы две схемы: калиброванные пороги и большее окно пикового детектирования.

Калибровка

Калибровка требуется, чтобы система могла генерировать подходящий порог для каждого канала. Такие пороги будут использоваться для остановки обработки сигналов малой амплитуды, которые, хотя и могут удовлетворять пиковому детектору, обусловлены шумом системы, а не действительным магнитным материалом, проходящим мимо головки. Схема калибровки состоит в следующем.

В процессоре, выполняющем обработку пачки банкнот, после того как приводы транспортировки достигли требуемой скорости, микропроцессор 4 выдает инструкцию в ЦПС 205 перейти в режим калибровки. На этом этапе ЦПС 205 берет 32 выборки и генерирует усредненный абсолютный уровень. Создается порог, представляющий собой постоянное кратное значение среднего уровня, и созданное значение запоминается. Наконец, для проверки того, являются какие-либо из каналов зашумленными или имеют относительно широко распределенные уровни сигналов, обусловленных иными причинами, чем исследуемые банкноты, ЦПС 205 исследует 32 выборки для того, чтобы убедиться, превышают ли какие-либо из них вычисленный порог. Если это так, то калибровка признается безуспешной, в противном случае калибровка является успешной, и обработка банкнот может продолжаться. Процесс повторяется для остальных каналов. Если калибровка безуспешна, то ЦПС 205 сообщает микропроцессору 4 о неготовности к работе и необходимости вмешательства.

Процесс калибровки проводится по каждой пачке.

Иллюстрация двух примеров калибровки приведена на фиг. 12А и 12В.

Зерно пикового детектирования

Вторая схема для обеспечения уровня устойчивости по отношению к шумам состоит в выборе зерна пикового детектирования, применяемого к данным. Вместо использования зерна, основанного на скорости изменения, которое отслеживает различия между непосредственно смежными значениями (размер 3), подход, использованный в данном решении, заключается в отслеживании следующего ближайшего соседа (размер 5). Простой пример, иллюстрирующий преимущества размера 5 над размером 3 в терминах числа детектируемых пиков, показан на фиг. 13.

Сигнал, амплитуда которого изменяется аналогичным способом, как в примере, упомянутом выше, например шум, будет вырабатывать большое число пиков с зерном размера 3, в то время как существенно сниженное их число будет вырабатываться в случае зерна с размером 5. Поскольку переходы пиков, обусловленные границами между магнитным и немагнитным материалом, имеют место по большему числу выборок, чем три, то зерно размера 5 достаточно мало для отслеживания этих переходов и в то же время обеспечивает требуемый уровень устойчивости к шумам.

Для создания цифровой формы сигнала, пригодной для обработки микропроцессором 4, система применяет пиковый детектор размера 5 к данным реального времени при их сборе и добавляет действительные пики (т.е. локальные минимумы или максимумы, которые превышают пороговую полосу) к списку, содержащему информацию о пиках, которые были найдены в заданном канале. Сохраненные данные представляют положение вдоль банкноты параллельно ее короткой кромке, где был обнаружен пик, тип обнаруженного пика (т.е. положительный или отрицательный пик) и местоположение в памяти ЦПС 205, где сохранены исходные (необработанные) аналоговые данные с АЦП 200 для данного пика. Преимущество данного метода состоит в том, что количество данных, которые должны затем анализироваться и обрабатываться, значительно уменьшено. Это обеспечивает дополнительную гибкость для более сложных алгоритмов, поскольку объем данных уменьшен.

На этом этапе ЦПС 205 выработал (для всех 12 каналов) набор событий, которые содержат все пики, которые удовлетворяют критерию пороговой обработки. Следующий процесс состоит в исследовании этих пиков и определении того, какие из них являются действительными и указывают истинные события магнитных переходов, а какие обусловлены артефактами сигналов.

Применение априорного знания полезных сигналов к данным предварительной обработки

Каждый из этих пиков напряжения индивидуально проверяется по отношению к более строгим критериям. Эти критерии включают ключевые характеристики действительных магнитных переходов, включая проверки по абсолютным уровням индуцированных напряжений и проверки по сигнатуре пика напряжения. Любой пик напряжения, который не проходит проверки по этим критериям, отбрасывается. На фиг. 14 это иллюстрируется показом того, что каждый из пиков, которые прошли первоначальную подпрограмму уровня узла, классифицируется как действительный или недействительный.

Это полученное в результате подмножество первоначальных пиков напряжения обрабатывается, чтобы дополнительно удалить любые имеющиеся ошибочные сигналы. Это делается, частично, за счет оценки относительных местоположений, величин и форм каждого пика, по отношению к любым другим пикам, которые находятся в непосредственной пространственной близости к нему. Это обеспечивает то, что пики, которые возникают ввиду увеличения магнитного потока в детекторе, согласуются с пиками, которые соответствуют уменьшению магнитного потока в детекторе. Ввиду сложной динамики банкнот, что имеет место при прохождении банкнотой детектора, могут возникнуть ситуации, когда имеет место неоднозначность относительно того, каким образом пики должны связываться вместе. Например, два максимума напряжения могут возникнуть при отсутствии минимума напряжения между ними. В этом случае, в зависимости от параметров, связанных с этими пиками и любыми другими пиками, которые находятся в непосредственной пространственной близости, либо первый пик, либо второй пик, либо оба эти пика могут быть отброшены, или вычисляется вероятное положение необнаруженных минимумов. Эти решения принимаются на основе критериев, выявленных из эмпирических или теоретических исследований детектируемых сигналов от действительных банкнот, вводимых в устройство. Этот этап обработки формирует уточненный набор пиков для каждого канала, где с высокой вероятностью была отфильтрована большая доля ошибочных пиков. Этот процесс иллюстрируется на фиг. 15. Относительные местоположения, величины и знаки пиков схематично показаны символом «х». Один пик режектирован, поскольку пику спадающего фронта должен был предшествовать соответствующий пик нарастающего фронта в пределах заданного расстояния (где расстояние соответствует длине, включая допуски для самого длинного ожидаемого магнитного участка). Другой пик режектирован на основе свойств пика, поскольку имеется два пика нарастающих фронтов при только одном пике спадающего фронта.

Этот уточненный набор пиков проверяется, чтобы убедиться в том, что длинный магнитный участок не оценен как выполненный из двух более коротких магнитных переходов. Вновь это делается путем оценки относительных свойств заданной группы пиков с теми, которые были определены в процессе эмпирических исследований банкнот.

Формирование цифровых форм сигналов

Данные, требуемые для микропроцессора 4, представляют собой поток цифровых данных, сохраненный в памяти ЦПС для каждого канала. Этот поток разбивается на блоки данных, которые могут быть сохранены в отдельных ячейках памяти, причем 1 бит соответствует выборке 0,25 мм. Поэтому для памяти объемом 16 битов каждая ячейка будет соответствовать протяженности 4 мм банкноты. Когда события проверенных переходов подтверждаются, битовый поток конструируется для каждого канала. Как только все биты записаны в индивидуальную ячейку памяти, ЦПС переходит к следующей ячейке памяти. Пример этого показан на фиг. 16.