ES2274147T3 - Lector de hilo magnetico. - Google Patents
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Abstract
Un método de identificar un hilo magnético codificado incluyendo generar una representación digital del hilo y comparar la representación digital con una o más representaciones digitales conocidas, caracterizado porque el método incluye además almacenar la representación digital del hilo en una memoria intermedia circular; explorar la representación digital para localizar una secuencia de código predeterminada; girar la representación digital dentro de la memoria intermedia circular para localizar la secuencia de código predeterminada en una posición predeterminada correspondiente a la posición de la secuencia de código predeterminada en una versión almacenada de la o cada representación digital conocida antes de llevar a cabo el paso de comparación.
Description
Lector de hilo magnético.
La presente invención se refiere a un método y
aparato para detectar un hilo de seguridad, por ejemplo para
identificar un documento a partir de un código de seguridad que
figura en el hilo.
Es bien conocido que los documentos seguros,
como billetes de banco, están provistos de un hilo de seguridad.
Éste puede ser un simple hilo metálico o incluir segmentos de
material magnético y segmentos de material no magnético.
Es posible disponer los segmentos de material
magnético y no magnético de modo que representen un código.
Típicamente, los segmentos están dispuestos en elementos de longitud
fija de modo que representen una palabra binaria y esta palabra se
puede repetir varias veces a lo largo del hilo. Por ejemplo, los
elementos de longitud fija pueden tener una longitud de 2 mm,
indicando la presencia de material magnético un 1 binario e
indicando la ausencia un 0 binario.
Este código puede ser leído usando un cabezal
magnético o una serie de cabezales. Esto se haría típicamente
magnetizando temporalmente el material magnético que constituye un
hilo y haciendo que los documentos sean transportados por un
mecanismo de transporte de modo que pasen por la serie de cabezales
magnéticos, estando el material magnético del hilo en estrecha
proximidad al cabezal.
Cuando el código ha sido leído, es posible
identificar el documento que lleva el hilo comparando el código con
una base de datos de códigos conocidos.
GB 2098768B describe un lector de hilo magnético
codificado en el que una serie lineal de cabezales magnéticos
explora un hilo de seguridad incrustado en un documento y guarda
muestras de las señales producidas por los cabezales magnéticos en
dispositivos de almacenamiento que son explorados y comparados
secuencialmente con un umbral fijo con el fin de producir un flujo
de bits binarios correspondiente a la variación de la magnetización
a lo largo del hilo.
US-A-5889271
describe un método de detectar un hilo codificado usando múltiples
canales de lectura para detectar cada segmento de hilo, pero es
complejo de implementar.
DE19921653 describe un billete de banco con un
hilo magnético de seguridad. También describe un cabezal de lectura
en el que se produce una señal por el paso del hilo. El código
soportado por el hilo puede ser discernido de esta señal.
Una desventaja de las técnicas anteriores es
que, con el fin de identificar el documento que lleva el hilo, hay
que utilizar una técnica que implica girar el código leído del hilo
a través de cada posible permutación y comparar cada una de estas
permutaciones con cada entrada en una base de datos. Por lo tanto,
un código de 16 bits se tendría que girar y comparar 16 veces con
cada entrada en una base de datos.
Según un aspecto de la presente invención, se
facilita un método de identificar un hilo magnético codificado
incluyendo generar una representación digital del hilo y comparar la
representación digital con una o más representaciones digitales
conocidas, caracterizado porque el método incluye además almacenar
la representación digital del hilo en una memoria intermedia
circular, explorar la representación digital para localizar una
secuencia de código predeterminada; girar la representación digital
dentro de la memoria intermedia circular para localizar la
secuencia de código predeterminada en una posición predeterminada
correspondiente a la posición de la secuencia de código
predeterminada en una versión almacenada de la o cada representación
digital conocida antes de llevar a cabo el paso de comparación.
Este método supera la limitación de la técnica
de "correlacionador deslizante" antes mencionada. Alineando la
representación digital en el mismo formato en el que se almacenan
las representaciones digitales conocidas, solamente se requiere una
comparación para cada representación digital conocida.
Preferiblemente, la representación digital es
binaria.
Normalmente, el código es asimétrico y en este
caso, la comparación se realiza con versiones invertidas de las
representaciones digitales conocidas, determinando por ello la
orientación del hilo magnético codificado.
Si se mide el desplazamiento lateral del hilo,
esta medición puede ser usada para determinar qué cara de un
documento en hoja conteniendo el hilo está hacia arriba.
Alternativamente, el desplazamiento relativo del
hilo de una característica magnética conocida puede ser medido y
usado para determinar qué cara de un documento en hoja conteniendo
el hilo y característica magnética está hacia arriba.
Preferiblemente, antes de realizar una
comparación, en la representación digital se explora al menos una
característica que indica la probabilidad de que la representación
digital es válida.
Ejemplos preferidos de características que
pueden ser exploradas son:
- a)
- que los bits menos significativo y más significativo están puestos;
- b)
- que el número de cambios de bit están dentro de límites predefinidos;
- c)
- que el número de bits puestos está dentro de límites predefinidos;
- d)
- que la secuencia de código predeterminada está presente y en la posición correcta;
- e)
- que el código es asimétrico.
Normalmente, se aplican diferentes puntuaciones
a diferentes características dependiendo de su importancia
relativa.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se facilita un aparato para identificar un hilo magnético
codificado incluyendo un detector de campo magnético, un sistema de
procesado para procesar señales generadas por el detector con el
fin de generar una representación digital del hilo y para comparar
la representación digital con una o más representaciones digitales
conocidas, caracterizado porque el sistema de procesado incluye una
memoria intermedia circular para almacenar la representación digital
del hilo y está adaptado además para explorar la representación
digital con el fin de localizar una secuencia de código
predeterminada; y para girar una representación digital dentro de
la memoria intermedia circular para localizar la secuencia de código
predeterminada en una posición predeterminada correspondiente a la
posición de la secuencia de código predeterminada en una versión
almacenada de la o cada re-
presentación digital conocida antes de comparar la representación digital con las representaciones digitales conocidas.
presentación digital conocida antes de comparar la representación digital con las representaciones digitales conocidas.
Preferiblemente, el sistema de procesado está
adaptado además para comparar la representación digital con
versiones invertidas de las representaciones digitales conocidas,
determinando por ello la orientación del hilo magnético codificado
en el caso de que el código sea asimétrico.
El aparato puede incluir además un detector para
medir el desplazamiento lateral del hilo para determinar qué cara
de un documento en hoja conteniendo el hilo está hacia arriba.
Normalmente, el sistema de procesado está
configurado además para explorar en la representación digital
características que indican la probabilidad de que la
representación digital sea válida, antes de realizar la
comparación.
Según un tercer aspecto de la presente
invención, se facilita un aparato según el segundo aspecto de la
presente invención para llevar a cabo un método según el primer
aspecto de la invención.
Ahora se describirá un ejemplo de un lector de
hilo magnético codificado y métodos según la invención con
referencia a los dibujos acompañantes, en los que:
La figura 1 es una representación esquemática de
un lector de hilo magnético codificado según la invención.
La figura 2 representa dos billetes de banco
conteniendo hilos magnéticos codificados pasando por una serie
lineal de cabezales magnéticos, estando sesgado uno de los billetes
de banco.
La figura 3 representa un diagrama de bloques de
un procesador de señal para procesar señales de una serie de
cabezales magnéticos.
La figura 4 representa la respuesta generada por
un cabezal magnético cuando un elemento magnético pasa por debajo y
las señales correspondientes producidas por el procesador de
señal.
La figura 5 representa la respuesta generada por
el cabezal magnético cuando un elemento magnético extendido pasa
por debajo.
La figura 6 representa un ejemplo de un código
posible mantenido por un hilo magnético codificado después de la
reconstrucción por un procesador de señal.
La figura 7 representa un diagrama de flujo del
software ejecutado por un microprocesador.
La figura 8 representa un cabezal magnético
individual que incorpora un imán permanente.
La figura 9 representa una serie alternativa de
cabezales magnéticos.
La figura 10 es un diagrama de bloques de un
procesador de señal alternativo.
La figura 11 ilustra una forma de onda
idealizada para características magnéticas de tamaño diferente en un
hilo codificado.
Las figuras 12A y 12B ilustran una traza de
calibración satisfactoria y fallida.
La figura 13 ilustra el efecto de cambiar el
tamaño del núcleo.
La figura 14 ilustra diferentes tipos de picos
de voltaje.
La figura 15 ilustra diferentes picos
refinados,
Y la figura 16 ilustra un código, señales
correspondientes al código y datos almacenados resultantes.
En la figura 1 se representa una representación
esquemática de un lector de hilo magnético codificado adecuado para
leer los códigos almacenados en un hilo magnético codificado en un
documento en hoja.
El lector incluye una serie lineal 1 de doce
cabezales magnéticos 2a a 2l, cada uno de los cuales está conectado
a un procesador de señal individual 3a a 3l. Señales analógicas
generadas por los cabezales magnéticos son convertidas a una forma
digital por los procesadores de señales 3a a 3l, que están
conectados con un sistema de microprocesador 4.
El software ejecutado por el sistema de
microprocesador 4 realiza además procesado en la señal digitalizada
con el fin de alinear el código a un formato conocido y compararlo
con una base de datos de códigos conocidos. El software también
captura las excursiones positivas y negativas máximas de la señal
analógica usando convertidores analógico a digital del sistema de
microprocesador 4 y calcula umbrales apropiados de estos. Estos
umbrales se ponen en el procesador de señales 3a a 3l usando
convertidores digital a analógico del sistema de microprocesador
4.
La figura 2 representa la serie lineal 1 de
cabezales magnéticos 2a-2l y dos documentos en hoja
5, 6 transportados por un sistema de transporte de documentos (no
representado) de modo que pasen por la serie 1 de cabezales
magnéticos 2a-2l. Cada hoja 5, 6 tiene un hilo
magnético codificado 7a, 7b. Cuando las hojas 5, 6 se aproximan a
la serie 1 de cabezales magnéticos 2a-2l, un imán
permanente, incorporado dentro de la serie 1, magnetiza
temporalmente el material magnético que constituye los hilos 7a,
7b.
La disposición de uno de los cabezales
magnéticos se representa en la figura 8. Incluye un núcleo 60, que
puede ser de ferrita, alrededor de cuyos brazos están enrolladas dos
bobinas 61a, 61b. El imán permanente 62 proporciona una
polarización magnética en el entrehierro del núcleo que hace que el
material magnético se magnetice temporalmente.
Cuando los hilos 7a, 7b pasan por los cabezales
magnéticos 2a-2l, se genera una fuerza electromotriz
cuando el flujo producido por el material magnético acopla con las
bobinas 61a, 61b de los cabezales magnéticos 2a-2l.
Por lo tanto, se genera una señal en los terminales 63 de los
cabezales magnéticos según la configuración del material magnético
que constituye los hilos 7a, 7b.
La hoja 5 es transportada por el sistema de
transporte de documentos de modo que el hilo 7a se presente
perpendicularmente a la serie lineal 1 de cabezales magnéticos
2a-2l. Se puede ver que el hilo 7a pasará
directamente por debajo del cabezal magnético 2f y el código
mantenido por el hilo 7a puede ser reconstruido a partir de la señal
producida por el cabezal magnético 2f solo.
Sin embargo, la hoja 6 es transportada de modo
que el hilo 7b esté sesgado. Por lo tanto, aunque el hilo 7b pasará
inicialmente directamente por debajo del cabezal magnético 2h, al
avanzar pasará por debajo del cabezal magnético 2g, el cabezal
magnético 2f y eventualmente el cabezal magnético 2e. Para
reconstruir el código hay que combinar de manera apropiada las
señales generadas por los cuatro cabezales magnéticos 2e, 2f, 2g y
2h.
Ésta es una razón por la que se requiere una
serie de cabezales magnéticos. Otra razón es que el desplazamiento
lateral del hilo puede ser diferente con diferentes documentos.
Una disposición alternativa para la serie 1 de
cabezales magnéticos se representa en la figura 9. En esta
disposición la serie 1 incluye trece cabezales magnéticos 100a a
100m. Sin embargo, estos cabezales magnéticos 100a a 100m no están
configurados de forma lineal. En cambio, están configurados en dos
ejes paralelos, estando los cabezales magnéticos 100a a 100g en el
primer eje y estando los cabezales magnéticos 100h a 100m en el
segundo eje. Claramente, sería factible disponer los cabezales
magnéticos 100a a 100m de modo que estuviesen en tres o más
ejes.
Antes de que las señales desarrolladas por los
cabezales magnéticos 100a a 100m puedan ser procesadas, deben ser
desplazadas en el tiempo apropiadamente. Las señales producidas por
los cabezales magnéticos 100a a 100g que están en el primer eje o
las señales producidas por los cabezales magnéticos 100h a 100m que
están en el segundo eje o ambas deben ser desplazadas en el tiempo
de modo que estén en alineación. Esto se puede hacer usando
técnicas de procesado analógico o digital que implican usar la
distancia predeterminada entre los ejes primero y segundo y la
velocidad de un documento en hoja que pasa por debajo de la serie 1
para determinar la cantidad que las señales producidas por los
cabezales magnéticos que están en un eje deben ser desplazadas en
el tiempo de modo que estén alineadas con las señales producidas por
los cabezales magnéticos que está en el otro eje. Se puede medir
directamente la velocidad de este documento en hoja o se puede
determinar la velocidad del sistema de transporte de
documentos.
Los cabezales magnéticos usados en estos
ejemplos son cabezales inductivos, pero se podría usar cabezales
magnetorresistivos.
El procesador de señales 3a-3l y
software incorporan características que permiten la detección del
hilo independientemente de su desplazamiento lateral y permiten la
reconstrucción del código de la señal generada por varios cabezales
magnéticos en el caso de un hilo sesgado.
Un canal del procesador de señales 3a a 3l se
describirá ahora con referencia a la figura 3. En la descripción
siguiente, n se refiere al número de canal relevante y toma un valor
entero de 0 a 11.
La señal analógica CABEZAL[n] generada
por el cabezal magnético forma la entrada a un amplificador parafase
10a, 10b. Las salidas invertida y no invertida del amplificador
parafase 10a, 10b están conectadas a las entradas de un par de
comparadores 11a, 11b y a las entradas de un multiplexor 2:1 17a,
17b.
Los comparadores 11a y 11b comparan las señales
salidas del amplificador parafase con umbrales variables separados.
Si la salida invertida del amplificador parafase 10a, 10b excede de
la entrada umbral del comparador 11a, la salida del comparador 11a
se baja que posteriormente baja la salida de la puerta Y 12 y, dado
que esta salida está conectada a la entrada libre de retén tipo D
14, la salida Q del retén tipo D14 también es baja. Igualmente, si
la entrada CLR[n] del sistema de microprocesador 4 se baja,
la salida Q del retén tipo D 14 se bajará en respuesta. Si la
salida no invertida del amplificador parafase 10a, 10b excede del
umbral del comparador 11b, la salida del comparador 11b se baja.
Esta salida es invertida por el inversor 13 y después se conecta a
la entrada de reloj del retén tipo D 14. Por lo tanto, dado que la
entrada D del retén tipo D 14 está conectada permanentemente alta,
la salida Q del retén tipo D 14 también será alta.
El valor de los umbrales del comparador 11a y
11b lo determina el sistema de microprocesador 4 mediante la salida
DAC[n]. Esta salida es presentada a una memoria intermedia de
ganancia unitaria 15 antes de conectarse a la entrada umbral del
comparador 11b. La salida de la memoria intermedia de ganancia
unitaria 15 también está conectada al divisor de potencial 16 que
reduce el umbral presentado a comparador 11a en un factor de
dos.
Ambos comparadores 11a y 11b incorporan un grado
de histéresis para mejorar la inmunidad al ruido y evitar
conmutación falsa.
El multiplexor 2:1 17a, 17b conecta la salida
invertida o no invertida del amplificador parafase 10a, 10b al
detector de pico integrante 19. El estado lógico de la señal
MUX[n] determina cuál de estas dos salidas está conectada al
detector de pico integrante 19. El inversor 18 invierte el estado
lógico de la señal MUX[n] de modo que se cierre el
interruptor analógico 17a o el interruptor analógico 17b.
El detector de pico integrante 19 detecta y
guarda el pico positivo de la señal aplicada. Éste es presentado al
sistema de microprocesador 4 como pico de señal[n]. El
detector de pico integrante 19 puede ser reposicionado haciendo
valer la señal RESET[n].
En la figura 4 se representa una señal típica
generada por un cabezal magnético particular similar a los descritos
anteriormente, debido a un elemento magnético de 2 mm que pasa.
Cuando el elemento magnético se aproxima al cabezal, se genera un
pico negativo 21. Cuando el elemento magnético está debajo del
cabezal, la dirección del flujo magnético se invierte y se genera
un pico positivo 22. Finalmente, cuando el elemento magnético se
aleja del cabezal, el flujo se invierte por segunda vez y se genera
un segundo pico negativo 23. Esto representa la señal
CABEZAL[n] representada en la figura 4.
El procesado de esta señal por uno de los
procesadores de señales 3a a 3l se describirá ahora con referencia
a la figura 4. Cuando se activa inicialmente la potencia, el sistema
de microprocesador 4 hace valer las señales CLR[n] y
RESET[n] para que las etapas de procesado de señal 3a a 3l
estén en un estado conocido. Los procesadores de señales 3a a 3l
realizan entonces una medición de ruido de fondo usando el detector
de pico integrante 19. Las señales salidas de éste, PEAK[n],
son presentadas a convertidores analógico a digital en el sistema
de microprocesador 4 y sus valores se utilizan para determinar
umbrales adecuados para los comparadores 11a y 11b. Estos son
puestos por un convertidor digital a analógico que envía una señal
DAC[n] a las etapas de procesado de señal 3a a 3l. Esta
señal es puesta en memoria intermedia por un inversor de ganancia
unitaria 15, cuya salida determina un umbral positivo. Esta salida
también es dividida potencialmente, por ejemplo por un factor de 2,
usando un divisor de potencial 16 que pone un umbral negativo. Por
ejemplo, el umbral positivo puede ser puesto a cuatro veces el
nivel de ruido máximo, siendo en consecuencia el umbral negativo la
mitad de esta magnitud. Estos umbrales pueden ser adaptados
posteriormente y pueden ser modificados para cada elemento
magnético explorado por el cabezal. Por ejemplo, la media móvil del
pico positivo generado por un elemento magnético se podría calcular
y usar para determinar un umbral positivo adecuado. El valor
de los umbrales se puede guardar en una memoria no volátil de modo que no se pierdan cuando se apague el aparato.
de los umbrales se puede guardar en una memoria no volátil de modo que no se pierdan cuando se apague el aparato.
La señal MUX[n] se pone ahora alta y los
procesadores de señales 3a a 3l esperan la llegada de una señal
válida generada por un elemento magnético. Cuando el elemento
magnético se aproxima a un cabezal magnético, se induce una
excursión negativa en la señal CABEZAL[n]. Esta excursión
negativa es invertida en la salida invertida del amplificador
parafase 10a, 10b y el detector de pico integrante 19 guarda el
valor máximo de esta excursión. Cuando el elemento magnético pasa
por debajo del cabezal, la dirección del flujo magnético se invierte
y se induce una excursión de señal positiva. Cuando la excursión
positiva excede del valor del umbral positivo, se suministra un
pulso de reloj al retén tipo D 14 haciendo que la salida Q sea alta.
Esto genera una interrupción en el sistema de microprocesador 4,
cuyo tiempo se registra. Como resultado de esta interrupción, el
valor del pico negativo se registra, el detector de pico integrante
19 se reposiciona, y la señal MUX[n] se baja de modo que el
pico positivo pueda ser detectado por el detector de pico integrante
19. Cuando el elemento magnético se aleja del cabezal, la dirección
del flujo magnético se invierte por segunda vez y se genera una
segunda excursión negativa. Los umbrales se ajustan ahora de modo
que el umbral negativo tenga un valor derivado del pico negativo
inmediatamente precedente. Cuando la señal excede de este umbral, la
señal MUX[n] es alta de modo que el detector de pico
integrante 19 supervisa la presencia de un pico negativo y la
entrada clara del retén tipo D 14 se hace valer de modo que se
borre la interrupción en el sistema de microprocesador 4. El tiempo
de este evento se registra y por lo tanto la duración del pulso de
interrupción puede ser determinada. La longitud del elemento
magnético puede ser derivada de esta duración usando un reloj que es
movido por el sistema de transporte. Después de registrar el tiempo
del evento, se registra el valor del pico positivo, se reposiciona
el detector de pico integrante 19 y la señal MUX[n] es alta
de modo que se pueda adquirir el pico negativo siguiente. El valor
del pico positivo se usa para determinar cuándo un hilo sesgado ha
pasado de un cabezal magnético al adyacente como se describirá
posteriormente.
Dado que los umbrales pueden ser ajustados, el
sistema puede tolerar una variación amplia de la densidad de flujo
del material magnético. Tal variación puede ser producida por la
diferente condición de los documentos en hoja que llevan los hilos,
la varianza en el desplazamiento entre los cabezales magnéticos y
los hilos o el cambio de la velocidad del sistema de transporte de
documentos.
Una ventaja significativa de tener umbrales
adaptativos positivo y negativo separados es que el sistema puede
medir correctamente la longitud de elementos magnéticos más largos.
La figura 5 representa una señal típica producida cuando un
elemento magnético de 6 mm de longitud pasa por un cabezal
magnético. La tasa de cambio del flujo se aproxima a cero cuando un
elemento largo como éste está directamente debajo del cabezal. Por
lo tanto, la fuerza electromotriz inducida también se aproxima a
cero. Esto se puede considerar como la depresión 30 en la figura 5.
Se puede ver que, dado que hay umbrales positivo y negativo, la
interrupción comienza en el punto 31 y termina en el punto 32 según
sea preciso. Sin embargo, si solamente se utilizase un umbral
positivo, se generarían dos interrupciones, comenzando la primera
en el punto 31 y terminando en el punto 33, y comenzando la segunda
en el punto 34 y terminando en el punto 35.
De esta forma, cuando el hilo magnético
codificado pasa por debajo del cabezal, los elementos magnéticos son
reconstruidos a un código digital. Un posible ejemplo de tal código
se representa en la figura 6.
El software en el sistema de microprocesador 4
es responsable de proporcionar las salidas apropiadas al procesador
de señales 3a a 3l en el tiempo correcto y en respuesta a sus
entradas de modo que los datos leídos del código magnético puedan
ser reconstruidos. Para ello, el software está dividido en dos
secciones principales. Son seis procesos ejecutados sincrónicamente
y tres rutinas de servicio de interrupción.
Un diagrama de flujo del software se representa
en la figura 7. La operación de los procesos de software
individuales y rutinas de servicio de interrupción se describirá
ahora con referencia a la figura 7.
El sistema de microprocesador 4 comienza
ejecutando el proceso IDLE 50. Este proceso es responsable de las
funciones básicas de inicialización incluyendo verificar si algún
fallo ha sido registrado por otros procesos de software, referir
estos fallos si es apropiado y verificar si se han producido
comunicaciones de no tiempo de ejecución. La ejecución pasa ahora
al proceso EJECUCIÓN 51 a petición, a condición de que no haya
fallos de corriente.
El proceso EJECUCIÓN 51 realiza otras varias
rutinas de inicialización con el fin de que las mediciones de ruido
de fondo puedan ser realizadas para poner apropiadamente los
umbrales positivos. Por lo tanto, todas las interrupciones están
inhabilitadas, la salida MUX[n] es baja de modo que el
detector de pico integrante 19 registre valores positivos máximos.
Finalmente, las tablas de almacenamiento de los datos de cabezal se
inicializan poniendo punteros en su inicio, y si no se han
registrado fallos, la ejecución pasa al proceso CALIBRACIÓN 52.
Este proceso es responsable de registrar el
ruido de fondo máximo presente en todos los cabezales. Esto se
realiza midiendo el ruido máximo de 32 bloques de 1 milisegundo cada
uno y promediando el pico detectado para cada uno de estos bloques.
Los umbrales digitales se ponen ahora con respecto al ruido medido y
si no se han registrado fallos, la ejecución pasa al proceso
PONER-CAPTURA 53.
Los tres procesos siguientes,
PONER-CAPTURA 53, FUNCIONAMIENTO 54 y
CALCULAR-CÓDIGO 55, forman conjuntamente el bucle
de ejecución principal durante el que se capturan datos de los
cabezales magnéticos 2a-2l. El proceso
PONER-CAPTURA 53 comienza haciendo valer la señal
MUX[n] de modo que el detector de pico integrante 19 registre
valores negativos máximos. Se inicializa la tabla de almacenamiento
de códigos y se habilitan las interrupciones. Si no se han
registrado fallos, la ejecución pasa al proceso FUNCIONAMIENTO
54.
Los dos procesos restantes FUNCIONAMIENTO 54 y
CALCULAR-CÓDIGO 55 cotejan los datos leídos del
procesador de señales 3a a 3l, los alinean a un formato conocido y
los comparan con una base de datos de códigos conocidos. Es
importante observar que los datos del procesador de señales 3a a 3l
son capturados realmente por dos rutinas de servicio de
interrupción que son ejecutadas en respuesta a interrupciones
generadas por los procesadores de señales 3a a 3l. Una ventaja
particular de usar interrupciones es que no hay que explorar toda la
serie 1 de cabezales magnéticos 2a a 2l hasta que se detecte una
señal válida. Por lo tanto, el sistema de microprocesador 4 puede
realizar otras tareas cuando no haya ninguna señal válida. Las
rutinas de servicio de interrupción se describirán
posteriormente.
El proceso FUNCIONAMIENTO 54 es responsable de
construir una secuencia de bits a partir de los datos suministrados
por las rutinas de servicio de interrupción y de reconstruir el
código si el hilo está sesgado. Este proceso también supervisa en
la secuencia de bits la presencia de una sección marcadora y cuando
se han capturado bits suficientes y no se han registrado errores,
la ejecución pasa al proceso CALCULAR-CÓDIGO 55. Un
ejemplo de una sección marcadora de un código posible se representa
en la figura 6, siendo la sección marcadora en este caso una
configuración de inversión 1010.
Si el hilo está sesgado, el código se
reconstruye como sigue:
a) Antes de que el hilo esté en estrecha
proximidad a la serie 1 de cabezales magnéticos 2a a 2l, se
inhabilitan todas las interrupciones.
b) Cuando el hilo induce una señal en uno de los
cabezales magnéticos 2a a 2l, el procesador de señal correspondiente
hace una interrupción.
c) Este cabezal magnético se designa el cabezal
primario y los dos cabezales inmediatamente adyacentes se designan
cabezales secundarios. La máscara de interrupción se modifica de
modo que solamente se habiliten las interrupciones de estos tres
cabezales.
d) Los valores positivos máximos de las señales
inducidas se utilizan para determinar cuándo el hilo ha pasado del
cabezal primario a un cabezal secundario. Por ejemplo, cuando el
hilo atraviese la serie 1 de cabezales magnéticos 2a a 2l,
comenzará a inducir señales en el cabezal primario y uno de los
cabezales secundarios. Eventualmente, la señal inducida en el
cabezal secundario excederá de la inducida en el cabezal
primario.
e) En este punto, el cabezal secundario
relevante se designa el cabezal primario y los dos cabezales
magnéticos inmediatamente adyacentes se designan los cabezales
secundarios. El proceso continúa de esta manera.
Por lo tanto, el software puede reconstruir el
código simplemente realizando una operación O lógico en los datos
capturados por todos los cabezales que eran primarios o secundarios
cuando el hilo pasó por la serie 1 de cabezales magnéticos 2a a 2l.
Una ventaja de esto es que solamente hay que almacenar información
pertinente; las señales generadas por los cabezales magnéticos que
eran no primarios ni secundarios puede ser ignoradas y
desechadas.
El proceso CALCULAR-CÓDIGO 55
comienza hallando el inicio y el fin del código capturado. Opera
desde el centro del código capturado hacia fuera dado que esto es
menos probable que sea corrompido por otras características
magnéticas que pueden estar presentes y roturas en el borde de la
hoja. Cuando el inicio y el fin del código han sido localizados, el
proceso busca una repetición de este código que se usa como una
verificación de confianza de que el código es correcto. El código
se alinea posteriormente con un formato conocido y compara con una
base de datos de códigos conocidos para hallar la mejor
coincidencia. Si se halla coincidencia, se pone un señalizador para
indicar este hecho al proceso de software relevante. La ejecución
vuelve entonces al proceso PONER-CAPTURA 53 de modo
que el código siguiente pueda ser capturado.
El código se alinea almacenándolo en una memoria
intermedia circular y girándolo hasta que la sección marcadora está
en una posición conocida. Esto tiene la ventaja de que solamente se
necesita una comparación con cada entrada de base de datos mientras
que una técnica de correlación deslizante requiere girar un código
de m bits a través de cada una de sus m permutaciones y comparar
cada permutación contra cada entrada de base de datos.
El código alineado se compara con las entradas
de la base de datos realizando una operación O exclusivamente
lógico con cada entrada. El número de bits puestos en el código
alineado es dividido por el resultado de esta operación O
exclusivo. El valor más pequeño indica la mejor coincidencia.
Además de esta comparación, se puede usar varias
técnicas de marcación para determinar la probabilidad de que el
código capturado contenga error. Esto se puede hacer buscando
ciertas características del código, por ejemplo:
1. Confirmar que los bits más y menos
significativos están puestos.
2. Confirmar que el número de cambios de bit y
número de bits puestos están dentro de límites permisibles.
3. Confirmar que la sección marcadora está
presente y en la posición correcta.
4. Confirmar que el código es asimétrico.
Finalmente, si el código ha sido corrompido y no
es posible usar las técnicas de alineación y comparación
anteriores, el software intentará adaptar los datos capturados
usando una técnica de correlación deslizante. Siguen utilizándose
los métodos de marcación.
Hay dos rutinas de servicio de interrupción
responsables de registrar el código que lleva el hilo magnético. La
primera de ellas, RUTINA DE SERVICIO DE BORDE DE ENTRADA DE
INTERRUPCIÓN 56, responde al borde de entrada de la interrupción
generada por el retén tipo D 14 de los procesadores de señales 3a a
3l mientras que la segunda, RUTINA DE SERVICIO DE BORDE DE SALIDA
DE INTERRUPCIÓN 57, responde al borde de salida.
Cuando se detecta el borde de entrada de una
interrupción, se ejecuta la RUTINA DE SERVICIO DE BORDE DE ENTRADA
DE INTERRUPCIÓN 56. Esta rutina registra el valor del pico negativo
y este valor se usa para poner el umbral negativo para el pico
negativo posterior. El evento también recibe un sello de tiempo y es
convertido a desplazamiento del sistema de transporte usando un
reloj que es síncrono con el mecanismo de accionamiento del sistema
de transporte. El detector de pico 19 se reposiciona entonces y la
señal MUX[n] es negada de modo que el multiplexor 17a, 17b
presente señales positivas al detector de pico integrante 19.
Cuando se detecta el borde de salida de una
interrupción, se ejecuta la RUTINA DE SERVICIO DE BORDE DE SALIDA
DE INTERRUPCIÓN 57. Esta rutina registra el valor positivo máximo
del detector de pico integrante 19. Este valor se usa para
comprobar si el hilo está sesgado y pasa de un cabezal magnético a
otro. El evento recibe un sello de tiempo de manera similar al
borde de entrada de modo que la longitud del elemento magnético
puede ser determinada. El valor máximo almacenado en el detector de
pico integrante 19 se borra y el multiplexor 17a, 17b se pone para
la búsqueda de picos negativos. El señalizador a la serie de
almacenamiento avanza al bit siguiente.
Una tercera rutina de servicio de interrupción,
la RUTINA DE SERVICIO DE AUTOEXPLORACIÓN ADC 58, es responsable de
efectuar conversiones regulares de las doce señales PICO[n]
de los procesadores de señales 3a-3l usando
convertidores analógico a digital del sistema de microprocesador 4.
Estas conversiones son disparadas automáticamente por una
interrupción de temporizador. Esto se realiza con el fin de reducir
la carga del procesador. Los valores convertidos solamente se
almacenan permanentemente si es preciso tal como a la detección del
borde de entrada o de salida de una interrupción.
Una vez que el código capturado ha sido
comparado satisfactoriamente con una entrada de base de datos, puede
ser posible determinar cierta información acerca del documento en
hoja. Por ejemplo, si el documento en hoja es un billete de banco,
puede ser posible determinar su denominación. En base a esto sería
posible enviar el billete a un destino deseado, por ejemplo, para
dividir una pila de billetes en dos denominaciones.
Alternativamente, sería posible parar el transporte del documento
si el código del hilo es ilegible o se descubre un billete de
denominación incorrecta en una pila de billetes de una sola
denominación.
Si el código es asimétrico, es posible detectar
la orientación de la hoja. Si es posible a detectar la posición de
una característica de la hoja desviada de su centro, es posible
detectar qué cara de la hoja está hacia arriba. Por ejemplo, usando
un detector óptico, es posible determinar la posición lateral del
hilo y ésta puede ser usada para determinar qué cara de la hoja
está hacia arriba. Alternativamente, se puede determinar la
posición de una característica magnética conocida relativa al hilo y
ésta puede ser usada para determinar qué cara de la hoja está hacia
arriba.
La figura 10 ilustra un aparato modificado. En
este caso, los cabezales 2a-2l están conectados a un
convertidor analógico a digital (ADC) 200 que está conectado a un
procesador de señal digital (DSP) 205. La finalidad del DSP 205 es
procesar los datos digitalizados y generar una serie de formas de
onda digitales que representan el código almacenado dentro de la
característica magnética. Estas formas de onda son presentadas al
microprocesador 4 donde se aplican algoritmos de coincidencia de
configuración para determinar la autenticidad y denominación del
billete. Las ventajas clave de este acercamiento son:
- \text{*}
- Flexibilidad de diseño - El DSP y los algoritmos de microprocesador pueden ser modificados y refinados sin afectar a otros componentes del sistema.
- \text{*}
- Carga compartida del procesador - poner las tareas de reducción de datos en el DSP para generar una forma de onda digital relativamente simple significa que el microprocesador tiene capacidad de reserva para algoritmos de coincidencia de configuración más sofisticados que mejorarán el rendimiento de la máquina.
- \text{*}
- Dispositivos fáciles de conectar - el ADC, el DSP y el microprocesador soportan protocolos de comunicación relativamente simples para permitir el intercambio de datos.
En operación, bajo instrucción del DSP 205, por
cada cabezal, el ADC 200 muestrea la señal analógica cada 0,25 mm,
genera una representación digital y la transmite al DSP. Mientras
que el ADC 200 está ocupado en convertir la muestra corriente, el
DSP 205 procesa la muestra previa obtenida de un canal adyacente en
una estructura de tubo. Este proceso se repite hasta que todos los
datos de billete han sido adquiridos, de modo que el procesado se
realiza en tiempo real.
El muestreo de un par de canales es controlado
por un temporizador de funcionamiento libre en un período fijo de
9,4 \mus. Con el fin de asegurar que cada exploración corresponda
a un paso de 0,25 mm, el sistema requiere una medición de la
velocidad lineal del billete. Ésta la proporciona una rueda de
tiempo que consta de un sensor óptico ranurado (no representado) de
manera convencional. Éste proporciona un pulso correspondiente a un
recorrido lineal de 4,42 mm. Midiendo el número de pulsos de
temporizador producidos dentro de una ranura de la rueda de tiempo,
el sistema puede determinar un retardo de muestreo que se introduce
para asegurar el paso de muestreo requerido.
El muestreo y procesado de billetes se permite
bajo la instrucción del microprocesador 4 y un sensor de rastreo
(no representado). El sensor de rastreo es un sensor óptico
reflector que proporciona una indicación de la presencia de un
billete bajo el detector. Una vez que el microprocesador 4 ha
ordenado al DSP 205 que procese billetes, el sistema esperará hasta
que el sensor de rastreo indique que ha llegado un billete, y
después comenzará el procesado.
El DSP 205 realiza tres tareas de procesado
principales:
- \text{*}
- Formación de umbral y detección de pico inicial.
- \text{*}
- Aplicación de un conocimiento a priori de las señales deseadas a los datos preprocesados.
- \text{*}
- Generación de una forma de onda digital para el microprocesador.
El algoritmo usado para generar una forma de
onda digital para el microprocesador 4 incluye detección de pico y
acondicionamiento de señal a priori. Se usa detección de pico
dado que las señales generadas por los cabezales magnéticos
inductivos se basan en la tasa de cambio de material magnético por
el cabezal. Por lo tanto, se producen transiciones en los límites
entre características magnéticas y no magnéticas. En la figura 11 se
representan formas de onda idealizadas ejemplares para
características magnéticas de diverso tamaño.
Se puede ver en la figura 11 que la detección de
pico podría ser usada para determinar la extensión de las regiones
magnéticas a lo largo de un solo plano. El problema de usar un
detector de pico es que, de forma análoga a cualquier detector de
tasa de cambio, es susceptible de ruido de señal. En la práctica,
habrá ruido en las señales de entrada y por lo tanto se precisan
mecanismos para reducir el efecto de estos artefactos. Se puede
usar dos esquemas para proporcionar un nivel de resistencia al
ruido; umbrales calibrados y mayor ventana de detección de
pico.
La calibración se requiere para que el sistema
pueda generar un umbral adecuado para cada canal. Estos umbrales se
utilizarán para detener el procesado de señales de amplitud baja
que, aunque pueden satisfacer al detector de pico, se deben a ruido
del sistema más bien que a material magnético válido que pasa a
través del cabezal. El esquema de calibración es el siguiente.
En el funcionamiento de la máquina para procesar
un fajo de billetes, una vez que los motores de transporte hayan
alcanzado velocidad, el microprocesador 4 ordenará al DSP 205 que
pase a modo de calibración. En esta etapa, el DSP 205 toma 32
muestras y genera un nivel absoluto medio. Se crea y guarda un
umbral que es un múltiplo constante del nivel medio. Finalmente,
para comprobar si algún canal es especialmente ruidoso o tener una
extensión relativamente ancha niveles de señal que no son de
billetes, el DSP 205 examina las 32 muestras para ver si alguna
excede del umbral calculado. Si es así, se indica que la calibración
ha fallado; de otro modo, la calibración es un éxito y puede
continuar el procesado de billetes. El proceso se repite con
respecto a los canales restantes. Si la calibración ha fallado, el
DSP 205 informará al microprocesador 4 de que no está preparado y
requiere intervención.
El proceso de calibración se realiza en cada
fajo.
Una ilustración de dos ejemplos de calibración
se representa en las figuras 12A y 12B.
El segundo esquema para proporcionar un nivel de
resistencia al ruido está en la elección del núcleo de detección de
pico aplicado a los datos. Más bien que un núcleo de tasa de cambio
que considera las diferencias entre valores contiguos directos
(tamaño 3), el acercamiento seguido en este diseño es considerar el
contiguo más próximo siguiente (tamaño 5). Un ejemplo simple que
ilustra el beneficio de un tamaño 5 sobre un tamaño 3 en términos
de número de picos detectado se representa en la figura 13.
Una señal cuya amplitud varíe de manera similar
al ejemplo anterior, por ejemplo, ruido, producirá gran número de
picos con un núcleo de tamaño 3 mientras que el núcleo de tamaño 5
producirá un número sustancialmente reducido. Dado que las
transiciones de pico debidas a límites magnético-no
magnético tienen lugar en más de tres muestras, el núcleo de tamaño
5 es suficientemente pequeño para rastrear estas transiciones
proporcionando al mismo tiempo un nivel de inmunidad al ruido.
Para construir una forma de onda digital
adecuada para procesado por el microprocesador 4, el sistema aplica
el detector de pico de tamaño 5 a datos en tiempo real cuando son
adquiridos y añade picos válidos (es decir, un mínimo o máximo
local más grande que la banda umbral) a una lista que contiene
información acerca de picos hallados en un canal dado. Los datos
que se almacenan son la posición a lo largo del billete paralela al
borde corto donde se detectó el pico, el tipo de pico detectado (es
decir, un pico positivo o negativo) y la posición en la memoria del
DSP 205 donde se guardan los datos analógicos brutos del ADC 200
para dicho pico. La ventaja de esto es que se reduce en gran medida
la cantidad de datos que posteriormente hay que buscar y procesar.
Esto permite flexibilidad adicional para algoritmos más sofisticados
dado que el volumen de datos ha sido reducido.
En esta etapa, el DSP 205 ha producido (para los
12 canales) un conjunto de eventos que contienen todos los picos
que cumplen el criterio de formación de umbral. El proceso siguiente
es examinar estos picos y determinar cuáles son válidos e indican
verdaderos eventos de transición magnética y que son debidos a
artefactos de señal.
Cada uno de estos picos de voltaje es verificado
individualmente con criterios más estrictos. Estos criterios
abarcan las características clave de transiciones magnéticas
válidas, incluyendo comprobaciones de los niveles absolutos de los
voltajes inducidos y comprobaciones de la firma del pico de voltaje.
Cualquier pico de voltaje que no pase la comprobación de criterios
es desechado. La figura 14 lo ilustra mostrando que cada uno de los
picos que pasa la comprobación rutinaria a nivel de montaje inicial
es clasificado como válido o no válido.
Este subconjunto resultante de los picos de
voltaje iniciales es procesado para quitar también toda señal
errónea. Esto se realiza en parte haciendo valer las relativas
posiciones, magnitudes y formas de cada pico con las de otros picos
en proximidad espacial estrecha. Esto asegura que los picos que
tienen lugar a causa de un aumento del flujo magnético en el
detector, coincidan con los picos que correspondan a una disminución
del flujo magnético en el detector. A causa de la compleja dinámica
de los billetes que tiene lugar cuando un billete pasa por un
detector, pueden surgir situaciones en las que hay ambigüedad sobre
cómo se unirán los picos. Por ejemplo, se pueden producir dos
voltajes máximos sin voltaje mínimo entre ellos. En este caso,
dependiendo de los parámetros asociados con estos picos y
cualesquiera otros picos que estén en estrecha proximidad espacial,
el primer pico, el segundo pico o ambos picos pueden ser
despreciados, o se calcula la posición probable del mínimo no
detectado. Estas decisiones se hacen en base a criterios conocidos
por estudios empíricos y teóricos de las señales detectadas de
billetes válidos introducidos en las máquinas. Esta etapa de
procesado produce un conjunto refinado de picos para cada canal
donde es probable que haya que filtrar una alta proporción de picos
erróneos. Este proceso se ilustra en la figura 15. Las posiciones,
magnitudes y signos relativos de los picos se representan
esquemáticamente por los símbolos "x". Un pico ha sido
rechazado porque un pico de borde descendente deberá ir precedido
de un pico de borde ascendente correspondiente dentro de una
distancia dada (donde la distancia corresponde a la longitud
incluyendo una tolerancia de la región magnética más larga
esperada). El otro pico ha sido rechazado en base a las propiedades
del pico porque hay dos picos de borde ascendente con solamente un
pico de borde descendente.
Este conjunto refinado de picos es verificado
para cerciorarse de que no ha aparecido una región magnética larga
formada por dos transiciones magnéticas más cortas. De nuevo, esto
se realiza evaluando las propiedades relativas de un grupo dado de
picos con las determinadas por estudios empíricos de los
billetes.
Los datos requeridos por el microprocesador 4
son un flujo de bits digitales almacenados en la memoria del DSP
para cada canal. Este flujo se descompone en fragmentos que pueden
ser almacenados en posiciones de memoria individuales
correspondiendo 1 bit a una muestra de 0,25 mm. Por lo tanto, para
almacenamiento de 16 bits, cada posición correspondería a 4 mm de
billete. Cuando se confirman eventos de transición validados, se
forma el flujo de bits para cada canal. Una vez que se han escrito
todos los bits de una posición individual, el DSP pasa a la
posición siguiente. Se muestra un ejemplo en la figura 16.
Claims (18)
1. Un método de identificar un hilo magnético
codificado incluyendo generar una representación digital del hilo y
comparar la representación digital con una o más representaciones
digitales conocidas, caracterizado porque el método incluye
además almacenar la representación digital del hilo en una memoria
intermedia circular; explorar la representación digital para
localizar una secuencia de código predeterminada; girar la
representación digital dentro de la memoria intermedia circular
para localizar la secuencia de código predeterminada en una
posición predeterminada correspondiente a la posición de la
secuencia de código predeterminada en una versión almacenada de la
o cada representación digital conocida antes de llevar a cabo el
paso de comparación.
2. Un método según la reivindicación 1, donde la
representación digital es binaria.
3. Un método según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, donde el código es asimétrico.
4. Un método según la reivindicación 3, donde la
comparación se realiza contra versiones invertidas de las
representaciones digitales conocidas, determinando por ello la
orientación del hilo magnético codificado.
5. Un método según la reivindicación 4, donde el
desplazamiento lateral del hilo se mide y usa para determinar qué
cara de un documento en hoja conteniendo el hilo está hacia
arriba.
6. Un método según la reivindicación 4, donde el
desplazamiento relativo del hilo de una característica magnética
conocida se mide y usa para determinar qué cara de un documento en
hoja conteniendo el hilo y la característica magnética está hacia
arriba.
7. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, donde antes de realizar la comparación, en
la representación digital se explora al menos una característica
que indica la probabilidad de que la representación digital sea
válida.
8. Un método según la reivindicación 7, donde la
representación digital es explorada para confirmar que los bits
menos significativos y más significativos están puestos.
9. Un método según la reivindicación 7 o la
reivindicación 8, donde la representación digital es explorada para
confirmar que el número de cambios de bit están dentro de límites
predefinidos.
10. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, donde la representación digital es explorada
para confirmar que el número de bits puestos está dentro de límites
predefinidos.
11. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 10, donde la representación digital es
explorada para confirmar que la secuencia de código predeterminada
está presente y en la posición correcta.
12. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 11, donde la representación digital es
explorada para confirmar que el código es asimétrico.
13. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 12, donde se aplican diferentes puntuaciones a
diferentes características dependiendo de su importancia
relativa.
14. Aparato para identificar un hilo magnético
codificado incluyendo un detector de campo magnético, un sistema de
procesado para procesar señales generadas por el detector para
generar una representación digital del hilo y para comparar la
representación digital con una o más representaciones digitales
conocidas, caracterizado porque el sistema de procesado
incluye una memoria intermedia circular para almacenar la
representación digital del hilo y está adaptado además para
explorar la representación digital con el fin de localizar una
secuencia de código predeterminada; y para girar la representación
digital dentro de la memoria intermedia circular para localizar la
secuencia de código predeterminada en una posición predeterminada
correspondiente a la posición de la secuencia de código
predeterminada en una versión almacenada de la o cada representación
digital conocida antes de comparar la representación digital con
las representaciones digitales conocidas.
15. Aparato según la reivindicación 14, donde el
sistema de procesado está adaptado además para comparar la
representación digital con versiones invertidas de las
representaciones digitales conocidas, determinando por ello la
orientación del hilo magnético codificado.
16. Aparato según la reivindicación 14 o la
reivindicación 15, donde el aparato incluye además un detector para
medir el desplazamiento lateral del hilo para determinar qué cara de
un documento en hoja conteniendo el hilo está hacia arriba.
17. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, donde el sistema de procesado está
configurado además para explorar en la representación digital
características que indican la probabilidad de que la representación
digital sea válida, antes de realizar la comparación.
18. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17 para llevar a la práctica un método según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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