CN102592347A - 基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法和装置，该装置包括光源，过钞通道、单色器、光敏传感器、信号放大器、数字化处理单元。其中单色器中色散元件为衍射光栅或棱镜或具有光谱分辨率的滤光片。本方法包括通过单色器对钞票反射与透射光线进行色散，通过接收传感器接收各波段光强，得到其反射与透射光谱数据，通过待鉴定钞票数据与标准钞票数据进行相关分析得出相关系数，依据相关系数的大小判定钞票的真伪。

Description

基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法和装置

技术领域

本发明涉及一种钞票真伪鉴别的方法和装置，适用于钞票真伪鉴别的需要。

背景技术

目前在钞票真伪鉴别领域主要有如下几种光学鉴别方式：

1、利用三基色发光二极管LED轮流切换发光，采用线阵传感器分别采样钞票的三基色反射与透射数据。或者采用白光源，采用三组带有三基色滤光片的传感器组同时进行反射与透射采样。在对三基色数据进行校正后进行色度坐标的计算，将待鉴别钞票的数据与模板进行比较鉴别真伪。

2、检查钞票表面的红外油墨：将红外照射在钞票表面，依据反射与透射吸收特性鉴别真伪。

3、采用紫外光源照射钞票表面，激发钞票表面荧光物质使其产生荧光与磷光辐射，借助滤光片滤除其它杂散光，通过检测到的荧光与磷光光谱特征确定待鉴定钞票的真伪。

4、采用太赫兹波谱分析技术，依据太赫兹波谱段的指纹谱数据鉴别钞票真伪。

以上方法在很大程度上能对钞票的真伪进行鉴别，但仍存在对某些防伪特征易仿造，特征位置较小，不能有效对变造币与拼凑币进行鉴伪，采用太赫兹波谱分析技术虽然较为准确，但目前实现技术复杂，成本高，鉴别速度慢，无法应用于点钞机、清分机等现金处理设备中。因此我们仍然需要一种低成本、高速度、结构紧凑的钞票光谱鉴别技术。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种快速、可靠、有效地解决对***票及变造拼凑钞票的鉴别的需要的基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的低成本、高速度、结构紧凑的装置。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法，实现步骤如下：

(1)、选定波长范围为100nm～420nm的紫外光或700nm～30000nm的红外光或上述两波段范围的任意波长的组合的混合光源照射在钞票上，钞票产生反射光和透射光，用单色器对钞票的反射光和透射光进行色散，用传感器分别测量色散后的反射光和透射光的光强；

(2)、对传感器采样的信号进行放大；

(3)、将放大后的模拟信号输入数字化处理单元进行模数转换后进行数字化处理；

(4)、将待鉴定钞票的数据与通过对国家正式发行的标准钞票进行采样并存储于数字处理单元形成钞票的标准光谱数据依据波长维度分别进行相关运算，计算相关系数，依据相关系数大小鉴别钞票真伪。

在与钞票移动方向相垂直方向上设置一个以上检测点，从而在钞票长度方向上有多组采样数据，在钞票移动方向上进行多次采样，从而在钞票宽度方向上有多次采样数据，如上数据与两个以上波段的光谱数据形成一个三维矩阵，两个维度为钞票的几何尺寸平面，第三个维度为波长，数字处理单元预先存储有三维标准数据，待鉴定钞票的数据与标准数据依据波长维度分别进行相关运算，计算相关系数，依据相关系数大小确定钞票真伪。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，包括过钞通道，包括一个照射所述的过钞通道的光源，包括至少一个接收所述的过钞通道上的钞票的反射光的反射光单色器和至少一个接收所述的过钞通道上的钞票的透射光的透射光单色器，包括一个与所述的反射光单色器对接的第一光敏传感器和一个与所述的透射光单色器对接的第二光敏传感器，所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器分别通过一个信号放大器与数字化处理单元电连接。

所述的光源为波长范围为100nm～420nm的紫外光光源，所述的紫外光光源为气体放电紫外光源或发光二极管紫外光源或激光紫外光源。

所述的光源为波长范围为700nm～30000nm的红外光光源，所述红外光光源为气体放电红外光源或发光二极管红外光源或激光红外光源或热辐射红外光源。

所述的反射光单色器和所述的透射光单色器中色散元件为棱镜或衍射光栅。

所述的反射光单色器和所述的透射光单色器单组使用，或在钞票移动方向相垂直方向上多组排列，优选地采用2至6组。

所述的反射光单色器和透射光单色器的色散元件为滤光片，滤光***采用两个或两个以上采样窗口组合而成，每个采样窗口分别放置不同的滤光片，各滤光片分别选择透过不同波段，滤光片后放置光电池或光敏管采样，或者每个采样窗内放置选择透过不同波段的传感器。

多个所述的采样窗沿钞票运动方向成直线排列。

所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器为线阵传感器或面阵传感器或至少两只以上光电传感器组合，所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器种类包括：CCD线阵或面阵传感器、CIS接触式图像传感器、CMOS传感器、光电池、光敏管。

采用上述技术方案的基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法和装置，钞票的纸张与油墨由多种物质混合而成，在紫外可见光区域不同的物质会有不同的吸收特性，钞票在光的激发下，会因电子能级的跃迁不同程度的产生荧光与磷光反应，钞票会呈现出其独特的吸收特性。在红外区域，因钞票中各物质组成中特定分子的振动与转动或化学键的弯曲振动频率与入射红外光频率相同或相近时会产生共振吸收现象，因此依据钞票的物质组成会有其独特的红外吸收光谱特性。依据钞票的特征，本发明选定混合光，波长范围为100nm～420nm的紫外光或700nm～30000nm的红外光或上述两波段范围的任意波长的组合。采用一混合光源照射在钞票上，钞票会因其独特的物质组成产生反射与透射吸收现象。色散采用单色器来完成，单色器中的色散元件为棱镜或衍射光栅或光谱分辨率的滤光片。采用滤光片时可依据需要采用两个以上的采样窗分别采样不同波长的光谱信号，并且多个采样窗沿钞票移动方向成直线排列。衍射光栅可采用透射光栅或反射光栅。当单色器采用衍射光栅或棱镜作色散元件时，单色器中还有聚光透镜与准直镜等光学元件及狭缝。传感器可以采用线阵或面阵传感器，也可采用光电池等光敏元件。当采用的传感器为不同波长的传感器时可用两个以上波段的传感器进行采样。对传感器采样的信号进行放大。信号放大器的路数依据***数量而定，每路放大器增益采用数字电位器或模拟开关进行增益调整。将放大后的模拟信号输入数字化处理单元进行模数转换后进行数字化处理。依据钞票运动方向上多次采样以及与运动方向相垂直方向上多路传感器的布置，形成钞票长宽几何平面上与波长三个维度的光谱数据矩阵。通过对标准钞票(国家正式发行的)进行采样并存储于数字处理单元，形成钞票的标准光谱数据。将待鉴定钞票的数据与标准数据依据波长维度分别进行相关运算，计算相关系数，依据相关系数大小鉴别钞票真伪。

通过以上各步骤本发明实现了在选定光谱范围，通过钞票对反射与透射吸收特性鉴定钞票的真伪，在实现方法上简单、低成本，性能上鉴伪安全可靠。

综上所述，本发明是一种基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法和装置，快速、可靠、有效地解决对***票及变造拼凑钞票的鉴别的需要。

附图说明

图1为钞票真伪鉴别装置***结构图。

图2为单色器中色散元件为衍射光栅结构示意图。

图3为单色器中色散元件为棱镜的结构示意图。

图4为单色器中采用多个采样窗结构示意图。

图5为多组传感器组沿钞票运动垂直方向布置示意图。

图6为放大电路结构图。

图7为光谱鉴伪方法流程图。

具体实施方式

本发明的装置可以用于鉴别检查钞票的光谱特性，通过光谱特性的检查鉴别真伪。包括但不限于如下的应用范围：鉴别仪和/或点验钞机和/或清分机和/或自助存取款设备。

如图1示例性地表示出了本发明的钞票真伪鉴别装置***结构图。该装置包括一个照射过钞通道35的光源4，钞票3置于过钞通，35中，包括一个接收过钞通道35上的钞票3的反射光的反射光单色器2和一个接收过钞通道35上的钞票3的透射光的透射光单色器222，包括一个与反射光单色器2对接的第一光敏传感器1和一个与透射光单色器222对接的第二光敏传感器111，第一光敏传感器1通过第一信号放大器5与数字化处理单元6电连接，第二光敏传感器通过第二信号放大器555与数字化处理单元6电连接。

参见图1，装置工作过程描述如下：当钞票3进入过钞通道35，光源4发出混合光照射在钞票3上，产生反射与透射，反射光线经反射光单色器2色散由第一光敏传感器1接收，送至第一信号放大器5放大，透射光线经透射光单色器222色散由第二光敏传感器111接收，送至第二信号放大器555放大，反射与透射信号均送入数字处理单元6；当标准钞票(国家正式发行的)采样时，保存其采样数据作为标准钞票数据；待鉴别钞票数据与标准钞票数据进行相关分析，得出其相关系数，依据相关系数的大小确定待鉴定钞票的真伪。本发明的装置中钞票3可以移动，便于在钞票3移动方向上进行多点采样，当然钞票静止也是可以完成鉴别过程的，只是数据量会相对较少并会影响鉴别的代表性。

光源4可以为发光二极管或激光管或气体放电灯管或热辐射光源，也可以多光源一起应用。光源4波长范围为100nm～420nm的紫外光或700nm～30000nm的红外光或上述两波段范围的任意波长的组合。

本发明中采用反射光单色器2和透射光单色器222进行色散是本发明的一个特殊构思，本实施例中对如下三种单色器方案进行了详细描述，本发明所应用的反射光单色器2和透射光单色器222包括但不限于下例三种方案：

图2是单色器的色散元件为衍射光栅8的结构示意图，反射光单色器2和透射光单色器222的结构相同，均由聚光透镜11、狭缝10、衍射光栅8、准直镜9、聚光透镜7组成；首先采用一聚光透镜11接收来自钞票3表面的透射或反射光，透镜11将光线汇聚到狭缝10处，然后由准直镜9将光线变为平行光，平行光入射至衍射光栅8，再经聚光透镜7将衍射与干涉共同作用形成的多级光谱投射到第一光敏传感器1或第二光敏传感器111上。

图3是单色器色散元件为棱镜12的结构示意图，反射光单色器2和透射光单色器222的结构相同，均由聚光透镜11、狭缝10、棱镜12、准直镜9组成，首先采用一聚光透镜11接收来自钞票3表面的透射或反射光，透镜11将光线汇聚到狭缝10处，然后由准直镜9将光线变为平行光，平行光入射至棱镜12，棱镜12将入射光色散后投射到第一光敏传感器1或第二光敏传感器111上。

图4是单色器中采用多个采样窗结构示意图，图5为多组传感器组沿钞票运动垂直方向布置示意图，该实施例中采用两个以上的采样窗如第一采样窗16和第二采样窗17进行采样，每个采样窗(如第一采样窗16和第二采样窗17)内放置选择透过不同波长的滤光片(如第一滤光片14、第二滤光片15)，每个滤光片后设置一个传感器13，第一滤光片14、第二滤光片15可采用1片或多片进行组合。该实施例的一个特有之处在于多个采样窗(如第一采样窗16和第二采样窗17)沿钞票3移动方向直线排列，这样有利于在钞票3移动过程中实现多个采样窗(如第一采样窗16和第二采样窗17)先后采集到钞票上同一个区域。如图5所示，第一采样窗16与第二采样窗17沿钞票3移动方向排列，当然也可以排列两个以上采样窗。

以上三种单色器实施例在本发明的装置中可以单组使用，也可以如图5所示，在钞票移动方向相垂直方向上多组排列，图示排列有5组，可优选地采用2至6组。

本实施例中第一光敏传感器1和第二光敏传感器111均为线阵CIS或CCD传感器或面阵CCD或CMOS传感器；传感器13为光电池或光敏管。

本实施例中的第一信号放大器5和第二信号放大器555采用可调放大，其电路结构如图6所示，本实施例其独特构思在于通过放大环节34与数字可调环节33实现增益的可调，数字可调环节采用模拟开关或数字电位器来实现。

本实施例中的数字处理单元6用来实现标准钞票数据的采样与存储，对待鉴别钞票3实现采样并与预先存储的标准钞票数据进行相关分析，得出相关系数，依据相关系数的大小判别钞票3的真伪。

参见图7，详细说明了本发明钞票真伪鉴别方法的实施例，包括以下步骤：

1、如图7所示过程混合光源照射钞票18，采用一混合光源照射在钞票3上，钞票3会因其独特的物质组成产生反射与透射吸收现象，通过混合光照射后钞票3产生反射19及产生透射20；

2、如图7所示过程第一单色器色散21、第二单色器色散36，用单色器对钞票3的反射与透射光进行色散；

3、如图7所示过程第一传感器接收光谱信号22、第二传感器接收光谱信号37，用传感器分别测量色散后各波长的光强；

4、如图7所示过程第一放大器放大23、第二放大器放大38，对传感器采样的信号进行放大。第一信号放大器5和第二信号放大器555采用数字电位器或模拟开关进行增益调整33。

5、如图7所示过程数字化处理24，将放大后的模拟信号输入数字化处理单元6进行模数转换后进行数字化处理。

6、通过对标准钞票(国家正式发行的)进行采样并存储于数字处理单元6，形成钞票的标准光谱数据即标准钞票数据(反射)25和标准钞票数据(透射)26。

7、将待鉴定钞票数据27与标准钞票数据即标准钞票数据(反射)25和标准钞票数据(透射)26依据波长维度分别进行相关分析32，计算相关系数，形成相似度高28与相似度低31的结论，据此判断待鉴别钞票是真钞29或伪钞30的结果，由此完成整个鉴别过程。

Claims (10)

1.一种基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法，其特征是：实现步骤如下：

(1)、选定波长范围为100nm～420nm的紫外光或700nm～30000nm的红外光或上述两波段范围的任意波长的组合的混合光源照射在钞票上，钞票产生反射光和透射光，用单色器对钞票的反射光和透射光进行色散，用传感器分别测量色散后的反射光和透射光的光强；

(2)、对传感器采样的信号进行放大；

(3)、将放大后的模拟信号输入数字化处理单元进行模数转换后进行数字化处理；

(4)、将待鉴定钞票的数据与通过对国家正式发行的标准钞票进行采样并存储于数字处理单元形成钞票的标准光谱数据依据波长维度分别进行相关运算，计算相关系数，依据相关系数大小鉴别钞票真伪。

2.根据权利1所述的基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法，其特征是：在与钞票移动方向相垂直方向上设置一个以上检测点，从而在钞票长度方向上有多组采样数据，在钞票移动方向上进行多次采样，从而在钞票宽度方向上有多次采样数据，如上数据与两个以上波段的光谱数据形成一个三维矩阵，两个维度为钞票的几何尺寸平面，第三个维度为波长，数字处理单元预先存储有三维标准数据，待鉴定钞票的数据与标准数据依据波长维度分别进行相关运算，计算相关系数，依据相关系数大小确定钞票真伪。

3.实现权利要求1所述的基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，包括过钞通道，其特征是：包括一个照射所述的过钞通道的光源，包括至少一个接收所述的过钞通道上的钞票的反射光的反射光单色器和至少一个接收所述的过钞通道上的钞票的透射光的透射光单色器，包括一个与所述的反射光单色器对接的第一光敏传感器和一个与所述的透射光单色器对接的第二光敏传感器，所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器分别通过一个信号放大器与数字化处理单元电连接。

4.根据权利要求3所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的光源为波长范围为100nm～420nm的紫外光光源，所述的紫外光光源为气体放电紫外光源或发光二极管紫外光源或激光紫外光源。

5.根据权利要求3所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的光源为波长范围为700nm～30000nm的红外光光源，所述红外光光源为气体放电红外光源或发光二极管红外光源或激光红外光源或热辐射红外光源。

6.根据权利要求3、4或5所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的反射光单色器和所述的透射光单色器中色散元件为棱镜或衍射光栅。

7.根据权利要求3、4或5所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的反射光单色器和所述的透射光单色器单组使用，或在钞票移动方向相垂直方向上多组排列。

8.根据权利要求3、4或5所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的反射光单色器和透射光单色器的色散元件为滤光片，滤光***采用两个或两个以上采样窗口组合而成，每个采样窗口分别放置不同的滤光片，各滤光片分别选择透过不同波段，滤光片后放置光电池或光敏管采样，或者每个采样窗内放置选择透过不同波段的传感器。

9.根据权利要求8所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：多个所述的采样窗沿钞票运动方向成直线排列。

10.根据权利要求3、4或5所述的实现基于光谱分析技术的钞票鉴伪方法的装置，其特征是：所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器为线阵传感器或面阵传感器或至少两只以上光电传感器组合，所述的第一光敏传感器和第二光敏传感器种类包括：CCD线阵或面阵传感器、CIS接触式图像传感器、CMOS传感器、光电池、光敏管。

Images