CN102610020A - 硬币双面图像识别装置及其识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬币双面图像识别装置及其识别方法，识别装置包括有硬币通道、照明单元、图像采集单元和数据处理单元，其中，所述照明单元于硬币通道两侧分别设置有照明光源序列，用以向通过硬币通道的硬币投射光线，所述图像采集单元于硬币通道一侧设置有摄像头，于硬币通道另一侧对应于摄像头的位置设置有反光镜，用以拍摄通过硬币通道的硬币的正面和反面图像。本发明的有益效果为：1、整体结构简单紧凑，体积小，便于嵌入式组装，成本低廉，适于自动售货机、自动售票机等需要对硬币即时进行识别的环境使用；2、通过对硬币双面图像的同步获取，并通过一系列识别处理步骤，可快速有效的识别硬币的种类和真伪，避免对图案不同的***以及图案相同但双面角度偏差超出标准的***的错误接受。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬币识别装置，属于图像识别技术领域，尤其是指一种硬币双面图像识别装置及其识别方法。
背景技术
目前，通用的硬币识别方法是通过对硬币材质、尺寸和厚度等参数进行复合检测来实现对硬币种类及真伪的判别。这种识别方法技术成熟、适用性广，目前已经普遍应用于各种自动售卖机。但是，这种识别方法的缺陷是无法识别硬币尺寸、厚度、材质等非图像特性与真币相似但花纹图像与真币存在差异的异种硬币，如游戏币、外国硬币等。因此，图像识别方法的引入，解决了对上述异种硬币的识别问题。
现有的硬币图像识别方法是利用摄像机等图像传感器获取硬币某一侧面图像信息来识别硬币的真伪。这类识别方法可以通过分析硬币花纹图案的特性识别出可接收硬币(真币)的种类和币值，但是，由于采样点仅为硬币的单面图像，存在一定的局限性，主要表现为：对于背面图案相同仅以正面图案来标识不同面值的法定硬币，有可能因为提取到的是背面图像而无法正确判断出硬币的种类和面值；对于双面图案相同但图形角度偏差超出标准的***，单面硬币图像识别也无法判断真伪。
而硬币双面图像获取技术，目前主要应用在银行、造币厂等造币质量检测领域，其用途是检验制造出的硬币表面花纹图案是否有加工缺陷，对比模板单一、固定，仅对花纹进行比较，不对硬币图案进行种类区分与面值识别，而且，体积庞大，不适用于嵌入式环境。因此，目前在硬币识别领域暂未发现利用同步获取的硬币双面图像进行硬币种类和真伪识别的装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点与不足，提供一种结构简单、体积小、识别处理能力强、能够有效识别硬币种类及真伪的硬币双面图像识别装置。
本发明的另一目的在于提供上述硬币双面图像识别装置的识别方法。
为了实现第一个目的，本发明按照以下技术方案实现：
一种硬币双面图像识别装置，包括有硬币通道、照明单元、图像采集单元和数据处理单元，其中，所述照明单元于硬币通道两侧分别设置有照明光源序列，用以向通过硬币通道的硬币投射光线，所述图像采集单元于硬币通道一侧设置有摄像头，于硬币通道另一侧对应于摄像头的位置设置有反光镜，用以拍摄通过硬币通道的硬币的正面和反面图像。
进一步，所述硬币通道沿硬币前进方向趋于向下延伸，与水平线形成倾斜夹角，其截面呈凹字形结构，凹字形结构的两侧壁为透视体且其高度大于或等于硬币直径。
进一步，所述硬币通道沿硬币前进方向趋于向下延伸，与水平线形成倾斜夹角，其截面呈凹字形结构，凹字形结构的两侧壁为遮光体且其高度小于或等于硬币直径的40％。
进一步，所述照明单元包括有第一照明光源序列、第二照明光源序列、及照明光源控制模块，其中，第一照明光源序列设置于硬币通道一侧，第二照明光源设置于硬币通道对应另一侧，且第一照明光源序列和第二照明光源序列分别与照明光源控制模块电性连接。
进一步，所述照明单元还包括有离开时触发的第一位置传感器和/或到达时触发的第二位置传感器，第一位置传感器和/或第二位置传感器分别与照明光源控制模块信号连接。
进一步，所述图像采集单元包括有摄像头、反光镜、及图像采集控制模块，其中，摄像头设置于硬币通道一侧的斜向上方且与图像采集控制模块信号连接，反光镜设置于硬币通道对应另一侧的斜向上方，图像采集控制模块再分别与照明光源控制模块和数据处理单元信号连接，用以在照明光源控制模块同步信号驱动下拍摄图像且将图像数据转化为数字图像数据传入数据处理单元进行处理。
为了实现第二个目的，本发明按照以下技术方案实现：
如权利要求1所述硬币双面图像识别装置的识别方法，其特征在于包括以下步骤：a、照明光源序列发光照亮通过硬币通道的硬币的第一侧面和第二侧面，摄像头拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A；b、对原始图像A进行预处理和形变矫正，且将原始图像A沿反光镜下沿分割为实像A1和虚像A2；c、分别对实像A1和虚像A2进行硬币定位和硬币边缘提取，且将硬币边缘椭圆方程最小二乘法拟合获得椭圆参数A11和A22，再根据透视效应和椭圆参数A11和A22计算硬币的原始尺寸；d、判断硬币的原始尺寸的计算结果是否一致，如果差异大于规定值则为错误识别，退币处理，如果差异小于规定值则将原始尺寸与真币尺寸范围比较，将不在规定范围之内的硬币作为***退币处理，在规定范围之内的硬币则进一步识别；e、根据椭圆参数将硬币反变换为标准圆形RA1和RA2，且将标准圆形RA1和RA2展开为极坐标形式P1和P2；f、将P1与所有硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性模板及角度差D1，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则确定硬币种类为最大相关性模板所述种类；g、将P2与f步骤确定的该种类硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性及角度差D2，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则将D1和D2相减，差值大于规定值则作为***退币处理，差值小于规定值则识别为真币且确定币值。
进一步，所述a步骤中，摄像头间隔时间拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A和B，且按照上述b、c、d和e步骤展开为极坐标形式PA1、PA2和PB1、PB2。
进一步，所述极坐标形式PA1和PB1进行相关性计算获取最大相关性角度差，且根据相关性计算结果将PA1和PB1融合呈完整硬币图案极坐标形式P1，同理将将PA2和PB2融合呈完整硬币图案极坐标形式P2，再将P1和P2按照上述f和g步骤进行识别处理。
进一步，所述原始图像A的拍摄是硬币离开第一位置传感器时触发拍摄，原始图像B的拍摄是硬币到达第二位置传感器时触发拍摄。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、整体结构简单紧凑，体积小，便于嵌入式组装，成本低廉，适于自动售货机、自动售票机等需要对硬币即时进行识别的环境使用；
2、通过对硬币双面图像的同步获取，并通过一系列识别处理步骤，可快速有效的识别硬币的种类和真伪，避免对图案不同的***以及图案相同但双面角度偏差超出标准的***的错误接受。
为了能够更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1的侧面结构示意图。
图3是本发明实施例1的工作流程图。
图4是本发明实施例2的结构示意图。
图5是图4的侧面结构示意图。
图6是本发明实施例2的工作流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示，本发明所述硬币双面图像识别装置，包括有硬币通道1、照明单元、图像采集单元和数据处理单元。
上述硬币通道1沿硬币前进方向趋于向下延伸，与水平线形成倾斜夹角，其截面呈凹字形结构，凹字形结构的两侧壁为透视体且其高度大于或等于硬币直径，透视体对材料的透光性和耐磨性要求较高。
上述照明单元包括有第一照明光源序列21、第二照明光源序列22、及照明光源控制模块23，其中，第一照明光源序列21设置于硬币通道1一侧，第二照明光源序列22设置于硬币通道对应另一侧，且第一照明光源序列21和第二照明光源序列22分别与照明光源控制模块23电性连接，用以向通过硬币通道1的硬币3投射光线。进一步，所述照明单元还包括有离开时触发的第一位置传感器24，第一位置传感器24与照明光源控制模块23信号连接。
上述图像采集单元包括有摄像头41、反光镜42、及图像采集控制模块43，其中，摄像头41设置于硬币通道1一侧的斜向上方且与图像采集控制模块43信号连接，反光镜42设置于硬币通道1对应另一侧的斜向上方，图像采集控制模块43再分别与照明光源控制模块23和数据处理单元5信号连接，用以在照明光源控制模块23同步信号驱动下拍摄图像且将图像数据转化为数字图像数据传入数据处理单元5进行处理。
如图3所示，本实施例的识别方法包括以下步骤：
a、硬币通过硬币通道且离开第一位置传感器时，第一位置传感器触发，第一照明光源序列和第二照明光源发光照亮通过硬币通道的硬币的第一侧面和第二侧面，摄像头拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A；
b、对原始图像A进行预处理和形变矫正，预处理，通过滤波和去噪，增强图像质量，形变矫正是消除由镜头产生的图像扭曲和变形，之后将原始图像A沿反光镜下沿分割为实像A1和虚像A2；
c、分别对实像A1和虚像A2进行硬币定位和硬币边缘提取，得到椭圆弧形形状的硬币边缘，将硬币边缘椭圆方程最小二乘法拟合获得椭圆参数A11和A22，再根据近大远小的透视效应和椭圆参数A11和A22，计算硬币的原始尺寸；
d、判断硬币的原始尺寸的计算结果是否一致，如果差异大于规定值则为错误识别，退币处理，如果差异小于规定值则将原始尺寸与真币尺寸范围比较，将不在规定范围之内的硬币作为***退币处理，在规定范围之内的硬币则进一步识别；
e、根据椭圆参数A11和A22将硬币反变换为标准圆形RA1和RA2，且将标准圆形RA1和RA2展开为极坐标形式P1和P2；
f、将P1与所有硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性模板及角度差D1，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则可以确定硬币种类为最大相关性模板所述种类；
g、将P2与f步骤确定的该种类硬币的另一侧面图案极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性及角度差D2，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则将D1和D2相减，差值大于规定值则作为***退币处理，差值小于规定值则识别为真币且确定币值。
通过对硬币双面图像的同步获取，并通过一系列识别处理步骤，可快速有效的识别硬币的种类和真伪，避免对图案不同的***以及图案相同但双面角度偏差超出标准的***的错误接受。
实施例2
如图4、5所示，本实施例所述的硬币双面图像识别装置与实施例1基本相同，不同之处仅在于，所述硬币通道1凹字形结构的两侧壁为遮光体且其高度小于或等于硬币3直径的40％，及所述照明单元包括有离开时触发的第一位置传感器24和到达时触发的第二位置传感器25，第一位置传感器24和第二位置传感器25分别与照明光源控制模块23信号连接，且第一位置传感器和第二位置传感器之间的距离要保证硬币在第一位置传感器位置时被硬币通道遮挡的部分，在第二位置传感器位置时可以完全显露出来，以保证在拍摄过程中通过获取不同位置的硬币原始图像进行图像融合以得到完整的硬币图像。
如图6所示，本实施例的识别方法包括以下步骤：
a、硬币通过硬币通道且离开第一位置传感器时，第一位置传感器触发，第一照明光源序列和第二照明光源发光照亮通过硬币通道的硬币的第一侧面和第二侧面，摄像头拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A，间隔一定时间后硬币到达第二位置传感器时，第二位置传感器触发，第一照明光源序列和第二照明光源发光照亮硬币的第一侧面和第二侧面，摄像头拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像B；
b、对原始图像A和B分别进行预处理和形变矫正，预处理通过滤波和去噪，增强图像质量，形变矫正是消除由镜头产生的图像扭曲和变形，之后将原始图像A和B沿反光镜下沿分割为实像A1、B1和虚像A2、B2；
c、分别对实像A1、B1和虚像A2、B2进行硬币定位和硬币边缘提取，得到椭圆弧形形状的硬币边缘，将硬币边缘椭圆方程最小二乘法拟合获得椭圆参数A11、A22、B11和B22，再根据近大远小的透视效应和椭圆参数A11、A22、B11和B22，计算硬币的原始尺寸；
d、判断硬币的原始尺寸的计算结果是否一致，如果差异大于规定值则为错误识别，退币处理，如果差异小于规定值则将原始尺寸与真币尺寸范围比较，将不在规定范围之内的硬币作为***退币处理，在规定范围之内的硬币则进一步识别；
e、根据椭圆参数A11、A22、B11和B22将硬币反变换为标准圆形RA1、RA2、RB1和RB2，且将标准圆形RA1、RA2、RB1和RB2展开为极坐标形式PA1、PA2和PB1、PB2，再将极坐标形式PA1和PB1进行相关性计算获取最大相关性角度差，且根据相关性计算结果将PA1和PB1融合呈完整硬币图案极坐标形式P1，同理将将PA2和PB2融合呈完整硬币图案极坐标形式P2；
f、将P1与所有硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性模板及角度差D1，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则可以确定硬币种类为最大相关性模板所述种类；
g、将P2与f步骤确定的该种类硬币的另一侧面图案极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性及角度差D2，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则将D1和D2相减，差值大于规定值则作为***退币处理，差值小于规定值则识别为真币且确定币值。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动和变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (10)
1.一种硬币双面图像识别装置，包括有硬币通道、照明单元、图像采集单元和数据处理单元，其特征在于：所述照明单元于硬币通道两侧分别设置有照明光源序列，用以向通过硬币通道的硬币投射光线，所述图像采集单元于硬币通道一侧设置有摄像头，于硬币通道另一侧对应于摄像头的位置设置有反光镜，用以拍摄通过硬币通道的硬币的正面和反面图像。
2.根据权利要求1所述硬币双面图像识别装置，其特征在于：所述硬币通道沿硬币前进方向趋于向下延伸，与水平线形成倾斜夹角，其截面呈凹字形结构，凹字形结构的两侧壁为透视体且其高度大于或等于硬币直径。
3.根据权利要求1所述硬币双面图像识别装置，其特征在于：所述硬币通道沿硬币前进方向趋于向下延伸，与水平线形成倾斜夹角，其截面呈凹字形结构，凹字形结构的两侧壁为遮光体且其高度小于或等于硬币直径的40％。
4.根据权利要求2或3所述硬币双面图像识别装置，其特征在于：所述照明单元包括有第一照明光源序列、第二照明光源序列、及照明光源控制模块，其中，第一照明光源序列设置于硬币通道一侧，第二照明光源序列设置于硬币通道对应另一侧，且第一照明光源序列和第二照明光源序列分别与照明光源控制模块电性连接。
5.根据权利要求4所述硬币双面图像识别装置，其特征在于：所述照明单元还包括有离开时触发的第一位置传感器和/或到达时触发的第二位置传感器，第一位置传感器和/或第二位置传感器分别与照明光源控制模块信号连接。
6.根据权利要求2或3所述硬币双面图像识别装置，其特征在于：所述图像采集单元包括有摄像头、反光镜、及图像采集控制模块，其中，摄像头设置于硬币通道一侧的斜向上方且与图像采集控制模块信号连接，反光镜设置于硬币通道对应另一侧的斜向上方，图像采集控制模块再分别与照明光源控制模块和数据处理单元信号连接，用以在照明光源控制模块同步信号驱动下拍摄图像且将图像数据转化为数字图像数据传入数据处理单元进行处理。
7.如权利要求1所述硬币双面图像识别装置的识别方法，其特征在于包括以下步骤：
a、照明光源序列发光照亮通过硬币通道的硬币的第一侧面和第二侧面，摄像头拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A；
b、对原始图像A进行预处理和形变矫正，且将原始图像A沿反光镜下沿分割为实像A1和虚像A2；
c、分别对实像A1和虚像A2进行硬币定位和硬币边缘提取，且将硬币边缘椭圆方程最小二乘法拟合获得椭圆参数A11和A22，再根据透视效应和椭圆参数A11和A22计算硬币的原始尺寸；
d、判断硬币的原始尺寸的计算结果是否一致，如果差异大于规定值则为错误识别，退币处理，如果差异小于规定值则将原始尺寸与真币尺寸范围比较，将不在规定范围之内的硬币作为***退币处理，在规定范围之内的硬币则进一步识别；
e、根据椭圆参数将硬币反变换为标准圆形RA1和RA2，且将标准圆形RA1和RA2展开为极坐标形式P1和P2；
f、将P1与所有硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性模板及角度差D1，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则确定硬币种类为最大相关性模板所述种类；
g、将P2与f步骤确定的该种类硬币极坐标形式模板进行相关性计算，获取最大相关性及角度差D2，如果最大相关性小于规定值则作为***退币处理，如果大于规定值则将D1和D2相减，差值大于规定值则作为***退币处理，差值小于规定值则识别为真币且确定币值。
8.根据权利要求7所述硬币双面图像识别装置的识别方法，其特征在于：所述a步骤中，摄像头间隔时间拍摄硬币的第一侧面和第二侧面的原始图像A和B，且按照上述b、c、d和e步骤展开为极坐标形式PA1、PA2和PB1、PB2。
9.根据权利要求8所述硬币双面图像识别装置的识别方法，其特征在于：所述极坐标形式PA1和PB1进行相关性计算获取最大相关性角度差，且根据相关性计算结果将PA1和PB1融合呈完整硬币图案极坐标形式P1，同理将将PA2和PB2融合呈完整硬币图案极坐标形式P2，再将P1和P2按照上述f和g步骤进行识别处理。
10.根据权利要求8所述硬币双面图像识别装置的识别方法，其特征在于：所述原始图像A的拍摄是硬币离开第一位置传感器时触发拍摄，原始图像B的拍摄是硬币到达第二位置传感器时触发拍摄。
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