CN102930636A - 纸币号码识别装置和识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纸币号码识别装置和方法，该装置包括：一接触式传感器，用以采集纸币图像数据；一白光LED透射光源板，设置在该接触式传感器正前方，为该接触式传感器采集纸币图像数据提供一透射光源；一图像采集处理板，其通过数据线与该接触式传感器连接，该图像采集处理板上集成有一FPGA和一DSP，该FPGA用以控制白光LED透射光源板亮灭及驱动CIS获取图像，该DSP用以对纸币图像数据进行处理识别；两对位置传感器，设置在纸币输送通道上距离该接触式传感器一预定距离处，用以检测是否有纸币进入该纸币识别装置；其中，该白光LED透射光源板具有强弱两种光源模式，且该两种光源模式交替为该接触式传感器采集纸币图像数据提供透射光源。
Description
技术领域
本发明涉及金融自助设备领域，尤其涉及纸币号码识别装置和识别方法。
背景技术
目前，公知的纸币号码识别装置是通过CIS接触式图象传感器或CCD图像传感器获取图像。当纸币通过装置的通道，上述图像传感器高速采集纸币图像，通过模数转换器（AD）转换为图像数据，数字信号处理器迅速处理图像数据，定位纸币号码的位置，通过识别算法运算，实现对纸币号码的识别。
由于纸币往往只有一面存在号码，纸币通过纸币处理装置的方向是任意的，所以通常通过透射成像方式获取纸币号码，只需要在纸币通道上安装一支CIS，CIS前面安装一组白光LED光源，并设置固定的光照时间照射经过的纸币，穿透过纸币的光落在CIS上感光成像，无论纸币号码出现在CIS的正面，或者背面，都能将纸币号码获取到。
但是，很多在市场上流通了一段时间的纸币，表面或多或少会累积了一层灰尘，使透射到CIS图像传感器的光的能量减弱，造成图像模糊，难以辨认，严重降低了算法识别率。如果单独加长白光LED的导通时间，加强光的能量，旧纸币成像变清晰，能被识别，由于新纸币的透射效果好，却又使新纸币图像的轮廓消失，导致识别算法无法定位新纸币号码位置而造成识别错误。传统的透射成像方式，不能对新旧纸币同时形成清晰的图像，给识别算法造成困难，纸币号码识别容易出现错误。
发明内容
为了克服传统的透射成像处理方式不能同时对新旧纸币形成清晰图像的不足，本发明提供一种新的纸币号码识别方法，该方法不仅能对半新或全新的纸币号码进行正确识别，而且能根据纸币的新旧情况，对旧纸币的号码进行正确的识别。
本发明还提供一种纸币号码识别方法。
该纸币号码识别装置，包括：一接触式传感器，用以通过透射成像方式采集纸币图像数据；一白光LED透射光源板，设置在该接触式传感器正前方，为该接触式传感器采集纸币图像数据提供一透射光源；一图像采集处理板，其通过数据线与该接触式传感器连接，该图像采集处理板上集成有一现场可编辑逻辑门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）和一数字信号处理器（DigitalSignal Processing，DSP），该现场可编辑逻辑门阵列用以控制白光LED透射光源板亮灭及驱动CIS获取图像，该数字信号处理器用以对纸币图像数据进行处理识别；以及两对位置传感器，设置在纸币输送通道上距离该接触式传感器一预定距离处，用以检测是否有纸币进入该纸币识别装置；其中，该白光LED透射光源板具有强弱两种光源模式，且该两种光源模式交替为该接触式传感器采集纸币图像数据提供透射光源。
优选的，该强弱两种光源模式通过该现场可编辑逻辑门阵列控制该白光LED透射光源板的导通时间形成，导通时间长，形成强光模式，导通时间短，形成弱光模式，形成强光模式的导通时间与形成弱光模式的导通时间之比为3:1。
优选的，该图像采集处理板上还集成有一存储器，该存储器包括一缓存区和一寄存器，该缓存区用以存储该接触式传感器采集的纸币图像数据，该寄存器用以表示缓存区内纸币图像数据的类型：1表示强光图像数据，0表示弱光图像数据。
优选的，该现场可编辑逻辑门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）内部设置有一周期为0.125ms的时钟MCLK和一个行计数器。
该纸币号码识别方法，包括：步骤1，通过透射成像方法且在透射光源强光模式和弱光模式交替照射情况下获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据；步骤2，对该弱光图像数据进行边沿检测，获取图像的四个边沿，确定目标图像；步骤3，对目标图像处理，辨认出纸币的版本，面值，面向，定位纸币号码区域；步骤4，调用模式识别算法进行识别，使用基于人工神经元网络的模式识别方法，将纸币图像的灰度和阈值比较，辨认纸币新旧程度，如果是旧纸币，使用该强光图像数据进行识别；如果是新纸币，选择该弱光图像数据进行识别；以及步骤5，输出号码识别结果。
优选的，步骤2中先获取纸币图像的四个顶点坐标，采用最小二乘直线拟合方法，计算出纸币边框所在的直线斜率，然后获取图像的四个边沿。
优选的，步骤1中获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据的具体过程包括：步骤101，检测位置传感器状态；步骤102，判断位置传感器是否被触发，判断为是，则转入步骤103，否则回到步骤101；步骤103，开始扫描，获取纸币图像数据，行计数器清零，然后转入步骤104；步骤104，检测MCLK上升沿；步骤105，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤106，如果否，则回到步骤104；步骤106，LED切换强光照射；步骤107，FPGA驱动CIS采集一行图像数据，然后同时转入步骤108和步骤120，步骤108及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；步骤108，再次检测MCLK上升沿；步骤109，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤110，如果否，则回到步骤108；步骤110，LED切换弱光照射；步骤111，FPGA驱动CIS再采集一行数据，然后同时转入步骤112和步骤120，步骤112及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；步骤112，FPGA行计数器加2；步骤113，判断FPGA行计数器是否等于960，如果是，转入步骤114，如果否，回到步骤104；步骤114，图像采集完成，结束扫描；步骤120，DSP进入中断服务程序；步骤121，检测图像类型寄存器；步骤122，判断图像是否属于强光图像数据，如果是，则转入步骤123，如果否，则转入步骤124；步骤123，将该行数据存入强光图像缓存区；步骤124，将该行数据存入弱光图像缓存区。
本发明提供的纸币号码识别装置和识别方法每次可获取同一张纸币的两幅亮度不同的白光透射图像，且可判断出纸币新旧状态，能有效地选择其中一幅纸币号码清晰的图像进行识别，因此对新旧纸币的号码都能进行有效的识别，提升了对纸币号码识别的准确率，流程清晰，结构简单。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例提供的纸币号码识别装置硬件结构示意图；
图2是本发明一较佳实施例提供的纸币号码识别方法流程图；
图3是图2中步骤1的分解流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明一较佳实施例提供的纸币号码识别装置如图1所示，包括接触式传感器10，用以通过透射成像方式采集纸币图像数据；一白光LED透射光源板20，设置在该接触式传感器正前方，为该接触式传感器采集纸币图像数据提供一透射光源；一图像采集处理板40，其通过数据线与该接触式传感器10连接，该图像采集处理板10上集成有一现场可编辑逻辑门阵列（Field－ProgrammableGate Array，FPGA）和一数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP），该现场可编辑逻辑门阵列用以控制白光LED透射光源板亮灭及驱动CIS获取图像，该数字信号处理器用以对纸币图像数据进行处理识别；该两对位置传感器30，设置在纸币输送通道上距离该接触式传感器一预定距离处，本实施例中该预订距离为3厘米，用以检测是否有纸币进入该纸币识别装置；其中，该白光LED透射光源板具有强弱两种光源模式，且该两种光源模式交替为该接触式传感器采集纸币图像数据提供透射光源。另外，该图像采集处理板上还集成有一存储器，该存储器包括两个缓存区和一寄存器，该缓存区用以存储该接触式传感器采集的纸币图像数据，该寄存器用以表示缓存区内纸币图像数据的类型：1表示强光图像数据，0表示弱光图像数据。
当纸币进入传输通道并触发位置传感器30时，FPGA驱动CIS采取逐行扫描方式进行图像数据采集。为了使图像清晰，设置CIS横向分辨率为200dpi，纵向分辨率为100dpi。假设纸币经过通道速度为1m/s，匀速前进。为了采集到两幅纵向分辨率为100dpi图像，纸币每前进大约0.125mm，FPGA就需要采集完一行图像数据，所以FPGA内部设置一个周期为0.125ms的时钟MCLK，每当检测到时钟的上升沿到来，就表示纸币已经前进了0.125mm，即启动扫描进程，扫描一行图像。
为了得到两幅亮度不同的图像，需要LED产生强弱两种不同的光。将LED的导通时间设置为两个不同的值，比例约为1：3（两个系数分别对应新纸币和旧纸币的处理），实际测试分别对应为30us和90us，都少于纸币前进0.125mm所需要的时间，多出的时间，LED处于熄灭状态。纸币前进的过程中，FPGA每次检测到MCLK的上升沿到来，就将LED的导通时间切换一次，并点亮LED，LED照射的时间段内，使CIS感光，达到导通时间值上限，LED熄灭。对同一张纸币，LED采用强光照射，CIS感应的光强变大，信号输出幅度大，通过模数转换器AD转换后，形成一行强光图像数据；LED采用弱光照射，CIS感应的光强变小，输出幅度小，通过模数转换器AD转换后，形成一行弱光图像数据。FPGA需要在0.125ms内，将这一行数据获取进片内的图像缓存区中。
FPGA采集数据时，除了图像数据缓存区，还设置了一个寄存器，用于表示图像缓存区内图像数据的类型：1表示强光图像数据，0表示弱光图像数据。DSP内部设置两个缓存区，分别存放这两种类型的图像数据。FPGA采集完一行图像数据后，通过中断方式通知DSP获取数据。DSP进入中断服务程序，检测FPGA的图像类型寄存器，获知此次的图像类型，然后启动增强型直接内存存取（Enhanced Direct Memory Access，EDMA）传输，将数据按顺序存放到对应图像类型的空间中。FPGA扫描120mm（相当于采集960行数据）结束扫描。当所有图像数据传输完毕，DSP两个缓冲区将分别会获取到一明一暗两幅图像，每幅图像480行。
DSP对明暗两幅图像进行总体识别，判断出图像属于旧纸币，就采用明图像进行识别，反之，则采用暗图像进行识别，达到识别新旧纸币号码的目的。
具体的，如图2所示，该纸币号码识别方法包括：步骤1，通过透射成像方法且在透射光源强光模式和弱光模式交替照射情况下获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据；步骤2，对该弱光图像数据进行边沿检测，获取图像的四个边沿，确定目标图像；步骤3，对目标图像处理，辨认出纸币的版本，面值，面向，定位纸币号码区域；步骤4，调用模式识别算法进行识别，使用基于人工神经元网络的模式识别方法，将纸币图像的灰度和阈值比较，辨认纸币新旧程度，如果是旧纸币，使用该强光图像数据进行识别；如果是新纸币，选择该弱光图像数据进行识别；以及步骤5，输出号码识别结果。
由于弱光图像边沿和背景像素值差异大，新旧纸币都能使用其进行边沿检测，因此，步骤2中采用弱光图像数据进行边沿检测，以获得目标图像。
步骤3中，由于纸币号码在纸币上的位置是固定的，因此根据纸币的版本、面值以及面向，可定位纸币号码区域。
优选的，步骤2中先获取纸币图像的四个顶点坐标，采用最小二乘直线拟合方法，计算出纸币边框所在的直线斜率，然后获取图像的四个边沿。
如图3所示，步骤1中获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据的具体过程包括：步骤101，检测位置传感器状态；步骤102，判断位置传感器是否被触发，判断为是，则转入步骤103，否则回到步骤101；步骤103，开始扫描，获取纸币图像数据，行计数器清零，然后转入步骤104；步骤104，检测MCLK上升沿；步骤105，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤106，如果否，则回到步骤104；步骤106，LED切换强光照射；步骤107，FPGA驱动CIS采集一行图像数据，然后同时转入步骤108和步骤120，步骤108及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；步骤108，再次检测MCLK上升沿；步骤109，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤110，如果否，则回到步骤108；步骤110，LED切换弱光照射；步骤111，FPGA驱动CIS再采集一行数据，然后同时转入步骤112和步骤120，步骤112及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；步骤112，FPGA行计数器加2；步骤113，判断FPGA行计数器是否等于960，如果是，转入步骤114，如果否，回到步骤104；步骤114，图像采集完成，结束扫描；步骤120，DSP进入中断服务程序；步骤121，检测图像类型寄存器；步骤122，判断图像是否属于强光图像数据，如果是，则转入步骤123，如果否，则转入步骤124；步骤123，将该行数据存入强光图像缓存区；步骤124，将该行数据存入弱光图像缓存区。
其中，步骤120至步骤124为图像的存储过程，也就是说，每扫描一行图像数据存储一次，而且是分图像数据类型存储，该过程可以与图像扫描过程并列进行，例如步骤107后同时转入步骤108和步骤120，也可以每扫描完一行图像即先存储，然后再扫描下一行图像，也就是说，步骤107后可先转入步骤120，依次执行步骤121、122直至执行完步骤123或124之后，再执行步骤108。当然，这样处理速度降低，而且可能影响现场可编辑逻辑门阵列内部时钟MCLK的周期的设置，同时也影响白光LED透射光源导通时间的设置，都可能需要重新调整。因此优选为图像扫描与每行图像数据的读取存储并列进行。
如果是单模式扫描，只采集一幅弱光图像数据，则只有五成新以上纸币满足算法识别条件，而对于旧钞，表面存在灰尘，油污，使纸币透光率降低，导致图像灰度值过低，虽然图像边沿能正确获取，但图像对比度低，算法将不能有效分辨钞票的面额，面向，继而不能确定钞票号码在钞票上的位置。同时图像对比度低，区分困难，钞票号码识别正确率大幅度下降，严重影响识别效果。如果光的强度加大，只采集一幅强光图像数据，旧纸币满足算法识别条件，但新纸币将不能满足，因为对于新纸币，透光率高，容易出现图像过曝，边沿图像缺失，算法不能有效定位钞票的长度和宽度。钞票号码个别数字也会产生缺少，导致识别错误。
本实施例采用双模式扫描，算法采用旧纸币图像中的明图像进行识别，采用新纸币图像中的暗图像进行识别，其纸币号码图像清晰，适合算法进行定位纸币号码位置及正确识别。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种纸币号码识别装置，包括：
一接触式传感器，用以通过透射成像方式采集纸币图像数据；
一白光LED透射光源板，设置在该接触式传感器正前方，为该接触式传感器采集纸币图像数据提供一透射光源；
一图像采集处理板，其通过数据线与该接触式传感器连接，该图像采集处理板上集成有一现场可编辑逻辑门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）和一数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP），该现场可编辑逻辑门阵列用以控制白光LED透射光源板亮灭及驱动CIS获取图像，该数字信号处理器用以对纸币图像数据进行处理识别；以及
两对位置传感器，设置在纸币输送通道上距离该接触式传感器一预定距离处，用以检测是否有纸币进入该纸币识别装置；
其特征在于，该白光LED透射光源板具有强弱两种光源模式，且该两种光源模式交替为该接触式传感器采集纸币图像数据提供透射光源。
2.如权利要求1所述的纸币号码识别装置，其特征在于，该强弱两种光源模式通过该现场可编辑逻辑门阵列控制该白光LED透射光源板的导通时间形成，导通时间长，形成强光模式，导通时间短，形成弱光模式，形成强光模式的导通时间与形成弱光模式的导通时间之比为3:1。
3.如权利要求1所述的纸币号码识别装置，其特征在于，该图像采集处理板上还集成有一存储器，该存储器包括两个缓存区和一寄存器，该缓存区用以存储该接触式传感器采集的纸币图像数据，该寄存器用以表示缓存区内纸币图像数据的类型：1表示强光图像数据，0表示弱光图像数据。
4.如权利要求1所述的纸币号码识别装置，其特征在于，该现场可编辑逻辑门阵列内部设置有一周期为0.125ms的时钟MCLK和一个行计数器。
5.一种纸币号码识别方法，包括：
步骤1，通过透射成像方法且在透射光源强光模式和弱光模式交替照射情况下获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据；
步骤2，对该弱光图像数据进行边沿检测，获取图像的四个边沿，确定目标图像；
步骤3，对目标图像处理，辨认出纸币的版本，面值，面向，定位纸币号码区域；
步骤4，调用模式识别算法，使用基于人工神经元网络的模式识别方法，将纸币图像的灰度和阈值比较，辨认纸币新旧程度，如果是旧纸币，使用该强光图像数据进行识别；如果是新纸币，选择该弱光图像数据进行识别；以及
步骤5，输出号码识别结果。
6.根据权利要求5所述的自助终端状态监控方法，其特征在于，步骤2中先获取纸币图像的四个顶点坐标，采用最小二乘直线拟合方法，计算出纸币边框所在的直线斜率，然后获取图像的四个边沿。
7.根据权利要求5所述的自助终端状态监控方法，其特征在于，步骤1中获取纸币的一强光图像数据和一弱光图像数据的具体过程包括：
步骤101，检测位置传感器状态；
步骤102，判断位置传感器是否被触发，判断为是，则转入步骤103，否则回到步骤101；
步骤103，开始扫描，获取纸币图像数据，行计数器清零，然后转入步骤104；
步骤104，检测MCLK上升沿；
步骤105，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤106，如果否，则回到步骤104；
步骤106，LED切换强光照射；
步骤107，FPGA驱动CIS采集一行图像数据，然后同时转入步骤108和步骤120，步骤108及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；
步骤108，再次检测MCLK上升沿；
步骤109，判断是否检测到该MCLK上升沿，如果是，则转入步骤110，如果否，则回到步骤108；
步骤110，LED切换弱光照射；
步骤111，FPGA驱动CIS再采集一行数据，然后同时转入步骤112和步骤120，步骤112及其后续步骤与步骤120及其后续步骤并行处理；
步骤112，FPGA行计数器加2；
步骤113，判断FPGA行计数器是否等于960，如果是，转入步骤114，如果否，回到步骤104；
步骤114，图像采集完成，结束扫描；
步骤120，DSP进入中断服务程序；
步骤121，检测图像类型寄存器；
步骤122，判断图像是否属于强光图像数据，如果是，则转入步骤123，如果否，则转入步骤124；
步骤123，将该行数据存入强光图像缓存区；
步骤124，将该行数据存入弱光图像缓存区。
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