CN104123779A

CN104123779A - 硬币隐形图案检测方法及其检测装置

Info

Publication number: CN104123779A
Application number: CN201410073652.8A
Authority: CN
Inventors: 张正; 王学文; 李志军; 曹扬; 郑镇鑫; 刘艳华
Original assignee: SHENYANG MINT CO Ltd; ZHONGCHAO GREATWALL FINANCIAL EQUIPMENT HOLDING CO Ltd; China Banknote Printing and Minting Corp
Current assignee: Shenyang Mint Co ltd; Zhong Chao Great Wall Financial Equipment Holding Co ltd; China Banknote Printing and Minting Group Co Ltd
Priority date: 2013-08-31
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: CN104123779B

Abstract

本发明提供了一种硬币隐形图案检测方法，包括如下步骤：（1）在第一工位采集硬币的表面图像，根据表面图像计算硬币在机械传动装置上的角度状态信息；（2）根据角度状态信息，计算第二工位所需要的光照角度并确定光源信息；（3）根据光源信息，在硬币通过第二工位时进行针对性打光，并采集每次打光对应的隐形图案图像；（4）根据隐形图案图像，对硬币的隐形图案防伪特征进行质量判别。同时，本发明还提供了用于实现上述检测方法的检测装置，通过在该检测装置中设置双检测工位，可以实现采集硬币隐形图案图像时的针对性打光，提高硬币隐形图案防伪特征的检测效率。

Description

硬币隐形图案检测方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测硬币隐形图案的方法，同时涉及一种用于检测硬币隐形图案的装置，属于硬币质量检测技术领域。

背景技术

硬币的隐形图案是指通过隐形雕刻技术在硬币表面形成的图案，该图案由两种或多种不同的图形在同一区域叠加而成，在不同角度的光照下会呈现出不同的图像，具有较强的防伪性能。隐形雕刻技术具有制造精度要求高、仿制难度大、公众易于识别的特点。随着硬币制造工艺的不断发展和对硬币防伪的迫切需求，隐形雕刻技术作为硬币防伪的一种重要手段，越来越多地被应用到硬币的设计制造中。其中，硬币双面隐形图纹和多面隐形图纹的雕刻技术，可以分别参见公开号为CN102488366A的中国发明专利申请和公开号为CN100515802C的中国发明专利文件中的内容。

硬币的隐形图案制作难度高，在生产工艺环节需要对硬币隐形图案的制造精度进行检测，确保出厂硬币隐形图案的正确性和一致性。而在硬币流通领域，也需要对硬币的隐形图案进行检测以判断硬币的真伪。因此，从上述角度出发，需要提供用于检测硬币隐形图案的设备和方法。

例如，公开号为CN102332187A的中国发明专利申请中公开的硬币检测设备，包含了用于测量硬币表面隐形图案的隐形雕刻检测相机和对应的隐形雕刻检测光源，其中，该隐形雕刻检测光源包括多个圆弧灯，在检测时，选择性地开启圆弧灯中的一个或多个，以获得硬币一侧视角所能观察到的图像，可用于检测硬币的隐形雕刻防伪特征。又如，公开号为CN202394024U的中国实用新型中公开的用于拍摄隐形图像的成像装置。该成像装置包括相机组合装置及LED光源，该相机组合装置包括若干周边相机，该LED光源朝向高速运动的硬币表面，该LED光源发出的光经过硬币表面的反射，进入对应的相机镜头，该多个周边相机的组合关系为：当硬币的旋转角度不同时，总有至少两个相机可以拍摄到硬币上的隐形图案。

上述两种检测设备中均配备了多个光源和多个相机，为了获得硬币的隐形图案，需要其中部分相机和光源组合使用。上述两种检测装置中，对于相机和光源之间的配合关系无法提前确定，在硬币隐形图案检测过程中，需要所有的相机和光源参与工作，以获得硬币的隐形图案。在这种工作方式下，相机和光源的开启无针对性。然而，对于高速运动的硬币，为了保证硬币隐形图案的成像效果，需要提前确定硬币在传送装置上的角度状态，从而确定正确的光源照射角度，以通过两次或多次拍摄获得不同的隐形图案。而现有技术中，尚未出现一种可以针对性开启光源的硬币隐形图案检测装置。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种硬币隐形图案检测方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种硬币隐形图案检测装置。

为了实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种硬币隐形图案检测方法，包括如下步骤：

（1）在第一工位采集硬币的表面图像，根据所述表面图像计算硬币在机械传动装置上的角度状态信息；

（2）根据步骤（1）中获得的所述角度状态信息，计算第二工位所需要的光照角度并确定需要开启的光源信息；

（3）根据步骤（2）计算获得的光源信息，在硬币通过所述第二工位时进行针对性打光，并采集每次打光对应的隐形图案图像；

（4）根据步骤（3）采集的所述隐形图案图像，对硬币的隐形图案防伪特征进行质量判别。

其中较优地，在所述步骤（3）中，控制分段低角度环形光源或多层分段低角度光源中的对应段进行多次针对性打光，同时，相机进行相应次数的拍摄，获得硬币的多张隐形图案图像。

其中较优地，在所述步骤（4）中，对所述步骤（3）采集的隐形图案图像进行隐形雕刻区域定位，然后将所述隐形雕刻区域的隐形图案与标准图案进行比对，判断隐形图案防伪特征的正确性。

一种用于实现上述检测方法的硬币隐形图案检测装置，包括机械传动装置、信号检测***、光学成像***、电气控制***和图像分析***，

其中，所述机械传动装置用于输送硬币，在所述机械传动装置上设置有第一工位和位于所述第一工位后方的第二工位；

所述信号检测***用于检测所述硬币是否经过所述机械传动装置的特定位置，并实时给出脉冲信号至所述电气控制***；所述信号检测***包括分别设置于所述第一工位前方和所述第二工位前方的两套信号检测设备；两套所述信号检测设备分别与所述电气控制***连接；

所述光学成像***用于采集所述硬币的图像数据，所述光学成像***包括分别布置于所述第一工位和所述第二工位的第一成像设备和第二成像设备，所述第一成像设备用于采集所述硬币的表面图像，所述第二成像设备用于采集所述硬币的隐形图案图像；所述第一成像设备和所述第二成像设备均与所述电气控制***和所述图像分析***连接；

所述图像分析***用于接收所述光学成像***采集的图像数据并进行分析；所述图像分析***和所述电气控制***连接，所述电气控制***用于接收所述信号检测***的脉冲信号并结合所述图像分析***的计算结果控制所述光学成像***的图像采集活动；

所述图像分析***用于接收所述第一成像设备采集的硬币的表面图像，并计算硬币在所述机械传动装置中的角度状态信息；所述电气控制***用于根据硬币在所述机械传动装置中的角度状态信息，确定第二工位采集隐形图案图像所需要的光照角度和需要开启的光源，并在第二工位的光源动作时，控制对应段的光源进行两次或多次的打光；同时，所述图像分析***用于接收所述第二成像设备采集的硬币的隐形图案图像，并利用图像处理算法对硬币隐形图案防伪特征进行质量判别。

其中较优地，所述第二成像设备包括分段低角度环形光源和/或多层分段低角度光源。

其中较优地，所述信号检测设备是光电对管。

其中较优地，所述电气控制***包括设置于所述机械传动装置上的编码器；所述电气控制***用于负责控制整个检测装置的时序动作，所述电气控制***用于接收所述光电对管的脉冲信号，记录硬币经过的事件，并对所述编码器进行计数，准确跟踪对应硬币在所述机械传动装置上的实时位置，控制相机和光源在所述硬币到达所述第一工位和所述第二工位时进行相应动作。

本发明提供的硬币隐形图案检测方法及其检测装置，采用双检测工位设置方式，通过在第一工位获得硬币在机械传动装置上的角度信息状态，确定硬币在第二工位时采集隐形图案图像时需要的光照角度和需要开启的光源，从而在第二工位提供有针对性的光照并进行相应的隐形图案图像采集。该检测方法可以实现硬币隐形图案检测的针对性打光，提高了检测效率，适用于各种规格的硬币质量检测，尤其适用于大规模的硬币隐形图案防伪特征在线检测。

附图说明

图1是硬币隐形图案检测设备的整体结构框图；

图2是某种10元硬币图像；

图3是分段低角度光源打光方法示意图；

图4A是第二工位对图2所示10元硬币隐形图案的成像效果图一；

图4B是第二工位对图2所示10元硬币隐形图案的成像效果图二；

图5是分层分段低角度光源打光方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做详细说明。

本发明提供的硬币隐形图案检测方法（下面简称检测方法），首先通过在第一工位采集硬币的表面图像，确定硬币在机械传送装置上的角度状态信息；接着通过该角度状态信息确定采集隐形图案图像时需要的光源照射角度及相应光源；然后在第二工位采用该角度进行针对性打光，并分别采集对应角度的隐形图案图像；最后通过对采集到的隐形图案图像进行隐形图案提取，并将之与标准图案比对，判断硬币的真伪。在该检测方法中，采集硬币的隐形图案图像时可以进行针对性的打光，从而保证了隐形图案图像的成像效果，并提高了隐形图案的检测效率。

具体来说，该检测方法包括如下步骤：（1）在第一工位采集硬币的表面图像，根据该表面图像计算硬币在机械传动装置上的角度状态信息；（2）根据步骤（1）中获得的角度状态信息，计算第二工位所需要的光照角度并确定需要开启的光源信息；（3）根据步骤（2）计算获得的光源信息，在第二工位进行针对性打光，并采集每次打光对应的隐形图案图像；（4）根据步骤（3）采集的隐形图案图像，对硬币的隐形图案防伪特征进行质量判别。

其中，在步骤（3）中，为了实现硬币的隐形图案图像采集，需要提供多角度的光照，进行多次拍摄。所以，在该步骤中，采用分段低角度光源打光方法或者分层分段低角度光源打光方法进行光源照射。通过控制分段低角度环形光源或多层分段低角度光源中的对应段进行多次针对性打光，同时相机进行相应次数的拍摄，获得硬币的多张隐形图案图像。分段低角度打光方法和分层分段低角度光源打光方法将在下文结合图3和图5分别进行讲述。

最终，在步骤（4）中，通过对步骤（3）采集的隐形图案图像利用先进的计算机视觉技术和图像处理算法进行处理，定位硬币和隐形雕刻区域，并将隐形雕刻区域的隐形图案与标准图案进行比对，判断隐形图案防伪特征的正确性。

为了实现上述检测方法，本发明还提供了与之对应的硬币隐形图案检测装置（简称检测装置）。如图1所示，该检测装置包括机械传动装置、信号检测***、光学成像***、电气控制***和图像分析***。

其中，机械传动装置用于输送硬币，在机械传动装置上设置有第一工位和位于第一工位后方的第二工位，当硬币在机械传动装置上被输送时，依次通过第一工位和第二工位。为了保证硬币的平稳输送，可以采用皮带传送的方式实现硬币的输送，输送平稳且对硬币损伤很小。在该机械传动装置上还设置有与电机同轴的编码器，编码器与皮带运动相对应，并且，编码器与电气控制***连接。

信号检测***用于检测硬币是否经过机械传动装置的特定位置，并实时给出脉冲信号至电气控制***。信号检测***包括分别设置于第一工位前方和第二工位前方的两套信号检测设备，两套信号检测设备分别与电气控制***连接。在该实施例中，在两个监测点各设置有一个光电对管，分别用于检测硬币是否进入第一工位前方和第二工位前方的特定检测区域，从而以此判断硬币进入第一工位和第二工位的时刻。

光学成像***用于采集硬币的图像数据，光学成像***包括分别布置于第一工位和第二工位的第一成像设备和第二成像设备，第一成像设备和第二成像设备均与电气控制***和图像分析***连接。其中，第一成像设备用于采集硬币的表面图像，第二成像设备用于采集硬币的隐形图案图像。

每套成像设备中分别包括光源和相机，其中，第一成像设备中的光源只要满足硬币表面照明即可，对于光源的设置没有特殊的要求；而且，通过第一成像设备中的相机采集的硬币表面图像，还可以对硬币的其他防伪特征进行检测，而第二成像设备为了保证隐形图案的拍摄，需要提供特定角度/高度光源的照射。为了保证硬币的隐形图案图像的采集，第二成像设备中配备了可以分段/分层打光的低角度光源，例如采用分段低角度环形光源或者多层分段低角度光源。其中，分段低角度环形光源是指由多段独立的弧形光源组成一个环形光源整体；每段弧形光源可独立开启和关闭，通过组合使用不同段的光源进行光照，可以拍摄同一水平高度使用不同光照角度的隐形图案。多层分段低角度光源是指由多段独立的光源分层设置构成的光源整体，每层可以设置一段或多段光源，每段光源可独立开启和关闭，通过组合使用不同层不同段的光源进行光照，可以拍摄不同光照高度和不同光照角度的隐形图案。而通过预先确定的打光角度，控制相应段的光源进行多次打光，采集每次打光相应的反射图像即可精确获得硬币的隐形图案图像。在该检测装置中，在每个工位，可以仅设置一台相机用于采集硬币的图像数据。

图像分析***用于接收光学成像***采集的图像数据并进行分析。图像分析***和电气控制***连接，电气控制***用于接收信号检测***的脉冲信号并结合图像分析***的计算结果控制上述光学成像***的图像采集活动。图像分析***接收第一成像设备采集的硬币的表面图像，并计算硬币在机械传动装置中的角度状态信息；电气控制***根据硬币在机械传动装置中的角度状态信息，确定第二工位采集隐形图案图像所需要的光照角度和需要开启的光源，并在第二工位的光源动作时，控制对应段的光源进行两次或多次的打光。同时，图像分析***接收第二成像设备采集的硬币的隐形图案图像，并利用图像处理算法对硬币隐形图案防伪特征进行质量判别。

在该检测装置中，电气控制***用于控制整个检测装置的时序动作。电气控制***包括设置于机械传动装置上与电机轴连接的编码器。电气控制***通过接收光电对管的脉冲信号，记录硬币经过的事件，并对编码器脉冲进行计数，准确跟踪对应硬币在机械传动装置上的实时位置，控制相机和光源在对应硬币到达第一工位和第二工位时进行相应动作。具体来说，机械传动装置通过皮带传输的方式输送硬币依次经过第一工位和第二工位；信号检测***将编码器脉冲信号连续发送给电气控制***，同时利用光电对管在硬币经过特定位置时给电气控制***发送脉冲信号，这样电气控制***就能计算获得所有硬币随皮带运动的精确位置，从而准确控制设置于第一工位和第二工位的相机和光源在相应时刻进行相应动作。

在该检测装置中，通过在第一工位获得的硬币在机械传动装置上的角度状态信息，确定在第二工位采集硬币隐形图案图像所需的光源角度及所需开启的光源。该功能通过图像分析***和电气控制***的共同作用实现。图像分析***接收第一成像设备采集的硬币的表面图像，快速计算获得硬币在机械传动装置中的角度状态信息，然后将计算结果发送给电气控制***。电气控制***接收该计算结果后，计算出第二工位采集隐形图案图像所需要的光照角度和需要开启的光源，并在第二工位的光源动作时，控制对应段的光源进行两次或多次的打光。

最后，图像分析***接收第二成像设备采集的硬币的隐形图案图像，并利用图像处理算法对硬币隐形图案防伪特征进行质量判别。例如，对该隐形图案图像进行预处理，对硬币及隐形雕刻区域进行定位，然后利用先进的计算机视觉技术和图像处理算法对隐形图案图像进行处理，并将隐形雕刻区域的隐形图案与标准图案进行比对，判断隐形图案防伪特征的正确性。

上面对本发明提供的硬币隐形图案的检测装置进行了介绍，下面结合图2至图5，以检测某种10元硬币表面的隐形图案图像为例，对该检测方法及其检测装置进行说明。

图2所示为10元新台币的正面图像，其中，位于10元新台币黑色虚线框内的区域为硬币的两个隐形图案区域，在上方的隐形图案区域内雕刻有“国泰”和“民安”重叠的图像，中间的隐形图案区域内雕刻有“台湾岛”和“梅花”重叠的图像。同时，在该图中给出了两个最佳打光方向，以图2中硬币所在的方位，可以从硬币的左右两侧低角度打光。通过从图2右侧打光（参见图2的最佳打光方向1）可以观察到“民安”和“梅花”图案；通过从图2左侧打光（参见图2的最佳打光方向2）可以观察到“国泰”和“台湾岛”的图案。为此，在对该新台币进行隐形图案检测时，选择采用分段的低角度光源，各弧段由电气控制***单独控制进行有针对性的多次频闪发光，同时采集每次打光对应的隐形图案图像。

在检测设备运行过程中，图像分析***接收第一工位拍摄的硬币图像，利用计算机视觉算法快速计算硬币角度，并将结果发送给电气控制***。由于采用皮带传输，硬币与皮带之间无相对滑动，所以可以认为硬币从第一工位到第二工位相对于皮带的角度朝向无变化。从而当编码器计数值确定该枚硬币通过第二工位的相机视场时，电气控制***根据得到的角度信息控制分段低角度光源相应段进行连续两次或两次以上的针对性打光。

在该实施例中，打光方法如图3所示，通过控制8段低角度环形光源中，分别位于10元新台币左右两侧的四个打光弧段进行两次打光，获得该硬币的两种隐形图像。以图3所示的方位为例，该硬币在传送带上以45°角的方向放置，此时，控制右上角的两个弧段进行第一次打光，控制左下角的两个弧段进行第二次打光，打光弧段在8段低角度光源中的具***置参见图3。

在打光同时，电气控制***同步触发第二工位相机进行连续拍摄，获得如图4A和图4B所示的两幅或多副连续帧图像。图4A的图像表现出“民安”和“梅花”图案的图像；图4B的图像表现出“国泰”和“台湾岛”图案的图像，图像分析***得到该图像后对硬币及隐形雕刻区域进行定位，然后将拍摄得到的隐形图案与标准图案进行比对，判断隐形图案的正确性。

此外，考虑到硬币隐形图案的成像质量不仅仅与光源在水平方向的照射角度有关，部分硬币的隐形图案成像还与光源在竖直方向的照射角度有关。因此，在该检测装置中，在第二工位还可以设置多层分段低角度光源，通过不同高度光源进行分层分段低角度的光源照射方式获得硬币的隐形图案图像。多层分段低角度光源是指分别在不同高度上设置分段光源。例如在图5所示的实施例中，设置有上层光源（参见图5所示的第二层光源）和下层光源（参见图5所示的第一层光源）两层光源，通过控制第一层光源和第二层光源分别光照，可以获得硬币分别在两个高度进行光照时的隐形图案图像，从而尽可能地模拟肉眼在观察隐形图案时的方式，以提高隐形图案成像的效果和稳定性。

综上所述，本发明所提供的硬币隐形图案检测方法及其检测装置，主要利用硬币表面的隐形雕刻图案在不同角度光照下呈现不同的图像的特点，在采集硬币隐形图案图像时提供针对性的光源照射。该检测装置通过设置于第一工位的前置相机获取硬币的表面图像，计算得到硬币在机械传动装置上的角度状态，然后在第二工位采用分段低角度的光源照射方式对硬币进行多次针对性打光，同时采用高帧率相机在硬币经过视场时进行两次或多次拍摄获得硬币的隐形图案图像，并最终，利用先进的计算机视觉及图像处理技术对拍摄得到的硬币的隐形图案进行自动化检测和分析，获得检测结果。

该硬币隐形图案检测方法及其检测装置可以适用于各种规格的硬币质量的隐形图案检测。而且，在该检测装置中，第一工位的光源设置方式比较灵活，在保证角度计算的基础上完全可以同时满足硬币表面的其他特征的检测要求。此外，电气控制***利用光电对管和编码器信号能够准确把握硬币在皮带上的位置，根据得到的硬币角度信息，可以保证第二工位针对隐形图案的打光和图像采集具有很高的一致性，从而突出表现隐形图案在特定光照下的特征，有利于算法的检测和分析。

上面对本发明所提供的硬币隐性图案的检测方法及其检测装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种硬币隐形图案检测方法，其特征在于包括如下步骤：

（2）根据步骤（1）中获得的所述角度状态信息，计算第二工位所需要的光照角度并确定二工位拍摄该枚硬币时需要开启的光源信息；

（3）根据步骤（2）计算获得的光源信息，在该枚硬币通过所述第二工位时进行针对性打光，并采集每次打光对应的隐形图案图像；

2.如权利要求1所述的硬币隐形图案检测方法，其特征在于：

在所述步骤（3）中，控制分段低角度环形光源或多层分段低角度光源中的对应段进行多次针对性打光，同时，相机进行相应次数的拍摄，获得硬币的多张隐形图案图像。

3.如权利要求1所述的硬币隐形图案检测方法，其特征在于：

在所述步骤（4）中，对所述步骤（3）采集的隐形图案图像进行隐形雕刻区域定位，然后将所述隐形雕刻区域的隐形图案与标准图案进行比对，判断隐形图案防伪特征的正确性。

4.一种用于实现权利要求1所述硬币隐形图案检测方法的硬币隐形图案检测装置，其特征在于：包括机械传动装置、信号检测***、光学成像***、电气控制***和图像分析***，

5.如权利要求4所述的硬币隐形图案检测装置，其特征在于：

所述第二成像设备包括分段低角度环形光源和/或多层分段低角度光源。

6.如权利要求4所述的硬币隐形图案检测装置，其特征在于：

所述信号检测设备是光电对管。

7.如权利要求6所述的硬币隐形图案检测装置，其特征在于：

所述电气控制***包括设置于所述机械传动装置上的编码器；所述电气控制***用于负责控制整个检测装置的时序动作，所述电气控制***用于接收所述光电对管的脉冲信号，记录硬币经过的事件，并对所述编码器进行计数，准确跟踪对应硬币在所述机械传动装置上的实时位置，控制相机和光源在所述硬币到达所述第一工位和所述第二工位时进行相应动作。