CN104200562A - 一种双cis纸币鉴别仪图像采集处理方法及电路 - Google Patents

Abstract

一种双CIS纸币图像采集处理方法及电路，其两根CIS图像传感器分别采集纸币正反两面的图像数据，包括a）正反两面的二幅图像数据输入协处理电路；b)协处理电路对采集到的该二幅图像数据进行逐行重排和灰度校正；c)协处理电路将重排和灰度校正后的该二幅图像组合成一幅大图像输出；d)数字信号处理器的一个视频输入接口接收协处理电路输出的图像数据，并对该图像数据中正反两面的图像分别进行纸币的识别、鉴伪等处理。本发明在协处理电路中对两幅纸币图像进行了拼接处理，一片数字信号处理器只要有一个视频输入接口即可同时处理正、反二面的图像信号。同时，采用两倍像素位宽的方法输出图像数据，充分利用了数字信号处理器的总线资源，提高了利用率。

Description

一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理方法及电路

【技术领域】

本发明涉及一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理方法，还涉及一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理电路，适用于各种点钞机、清分机及对纸币鉴别相关领域。 

【背景技术】

社会上各种***层出不穷，随着不法份子制假技术的提高，***的仿真度越来越高，对金融安全构成了威胁，影响了社会稳定。如何防止***流入市场已经成为各大金融机构以及广大社会民众关注的焦点。 

各国纸币都有防伪设计，在不同的光照条件下有不同的防伪特征。因此人们可以利用这些特征用人眼观察，或通过特殊的成像设备观察的方式进行人工鉴伪。但人工鉴伪不适用大批量纸币的鉴伪。早期的纸币点钞机、清分机主要通过读取纸币的磁性防伪特征进行鉴伪，但不法分子的造假手段也在提高，一些***的磁性特征已足以乱真，特别是拼凑币可能具有真币的磁性防伪特征。随着科学技术的发展，利用成像技术及图像处理的方法提高纸币鉴别仪的***识别能力已经成为是一种有效的手段，如利用红外成像技术能够有效实现覆盖整张纸币的鉴伪。 

目前，基于图像分析的自动化纸币图像分析设备往往采用线阵图像传感器 来采集图像数据，再将图像数据交由数字信号处理器进行纸币的检测和识别。一般需要用一个线阵图像传感器采集纸币一面的图像，用另一个线阵图像传感器采集纸币另一面的图像，需要用二片具有数字视频输入接口的数字信号处理芯片，或一片具体二个数字视频输入接口的数字信号处理芯片，才能处理分别来自二个线阵图像传感器的二路图像信号，因此成本较高。 

【发明内容】

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理方法及电路。采用本发明提出的双CIS纸币图像采集处理方法及其电路，可以实现用两根CIS图像传感器采集纸币正反两面的图像，同时只需要具有一个视频输入接口的数字信号处理器的就可同时接收和处理两幅图像，降低了纸币鉴别仪硬件成本。采用本发明提出的双CIS纸币图像采集处理电路，可以实现双CIS纸币图像采集处理的功能。 

本发明所要解决的技术问题是采用只有一个数字视频输入接口的廉价的数字信号处理芯片，如DM6437，同时采集和处理分别来自二个线阵图像传感器(如CIS，接触式图像传感器)的二路图像信号。本发明提出一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理方法，利用该方法可以用两根CIS图像传感器采集纸币的正反两面的图像信息，该方法利用两根CIS图像传感器采集纸币正反两面的两幅图像信息，并由协处理电路对两幅图像信息进行处理，拼接成一幅大图像传送给数字信号处理器。本发明还提出一种双CIS纸币鉴别仪图像采集处理电路，可以实现上述双CIS纸币鉴别仪图像采集处理方法。由于传统的方法都是 用数字信号处理器的一个视频输入接口接收一个CIS图像传感器采集到的纸币图像数据，若要采集多幅图像，则需要多个只有一个视频信号输入接口的数字信号处理器芯片，或需要一片具有多个视频信号输入接口的数字信号处理器芯片，成本较高。但本方法只需要有一个视频输入接口的一片数字信号处理器就可以采集二面纸币图像，大大减少了硬件开发成本。 

本发明所采用的技术方案是：一种双CIS纸币图像采集处理方法，两根CIS图像传感器分别采集纸币正反两面的图像数据，包括a)正反两面的二幅图像数据输入协处理电路；b)协处理电路对采集到的该二幅图像数据进行逐行重排和灰度校正；c)协处理电路将重排和灰度校正后的该二幅图像组合成一幅大图像输出；d)数字信号处理器的一个视频输入接口接收协处理电路输出的图像数据，并对该图像数据中正反两面的图像分别进行纸币的识别、鉴伪等处理。所述的协处理电路是指可编程逻辑器件或专用集成电路。 

上述方法中，所述的将二副图像组合成一幅大图像的方法是指，两根CIS图像传感器采集到的每行图像数据在协处理电路中一行在左另一行在右拼接成一两倍宽度的大图像行。 

上述方法中，协处理电路输出图像数据时，采用二倍像素位宽输出图像数据到数字信号处理器。 

上述方法中，协处理电路对输入的每行数据进行处理，逐行获取统计数据和边界数据，作为图像的附加数据。所述的每行纸币图像数据还包括所述的附加数据。 

上述方法中，协处理电路在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号时， 开始采集图像A的数据，若这时正在采集图像B，则先终止采集图像B，再立即开始采集图像A的数据；在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号结束时，结束图像A的采集，并立即开始采集图像B；在来自第二CIS的数字信号中检测到来币信号结束时结束图像B的采集。 

为实施上述方法解决解决上述技术问题，本发明还提出一种双CIS纸币图像采集处理电路，包括两根CIS图像传感器，模数转换电路，协处理电路，数字信号处理器。 

上述电路具体包括：a)两根CIS图像传感器分别采集纸币正反两面的二幅图像数据；b)模数转换电路将CIS图像传感器输出的各路模拟图像信号转换成数字图像信号，CIS图像传感器中内嵌模数转换电路时，CIS图像传感器直接输出数字图像信号，CIS图像传感器中不内嵌模数转换电路时，CIS图像传感器输出模拟图像信号；模数转换电路输出数字图像信号到协处理电路；c)协处理电路接收模数转换电路输出的数字图像信号，并对采集到的图像数据进行逐行重排和灰度校正，并将该二幅图像组合成一幅大图像输出；d)数字信号处理器具有至少一个视频输入接口，用于接收协处理电路输出的图像数据，并对其中的正反两面的图像分别进行纸币的识别、鉴伪等处理。上述电路中，协处理电路采用二倍像素位宽输出图像数据到数字信号处理器。 

上述电路中，所述的协处理电路对输入的每行数据进行处理，逐行获取统计数据和边界数据，作为图像的附加数据；所述的每行纸币图像数据还包括所述的附加数据。 

上述电路中，协处理电路在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号时， 开始采集图像A的数据，若这时正在采集图像B，则先终止采集图像B，即在随后的行无效期发送图像采集结束信号，再立即开始采集图像A的数据；在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号结束时，在随后的行无效期发送图像采集结束信号，结束图像A的采集，并立即开始采集有效图像B；协处理电路在来自第二CIS的数字信号中检测到来币信号结束时发送图像结束信号，结束图像B的采集。 

本发明有益效果：由于本发明在协处理电路中对两幅纸币图像进行了拼接处理，一片数字信号处理器只要有一个视频输入接口即可同时处理正、反二面的图像信号。同时，采用两倍像素位宽的方法输出图像数据，充分利用了数字信号处理器的总线资源，提高了利用率。 

为使更进一步了解本发明的特征和技术内容，详见本发明附图和实施方式，然而所附图式仅供参考与说明用，并非是对本发明加以限制。 

【附图说明】

图1是本发明中双CIS纸币图像采集处理方法的一个实施例的流程图； 

图2是本发明中经过协处理电路处理拼接后一行纸币图像实施例的示意图； 

图3是本发明中协处理电路采集纸币图像的一个存储结构实施例的示意图； 

图4是本发明中协处理电路采用两倍像素位宽输出纸币图像的一个实施例示意图； 

图5是本发明中图像采集处理电路的一个实施例的结构示意图； 

图6是本发明中中图像采集及数据处理电路的一个实施例的结构示意图。 

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明： 

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明： 

图1为本发明中图像采集及数据处理方法的一个实施例的流程图，包括以下步骤： 

步骤一：二根CIS图像传感器逐行获取纸币正反面模拟图像信号S102。可编程逻辑器件或专用集成电路控制CIS图像传感器的曝光、光源发光和输出时钟等相关信号。逐行获取纸币图像时，光源的发光方式和发光时间可以周期性逐行改变，如可以采用白光透射、白光反射、红外透射、红外反射、紫外反射、各种单色光反射或透射等发光方式。CIS图像传感器可采集逐行曝光不同的纸币图像。 

步骤二：对所获取的纸币图像模拟信号进行模数变换得到数字图像信号S103。 

步骤三：正反两面二路图像数据输入协处理电路S104。即模数变换得到一种或多路数字图像信号逐一输入协处理电路。 

步骤四：对数字图像信号进行重排、灰度校正、数据处理S105。 

对数字图像信号进行重排处理，是因为一些线阵图像传感器为了提高输出速度，采用分段同时输出方式，因此采集后的数据需要进行重排序，目前的纸币鉴别仪一般都作这样的处理，具体为通过控制写入或读出RAM的地址实现，得到按纸币图像像素顺序输出的纸币图像信息。如果线阵图像传感器只有单输出端，或输出不需要重排的数字信号，则不需要重排处理。 

对数字图像信号校正是指对采集到的纸币图像像素进行灰度校正。由于光照不均匀、线阵图像传感器各个感光单元(像素)的感光灵敏度和暗电流不一致等原因，采集到的纸币图像会有严重的灰度不一致性，必须进行灰度校正，才能获得正确的纸币图像。上述的灰度校正是指对所采集的纸币图像进行线性或非线性变换。具体地是对线阵图像传感器的模拟输出值，即被获取的纸币图像，经模数变换后进行校正，使之能正确地反映纸币图像信息。具体做法是对线阵图像传感器输出的被获取的纸币图像取样、量化后，对它的明输出和暗输出进行线性或非线性变换补偿。 

对数字图像信号进行数据处理是指，对当前行图像像素进行处理，从而得到纸币的来币信号、边界数据，如纸币覆盖区域开始和结束位置、纸币孔缝和透明区域位置。除此之外，对数字图像信号进行数据处理还包括统计当前行图像的像素之和、像素平均值等统计数据。上述数据信息将作为附加数据嵌入图像行中。 

步骤五：将重排和校正后的两幅数字图像拼接成一大图像S106。例如，一幅图像每行有效像素为1440个，则两幅图像拼接后的大图像，每行有效像素就为2880个。优选的是两根CIS图像传感器采集到的每行图像数据在协处理电路中一行在左另一行在右拼接成一两倍宽度的大图像行。当然也可以采用其它拼接方法，如逐像素相间、分段相间等。 

步骤六：将拼接成的大图像输入数字信号处理器进行纸币图像检测与识别S106。纸币图像检测与识别方法可以采用已有的各种方法，实现纸币币种、面值、面向、序列号等识别，以及纸币的污损检测，***识别等。如采用灰度匹 配和特征匹配等图像匹配的方法。其中灰度匹配包括利用误差绝对值之和判断图像之间的相似程度；特征匹配包括利用纹理特征、形状特征等，或利用角点、边缘点进行相似度匹配。 

图2为本发明一个实施例的经过协处理电路处理拼接后的一行纸币图像示意图。在本例中，协处理电路将两幅纸币图像一幅在左另一幅在右拼接成一幅两倍宽度的大图像，其输出的图像数据每行2975字节，每像素1字节(8位)，每行图像数据有2880个像素点，存放在第0～2879字节位置。具体的，第一CIS采集到的纸币图像存放在0～1439字节位置，其中48～1372为纸币覆盖区域的图像数据，其它为无纸币覆盖区域的图像数据；第二CIS采集到的纸币图像存放在1440～2879字节位置，1488～2812为纸币覆盖区域的图像数据，其他为无纸币覆盖区域的图像数据。2880～2975位置为附加数据，共96个附加数据位置。 

图3为本发明另一个实施例的经过协处理电路处理拼接后的一行纸币图像的示意图。在本例中，协处理电路将两幅纸币图像一幅在左另一幅在右拼接成一幅两倍宽度的大图像，其输出的图像数据每行3072字节，每像素1字节(8位)。具体的，第一CIS采集到的纸币图像存放在0～1439字节位置，其中48～1248为纸币覆盖区域的图像数据，其它为无纸币覆盖区域的图像数据；第二CIS采集到的纸币图像存放在1536～2975字节位置，1584～2784为纸币覆盖区域的图像数据，其他为无纸币覆盖区域的图像数据。1440～1535位置为第一CIS对应的附加数据1，共96个附加数据位置。2976～3071位置为第二CIS对应的附加数据2，共96个附加数据位置。 

图4为本发明中协处理电路采集纸币图像的一个存储结构实施例的示意图。本例中，纸币先到达第一CIS，再到达第二CIS，先经过第一CIS，再经过第二CIS，每一行由两个CIS采集到的各一行拼接而成，左侧为第一CIS采集到的纸币图像，右侧为第二CIS采集到的纸币图像。由于纸币到达两个CIS传感器在时间上有先后顺序，因此会出现只有第一CIS或第二CIS有有效图像的情况，此时，空白部分由填充数据填满。具体地，协处理电路在来自第一CIS的信号中检测到来币信号时开始采集有效图像A的数据，在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号结束时，在随后的行无效期发送一帧同步信号，即结束当前图像A的采集，并立即开始采集图像B；协处理电路在来自第二CIS的信号中检测到来币信号结束时，停止当前图像B的采集。若正在采集图像B时，在来自第一CIS的信号中检测到来币信号，则先终止图像B的采集，再立即开始采集图像A。 

图5为本发明中协处理电路采用两倍像素位宽输出纸币图像的一个实施例示意图。在本例中，每相邻两个像素(8位/像素)拼接成一16位的字，通过数字信号处理器视频输入接口的16位总线将两幅图像数据输入数字信号处理器。例如像素6和像素7拼接成一16位的字输出，其中像素7占据字的高8位，像素6占据字的低8位。每像素的灰度可以不是8位字长，如采用10位表示，则总线宽度采用20位，以实现每个时钟节拍传输二个像素。 

图6所示是本发明中图像采集及数据处理电路的一个实施例的结构示意图。实施例包括：用于逐行获取纸币图像的两个CIS线阵图像传感器601、用于模数转换的模数转换电路602、用于数字图像信号重排、校正、数据处理和图像拼接的协处理电路603、用于纸币图像检测与识别的数字信号处理器604。 

其中两根CIS线阵图像传感器即线阵图像传感器1和线阵图像传感器2，分别采集纸币正反二面的二幅图像。线阵图像传感器可以用CIS(Contact Image Sensor，接触式图像传感器)传感器、CCD(Charge-Coupled Device，电荷耦合元件)传感器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器。在本实施例中选用CIS传感器。通过线阵图像传感器，逐行获得纸币图像模拟信号。 

模数转换电路可以用一个或多个高速ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)芯片实现，ADC芯片的数量由线阵图像传感器的分段数和ADC的通道数量决定。通过模数转换电路，将CIS线阵图像传感器输出的各路模拟图像信号转换成数字图像信号。线阵图像传感器中内嵌模数转换电路时，线阵图像传感器直接输出数字图像信号，即该模数转换电路并入线阵图像传感器模块；线阵图像传感器中没有内嵌模数转换电路时，线阵图像传感器输出模拟图像信号；模数转换电路输出数字图像信号到协处理电路。 

协处理电路可以是可编程逻辑器件，可选用FPGA(Field Programmable Gate Arrays，现场可编程门阵列)或者CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，如Spartan3系列FPGA，也可以是实现同样功能的专用集成电路(ASIC)。协处理电路接收模数转换电路输出的数字图像信号，并对采集到的数字图像信号重排、校正、数据处理和图像拼接。协处理电路检测到来币信号后开始采集有效图像数据。 

数字信号处理器可以采用针对视频图像处理的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)，如TI公司的Davinci系列，ADI公司的Blackfin 系列。数字信号处理器也可以采用其他嵌入式处理器，如x86、ARM、MIPS等系列处理器。数字信号处理器具有至少一个视频输入接口，用于接收协处理电路输出的重排和校正后的数字图像信号及其附加数据，并对其进行纸币的识别、鉴伪等处理。数字信号处理器还要实现对ADC和CIS传感器的控制，例如，通过SPI或IIC接口对ADC和CIS传感器进行控制，在数字信号处理器的SPI或IIC接口不够多时，可通过可编程逻辑器件进行扩展。本实施例的数字图像信号处理还包括纸币边界提取，币种、面值、面向识别，基于图像的鉴伪，折角、孔缝检测，污损检测，涂鸦检测，新旧判别，序列号识别等等处理。为使数字信号处理器正常工作，一般还需要配以存贮电路、接口电路等，即成为一个数字信号处理器子***。在一台纸币鉴别仪中，数字信号处理器可以显示输出处理结果、对电机进行控制，或将处理结果传输给专用于显示、电机控制的处理器，如ARM处理器。 

然而上述仅本发明较佳可行的实施例而已，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种双CIS纸币图像采集处理方法，其特征是，所述的两根CIS图像传感器分别采集纸币正反两面的图像数据，包括a)正反两面的二幅图像数据输入协处理电路；b)协处理电路对采集到的该二幅图像数据进行逐行重排和灰度校正；c)协处理电路将重排和灰度校正后的该二幅图像组合成一幅大图像输出；d)数字信号处理器的一个视频输入接口接收协处理电路输出的图像数据，并对该图像数据中正反两面的图像分别进行纸币的识别、鉴伪等处理，所述的协处理电路是指可编程逻辑器件或专用集成电路。

2.根据权利要求1所述的一种双CIS纸币图像采集处理方法，其特征是，所述的将二副图像组合成一幅大图像的方法是指，两根CIS图像传感器采集到的每行图像数据在协处理电路中一行在左另一行在右拼接成一两倍宽度的大图像行。

3.根据权利要求1所述的一种双CIS纸币图像采集处理方法，其特征是，所述的协处理电路输出图像数据时，采用二倍像素位宽输出图像数据到数字信号处理器。

4.根据权利要求1所述的一种双CIS纸币图像采集处理方法，其特征是，所述的协处理电路对输入的每行数据进行处理，逐行获取统计数据和边界数据，作为图像的附加数据。所述的每行纸币图像数据还包括所述的附加数据。

5.根据权利要求1所述的一种双CIS纸币图像采集处理方法，其特征是，所述的协处理电路在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号时，开始采集图像A的数据，若这时正在采集图像B，则先终止采集图像B，再立即开始采集图像A的数据；在来自第一CIS的数字信号中检测到来币信号结束时，结束图像A的采集，并立即开始采集图像B；在来自第二CIS的数字信号中检测到来币信号结束时结束图像B的采集。

6.一种双CIS纸币图像采集处理电路，其特征是，包括两根CIS图像传感器，模数转换电路，协处理电路，数字信号处理器，上述电路具体包括：a)两根CIS图像传感器分别采集纸币正反两面的二幅图像数据；b)模数转换电路将CIS图像传感器输出的各路模拟图像信号转换成数字图像信号，CIS图像传感器中内嵌模数转换电路时，CIS图像传感器直接输出数字图像信号，CIS图像传感器中不内嵌模数转换电路时，CIS图像传感器输出模拟图像信号；模数转换电路输出数字图像信号到协处理电路；c)协处理电路接收模数转换电路输出的数字图像信号，并对采集到的图像数据进行逐行重排和灰度校正，并将该二幅图像组合成一幅大图像输出；d)数字信号处理器具有至少一个视频输入接口，用于接收协处理电路输出的图像数据，并对其中的正反两面的图像分别进行纸币的识别、鉴伪等处理。上述电路中，协处理电路采用二倍像素位宽输出图像数据到数字信号处理器。