CN105096444B - 一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，公开了一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法。其方法包括如下过程：逐行获取纸币图像模拟信号‑模数变换得到数字图像信号‑信号校正‑对校正处理前或后的数字图像信号进行处理‑输出经过处理的数字图像信号到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别。本发明的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，不仅有效地提高了检测精度、加快了处理速度、降低了对数字信号处理器的要求，而且在协处理电路中对纸币图像进行处理并嵌入附加数据后，再将纸币图像信号传送至数字信号处理器，有利于数字信号处理器快速地获取边界信息、纸币破损情况、曝光方式等图像参数信息，减小了数字信号处理器的工作量，大大提高了纸币识别速度。

Description

一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法和电路

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法和电路。

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。

但是目前，基于图像分析的自动化纸币图像分析设备往往采用可编程逻辑器件或其他协处理电路和数字信号处理器（DSP）相结合的处理方案，协处理电路负责图像采集、重排和数据通讯，数字信号处理器负责图像处理。此类技术方案的问题在于，每幅纸币图像的有效像素较多，数据量比较大，但是***需要在很短的时间内识别完图像，而图像处理算法较复杂，对数字信号处理器有很高的要求，然而如果降低算法复杂度，则会降低鉴伪性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提出了一种纸币鉴别仪图像采集的数据处理方法，利用该方法可以利用协处理电路协助进行数据处理，并将处理结果与图像数据一起传给数字信号处理器（DSP）；同时还提出一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理的电路，可以实现上述纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法。该方法逐行对数据进行处理，并将处理结果与该行图像数据对应。由于这些数据处理是对整幅图像进行的，在DSP上处理会占用大量的处理器资源，但在协处理电路中处理非常简单，也不需要额外的处理时间。因此，本方法大幅度减少了DSP上算法的复杂度，也简化了对协处理电路处理结果的利用，很好地提高了DSP的处理能力，或降低了对DSP的要求，即降低了成本，其具体技术方案如下：

一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，包括如下过程，

a）采用线阵图像传感器逐行获取纸币图像模拟信号；

b）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；

c）对数字图像信号进行校正；

d）对校正处理前或后的数字图像信号进行处理，包括将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，从而获得至少如下之一：来币信号；纸币覆盖区域开始和结束位置；纸币孔缝及透明区域位置；

e）输出经过步骤c）和d）处理的数字图像信号到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别。

进一步的，所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，还包括：

将对数字图像信号进行处理后的处理结果作为附加数据嵌入图像行中，或将处理结果编码后作为附加数据嵌入图像行中。

进一步的，所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，还包括：

将校正后的数字图像信号与附加数据一起输出到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别。

进一步的，所述的对校正处理前或后的数字图像信号进行处理，包括统计当前行图像的如下数据中的至少一种：像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行图像数据之差平方和。

进一步的，所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，还包括将如下数据中的至少一种也作为附加数据嵌入图像行中：行号、帧号、曝光方式。

进一步的，所述的将附加数据嵌入图像行中，是将附加数据置于所述图像行的头部或尾部。

本发明的另一目的还在于提供一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理电路，包括：

图像传感器，逐行获得纸币图像模拟信号并输出；

模数转换电路，将纸币图像模拟信号转换成数字图像信号一并输出；

协处理电路，接收数字图像信号一并经图像处理后输出数字图像信号二，其中所述图像处理包括：对数字图像信号一进行逐行校正；并对校正处理前或后的数字图像信号进行数据处理，包括将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，从而获得至少如下之一：来币信号、纸币覆盖区域开始和结束位置、纸币孔缝及透明区域位置；

数字信号处理器，接收协处理电路输出的数字图像信号二，并对其进行纸币图像检测和识别处理。

进一步的，所述协处理电路还将对所述数据处理后的处理结果作为附加数据嵌入图像行中，并将校正后的数字图像信号与附加数据一起作为数字图像信号二输出。

进一步的，所述协处理电路对校正处理前或后的数字图像信号进行数据处理，包括统计当前行图像的如下数据中的至少一种：像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行图像数据之差平方和。

进一步的，所述协处理电路还用于将包括如下数据中的至少一种也作为附加数据嵌入图像行中：行号、帧号、曝光方式；所述协处理电路将附加数据嵌入图像行中，是将附加数据置于所述图像行的头部或尾部。

与现有技术相比，本发明获得的有益效果有：（1）在采集高质量纸币图像的同时，在协处理电路中检测来币信号、纸币覆盖区域开始和结束位置和纸币孔缝及透明区域位置，能简单有效地获得纸币图像的附加信息，有效地提高了检测精度、加快了处理速度、降低了对数字信号处理器的要求。（2）在协处理电路中对纸币图像进行处理并嵌入附加数据后，再将纸币图像信号传送至数字信号处理器，有利于数字信号处理器快速地获取边界信息、纸币破损情况、曝光方式等图像参数信息，减小了数字信号处理器的工作量，大大提高了纸币识别速度。

附图说明

图1是本发明图像采集及数据处理方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明图像采集及数据处理方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明实施例输出到数字信号处理器的数字图像信号数据的示意图；

图4是本发明实施例图像采集及数据处理电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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方法流程图，包括以下步骤：

步骤S10：采用线阵图像传感器逐行获取纸币图像模拟信号。

可编程逻辑器件或专用集成电路控制线阵图像传感器的曝光、光源发光和输出时钟等相关信号。逐行获取纸币图像时，光源的发光方式可以逐行改变，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，各发光方式的发光时间也可预先设定。线阵图像传感器可采集逐行曝光不同的纸币图像。

步骤S20：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。

步骤S30：对数字图像信号进行校正。

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点的感光灵敏度、暗电流不一致及非线性等原因，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。为实现简单，本实施例采用线性校正。

同时，如果线阵图像传感器输出值是由几段线阵图像传感器组成的，各段线阵图像传感器会同时输出，经数字化后就需要对每行信号进行重新排序，即重排，可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。重排处理一般在校正处理前完成，也可以与校正处理同步完成。

步骤S40：对经过校正处理后的数字图像信号进行处理。所述的对数字图像信号进行处理，即将该行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，检测该行中纸币覆盖相关信息，包括：（1）来币信号；（2）纸币覆盖区域开始和结束位置；（3）纸币孔缝及透明区域位置。其中，预存的标准数据是指在图像传感器采集纸币图像之前，即无纸币覆盖时，预先采集并保存的相同发光方式的一行数据，如白光透射、红外透射、白光反射、红外反射图像数据，可以认为这一行数据是***采集纸币图像的背景。

通过将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，如果有一定数量的像素超过设定阈值，则认为有来币信号、进入纸币覆盖区域；最初进入纸币覆盖区域的位置为纸币覆盖区域开始位置，最后离开纸币覆盖区域的位置为纸币覆盖区域结束位置；若在纸币覆盖区域开始和结束位置之间检测到非纸币覆盖区域，则将其作为纸币的孔缝及透明区域位置。

因此，通过将每行图像逐像素与标准数据比较，根据差异就可以检测出来币信号、纸币覆盖区域开始和结束的位置以及纸币孔缝和透明区域位置信息。检测到来币信号后开始采集有效图像。纸币覆盖区域位置信息，包括纸币覆盖区域开始和结束的位置以及纸币孔缝和透明区域位置信息，直接或经编码后作为附加数据嵌入图像行中输出给数字信号处理器，数字信号处理器采用视频输入接口接收数据。这些数据也可以不嵌入图像行中，采用其它接口传输给数字信号处理器。对于纸币孔缝（或透明区域）位置信息的编码，可以采用像素合并方式编码，即每个像素用0和1分别表示没有和有孔缝（或透明区域），8个像素合并用一个字节编码；也可以用游程编码压缩数据。

传统的采用二对红外对管（接收和发射对管）检测来币信号方法，在纸币有倾斜时误差很大，采用本发明方法检测来币信号大大提高了检测精度，还省去了红外对管。传统通过分析一幅图像数据，检测其中的边界和孔缝位置，由于受到阴影干扰，精度受限，影响了识别和鉴伪处理，本发明方法采用与无纸币覆盖时采集的信号进行比较来检测边界和孔缝位置，大大提高了检测精度。

上述对数字图像信号进行处理，除了检测来币信号和纸币覆盖区域外，还可以对每行图像像素进行统计处理，例如，该行数据的像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行数据之差平方和等等。可以用指定的位数（如2字节）保存一个数据。特殊的，由于数据位宽有限，以上统计数据可以舍弃低位数据，保留指定的高位数据。

上述的附加数据还可包括来币信号、纸币覆盖区域开始和结束的位置、纸币孔缝和透明区域、每行像素的统计信息以及行号、帧号、曝光方式等。得到附加数据后，将其嵌入图像行中。具体的，增加图像行的宽度，以容纳该附加数据，将其置于图像行的头部或尾部。当然也可以将其置于图像行的其它位置，但会增加处理复杂度。

上述方法中，对处理结果编码，即对处理结果数据进行编码，如对孔缝数据编码，可以用各种熵编码方法，如游程编码，或简单地采用二值数据封装，即用一个字节编码8个二值化的像素。

步骤S50：输出图像数据到数字信号处理器进行纸币图像检测与识别。

将校正后的数字图像信号与附加数据一起输出到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别。

在协处理电路中对纸币图像进行处理并嵌入附加数据后，再将纸币图像信号传送至数字信号处理器，有利于数字信号处理器快速地获取边界信息、纸币破损情况、曝光方式等图像参数信息，减小了数字信号处理器的工作量，大大提高了纸币识别速度。

附图3为本发明中经过校正后的数字图像信号与附加数据一起输出的图像数据。其中输出的图像数据每行1536字节，每像素1字节（8位），每行图像数据有1440个像素点，存放在第0~1439字节位置，其中48 ~1251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；1440~1535位置为附加数据，共96个附加数据位置。纸币的左边界为48，右边界为1251。具体的，附加数据依次包括行号、帧号、曝光方式、纸币覆盖区域的开始和结束位置、孔缝（及透明区域）位置数据以及像素均值等统计信息。一般地，只要红外或白光透视行检测孔缝位置（透明区域），即为检测行，其它行不需要检测，即为非检测行，则这些非检测行的对应孔缝位置数据区域可用于存放上一次检测到的孔缝位置数据，从而减少检测行中存放孔缝位置数据的字节数。

附图2为本发明中图像采集及数据处理方法的另一个实施例的方法流程图，在该实施例中，只是将图1所示实施例中的步骤S40中的检测来币信号和纸币覆盖区域处理，包括包括检测来币信号、纸币覆盖区域开始和结束位置、纸币孔缝及透明区域位置，放在S30对数字图像信号进行校正处理前执行。即将对数字图像信号检测来币信号和纸币覆盖区域处理获得附加数据的步骤放在校正步骤前。即对数字图像信号进行该处理可以在校正前或校正后。例如，校正前为10位原始图像数据，校正后为8位图像数据，则将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较可以用校正处理前的10位原始数据，也可以用校正处理后的8位图像数据进行处理。但对行内图像像素值进行统计处理，如获得行内像素之和，还应在对数字图像信号进行校正处理后执行。

如果线阵图像传感器输出值是由几段线阵图像传感器组成的，各段线阵图像传感器同时输出，经数字化后就需要对每行信号进行重排处理，重排处理宜在模数变换后其它数字信号处理前完成。

上述方法中，纸币图像检测与识别可以采用已有的图像识别方法，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。

附图4为本发明一个实施例图像采集及数据处理电路的结构示意图。包括了如下主要电路模块：用于逐行获取纸币图像的线阵图像传感器301、用于模数转换的模数转换电路302、用于数字图像信号校正和数据处理的协处理电路303、用于纸币图像检测与识别的数字信号处理器304。

其中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 MetalOxide 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）实现，ADC的数量由线阵图像传感器的分段数即模拟信号输出的通道数量决定。通过模数转换电路，将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可编程逻辑器件。

协处理电路可以是可编程逻辑器件，可选用FPGA（Field Programmable GateArrays，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。协处理电路对数字图像信号重排、校正和数据处理，并将处理结果作为附加数据嵌入图像行中，随图像数据一起输出。协处理电路可以是实现同样功能的专用集成电路（ASIC）。协处理电路实现如下部分或全部功能：将指定行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，检测来币信号，检测该行中的纸币覆盖区域开始和结束位置，检测该行中的纸币孔缝及透明区域位置，将其编码后作为附加数据拼接到图像行尾部或头部；逐行计算像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行数据之差平方和，将这些数据，以及行号、帧号、曝光方式等数据拼接到图像行尾部或头部。协处理电路检测到来币信号后开始采集有效图像数据。因此，所述的附加数据包括如下数据中一种或数种：纸币覆盖区域开始和结束位置，纸币孔缝及透明区域位置，行内像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行数据之差平方和，行号，帧号，曝光方式等。

数字信号处理器可以采用一般数字信号处理器DSP（Digital SignalProcessing，数字信号处理器），也可以采用针对视频图像处理的DSP，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。

最后应说明的是：虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，其特征在于包括如下过程，

a)采用线阵图像传感器逐行获取纸币图像模拟信号；

b)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；

c)对数字图像信号进行校正；

d)对校正处理前或后的数字图像信号进行处理，包括将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，从而获得至少如下之一：来币信号；纸币覆盖区域开始和结束位置；纸币孔缝及透明区域位置；

e)输出经过步骤c)和d)处理的数字图像信号到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别；还包括：

f)将对数字图像信号进行处理后的处理结果作为附加数据嵌入图像行中，或将处理结果编码后作为附加数据嵌入图像行中。

2.根据权利要求1所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，其特征在于，还包括：

将校正后的数字图像信号与附加数据一起输出到数字信号处理器进行纸币图像检测和识别。

3.根据权利要求2所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，其特征在于，所述的对校正处理前或后的数字图像信号进行处理，包括统计当前行图像的如下数据中的至少一种：像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行图像数据之差平方和。

4.根据权利要求2-3中任一所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，其特征在于，还包括将如下数据中的至少一种也作为附加数据嵌入图像行中：行号、帧号、曝光方式。

5.根据权利要求4所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理方法，其特征在于，所述的将附加数据嵌入图像行中，是将附加数据置于所述图像行的头部或尾部。

6.一种纸币鉴别仪图像采集及数据处理电路，其特征在于包括：

图像传感器，逐行获得纸币图像模拟信号并输出；

模数转换电路，将纸币图像模拟信号转换成数字图像信号一并输出；

协处理电路，接收数字图像信号一并经图像处理后输出数字图像信号二，其中所述图像处理包括：对数字图像信号一进行逐行校正；并对校正处理前或后的数字图像信号进行数据处理，包括将当前行图像逐像素与预存的标准数据进行比较，从而获得至少如下之一：来币信号、纸币覆盖区域开始和结束位置、纸币孔缝及透明区域位置；还将对所述数据处理后的处理结果作为附加数据嵌入图像行中，并将校正后的数字图像信号与附加数据一起作为数字图像信号二输出；

数字信号处理器，接收协处理电路输出的数字图像信号二，并对其进行纸币图像检测和识别处理。

7.根据权利要求6所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理电路，其特征在于，所述协处理电路对校正处理前或后的数字图像信号进行数据处理，包括统计当前行图像的如下数据中的至少一种：像素之和、像素平均值、前后像素之差绝对值和、前后像素之差平方和、与前行图像数据之差平方和。

8.根据权利要求7所述的纸币鉴别仪图像采集及数据处理电路，其特征在于，所述协处理电路还用于将包括如下数据中的至少一种也作为附加数据嵌入图像行中：行号、帧号、曝光方式；所述协处理电路将附加数据嵌入图像行中，是将附加数据置于所述图像行的头部或尾部。