JP3741777B2 - 紙葉類の識別方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙幣、小切手等の紙葉類を識別するに当って、紙葉類の画像データを効率的に圧縮して符号化することによって識別処理を容易にした紙葉類の識別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イメージラインセンサを備えて紙幣全面の画像データを収集して紙幣の識別を行なう紙幣識別機において、日本国の紙幣３金種の識別のみならず外国紙幣の識別をも同時に行ない得るようにする場合には、通常テンプレートと呼ばれる基準画像データを用意しておき、その基準画像データと被識別紙幣の画像データとを比較して金種、方向、真偽を判定する様にしたものがある。
【０００３】
しかしながら、従来のこの様な一般的な識別方式によると、例えば特開平４−２６０１８７号公報に記載されている様に、正確な識別を行なうために微細エリアのデータを処理する様にしている。また、光学データを用いる場合には、光学データの値が基準値の上限を越えないことと、基準値の下限よりも大きくなっていることを条件にしていることが多い。また、紙幣では処理するデータ量が多いので、処理速度を上げるために予め金種によって決められた画像エリアを特定して、そのエリア部分のみの特徴を抽出して金種等の判定を行なっている例が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記識別方法によると、取扱う紙幣の種類が増えた場合には各々のエリアが異なっており、各紙幣についての特定部分のエリアを見つけ出す必要があるため、開発時間がかかるという問題点があった。また、画像データを多値に分解することも処理時間を長くする要因になっていた。更に、多金種の紙幣の判別を同一の識別機によって行なわせる必要がある場合、必要とするメモリ容量を少なくし、しかも高速に紙幣識別を行ない得る紙葉類識別方法が望まれていた。
【０００５】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、効率的なデータ圧縮符号化を行なうことによりメモリ容量を少なくし、処理するデータ量を減らし、本発明の評価方法によって高速に紙葉類を識別する識別方法を提供することにある。更に、同時に識別用の基準符号化パターンを学習することによって、未登録紙幣の識別を追加する場合や新規紙幣が発行された場合にも、短時間のうちに学習できるといった新規識別金種の追加や変更が可能な識別方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、紙幣等の紙葉類を識別するための識別方法に関するものであり、本発明の上記目的は、紙葉類からの反射光又は透過光をイメージセンサで受光してメモリに記憶し、前記紙葉類の領域を前記メモリの画像データから切出し、前記切出された紙葉類データをブロック化して前処理し、前記前処理データを前記ブロック毎に圧縮符号化してパターンデータとし、前記圧縮符号化パターンデータを予め格納されている紙葉類パターンデータと比較して前記紙葉類を識別し、
更に、前記圧縮符号化を、前記画像データのレベルが複数の分割レベルのどの分割エリアに対応しているかを前記の分割レベルに対応させたビット位置の値を１又は０にする２値化によって行なうことによって、達成される。
【０００７】
又、圧縮符号化のデータを記憶すると共に、識別結果出力対象となる紙葉類に対して行なったデータを順次論理和して前記紙葉類の基準パターンデータとして記憶し、比較の方法が、前記ブロックの複数個をまとめた単位毎に前記圧縮符号化パターンデータと前記紙葉類パターンデータの論理否定値との論理積をとり、前記紙葉類１枚について結果が０以外の前記単位の個数を計数して記憶するようになっており、前記紙葉類パターンデータとの比較を識別対象分だけ実行し、前記記憶された個数が最小でかつ所定個数以下の前記紙葉類パターンデータの金種及び方向を該当紙葉類の識別結果とする紙葉類パターンデータを求めるようにすることによって、新規紙葉類の追加や変更にも迅速に対応できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
多国に亘る多金種の紙幣を識別する紙幣識別機において、取扱うデータ量を少なくすることによって、比較するべき基準となる識別データの容量が小さければ小さい程、１金種当りの識別に要する時間が少なくなり、データ量を少なくすることは迅速に処理を行なうために必要な条件となる。本発明は、１秒当り１５枚が搬送される紙幣識別機において、紙幣全面の画像データを採取しながら３０４パターン（７６金種、４方向）の同時識別を高速度に達成する識別方法を提供するものである。
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１は本発明による識別方法を実施する紙幣識別装置の一例を示しており、紙幣１は、発光ダイオードアレイ等で成る発光手段２と反射光を受光するための受光手段としてのラインセンサ３とを一体としたモジュール４の下面通路を搬送されるようになっている。ラインセンサ３からのビデオ信号ＶＳＡはＡ／Ｄ変換器５で８ビットのデイジタルビデオ信号ＶＳＢに変換されて画像処理判定部１０に入力される。画像処理判定部１０の詳細は図２に示すようになっており、画像処理判定部１０では、ビデオ信号ＶＳＢがＦＩＦＯメモリ１１に蓄積されると共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１００内の補正部１０１を経て順次メインメモリ１２の選ばれた領域に転送されて書込まれる。メインメモリ１２上には紙幣１枚分の画像データが展開される。ＤＳＰ１００は制御プログラムを格納したＲＯＭ１１０と協働し、ＦＩＦＯメモリ１１を経て入力されたビデオ信号ＶＳＢをブロック化及び圧縮して符号化するブロック化圧縮符号化部１０２と、判定結果ＤＲを出力する比較判定制御部１０３とを有している。又、画像処理判定部１０は、各種紙幣の基準符号パターンを格納している基準符号パターン用フラッシュメモリ１３を有し、基準符号パターンＲＣとメインメモリ１２からの被識別紙幣のデータＣＳとを比較判定制御部１０３で比較して判定結果ＤＲを出力し、デュアルポートＲＡＭ１４を介して識別器を制御する識別器制御部２０との間で通信を行なう。尚、フラッシュメモリ１３は電気的に書換えが可能な読出し専用メモリであり、メインメモリ１２はダブルバッファとして機能し、画像データ用メモリ、作業領域用メモリ等を有するＲＡＭである。
【００１０】
更に、画像処理判定部１０には、発光手段２の点灯点滅制御、紙幣搬送時にラインセンサ３の走査間隔を決定するためのロータリーエンコーダ６のメカクロック信号ＥＳを受けると共に、Ａ／Ｄ変換器５の読出しの制御、ＦＩＦＯメモリ１１のデータ書込みの制御及びラインセンサ３の読取り制御タイミングＲＴを発生する読取制御部１５を有しており、紙幣１の搬送路には、紙幣１の通過を検知する通過センサ７及び紙幣１の真偽を検知するための真偽センサ８が設置されている。通過センサ７からの通過信号ＰＳは画像処理判定部１０内の読取制御部１５に入力されると共に、識別器制御部２０に入力される。真偽センサ８からの検知信号も識別器制御部２０に入力され、識別器制御部２０は画像処理判定部１０に接続されると共に、紙幣入金処理装置等の本体制御部３０に接続されている。
【００１１】
図３は、図１及び図２の画像処理判定部１０内のＤＳＰ１００の動作例を示すフローチャートであり、先ず紙幣搬送機構等のハードウエアに必要なイニシャル処理をし（ステップＳ１）、ハードウエアの状態に異常がないかをチェックする（ステップＳ２）。その後にメカコマンド待ちとなり、メカコマンドが入力され識別器制御部２０にある上位ＣＰＵによる動作スタートが指示されると（ステップＳ３）、識別開始か否かを判断する（ステップＳ６）。識別の場合は識別処理し（ステップＳ１００）、識別でない場合は学習開始か否かを判断し（ステップＳ７）、学習の場合は学習処理し（ステップＳ２００）、学習でない場合は試験或いは評価用に作られた特別なプログラムを走らせることができるモードであるＲＡＳモードの設定か否かを判断し（ステップＳ８）、識別の場合は各種ＲＡＳコマンドの処理を行なう（ステップＳ９）。ＲＡＳは、Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙの略語である。上記ステップＳ８でＲＡＳモードの設定でない場合、ステップＳ９の各種コマンド処理の後、ステップＳ２００の学習の後、及びステップＳ１００の識別処理の後にそれぞれ上記ステップＳ３にリターンする。
【００１２】
図４は上記識別処理（ステップＳ１００）の詳細動作例を示すフローチャートであり、識別処理が開始されると先ずラインセンサ３の出力を補正するため、発光手段２のＬＥＤを消灯した状態でのラインセンサ３の出力を読取るといったいわゆる暗時出力データである黒レベルデータを収集し（ステップＳ１０１）、その後に発光手段２を点灯し（ステップＳ１０２）、デュアルポートＲＡＭ１４に識別準備完了レスポンスを書込み、割込みを発生して上位ＣＰＵに通知といったメカレスポンスの送出を実行する（ステップＳ１０３）。そして、紙幣１の通過を通過センサ７が検知すると通過信号ＰＳが読取制御部１５に入力され（ステップＳ１０４）、ラインセンサ３からのビデオ信号ＶＳＡをＡ／Ｄ変換器５を介してアナログからデジタル値へ変換してＦＩＦＯメモリ１１に書込む。その後、ＤＳＰ１００内の補正部１０１によって補正を行ない、結果をメインメモリ１２の一方のダブルバッファに書込む。ラインセンサ３からは、識別開始時に取込んで処理した黒レベルデータと、予め設定プログラムを実行することによってフラッシュメモリ１３に書込んである白レベルデータ及び黒レベルデータとを用いて補正を実行しながら画像データの収集を行なう（ステップＳ１１０）。そして、１枚分のデータを取り終えるとダブルバッファを切替える（ステップＳ１１１）。即ち、メインメモリ１２のデータ収集領域である１つのダブルバッファを切替えて識別領域とし、他方の識別を終了した領域を次に識別する紙幣のデータ収集領域とする。この切換の許可は通過センサ割込みをイネーブルとすることによって実行され、これにより次の紙幣のデータ収集待機状態に入る（ステップＳ１１２）。収集されたデータに基づいて図５及び図６に詳細を示す紙幣識別を行ない（ステップＳ１０００）、比較判定制御部１０３より識別結果ＤＲを送出する（ステップＳ１１３）。この送出は、デュアルポートＲＡＭ１４に結果を書込み、レスポンス割込みを発生して上位ＣＰＵに通知することによって行なわれる。又、上記ステップＳ１０４で紙幣１の通過が検知されない場合は、終了コマンドが有るか否かを判断し（ステップＳ１２０）、無ければ上記ステップＳ１０４にリターンし、有れば識別終了レスポンスを送出し（ステップＳ１２１）、発光手段２を消灯し（ステップＳ１２２）、図３のステップＳ３へのリターンとなる。
【００１３】
尚、ラインセンサ３から取り込んでメインメモリ１２に格納されたビデオ信号ＶＳＢの上記補正は、ＤＳＰ１００にて次のように実行される。黒レベルには、別途設けたＲＡＳコマンドを実行させて予めフラッシュメモリ１３に記憶され用意しているもの及び識別開始時に発光手段２を消灯してデータ収集プログラムを走らせて取込んだものを使用し、白レベルは別途設けたＲＡＳコマンドを実行させて予めフラッシュメモリ１３に記憶され用意しているものを使用する。モジュール４の前面に予め定められた白紙を貼り付け、ＲＡＳで指定するデータ収集プログラムを実行させ、そのときのラインセンサ３の出力を取込み、上記黒レベル及び白レベルの補正用データはＤＳＰ１００によって同一チャネルの複数出力の平均をとる処理をしたものを、ＤＳＰ１００によりフラッシュメモリ１３に書込んでおく。識別時にはフラッシュメモリ１３に書込まれた補正データをもとに下記数１で画素Ｉｎ毎に演算を行ない、補正された第ｎ画素の補正画素値ＣＲｎを得る。
【００１４】
【数１】
ＣＲｎ＝Ｇ×（１６５／（Ｗｎ−Ｂｎ））×（Ｉｎ−ＢＫｎ）
Ｇ：各ラインの１ビット目のデータ、即ち白テープからの反射による受光データとフラッシュメモリ１３に記憶された白テープからの反射による１ビット目のデータとで決定されるゲインである。ラインセンサ３の１〜５チャネルには、モジュール４内に基準白テープが貼られており、光量補正ができるようになっている。ゲインＧは、初期設定時のラインセンサ３の出力と現在のラインセンサ３の出力のＡ／Ｄ値が同一になるように設定されている。又、項（１６５／ （Ｗｎ−Ｂｎ））×（Ｉｎ−ＢＫｎ）はイメージセンサ３のチャネル 間の補正を示す電圧、温度等の環境及び経時変化の変動。
Ｗｎ：第ｎチャネルの白レベルの数回のサンプリング結果の平均値であり、フラッシュメモリ１３に記憶されている。
Ｂｎ：第ｎチャネルの黒レベルの数回のサンプリング結果の平均値であり、フラッシュメモリ１３に記憶されている。
ＢＫｎ：識別開始時に発光手段２を消灯させて収集する第ｎチャネルの黒レベルの数ライン（数走査）分の平均値である。
Ｉｎ：第ｎチャネルの被識別紙幣の画像データ（被補正画像データ）であり、ｎはチャネル番号６〜９５である。
【００１５】
ステップＳ１０００における紙幣識別は、図５及び図６に示すフローチャートに従って実行され、先ず紙幣１のエッジの抽出が行なわれる（ステップＳ１００１）。エッジの抽出は図７に示すように、識別対象紙幣に対して最初にＡ，Ｂ方向より走査してエッジ（図のＡ辺、Ｂ辺）を抽出し、紙幣左右の直線を下記数２に従って求める。
【数２】
Ａ辺：ｘ＝ａ・ｙ＋ｂ１
Ｂ辺：ｘ＝ａ・ｙ＋ｂ２
上記数２の２直線に辺Ａ，Ｂの各エッジ部の座標値を代入して最も候補の多いＸ軸との交点（ｂ１，ｂ２）及び傾きａを求める。数２の直線に対して直角方向の紙幣のエッジの直線（辺Ｃ，辺Ｄ）は数３となる。
【００１６】
【数３】
Ｃ辺：ｙ＝−ａ・ｘ＋ｓｕｂ_ｂ１
Ｄ辺：ｙ＝−ａ・ｘ＋ｓｕｂ_ｂ２
上記数３より、辺Ｃと辺Ｄをそれぞれ延長した直線とＹ軸の交点（ｙ切片）は次の数４となる。
【００１７】
【数４】
辺Ｃのｙ切片：ｓｕｂ_ｂ１＝ｅｄｇｅ_ｙ＋ａ・ｅｄｇｅ_ｘ
辺Ｄのｙ切片：ｓｕｂ_ｂ２＝ｅｄｇｅ_ｙ＋ａ・ｅｄｇｅ_ｘ
ｅｄｇｅ_ｙ：エッジ（辺Ｃ又は辺Ｄ）のｙ座標
ｅｄｇｅ_ｘ：エッジ（辺Ｃ又は辺Ｄ）のｘ座標
数４で求められるｙ交点座標のヒストグラムにより、最も候補の多い候補ｓｕｂ_ｂ１，ｓｕｂ_ｂ２を決定し、数２及び数３よりそれぞれの直線の交点を計算によって求める。その結果、各頂点の座標は次の数５のようになる。
【００１８】
【数５】
ｃｒｏｓｓ_ｘｉ＝（ａ・ｓｕｂ_ｂｎ＋ｂｍ）／（１＋ａ２）
ｃｒｏｓｓ_ｙｉ＝（−ａ・ｂｍ＋ｓｕｂ_ｂｎ）／（１＋ａ２）
ｃｒｏｓｓ_ｘｉ：各頂点ｘ座標（ｉ＝１〜４）
ｃｒｏｓｓ_ｙｉ：各頂点ｙ座標（ｉ＝１〜４）
ａ：辺Ａ、辺Ｂの直線傾き
ｂｍ：辺Ａ、辺Ｂの延長直線のｘ軸切片（ｍ＝１， ２）
ｓｕｂ_ｂｎ：辺Ｃ，辺Ｄ方向直線のｙ軸切片（ｎ＝１，２ ）
上述の如くして紙幣１のエッジが抽出されるとベクトル計算（アフィン変換）による回転、移動により、斜行補正及び原点への画像データ移動を開始できるように幅寄せを行なう（ステップＳ１００２）。これにより、メモリ上で原点となるメモリ位置に紙幣の画像が開始される頂点の紙幣画像データを格納する。そして、紙幣領域のデータについて図８に示すように例えば２画素×４画素の横方向２ｍｍ、縦方向４ｍｍの大きさ画像領域に相当するものを１ブロックとして、最大４８×４８のブロック領域をメモリ上に確保し、紙幣のデータをブロック値に変換して記憶する（ステップＳ１００３）。前処理は図９に示す座標（ｉ，ｊ）の補正画素値Ｃｒｎにアフィン変換及びブロック化を行なった後のブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］の全領域に亘る平均のブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを求めるために、下記の数６に従って計算する。ブロックの座標位置が（ｙ＝ｉ,ｘ＝ｊ）で ある。ｉはｉ＝１〜紙幣サイズによって決まる縦方向の最終ブロック座標Ｙ−１であり、ｊはｊ＝１〜紙幣サイズによって決まる横方向の最終ブロック座標Ｘ−１である（ステップＳ１００４）。各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］値の総和を総ブロック数で除算することで、紙幣画像ブロック部の平均値を得る。
【００１９】
【数６】
【００２０】
次に、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］と数６で求めた各ブロックの平均値ａｖｇ_ｉｍｇとの差の絶対値の総和を求め、総ブロック数で除算することにより、各ブロックの平均値からの偏差の絶対値の平均的な割合又は距離ａｖｇ_ｄｉｓを求める。次に、ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］と平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇよりの距離の平均ａｖｇ_ｄｉｓ、つまり図９の斜線領域の平均を、数６の結果平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを用いて数７に従って計算する。これにより、個々のブロック値が共通に有するオフセット、即ち電気回路にたとえると直流成分をキャンセルし、模様の平均値からの絶対値の平均（電気回路にたとえると交流成分の平均値）を計算する。
【数７】
【００２１】
次に、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］から平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを減算した偏差値を平均ブロック値ａｖｇ_ｄｉｓで除算することにより、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］を正規化する。そして、下記の数８に従って、紙幣画像データのゲイン及びオフセットがキャンセルされ正規化された正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］を得る。
【数８】
【００２２】
上述のようにして前処理が終了すると、前処理された正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］に対して圧縮符号化が実施される（ステップＳ１００５）。図１０は本発明による圧縮符号化を説明する図であり、図１０（Ａ）は紙幣１に対してラインセンサ３の複数分の走査画像データをブロック化した後のｘ方向の正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］の並びを示しており、この列の正規化ブロック値を可視的に示すと同図（Ｂ）になる。本発明ではこの正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］に対して４領域から成る分割レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４を割当て、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４のうち正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］が存在する範囲を“１”、存在しない範囲を“０”として、レベル範囲ＡＲ１からＡＲ４の順に“０”又は“１”を割り当てることにより符号化する。つまり、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４のうち、正規化ブロック値が存在するレベル範囲のみを“１”とし、他のレベル範囲を“０”として２値符号化する。例えば、レベル範囲ＡＲ２に画像データがあった場合には“０１００”となる。これにより図１０（Ｃ）に示すように、各ブロックの正規化ブロック値のレベルを４ビットの符号で表現することができる。ビットの位置はレベルの範囲を示している。
【００２３】
これによりＡ／Ｄ変換器５から取込まれた８ビットで表わされる２５６階調の１画素のデータが、２×４のブロック化を経て４ビットで示される４階調に圧縮符号化される。その後更に１ブロック４ビットの符号列を８ブロック分まとめて、３２ビットの符号列を１ワードとして取扱うことにより、ＤＳＰ１００による処理上のステップ数（処理時間）の圧縮（短縮）をするといったことも含めた圧縮処理を行なっている。ここで、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４は、外部でのシミュレーションによって最適な範囲を予め決定してフラッシュメモリ１３に記憶している値である。
【００２４】
上述のようにして、画像データから処理された各正規化ブロック毎の圧縮符号化が終了する（ステップＳ１００５）。圧縮符号化されたワード値をクラスタ値と呼び、ＣＳ［ｉ][ｋ］で表わす。ここで、ｋ＝ｊ／８（除算の商のみをｋに当てはめる）の関係が成立する。
【数９】
数９は、該当位置の判別候補の紙幣の金種方向毎にテーブル化してフラッシュメモリ１３に記憶している基準符号化パターン列の１クラスタとの比較を説明する式である。このクラスタ値ＣＳ［ｉ][ｋ］と、後述する基準符号化されたクラスタ値ＲＣ［ｉ][ｋ］のＮＯＴ（否定）とのＡＮＤ（論理積）をとり、結果が０以外であれば判定結果を“１”、論理積の結果が０であれば“０”とする演算を紙幣１枚分について行ない、その時の判定結果が１となったクラスタの数を合計して評価値テーブルに格納する。この処理をＵＳＡ紙幣を除く判定の候補として、紙幣の金種及び方向の全てについて行なう（ステップＳ１００６）。その後、評価値テーブルを検索して評価値の最小の金種（方向）を選択し（ステップＳ１００７）、各金種（方向）毎の評価値の内で最も少ない評価値である最小評価値が、スレッショルド内であるか否かを判断する（ステップＳ１００８）。該当スレッショルド内であれば金種を確定して真偽判別のステップＳ１０２１に進み、スレッショルド外で、かつ確当金種がなければＵＳＡ紙幣が識別対象となっているかどうかを判断し（ステップＳ１０１０）、対象外であればリターンし、対象となっていれば収集したデータがＵＳＡ紙幣サイズのものか否かを判断する（ステップＳ１０１１）。ＵＳＡ紙幣のみについて追加のアルゴリズムを持たせる理由は、ＵＳＡ紙幣には印刷ズレが発生していることが多く、また金種が変わってもその模様が酷似しているということから、紙幣の模様部分のみを抽出することにより、その識別精度を上げようとするためである。更に、クラスタ化することによってＤＳＰ１００の処理においては、１ブロック４ビットを８ブロック分をまとめてワード（３２ビット）単位で処理をすることにより、ＤＳＰ１００の処理ステップ数を少なくして高速化を図っている。
【００２５】
確当金種か否かの識別処理は、圧縮符号化された全正規化ブロック分の符号パターン配列であるクラスタ値ＣＳと、学習処理（後述する）により得られたメインメモリ１２内の全正規化ブロック分の基準符号パターン配列であるクラスタ値ＲＣの該当否定値との配列１個毎、即ち３２ビットの論理積（原ブロック値においては８ブロック分の論理積）をとり、０でない場合は評価値をインクリメントする。３２ビットの論理積をとり、結果が全て０かそれ以外によって該当ワードの評価値を得ている。即ち全てが０のときの判定結果は“０”であり、それ以外の時には判定結果は“１”である。１パターンにおける判定は、数１０の判定結果により理解することができる。
【００２６】
紙幣１枚に対する評価値とは、複数あるクラスタ値の判定結果である１又は０の総加算値である。この評価値の数値が大きいと不一致のクラスタの数が多いことを示し、基準パターンと被識別紙幣のパターンとの距離が大きく離れていることを示す。ここで、判定結果が０ということは、基準パターンであるクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］で示される領域に該当領域の８ブロックの値が全て入っていたことを意味し、判定結果が１ということは、該当ブロックの少なくとも何れかが基準となるパターンとは離れている（金種又は方向が異なっているか、識別対象外紙幣である）ことを示す。ここでいう最小距離とは、数９に示される論理演算を各ブロックに対して行なったものの各結果を加算した評価値のうち、即ち１のあったブロックの総数である評価値のうちで、識別対象となる紙幣分の評価値を計算しその内の一番少ない評価値をいう。上記数９の演算を識別対象金種の全てについて実施し、上述した様に最も評価値が小さく、予め決められたスレッショルド以下であればその候補の種別、金種、方向の識別結果として出力する。
【００２７】
上記ステップＳ１０１１においてＵＳＡ紙幣の場合には先ず模様部分を抽出し（ステップＳ１０１２）、上述したと同様のアフイン変換（ステップＳ１０１３）、ブロック化（ステップＳ１０１４）、前処理（ステップＳ１０１５）、圧縮符号化（ステップＳ１０１６）を実行し、評価演算を行ない識別対象毎に設けているテーブルにその評価値を格納して行く（ステップＳ１０１７）。そして、最小の評価値を検索し、その評価値が予め決められているスレッショルドよりも小さいか否かにより確当金種の存在の有無を判断する（ステップＳ１０２０）。ＵＳＡ紙幣内で確当金種がなければリターンとなり、確当金種があればその金種データを元に真偽判別の処理を実行する（ステップＳ１０２１）。
一方、ステップＳ２００での学習処理は図１１に示すフローチャートに従って実行され、圧縮符号化された符号パターン配列ＣＳを複数枚分用意し、数１０の論理和演算によって各識別対象金種紙幣の基準符号パターン配列ＲＣを作成する。
【数１０】
【００２８】
上記数１０の学習によって、金種方向毎に基準符号パターンであるクラスタ値であるクラスタ値ＲＣが作成される。即ち、同一金種の紙幣で同一方向のデータを取ってブロック化したクラスタ値ＣＳ［ｉ］［ｋ］と、１枚前の紙幣の学習時に記憶したクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］との論理和をとって、新しいクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］として更新して行く。これは、正規の紙幣の各種バラツキによってそのブロック値の範囲がバラツクことがあるが、これを基準符号パターンとして許容するようにしている。そして、その基準符号パターンＲＣはフラッシュメモリ１３に書込まれる。
【００２９】
学習処理では先ず上位ＣＰＵにより、第ｎパターン（金種・方向）の新規学習或いは追加学習の指令を受信する。そして、追加学習か否かを判断し（ステップＳ２０１）、新規学習の場合は第ｎパターン学習結果の格納領域をクリアし（ステップＳ２０２）、その後及び上記ステップＳ２０１で追加学習と判断された場合には、通過センサ７によって紙幣通過が検知されたか否かを判断し（ステップＳ２０３）、紙幣が通過していない場合は学習終了コマンドが有るか否かを判断する（ステップＳ２０４）。学習終了コマンドが有れば、第ｎパターン基準符号パターンをフラッシュメモリ１３に書込んでリターンして処理を終了し（ステップＳ２０５）、学習終了コマンドがなければ上記ステップＳ２０３に戻る。又、上記ステップＳ２０３で紙幣通過が検知されると、受信した指令がＵＳＡ紙幣を特定したものであるか否かを判断し（ステップＳ２１０）、ＵＳＡ紙幣であれば模様部分を抽出し（ステップＳ２１２）、ＵＳＡ紙幣でなければ前述したと同様のエッジ抽出を行なう（ステップＳ２１１）。その後、アフィン変換（ステップＳ２１３）、斜行及び寄せの補正等の前処理を実施し（ステップＳ２１４）、図５及び、図６を用いて説明した識別時の処理と同様にブロック化・圧縮・符号化をし、得られたクラスタ値ＣＳ［ｉ］［ｋ］に対して数１０に従い１サンプル前の同一ブロックとの論理和をとり、新しい基準符号パターンのクラスタ値ＲＳ［ｉ］［ｋ］として更新する。これを紙幣全面分のクラスタについて行うない（ステップＳ２１５）、上記ステップＳ２０３にリターンする。
【００３０】
学習処理において、４ビットで１ブロック値を表現し、論理和による学習をすることにより、正規の基準となるべき紙幣のブロック値の取り得る範囲を容易に学習させることができる。また、取り扱うブロック値は正規化したものであるので、識別器のハードウェアに依存するバラツキ、経時変化、環境変化に対して影響を受けないものになっている。
【００３１】
本発明で用いている圧縮符号パターン距離算出方法は、紙幣識別において各ブロック化された画像データを最小ビット数で表現する符号化ビットを使用することで優れている。つまり、該当ブロックの画素値を正規化することによって普遍的なものとし、より少ない符号ビット、実際には０と１で示すディジタル値で表現すれば圧縮率が高く、識別時間が短くなり、メモリ容量の削減につながるからである。従って、紙幣識別において符号ビットを何ビットにすれば識別可能か、また、特徴を抽出するのに各符号に対応した領域の範囲をどのようにとるかを、識別シミュレーションを実施して４ビットと決定している。その例を図１２に示す。図１２（Ａ）は紙幣を示しており、模様部の画像データの圧縮符号化後のパターンが同図（Ｂ）のように“０００１ ０００１ ０００１ ００１０・・・・”となり、基準符号パターンが１金種の紙幣に対し４方向の画像が存在するのでＡパターン〜Ｄパターンの４種があり、同図（Ｃ）の評価値はＡパターンが“０”となり、識別結果はＡパターンの評価値が最も小さい（類似している）ことを示している。上記演算を紙幣の全域において実施し、最も評価値の小さいパターンで、評価値が予め設定した値以下であれば識別結果として出力する。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の識別方法によれば、紙幣の金種識別に使用するメモリ容量を少なくすることができるので、多パターン、高速での金種識別が可能である。本例では紙幣について説明したが、小切手等の紙葉類についても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による紙幣識別装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】画像処理判定部の詳細を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の全体的動作例を示すフローチャートである。
【図４】本発明による識別動作例を示すフローチャートである。
【図５】本発明による紙幣識別の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図６】本発明による紙幣識別の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図７】紙幣のエッジ抽出を説明するための図である。
【図８】紙幣のブロック化の例を示す図である。
【図９】本発明による画像データの前処理を説明するための図である。
【図１０】本発明による画像データの圧縮符号化を説明するための図である。
【図１１】本発明による学習動作例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 紙幣
２ 発光手段
３ ラインセンサ
４ モジュール
５ Ａ／Ｄ変換器
１０ 画像処理判定部
１１ ＦＩＦＯメモリ
１２ メインメモリ
１３ フラッシュメモリ
１４ デュアルポートＲＡＭ
１５ 読取制御部
２０ 識別器制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙幣、小切手等の紙葉類を識別するに当って、紙葉類の画像データを効率的に圧縮して符号化することによって識別処理を容易にした紙葉類の識別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イメージラインセンサを備えて紙幣全面の画像データを収集して紙幣の識別を行なう紙幣識別機において、日本国の紙幣３金種の識別のみならず外国紙幣の識別をも同時に行ない得るようにする場合には、通常テンプレートと呼ばれる基準画像データを用意しておき、その基準画像データと被識別紙幣の画像データとを比較して金種、方向、真偽を判定する様にしたものがある。
【０００３】
しかしながら、従来のこの様な一般的な識別方式によると、例えば特開平４−２６０１８７号公報に記載されている様に、正確な識別を行なうために微細エリアのデータを処理する様にしている。また、光学データを用いる場合には、光学データの値が基準値の上限を越えないことと、基準値の下限よりも大きくなっていることを条件にしていることが多い。また、紙幣では処理するデータ量が多いので、処理速度を上げるために予め金種によって決められた画像エリアを特定して、そのエリア部分のみの特徴を抽出して金種等の判定を行なっている例が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記識別方法によると、取扱う紙幣の種類が増えた場合には各々のエリアが異なっており、各紙幣についての特定部分のエリアを見つけ出す必要があるため、開発時間がかかるという問題点があった。また、画像データを多値に分解することも処理時間を長くする要因になっていた。更に、多金種の紙幣の判別を同一の識別機によって行なわせる必要がある場合、必要とするメモリ容量を少なくし、しかも高速に紙幣識別を行ない得る紙葉類識別方法が望まれていた。
【０００５】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、効率的なデータ圧縮符号化を行なうことによりメモリ容量を少なくし、処理するデータ量を減らし、本発明の評価方法によって高速に紙葉類を識別する識別方法を提供することにある。更に、同時に識別用の基準符号化パターンを学習することによって、未登録紙幣の識別を追加する場合や新規紙幣が発行された場合にも、短時間のうちに学習できるといった新規識別金種の追加や変更が可能な識別方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、紙幣等の紙葉類を識別するための識別方法に関するものであり、本発明の上記目的は、紙葉類からの反射光又は透過光をイメージセンサで受光してメモリに記憶し、前記紙葉類の領域を前記メモリの画像データから切出し、前記切出された紙葉類データをブロック化して前処理し、前記前処理データを前記ブロック毎に圧縮符号化してパターンデータとし、前記圧縮符号化パターンデータを予め格納されている紙葉類パターンデータと比較して前記紙葉類を識別し、
更に、前記圧縮符号化を、前記画像データのレベルが複数の分割レベルのどの分割エリアに対応しているかを前記の分割レベルに対応させたビット位置の値を１又は０にする２値化によって行なうことによって、達成される。
【０００７】
又、圧縮符号化のデータを記憶すると共に、識別結果出力対象となる紙葉類に対して行なったデータを順次論理和して前記紙葉類の基準パターンデータとして記憶し、比較の方法が、前記ブロックの複数個をまとめた単位毎に前記圧縮符号化パターンデータと前記紙葉類パターンデータの論理否定値との論理積をとり、前記紙葉類１枚について結果が０以外の前記単位の個数を計数して記憶するようになっており、前記紙葉類パターンデータとの比較を識別対象分だけ実行し、前記記憶された個数が最小でかつ所定個数以下の前記紙葉類パターンデータの金種及び方向を該当紙葉類の識別結果とする紙葉類パターンデータを求めるようにすることによって、新規紙葉類の追加や変更にも迅速に対応できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
多国に亘る多金種の紙幣を識別する紙幣識別機において、取扱うデータ量を少なくすることによって、比較するべき基準となる識別データの容量が小さければ小さい程、１金種当りの識別に要する時間が少なくなり、データ量を少なくすることは迅速に処理を行なうために必要な条件となる。本発明は、１秒当り１５枚が搬送される紙幣識別機において、紙幣全面の画像データを採取しながら３０４パターン（７６金種、４方向）の同時識別を高速度に達成する識別方法を提供するものである。
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１は本発明による識別方法を実施する紙幣識別装置の一例を示しており、紙幣１は、発光ダイオードアレイ等で成る発光手段２と反射光を受光するための受光手段としてのラインセンサ３とを一体としたモジュール４の下面通路を搬送されるようになっている。ラインセンサ３からのビデオ信号ＶＳＡはＡ／Ｄ変換器５で８ビットのデイジタルビデオ信号ＶＳＢに変換されて画像処理判定部１０に入力される。画像処理判定部１０の詳細は図２に示すようになっており、画像処理判定部１０では、ビデオ信号ＶＳＢがＦＩＦＯメモリ１１に蓄積されると共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１００内の補正部１０１を経て順次メインメモリ１２の選ばれた領域に転送されて書込まれる。メインメモリ１２上には紙幣１枚分の画像データが展開される。ＤＳＰ１００は制御プログラムを格納したＲＯＭ１１０と協働し、ＦＩＦＯメモリ１１を経て入力されたビデオ信号ＶＳＢをブロック化及び圧縮して符号化するブロック化圧縮符号化部１０２と、判定結果ＤＲを出力する比較判定制御部１０３とを有している。又、画像処理判定部１０は、各種紙幣の基準符号パターンを格納している基準符号パターン用フラッシュメモリ１３を有し、基準符号パターンＲＣとメインメモリ１２からの被識別紙幣のデータＣＳとを比較判定制御部１０３で比較して判定結果ＤＲを出力し、デュアルポートＲＡＭ１４を介して識別器を制御する識別器制御部２０との間で通信を行なう。尚、フラッシュメモリ１３は電気的に書換えが可能な読出し専用メモリであり、メインメモリ１２はダブルバッファとして機能し、画像データ用メモリ、作業領域用メモリ等を有するＲＡＭである。
【００１０】
更に、画像処理判定部１０には、発光手段２の点灯点滅制御、紙幣搬送時にラインセンサ３の走査間隔を決定するためのロータリーエンコーダ６のメカクロック信号ＥＳを受けると共に、Ａ／Ｄ変換器５の読出しの制御、ＦＩＦＯメモリ１１のデータ書込みの制御及びラインセンサ３の読取り制御タイミングＲＴを発生する読取制御部１５を有しており、紙幣１の搬送路には、紙幣１の通過を検知する通過センサ７及び紙幣１の真偽を検知するための真偽センサ８が設置されている。通過センサ７からの通過信号ＰＳは画像処理判定部１０内の読取制御部１５に入力されると共に、識別器制御部２０に入力される。真偽センサ８からの検知信号も識別器制御部２０に入力され、識別器制御部２０は画像処理判定部１０に接続されると共に、紙幣入金処理装置等の本体制御部３０に接続されている。
【００１１】
図３は、図１及び図２の画像処理判定部１０内のＤＳＰ１００の動作例を示すフローチャートであり、先ず紙幣搬送機構等のハードウエアに必要なイニシャル処理をし（ステップＳ１）、ハードウエアの状態に異常がないかをチェックする（ステップＳ２）。その後にメカコマンド待ちとなり、メカコマンドが入力され識別器制御部２０にある上位ＣＰＵによる動作スタートが指示されると（ステップＳ３）、識別開始か否かを判断する（ステップＳ６）。識別の場合は識別処理し（ステップＳ１００）、識別でない場合は学習開始か否かを判断し（ステップＳ７）、学習の場合は学習処理し（ステップＳ２００）、学習でない場合は試験或いは評価用に作られた特別なプログラムを走らせることができるモードであるＲＡＳモードの設定か否かを判断し（ステップＳ８）、識別の場合は各種ＲＡＳコマンドの処理を行なう（ステップＳ９）。ＲＡＳは、Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙの略語である。上記ステップＳ８でＲＡＳモードの設定でない場合、ステップＳ９の各種コマンド処理の後、ステップＳ２００の学習の後、及びステップＳ１００の識別処理の後にそれぞれ上記ステップＳ３にリターンする。
【００１２】
図４は上記識別処理（ステップＳ１００）の詳細動作例を示すフローチャートであり、識別処理が開始されると先ずラインセンサ３の出力を補正するため、発光手段２のＬＥＤを消灯した状態でのラインセンサ３の出力を読取るといったいわゆる暗時出力データである黒レベルデータを収集し（ステップＳ１０１）、その後に発光手段２を点灯し（ステップＳ１０２）、デュアルポートＲＡＭ１４に識別準備完了レスポンスを書込み、割込みを発生して上位ＣＰＵに通知といったメカレスポンスの送出を実行する（ステップＳ１０３）。そして、紙幣１の通過を通過センサ７が検知すると通過信号ＰＳが読取制御部１５に入力され（ステップＳ１０４）、ラインセンサ３からのビデオ信号ＶＳＡをＡ／Ｄ変換器５を介してアナログからデジタル値へ変換してＦＩＦＯメモリ１１に書込む。その後、ＤＳＰ１００内の補正部１０１によって補正を行ない、結果をメインメモリ１２の一方のダブルバッファに書込む。ラインセンサ３からは、識別開始時に取込んで処理した黒レベルデータと、予め設定プログラムを実行することによってフラッシュメモリ１３に書込んである白レベルデータ及び黒レベルデータとを用いて補正を実行しながら画像データの収集を行なう（ステップＳ１１０）。そして、１枚分のデータを取り終えるとダブルバッファを切替える（ステップＳ１１１）。即ち、メインメモリ１２のデータ収集領域である１つのダブルバッファを切替えて識別領域とし、他方の識別を終了した領域を次に識別する紙幣のデータ収集領域とする。この切換の許可は通過センサ割込みをイネーブルとすることによって実行され、これにより次の紙幣のデータ収集待機状態に入る（ステップＳ１１２）。収集されたデータに基づいて図５及び図６に詳細を示す紙幣識別を行ない（ステップＳ１０００）、比較判定制御部１０３より識別結果ＤＲを送出する（ステップＳ１１３）。この送出は、デュアルポートＲＡＭ１４に結果を書込み、レスポンス割込みを発生して上位ＣＰＵに通知することによって行なわれる。又、上記ステップＳ１０４で紙幣１の通過が検知されない場合は、終了コマンドが有るか否かを判断し（ステップＳ１２０）、無ければ上記ステップＳ１０４にリターンし、有れば識別終了レスポンスを送出し（ステップＳ１２１）、発光手段２を消灯し（ステップＳ１２２）、図３のステップＳ３へのリターンとなる。
【００１３】
尚、ラインセンサ３から取り込んでメインメモリ１２に格納されたビデオ信号ＶＳＢの上記補正は、ＤＳＰ１００にて次のように実行される。黒レベルには、別途設けたＲＡＳコマンドを実行させて予めフラッシュメモリ１３に記憶され用意しているもの及び識別開始時に発光手段２を消灯してデータ収集プログラムを走らせて取込んだものを使用し、白レベルは別途設けたＲＡＳコマンドを実行させて予めフラッシュメモリ１３に記憶され用意しているものを使用する。モジュール４の前面に予め定められた白紙を貼り付け、ＲＡＳで指定するデータ収集プログラムを実行させ、そのときのラインセンサ３の出力を取込み、上記黒レベル及び白レベルの補正用データはＤＳＰ１００によって同一チャネルの複数出力の平均をとる処理をしたものを、ＤＳＰ１００によりフラッシュメモリ１３に書込んでおく。識別時にはフラッシュメモリ１３に書込まれた補正データをもとに下記数１で画素Ｉｎ毎に演算を行ない、補正された第ｎ画素の補正画素値ＣＲｎを得る。
【００１４】
【数１】
ＣＲｎ＝Ｇ×（１６５／（Ｗｎ−Ｂｎ））×（Ｉｎ−ＢＫｎ）
Ｇ：各ラインの１ビット目のデータ、即ち白テープからの反射による受光データとフラッシュメモリ１３に記憶された白テープからの反射による１ビット目のデータとで決定されるゲインである。ラインセンサ３の１〜５チャネルには、モジュール４内に基準白テープが貼られており、光量補正ができるようになっている。ゲインＧは、初期設定時のラインセンサ３の出力と現在のラインセンサ３の出力のＡ／Ｄ値が同一になるように設定されている。又、項（１６５／ （Ｗｎ−Ｂｎ））×（Ｉｎ−ＢＫｎ）はイメージセンサ３のチャネル 間の補正を示す電圧、温度等の環境及び経時変化の変動。
Ｗｎ：第ｎチャネルの白レベルの数回のサンプリング結果の平均値であり、フラッシュメモリ１３に記憶されている。
Ｂｎ：第ｎチャネルの黒レベルの数回のサンプリング結果の平均値であり、フラッシュメモリ１３に記憶されている。
ＢＫｎ：識別開始時に発光手段２を消灯させて収集する第ｎチャネルの黒レベルの数ライン（数走査）分の平均値である。
Ｉｎ：第ｎチャネルの被識別紙幣の画像データ（被補正画像データ）であり、ｎはチャネル番号６〜９５である。
【００１５】
ステップＳ１０００における紙幣識別は、図５及び図６に示すフローチャートに従って実行され、先ず紙幣１のエッジの抽出が行なわれる（ステップＳ１００１）。エッジの抽出は図７に示すように、識別対象紙幣に対して最初にＡ，Ｂ方向より走査してエッジ（図のＡ辺、Ｂ辺）を抽出し、紙幣左右の直線を下記数２に従って求める。
【数２】
Ａ辺：ｘ＝ａ・ｙ＋ｂ１
Ｂ辺：ｘ＝ａ・ｙ＋ｂ２
上記数２の２直線に辺Ａ，Ｂの各エッジ部の座標値を代入して最も候補の多いＸ軸との交点（ｂ１，ｂ２）及び傾きａを求める。数２の直線に対して直角方向の紙幣のエッジの直線（辺Ｃ，辺Ｄ）は数３となる。
【００１６】
【数３】
Ｃ辺：ｙ＝−ａ・ｘ＋ｓｕｂ_ｂ１
Ｄ辺：ｙ＝−ａ・ｘ＋ｓｕｂ_ｂ２
上記数３より、辺Ｃと辺Ｄをそれぞれ延長した直線とＹ軸の交点（ｙ切片）は次の数４となる。
【００１７】
【数４】
辺Ｃのｙ切片：ｓｕｂ_ｂ１＝ｅｄｇｅ_ｙ＋ａ・ｅｄｇｅ_ｘ
辺Ｄのｙ切片：ｓｕｂ_ｂ２＝ｅｄｇｅ_ｙ＋ａ・ｅｄｇｅ_ｘ
ｅｄｇｅ_ｙ：エッジ（辺Ｃ又は辺Ｄ）のｙ座標
ｅｄｇｅ_ｘ：エッジ（辺Ｃ又は辺Ｄ）のｘ座標
数４で求められるｙ交点座標のヒストグラムにより、最も候補の多い候補ｓｕｂ_ｂ１，ｓｕｂ_ｂ２を決定し、数２及び数３よりそれぞれの直線の交点を計算によって求める。その結果、各頂点の座標は次の数５のようになる。
【００１８】
【数５】
ｃｒｏｓｓ_ｘｉ＝（ａ・ｓｕｂ_ｂｎ＋ｂｍ）／（１＋ａ２）
ｃｒｏｓｓ_ｙｉ＝（−ａ・ｂｍ＋ｓｕｂ_ｂｎ）／（１＋ａ２）
ｃｒｏｓｓ_ｘｉ：各頂点ｘ座標（ｉ＝１〜４）
ｃｒｏｓｓ_ｙｉ：各頂点ｙ座標（ｉ＝１〜４）
ａ：辺Ａ、辺Ｂの直線傾き
ｂｍ：辺Ａ、辺Ｂの延長直線のｘ軸切片（ｍ＝１， ２）
ｓｕｂ_ｂｎ：辺Ｃ，辺Ｄ方向直線のｙ軸切片（ｎ＝１，２ ）
上述の如くして紙幣１のエッジが抽出されるとベクトル計算（アフィン変換）による回転、移動により、斜行補正及び原点への画像データ移動を開始できるように幅寄せを行なう（ステップＳ１００２）。これにより、メモリ上で原点となるメモリ位置に紙幣の画像が開始される頂点の紙幣画像データを格納する。そして、紙幣領域のデータについて図８に示すように例えば２画素×４画素の横方向２ｍｍ、縦方向４ｍｍの大きさ画像領域に相当するものを１ブロックとして、最大４８×４８のブロック領域をメモリ上に確保し、紙幣のデータをブロック値に変換して記憶する（ステップＳ１００３）。前処理は図９に示す座標（ｉ，ｊ）の補正画素値Ｃｒｎにアフィン変換及びブロック化を行なった後のブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］の全領域に亘る平均のブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを求めるために、下記の数６に従って計算する。ブロックの座標位置が（ｙ＝ｉ,ｘ＝ｊ）で ある。ｉはｉ＝１〜紙幣サイズによって決まる縦方向の最終ブロック座標Ｙ−１であり、ｊはｊ＝１〜紙幣サイズによって決まる横方向の最終ブロック座標Ｘ−１である（ステップＳ１００４）。各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］値の総和を総ブロック数で除算することで、紙幣画像ブロック部の平均値を得る。
【００１９】
【数６】
次に、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］と数６で求めた各ブロックの平均値ａｖｇ_ｉｍｇとの差の絶対値の総和を求め、総ブロック数で除算することにより、各ブロックの平均値からの偏差の絶対値の平均的な割合又は距離ａｖｇ_ｄｉｓを求める。次に、ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］と平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇよりの距離の平均ａｖｇ_ｄｉｓ、つまり図９の斜線領域の平均を、数６の結果平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを用いて数７に従って計算する。これにより、個々のブロック値が共通に有するオフセット、即ち電気回路にたとえると直流成分をキャンセルし、模様の平均値からの絶対値の平均（電気回路にたとえると交流成分の平均値）を計算する。
【数７】
次に、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］から平均ブロック値ａｖｇ_ｉｍｇを減算した偏差値を平均ブロック値ａｖｇ_ｄｉｓで除算することにより、各ブロック値ｉｍｇ［ｉ］［ｊ］を正規化する。そして、下記の数８に従って、紙幣画像データのゲイン及びオフセットがキャンセルされ正規化された正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］を得る。
【数８】
上述のようにして前処理が終了すると、前処理された正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］に対して圧縮符号化が実施される（ステップＳ１００５）。図１０は本発明による圧縮符号化を説明する図であり、図１０（Ａ）は紙幣１に対してラインセンサ３の複数分の走査画像データをブロック化した後のｘ方向の正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］の並びを示しており、この列の正規化ブロック値を可視的に示すと同図（Ｂ）になる。本発明ではこの正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］に対して４領域から成る分割レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４を割当て、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４のうち正規化ブロック値ＮＢ［ｉ］［ｊ］が存在する範囲を“１”、存在しない範囲を“０”として、レベル範囲ＡＲ１からＡＲ４の順に“０”又は“１”を割り当てることにより符号化する。つまり、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４のうち、正規化ブロック値が存在するレベル範囲のみを“１”とし、他のレベル範囲を“０”として２値符号化する。例えば、レベル範囲ＡＲ２に画像データがあった場合には“０１００”となる。これにより図１０（Ｃ）に示すように、各ブロックの正規化ブロック値のレベルを４ビットの符号で表現することができる。ビットの位置はレベルの範囲を示している。
【００２３】
これによりＡ／Ｄ変換器５から取込まれた８ビットで表わされる２５６階調の１画素のデータが、２×４のブロック化を経て４ビットで示される４階調に圧縮符号化される。その後更に１ブロック４ビットの符号列を８ブロック分まとめて、３２ビットの符号列を１ワードとして取扱うことにより、ＤＳＰ１００による処理上のステップ数（処理時間）の圧縮（短縮）をするといったことも含めた圧縮処理を行なっている。ここで、レベル範囲ＡＲ１〜ＡＲ４は、外部でのシミュレーションによって最適な範囲を予め決定してフラッシュメモリ１３に記憶している値である。
【００２４】
上述のようにして、画像データから処理された各正規化ブロック毎の圧縮符号化が終了する（ステップＳ１００５）。圧縮符号化されたワード値をクラスタ値と呼び、ＣＳ［ｉ][ｋ］で表わす。ここで、ｋ＝ｊ／８（除算の商のみをｋに当てはめる）の関係が成立する。
【数９】
【００２５】
確当金種か否かの識別処理は、圧縮符号化された全正規化ブロック分の符号パターン配列であるクラスタ値ＣＳと、学習処理（後述する）により得られたメインメモリ１２内の全正規化ブロック分の基準符号パターン配列であるクラスタ値ＲＣの該当否定値との配列１個毎、即ち３２ビットの論理積（原ブロック値においては８ブロック分の論理積）をとり、０でない場合は評価値をインクリメントする。３２ビットの論理積をとり、結果が全て０かそれ以外によって該当ワードの評価値を得ている。即ち全てが０のときの判定結果は“０”であり、それ以外の時には判定結果は“１”である。１パターンにおける判定は、数１０の判定結果により理解することができる。
【００２６】
紙幣１枚に対する評価値とは、複数あるクラスタ値の判定結果である１又は０の総加算値である。この評価値の数値が大きいと不一致のクラスタの数が多いことを示し、基準パターンと被識別紙幣のパターンとの距離が大きく離れていることを示す。ここで、判定結果が０ということは、基準パターンであるクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］で示される領域に該当領域の８ブロックの値が全て入っていたことを意味し、判定結果が１ということは、該当ブロックの少なくとも何れかが基準となるパターンとは離れている（金種又は方向が異なっているか、識別対象外紙幣である）ことを示す。ここでいう最小距離とは、数９に示される論理演算を各ブロックに対して行なったものの各結果を加算した評価値のうち、即ち１のあったブロックの総数である評価値のうちで、識別対象となる紙幣分の評価値を計算しその内の一番少ない評価値をいう。上記数９の演算を識別対象金種の全てについて実施し、上述した様に最も評価値が小さく、予め決められたスレッショルド以下であればその候補の種別、金種、方向の識別結果として出力する。
【００２７】
上記ステップＳ１０１１においてＵＳＡ紙幣の場合には先ず模様部分を抽出し（ステップＳ１０１２）、上述したと同様のアフイン変換（ステップＳ１０１３）、ブロック化（ステップＳ１０１４）、前処理（ステップＳ１０１５）、圧縮符号化（ステップＳ１０１６）を実行し、評価演算を行ない識別対象毎に設けているテーブルにその評価値を格納して行く（ステップＳ１０１７）。そして、最小の評価値を検索し、その評価値が予め決められているスレッショルドよりも小さいか否かにより確当金種の存在の有無を判断する（ステップＳ１０２０）。ＵＳＡ紙幣内で確当金種がなければリターンとなり、確当金種があればその金種データを元に真偽判別の処理を実行する（ステップＳ１０２１）。
一方、ステップＳ２００での学習処理は図１１に示すフローチャートに従って実行され、圧縮符号化された符号パターン配列ＣＳを複数枚分用意し、数１０の論理和演算によって各識別対象金種紙幣の基準符号パターン配列ＲＣを作成する。
【数１０】
上記数１０の学習によって、金種方向毎に基準符号パターンであるクラスタ値であるクラスタ値ＲＣが作成される。即ち、同一金種の紙幣で同一方向のデータを取ってブロック化したクラスタ値ＣＳ［ｉ］［ｋ］と、１枚前の紙幣の学習時に記憶したクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］との論理和をとって、新しいクラスタ値ＲＣ［ｉ］［ｋ］として更新して行く。これは、正規の紙幣の各種バラツキによってそのブロック値の範囲がバラツクことがあるが、これを基準符号パターンとして許容するようにしている。そして、その基準符号パターンＲＣはフラッシュメモリ１３に書込まれる。
【００２９】
学習処理では先ず上位ＣＰＵにより、第ｎパターン（金種・方向）の新規学習或いは追加学習の指令を受信する。そして、追加学習か否かを判断し（ステップＳ２０１）、新規学習の場合は第ｎパターン学習結果の格納領域をクリアし（ステップＳ２０２）、その後及び上記ステップＳ２０１で追加学習と判断された場合には、通過センサ７によって紙幣通過が検知されたか否かを判断し（ステップＳ２０３）、紙幣が通過していない場合は学習終了コマンドが有るか否かを判断する（ステップＳ２０４）。学習終了コマンドが有れば、第ｎパターン基準符号パターンをフラッシュメモリ１３に書込んでリターンして処理を終了し（ステップＳ２０５）、学習終了コマンドがなければ上記ステップＳ２０３に戻る。又、上記ステップＳ２０３で紙幣通過が検知されると、受信した指令がＵＳＡ紙幣を特定したものであるか否かを判断し（ステップＳ２１０）、ＵＳＡ紙幣であれば模様部分を抽出し（ステップＳ２１２）、ＵＳＡ紙幣でなければ前述したと同様のエッジ抽出を行なう（ステップＳ２１１）。その後、アフィン変換（ステップＳ２１３）、斜行及び寄せの補正等の前処理を実施し（ステップＳ２１４）、図５及び、図６を用いて説明した識別時の処理と同様にブロック化・圧縮・符号化をし、得られたクラスタ値ＣＳ［ｉ］［ｋ］に対して数１０に従い１サンプル前の同一ブロックとの論理和をとり、新しい基準符号パターンのクラスタ値ＲＳ［ｉ］［ｋ］として更新する。これを紙幣全面分のクラスタについて行うない（ステップＳ２１５）、上記ステップＳ２０３にリターンする。
【００３０】
学習処理において、４ビットで１ブロック値を表現し、論理和による学習をすることにより、正規の基準となるべき紙幣のブロック値の取り得る範囲を容易に学習させることができる。また、取り扱うブロック値は正規化したものであるので、識別器のハードウェアに依存するバラツキ、経時変化、環境変化に対して影響を受けないものになっている。
【００３１】
本発明で用いている圧縮符号パターン距離算出方法は、紙幣識別において各ブロック化された画像データを最小ビット数で表現する符号化ビットを使用することで優れている。つまり、該当ブロックの画素値を正規化することによって普遍的なものとし、より少ない符号ビット、実際には０と１で示すディジタル値で表現すれば圧縮率が高く、識別時間が短くなり、メモリ容量の削減につながるからである。従って、紙幣識別において符号ビットを何ビットにすれば識別可能か、また、特徴を抽出するのに各符号に対応した領域の範囲をどのようにとるかを、識別シミュレーションを実施して４ビットと決定している。その例を図１２に示す。図１２（Ａ）は紙幣を示しており、模様部の画像データの圧縮符号化後のパターンが同図（Ｂ）のように“０００１ ０００１ ０００１ ００１０・・・・”となり、基準符号パターンが１金種の紙幣に対し４方向の画像が存在するのでＡパターン〜Ｄパターンの４種があり、同図（Ｃ）の評価値はＡパターンが“０”となり、識別結果はＡパターンの評価値が最も小さい（類似している）ことを示している。上記演算を紙幣の全域において実施し、最も評価値の小さいパターンで、評価値が予め設定した値以下であれば識別結果として出力する。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の識別方法によれば、紙幣の金種識別に使用するメモリ容量を少なくすることができるので、多パターン、高速での金種識別が可能である。本例では紙幣について説明したが、小切手等の紙葉類についても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による紙幣識別装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】画像処理判定部の詳細を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の全体的動作例を示すフローチャートである。
【図４】本発明による識別動作例を示すフローチャートである。
【図５】本発明による紙幣識別の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図６】本発明による紙幣識別の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図７】紙幣のエッジ抽出を説明するための図である。
【図８】紙幣のブロック化の例を示す図である。
【図９】本発明による画像データの前処理を説明するための図である。
【図１０】本発明による画像データの圧縮符号化を説明するための図である。
【図１１】本発明による学習動作例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 紙幣
２ 発光手段
３ ラインセンサ
４ モジュール
５ Ａ／Ｄ変換器
１０ 画像処理判定部
１１ ＦＩＦＯメモリ
１２ メインメモリ
１３ フラッシュメモリ
１４ デュアルポートＲＡＭ
１５ 読取制御部
２０ 識別器制御部
Claims (3)
- 紙葉類からの反射光又は透過光をイメージセンサで受光してメモリに記憶し、前記紙葉類の領域を前記メモリの画像データから切出し、前記切出された紙葉類データをブロック化して前処理し、前記前処理データを前記ブロック毎に圧縮符号化してパターンデータとし、前記圧縮符号化パターンデータを予め格納されている紙葉類パターンデータと比較して前記紙葉類を識別することを特徴とし、
更に、前記圧縮符号化を、前記画像データのレベルが複数の分割レベルのどの分割エリアに対応しているかを前記の分割レベルに対応させたビット位置の値を１又は０にする２値化によって行なうことを特徴とする紙葉類の識別方法。 - 前記圧縮符号化のデータを記憶すると共に、識別結果出力対象となる紙葉類に対して行なったデータを順次論理和して前記紙葉類の基準パターンデータとして記憶する請求項１に記載の紙葉類の識別方法。
- 前記比較の方法が、前記ブロックの複数個をまとめた単位毎に前記圧縮符号化パターンデータと前記紙葉類パターンデータの論理否定値との論理積をとり、前記紙葉類１枚について結果が０以外の前記単位の個数を計数して記憶するようになっており、前記紙葉類パターンデータとの比較を識別対象分だけ実行し、前記記憶された個数が最小でかつ所定個数以下の前記紙葉類パターンデータの金種及び方向を該当紙葉類の識別結果とする請求項１に記載の紙葉類の識別方法。
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