一種鈔票圖像採集和處理系統的製作方法

2023-10-20 14:17:32

本發明涉及一種圖像採集和處理系統，特別是一種用於鈔票的圖像採集和和處理系統。

背景技術：

鈔票作為交換媒介，廣泛應用於各種場景的交易行為中，這使得鈔票在流通過程中，必然會出現磨損、殘缺、穿孔、褶皺等情況，變成殘損幣、殘舊幣。這就使得金融機構必須能夠通過某種機器將存在問題的鈔票與能夠正常流通的鈔票分揀分開。

然而市場上的鈔票清分機功能單一、效率低下，難以滿足實際的需求。傳統的鈔票清分機器使用數位訊號處理器處理圖像，控制器進行系統控制和圖像採集。這種架構下採集到的圖像難以快速發送到數位訊號處理器進行圖像處理，導致實際鈔票清分效果差。

因此，設計一種可以高速完成圖像採集和圖像處理的鈔票清分系統具有非常高的經濟價值。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供了一種可以高速完成圖像採集和圖像處理的鈔票清分系統。

本發明通過以下的方案實現：一種鈔票圖像採集和處理系統，包括控制器、數據採集器、通信模塊、外部擴展內存、圖像傳感器CIS、磁強度傳感器、厚度傳感器和第一模擬數字轉換器ADC和第二模擬數字轉換器ADC；所述控制器通過所述通信模塊與所述數據採集器和外部擴展內存連接；所述數據採集器通過通信模塊與外部擴展內存連接；

所述數據採集器包括第一驅動與信號採集模塊、第二驅動與信號採集模塊、圖像數據預處理模塊、第一寫入模塊、第二寫入模塊和機械驅動模塊；

所述第一驅動與信號採集模塊，用於輸出驅動信號至所述磁強度傳感器、厚度傳感器連接和第一模擬數字轉換器ADC；所述第二驅動與信號採集模塊，用於輸出驅動信號至CIS圖像傳感器連接和第二模擬數字轉換器ADC；

所述圖像傳感器CIS用於採集鈔票的圖像信息，通過所述第二模擬數字轉換器ADC轉化為數位訊號，並發送至所述第二驅動與信號採集模塊，再發送至所述圖像數據預處理模塊進行排序和格式處理，再通過所述第二寫入模塊將該信息寫入所述外部擴展內存；

所述磁強度傳感器和厚度傳感器用於採集鈔票的磁強度信息和厚度信息，通過所述第一模擬數字轉換器ADC轉化為數位訊號，並發送至所述第一驅動和信號採集模塊，再通過所述第一寫入模塊將該信息寫入所述外部擴展內存；

所述控制器包括核心控制模塊和數據運算模塊；所述核心控制模塊用於控制所述數據採集器、圖像傳感器CIS、磁強度傳感器、厚度傳感器、第一模擬數字轉換器ADC和第二模擬數字轉換器ADC的工作；所述數據運算模塊，用於讀取外部擴展內存中的鈔票信息，並進行運算處理，將處理結果反饋至核心控制模塊，由核心控制模塊發送驅動信息至所述機械驅動模塊中，以完成鈔票清分工作。

相比於現有技術，本發明能夠快速完成鈔票清分工作，具體的先通過數據採集器對鈔票的信息完成圖像等信息的採集，並由控制器完成信息的處理，最後完成對鈔票的清分工作。因此，本發明不但能夠鑑別鈔票真偽，而且能夠根據實際情況分揀殘損鈔票，具有鑑別結果準確，清分速度快的優點。

作為優選，所述控制器為雙核ARM處理器；所述數據採集器為FPGA可編程處理器；所述外部擴展內存為DDR3SDRAM；通過符合AXI總線標準的通信模塊，使得FPGA採集到的信息可以通過DDR3內存空間和ARM共享。

作為本發明的進一步改進，所述第一寫入模塊和第二寫入模塊在將數字信息寫入所述外部擴展內存時，其採用循環存儲的方式，分別將某張鈔票的數據信息，依次存儲到某個內存區域的不同地址處，鈔票圖像數據循環地存儲到一組特定的內存區域；所述數據運算模塊從該組地址中依次讀取數據，進行鈔票清分運算，並將運算結果存入緩衝區，通過軟體中斷的方式，通知核心控制模塊讀取清分運算的處理結果；所述核心控制模塊根據運算結果和外部擴展內存中待處理的鈔票圖像數據量進行採集和處理工作的調整。

作為本發明的進一步改進，還包括FLASH存儲模塊、USB和UART接口；所述UART、USB、FLASH連接到控制器；所述FLASH，用於存儲系統鏡像文件和更新系統鏡像所用的更新程序；當需要更新系統時，控制器跳轉到系統更新程序的地址，啟動系統更新程序，通過所述UART和USB接口接收命令和新的系統鏡像數據，並使用新的系統鏡像覆蓋原始系統鏡像。本發明可以在清分工作開始前，通過將標準鈔票放入本系統的方式，採集標準的特徵參數。並且實際工作時，可以根據實際鈔票清分工作完成的情況，通過外部控制接口連接電腦來修改各項參數，使得圖像採集和處理系統不受鈔票面額、幣種、新舊和汙損程度限制，鈔票清分效果更加理想。所述UART接口用於發送指令，所述USB接口用於圖像數字信息的發送。控制器檢測到UART中斷後，進入UART中斷子程序處理UART接收到的信息，通過解析信息得到具體的指令，然後執行該指令。

作為優選，所述數據運算模塊完成鈔票圖像的運算處理後，將該鈔票圖像通過USB接口傳輸至外界PC中進行保存。

作為本發明的進一步改進，所述Block Memory存儲器用於存儲各個模塊的運行狀態、錯誤狀態、圖像數據量的信息，並實時將該信息進行更新；所述核心控制模塊和數據運算模塊根據該信息調控系統完成進行圖像採集和處理工作。

作為本發明的進一步改進，所述圖像傳感器CIS為兩個，分別獲取鈔票的頂層和底層信息，所獲取的圖像信息包括：頂層和底層圖像的紅、綠、藍、紅外和紫外信息。更進一步的，所述圖像採集和傳感器採集模塊分別裝配於待檢測鈔票所在平面的上下兩側，並且彼此分離互不幹擾。進而可以在待檢測鈔票通過檢測區域時同時對鈔票兩面進行圖像採集，並且進一步減小裝置的體積。

綜上所述，本發明基於ARM+FPGA架構的鈔票圖像採集和處理系統可以在鈔票清分工作開始前，通過將標準鈔票置入系統的方式，採集標準的特徵參數。並且實際工作時，可以根據工作完成情況，通過外部控制接口(UART、USB)連接電腦來修改各種參數，使得鈔票圖像採集和處理工作不受鈔票面額、幣種、新舊和汙損程度限制，工作效果更加理想。本發明不但能夠鑑別鈔票真偽，而且能夠根據實際情況分揀殘損鈔票，具有鑑別結果準確，清分速度快的優點。

為了更好地理解和實施，下面結合附圖詳細說明本發明。

附圖說明

圖1是本發明的鈔票圖像採集和處理系統整體連接框圖。

圖2是本發明的控制器和數據採集器的內部架構示意圖。

圖3a是本發明的核心控制模塊CPU0的主程序運行流程圖。

圖3b是本發明的核心控制模塊CPU0的中斷子程序的運行流程圖。

圖4是本發明的數據運算模塊CPU1的程序運行流程圖。

圖5是本發明更新系統鏡像文件的原理圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

請參閱圖1，其為本發明的鈔票圖像採集和處理系統的整體連接框圖。

本發明提供了一種鈔票圖像採集和處理系統，包括控制器1、數據採集器2、通信模塊3、外部擴展內存4、圖像傳感器5、第一模擬數字轉換器6、磁強度傳感器7、厚度傳感器8、第二模擬數字轉換器9和Flash存儲模塊10。所述控制器1通過所述通信模塊與所述數據採集器2和外部擴展內存4連接；所述數據採集器2通過通信模塊與外部擴展內存4連接。

具體的在本實施例中，所述通訊模塊符合AXI總線標準；所述控制器為XILINX的Zynq-7000雙核ARM處理器；所述數據採集器為FPGA可編程處理器；所述外部擴展內存為DDR3SDRAM；通過符合AXI總線標準的內部通信模塊，使得FPGA採集到的信息可以通過DDR3內存空間和ARM共享。

請同時參閱圖2，其為本發明的控制器和數據採集器的內部架構示意圖。

在本實施例中，所述數據採集器採用的是FPGA可編程處理器2，該FPGA內具體包括第一驅動與信號採集模塊21、第二驅動與信號採集模塊22、圖像數據預處理模塊23、第一寫入模塊24(即Write_DDR3模塊)、第二寫入模塊25(即Write_DDR3模塊)、機械驅動模塊26和存儲器Block Memory27。

所述第一驅動與信號採集模塊21，用於輸出驅動信號至所述磁強度傳感器7、厚度傳感器8連接和第一模擬數字轉換器6；所述第二驅動與信號採集模塊22，用於輸出驅動信號至CIS圖像傳感器5和第二模擬數字轉換器9。

所述CIS圖像傳感器5用於採集鈔票的圖像信息，通過所述第二模擬數字轉換器9轉化為數位訊號，並發送至所述第二驅動與信號採集模塊22，再發送至所述圖像數據預處理模塊23進行排序和格式處理，再通過所述第二寫入模塊26將該信息寫入所述外部擴展內存DDR3中。

作為優選方式，所述圖像傳感器CIS為兩個，分別獲取鈔票的頂層和底層信息，所獲取的圖像信息包括：頂層和底層圖像的紅、綠、藍、紅外和紫外信息。更進一步的，所述圖像採集和傳感器採集模塊分別裝配於待檢測鈔票所在平面的上下兩側，並且彼此分離互不幹擾。進而可以在待檢測鈔票通過檢測區域時同時對鈔票兩面進行圖像採集，並且進一步減小裝置的體積。

所述磁強度傳感器7和厚度傳感器8用於採集鈔票的磁強度信息和厚度信息，通過所述第一模擬數字轉換器6轉化為數位訊號，並發送至所述第一驅動和信號採集模塊21，再通過所述第一寫入模塊24將該信息寫入所述外部擴展內存DDR3中。

所述控制器1包括核心控制模塊CPU0和數據運算模塊CPU1。所述核心控制模塊CPU0用於控制所述數據採集器2、圖像傳感器CIS4、磁強度傳感器7、厚度傳感器8、第一模擬數字轉換器6和第二模擬數字轉換器9的工作。所述數據運算模塊CPU1，用於讀取外部擴展內存DDR3中的鈔票信息，並進行運算處理，將處理結果反饋至核心控制模塊CPU0，由核心控制模塊CPU0發送驅動信息至所述機械驅動模塊26中，以完成鈔票清分工作。

進一步，在本實施例中，所述第一寫入模塊24和第二寫入模塊25在將數字信息寫入所述外部擴展內存時，其採用循環存儲的方式，分別將某張鈔票的數據信息，依次存儲到某個內存區域的不同地址處，鈔票圖像數據循環地存儲到一組特定的內存區域；所述數據運算模塊CPU1從該組地址中依次讀取數據，進行鈔票清分運算，將運算結果發送到緩衝區並通知核心控制模塊CPU0。所述核心控制模塊CPU0根據運算結果和外部擴展內存DDR3中待處理的鈔票圖像數據量進行採集和處理工作的調整。

進一步，所述核心控制器1分別與FLASH存儲模塊10、USB和UART接口連接。所述FLASH，用於存儲系統鏡像文件和更新系統鏡像所用的更新程序；當需要更新系統時，控制器跳轉到系統更新程序的地址，啟動系統更新程序，通過所述UART和USB接口接收命令和新的系統鏡像數據，並使用新的系統鏡像覆蓋原始系統鏡像。本發明可以在清分工作開始前，通過將標準鈔票放入本系統的方式，採集標準的特徵參數。並且實際工作時，可以根據實際鈔票清分工作完成的情況，通過外部控制接口連接電腦來修改各項參數，使得圖像採集和處理系統不受鈔票面額、幣種、新舊和汙損程度限制，鈔票清分效果更加理想。

所述UART接口用於發送指令，所述USB接口用於圖像數字信息的發送。控制器檢測到UART中斷後，進入UART中斷子程序處理UART接收到的信息，通過解析信息得到具體的指令，然後執行該指令。UART傳輸的數據，指令幀開始和指令幀結束是一個字節的特殊8位數據，這兩個字節用來判斷指令傳輸的開始和結束。指令幀開始字節之後的4個字節是指令幀長度，表示整個指令幀的總長度。再之後的一個字節為指令幀類型，該字節有兩個值可選，分別表示數據由PC發送到控制器和控制器發送到PC。指令幀數據的長度未定，其第一個字節表示的是具體指令，其後若干字節是執行指令需要的數據。指令幀校驗是對指令幀數據進行校驗運算得到的兩個字節的校驗碼。

進一步，當所述數據運算模塊完成鈔票圖像的運算處理後，還可以將該鈔票圖像通過USB接口傳輸至外界PC中進行保存。

進一步，所述Block Memory存儲器用於存儲各個模塊的運行狀態、錯誤狀態、圖像數據量的信息，並實時將該信息進行更新；所述核心控制模塊和數據運算模塊根據該信息調控系統完成進行圖像採集和處理工作。

請參閱圖3a和3b，其分別為本發明的核心控制模塊CPU0的主程序運行流程圖和中斷子程序的運行流程圖。

本實施例中，所述核心控制模塊CPU0在啟動後運行的流程包括以下步驟：

S11：CPU0程序啟動。

S12：初始化UART、USB和Flash等外設。

具體的，CPU1依次初始化UART、USB和FLASH，然後配置UART和USB的中斷子程序，UART和USB為系統與PC的通信接口，系統通過該接口完成指令接收和圖像上傳；FLASH存儲系統的鏡像和配置信息，系統正常工作時允許PC通過特殊指令修改FLASH中的配置信息和系統鏡像，完成系統軟硬體模塊的更新和系統升級。

S13：設定CPU1軟體中斷子程序。

CPU0完成硬體初始化後，配置FPGA的軟體中斷和CPU1的軟體中斷，當FPGA中發送狀態錯誤等情況時，FPGA通過PL-PS interrupt上報CPU0。

S14：啟動CPU1。

當CPU0完成各項初始化後，啟動CPU1，然後進入循環狀態，等待中斷發生並處理中斷。CPU1每處理完一張鈔票的圖像信息後將處理結果存入緩衝區，通過CPU1-CPU0軟體中斷通知CPU0讀取圖像處理結果和把該圖像信息通過USB發送到PC存檔。

S15：啟動CPU0Watchdog

S16：更新CPU0Watchdog寄存器值。

S17：結束CPU0程序。

進一步，請同時參閱圖4，其為本發明的CPU1程序運行的流程圖。

在本實施例中，所述CPU1在運行時包括以下步驟：

S21；CPU1啟動；

S22：初始化CPU1Watchdog

S23：判斷DDR3中是否有圖像需要處理。若有，則調用算法處理圖像，並將運算結果發送給CPU0，並更新CPU1Watchdog寄存器值。若無，則直接更新更新CPU1Watchdog寄存器值。

S24：結束CPU1程序。

請參閱圖5，其為本發明的更新系統鏡像文件的原理圖。以下具體介紹本發明中更新系統鏡像文件的基本原理。

本系統通過在FLASH中某個地址處的Image_Update程序，提供系統升級功能。正常啟動系統時，啟動程序Bootloader最先運行。通過在啟動程序Bootloader中修改程序指針的值，使得啟動程序跳過Image_Update程序，而去啟動系統鏡像。當需要更新系統時，Bootloader檢測更新系統按鍵的狀態，判斷是否需要跳轉到Image_Update程序處，摁下更新系統按鍵，則啟動Image_Update程序更新系統。本系統還可以通過將Image_Update程序的地址保存到重啟時不丟失內容的寄存器中，重啟系統時Bootloader讀取該地址並跳轉到該地址的方式啟動系統更新程序。系統更新程序啟動會，系統通過UART接口接收PC發送的指令，通過USB接口接收PC發送過來的新系統鏡像，校驗無誤後覆蓋原來的系統鏡像文件，完成系統升級。CPU0在啟動後依次初始化UART、USB的中斷子程序，其中UART和USB為系統與PC的通信接口，系統通過該接口完成指令接收和圖像上傳。本系統中FLASH存儲系統的鏡像和配置信息，系統正常工作時允許PC通過指令修改FLASH中的配置信息和系統鏡像，完成系統軟硬體模塊的更新和系統升級。CPU0完成硬體初始化後，配置PL-PS軟體中斷和CPU1-CPU0的軟體中斷。CPU0完成各項初始化後，啟動CPU1，然後進入循環狀態，等待中斷發送並處理中斷。當FPGA中發生狀態錯誤時，FPGA通過觸發PL-PS中斷信號上報CPU0；CPU1每處理完一張鈔票的圖像信息，將處理結果寫入緩衝區，然後觸發CPU1-CPU0中斷信號通知CPU0，CPU0讀取緩衝區中圖像處理結果，並將該圖像信息通過USB發送到PC存檔。

綜上所述，本發明基於ARM+FPGA架構的鈔票圖像採集和處理系統可以在鈔票清分工作開始前，通過將標準鈔票置入系統的方式，採集標準的特徵參數。並且實際工作時，可以根據工作完成情況，通過外部控制接口(UART、USB)連接電腦來修改各種參數，使得鈔票圖像採集和處理工作不受鈔票面額、幣種、新舊和汙損程度限制，工作效果更加理想。本發明不但能夠鑑別鈔票真偽，而且能夠根據實際情況分揀殘損鈔票，具有鑑別結果準確，清分速度快的優點。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。