紙幣號碼識別裝置和識別方法
2023-12-01 05:31:51 2
專利名稱：紙幣號碼識別裝置和識別方法
技術領域：
本發明涉及金融自助設備領域，尤其涉及紙幣號碼識別裝置和識別方法。
背景技術：
目前，公知的紙幣號碼識別裝置是通過CIS接觸式圖象傳感器或CXD圖像傳感器獲取圖像。當紙幣通過裝置的通道，上述圖像傳感器高速採集紙幣圖像，通過模數轉換器 (AD)轉換為圖像數據，數位訊號處理器迅速處理圖像數據，定位紙幣號碼的位置，通過識別算法運算，實現對紙幣號碼的識別。
由於紙幣往往只有一面存在號碼，紙幣通過紙幣處理裝置的方向是任意的，所以通常通過透射成像方式獲取紙幣號碼，只需要在紙幣通道上安裝一支CIS，CIS前面安裝一組白光LED光源，並設置固定的光照時間照射經過的紙幣，穿透過紙幣的光落在CIS上感光成像，無論紙幣號碼出現在CIS的正面，或者背面，都能將紙幣號碼獲取到。
但是，很多在市場上流通了一段時間的紙幣，表面或多或少會累積了一層灰塵，使透射到CIS圖像傳感器的光的能量減弱，造成圖像模糊，難以辨認，嚴重降低了算法識別率。如果單獨加長白光LED的導通時間，加強光的能量，舊紙幣成像變清晰，能被識別，由於新紙幣的透射效果好，卻又使新紙幣圖像的輪廓消失，導致識別算法無法定位新紙幣號碼位置而造成識別錯誤。傳統的透射成像方式，不能對新舊紙幣同時形成清晰的圖像，給識別算法造成困難，紙幣號碼識別容易出現錯誤。發明內容
為了克服傳統的透射成像處理方式不能同時對新舊紙幣形成清晰圖像的不足，本發明提供一種新的紙幣號碼識別方法，該方法不僅能對半新或全新的紙幣號碼進行正確識別，而且能根據紙幣的新舊情況，對舊紙幣的號碼進行正確的識別。
本發明還提供一種紙幣號碼識別方法。
該紙幣號碼識別裝置，包括一接觸式傳感器，用以通過透射成像方式採集紙幣圖像數據；一白光LED透射光源板，設置在該接觸式傳感器正前方，為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供一透射光源；一圖像採集處理板，其通過數據線與該接觸式傳感器連接，該圖像採集處理板上集成有一現場可編輯邏輯門陣列(Field — Programmable Gate Array, FPGA)和一數位訊號處理器(Digital Signal Processing,DSP),該現場可編輯邏輯門陣列用以控制白光LED透射光源板亮滅及驅動CIS獲取圖像，該數位訊號處理器用以對紙幣圖像數據進行處理識別；以及兩對位置傳感器，設置在紙幣輸送通道上距離該接觸式傳感器一預定距離處，用以檢測是否有紙幣進入該紙幣識別裝置；其中，該白光LED透射光源板具有強弱兩種光源模式，且該兩種光源模式交替為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供透射光源。
優選的，該強弱兩種光源模式通過該現場可編輯邏輯門陣列控制該白光LED透射光源板的導通時間形成，導通時間長，形成強光模式，導通時間短，形成弱光模式，形成強光模式的導通時間與形成弱光模式的導通時間之比為3:1。
優選的，該圖像採集處理板上還集成有一存儲器，該存儲器包括一緩存區和一寄存器，該緩存區用以存儲該接觸式傳感器採集的紙幣圖像數據，該寄存器用以表示緩存區內紙幣圖像數據的類型I表示強光圖像數據，O表示弱光圖像數據。
優選的，該現場可編輯邏輯門陣列(Field — Programmable Gate Array,FPGA)內部設置有一周期為O. 125ms的時鐘MCLK和一個行計數器。
該紙幣號碼識別方法，包括步驟I，通過透射成像方法且在透射光源強光模式和弱光模式交替照射情況下獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據；步驟2，對該弱光圖像數據進行邊沿檢測，獲取圖像的四個邊沿，確定目標圖像；步驟3，對目標圖像處理， 辨認出紙幣的版本，面值，面向，定位紙幣號碼區域；步驟4，調用模式識別算法進行識別， 使用基於人工神經元網絡的模式識別方法，將紙幣圖像的灰度和閾值比較，辨認紙幣新舊程度，如果是舊紙幣，使用該強光圖像數據進行識別；如果是新紙幣，選擇該弱光圖像數據進行識別；以及步驟5，輸出號碼識別結果。
優選的，步驟2中先獲取紙幣圖像的四個頂點坐標，採用最小二乘直線擬合方法， 計算出紙幣邊框所在的直線斜率，然後獲取圖像的四個邊沿。
優選的，步驟I中獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據的具體過程包括步驟101，檢測位置傳感器狀態；步驟102，判斷位置傳感器是否被觸發，判斷為是，則轉入步驟103，否則回到步驟101 ;步驟103，開始掃描，獲取紙幣圖像數據，行計數器清零，然後轉入步驟104 ;步驟104，檢測MCLK上升沿；步驟105，判斷是否檢測到該MCLK上升沿， 如果是，則轉入步驟106，如果否，則回到步驟104 ;步驟106，LED切換強光照射；步驟107， FPGA驅動CIS採集一行圖像數據，然後同時轉入步驟108和步驟120，步驟108及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理；步驟108，再次檢測MCLK上升沿；步驟109，判斷是否檢測到該MCLK上升沿，如果是，則轉入步驟110，如果否，則回到步驟108 ;步驟110，LED切換弱光照射；步驟111，FPGA驅動CIS再採集一行數據，然後同時轉入步驟112和步驟120， 步驟112及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理；步驟112，FPGA行計數器加2 ； 步驟113，判斷FPGA行計數器是否等於960，如果是，轉入步驟114，如果否，回到步驟104 ； 步驟114，圖像採集完成，結束掃描；步驟120，DSP進入中斷服務程序；步驟121，檢測圖像類型寄存器；步驟122，判斷圖像是否屬於強光圖像數據，如果是，則轉入步驟123，如果否， 則轉入步驟124 ;步驟123，將該行數據存入強光圖像緩存區；步驟124，將該行數據存入弱光圖像緩存區。
本發明提供的紙幣號碼識別裝置和識別方法每次可獲取同一張紙幣的兩幅亮度不同的白光透射圖像，且可判斷出紙幣新舊狀態，能有效地選擇其中一幅紙幣號碼清晰的圖像進行識別，因此對新舊紙幣的號碼都能進行有效的識別，提升了對紙幣號碼識別的準確率，流程清晰，結構簡單。
圖I是本發明一較佳實施例提供的紙幣號碼識別裝置硬體結構示意圖2是本發明一較佳實施例提供的紙幣號碼識別方法流程圖3是圖2中步驟I的分解流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。
本發明一較佳實施例提供的紙幣號碼識別裝置如圖I所示，包括接觸式傳感器 10，用以通過透射成像方式採集紙幣圖像數據；一白光LED透射光源板20，設置在該接觸式傳感器正前方，為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供一透射光源；一圖像採集處理板 40，其通過數據線與該接觸式傳感器10連接，該圖像採集處理板10上集成有一現場可編輯邏輯門陣列(Field — Programmable Gate Array, FPGA)和一數位訊號處理器(Digital Signal Processing, DSP),該現場可編輯邏輯門陣列用以控制白光LED透射光源板亮滅及驅動CIS獲取圖像，該數位訊號處理器用以對紙幣圖像數據進行處理識別；該兩對位置傳感器30，設置在紙幣輸送通道上距離該接觸式傳感器一預定距離處，本實施例中該預訂距離為3釐米，用以檢測是否有紙幣進入該紙幣識別裝置；其中，該白光LED透射光源板具有強弱兩種光源模式，且該兩種光源模式交替為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供透射光源。另外，該圖像採集處理板上還集成有一存儲器，該存儲器包括兩個緩存區和一寄存器，該緩存區用以存儲該接觸式傳感器採集的紙幣圖像數據，該寄存器用以表示緩存區內紙幣圖像數據的類型1表示強光圖像數據，O表示弱光圖像數據。
當紙幣進入傳輸通道並觸發位置傳感器30時，FPGA驅動CIS採取逐行掃描方式進行圖像數據採集。為了使圖像清晰，設置CIS橫向解析度為200dpi，縱向解析度為100dpi。 假設紙幣經過通道速度為lm/s，勻速前進。為了採集到兩幅縱向解析度為IOOdpi圖像，紙幣每前進大約O. 125mm, FPGA就需要採集完一行圖像數據，所以FPGA內部設置一個周期為 O. 125ms的時鐘MCLK，每當檢測到時鐘的上升沿到來，就表示紙幣已經前進了 O. 125mm,即啟動掃描進程，掃描一行圖像。
為了得到兩幅亮度不同的圖像，需要LED產生強弱兩種不同的光。將LED的導通時間設置為兩個不同的值，比例約為I :3(兩個係數分別對應新紙幣和舊紙幣的處理)，實際測試分別對應為30us和90us，都少於紙幣前進O. 125mm所需要的時間，多出的時間，LED處於熄滅狀態。紙幣前進的過程中，FPGA每次檢測到MCLK的上升沿到來，就將LED的導通時間切換一次，並點亮LED，LED照射的時間段內，使CIS感光，達到導通時間值上限，LED熄滅。 對同一張紙幣，LED採用強光照射，CIS感應的光強變大，信號輸出幅度大，通過模數轉換器 AD轉換後，形成一行強光圖像數據；LED採用弱光照射，CIS感應的光強變小，輸出幅度小， 通過模數轉換器AD轉換後，形成一行弱光圖像數據。FPGA需要在O. 125ms內，將這一行數據獲取進片內的圖像緩存區中。
FPGA採集數據時，除了圖像數據緩存區，還設置了一個寄存器，用於表示圖像緩存區內圖像數據的類型1表示強光圖像數據，O表示弱光圖像數據。DSP內部設置兩個緩存區，分別存放這兩種類型的圖像數據。FPGA採集完一行圖像數據後，通過中斷方式通知DSP 獲取數據。DSP進入中斷服務程序，檢測FPGA的圖像類型寄存器，獲知此次的圖像類型，然後啟動增強型直接內存存取(Enhanced Direct Memory Access，EDMA)傳輸，將數據按順序存放到對應圖像類型的空間中。FPGA掃描120mm (相當於採集960行數據)結束掃描。當所有圖像數據傳輸完畢，DSP兩個緩衝區將分別會獲取到一明一暗兩幅圖像，每幅圖像480 行。
DSP對明暗兩幅圖像進行總體識別，判斷出圖像屬於舊紙幣，就採用明圖像進行識別，反之，則採用暗圖像進行識別，達到識別新舊紙幣號碼的目的。
具體的，如圖2所示，該紙幣號碼識別方法包括步驟1，通過透射成像方法且在透射光源強光模式和弱光模式交替照射情況下獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據；步驟2，對該弱光圖像數據進行邊沿檢測，獲取圖像的四個邊沿，確定目標圖像；步驟3， 對目標圖像處理，辨認出紙幣的版本，面值，面向，定位紙幣號碼區域；步驟4，調用模式識別算法進行識別，使用基於人工神經元網絡的模式識別方法，將紙幣圖像的灰度和閾值比較，辨認紙幣新舊程度，如果是舊紙幣，使用該強光圖像數據進行識別；如果是新紙幣，選擇該弱光圖像數據進行識別；以及步驟5，輸出號碼識別結果。
由於弱光圖像邊沿和背景像素值差異大，新舊紙幣都能使用其進行邊沿檢測，因此，步驟2中採用弱光圖像數據進行邊沿檢測，以獲得目標圖像。
步驟3中，由於紙幣號碼在紙幣上的位置是固定的，因此根據紙幣的版本、面值以及面向，可定位紙幣號碼區域。
優選的，步驟2中先獲取紙幣圖像的四個頂點坐標，採用最小二乘直線擬合方法， 計算出紙幣邊框所在的直線斜率，然後獲取圖像的四個邊沿。
如圖3所示，步驟I中獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據的具體過程包括步驟101，檢測位置傳感器狀態；步驟102，判斷位置傳感器是否被觸發，判斷為是，則轉入步驟103，否則回到步驟101 ;步驟103，開始掃描，獲取紙幣圖像數據，行計數器清零， 然後轉入步驟104 ;步驟104，檢測MCLK上升沿；步驟105，判斷是否檢測到該MCLK上升沿， 如果是，則轉入步驟106，如果否，則回到步驟104 ;步驟106，LED切換強光照射；步驟107， FPGA驅動CIS採集一行圖像數據，然後同時轉入步驟108和步驟120，步驟108及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理；步驟108，再次檢測MCLK上升沿；步驟109，判斷是否檢測到該MCLK上升沿，如果是，則轉入步驟110，如果否，則回到步驟108 ;步驟110，LED切換弱光照射；步驟111，FPGA驅動CIS再採集一行數據，然後同時轉入步驟112和步驟120， 步驟112及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理；步驟112，FPGA行計數器加2 ； 步驟113，判斷FPGA行計數器是否等於960，如果是，轉入步驟114，如果否，回到步驟104 ； 步驟114，圖像採集完成，結束掃描；步驟120，DSP進入中斷服務程序；步驟121，檢測圖像類型寄存器；步驟122，判斷圖像是否屬於強光圖像數據，如果是，則轉入步驟123，如果否， 則轉入步驟124 ;步驟123，將該行數據存入強光圖像緩存區；步驟124，將該行數據存入弱光圖像緩存區。
其中，步驟120至步驟124為圖像的存儲過程，也就是說，每掃描一行圖像數據存儲一次，而且是分圖像數據類型存儲，該過程可以與圖像掃描過程並列進行，例如步驟107 後同時轉入步驟108和步驟120，也可以每掃描完一行圖像即先存儲，然後再掃描下一行圖像，也就是說，步驟107後可先轉入步驟120，依次執行步驟121、122直至執行完步驟123或 124之後，再執行步驟108。當然，這樣處理速度降低，而且可能影響現場可編輯邏輯門陣列內部時鐘MCLK的周期的設置，同時也影響白光LED透射光源導通時間的設置，都可能需要重新調整。因此優選為圖像掃描與每行圖像數據的讀取存儲並列進行。
如果是單模式掃描，只採集一幅弱光圖像數據，則只有五成新以上紙幣滿足算法識別條件，而對於舊鈔，表面存在灰塵，油汙，使紙幣透光率降低，導致圖像灰度值過低，雖然圖像邊沿能正確獲取，但圖像對比度低，算法將不能有效分辨鈔票的面額，面向，繼而不能確定鈔票號碼在鈔票上的位置。同時圖像對比度低，區分困難，鈔票號碼識別正確率大幅度下降，嚴重影響識別效果。如果光的強度加大，只採集一幅強光圖像數據，舊紙幣滿足算法識別條件，但新紙幣將不能滿足，因為對於新紙幣，透光率高，容易出現圖像過曝，邊沿圖像缺失，算法不能有效定位鈔票的長度和寬度。鈔票號碼個別數字也會產生缺少，導致識別錯誤。
本實施例採用雙模式掃描，算法採用舊紙幣圖像中的明圖像進行識別，採用新紙幣圖像中的暗圖像進行識別，其紙幣號碼圖像清晰，適合算法進行定位紙幣號碼位置及正確識別。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種紙幣號碼識別裝置，包括 一接觸式傳感器，用以通過透射成像方式採集紙幣圖像數據； 一白光LED透射光源板，設置在該接觸式傳感器正前方，為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供一透射光源； 一圖像採集處理板，其通過數據線與該接觸式傳感器連接，該圖像採集處理板上集成有一現場可編輯邏輯門陣列(Field — Programmable Gate Array, FPGA)和一數位訊號處理器(Digital Signal Processing, DSP),該現場可編輯邏輯門陣列用以控制白光LED透射光源板亮滅及驅動CIS獲取圖像，該數位訊號處理器用以對紙幣圖像數據進行處理識別；以及 兩對位置傳感器，設置在紙幣輸送通道上距離該接觸式傳感器一預定距離處，用以檢測是否有紙幣進入該紙幣識別裝置； 其特徵在於，該白光LED透射光源板具有強弱兩種光源模式，且該兩種光源模式交替為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供透射光源。
2.如權利要求I所述的紙幣號碼識別裝置，其特徵在於，該強弱兩種光源模式通過該現場可編輯邏輯門陣列控制該白光LED透射光源板的導通時間形成，導通時間長，形成強光模式，導通時間短，形成弱光模式，形成強光模式的導通時間與形成弱光模式的導通時間之比為3:1。
3.如權利要求I所述的紙幣號碼識別裝置，其特徵在於，該圖像採集處理板上還集成有一存儲器，該存儲器包括兩個緩存區和一寄存器，該緩存區用以存儲該接觸式傳感器採集的紙幣圖像數據，該寄存器用以表示緩存區內紙幣圖像數據的類型1表示強光圖像數據，O表示弱光圖像數據。
4.如權利要求I所述的紙幣號碼識別裝置，其特徵在於，該現場可編輯邏輯門陣列內部設置有一周期為O. 125ms的時鐘MCLK和一個行計數器。
5.一種紙幣號碼識別方法，包括 步驟I，通過透射成像方法且在透射光源強光模式和弱光模式交替照射情況下獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據； 步驟2，對該弱光圖像數據進行邊沿檢測，獲取圖像的四個邊沿，確定目標圖像； 步驟3，對目標圖像處理，辨認出紙幣的版本，面值，面向，定位紙幣號碼區域； 步驟4，調用模式識別算法，使用基於人工神經元網絡的模式識別方法，將紙幣圖像的灰度和閾值比較，辨認紙幣新舊程度，如果是舊紙幣，使用該強光圖像數據進行識別；如果是新紙幣，選擇該弱光圖像數據進行識別；以及步驟5，輸出號碼識別結果。
6.根據權利要求5所述的自助終端狀態監控方法，其特徵在於，步驟2中先獲取紙幣圖像的四個頂點坐標，採用最小二乘直線擬合方法，計算出紙幣邊框所在的直線斜率，然後獲取圖像的四個邊沿。
7.根據權利要求5所述的自助終端狀態監控方法，其特徵在於，步驟I中獲取紙幣的一強光圖像數據和一弱光圖像數據的具體過程包括 步驟101，檢測位置傳感器狀態； 步驟102，判斷位置傳感器是否被觸發，判斷為是，則轉入步驟103，否則回到步驟101 ；步驟103，開始掃描，獲取紙幣圖像數據，行計數器清零，然後轉入步驟104 ； 步驟104，檢測MCLK上升沿； 步驟105，判斷是否檢測到該MCLK上升沿，如果是，則轉入步驟106，如果否，則回到步驟 104 ； 步驟106，LED切換強光照射； 步驟107，FPGA驅動CIS採集一行圖像數據，然後同時轉入步驟108和步驟120，步驟108及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理； 步驟108，再次檢測MCLK上升沿； 步驟109，判斷是否檢測到該MCLK上升沿，如果是，則轉入步驟110，如果否，則回到步驟 108 ； 步驟110，LED切換弱光照射； 步驟111，FPGA驅動CIS再採集一行數據，然後同時轉入步驟112和步驟120，步驟112及其後續步驟與步驟120及其後續步驟並行處理； 步驟112，FPGA行計數器加2 ； 步驟113，判斷FPGA行計數器是否等於960，如果是，轉入步驟114，如果否，回到步驟104 ； 步驟114，圖像採集完成，結束掃描； 步驟120，DSP進入中斷服務程序； 步驟121，檢測圖像類型寄存器； 步驟122，判斷圖像是否屬於強光圖像數據，如果是，則轉入步驟123，如果否，則轉入步驟124 ； 步驟123，將該行數據存入強光圖像緩存區； 步驟124，將該行數據存入弱光圖像緩存區。
全文摘要
本發明涉及紙幣號碼識別裝置和方法，該裝置包括一接觸式傳感器，用以採集紙幣圖像數據；一白光LED透射光源板，設置在該接觸式傳感器正前方，為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供一透射光源；一圖像採集處理板，其通過數據線與該接觸式傳感器連接，該圖像採集處理板上集成有一FPGA和一DSP，該FPGA用以控制白光LED透射光源板亮滅及驅動CIS獲取圖像，該DSP用以對紙幣圖像數據進行處理識別；兩對位置傳感器，設置在紙幣輸送通道上距離該接觸式傳感器一預定距離處，用以檢測是否有紙幣進入該紙幣識別裝置；其中，該白光LED透射光源板具有強弱兩種光源模式，且該兩種光源模式交替為該接觸式傳感器採集紙幣圖像數據提供透射光源。
文檔編號G07D7/20GK102930636SQ201210462080
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者陳柱文, 劉夢濤 申請人:廣州廣電運通金融電子股份有限公司