一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法
2023-12-02 09:06:26
專利名稱：一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法
技術領域：
本發明屬於自動識別技術領域，涉及一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法。
背景技術：
紙幣作為一種重要的票證，都印有流水號碼，其號碼具有唯一性，因此可用作區分 紙幣的一種標識。由於當前假鈔的製作越來越精細，但由於其號碼固定，所以通過紙幣號碼 來識別假鈔也是未來驗鈔機的一個發展方向。在科技發達的今天，號碼自動檢測所需要的 理論知識和技術以及硬體技術已經十分成熟。紙幣號碼識別技術尤其在英、日、德等西方發 達國家已經比較成熟，相應的產品在銀行業務中已經得到廣泛的應用。但是對於普通驗鈔 機，通過號碼識別來區分假鈔尚未得到應用，其主要原因是現有號碼識別方法中的算法復 雜，整個系統成本高，不適應於面向大眾的小型驗鈔機。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，解決現有技術中的識 別算法複雜，整個系統成本高的問題。本發明採用的技術方案是，一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，先將C0MS傳感 器安裝於驗鈔機上，再將C0MS傳感器與控制系統連接，然後按照以下步驟實施
步驟1、紙幣號碼區域的初定位
1. 1)C0MS傳感器採集的紙幣原始圖像為480*640像素，對紙幣原始圖像中可能的號碼 區域進行每隔10行以水平方向進行掃描；
1. 2)在每條掃描線上，若相鄰點的灰度差大於60，則記錄跳變點的當前位置，如果某行 有連續十個以上跳變點，記錄下該行的位置與起始位置和終止點位置；
1. 3)如果連續幾行存在這樣的跳變點，就認為該區域是紙幣號碼預選區域； 步驟2、紙幣號碼分割
對上一步得到的紙幣號碼預選區域，選取閾值範圍0. 2-0. 4，對號碼預選區域進行二值 化處理，同時去除孤立點得到二值化圖像，該二值化圖像中只含有十個字符； 步驟3、字符識別
針對26個字母A-Z與十個阿拉伯數字0-9進行識別，根據各個字符像素位置分布的不 同，採用改進的矩陣模板匹配識別方法，完成了整個紙幣號碼在線自動識別。本發明的有益效果是，針對2005版人民幣，提出的一種更簡單、高效、準確的號碼 識別計算方法，其中包含26個字母A-Z和十個數字0-9的識別；以計算機視覺檢測為重要 技術手段，運用數字圖像處理技術，集圖像採集、預處理、號碼定位、號碼識別為一體，實現 紙幣號碼的在線自動識別，適應於面向大眾的小型驗鈔機。
圖1是本發明方法中所採集的原始圖像；圖2是本發明方法中的號碼區域的初定位圖； 圖3是本發明方法中的號碼區域的二值化圖； 圖4是本發明方法中的字符初步分割圖5是本發明方法中的字符精確分割且統一縮放為30*20的像素圖； 圖6是本發明方法中的字符識別結果圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明方法的實施準備工作是，在驗鈔機開啟時同時進行紙幣在線採集圖像，在 此針對紙幣朝向一致，採集到的均為紙幣左下角部位，同時控制系統及時對採集到的圖像 進行處理，完成號碼在線自動識別，具體實施步驟如下
步驟1、紙幣上號碼區域的初定位
如圖1，可以看出，紙幣上的號碼區域只佔整個紙幣上非常小的一部分，而其餘部分都 是非相關信息，因而為減少系統識別的時間開銷，最好在對紙幣的原始圖像進行二值化處 理前，先對號碼區域進行初步定位。觀察到紙幣號碼區域內字符與背景顏色對照大，背景是灰白色，前景是深黑色，前 景與背景存在明顯的灰度差，通過對大量紙幣圖像的灰度值矩陣的分析，統計得到了號碼 區域前景與背景灰度值的差至少為60。根據號碼區域前景與背景存在明顯的灰度差的特點，當用一條水平線穿過號碼區 域時，直線上點的灰度會在水平方向較小的區域內呈現這種有規律的變化。根據這一現象，實施步驟如下
1. 1、C0MS傳感器採集的紙幣原始圖像為480*640像素，對紙幣原始圖像中可能的號碼 區域進行每隔10行(採集的圖像為480*640像素)以水平方向進行掃描；
1.2、在每條掃描線上，若相鄰點的灰度差大於60，則記錄跳變點的當前位置，如果某行 有連續十個跳變點以上，記錄下該行的位置與起始位置和終止點位置；
1. 3、如果連續幾行存在這樣的跳變點，就認為該區域是號碼預選區域。經初定位後的 圖片如圖2所示。步驟2、紙幣號碼分割
經過上一步的實現，得到初步的號碼區域，選取適當的閾值(範圍是0. 2-0. 4，此處選 0. 36)，對分割出的號碼區域進行二值化處理，同時去除孤立點，以此得到的二值化圖像的 圖中只含有十個字符，如圖3所示。(2.1)初步分割十個字符
尋找十個字符的右側位置，根據這十個位置將其粗略的分割開。經過上步的處理，得到 的號碼區域圖像中每個字符都具有一定的連續性，且相鄰兩字符間是不連通的，在字符所 佔位置的列上，其相鄰兩列的像素值不全為1 (白)，而在字符右側，緊鄰字符的一列像素，其 像素值全為1 (白)，因此通過列掃描尋找像素值的方法，用這三個相鄰列的像素值的條件來 確定每個字符的右側位置， 具體步驟是
對分割出的號碼區域進行列掃描，若第j列與j_l列像素值不全為1 (白)，同時j+1列像素值全為1 (白)，則記錄下j列位置，依次掃描下去，得到十個滿足此條件的位置，以此位 置對十個字符進行初步的分割，就得到分割出的十個字符，如圖4所示。(2.2)精確分割十個字符
字符分割的精確度會直接影響到字符識別的準確性，因此，在經過初步分割後，必須進 一步精確的對其進行分割。由圖4看出，上一步分割出的每個字符的上、下以及左側位置都 有空白區域，因此分別對每個分割出的字符進行行掃描與列掃描，在行掃描線上，記錄下最 先和最後出現像素為0 (黑)的行位置，在列掃描線上，記錄下最先出現像素為0 (黑)的列 位置，根據得到的這三個位置，再精確的分割這十個字符。(2. 3)字符縮放
如圖2所示，本發明是針對2005版人民幣，其號碼區域上十個字符的大小是不一樣的， 如果將上一步分割好的字符直接進行識別，會增加識別的難度，並且會影響字符識別的準 確性。因此，根據此特徵，在字符分割後，將其縮放為統一大小，而當圖像的大小發生變化 時，圖像的像素會發生變化，這時要根據原圖像進行插值運算得到縮放後的圖像。具體步驟 是
在此將分割好的十個字符統一縮放為30*20像素，同時運用插值算法來保證圖像的像 素，而最鄰近插值的算法最快，且通過實驗得出採用最鄰近插值算法不影響字符識別的準 確性，所以採用最近鄰插值法進行縮放，得到大小一致的十個字符，如圖5所示。步驟3、字符識別
針對26個字母(A-Z)與十個數字(0-9)進行識別，根據各個字符像素位置分布的不同， 採用一種改進的矩陣模板匹配識別方法，具體步驟是
(3.1)對分割好的字符，以網格特徵對其劃分，統計網格中0 (黑)像素值的總數。各 個字符雖然寫法不同，像素分布有差異，但在劃分網格時，如果劃分的網格數太少，會使其 統計的像素數相似性增大，降低識別的準確性，如果劃分的網格數太多，則會降低識別的效 率，根據實驗檢驗效果，在此將分割好的字符劃分為6*5網格狀，而每個字符都是30*20像 素，因此，每個網格中有20個像素。統計每個網格中0 (黑)像素值的總數，將統計出的數 據按其相應的網格位置形成一個新的6*5矩陣，稱其為網格特徵矩陣。(3. 2)運用以上算法，使用大量的2005版人民幣做實驗，統計A_Z的26個字母與 0-9的十個數字的網格特徵矩陣。對於每個字符，通過大量的紙幣可以得到大量的網格特徵 矩陣，在此，每個字符都搜集50個網格特徵矩陣，然後求其均值，得到一個網格特徵均值矩 陣，運用同樣的方法得到全部36個字符的網格特徵均值矩陣，以此作為36個字符的模板矩 陣。(3. 3)運用矩陣模板匹配識別法識別字符。對於2005版人民幣，十個字符中前兩 個字符均為大寫英文字母，後8個字符均為阿拉伯數字，因此可以根據位置不同這一特徵， 分別進行識別，先將前兩個字符與26個字母的模板矩陣進行匹配，再將後8個字符與十個 數字的模板矩陣進行匹配，具體步驟如下
將採集到的圖像根據以上步驟完成一系列的處理算法，得到十個字符的網格特徵矩 陣，按字符位置依次進行識別，首先是前兩位英文字母，分別用得到的前兩個網格特徵矩陣 與26個字母的模板矩陣做差平方，這時兩個字母字符都得到26個誤差值，對比這26個誤 差值的大小，誤差最小的即認為待識別字符為這一模板字符；同理，剩餘的8個數字字符也按這一方法進行識別，得出所有的10個字符的識別結果，就完成了整個紙幣號碼在線自動 識別，識別結果如圖6所示。
權利要求
一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，其特徵在於先將COMS傳感器安裝於驗鈔機上，再將COMS傳感器與控制系統連接，然後按照以下步驟實施步驟1、紙幣號碼區域的初定位1.1)COMS傳感器採集的紙幣原始圖像為480*640像素，對紙幣原始圖像中可能的號碼區域進行每隔10行以水平方向進行掃描；1.2)在每條掃描線上，若相鄰點的灰度差大於60，則記錄跳變點的當前位置，如果某行有連續十個以上跳變點，記錄下該行的位置與起始位置和終止點位置；1.3)如果連續幾行存在這樣的跳變點，就認為該區域是紙幣號碼預選區域；步驟2、紙幣號碼分割對上一步得到的紙幣號碼預選區域，選取閾值範圍0.2 0.4，對號碼預選區域進行二值化處理，同時去除孤立點得到二值化圖像，該二值化圖像中只含有十個字符；步驟3、字符識別針對26個字母A Z與十個阿拉伯數字0 9進行識別，根據各個字符像素位置分布的不同，採用改進的矩陣模板匹配識別方法，完成了整個紙幣號碼在線自動識別。
2.根據權利要求1所述的基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，其特徵在於所述的步驟 2中閾值優選0. 36。
3.根據權利要求1所述的基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，其特徵在於所述的步驟 2的具體步驟是·2. 1)初步分割十個字符尋找十個字符的右側位置，根據這十個位置將其粗略的分割 開，經過上步的處理，得到的號碼區域圖像中每個字符都具有一定的連續性，且相鄰兩字符 間是不連通的，在字符所佔位置的列上，其相鄰列的像素值不全為1，1是白的標記，而在字 符右側，緊鄰字符的一列像素，其像素值全為1，通過列掃描尋找像素值的方法，來確定每個 字符的右側位置，具體包括對分割出的號碼區域進行列掃描，若第j列與j_l列像素值不全為1，同時j+1列像素 值全為1，則記錄下j列位置，依次掃描下去，得到十個滿足此條件的位置，以此位置對十個 字符進行初步分割，得到分割出的十個字符；·2. 2)精確分割十個字符上一步分割出的每個字符的上、下以及左側位置都有空白區 域，因此分別對每個分割出的字符進行行掃描與列掃描，在行掃描線上，記錄下最先和最後 出現像素為0的行位置，0是黑的標記，在列掃描線上，記錄下最先出現像素為0的列位置， 根據得到的這三個位置，精確的分割這十個字符；·2.3)字符縮放針對2005版人民幣，其號碼區域上十個字符的大小是不一樣的，根據 此特徵，在字符分割後，將其縮放為統一大小，而當圖像的大小發生變化時，圖像的像素會 發生變化，這時要根據原圖像進行插值運算得到縮放後的圖像，具體步驟是將上步分割好 的十個字符統一縮放為30*20像素，採用最近鄰插值法進行縮放，得到大小一致的十個字 符。
4.根據權利要求1所述的基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，其特徵在於所述的步驟 3的具體步驟是具體步驟如下·3.1)對分割好的字符，以網格特徵對其劃分，統計網格中0像素值的總數，將分割好的字符劃分為6*5網格狀，而每個字符都是30*20像素，因此，每個網格中有20個像素，統計 每個網格中0像素值的總數，將統計出的數據按其相應的網格位置形成一個新的6*5矩陣， 稱其為網格特徵矩陣；3. 2)運用以上算法，使用大量的2005版人民幣做實驗，統計A-Z的26個字母與0_9的 十個數字的網格特徵矩陣，運用統計方法得到一個網格特徵均值矩陣，得到全部36個字符 的網格特徵均值矩陣，以此作為36個字符的模板矩陣；3. 3)運用矩陣模板匹配識別法識別字符，對於2005版人民幣，十個字符中前兩個字符 均為大寫英文字母，後8個字符均為阿拉伯數字，因此根據位置不同這一特徵，分別進行識 別，先將前兩個字符的網格特徵矩陣與上步得到的26個字母的模板矩陣進行匹配，再將後 8個字符的網格特徵矩陣與上步得到的十個數字的模板矩陣進行匹配，具體步驟是將前述得到的十個字符的網格特徵矩陣，按字符位置依次進行識別，首先是前兩位英 文字母，分別用得到的前兩個網格特徵矩陣與26個字母的模板矩陣做差平方，這時兩個字 母字符都得到26個誤差值，對比這26個誤差值的大小，誤差最小的即認為待識別字符為這 一模板字符；同理，剩餘的8個數字字符也按這一方法進行識別，得出所有的10個字符的識 別結果。
全文摘要
本發明公開了一種基於驗鈔機的紙幣號碼識別方法，先將COMS傳感器安裝於驗鈔機上，COMS傳感器與控制系統連接，然後按照以下步驟實施步驟1、紙幣上號碼區域的初定位；步驟2、紙幣號碼分割，包括初步分割十個字符、精確分割十個字符、字符縮放；步驟3、字符識別，包括對分割好的字符求其網格特徵矩陣、製作模板矩陣、運用矩陣模板匹配識別法識別字符。本發明的方法主要針對2005版人民幣，以計算機視覺檢測為重要技術手段，運用數字圖像處理技術，集圖像採集、號碼定位、號碼分割以及字符識別為一體，最終完成對26個字母A-Z和十個數字0-9的識別，實現紙幣號碼的在線自動識別。
文檔編號G06K9/64GK101923741SQ20101025015
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者徐宏偉, 李淵, 範婷婷, 高倩 申請人:西安理工大學