CN100498820C - 纸币号码自动识别方法及自动识别记录系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于包括字母和数字在内的号码自动识别技术，尤其涉及一种基于数字图像的纸币号码自动识别方法及自动识别记录系统；其中，自动识别方法可依如下步骤实施：1)图像预处理；2)字符定位；3)特征提取；4)字符识别；自动识别记录系统包括：号码图像采集处理模块、系统信号同步处理模块、数据保存模块及数据传输及显示模块；所述号码图像采集处理模块采集纸币号码图像并对其进行处理；所述系统信号同步处理模块接收来自号码图像采集处理部分的数据，进行运算处理后，再将相关结果存储于数据保存模块中；所述数据传输及显示模块对号码图像识别信息加以显示。本发明定位、识别率高，能与点钞设备工作速度同步，纸币号码识别与点钞工序同一。

Description

纸币号码自动识别方法及自动识别记录系统

技术领域

本发明属于包括字母和数字在内的号码自动识别技术，尤其涉及一种基于数字图像的纸币号码自动识别方法及自动识别记录系统。

背景技术

纸币上的号码是纸币印刷数量的标识，每张没有重复，因此可以用来标识纸币的身份。目前国内的绝大多数银行都在采用国外高档验钞机结合手工抄写号码的落后方法，一旦入库时发现假币将有据可查，显然这种方法不仅落后，而且浪费人力物力，难以适应市场的需求。在互联网和信息技术高速发展的今天，如果能开发一种智能纸币号码识别系统，在捆钞的同时自动识别并记录下通过捆钞机上的纸币号码，或者在自动取款机上安装该系统，就可以实现对纸币的有效管理，使出入银行和国家的纸币号码都有记录，这样纸币被暴力抢劫后，可以迅速得到所损失的纸币的号码，将其公布，使其在世界各地都不能正常流通，一旦发现丢失的纸币在某个地方出现，将给公安机关提供破案线索和确凿证据，可以有效地减少刑事犯罪活动的发生，所以本发明技术具有广泛的实用价值和广阔的应用前景。

基于图像的数字识别技术目前已经比较成熟。但对于纸币号码识别系统来说，在研究过程中存在以下关键问题：

1.在获取的纸币号码图像中，由于光照原因和反射会造成亮度分布不均。此时，定位率和识别率会显著下降，这对于整个图像处理与模式识别过程来说，都是一个难题。

2.CCD采集到的纸币图像含有各种噪声。如何有效地消除图像中的噪声，从而提高识别率也是一个需要解决的关键问题。

3.在使用过程中纸币会产生不同程度的磨损和污渍，所以这对图像处理以及进一步的识别提出了更为苛刻的要求。

4.目前的在线识别系统大多基于PC机。研制一套嵌入式在线识别系统更具有实际使用价值。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种定位、识别率高，能与点钞设备工作速度同步，纸币号码识别与点钞工序同一的纸币号码自动识别方法，另外，本发明还提供一种与上述图像识别方法相配套的自动识别记录系统。

本发明的目的是这样实现的：纸币号码自动识别方法，可依如下步骤实施：

1)图像预处理；

2)字符定位；

3)特征提取；

4)字符识别；

所述步骤1)包括对采集到的原始读数图像进行降噪、分割处理；采用模板滤波法去除图像中的噪声，同时采用自适应阈值法对图像进行二值化处理；所述步骤2)采用多次投影的方法精确定位每个字母和数字在纸币图像中的位置；所述步骤3)采取几何特征提取法对相应的特征进行提取；所述几何特征包括穿线特征、航程特征及局部区域穿越特征；所述步骤4)采用多特征融合法，结合所提取的相关不同几何特征进行字符识别。

一种实施上述纸币号码自动识别方法所采用的自动识别记录系统，它包括：号码图像采集处理模块、系统信号同步处理模块、数据保存模块及显示模块、USB接口或网络接口、UART芯片及数据传输模块；所述号码图像采集处理模块采集纸币号码图像并对其进行处理；所述系统信号同步处理模块接收来自号码图像采集处理部分数据及点钞机运行同步信号，进行运算处理后，再将相关结果存储于数据保存模块中；所显示模块对号码图像识别信息加以显示；所述UART芯片与系统信号同步处理模块实现数据交换；所述数据传输模块用于建立与其他存储设备的通信，并显示纸币号码识别结果。

本发明同其他号码识别系统相比，具有以下优势：

1、本发明采用面阵图像传感器获取点钞机工作时的纸币号码图像，通过与点钞设备一体的基于DSP的图像处理电路实现纸币号码的识别，与点钞设备工作速度同步。

2、本发明通过截取所采集图像有用信息方法，显著降低对图像运算空间的要求、有效减小数据运算量，同时优化号码识别算法，提高运行速度，最终采用低成本的DSP处理芯片实现纸币号码在线识别功能。

3、本发明实现了纸币号码识别电路与点钞设备一体化，可以存储并显示识别结果，并可以通过USB接口、网络接口、串口等实现识别结果的输出。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明包括字母和数字在内的基于多特征融合的纸币字符识别流程图；

图2为本发明对纸币进行噪声去除与分割后的示意图；

图3为本发明对纸币图像中包括字母和数字在内的整个字符串定位结果；

图4为本发明纸币图像中每个号码的航程示意图；

图5为本发明纸币图像中号码的穿线特征示意图；

图6为本发明纸币图像中号码的局部区域穿越特征示意图；

图7为本发明纸币号码自动识别系统的硬件总体结构框图；

图8为本发明纸币号码自动识别系统的硬件电路原理图。

具体实施方式

本发明以计算机视觉检测为重要技术手段，综合运用图像处理和模式识别的知识，实现了纸币号码图像的自动识别技术。结合DSP电路，通过对纸币号码图像的采集、预处理、图像分割、号码体的定位、号码体的识别等算法，在软件和硬件两个方面完成了一种基于DSP的纸币号码识别与记录系统。

纸币号码自动识别方法，可依如下步骤实施：

1)图像预处理；

2)字符定位；

3)特征提取；

4)字符识别。

其中，步骤1)可包括对采集到的原始读数图像进行降噪、分割处理，采用模板滤波法去除图像中的噪声，同时采用自适应阈值法对图像进行二值化处理；步骤2)采用多次投影的方法精确定位每个字母和数字在纸币图像中的位置；步骤3)采取几何特征提取法对相应的特征进行提取。所述几何特征包括穿线特征、航程特征及局部区域穿越特征；所述步骤4)采用多特征融合法，结合所提取的相关不同几何特征进行字符识别。

与上述自动识别方法相配套的自动识别记录系统，包括：号码图像采集处理模块、系统信号同步处理模块、数据保存模块及显示模块；所述号码图像采集处理模块采集纸币号码图像并对其进行处理；所述系统信号同步处理模块接收来自号码图像采集处理部分数据及点钞机运行同步信号，进行运算处理后，再将相关结果存储于数据保存模块中；所述显示模块对号码图像识别信息加以显示。上述系统还配有USB接口、网络接口及UART芯片；所述UART芯片与系统信号同步处理模块实现数据交换。

本发明所述系统信号同步处理模块接收来自点钞机的运行同步信号，以此来协调号码图像采集处理模块与点钞机的同步；数据保存模块用于将纸币号码识别结果保存到系统指定的存储位置。本发明还可配有数据传输模块；所述数据传输模块用于建立与其他存储设备的通信，并显示纸币号码识别结果。

本发明包括识别方法和硬件实现两个方面。

一.识别方法

在识别方法上本发明由以下几个步骤构成：

步骤一：图像预处理

首先使用降噪算法去除图像噪声，然后基于自适应阈值算法对图像进行二值化分割，将纸币图像中的字符目标提取出来。

步骤二：字符定位

采用多次投影的方法将每个数字和字母的准确位置定位。

步骤三：特征提取

包括穿线特征、航程特征、局部区域穿越特征等几何特征。

步骤四：字符识别

利用上述步骤得到的特征，采用特征融合技术，按照逐步细分的方法对每个字符进行识别。

二.基于DSP的硬件电路实现

本发明中基于DSP的硬件电路设计主要由以下几个模块构成：

模块一：号码图像采集模块

模块二：号码图像处理模块

模块三：系统信号同步处理模块

模块四：数据保存模块

模块五：数据传输与显示模块

利用上述模块本发明实现了基于DSP电路的嵌入式在线纸币号码识别与记录。

下面从识别方法和硬件实现两个方面分别详细阐述本发明的具体实施方式。

二、识别方法

本发明提出的包括数字和字母在内的识别方法流程如图1所示，

具体实施步骤如下：

步骤一：图像预处理

第一，图像降噪

采用模板滤波的方法去除图像中的噪声。

第二，图像分割

本发明采用自适应阈值方法对图像进行二值化处理。针对纸币图像特点，利用一个固定位置的子区域进行阈值计算并进行全局二值化分割。

对纸币号码所在的局部区域进行降噪与分割处理前后的对比如图2所示。

步骤二：字符定位

本发明采用多次投影的方法精确定位每个字母和数字在纸币图像中的位置。

第一，进行水平投影定位整个字符串在纸币图像中竖直方向上的位置。

第二，进行竖直投影定位整个字符串在纸币图像中水平方向上的位置。

第三，在上述两次投影的基础上再次进行竖直投影定位每个字符在纸币图像中水平方向上的位置。

图3所示是对纸币图像中包括字母和数字在内的整个字符串定位结果。

步骤三：特征提取

本发明的字符识别是基于几何特征的识别方法，其中包括穿线特征、航程特征以及局部区域穿越特征等。

(1)航程特征提取

上航程是指从号码的上边界开始垂直向下到达号码体所走过的象素距离。其计算方法为：定位号码体在图像中的位置，top，bottom，left，right分别为号码体在图像中的位置。用数组numbertop记录号码体上航程，数组大小为right—left+1。在号码体的定位框内，i表示号码体的纵轴坐标，j表示号码体的横轴坐标，0<＝i<bottom-top+1，0<＝j<right-left+1。第j个数元为numbertop[j]，当横轴坐标为j的时候，i从0开始逐渐增加，直到接触到号码体为结束。numbertop[j]记录了结束时i的值。存在数组numbertop[j]中的即为号码的上航程。

下航程是从号码体的下边界开始垂直向上到达号码体所走过的象素距离。

左航程是从号码体的左边界开始水平向右到达号码体所走过的象素距离。

右航程是从号码体的右边界开始水平向左到达号码体所走过的象素距离。

航程面积指的是航程数组中各元素的和，同样分为上、下、左、右航程面积。以上航程面积为例，就是上航程数组numbertop[j]中各个数值的和。图4为一幅纸币号码图像的各航程示意图。b4为预处理后图像，c4为左航程，d4为右航程，e4为上航程，f为下航程。

(2)穿线特征提取

穿线特征是利用穿线法对字符进行处理所得到的一种几何特征。

穿线法是利用一组平行的直线对号码体进行穿越，计算直线和号码体交点的个数，从而分类号码。穿线效果如图5所示，其中a5为分割后的原始字符图像，b5为水平穿线过程，c5为竖直穿线过程。

图5中，当用三条平行直线水平穿越英文字符“S”时，从上至下，第一条直线与号码的交点个数为2，第二条为1，第三条为1。当用三条平行直线竖直穿越英文字符“S”时，由左至右，第一条直线与号码的交点个数为2，第二条为3，第三条为2。

(3)局部穿越特征提取

因为光照、物距变化、污渍等的存在，纸币上的字母和数字会有不同程度的变形，或者出现粘连、断线等畸变。这时仅利用字符的穿线、航程等几何特征无法解决图像失真变形而影响识别结果的问题。

局部区域穿越特征是本发明定义的一种用于字符识别的几何特征。在定位好的字符矩形区域内定义一个局部区域进行穿越判断，如果该局部区域内因为存在字符体而不能穿越则认为该局部区域不具有穿越特性，反之，则认为该局部区域具有穿越特性。

如图6所示，在数字图像9和0内部分别定义了一个矩形局部区域，分别称为区域A和B。可以看出，局部区域A中存在字符体，所以数字9中的局部区域A不具有穿越特性。局部区域B中不存在字符体，所以数字0中的局部区域B具有穿越特性

(4)其他几何特征提取

步骤四：字符识别

本发明提出了一种多特征融合方法，即融合字符的穿线、航程、局部穿越等特征来进行字符的识别，从而在不进行边缘单象素细化情况下解决了图像失真变形时无法得到正确识别结果的问题。同时，在识别过程中，采用从上到下，逐级细分的识别方法。

三、基于DSP的硬件实现

本硬件系统可以集成到点钞机、ATM、清分机等金融设备中，随时将设备清点过程中每一张纸币的号码识别、记录并且存储下来。这样，就可以有效掌握每一张纸币在市面上的流通情况，以便根据需要利用纸币号码查询该纸币使用人的相关信息。

本发明中基于DSP的硬件电路实现主要由号码图像采集模块、号码图像处理模块、系统信号同步处理模块、数据保存模块、数据传输与显示模块等构成，系统总体结构如图7所示。

本系统的工作过程是：在点钞机、ATM、清分机等设备工作时，本系统在上述设备同步运行信号的协调下，采用图像传感器采集纸币号码图像。DSP芯片保存并对采集到的图像数据进行字母和数字的字符识别后，将识别结果传输到数据保存模块。根据需要，系统还可以通过USB接口、网络接口实现识别结果的输出。

本系统的一种电路实施例如图8所示。

通过上述基于DSP的电路设计，并将本发明中的识别算法嵌入到点钞机、ATM、清分机等设备上的DSP图像处理电路中，可以实现脱离PC机的在线工作，即可以脱机实现与上述设备的同步工作。

Claims (2)

1、纸币号码自动识别方法，其特征在于，可依如下步骤实施：

1)图像预处理；

2)字符定位；

3)特征提取；

4)字符识别；

所述步骤1)包括对采集到的原始读数图像进行降噪、分割处理；采用模板滤波法去除图像中的噪声，同时采用自适应阈值法对图像进行二值化处理；

所述步骤2)采用多次投影的方法精确定位每个字母和数字在纸币图像中的位置；其包括：A)进行水平投影定位整个字符串在纸币图像中竖直方向上的位置；B)进行竖直投影定位整个字符串在纸币图像中水平方向上的位置；C)在上述两次投影的基础上再次进行竖直投影定位每个字符在纸币图像中水平方向上的位置；

所述步骤3)采取几何特征提取法对相应的特征进行提取；所述几何特征包括穿线特征、航程特征及局部区域穿越特征；

(1)航程特征提取

上航程从号码的上边界开始垂直向下到达号码体所走过的象素距离的上航程；从号码体的下边界开始垂直向上到达号码体所走过的象素距离的下航程；从号码体的左边界开始水平向右到达号码体所走过的象素距离的左航程；从号码体的右边界开始水平向左到达号码体所走过的象素距离的右航程；航程数组中各元素之和的航程面积；

(2)穿线特征提取

利用一组平行的直线对号码体进行穿越，计算直线和号码体交点的个数，从而分类号码；

(3)局部穿越特征提取

在定位好的字符矩形区域内定义一个局部区域进行穿越判断，如果该局部区域内因为存在字符体而不能穿越则认为该局部区域不具有穿越特性，反之，则认为该局部区域具有穿越特性；

所述步骤4)采用多特征融合法，结合所提取的相关不同几何特征进行字符识别。

2、一种实施如权利要求1所述纸币号码自动识别方法所采用的自动识别记录系统，其特征在于，包括：号码图像采集处理模块、系统信号同步处理模块、数据保存模块及显示模块、USB接口或网络接口、UART芯片及数据传输模块；所述号码图像采集处理模块采集纸币号码图像并对其进行处理；所述系统信号同步处理模块接收来自号码图像采集处理部分数据及点钞机运行同步信号，进行运算处理后，再将相关结果存储于数据保存模块中；所述显示模块对号码图像识别信息加以显示；所述UART芯片与系统信号同步处理模块实现数据交换；所述数据传输模块用于建立与其他存储设备的通信，并显示纸币号码识别结果。

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