CN101593292B

CN101593292B - 非接触式纸币、票证分张计数防伪方法及装置

Info

Publication number: CN101593292B
Application number: CN2009100433153A
Authority: CN
Inventors: 李志�; 陈树根; 谢剑斌; 刘通; 李沛秦; 闫伟
Original assignee: CHANGSHA RONGWEI ELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Li Zhi
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: CN101593292A

Abstract

本发明公开了一种非接触式纸币、票证分张计数防伪方法及装置，所述分张计数方法包括a.采集纸币或票证端面数字视频图像；b.将采集的数字视频图像输入处理控制系统，进行梯度运算并转为灰度图像，从该灰度图中抽样若干条分析处理，得到每条抽样的张数，以频率出现最高的数作为纸币张数。所述防伪方法包括：用防伪光源对被测纸币或票证的至少一个端面进行光学照射，然后对该纸币或票证的端面进行图像采集，再输入处理控制系统与程序预存数据进行比较，相符的为真，反之为假。所述装置包括数字视频采集设备、数据存储器、程序存储器、数字信号处理器、接口通信模块。本发明能有效防止纸币在分张计数时产生粉尘污染、纸币受损、并提高计数的精准度和速度。

Description

非接触式纸币、票证分张计数防伪方法及装置

技术领域

本发明涉及一种纸币、票证的非接触式的数字影像分张计数防伪方法及装置。

背景技术

目前纸币、票证分张计数的方法均为接触式，其表现形式主要有两种，一种是操作人员手工清点，另一种是接触式机点。机点设备主要有两种，一种是纸币接触式机电一体化点钞机器(具有防伪功能)，另一种是纸币接触式机电一体化不用打开成把纸币进行清点的复点机。

其中点钞机具有纸币通道、辊轮组和阻力装置，当纸币放入点钞机中时，通过辊轮组、纸币以及阻力装置的相互摩擦作用，把纸币一张一张的分开，进而达到清点计数的目的。而复点机是通过真空高压泵产生一个负压，把被清点的纸币一张一张地吸开，从而达到分张计数的目的。这种接触式纸币点数装置的缺陷主要表现在如下几个方面：

1、对纸币的磨损大，在操作过程中还经常出现卡堵以及撕破纸币的现象，使操作者增加了工作量和清点的不准确性，往往需要重新清点。

2、噪音大：点钞机的工作噪音在60分贝以上，有的甚至达到90分贝，复点机的工作噪音也在40分贝以上。

3、粉尘污染：由于纸币处于运动状态，其摩擦运动将带来较大的粉尘污染，对操作者的身体健康极为不利。

4、连续工作的稳定性差：复点机和点钞机使用的是交流电动机驱动，其工作时间长了后，电机发热量最高可达90～110℃，不仅引起设备的电器部分参数漂移，还会对电器部分造成干扰，从而降低了设备的稳定性。

5、故障率高，维护成本高。机器的高速摩擦运动，会导致点钞机的辊轮组与阻力装置严重磨损，一般1-3个月(与使用频度有关)就需要更换。复点机使用的真空泵，不仅使用寿命有限，而且需要定期维护保养。

6、准确性差。由于高速机械运动导致的磨损、灰尘与热量，需要及时根据使用情况进行钞票通道的调整，需要及时进行灰尘清扫。不仅增加了操作人员的工作量，还会导致整个设备的分张计数准确性的严重降低。所以，相关工作人员往往要二次重复清点，甚至辅助手工清点才能放心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对纸币没有磨损、点钞速度快、无噪音、无粉尘污染、点钞准确率高、操作简单的非接触式纸币、票证分张计数防伪方法及装置

本发明提供的非接触式纸币、票证分张计数的方法，包括如下步骤：

a.图像采集：采集待分张计数的纸币或票证至少一个端面的数字视频图像；

b.图像b.图像处理：将采集的数字视频图像输入处理控制系统，进行梯度运算并转为灰度图像，从该灰度图中抽样若干条，对每条像素进行分析处理，按照虚假边缘与真实边缘的间距不超过2个像素、真实边缘间距大于3个像素消除虚假边缘；将两真实边缘合二为一，填补空洞；按照每张纸币边缘面积小于75个像素为虚假边缘和孤立噪声予以消除，得到每条抽样的张数，以频率出现最高的数作为纸币张数。

本发明提供的适用于上述方法的纸币分张计数装置，包括用于对纸币或票证端面进行视频采集的数字视频采集设备、用于存储视频数据的数据存储器、用于存放软件的程序存储器、根据该程序存储器中设置的参数对视频信号进行分析并提取包括纸币张数信息的数字信号处理器、接口通信模块，所述视频采集设备采集的纸币影像视频信号将传输到所述数字处理器，该数字处理器与所述接口通信模块通信，将分析处理后的包括纸币张数信号经接口通信模块输出。

为了提高图像清晰度所述视频采集设备与所述数据存储器之间连有视频预处理模块，该视频预处理模块对视频采集设备采集的纸币影像视频信号进行视频预处理，并将预处理后的视频信号传输给数字处理器。

为了使本发明装置具有防伪功能，所述数字视频采集设备包括图像采集器、照明光源、防伪光源，其中防伪光源为红外光源、紫外光源、激光光源中的一种或一种以上的防伪光源。

本发明非接触式纸币、票证分张计数的方法及防伪方法都是基于数字影像的技术实现的，通过对纸币或票证的一个或者一个以上端面采集图像，并根据该图像的像素用微处理器进行分析处理，确定待测纸币的张数，最后达到分张计数的方法。这种方法能使纸币或票证在整个分张计数或防伪检验的过程处于静止状态，纸币不会受损，不会发出噪音、不会产生粉尘污染。本发明方法应用在纸币、票证点钞计数装置上，不存在纸币、票证被卡堵或撕坏的现象，点数速度非常快可以不限量而且计数准确。如此不但提高了工作效率，还为操作者提供了良好的工作环境。

本发明装置工作时由视频采集设备(CIS线阵、CCD或CMOS等图像传感器)对被点纸币的一个或者一个以上端面进行视频采集(拍照、摄像、扫描等)，然后由数字信号处理器对该视频信号进行分析处理得到被检纸币或票证的准确张数的信号，再经接口通讯模块输出，或通过显示屏显示结果或通过打印机打出结果。本发明装置采用模块化设计，结构简单整洁，体积小重量轻，并且不涉及强电，因此设备的稳定性、抗干扰性和安全性都非常好，不易出故障，维护费用低，并且重量轻不到一点五千克。

附图说明

图1是本发明方法的框图。

图2本发明装置的结构示意框图。

图3是本发明装置一个具体实施方式的电路框图。

具体实施方式

从图1可以看出本发明纸币、票证分张计数方法包括对纸币、票证端面的图像采集和对该采集的图像进行处理的两大步骤。

一、图像采集：

1、图像尽量清晰。

2、纸币、票证表端面平整，两边尽量不出现外翻，易引入噪声和虚假边缘。

3、图像采集装置与纸币、票证端面应保持最佳焦距，不宜太近——引入噪声，也不宜太远——弱化梯度。

4、应减小纸币、票证弯曲度，弯曲度过大，纸币、票证上的纹路污染图像。

5、拍摄时，纸币、票证端面应尽量对齐。参差不齐，影响分割。

6、镜头要稳定，以防止出现左右灰度分布不均匀，很多图像都是左边清晰，右边模糊。

对采集的图像进行处理时先要预处理，以提高图像清晰度，然后按照如下步骤分析处理：

二、数字影像处理——分张计数：

1、对预处理的图像进行梯度运算：

图像梯度是通过MATLAB的imfilter函数，运用prewitt算子做卷积获得的。

prewitt算子为

(\begin{matrix} - 1 & 0 & 1 \\ - 1 & 0 & 1 \\ - 1 & 0 & 1 \end{matrix}),

假定像素点I(i，j)线性卷积后的值为C(i，j)，则按照以下原则将卷积结果转换为灰度图像G：

G (i, j) = \{\begin{matrix} 0 & if & C (i, j) \leq 0 \\ C (i, j) & if & 0 < C (i, j) \leq 255 \\ 255 & if & C (i, j) > 255 \end{matrix}

由于纸币、票证之间的缝隙与纸币、票证的灰度值不同，从缝隙到纸币、票证再到缝隙，灰度变化了两次，会产生一正一负两个梯度。当梯度方向沿像素值高到低或者保持不变，C(i，j)≤0；而梯度方向沿像素值从低到高时，C(i，j)保持不变。因此按着上述原则获得的梯度可以准确提取纸币、票证的数量信息。而且增加了边缘的间距，利于提取边缘信息。相对于其它算子，prewitt效果最好。

2、抽样处理：梯度后算法从待处理图像中抽取若干条(垂直于纸币、票证列方向)进行处理，减小计算量。每抽样条宽度选择范围在20～30行像素较适合，抗噪声能力强，计算量适中。若每条宽度小，则边缘和噪声的面积相差不大，不易有效地去除噪声；若每条宽度过大，则不利于去除粘连。

3、二值化

由于求出的图像梯度中，像素灰度不均匀，且差别较大，为保留所有信息，用二值化将图像中所有像素值不为零的像素置1。

4、形态学处理

待处理图像中，纸币、票证外翻引入了纸币、票证的纹路，表现为孤立噪声和粘连；钱币过于密集，致使无法分出梯度变化，表现为粘连；图像中间部分相对较均匀，有一定的毛刺，这些都是二值化不能消除的噪声，需要通过待处理图像的形态处理，具体来说是通过待处理图像一些关键部位的像素来分析，通过实验找到消除噪声的关键参数进行处理，具体做法如下：

1)对每条抽样图像沿列方向相加其像素，如果该列像素值之和小于该条图像抽样宽度的一半的为毛刺噪声，将像素值置0，使毛刺噪声去除，粘连得以分开。对于虚假边缘的消除发明人通过实验得出虚假边缘与真实边缘的间距为不超过2个像素，真实边缘间距最少大于3个像素，据此能消除虚假边缘。

2)在去除毛刺和粘连后，填补空洞比较合适，可以将两张真实边缘合二为一的风险减小。

3)若相邻边缘间距小于两个像素，认为是一个边缘，横向膨胀将其合并，藉此消除去毛刺后的粘连。

5、计数统计

统计所有抽样条(50条)的计算结果，频率出现最高的数作为纸张数。所有出现纸张数的次数，必须相对集中。

本发明提供的非接触式纸币、票证防伪方法，包括如下步骤：

c.用红外光源、紫外光源、激光光源对被检纸币或票证的一个或者一个以上端面进行光学照射，然后对该纸币的端面进行图像采集；

d.将步骤c采集的数字视频图像输入处理控制系统，与该处理控制系统中的程序预存数据进行对比，相符的为真，反之为假。

利用上述方法，发明人还发明了纸币分张计数装置，参见图2和图3，该装置包括数字视频采集设备、视频预处理模块、数据存储器、程序存储器、数字信号处理器、接口扩展模块、接口通信模块、接口板，其中数字视频采集设备包括图像采集器、LED灯模组。

从图2可以看出，其中图像采集器可以采用CCD、CMOS或CIS等图像传感器，本发明装置采用CMOS图像传感器。

视频预处理模块可以采用具有视频预处理功能的所有芯片，图像采集器与视频预处理模块连接，将获取的纸币或票证影像视频信号输入视频预处理器进行预处理，使该图像具有更高的清晰度。

数字信号处理器通过数据线与视频预处理器、数据存储器、程序存储器、接口扩展模块连接，将预处理后的视频信息存储于数据存储器中，数字信号处理器根据程序存储器中设置的参数对预处理后的视频信号进行分析处理，提出纸币张数信号，将该信号通过接口扩展模块再经接口通信模块输到显示屏进行显示或输入打印机打印。

本发明装置还可以增加验伪钞的功能，在数字视屏采集设备中增加红外光源、紫外光源、激光光源。用这些光源中的一种或一种以上的光源对被测纸币的端面进行光学照射，然后由图像采集器对该纸币的端面进行图像采集，将采集到的图像数据与程序预存数据进行对比，从而实现真、假纸币与夹张的鉴别。

从图3可以看出本实施方式中图像采集器采用是的CMOS视频采集头，其视频采集卡U3为MT9T001，视频预处理模块采用的芯片U1为EP1C6，数字信号处理器采用的芯片U2为TMS320DM6441，LED模组采用的是LED灯，用于给待检测纸币进行照明。程序存储器U4采用的是W39LV040P，用于存放运行程序，包括CSS嵌入式操作系统。数据存储器U5采用的是W981216DH，用于存放数字视频数据。电源U6采用的是AIC1117，其接收5V电源输入，并输出3.3V与1.8V稳压电源。接口通信扩展模块采用的芯片U7是TL16C752B，用于EMIF总线到接口通信接口的转换。接口通信模块采用的是接口通信格式转换芯片U8为MAX232，用于基带接口到RS232接口通信的转换。

所述U1与U3之间的D[0..9]是10位视频数据，CLK是时钟信号，LINE是行控制信号，SCL是I²C总线的时钟信号，SDA是I²C总线的数据信号。

所述U1与U2间的RGB[0..23]是经过色度转换后的24位RGB视频数据， CLK是时钟信号，SCL是I²C总线的时钟信号，SDA是I²C总线的数据信号。

所述U2与U5间的OE是片选信号，WE是写使能，RE是读使能，SDCLK是时钟信号，CE0是用于SDRAM的EMIF地址空间选择信号，D[0..15]是16位数据总线信号，A[2..12]是11位地址总线信号。

所述U2与U4间的WE是写使能，RE是读使能，CE1是用于FLASH的EMIF地址空间选择信号，D[0..7]是8位数据总线信号，A[0..18]是19位地址总线信号。

U2与LED灯模组间的GPIO[0..5]是GPIO信号，用于控制LED灯的开关。U2与U7间的WE是写使能，RE是读使能，CE2是用于接口通信扩展的EMIF地址空间选择信号，D[0..7]是8位数据总线信号，A[0..18]是19位地址总线信号。所述U7与U8间的TXD1是接口UART发送，RXD1是接口UART接收。

U7中的TXD2是接口UART发送，RXD2是接口UART接收。U8中的TX是接口RS232发送，RX是接口RS232接收。

本发明装置中的数字视频采集设备可以是一个，也可以是多个，使用一个数字视频采集设备时可以简单的进行现金纸币的分张计数，使用多个数字视屏采集设备时可以对现金纸币不同的端面进行数据提取与处理，根据数据分析处理，可以检测出被分张计数的现金纸币当中是否有不同长度与颜色的现金纸币，因为目前流通的现金纸币的面额不同，长度或者颜色也不同，通过这样的结构设置可以很好的处理被分张计数的现金纸币当中的不同面额的纸币，从而增加了分张纸币面额的准确性。

本发明与已有的复点机、点钞机的性能对比见表一。

表一：

性能参数	本发明	点钞机	复点机
				重量	小于1.5公斤	4公斤	25~50公斤
清点分张计数方式	静态(非接触分张计数)	动态(机械摩擦分张计数)	动态(真空泵+机械分张计数)

噪音	无噪音	60~80分贝	40~60分贝
				供电电源	5V直流电、5号电池、车载电源	交流电110V~220V	交流电110V~220V
对现金纸币的损坏	完全没有损坏	损坏严重(甚至有撕毁纸币的现象)	轻微损坏
				清点计数准确率	100％	80％	98％
对工作环境的污染	无污染	严重污染	轻微污染
				故障概率	极低	极高	高
维修成本	极低	需要专业维修人员经常、频繁的上门维修。	需要专业维修人员经常、频繁的上门维修。
				清点计数速度	小于3秒	6～9秒	4～5秒
功率	小于8W	40～60W	50～80W

从上表可以看出本发明与已有技术相比有着非常显著的区别和优点。

Claims

1.一种非接触式纸币、票证分张计数方法，其特征在于包括如下步骤：

b.图像处理：将采集的数字视频图像输入处理控制系统，进行梯度运算并转为灰度图像，从该灰度图中抽样若干条，对每条像素进行分析处理，按照虚假边缘与真实边缘的间距不超过2个像素、真实边缘间距大于3个像素消除虚假边缘；将两真实边缘合二为一，填补空洞；按照每张纸币边缘面积小于75个像素为虚假边缘和孤立噪声予以消除，得到每条抽样的张数，以频率出现最高的数作为纸币张数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对采集的视频图像进行提高清晰度预处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤b中每条抽样的像素为20-30行。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于对灰度图中抽样若干条进行分析处理时，将所有像素值不为零的像素置为1，并将抽样图像沿列方向像素相加，凡列像素值之和小于抽样宽度一半的为毛刺噪声，将其像素值置0。

5.一种适用于权利要求1～4之一所述方法的纸币分张计数装置，其特征在于该装置包括用于对纸币或票证端面进行视频采集的数字视频采集设备、用于存储视频数据的数据存储器、用于存放软件的程序存储器、根据该程序存储器中设置的参数对视频信号进行分析并提取包括纸币张数信息的数字信号处理器、接口通信模块，所述视频采集设备采集的纸币影像视频信号将传输到所述数字处理器，该数字处理器与所述接口通信模块通信，将分析处理后的包括纸币张数信号经接口通信模块输出。

6.根据权利要求5所述的纸币分张计数装置，其特征在于在所述视频采集设备与所述数据存储器之间连有视频预处理模块，该视频预处理模块对视频采集设备采集的纸币影像视频信号进行视频预处理，并将预处理后的视频信号传输给数字处理器。

7.根据权利要求5或6所述的纸币分张计数装置，其特征在于所述数字视频采集设备有一个或一个以上。

8.根据权利要求5或6所述的纸币分张计数装置，其特征在于所述数字视频采集设备包括图像采集器、照明光源、防伪光源，其中防伪光源为红外光源、紫外光源、激光光源中的一种或一种以上的防伪光源。