CN103593663A - 一种钞券印版的图像定位方法 - Google Patents

Abstract

一种钞券印版的图像定位方法，包括以下步骤：①建立定位模板、②图像拼接、③图像定位步骤，并且上述步骤循环进行直至待检测图像与定位模板图像的所有帧图像都实现定位。本发明通过多定位核的图像精确定位算法，解决了相机在二维扫描拍摄过程中，由于机械误差、印版变形等不确定因素引起的图像平移、旋转和缩放等，进而导致采集到的图像相对于模板图像无法精确定位的问题，而且定位速度快、效率高、准确性高。

Description

一种钞券印版的图像定位方法

技术领域

本发明属于印版质量检查仪器技术领域，特别涉及一种钞券印版的图像定位方法。

背景技术

在钞券印版制造完成后，需要利用印版质量检查装置对印版的质量进行检查。在检查时，先将印版固定到工作台上，然后驱动相机运动，使相机相对于工作台沿X、Y轴方向进行二维扫描运动；在运动过程中，相机每隔固定的距离对印版进行拍照，计算机采集到连续各帧的待检测图像后，将模板图像与待检测图像进行定位，之后将完成定位后的定位模板图像与采集到的待检测图像对应的高低阈值模板进行比对，即可获得单帧的缺陷图；再将各帧图像进行无缝拼接，即获得整开样品印版的缺陷图。

现有技术中，模板图像与待检测图像进行定位的步骤，首先要在模板图像上设置定位核，而定位核的设置通常是由技术人员根据多年工作经验来确定的，但是这种设置定位核的方式效率低、速度慢而且准确性也比较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中对模板图像设置定位核的方法速度慢、效率低、准确性较差，而提供一种速度快、效率高、准确性高的钞券印版的图像定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种钞券印版的图像定位方法，包括以下步骤，

①建立定位模板：选择一组完整的模板图像，依次在所述模板图像的每帧图像上设置定位核，形成所述定位模板；所述定位核的设置方法包括，

A.在一帧图像上选择定位核设置区域；

B.设置定位核尺寸及定位核具体位置，若能够得到至少四个定位核，则该帧图像的定位核设置成功，否则定位核设置失败；

②图像拼接：分别对每帧所述定位模板图像和每帧待检测图像进行图像拼接，利用相邻图像间的公共区域，计算出当前帧图像与相邻行及相邻列图像之间的拼接参数，实现该帧图像与周围相邻图像的无缝拼接；

③图像定位：从对应帧的所述定位模板文件中读出该帧的定位核信息，如该帧图像定位核设置成功，则执行步骤a，否则执行步骤b；

a.通过图像相似度匹配方法，在该帧所述待检图像上找到与定位核具有最佳相似匹配度的区域，在所述匹配区域得到所述定位模板图像与所述待检测图像的至少四对匹配点，通过这些所述匹配点，实时计算出所述待测图像与所述定位模板图像之间的旋转、平移和缩放，实现单帧有定位核图像的所述待检测图像的定位；

b.利用该帧图像与相邻帧图像的无缝拼接数据和该帧图像相邻帧图像的定位数据，以及所述定位模板上对应帧图像与相邻帧模板图像的无缝拼接数据，计算出该帧图像相对于所述定位模板的平移数据，实现单帧无定位核图像的所述待检测图像的定位；

④重复执行步骤③，直至所述待检测图像与所述定位模板图像的所有帧图像都实现定位。

上述钞券印版的图像定位方法中，所述步骤②具体为，先利用高斯滤波器对图像进行平滑，降低图像像素噪声，再利用prewitt边缘滤波器算子对图像进行滤波，得到X方向导数和Y方向导数，得到梯度图像，利用如下公式计算出梯度图像平均绝对差来搜索相邻图像公共区域的最佳重合位置，以得到拼接参数(Δ_x,Δ_y)；

$D({\mathrm{\Δ}}_x,{\mathrm{\Δ}}_y)=\frac{1}{h*w}\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{w}{\mathrm{\Σ}}}|A(j+x,i+y)-B(j,i)|$

h：图像行数

w：图像列数

x,y：为两幅图像之间的偏移量

Δ_x,Δ_y：两幅图像的最佳重合位置。

上述钞券印版的图像定位方法中，所述步骤B具体为，利用皮尔逊相关系数公式对图像进行相似度检测，计算出该帧图像上定位核的尺寸及最佳位置，皮尔逊相关系数公式如下所示，

${\mathrm{\ρ}}_{A,B}=\frac{\mathrm{cov}(A,B)}{{\mathrm{\σ}}_A{\mathrm{\σ}}_B}=\frac{E\left(\mathrm{AB}\right)-E\left(A\right)E\left(B\right)}{\sqrt{E\left(A^2\right)-E^2\left(A\right)}\sqrt{E\left(B^2\right)-E^2\left(B\right)}}$

A、B：用于进行相似运算的两块图像区域

E(X)：对X区域像素的期望

ρ_A,B：皮尔逊相关系数。

上述钞券印版的图像定位方法中，在所述步骤B中，所述定位核的最佳位置是指ρ_A,B取极值时的数值。

上述钞券印版的图像定位方法中，所述步骤a具体为，通过所述定位模板图像与所述待检测图像的所述匹配点，利用最小二乘法计算出该帧所述待检测图像与所述定位模板图像之间的平移、缩放因子、旋转角度参数，对该帧所述待检测图像进行实时校正，实现单帧所述待检测图像的定位；最小二乘法公式如下所示，

${\left(\begin{array}{cccc}-y_1& x_1& 1& 0\\ x_1& y_1& 0& 1\\ -y_2& x_2& 1& 0\\ {-y}_2& x_2& 0& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\end{array}\right)}_{n\×4}\·\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\\ {\mathrm{\α}}_2\\ d_x\\ d_y\end{array}\right]\end{array}{\left[\begin{array}{c}{x}_1^{\′}\\ y_1^{\′}\\ x_2^{\′}\\ y_2^{\′}\\ .\\ .\\ .\end{array}\right]}_{n\×1}$ 其中α₁=s·sinθ·α₂=s·cosθ

s:缩放因子

θ：旋转角度

d_x、d_y:待检测图像与定位模板图像之间的平移。

上述钞券印版的图像定位方法中，所述步骤b具体为，首先提取出所述定位模板中无定位核图像Am和与其相邻的有定位核图像Bm之间的拼接参数[Δx1,Δy1]；然后利用图像Bm与其所述待检测图像B之间的定位参数[dx1,dy1]和[Δx1,Δy1]，进而共同计算出B与Am的关系；之后，提取出图像A与图像B之间的拼接参数[Δx2,Δy2]；最后利用图像B与图像Am的关系及[Δx2,Δy2]共同计算出图像A相对于所述定位模板图像Am的平移量[dx2,dy2]，以此定位出所有未设置定位核的图像。

上述钞券印版的图像定位方法中，完整的所述模板图像通过二维扫描获得。

上述钞券印版的图像定位方法中，所述定位核的设置数量为四个。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明提供的钞券印版的图像定位方法，包括建立定位模板、图像拼接和图像定位步骤，并且上述步骤循环进行直至待检测图像与定位模板图像的所有帧图像都实现定位。本发明通过多定位核的图像精确定位算法，解决了相机在二维扫描拍摄过程中，由于机械误差、印版变形等不确定因素引起的图像平移、旋转和缩放等，进而导致采集到的图像相对于模板图像无法精确定位的问题，而且定位速度快、效率高、准确性高。

（2）本发明提供的钞券印版的图像定位方法，在设置定位核后，对定位核设置成功的图像进行相似度计算，自动确定定位核的位置，改变过去依靠经验设置定位核位置的模式，易于实现，定位速度快、效率高而且准确性高。

（3）本发明提供的钞券印版的图像定位方法，其中图像拼接的步骤采用基于梯度的图像无缝拼接方法，解决了钞券印版表面的同一目标在相邻两帧图像上明暗程度不同带来的定位问题，使定位效果更好，为后续的检测步骤提供良好基础。

（4）本发明提供的钞券印版的图像定位方法，还专门针对无法设置定位核的图像或者不适合采用定位核定位的图像，设计了通过无缝拼接的图像数据进行定位的算法，定位精确，使得本发明的适用范围更广。

（5）本发明提供的钞券印版的图像定位方法，实现了定位核位置的自动设定；针对钞券印版特殊的纹理信息，利用图像梯度信息对图像进行无缝拼接，当模板图像无法设置定位核时，可利用无缝拼接的数据对该图像进行定位；在使用定位核进行定位时，通过多匹配点的定位数据，能够计算出图像的旋转、缩放和平移，解决了二维扫描过程中机械误差、印版厚度变化等因素引起的问题，实现图像的快速定位。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明中利用相邻图像间的公共区域进行无缝拼接的示意图；

图2为钞券印版上相邻两帧图像中的同一目标的成像效果对比；

图3为利用定位核进行图像定位的示意图；

图4为利用无缝拼接进行图像定位的示意图。

图中附图标记表示为：1表示模板图像上某帧图像，2表示被测印版上带有角度、缩放和平移的某帧图像，3表示根据定位核数据进行计算后，将角度、缩放和平移校正后的图像。

具体实施方式

本发明提供的钞券印版的图像定位方法用于样品钞券印版的检测，所述样品钞券印版首先需要进行拍照，相机每隔固定的距离对所述样品钞券印版进行拍照，计算机采集到连续各帧的待检测图像后，利用本发明提供的定位方法，实现所述待检测图像与模板图像的定位，然后进行图像检测。

本发明提供的钞券印版的图像定位方法，包括以下步骤：

①建立定位模板：选择一组完整的模板图像，依次在所述模板图像的每帧图像上设置定位核，形成所述定位模板，完整的所述模板图像通过二维扫描获得；所述定位核的设置方法包括：

A.在一帧图像上选择定位核设置区域：人工观察该帧所述模板图像，选择好定位核设置区域（或称为定位核搜索区域）。

B.设置定位核尺寸及定位核具体位置，若能够得到至少四个定位核，则该帧图像的定位核设置成功，否则定位核设置失败，在本实施例中优选设置四个定位核：利用皮尔逊相关系数公式对图像进行相似度检测，计算出该帧图像上定位核的尺寸及最佳位置，所述定位核的最佳位置是指ρA,B取极值时的数值。皮尔逊相关系数公式如下所示，

${\mathrm{\ρ}}_{A,B}=\frac{\mathrm{cov}(A,B)}{{\mathrm{\σ}}_A{\mathrm{\σ}}_B}=\frac{E\left(\mathrm{AB}\right)-E\left(A\right)E\left(B\right)}{\sqrt{E\left(A^2\right)-E^2\left(A\right)}\sqrt{E\left(B^2\right)-E^2\left(B\right)}}$

A、B：用于进行相似运算的两块图像区域

E(X)：对X区域像素的期望

ρ_A,B：皮尔逊相关系数。

②图像拼接：分别对每帧所述定位模板图像和每帧待检测图像进行图像拼接，利用相邻图像间的公共区域，计算出当前帧图像与相邻行及相邻列图像之间的拼接参数，实现该帧图像与周围相邻图像的无缝拼接，如图1所示，图中“Current”表示需要进行无缝拼接的某帧图像，A表示相邻行图像，B表示相邻列图像，虚线部分为两幅图像之间的公共区域。

由于钞券印版（特别是干胶印版）表面具有凹凸起伏性，在环形光源的照射下，相邻两幅图像的公共区域的阴影是不同的，如图2所示，图中箭头所指的白点存在于相邻图像之间的公共区域，但是该区域的明暗程度完全不同。即同一目标在相邻两帧图像上呈现的明暗程度并不相同，甚至有可能完全相反。因此，在进行无缝拼接时，先利用高斯滤波器对图像进行平滑，降低图像像素噪声，再利用prewitt边缘滤波器算子对图像进行滤波，得到X方向导数和Y方向导数，得到梯度图像，利用如下公式计算出梯度图像平均绝对差来搜索相邻图像公共区域的最佳重合位置，以得到拼接参数(Δx,Δy)；

$D({\mathrm{\Δ}}_x,{\mathrm{\Δ}}_y)=\frac{1}{h*w}\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{w}{\mathrm{\Σ}}}|A(j+x,i+y)-B(j,i)|$

h：图像行数

w：图像列数

x,y：为两幅图像之间的偏移量

Δ_x,Δ_y：两幅图像的最佳重合位置。

③图像定位：从对应帧的所述定位模板文件中读出该帧的定位核信息，如该帧图像定位核设置成功，则执行步骤a，否则执行步骤b；

a.通过图像相似度匹配方法，在该帧所述待检图像上找到与定位核具有最佳相似匹配度的区域，在所述匹配区域得到所述定位模板图像与所述待检测图像的至少四对匹配点，通过这些所述匹配点，实时计算出所述待测图像与所述定位模板图像之间的旋转、平移和缩放，实现单帧有定位核图像的所述待检测图像的定位。在本实施例中，由于所述定位核数量为四个，所述匹配点的对数也为四个。

通过所述定位模板图像与所述待检测图像的所述匹配点，利用最小二乘法计算出该帧所述待检测图像与所述定位模板图像之间的平移、缩放因子、旋转角度参数，对该帧所述待检测图像进行实时校正，实现单帧所述待检测图像的定位。如图3所示，模板图像上某帧图像1与被测印版上带有角度、缩放和平移的某帧图像2进行匹配点计算后，得到根据定位核数据进行计算后，将角度、缩放和平移校正后的图像3。

最小二乘法公式如下所示，

${\left(\begin{array}{cccc}-y_1& x_1& 1& 0\\ x_1& y_1& 0& 1\\ -y_2& x_2& 1& 0\\ {-y}_2& x_2& 0& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\end{array}\right)}_{n\×4}\·\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\\ {\mathrm{\α}}_2\\ d_x\\ d_y\end{array}\right]\end{array}{\left[\begin{array}{c}{x}_1^{\′}\\ y_1^{\′}\\ x_2^{\′}\\ y_2^{\′}\\ .\\ .\\ .\end{array}\right]}_{n\×1}$ 其中α₁=s·sinθ,α₂=s·cosθ

s:缩放因子

θ：旋转角度

d_x、d_y:待检测图像与定位模板图像之间的平移。

b.利用该帧图像与相邻帧图像的无缝拼接数据和该帧图像相邻帧图像的定位数据，以及所述定位模板上对应帧图像与相邻帧模板图像的无缝拼接数据，计算出该帧图像相对于所述定位模板的平移数据，实现单帧无定位核图像的所述待检测图像的定位。

如图4所示，图中Am为定位模板中无定位核的某帧图像，Bm为定位模板中与Am相邻的有定位核的图像，[Δx1,Δy1]为Am和Bm的拼接参数，A为被检印版图像中与Am对应的无定位核的某帧图像，B为被检印版图像中与Bm对应的有定位核的某帧图像，[dx1,dy1]为通过定位核匹配计算出的Bm与B之间的定位参数，[Δx2,Δy2]为A与B之间的拼接参数，[dx2,dy2]为A相对于Am的平移量。

首先提取出所述定位模板中无定位核图像Am和与其相邻的有定位核图像Bm之间的拼接参数[Δx1,Δy1]；然后利用图像Bm与其所述待检测图像B之间的定位参数[dx1,dy1]和[Δx1,Δy1]，进而共同计算出B与Am的关系；之后，提取出图像A与图像B之间的拼接参数[Δx2,Δy2]；最后利用图像B与图像Am的关系及[Δx2,Δy2]共同计算出图像A相对于所述定位模板图像Am的平移量[dx2,dy2]，以此定位出所有未设置定位核的图像。

④重复执行步骤③，直至所述待检测图像与所述定位模板图像的所有帧图像都实现定位。

在上述步骤b中，如果相邻帧图像仍为没有定位核的图像，则继续利用该相邻帧图像的相邻帧图像的定位数据，以此类推，直至能够借用有定位数据的临帧图像。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种钞券印版的图像定位方法，其特征在于：包括以下步骤，

①建立定位模板：选择一组完整的模板图像，依次在所述模板图像的每帧图像上设置定位核，形成所述定位模板；所述定位核的设置方法包括，

A.在一帧图像上选择定位核设置区域；

B.设置定位核尺寸及定位核具体位置，若能够得到至少四个定位核，则该帧图像的定位核设置成功，否则定位核设置失败；

②图像拼接：分别对每帧所述定位模板图像和每帧待检测图像进行图像拼接，利用相邻图像间的公共区域，计算出当前帧图像与相邻行及相邻列图像之间的拼接参数，实现该帧图像与周围相邻图像的无缝拼接；

③图像定位：从对应帧的所述定位模板文件中读出该帧的定位核信息，如该帧图像定位核设置成功，则执行步骤a，否则执行步骤b；

a.通过图像相似度匹配方法，在该帧所述待检图像上找到与定位核具有最佳相似匹配度的区域，在所述匹配区域得到所述定位模板图像与所述待检测图像的至少四对匹配点，通过这些所述匹配点，实时计算出所述待测图像与所述定位模板图像之间的旋转、平移和缩放，实现单帧有定位核图像的所述待检测图像的定位；

b.利用该帧图像与相邻帧图像的无缝拼接数据和该帧图像相邻帧图像的定位数据，以及所述定位模板上对应帧图像与相邻帧模板图像的无缝拼接数据，计算出该帧图像相对于所述定位模板的平移数据，实现单帧无定位核图像的所述待检测图像的定位；

④重复执行步骤③，直至所述待检测图像与所述定位模板图像的所有帧图像都实现定位。

2.根据权利要求1所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：所述步骤②具体为，先利用高斯滤波器对图像进行平滑，降低图像像素噪声，再利用prewitt边缘滤波器算子对图像进行滤波，得到X方向导数和Y方向导数，得到梯度图像，利用如下公式计算出梯度图像平均绝对差来搜索相邻图像公共区域的最佳重合位置，以得到拼接参数(Δ_x,Δ_y)；

$D({\mathrm{\Δ}}_x,{\mathrm{\Δ}}_y)=\frac{1}{h*w}\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{w}{\mathrm{\Σ}}}|A(j+x,i+y)-B(j,i)|$

h：图像行数

w：图像列数

x,y：为两幅图像之间的偏移量

Δ_x,Δ_y：两幅图像的最佳重合位置。

3.根据权利要求1或2所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：所述步骤B具体为，利用皮尔逊相关系数公式对图像进行相似度检测，计算出该帧图像上定位核的尺寸及最佳位置，皮尔逊相关系数公式如下所示，

${\mathrm{\ρ}}_{A,B}=\frac{\mathrm{cov}(A,B)}{{\mathrm{\σ}}_A{\mathrm{\σ}}_B}=\frac{E\left(\mathrm{AB}\right)-E\left(A\right)E\left(B\right)}{\sqrt{E\left(A^2\right)-E^2\left(A\right)}\sqrt{E\left(B^2\right)-E^2\left(B\right)}}$

A、B：用于进行相似运算的两块图像区域

E(X)：对X区域像素的期望

ρ_A,B：皮尔逊相关系数。

4.根据权利要求3所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：在所述步骤B中，所述定位核的最佳位置是指ρ_A,B取极值时的数值。

5.根据权利要求1-4任一所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：所述步骤a具体为，通过所述定位模板图像与所述待检测图像的所述匹配点，利用最小二乘法计算出该帧所述待检测图像与所述定位模板图像之间的平移、缩放因子、旋转角度参数，对该帧所述待检测图像进行实时校正，实现单帧所述待检测图像的定位；最小二乘法公式如下所示，

${\left(\begin{array}{cccc}-y_1& x_1& 1& 0\\ x_1& y_1& 0& 1\\ -y_2& x_2& 1& 0\\ {-y}_2& x_2& 0& 1\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\end{array}\right)}_{n\×4}\·\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\\ {\mathrm{\α}}_2\\ d_x\\ d_y\end{array}\right]\end{array}{\left[\begin{array}{c}{x}_1^{\′}\\ y_1^{\′}\\ x_2^{\′}\\ y_2^{\′}\\ .\\ .\\ .\end{array}\right]}_{n\×1}$ 其中α₁=s·sinθ,α₂=s·cosθ

s:缩放因子

θ：旋转角度

d_x、d_y:待检测图像与定位模板图像之间的平移。

6.根据权利要求1-5任一所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：所述步骤b具体为，首先提取出所述定位模板中无定位核图像Am和与其相邻的有定位核图像Bm之间的拼接参数[Δx1,Δy1]；然后利用图像Bm与其所述待检测图像B之间的定位参数[dx1,dy1]和[Δx1,Δy1]，进而共同计算出B与Am的关系；之后，提取出图像A与图像B之间的拼接参数[Δx2,Δy2]；最后利用图像B与图像Am的关系及[Δx2,Δy2]共同计算出图像A相对于所述定位模板图像Am的平移量[dx2,dy2]，以此定位出所有未设置定位核的图像。

7.根据权利要求6所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：完整的所述模板图像通过二维扫描获得。

8.根据权利要求1-7任一所述的钞券印版的图像定位方法，其特征在于：所述定位核的设置数量为四个。

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