CN104331977A - 基于fpga的纸币多特征采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的纸币多特征采集系统及方法，涉及纸币的检验装置技术领域。所述采集系统包括编码器、纸币传送装置、红外传感器、磁性传感器、图像传感器、厚度传感器、FPGA以及数据处理单元，所述图像传感器包括上下相对设置的上图像传感器和下图像传感器，所述纸币传送装置为传送带式传送装置。所述系统和方法基于FPGA，实现了纸币图像特征、磁性特征、厚度特征的并行采集，并且所采集的多种特征数据均基于同一个相对位置坐标系，特征数据中带有的坐标信息便于进行多传感器像素级信息的配准，配置精度达到了像素级。

Description

基于FPGA的纸币多特征采集系统及方法

技术领域

本发明涉及纸币的检验装置技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的纸币多特征采集系统及方法。

背景技术

根据人民银行的纸币流通标准，伪造纸币、贴有胶带的纸币、污损纸币等均不适合在市面上流通。因此为了有效鉴别纸币是否适合流通，需要获取纸币的特征有多种，比如图像特征、磁性特征、厚度特征等。可重构技术是指在软件的控制下，利用系统中的可重构资源，根据应用的需要可重新构建一个新的系统，达到接近专用硬件设计的高性能，从而使得系统兼具灵活性、高性能、可升级等优点。

现场可编程门阵列(FPGA)的可重构资源的基本单位是可编程的逻辑块和可编程的连线资源，这些可重构资源在系统运行之前或者系统运行过程中，根据预先设计好的硬件配置信息进行配置后，硬件就具有了某个特定的功能。在基于FPGA的可重构系统中硬件的结构配置信息可以像软件一样修改，具备硬件的计算性能同时又具有软件的灵活性。

像素级数据融合技术：相对于数据融合的其它层次，像素级图像融合是最低层次上的融合，它是对多个传感器获取的同一目标的传感器原始数据通过一定的算法将各图像数据中所含的信息优势或互补性有机地结合起来。但是对参加融合的各传感器数据必须进行精确的配准，其配准精度一般应达到像素级。

现有的纸币特征采集系统的研究大多数集中在纸币图像单一防伪特征的采集；或者多种防伪特征的采集相对独立，采集到的特征数据没有相应的位置信息，多种特征信息的配准困难，并且配置精度难以保证；或者数据采集单元基于非可重构器件来实现，当传感器升级导致数据通信协议变化时，原有硬件系统不能通过重构适应该变化，只能修改硬件设计。例如《纸币鉴别仪图像采集处理方法及装置》，公开号：CN102568081A；仅仅单独研究了纸币的图像采集，造成纸币可流通特征采集不全面，不便于进行多传感器数据融合的识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的纸币多特征采集系统及方法，所述系统和方法基于FPGA，实现了纸币图像特征、磁性特征、厚度特征的并行采集，并且所采集的多种特征数据均基于同一个相对位置坐标系，特征数据中带有的坐标信息便于进行多传感器像素级信息的配准，配置精度达到了像素级；因为FPGA内部包含可重构的硬件逻辑资源，因此，可以通过采集模块的逻辑资源重构提高系统对于不同的数字传感器的兼容性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于FPGA的纸币多特征采集系统，其特征在于：所述采集系统包括编码器、纸币传送装置、红外传感器、磁性传感器、图像传感器、厚度传感器、FPGA以及数据处理单元，所述编码器位于所述纸币传送装置的转动轮上，所述红外传感器设有两组分别布置于纸币传送装置的纸币传送通道的进口和出口，分别为前红外传感器对和后红外传感器对，所述磁性传感器、图像传感器和厚度传感器从左到右布置于两组红外传感器之间的纸币传送通道上，所述编码器、红外传感器、磁性传感器、图像传感器以及厚度传感器通过接口电路与所述FPGA电连接，所述FPGA与所述数据处理单元电连接。

进一步的技术方案在于：所述前红外传感器对和后红外传感器对包括上红外发射传感器和下红外接收传感器。

进一步的技术方案在于：所述图像传感器包括上下相对设置的上图像传感器和下图像传感器。

进一步的技术方案在于：所述纸币传送装置为传送带式传送装置。

本发明还公开了一种基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)将纸币放在纸币传送装置的传送带上，纸币在传送带的带动下依次经过前红外传感器对，磁性传感器，图像传感器，厚度传感器和后红外传感器对；

2)在纸币运动的过程当中，编码器产生编码器脉冲信号，纸币的运动距离与编码器产生的脉冲信号个数成正比，FPGA中的编码器信号处理单元接收编码器信号，输出滤波后的编码器信号ENC，采集使能单元中各数据采集使能单元在滤波后的编码器信号ENC的控制下产生使能信号；

3)红外传感器接收端产生的高低电平信号，反映纸币是否遮挡红外传感器，FPGA中的红外信号处理单元负责接收来自红外传感器接收端的原始红外信号，输出滤波后的红外信号IR，IR为高低电平信号，当纸币到达前红外传感器对位置时，FPGA中的红外信号处理单元产生高电平信号，当FPGA中的采集使能单元检测到红外传感器的高电平信号时，则立刻启动磁性数据采集使能单元、厚度数据采集使能单元和图像数据采集使能单元，这三个单元并行启动及运行，分别控制磁性传感器、厚度传感器和图像传感器采集纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息；

4)FPGA中的数据发送单元接收纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息，然后将上述信息发送给数据处理单元进行处理；

5)数据处理单元解析出传感器采集的数据与坐标信息，根据数据的坐标对各传感器数据进行像素级融合，得出纸币的综合信息。

进一步的技术方案在于，步骤3)中纸币磁性信息采集的具体过程如下：

FPGA中的磁性数据采集使能单元启动后，从零开始计算编码器脉冲信号的个数M，编码脉冲信号的个数M反映纸币前边沿与前红外传感器对的距离，随着纸币的前边沿靠近磁性传感器，当纸币与磁性传感器之间的距离小于等于L1-D1时，其中，L1为前红外传感器对与磁性传感器之间的距离，当纸币还剩磁性提前采集距离D1就到达磁性传感器位置时，便启动磁性采集过程，磁性数据采集使能单元置位磁性使能信号为高电平，并根据磁性传感器的数据采集密度需求，周期性地产生磁性采集脉冲信号，发送给FPGA中的磁性传感器数据采集单元，此处磁性采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每10个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号，磁性采集脉冲的个数M1与纸币前边沿和磁性采集起始点L1-D1之间的距离S1有一一对应关系S1＝10*N*M1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的磁性采集脉冲后，纸币便越过了磁性传感器，此时置位磁性数据采集使能单元输出为低电平，停止产生磁性采集脉冲控制信号并对磁性采集脉冲信号的数量CNT_M清零，为下一张纸币的到来做好准备，当磁性传感器数据采集单元检测到磁性使能信号被置位为高电平时，每来一个磁性采集脉冲信号，则控制磁性传感器完成对纸币当前位置磁性信息的采集，每个磁性脉冲信号触发采集一行纸币磁性信息，在磁性使能信号为高电平时，磁性传感器数据采集单元也同时对周期性的磁性采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于磁性采集起始点的距离，磁性传感器数据采集单元最后将当前位置磁性采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币磁性信息一同发送给FPGA中的数据发送单元。

进一步的技术方案在于，步骤3)中纸币图像信息采集的具体过程如下：

FPGA中的图像数据采集使能单元启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量P，脉冲信号数量P实时反映纸币前边沿与前红外传感器对的距离，随着纸币的前边沿靠近图像传感器，当纸币与图像传感器之间的距离小于等于L2-D2时，其中，L2为前红外传感器对与图像传感器之间的距离，当纸币还剩图像提前采集距离D2就到达图像传感器位置时，便启动图像采集过程，图像数据采集使能单元置位图像使能信号为高电平，并根据图像传感器的数据采集密度需求，周期性地产生图像采集脉冲信号，传送给图像传感器数据采集单元，图像采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每1个编码器脉冲产生1个图像采集脉冲，图像采集脉冲的个数P1与纸币和图像采集起始点L2-D2的距离S2有一一对应关系S2＝1*N*P1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的图像采集脉冲后，纸币已经越过了图像传感器，此时置位图像使能信号为低电平并停止产生图像采集脉冲信号，当图像传感器数据采集单元检测到图像使能信号被置位为高电平时，每来一个图像采集脉冲信号，则控制图像传感器完成对纸币当前位置图像信息的采集，每个图像脉冲信号触发采集上下各一行纸币图像信息，在图像信息使能信号为高电平时，图像传感器数据采集单元也同时对周期性的图像采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L2-D2处的距离，图像传感器数据采集单元最后将当前位置图像采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元。

进一步的技术方案在于，步骤3)中纸币厚度信息采集的具体过程如下：

厚度数据采集使能单元启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量T，脉冲信号数量T实时反映纸币前边沿与前红外传感器对的距离，随着纸币的前边沿靠近厚度传感器，当纸币与厚度传感器之间的距离小于等于L3-D3时，其中L3为前红外传感器对与厚度传感器之间的距离，当纸币还剩厚度提前采集距离D3就到达厚度传感器位置时，便启纸币动厚度采集过程，厚度数据采集使能单元置位厚度使能信号为高电平，并根据厚度传感器的数据采集密度需求，周期性地产生厚度采集脉冲信号，传送给厚度传感器数据采集单元，此处厚度采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每5个编码器脉冲产生一个厚度采集脉冲，厚度采集脉冲的个数T1与纸币前边沿和厚度采集起始点L3-D3的距离S3有一一对应关系S3＝5*N*T1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的厚度采集脉冲后，纸币已经越过了厚度传感器，此时置位厚度使能信号为低电平并停止产生厚度采集脉冲信号，当厚度传感器数据采集单元检测到厚度使能信号被置位为高电平时，每来一个厚度采集脉冲信号，则控制厚度传感器完成对纸币当前位置厚度信息的采集，每个厚度脉冲信号触发采集一行纸币厚度信息，在厚度使能信号为高电平时，厚度传感器数据采集单元也同时对周期性的厚度采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L3-D3处的距离，厚度传感器数据采集单元最后将当前位置厚度采集脉冲信号的计数信息以及采集到的厚度图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元。

进一步的技术方案在于，步骤4)的具体过程如下：

FPGA中数据发送单元将收到的磁性采集脉冲的计数信息M1，根据磁性采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S1，S1＝10*N*M1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息S1与该行采集到的磁性传感器数据信息一同发送给数据处理单元；

数据发送单元将收到的图像采集脉冲的计数信息P1，根据磁性采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S2，S2＝1*N*P1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息P1与该行采集到的图像传感器数据信息一同发送给数据处理单元；

数据发送单元将收到的厚度采集脉冲的计数信息T1，根据厚度采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S3，S3＝5*N*T1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息与该行采集到的厚度传感器数据信息一同发送给数据处理单元。

进一步的技术方案在于，D1＝D2＝D3。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述系统和方法基于FPGA实现了纸币图像特征、磁性特征、厚度特征的并行采集，并且所采集的多种特征数据均基于同一个相对位置坐标系，特征数据中带有的坐标信息便于进行多传感器像素级信息的配准，配置精度达到了像素级；因为FPGA内部包含可重构的硬件逻辑资源，因此，可以通过采集模块的逻辑资源重构提高系统对于不同的数字传感器的兼容性。

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详细的说明。

图1是本发明所述系统的结构示意图；

图2是本发明采集系统的硬件结构原理框图；

图3是本发明FPGA内部的可重构模块结构原理框图；

图4是本发明中位置关系示意图；

其中：1、纸币2；3、红外传感器发射端 4、编码器 5、纸币传送装置 6；7、红外传感器接收端 8、厚度传感器 9、纸币传送通道 10、上图像传感器11、下图像传感器 12、磁性传感器 31、前红外传感器对 32、后红外传感器对13、红外传感器接口 14、编码器接口 15、采集系统硬件结构图 16、图像传感器接口 17、磁性传感器接口 18、厚度传感器接口 19、FPGA 20、数据处理单元 21、编码器信号处理单元 22、红外信号处理单元 23、采集使能单元 24、磁性数据采集使能单元 25、厚度数据采集使能单元 26、图像数据采集使能单元 27、磁性传感器数据采集单元 28、厚度传感器数据采集单元 29、图像传感器数据采集单元 30、数据发送单元。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了便于说明引入变量：

N：每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离

M：磁性使能单元对编码器脉冲信号的计数信息

P：图像使能单元对编码器脉冲信号的计数信息

T：厚度使能单元对编码器脉冲信号的计数信息

M1：磁性采集脉冲的计数信息

P1：图像采集脉冲的计数信息

T1：厚度采集脉冲的计数信息

L1：前红外传感器对与磁性传感器之间的距离

L2：前红外传感器对与图像传感器之间的距离

L3：前红外传感器对与厚度传感器之间的距离

D1：磁性采集单元的提前采集距离，相当于磁性数据的位置坐标系0点

D2：图像采集单元的提前采集距离，相当于图像数据的位置坐标系0点

D3：厚度采集单元的提前采集距离，相当于厚度数据的位置坐标系0点

L1-D1：为磁性采集起始点；

L2-D2：为图像采集起始点；

L3-D3：为厚度采集起始点；

S1：为磁性数据采集过程中，纸币前边沿与磁性采集起始点的距离，相当于当前行数据的坐标；

S2：为图像数据采集过程中，纸币前边沿与图像采集起始点的距离，相当于当前行数据的坐标；

S3：为厚度数据采集过程中，纸币前边沿与厚度采集起始点的距离，相当于当前行数据的坐标。

如图1-2所示，本发明公开了一种基于FPGA的纸币多特征采集系统，所述采集系统包括编码器4、纸币传送装置5、红外传感器、磁性传感器12、图像传感器、厚度传感器8、FPGA19以及数据处理单元20，所述图像传感器包括上下相对设置的上图像传感器10和下图像传感器11，所述纸币传送装置为传送带式传送装置。

所述编码器4位于所述纸币传送装置5的转动轮上，所述红外传感器设有两组分别布置于纸币传送装置5的纸币传送通道9的进口和出口，分别为前红外传感器对31和后红外传感器对32，所述前红外传感器对31和后红外传感器对32包括上红外发射传感器2，3和下红外接收传感器6，7。所述磁性传感器12、图像传感器和厚度传感器8从左到右布置于两组红外传感器之间的纸币传送通道上。

图像传感器通过图像传感器接口16与FPGA 19相连，在纸币经过时，图像传感器在FPGA 19的控制下产生纸币的图像信号。磁性传感器12通过磁性传感器接口17与FPGA19相连，在纸币经过时，磁性传感器在FPGA 19的控制下产生纸币的磁性信号。厚度传感器8通过厚度传感器接口18与FPGA 19相连，在纸币经过时，厚度传感器在FPGA19的控制下产生纸币的厚度信号。数据采集单元由FPGA来实现，FPGA与数据处理单元相连，FPGA采集到的数据送给数据处理单元。

纸币1在纸币传送装置5的带动下，通过纸币传送通道9，依次经过前红外传感器对31，磁性传感器12，图像传感器(包括上图像传感器10和下图像传感器11)，厚度传感器8，后红外传感器对32。其中，红外传感器发射端发送红外光源，红外传感器接收端接收红外光源，当红外光没有纸币1遮挡时，接收端产生低电平信号，当红外光被纸币1遮挡时，接收端产生高电平信号。红外传感器对(31，32)产生的高低电平信号通过红外传感器接口13与FPGA19相连。

在纸币传送的过程中，纸币传送装置5带动编码器4转动，编码器4在转动的过程中产生编码器信号，编码器信号为脉冲信号，编码器4每转动一圈产生固定数目C的脉冲信号。因此，每一个脉冲信号的到来，代表编码器4旋转了360/C的角度，纸币运动了一定的距离N，N值的大小由皮带传动机构的机械尺寸和C值大小可以计算出来。编码器4转动产生的编码器脉冲信号通过编码器接口14与FPGA19相连。

如图3所示，本发明还公开了一种基于FPGA的纸币多特征采集方法，所述方法包括以下步骤：

1)将纸币1放在纸币传送装置5的传送带上，纸币在传送带的带动下依次经过前红外传感器对31，磁性传感器12，图像传感器，厚度传感器8和后红外传感器对32；

2)在纸币运动的过程当中，编码器4产生编码器脉冲信号，纸币1的运动距离与编码器4产生的脉冲信号个数成正比，FPGA中的编码器信号处理单元21接收编码器信号，输出滤波后的编码器信号ENC，采集使能单元23中各数据采集使能单元在滤波后的编码器信号ENC的控制下产生使能信号；

3)红外传感器接收端产生的高低电平信号，反映纸币是否遮挡红外传感器，FPGA中的红外信号处理单元22负责接收来自红外传感器接收端的原始红外信号，输出滤波后的红外信号IR，IR为高低电平信号，当纸币到达前红外传感器对31位置时，FPGA中的红外信号处理单元22产生高电平信号，当FPGA中的采集使能单元检测到红外传感器的高电平信号时，则立刻启动磁性数据采集使能单元24、厚度数据采集使能单元25和图像数据采集使能单元26，这三个单元并行启动及运行，分别控制磁性传感器、厚度传感器和图像传感器采集纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息；

4)FPGA中的数据发送单元30接收纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息，然后将上述信息发送给数据处理单元进行处理；

5)数据处理单元20解析出传感器采集的数据与坐标信息，根据数据的坐标对各传感器数据进行像素级融合，得出纸币的综合信息。

如图3所示，具体的所述步骤3)中纸币磁性信息采集的具体过程如下：FPGA中的磁性数据采集使能单元24启动后，从零开始计算编码器脉冲信号的个数M，编码脉冲信号的个数M反映纸币前边沿与前红外传感器对31的距离，随着纸币的前边沿靠近磁性传感器12，当纸币1与磁性传感器12之间的距离小于等于L1-D1时，其中，L1为前红外传感器对31与磁性传感器31之间的距离，当纸币还剩磁性提前采集距离D1就到达磁性传感器位置时，便启动磁性采集过程，磁性数据采集使能单元24置位磁性使能信号为高电平，并根据磁性传感器12的数据采集密度需求，周期性地产生磁性采集脉冲信号，发送给FPGA中的磁性传感器数据采集单元27，此处磁性采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每10个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号(当然还可以为其他比例如：每5个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号)，磁性采集脉冲的个数M1与纸币前边沿和磁性采集起始点L1-D1之间的距离S1有一一对应关系S1＝10*N*M1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的磁性采集脉冲后，纸币便越过了磁性传感器，此时置位磁性数据采集使能单元24输出为低电平，停止产生磁性采集脉冲控制信号并对磁性采集脉冲信号的数量CNT_M清零，为下一张纸币的到来做好准备，当磁性传感器数据采集单元27检测到磁性使能信号被置位为高电平时，每来一个磁性采集脉冲信号，则控制磁性传感器完成对纸币当前位置磁性信息的采集，每个磁性脉冲信号触发采集一行纸币磁性信息，在磁性使能信号为高电平时，磁性传感器数据采集单元27也同时对周期性的磁性采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于磁性采集起始点的距离，磁性传感器数据采集单元27最后将当前位置磁性采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币磁性信息一同发送给FPGA中的数据发送单元30。

FPGA中的图像数据采集使能单元26启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量P，脉冲信号数量P实时反映纸币前边沿与前红外传感器对31的距离，随着纸币1的前边沿靠近图像传感器，当纸币与图像传感器之间的距离小于等于L2-D2时，其中，L2为前红外传感器对31与图像传感器之间的距离，当纸币还剩图像提前采集距离D2就到达图像传感器位置时，便启动图像采集过程，图像数据采集使能单元26置位图像使能信号为高电平，并根据图像传感器的数据采集密度需求，周期性地产生图像采集脉冲信号，传送给图像传感器数据采集单元29，图像采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每1个编码器脉冲产生1个图像采集脉冲(当然还可以为其他比例如：每5个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号)，图像采集脉冲的个数P1与纸币和图像采集起始点L2-D2的距离S2有一一对应关系S2＝1*N*P1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的图像采集脉冲后，纸币已经越过了图像传感器，此时置位图像使能信号为低电平并停止产生图像采集脉冲信号，当图像传感器数据采集单元29检测到图像使能信号被置位为高电平时，每来一个图像采集脉冲信号，则控制图像传感器完成对纸币当前位置图像信息的采集，每个图像脉冲信号触发采集上下各一行纸币图像信息，在图像信息使能信号为高电平时，图像传感器数据采集单元29也同时对周期性的图像采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L2-D2处的距离，图像传感器数据采集单元29最后将当前位置图像采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元30。

厚度数据采集使能单元25启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量T，脉冲信号数量T实时反映纸币前边沿与前红外传感器对31的距离，随着纸币1的前边沿靠近厚度传感器8，当纸币与厚度传感器之间的距离小于等于L3-D3时，其中L3为前红外传感器对31与厚度传感器之间的距离，当纸币还剩厚度提前采集距离D3就到达厚度传感器位置时，便启纸币动厚度采集过程，厚度数据采集使能单元25置位厚度使能信号为高电平，并根据厚度传感器的数据采集密度需求，周期性地产生厚度采集脉冲信号，传送给厚度传感器数据采集单元28，此处厚度采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每5个编码器脉冲产生一个厚度采集脉冲(当然还可以为其他比例如：每10个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号)，厚度采集脉冲的个数T1与纸币前边沿和厚度采集起始点L3-D3的距离S3有一一对应关系S3＝5*N*T1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的厚度采集脉冲后，纸币已经越过了厚度传感器，此时置位厚度使能信号为低电平并停止产生厚度采集脉冲信号，当厚度传感器数据采集单元28检测到厚度使能信号被置位为高电平时，每来一个厚度采集脉冲信号，则控制厚度传感器完成对纸币当前位置厚度信息的采集，每个厚度脉冲信号触发采集一行纸币厚度信息，在厚度使能信号为高电平时，厚度传感器数据采集单元28也同时对周期性的厚度采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L3-D3处的距离，厚度传感器数据采集单元最后将当前位置厚度采集脉冲信号的计数信息以及采集到的厚度图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元30。

数据发送单元将收到的磁性采集脉冲的计数信息M1(每行磁性数据都包含一个计数信息)根据磁性采集密度(假设每10个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号)换算为该行数据的位置坐标信息S1(S1＝10*N*M1)，然后将坐标信息S1与该行采集到的磁性传感器数据信息根据一定的协议发送给数据处理单元。

数据发送单元将收到的图像采集脉冲的计数信息P1(每行图像数据都包含一个计数信息)根据磁性采集密度(假设每1个编码器脉冲信号产生1个图像采集脉冲信号)换算为该行数据的位置坐标信息S2(S2＝1*N*P1)，然后将坐标信息与该行采集到的图像传感器数据信息根据一定的协议一同发送给数据处理单元。

数据发送单元将收到的厚度采集脉冲的计数信息T1(每行厚度数据都包含一个计数信息)根据厚度采集密度(假设每5个编码器脉冲信号产生1个厚度采集脉冲信号)换算为该行数据的位置坐标信息S3(S3＝5*N*T1)，然后将坐标信息与该行采集到的厚度传感器数据信息根据一定的协议一同发送给数据处理单元。

所述采集系统中可以使得D1＝D2＝D3，则磁性数据、图像数据、厚度数据有相同的相对0点坐标位置。数据处理单元解析出传感器数据与坐标信息，根据数据的坐标对各传感器数据进行像素级融合。因为坐标信息与采集脉冲对应，而一个传感器点在一个采集脉冲到来时仅采集一个的像素信息，因此坐标信息的精度达到了像素级。

本发明中位置关系如图4所示，所述系统和方法基于FPGA，实现了纸币图像特征、磁性特征、厚度特征的并行采集，并且所采集的多种特征数据均基于同一个相对位置坐标系，特征数据中带有的坐标信息便于进行多传感器像素级信息的配准，配置精度达到了像素级；因为FPGA内部包含可重构的硬件逻辑资源，因此，可以通过采集模块的逻辑资源重构提高系统对于不同的数字传感器的兼容性。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的纸币多特征采集系统，其特征在于：所述采集系统包括编码器(4)、纸币传送装置(5)、红外传感器、磁性传感器(12)、图像传感器、厚度传感器(8)、FPGA(19)以及数据处理单元(20)，所述编码器(4)位于所述纸币传送装置(5)的转动轮上，所述红外传感器设有两组分别布置于纸币传送装置(5)的纸币传送通道(9)的进口和出口，分别为前红外传感器对(31)和后红外传感器对(32)，所述磁性传感器(12)、图像传感器和厚度传感器(8)从左到右布置于两组红外传感器之间的纸币传送通道上，所述编码器(4)、红外传感器、磁性传感器(12)、图像传感器以及厚度传感器(8)通过接口电路与所述FPGA(19)电连接，所述FPGA(19)与所述数据处理单元(20)电连接。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的纸币多特征采集系统，其特征在于：所述前红外传感器对(31)和后红外传感器对(32)包括上红外发射传感器(2，3)和下红外接收传感器(6，7)。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的纸币多特征采集系统，其特征在于：所述图像传感器包括上下相对设置的上图像传感器(10)和下图像传感器(11)。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的纸币多特征采集系统，其特征在于：所述纸币传送装置为传送带式传送装置。

5.一种基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)将纸币(1)放在纸币传送装置(5)的传送带上，纸币在传送带的带动下依次经过前红外传感器对(31)，磁性传感器(12)，图像传感器，厚度传感器(8)和后红外传感器对(32)；

2)在纸币运动的过程当中，编码器(4)产生编码器脉冲信号，纸币(1)的运动距离与编码器(4)产生的脉冲信号个数成正比，FPGA中的编码器信号处理单元(21)接收编码器信号，输出滤波后的编码器信号ENC，采集使能单元(23)中各数据采集使能单元在滤波后的编码器信号ENC的控制下产生使能信号；

3)红外传感器接收端产生的高低电平信号，反映纸币是否遮挡红外传感器，FPGA中的红外信号处理单元(22)负责接收来自红外传感器接收端的原始红外信号，输出滤波后的红外信号IR，IR为高低电平信号，当纸币到达前红外传感器对(31)位置时，FPGA中的红外信号处理单元(22)产生高电平信号，当FPGA中的采集使能单元检测到红外传感器的高电平信号时，则立刻启动磁性数据采集使能单元(24)、厚度数据采集使能单元(25)和图像数据采集使能单元(26)，这三个单元并行启动及运行，分别控制磁性传感器、厚度传感器和图像传感器采集纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息；

4)FPGA中的数据发送单元(30)接收纸币的磁性信息、厚度信息和图像信息，然后将上述信息发送给数据处理单元进行处理；

5)数据处理单元(20)解析出传感器采集的数据与坐标信息，根据数据的坐标对各传感器数据进行像素级融合，得出纸币的综合信息。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于步骤3)中纸币磁性信息采集的具体过程如下：

FPGA中的磁性数据采集使能单元(24)启动后，从零开始计算编码器脉冲信号的个数M，编码脉冲信号的个数M反映纸币前边沿与前红外传感器对(31)的距离，随着纸币的前边沿靠近磁性传感器(12)，当纸币(1)与磁性传感器(12)之间的距离小于等于L1-D1时，其中，L1为前红外传感器对(31)与磁性传感器(31)之间的距离，当纸币还剩磁性提前采集距离D1就到达磁性传感器位置时，便启动磁性采集过程，磁性数据采集使能单元(24)置位磁性使能信号为高电平，并根据磁性传感器(12)的数据采集密度需求，周期性地产生磁性采集脉冲信号，发送给FPGA中的磁性传感器数据采集单元(27)，此处磁性采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每10个编码器脉冲信号产生1个磁性采集脉冲信号，磁性采集脉冲的个数M1与纸币前边沿和磁性采集起始点L1-D1之间的距离S1有一一对应关系S1＝10*N*M1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的磁性采集脉冲后，纸币便越过了磁性传感器，此时置位磁性数据采集使能单元(24)输出为低电平，停止产生磁性采集脉冲控制信号并对磁性采集脉冲信号的数量CNT_M清零，为下一张纸币的到来做好准备，当磁性传感器数据采集单元(27)检测到磁性使能信号被置位为高电平时，每来一个磁性采集脉冲信号，则控制磁性传感器完成对纸币当前位置磁性信息的采集，每个磁性脉冲信号触发采集一行纸币磁性信息，在磁性使能信号为高电平时，磁性传感器数据采集单元(27)也同时对周期性的磁性采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于磁性采集起始点的距离，磁性传感器数据采集单元(27)最后将当前位置磁性采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币磁性信息一同发送给FPGA中的数据发送单元(30)。

7.根据权利要求6所述的基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于步骤3)中纸币图像信息采集的具体过程如下：

FPGA中的图像数据采集使能单元(26)启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量P，脉冲信号数量P实时反映纸币前边沿与前红外传感器对(31)的距离，随着纸币(1)的前边沿靠近图像传感器，当纸币与图像传感器之间的距离小于等于L2-D2时，其中，L2为前红外传感器对(31)与图像传感器之间的距离，当纸币还剩图像提前采集距离D2就到达图像传感器位置时，便启动图像采集过程，图像数据采集使能单元(26)置位图像使能信号为高电平，并根据图像传感器的数据采集密度需求，周期性地产生图像采集脉冲信号，传送给图像传感器数据采集单元(29)，图像采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每1个编码器脉冲产生1个图像采集脉冲，图像采集脉冲的个数P1与纸币和图像采集起始点L2-D2的距离S2有一一对应关系S2＝1*N*P1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的图像采集脉冲后，纸币已经越过了图像传感器，此时置位图像使能信号为低电平并停止产生图像采集脉冲信号，当图像传感器数据采集单元(29)检测到图像使能信号被置位为高电平时，每来一个图像采集脉冲信号，则控制图像传感器完成对纸币当前位置图像信息的采集，每个图像脉冲信号触发采集上下各一行纸币图像信息，在图像信息使能信号为高电平时，图像传感器数据采集单元(29)也同时对周期性的图像采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L2-D2处的距离，图像传感器数据采集单元(29)最后将当前位置图像采集脉冲信号的计数信息以及采集到的纸币图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元(30)。

8.根据权利要求7所述的基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于步骤3)中纸币厚度信息采集的具体过程如下：

厚度数据采集使能单元(25)启动后，实时计算编码器脉冲信号的数量T，脉冲信号数量T实时反映纸币前边沿与前红外传感器对(31)的距离，随着纸币(1)的前边沿靠近厚度传感器(8)，当纸币与厚度传感器之间的距离小于等于L3-D3时，其中L3为前红外传感器对(31)与厚度传感器之间的距离，当纸币还剩厚度提前采集距离D3就到达厚度传感器位置时，便启纸币动厚度采集过程，厚度数据采集使能单元(25)置位厚度使能信号为高电平，并根据厚度传感器的数据采集密度需求，周期性地产生厚度采集脉冲信号，传送给厚度传感器数据采集单元(28)，此处厚度采集脉冲信号与编码器脉冲信号同步，每5个编码器脉冲产生一个厚度采集脉冲，厚度采集脉冲的个数T1与纸币前边沿和厚度采集起始点L3-D3的距离S3有一一对应关系S3＝5*N*T1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，根据纸币的宽度信息，在产生了一定个数的厚度采集脉冲后，纸币已经越过了厚度传感器，此时置位厚度使能信号为低电平并停止产生厚度采集脉冲信号，当厚度传感器数据采集单元(28)检测到厚度使能信号被置位为高电平时，每来一个厚度采集脉冲信号，则控制厚度传感器完成对纸币当前位置厚度信息的采集，每个厚度脉冲信号触发采集一行纸币厚度信息，在厚度使能信号为高电平时，厚度传感器数据采集单元(28)也同时对周期性的厚度采集脉冲信号进行计数，该计数值反映纸币的当前位置相对于图像采集起始点L3-D3处的距离，厚度传感器数据采集单元最后将当前位置厚度采集脉冲信号的计数信息以及采集到的厚度图像信息一同发送给FPGA中的数据发送单元(30)。

9.根据权利要求8所述的基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于步骤4)的具体过程如下：

FPGA中数据发送单元(30)将收到的磁性采集脉冲的计数信息M1，根据磁性采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S1，S1＝10*N*M1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息S1与该行采集到的磁性传感器数据信息一同发送给数据处理单元(20)；

数据发送单元(30)将收到的图像采集脉冲的计数信息P1，根据磁性采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S2，S2＝1*N*P1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息P1与该行采集到的图像传感器数据信息一同发送给数据处理单元(20)；

数据发送单元(30)将收到的厚度采集脉冲的计数信息T1，根据厚度采集密度换算为该行数据的位置坐标信息S3，S3＝5*N*T1，其中N表示每产生1个编码器脉冲纸币移动的距离，然后将坐标信息与该行采集到的厚度传感器数据信息一同发送给数据处理单元(20)。

10.根据权利要求8所述的基于FPGA的纸币多特征采集方法，其特征在于:D1＝D2＝D3。