CN104346858A - 一种基于磁图像的纸币面值识别方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于磁图像的纸币面值面向识别方法及装置，本发明的流程包括磁图像横向放大数倍、对比度拉伸、高低阈值二值化、安全线磁码图像分段定位、安全线磁码切割、安全线磁码水平投影曲线、根据安全线磁码曲线规律识别出纸币的面值、根据冠字码的磁信号的位置识别出纸币的四种方向、根据磁性油墨的有无识别出纸币的版本、面值面向确认等。本发明采用分段定位方法对安全线磁码图像进行切割，利用安全线磁码投影曲线规律识别出纸币的面值以及利用其它鉴别手段识别出来的面值面向与磁图像识别的结果做进一步的确认，使得纸币的面值面向出错几率将降到很低，并有很高的面值面向识别率，提高了金融自助设备现金处理水平。

Description

一种基于磁图像的纸币面值识别方法与装置

技术领域

本发明涉及纸币模式识别领域，具体涉及一种基于磁图像的纸币面值识别方法与装置。该识别方法与装置适用于所有包含磁信息的纸币，如美元、欧元、人民币等。

背景技术

人民银行共发行了五套人民币,目前正在流通的是第四和第五套人民币。第四套人民币纸币面值分别为1元、2元、5元、10元、50元与100元,第五套人民币的纸币面值分别为1元、5元、10元、20元、50元与100元。目前金融自助设备均需要实现纸币各套别、各面值及面向的识别，纸币的套别、面值识别技术是目前在银行系统中很实用的一种技术。

高端的存取款一体机、现金循环自动柜员机、自动存款机等金融机具一般是通过光谱图像来识别纸币的面值，即采用图像传感器采集纸币的多光谱图像，利用数字图像处理技术来对纸币套别、面值进行识别。这种纸币面值识别是采用模式识别方式，识别标识在纸币上的面值字符，该纸币面值识别应用广泛，但计算复杂，需要功能强大的硬件平台，满足识别算法运算能力的需求。

也有用纸币的机械尺寸来区分纸币面值的方法，根据纸币的尺寸不同识别出纸币的面值，但该方法不适合于大批量自动识别的机具。如第五套人民币各面值的长度尺寸如下表所示：

面值	100元	50元	20元	10元	5元	1元
							长度(mm)	155	150	145	140	135	130
宽度(mm)	77	70	70	70	63	63

各种面值的纸币的大小相差不大，特别是100元、50元和20元三种面值只有长相差5mm，对于旧钞来说，可能引起误报。

早期的低端金融机具点、验钞机常用磁敏传感器(磁头)采集出来纸币的安全线磁码信号，进行第五套人民币面值识别，该信号为一维波形，根据磁信号规律将纸币面值进行分类，面值识别的效果较稳定，但它的缺点是采集纸币上的磁信号横向分别率比较低，磁检测的适应能力不强，不同的币种需要更换与安装不同路数的磁敏传感器才能适应面值面向识别与鉴伪的要求。

发明内容

本发明为了提供一种基于磁图像的纸币面值识别方法与装置，该方法和装置对纸币上的磁信号检测适应能力强，分辨率高。

本发明首先采用双线性内插值算法将纸币的磁图像宽度放大数倍，然后对其进行对比度增强处理，接着求取磁图像一高与一低的二值化阈值，用双阈值二值化磁图像，得到两幅二值磁图像，然后对纸币安全线磁码图像定位，接着切割第五套人民币安全线磁码图像，然后对切割后的安全线磁码图像进行水平投影，得到安全线磁码信号的投影曲线，根据投影曲线的特征规律识别出第五套人民币50元、100元面值，识别率、可靠性高，配合其它鉴别手段识别出来的纸币面值，两者做进一步的确认，这大大地降低了纸币面值面向识别出错的几率，同时基于磁图像技术识别出纸币面值面向也是对纸币进行高灵敏度鉴伪，提高了纸币的鉴伪能力。

   本发明采用的技术方案是：一种基于磁图像的纸币面值面向识别方法，对磁图像传感器获取的纸币的磁图像进行处理，包括以下步骤：

   步骤A：磁图像横向宽度放大数倍；

   步骤B、磁图像的对比度拉伸；

   步骤C、磁图像直方图的获取与二值化阈值选取，二值化阈值选取两个，一个低阈值，一个高阈值；

   步骤D、磁图像二值化，根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；

   步骤E、对两幅二值化后的磁图像进行安全线磁码信号分段定位；

   步骤F、根据定位到的安全线坐标(x_i,y_i)，切割两幅安全线磁码图像；

   步骤G、对安全线磁码图像进行水平投影；

   步骤H、对水平投影曲线进行规律检测，根据安全线磁信号规律的不同，识别出纸币的面值；

   步骤I、对冠字码处的磁图像信号进行定量检测，根据冠字码磁图像出现的位置识别出纸币的四个方向；

   步骤J、以第五套人民币为例，通过磁性油墨信号定性检测，可以识别该纸币是否是第五套人民币1999版还是2005版本；

   步骤K、检测除安全线磁图像、冠字码磁图像、磁性油墨以外的磁信号检测，如果还存在磁信号，则为假币或其它币种。  

   本发明实施例中，是根据磁图像传感器采集出来的磁图像，识别出第五套人民币50元，100元的面值与面向，识别的依据是安全线磁码图像的规律与冠字码磁图像的位置，要得到纸币安全线磁码图像的规律，要包括以下的磁图像处理方法：首先将磁图像横向宽度放大数倍，这是为了提高磁图像的横向分辨率，然后对磁图像做对比度拉伸，这样减少了过渡像素，加强了安全线磁码信号、冠字码磁信号与磁性油墨信号，根据人民币磁图像的特点，将磁图像二值化成两幅磁图像，分别为背景是白，磁信号是黑与背景是黑，磁信号是白的二值图像，接着定位安全线磁码图像，由于纸币过磁图像传感器时会倾斜，所以采用分段定位的方式，把安全线磁码图像的分段坐标计算出来，然后根据分段坐标把安全线磁码图像切割出来，这样的好处就不用计算纸币的倾斜角度与对纸币磁图像进行全幅面倾斜校正，一样达到准确切割安全线的效果，然后对安全线磁码图像进行水平投影，得到有规律的脉冲曲线，根据曲线的规律识别出纸币的面值，然后检测纸币的冠字码磁性，根据冠字码磁性出现的四种位置:左上、左下、右上、右下，分别对应纸币的反面倒立、正面正立、正面倒立、反面正立四种方向,识别出纸币的面向，接着检测纸币100元磁性油墨信号，如果纸币有磁性油墨信号，则为第五套2005版，否则为1999版，最后对纸币进行全幅面磁性有无检测，如果除安全线磁图像、冠字码磁图像、磁性油墨以外，还存在磁信号，则为假币或其它币种。

本发明还提供基于上述的方法的币值识别装置，包括获取的纸币的磁图像的磁图像传感器，以及对磁图像进行处理的处理装置；所述的处理装置中包括：

将磁图像横向宽度放大数倍模块；

对磁图像的对比度拉伸模块；

磁图像高低双阈值二值化处理模块，该模块根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；

安全线磁码图像分段定位模块，该模块对高、低阈值的两幅二值化后的磁图像进行分段定位，分别获得高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标；

切割安全线磁码图像的模块，该装置根据定位到的高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标，切割出高、低二值化阈值安全线磁图像；

对安全线磁码图像进行水平投影的模块，该装置对两幅高、低阈值安全线磁图像进行水平投影，形成高、低阈值安全线磁图像水平投影曲线；

识别出纸币的面值的模块，该装置对水平投影曲线进行规律检测：

如果高二值化阈值安全线磁图像水平投影曲一共有16个脉冲，前两个脉冲的距离在13~14左右，第三个脉冲与第二个脉冲距离在17~18左右，接着第四个脉冲与第三个脉冲距离在13~14左右，如此反复，则为50元；

同样，如果低二值化阈值安全线磁图像水平投影曲有16个反脉冲，前两个脉冲的距离在13~14左右，第三个脉冲与第二个脉冲距离在17~18左右，接着第四个脉冲与第三个脉冲距离在13~14左右，如此反复，则为50元；

如果高二值化阈值安全线磁图像水平投影曲线一共有16个脉冲，且脉冲的周期都在17~18之间，则为100元；

同样，如果低二值化阈值安全线磁图像水平投影曲线一共有16个反脉冲，且脉冲的周期都在17~18之间，则为100元。

   由于本发明实施列中，对于倾斜的磁图像不用计算倾斜角度与倾斜校正磁图像,而能准确地切割安全线磁码图像，解决了磁图像倾斜角度获取不准的难题，大大地提高了磁图像检测算法的适应能力；本发明采用计算安全线磁码规律的方法识别出纸币的面值，稳定性、可靠性、识别率高，再利用其它鉴别手段识别出纸币的面值面向与基于磁图像技术识别出来的纸币面值面向两者做进一步的确认，这大大地降低了纸币面值面向识别出错的几率，提高了金融自助设备现金处理水平。 

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

附图说明

   图1 为磁图像面值面向识别主流程。

   图2 为高阈值二值化磁图像示意图。

   图3 为高阈值50元安全线磁码图像水平投影曲线图。

   图4 为低阈值50元安全线磁码图像水平投影曲线图。

   图5 为高阈值100元安全线磁码图像水平投影曲线图。

   图6 为低阈值100元安全线磁码图像水平投影曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

    本发明所述的基于磁图像的纸币面值面向识别方法和装置，该装置包括：

将磁图像横向宽度放大数倍模块；由于图像传感器采集出来的磁图像横纵比例不协调，横向的分辨率比纵向分辨率要低几倍，所以本发明采用软件扩展的方法，将磁图像横向像素数放大为原来的数倍，这里采用双线性内插值算法对图像进行放大。

对磁图像的对比度拉伸模块；为了使磁图像信号特征更加明显，有利于磁图像二值化，减少磁图像信号过渡像素，使磁图像黑像素更黑，白像素更白，这里对整副磁图像做对比度拉伸处理。假设拉伸前磁图像像素分布范围为[a,b],对比度拉伸后的像素分布范围设定为[c,d],其中c小于a,d大于b,s像素值为当前要进行对比度拉伸处理的像素，t为转换后的像素值，则对比度拉伸公式如下，则t= ((d-c))??((b-a))*(s-a)+c，经过这个公式得到的像素值t会达到对比度拉伸的目的。

磁图像高低双阈值二值化处理模块，该模块根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；分析采集出来的磁图像，没有磁信号的背景图像像素值在128左右，而有磁信号的像素值分布在两个极端，低端像素值为50以下，高端像素值在200以上，如果只取一个阈值二值化磁图像，则不是漏掉低像素信号，就是漏掉高像素信号，所以本发明采用双阈值处理，在像素50~128之间取一个低阈值，在像素128~200之间取一个高阈值，这样得到两幅磁图像，低阈值二值化的磁图像为背景是白，磁信号是黑，高阈值二值化的磁图像为背景是黑，磁信号是白。图2为高阈值二值磁图像示意图，最左边的三条白色平行四边形区域为磁性油墨信号，中间白色长条状为安全线磁码图像，右边白色矩形为冠字码磁信号。

安全线磁码图像分段定位模块，该模块对高、低阈值的两幅二值化后的磁图像进行分段定位，分别获得高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标。安全线磁码图像分段定位。纸币在经过磁图像传感器时，有时是倾斜的，倾斜角度有时比较大，所以得到安全线磁码图像就不一定是一条直线，有时会弯曲，所以从磁图像里很难准确得到倾斜角度，得不到准确的倾斜角度，则不能对倾斜的磁图像进行校正，所以提取安全线磁码图像则成为一难题。本发明经过研究，最后采用分段的方法对安全线磁码图像进行定位，解决了得不到准确的倾斜角度的难题，且不用对整幅图像进行倾斜校正，分段定位的步骤如下所描述：如图2所示，首先对有安全线磁码的高阈值二值磁图像进行竖直投影，找到投影值的最大值作为安全线磁码图像中心x_m坐标，这样做是减少扫描的列数，以后水平扫描可以从x_m-15列开始至x_m+15结束,接着从上到下水平扫描，当扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于10个，则为安全线磁码信号的起点y_start,从下至上水平扫描，当扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于10个，则为安全线磁码信号的结束点y_end，接着用y_end减去y_start，得到安全线磁码的长度L,把L分成L/2段,即分段步长为2，则y_i=y_i-1+2,y₁=y_start,,y_L/2=y_end-2,到这一步安全线磁码的分段y_i坐标已经求出来，只要把每段的x_i坐标求出来即可，由于纸币倾斜角度不会特别大，所以x_i的坐标可以从x_i-1-15至x_i-1+15，y_i至y_i+25空间内竖直投影扫描，当竖直投影扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于4个，记录下x的取值，把x赋值给x_i，即为所求，x₁为起始坐标，先单独做扫描定位，然后通过这种递推方法把x₂至x_end的坐标给求出来。

切割安全线磁码图像的模块，该装置根据定位到的高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标，切割出高、低二值化阈值安全线磁图像。切割安全线磁码图像与水平投影。由上一步定位到每一段的坐标（x_i,y_i），把每一段的磁图像切割下来依次放到一个连续的空间中，则合成了一条安全线磁码图像，由于分段的步长只有2，这样切割后的安全线磁码图像近似等同于旋转校正后的效果。切割出来安全线磁码图像后，接着对安全线水平投影，如图3至图6所示，图3为50元高二值化阈值投影曲线图，图4为50元低二值化阈值投影曲线图，图5为100元高二值化阈值投影曲线图，图6为100元低二值化阈值投影曲线图。

对安全线磁码图像进行水平投影的模块，该装置对两幅高、低阈值安全线磁图像进行水平投影，形成高、低阈值安全线磁图像水平投影曲线。

识别出纸币的面值的模块，该装置对水平投影曲线进行规律检测。根据安全线磁码投影曲线规律识别出纸币的面值。安全线磁码投影曲线规律与纸币的版本、面值以及币种都是对应的，本实施例中，在系统中可以保存从公开渠道获得的各国纸币的安全线磁码投影曲线规律，在获得被检测纸币的安全线磁码投影曲线规律后与之比较，就可以获得该被检测纸币的面值了。

如图3所示，为50元高二值化阈值投影图，初看这个投影图，他是一系列脉冲波形，呈周期性变化，仔细定量计算，可以得出如下的结论，它一共有16个脉冲，前两个脉冲的距离在13~14左右，第三个脉冲与第二个脉冲距离在17~18左右，接着第四个脉冲与第三个脉冲距离在13~14左右，如此反复，如图4所示，为50元低二值化阈值投影图，该图有16个反脉冲，脉冲的规律与周期跟高二值化阈值投影图一致，如果有纸币高低阈值安全线磁码个数满足16个左右的脉冲，脉冲规律与周期与上述定量计算一致，则为第五套人民币50元。如图5所示，为100元高二值化阈值投影图，它一共有16个脉冲，且脉冲的周期都在17~18之间，如图6所示，为100元低二值化阈值投影图，它一共有16个反脉冲，且脉冲的周期也都在17~18之间，如果有纸币高低阈值安全线磁码信号满足如上脉冲个数与脉冲周期，则为第五套人民币100元，如果有一条件不满足则为其它面值或其它币种或假币。

另外，还有纸币面向识别模块，该模块根据冠字码磁性的位置识别出纸币的四种方向。纸币的四种方向分别为正面正立，正面倒立，反面正立，反面倒立，由于第五套人民币冠字码在正面正立的左下角区域，根据这一知识，就可以判别出纸币的四种方向，如果冠字码磁信息在纸币的左下角，则纸币为正面正立，如果冠字码磁信号在纸币的右上角，则纸币为正面倒立，如果冠字码磁信息在纸币的右下角，则纸币为反面正立，如果冠字码磁信息在纸币的左上角，则纸币为反面倒立，如图2所示，冠字码磁信号在磁图像的右上角，则可以该示意图为正面倒立。

    在本实施例的装置中，还设置有纸币版本检测模块，该模块根据磁性油墨的有无区分纸币的版本。如图2所示，三条白色平行四边形为磁性油墨信号，本发明目前只对该信号进行有无检测，如果第五套人民币100元有磁性油墨信号，则为2005版，否则为1999版。

    其它区域磁信号有无检测。以第五套100元为例，如果除了安全线磁码图像，冠字码磁图像，磁性油墨磁图像外，其它区域还有磁性，则不符合为第五套人民币100元的特性，判为其它币种或假币。

    根据其它鉴别手段的识别结果与磁图像所识别出来的面值面向做进一步确认。磁图像所识别出来的结果独立于其它鉴别手段识别出来的面值面向，两者做相互验证，如果两者的结果都一致，则通过识别，识别结果正确，如果不一致，则不通过，这种处理方式，纸币的面值面向出错机率将降到很低，提高了金融自助设备现金处理水平。

如图1是本发明实施例的流程图。

步骤A：磁图像横向宽度放大数倍；

   步骤B、磁图像的对比度拉伸；

   步骤C、磁图像直方图的获取与二值化阈值选取，二值化阈值选取两个，一个低阈值，一个高阈值；

   步骤D、磁图像二值化，根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；

   步骤E、对两幅二值化后的磁图像进行安全线磁码信号分段定位；

   步骤F、根据定位到的安全线坐标(x_i,y_i)，切割两幅安全线磁码图像；

   步骤G、对安全线磁码图像进行水平投影；

   步骤H、对水平投影曲线进行规律检测，根据第五套人民币50元、100元的安全线磁信号规律的不同，识别出纸币的面值；只有两种二值化磁图像都符合其规律，才能确定其币值，否则还不能确定，因此，本方法真实度非常高。

   步骤I、对冠字码处的磁图像信号进行定量检测，根据冠字码磁图像出现的位置识别出纸币的四个方向；

   步骤J、第五套人民币磁性油墨信号定性检测，由此可以识别该纸币是否是第五套人民币1999版还是2005版本；

   步骤K、检测除安全线磁图像、冠字码磁图像、磁性油墨以外的磁信号检测，如果还存在磁信号，则为假币或其它币种。

Claims (10)

1.一种基于磁图像的纸币面值识别方法，对磁图像传感器获取的纸币的磁图像进行处理，包括以下步骤：

    步骤A：将磁图像横向宽度放大数倍；

    步骤B、对磁图像的对比度增强处理；

    步骤C、获取磁图像的直方图，选取一个低阈值和一个高阈值；

    步骤D、磁图像二值化，根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；

    步骤E、对两幅二值化后的磁图像进行安全线磁码信号分段定位；

    步骤F、根据定位到的安全线坐标，切割两幅安全线磁码图像；

    步骤G、对安全线磁码图像进行水平投影；

      步骤H、对水平投影曲线进行规律检测，根据安全线磁信号规律的不同，识别出纸币的面值。

2.根据权利要求1所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：所述的步骤A中，采用双线性内插值算法将纸币的宽度放大数倍。

3.根据权利要求1所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：所述的步骤E中：

首先对有安全线磁码的高阈值二值磁图像进行竖直投影，找到投影值的最大值作为安全线磁码图像中心x_m坐标；

然后水平扫描从x_m-15列开始至x_m+15列结束；

接着从上到下水平扫描，当扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于10个，则为安全线磁码信号的起点y_start；从下至上水平扫描，当扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于10个，则为安全线磁码信号的结束点y_end，然后用y_end减去y_start，得到安全线磁码的长度L；

把L分成L/2段，则y_i=y_i-1+2,y₁=y_start,,y_L/2=y_end-2；

在x_i-1-15至x_i-1+15，y_i至y_i+25空间内做竖直投影扫描，当竖直投影扫描到有白色像素时，且白色像素累加大于等于4个，记录下x的取值，把x赋值给x_i，即为所求，x₁为起始坐标，先单独做扫描定位，然后通过这种递推方法把x₂至x_end的坐标给求出来。

4.根据权利要求1所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：所述的步骤D中：在像素50~128之间取一个低阈值，在像素128~200之间取一个高阈值。

5.根据权利要求1至4中任一所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：还包括以下步骤，

    步骤I、对冠字码处的磁图像信号进行定量检测，根据冠字码磁图像出现的位置识别出纸币的四个方向；

如果冠字码磁信息在纸币的左下角，则纸币为正面正立，如果冠字码磁信号在纸币的右上角，则纸币为正面倒立，如果冠字码磁信息在纸币的右下角，则纸币为反面正立，如果冠字码磁信息在纸币的左上角，则纸币为反面倒立。

6.根据权利要求5所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：如果识别的是第五套人民币，在上述步骤H检测出是100元人民币时，还包括以下步骤：

      步骤J、检测高阈值二值化磁图像，如果该图中有三条白色平行四边形则为2005版，否则为1999版。

7.根据权利要求5所述的基于磁图像的纸币面值识别方法，其特征在于：还包括以下步骤：

      步骤K、检测除安全线磁图像、冠字码磁图像、磁性油墨以外的磁信号检测，如果还存在磁信号，则为假币或其它币种。

8.一种基于磁图像的纸币面值识别装置，包括获取的纸币的磁图像的磁图像传感器，以及对磁图像进行处理的处理装置；其特征在于：所述的处理装置中包括：

将磁图像横向宽度放大数倍模块；

对磁图像的对比度拉伸模块；

磁图像高低双阈值二值化处理模块，该模块根据高、低阈值得到两幅二值磁图像；

安全线磁码图像分段定位模块，该模块对高、低阈值的两幅二值化后的磁图像进行分段定位，分别获得高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标；

切割安全线磁码图像的模块，该装置根据定位到的高、低阈值的两幅二值化后的磁图像安全线坐标，切割出高、低二值化阈值安全线磁图像；

对安全线磁码图像进行水平投影的模块，该装置对两幅高、低阈值安全线磁图像进行水平投影，形成高、低阈值安全线磁图像水平投影曲线；

识别出纸币的面值的模块，该装置对水平投影曲线进行规律检测根据安全线磁码投影曲线规律识别出纸币的面值。

9.根据权利要求8所述的基于磁图像的纸币面值识别装置，其特征在于：还包括纸币面向识别模块，所述的纸币面向识别模块对冠字码处的磁图像信号进行定量检测，根据冠字码磁图像出现的位置识别出纸币的四个方向。

10.根据权利要求8所述的基于磁图像的纸币面值识别装置，其特征在于：还包括纸币版本检测模块，所述的纸币版本检测模块对纸币磁性油墨信号定性检测，根据安全线磁码投影曲线规律识别出纸币的版本。