CN105046808A - 一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统及采集方法，其中，系统中包括客户端和图像采集仪；客户端中包括：接收图像采集仪发送的图像信息并进行处理的图像处理模块和显示图像处理模块处理后的图像信息的显示模块；图像采集仪中包括：用于判断纸币进出图像采集仪的状态的光电对管；用于接收客户端发送的控制指令，同时将该控制指令发送至CIS传感器进行图像信息的采集并将采集到的图像信息发送至客户端的CIS接口电路；以及用于纸币图像信息的采集的CIS传感器。本发明提供的系统中包括了客户端和图像采集仪，在图像采集仪中包括CIS传感器和CIS接口电路以实现本发明的目的，可以看出其应用的硬件平台结构简单且实用性好。

Description

一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统及采集方法

技术领域

本发明涉及应用计算机技术进行图像采集处理技术，金融机具领域，尤指一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统及采集方法，适用于金融机具领域。

背景技术

随着国家经济的快速发展，纸币流通量越来越大，各种类型的假币层出不穷。公安机关缺少打击货币造假的溯源技术，难以取证、甄别和溯源。迫切需要搭建一个包含各种真假纸币的图像数据库用于鉴伪、溯源等。

传统的图像采集系统只能采集低分辨率的图像，并且不能实时快速地进行上传。随着市面上各种伪钞的出现，低分辨率的图像已经不足以看清所有细节，因而一种能够提高分辨率的图像采集系统和方法成为了一种需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的旨在：提供一种高分辨率的纸币多光谱图像采集系统及方法，其可实现纸币多光谱高分辨率图像信息的采集并在短时间内稳定快速上传到客户端中进行处理，进而可用于搭建各种真假纸币的图像数据库用于鉴伪、溯源等。

本发明提出的这种纸币多光谱高分辨率图像采集系统，包括：电连接的客户端和图像采集仪；其中，所述客户端中包括：电连接的图像处理模块和显示模块，图像处理模块接收所述图像采集仪发送的图像信息并进行处理，显示模块用于显示所述图像处理模块处理后的图像信息；同时，客户端通过显示模块发送控制指令至图像采集仪进行图像信息的采集；所述图像采集仪中包括：光电对管、CIS传感器以及CIS接口电路；所述光电对管，与CIS接口电路电连接，用于判断纸币进出图像采集仪的状态；所述CIS接口电路，分别与客户端、光电对管和CIS传感器电连接，用于接收客户端发送的控制指令和光电对管发送的信号，并控制图像采集仪电机工作状态和CIS传感器进行图像信息的采集；同时用于将所述CIS传感器采集的图像信息发送至客户端；所述CIS传感器，与CIS接口电路电连接，当CIS传感器接收到CIS接口电路发送的客户端的控制指令和纸币处于进入图像采集仪的状态的信息时，CIS传感器开始进行纸币图像信息的采集，且将采集后的图像信息通过CIS接口电路发送至客户端。

在本技术方案中，通过光电对管判断纸币的进出状况，通过客户端发送控制指令至CIS接口电路中对CIS传感器采集纸币的图像信息的类型进行控制，最后将CIS传感器采集的相关图像信息发送至客户端中的图像处理模块中进行处理并在显示模块中进行显示，该系统的硬件平台结构简单，实用性好。

优选地，所述控制指令包括CIS传感器采集的图像信息的类型，所述图像信息的类型包括：白光反射图、白光透射图、红外反射图、红外透射图和紫光反射图。

优选地，所述图像采集仪中包括两个CIS传感器，分别为CIS上传感器和CIS下传感器，两个CIS传感器分别与CIS接口线路连接。

在本技术方案中，通过CIS上传感器和CIS下传感器的配合，系统能够稳定快速地采集纸币的图像信息，且采集出来的图像信息的效果好、采集的效率也很高。

优选地，所述CIS接口电路中包括：分别与CIS上传感器和CIS下传感器连接的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块、分别与第一A/D转换模块、第二A/D转换模块、CIS上传感器及CIS下传感器连接的FPGA模块以及分别与FPGA模块连接的存储模块和信号传输模块；其中：

所述第一A/D转换模块用于接收CIS上传感器采集的图像信息并对其进行模数转换，所述第二A/D转换模块用于接收CIS下传感器采集的图像信息并对其进行模数转换；

所述FPGA模块用于为CIS上传感器和CIS下传感器提供时序、控制CIS上传感器和CIS下传感器的光源类型、控制第一A/D转换模块和第二A/D转换模块分别对CIS上传感器采集的图像信息和CIS下传感器采集的图像信息的采样以及控制第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息的传输；

所述存储模块，用于存储FPGA模块发送的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息；

所述信号传输模块，用于将所述存储器中存储的图像信息发送至客户端中。

在本技术方案中，通过CIS接口电路实现对CIS传感器中光源类型的切换，实现CIS传感器各种图像类型的采集，简单方便。

优选地，所述光源类型包括：白光、红外光和紫光。

本发明还提供了一种纸币多光谱高分辨率图像采集方法，应用于上述纸币多光谱图像采集系统，所述纸币多光谱高分辨率图像采集方法具体包括以下步骤：

S1通过客户端对CIS传感器采集的图像信息的类型进行选择，并形成控制指令发送至CIS接口电路；

S2所述CIS传感器接收所述CIS接口电路发送的控制指令，同时确认纸币进入图像采集仪之后，开始根据所述控制指令采集纸币的图像信息；

S3所述CIS传感器通过CIS接口电路将所述图像信息发送至客户端中；

S4客户端对所述图像信息进行处理，并在客户端中的显示模块中进行显示。

在本技术方案中，通过光电对管判断纸币的进出状况，通过客户端发送控制指令至CIS接口电路中对CIS传感器采集纸币的图像信息的类型进行控制，最后将CIS传感器采集的相关图像信息发送至客户端中的图像处理模块中进行处理并在显示模块中进行显示，该方法简单方便且实用性好。

优选地，在步骤S1中，确定CIS传感器采集的图像信息的类型之后，通过CIS接口电路自动切换CIS传感器中光源的类型，再跳转至步骤S2。

优选地，在步骤S1和步骤S2中，所述CIS传感器包括CIS上传感器和CIS下传感器；且在步骤S2中，将CIS下传感器的光源正对CIS上传感器的感光元件，以增强CIS传感器采集到的白光透射图或红外透射图的亮度。

在本技术方案中，通过CIS上传感器和CIS下传感器的配合，系统能够稳定快速地采集纸币的图像信息，且采集出来的图像信息的效果好、采集的效率也很高。

优选地，在步骤S3中，所述CIS传感器通过CIS接口电路将所述图像信息发送至客户端中，具体包括：

S31CIS接口电路中的第一A/D转换模块接收CIS上传感器采集的图像信息并对其进行模数转换、第二A/D转换模块接收CIS下传感器采集的图像信息并对其进行模数转换；

S32FPGA模块将接收到的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息发送至存储模块中进行存储；

S33当存储模块中存储的图像信息达到预设容量时，FPGA模块发送指令至信号传输模块读取存储模块中的图像信息，并将读取到的图像信息发送至客户端中。

优选地，在步骤S4中，客户端对所述图像信息进行处理，并在客户端中的显示模块中进行显示，具体包括：

S41客户端中的图像处理模块对接收到的图像信息进行亮度补偿；

S42在亮度补偿后的图像信息中搜寻纸币的边缘轮廓并将纸币从背景中提取出来；

S43识别纸币的朝向和冠字号。

优选地，在步骤S42中，利用阈值改进的Canny边缘检测算子提取纸币的边缘轮廓；然后通过由外到内的搜索方法分别找到纸币的4条边缘直线，进而获取纸币图像的4个顶点从而把将纸币从背景中提取出来。

优选地，在步骤S43中，通过检测纸币图像预设区域的灰度特征来判断纸币的朝向，然后找到冠字号区域，并提取该区域图像进行冠字号识别。

依据本发明提供的纸币多光谱分辨率图像采集系统及方法，至少能带来以下有益效果：

1.本发明提供的纸币多光谱高分辨率图像采集系统中包括了客户端和图像采集仪，在图像采集仪中包括CIS传感器和CIS接口电路以实现本发明的目的，可以看出其应用的硬件平台结构简单且实用性好；

2.本发明中的CIS传感器包括CIS上传感器和CIS下传感器，通过两个传感器的相互配合使用，使得本发明提供的系统和方法能够稳定快速地采集并处理多光谱图像信息，且图像效果好、采集效率高；同时还能通过CIS接口电路实现CIS传感器的光源的切换，实现各种类型图像信息纸币多光谱图像采集系统的采集。

附图说明

图1为本发明中纸币多光谱高分辨率图像采集系统结构示意图；

图2为本发明中CIS上传感器和CIS下传感器的安装示意图；

图3为本发明中CIS接口电路结构图；

图4为本发明中纸币多光谱高分辨率图像采集方法流程示意图；

图5为本发明中以中国人民银行点钞券100元为具体实施例的在客户端中进行图像处理过程的示意图；

图5(a)为中国人民银行点钞券100元原始图像；

图5(b)为中国人民银行点钞券100元修正后的图像；

图5(c)为中国人民银行点钞券100元提取边缘的图像；

图5(d)为中国人民银行点钞券100元最终提取纸币的图像。

附图标记

100-客户端，110-图像处理模块，120-显示模块，

200-图像采集仪，210-光电对管，220-CIS接口电路，230-CIS传感器，

111-第一A/D转换模块，112-第二A/D转换模块，113-FPGA模块，

114-存储模块，115-信号传输模块，A-CIS上传感器，B-CIS下传感器，

Z-纸币，A1-感光元件，B1-光源。

具体实施方式

下面将以明确易懂的方式，结合附图及优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本发明提供的图像采集系统结构示意图，从图中可以看出该纸币多光谱图像采集系统中包括相互电连接的客户端100和图像采集仪200，即客户端100和图像采集仪200之间可以进行相互通信。

其中，客户端100中包括：电连接的图像处理模块110和显示模块120，在工作的过程中，客户端100接收图像采集仪200发送的图像信息，即客户端100中的图像处理模块110接收CIS接口电路220发送的图像信息，该图像模块接收到图像信息之后即开始对该图像信息进行处理，随后将处理后的图像信息在显示模块120中进行显示。当然，客户端100同时还能显示模块120中选择图像采集仪200中采集纸币图像信息的类型，并形成控制指令并发送至图像采集仪200进行图像信息的采集。在具体实施例中，这里说的图像处理模块110为图像处理的软件，显示模块120为显示屏。

图像采集仪200中包括：光电对管210、CIS传感器230以及CIS接口电路220。其中，光电对管210，用于判断纸币进出图像采集仪200的状态，并会将判断纸币进出状态的信号发送至CIS接口电路220，CIS接口电路220只有当纸币Z处于进入图像采集仪200的状态并趋于稳定时，才会通知CIS传感器230开始对纸币的图像信息进行采集；CIS接口电路220，分别与客户端100、光电对管210和CIS传感器230电连接，用于接收客户端100发送的控制指令和光电对管210发送的信号，并控制图像采集仪电机工作状态和CIS传感器230进行图像信息的采集；同时用于将所述CIS传感器230采集的图像信息发送至客户端100；CIS传感器230，与CIS接口电路220电连接，当CIS传感器230接收到CIS接口电路220发送的客户端100的控制指令和纸币处于进入图像采集仪200的状态的信息时，CIS传感器230开始进行纸币图像信息的采集，且将采集后的图像信息通过CIS接口电路220发送至客户端100。

从上述描述可以看出，在图像采集仪200的整个工作过程中，CIS传感器230的工作通过CIS接口电路220受到客户端100的控制，只有当纸币进入了图像采集仪200同时接收到了客户端100发送的控制指令，CIS传感器230才开始进行图像信息的采集工作，否则，CIS传感器230不工作。

进一步来说，在具体实施例中，上述的CIS传感器230包括了CIS上传感器A和CIS下传感器B，两个CIS传感器230分别与CIS接口线路连接，且由于采用一般的方法将CIS上传感器A和CIS下传感器B正对安装则最后采集得到透射图亮度会不够，达不到要求，因而在实施例中，现将CIS下传感器B的光源B1正对CIS上传感器A的感光元件A1，以增强CIS传感器230采集到的白光透射图或红外透射图的亮度，如图2所示，这样采集得到的透射图的亮度有明显提升，显著提高了图像质量。且在该实施例中，我们使用的是型号为WHEC89的CIS传感器230(包括CIS上传感器A和CIS下传感器B)，其宽为89ms(毫米)、具有3个通道，结构为3段拼接而成，扫描精度为达1200dpi；工作电压为3.3V，光源电压为5V，特别地，紫光工作电压为15V。且该CIS传感器230的工作频率为8M，每个通道有一个模拟信号输出口，其在正常工作需要一个像素时钟CLK和一个选通信号SI，SI大概持续两个CLK时间，CIS在SI下降沿后65个CLK时间开始产生并输出模拟信号。当然，在本发明中，我们对CIS传感器230的具体型号并不做具体限定，只要其能实现本发明的目的，都包括在本发明的内容中。

在具体实施例中，通过上述纸币多光谱高分辨率图像采集系统可以采集到的图像信息的类型包括：白光反射图、白光透射图、红外反射图、红外透射图和紫光反射图，其中，白光图(包括上述白光反射图和白光透射图)为R、G、B三种光源图像合成的图像。当图像采集仪200采集白光图的时候，图像采集仪200使用CIS上传感器A的感光元件A1进行图像信息的采集，此时CIS上传感器A的光源设置为RGB光源互相切换，其中，白光反射图即CIS上传感器A发光，照射到纸币Z表面反射回CIS上传感器A，CIS上传感器A通过感光元件A1采集到图像信息的数据；白光透射图即CIS下传感器B发光，照向纸币Z，通过CIS上传感器A的感光元件A1来采集图像信息的数据。当图像采集仪200采集红外图时(包括红外反射图和红外透射图)，将CIS上传感器A的光源切换为红外光，红外反射图的原理与白光反射图一样，红外透射图的原理与白光透射图一样。类似地，当图像采集仪200采集紫光图时(包括紫外反射图)，图像采集仪200使用CIS下传感器B的感光元件A1进行图像信息的采集，并将CIS下传感器B的光源切换为紫外光，同样地，紫光反射图的原理与白光反射图一样。这样，就实现了CIS传感器230对不同图像信息类型的数据的采集。

进一步来说，如图3所示，CIS接口电路220中包括：分别与CIS上传感器A和CIS下传感器B连接的第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112、分别与第一A/D转换模块111、第二A/D转换模块112、CIS上传感器A及CIS下传感器B连接的FPGA模块113以及分别与FPGA模块113连接的存储模块114和信号传输模块115，其中，第一A/D转换模块111用于接收CIS上传感器A采集的图像信息并对其进行模数转换，第二A/D转换模块112用于接收CIS下传感器B采集的图像信息并对其进行模数转换；FPGA模块113用于为CIS上传感器A和CIS下传感器B提供时序、控制CIS上传感器A和CIS下传感器B的光源类型、控制第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112分别对CIS上传感器A采集的图像信息和CIS下传感器B采集的图像信息的采样以及控制第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112输出的图像信息的传输；存储模块114，用于存储FPGA模块113发送的第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112输出的图像信息；信号传输模块115，用于将存储器中存储的图像信息发送至客户端100中。在工作过程中，当通过客户端100中选择好需要采集的图像类型后，客户端100随即通知FPGA模块113此时需要采集的图像类型，进而FPGA模块113为CIS传感器230提供时序，同时通过CIS接口电路220控制CIS传感器230的光源类型，即当需要采集白光图的时候，将CIS的光源设置为RGB光源互相切换；当需要采集红外图的时候，将CIS光源设置为红外光源；当需要采集紫光图的时候，将CIS光源设置为紫外光源。随后,在FPGA模块113的控制下第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112分别对CIS上传感器A和CIS下传感器B采集的图像信息进行A/D采样和数模转换，且将采样后的图像信息发送至FPGA模块113，FPGA模块113将采集的图像信息的数据存入存储模块114中，当存储模块114中的数据存储达到一定量的时候，FPGA模块113随即通知信号传输模块115来取出存储模块114中的数据并通过该信号传输模块115上传到客户端100中。

在具体实施例中，使用到的FPGA模块113我们使用的是型号为EP3C16F484C8N的FPGA芯片，其工作电压为3.3V；存储模块114使用到的是型号为MT47H64M16的存储器DDR2，其工作电压为1.8V，存储容量为128M(1Gbits)，且在本实施例中实测工作频率可达200Mhz。信号传输模块115使用的是型号CYUSB3014的USB芯片，该芯片为新一代USB3.0外设控制器，具有高度集成的灵活特性，集成了USB3.0和USB2.0物理层(PHY)以及32位的ARM926EJ-S微处理器，具有强大的数据处理能力，且该芯片还配有用于存储代码和数据的512KB片上SRAM，具有可连接至UART、SPI、I2C、I2S等串行外设的接口。

在上述具体实施例中，CIS接口电路220中的工作流程如下：FPGA芯片将采集到的图像信息的数据实时的存储到存储器DDR2中，当存储器DDR2中的数据存储达到一定容量的时候，此时FPGA芯片通知USB芯片来取数据，这时就构成了一个从存储器DDR2到FPGA芯片到USB芯片到客户端100的一个数据传输通路。在一个完整的实施例中，假若采集一张纸币图像所需要传输的总的数据在200M左右，这样显然一片128M的存储器DDR2并不能存储200M的数据，所以我们采用的方式是，存储器DDR2一边存数据，USB芯片一边取数据，所以存储器DDR2中的存储容量始终不会达到128M，高效的利用了存储器DDR2，且本实施中实测USB芯片的数据传输速度可达到150M/S，大大加快了图像信息的传输效率。当然，要说明的在本实施例中，我们对FPGA模块113、存储模块114、信号传输模块115的具体形式均不作限定，只要其能实现本发明的目的，都包括在本发明的内容中。

如图4所示为本发明提供的纸币多光谱高分辨率图像采集方法的流程示意图，应用于上述的纸币多光谱图像采集系统，该纸币多光谱图像采集方法具体包括以下步骤：

S1通过客户端100对CIS传感器230采集的图像信息的类型进行选择，并形成控制指令发送至CIS接口电路220。具体来说，在步骤S1中，通过客户端100确定CIS传感器230采集的图像信息的类型之后，通过CIS接口电路220自动切换CIS传感器230中光源的类型，再跳转至步骤S2。对于图像信息的类型，在纸币多光谱图像采集系统中已有描述，在此不做赘述。

S2CIS传感器230接收CIS接口电路220发送的控制指令，同时确认纸币Z进入图像采集仪200之后，开始根据控制指令采集纸币Z的图像信息；CIS传感器230包括CIS上传感器A和CIS下传感器B；且在步骤S2中，将CIS下传感器B的光源B1正对CIS上传感器A的感光元件A1，如图3所示，以增强CIS传感器230采集到的白光透射图或红外透射图的亮度，提高了扫描得到的图像质量。对于CIS接口电路220，在纸币多光谱图像采集系统中也已有描述，在此不做赘述。

S3CIS传感器230通过CIS接口电路220将图像信息发送至客户端100中。具体来说，CIS接口电路220中的第一A/D转换模块111接收CIS上传感器A采集的图像信息并对其进行模数转换、第二A/D转换模块112接收CIS下传感器B采集的图像信息并对其进行模数转换；随后，FPGA模块113将接收到的第一A/D转换模块111和第二A/D转换模块112输出的图像信息发送至存储模块114中进行存储；当存储模块114中存储的图像信息达到预设容量时，FPGA模块113发送指令至信号传输模块115读取存储模块114中的图像信息，并将读取到的图像信息发送至客户端100中。

S4客户端100对图像信息进行处理，并在客户端100中的显示模块120中进行显示。在步骤S4中，客户端100对图像信息进行处理，并在客户端100中的显示模块120中进行显示，具体包括：由于在实际中CIS传感器230的各个感光元件的感光曲线有差异，这会造成我们得到的图像亮度不均匀，影响图像质量，因而客户端100在接收到CIS接口电路220发送的图像信息时，首先通过其内部的数据处理模块对采集到的原始图像信息进行逐个像素点的亮度补偿，在具体实施例中，我们可以使用一张单面印有黑白颜色的纸来进行校正，其目的是给系统一个白基准和一个黑基准。然后根据这个白基准和黑基准来校正感光元件的感光曲线的差异，以将图像亮度校正均匀，实验结果表明，使用本实施例中提供的亮度补偿方法校正后的图像亮度均匀，整体效果好。

从上述的对图像进行亮度补偿校正的过程来看，校正后的图像中包含前景(纸币图像)和背景，此时通过计算前景区域图像尺寸的大小，可判断出纸币的面额。在具体实施例中，我们使用改进的Canny边缘检测算子检测出纸币图像的边缘轮廓，以将纸币图像从背景中提取出来。具体来说，Canny边缘检测算子的实现主要包括4个部分：平滑图像，计算梯度的幅值和方向，对梯度幅值进行非极大值抑制，双阈值方法检测和连接边缘。我们知道，传统的Canny边缘检测算子需要人为地根据先验经验设置高低阈值，可能需要反复多次试验才能找到合适的阈值，且高低阈值之间的比例是一个固定值，得到的图像容易受光照、场景等不确定因素的影响，不同的图像其最佳高低阈值的比例不一定是一个固定的值，所以传统的Canny边缘检测算子在阈值的确定上不具有适应性。本实施例中，为了解决上述问题，应用迭代算法计算最佳高低双阈值，并对检测出的边缘图像用数学形态学的方法进行细化，通过对图像本身各个像素点自身灰度值的分析和计算选取高低阈值，并用其判断该点是否为边缘点，有效地降低了噪声的干扰。

作为一个完整的实施例，假设一幅混油噪声的图像I(x,y)是由原始图像f(x,y)和噪声e(x,y)叠加而成，表示为：

I(x,y)＝f(x,y)+e(x,y)

其中，e(x,y)各点噪声互不相关，并具有零均值。

通过阈值分割将图像分割为I₁(x,y)和I₂(x,y)两部分，由于噪声的随机性，可以认为这两部分含有的噪声仍为e(x,y)，即：

I₁(x,y)＝f₁(x,y)+e(x,y)

I₂(x,y)＝f₂(x,y)+e(x,y)

在进行迭代运算时，我们对分割出的2个图像分别求其灰度均值，即：

E{I₁(x,y)}＝E{f₁(x,y)+e(x,y)}＝E{f₁(x,y)}

E{I₂(x,y)}＝E{f₂(x,y)+e(x,y)}＝E{f₂(x,y)}

从上式中可以看出，随着迭代次数的增加，平均灰度值将趋于真实值，由此得出的最佳阈值不受噪声干扰的影响。

因为，在本实施例中通过上述迭代的方法计算得到最佳高低双阈值，并对检测出的边缘图像用数学形态学的方法进行细化具体过程为：通过直方图统计得出最小和最大灰度值的平均值作为初始阈值，用初始阈值将所有灰度值分为2个部分，一部分高于初始阈值，另一部分低于初始阈值，分别对两部分求均值，再求2个均值的均值，得到经过一次迭代的阈值，将这个阈值与初始阈值比较，如果2个阈值相等或相差满足一定关系时，则迭代结束，这次得到的阈值就是最佳阈值；如果不满足上述关系，则将用这次阈值分割所有灰度值，重复以上步骤。经过上述迭代过程，最终得到的两个值即时最佳的高阈值和最佳的低阈值，经过几次迭代后的阈值要比初始阈值好的多，使错误分割的图像像素点降到最少。同时也比传统Canny算子的人为确定的且具有特定比例的高低阈值更加适合图像分割。

利用上述的阈值改进的Canny边缘检测算子提取纸币的边缘轮廓之后，随后通过由外到内的搜索方法分别找到纸币的4条边缘直线，计算得到纸币图像的4个顶点，利用4个顶点把纸币图像从背景中提取出来。

最后，通过上述方法得到完整的纸币图像之后，我们利用预设区域(即预设的特定区域)的灰度差异来判断该纸币的朝向。具体来说，当采集的是人民币的正面图的时候，则该纸币预设区域的灰度差异与我系统设定的灰度差类似，则可利用这块区域所处位置，判断出纸币的朝向。然后根据先前判断出的纸币朝向，我们可以根据位置关系找到纸币的冠字号区域并将该区域提取出来，在具体实施例中，本发明中应用基于小波变换局部模极小值的冠字号识别方法，首先通过小波变换局部模极小值来提取冠字号的骨架；然后进一步进行去噪处理，消除骨架上的毛刺；最后提取骨架的多种特征，从而识别冠字号。当采集的是人民币的反面图的时候，我们找不到这样的灰度差异，则判定图像为人民币反面图，此时，无法提取冠字号。

下面以中国人民银行点钞券100元为例说明系统的具体实施过程：

首先，通过客户端100选择需要采集的图像类型为白光反射图，则客户端100发送该控制指令至CIS接口电路220(实际上为CIS接口电路220中的FPGA芯片)自动切换CIS传感器230的光源为白光(RGB光源互相切换)，当CIS传感器230接收到光电对管210发送的100元纸币进入的信号之后，随即控制CIS上传感器A发光，照射到纸币表面反射回CIS上传感器A，CIS上传感器A通过感光元件A1采集到图像数据得到纸币的白光反射图。

随后利用CIS接口电路220中FPGA芯片+存储器DDR2+USB芯片的方式实现图像数据的采集、存储与传输。首先FPGA芯片将采集到的图像信息的数据实时的存储到存储器DDR2中，当存储器DDR2中的数据存储达到一定容量的时候，此时FPGA芯片通知USB芯片来取数据，这时就构成了一个从存储器DDR2到FPGA芯片到USB芯片到客户端100的一个数据传输通路。

图5为中国人民银行点钞券100元在客户端100图像处理模块110中进行图像处理的范例。客户端100软件系统首先对采集到的100元原始图像(如图5(a))进行逐个像素点的亮度补偿，通过设定不同的参数来把图像亮度校正均匀。校正后的图像(如图5(b))中包含前景(纸币图像)和背景，使用Canny边缘检测算子检测出纸币图像的边缘轮廓，然后通过由外到内的搜索方法分别找到纸币的4条边缘直线，计算得到纸币图像的4个顶点，利用4个顶点把纸币图像从背景中提取出来(如图5(c))。

如果上述采集的是人民币图像，在提取出完整的纸币图像之后，我们通过特定区域的灰度差异来判断该纸币的朝向，然后根据判断出的纸币的朝向，根据位置关系找到纸币的冠字号区域并将该区域提取出来；最后利用基于小波变换局部模极小值的冠字号识别方法识别冠字号，得到提取的纸币图像(如图5(d))。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统，其特征在于：所述纸币多光谱图像采集系统中包括电连接的客户端和图像采集仪；其中，

所述客户端中包括：电连接的图像处理模块和显示模块，图像处理模块接收所述图像采集仪发送的图像信息并进行处理，显示模块用于显示所述图像处理模块处理后的图像信息；同时，客户端通过显示模块发送控制指令至图像采集仪进行图像信息的采集；

所述图像采集仪中包括：光电对管、CIS传感器以及CIS接口电路；所述光电对管，与CIS接口电路电连接，用于判断纸币进出图像采集仪的状态；所述CIS接口电路，分别与客户端、光电对管和CIS传感器电连接，用于接收客户端发送的控制指令和光电对管发送的信号，并控制图像采集仪电机工作状态和CIS传感器进行图像信息的采集；同时用于将所述CIS传感器采集的图像信息发送至客户端；所述CIS传感器，与CIS接口电路电连接，当CIS传感器接收到CIS接口电路发送的客户端的控制指令和纸币处于进入图像采集仪的状态的信息时，CIS传感器开始进行纸币图像信息的采集，且将采集后的图像信息通过CIS接口电路发送至客户端。

所述控制指令包括CIS传感器采集的图像信息的类型，所述图像信息的类型包括：白光反射图、白光透射图、红外反射图、红外透射图和紫光反射图。

2.如权利要求1所述的一种纸币多光谱高分辨率图像采集系统，其特征在于：所述图像采集仪中包括两个CIS传感器，分别为CIS上传感器和CIS下传感器，两个CIS传感器分别与CIS接口电路连接。

所述CIS接口电路中包括：分别与CIS上传感器和CIS下传感器连接的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块、分别与第一A/D转换模块、第二A/D转换模块、CIS上传感器及CIS下传感器连接的FPGA模块以及分别与FPGA模块连接的存储模块和信号传输模块；其中：

所述第一A/D转换模块用于接收CIS上传感器采集的图像信息并对其进行模数转换，所述第二A/D转换模块用于接收CIS下传感器采集的图像信息并对其进行模数转换；

所述FPGA模块用于为CIS上传感器和CIS下传感器提供时序、控制CIS上传感器和CIS下传感器的光源类型、控制第一A/D转换模块和第二A/D转换模块分别对CIS上传感器采集的图像信息和CIS下传感器采集的图像信息的采样以及控制第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息的传输；

所述存储模块，用于存储FPGA模块发送的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息；

所述信号传输模块，用于将所述存储器中存储的图像信息发送至客户端中。

3.一种纸币多光谱高分辨率图像采集方法，其特征在于：应用于如权利要求1或2所述的纸币多光谱图像采集系统，所述纸币多光谱图像采集方法具体包括以下步骤：

S1通过客户端对CIS传感器采集的图像信息的类型进行选择，并形成控制指令发送至CIS接口电路；

S2所述CIS传感器接收所述CIS接口电路发送的控制指令，同时确认纸币进入图像采集仪之后，开始根据所述控制指令采集纸币的图像信息；

S3所述CIS传感器通过CIS接口电路将所述图像信息发送至客户端中；

S4客户端对所述图像信息进行处理，并在客户端中的显示模块中进行显示。

4.如权利要求3所述的一种纸币多光谱高分辨率图像采集方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2中，所述CIS传感器包括CIS上传感器和CIS下传感器；且在步骤S2中，将CIS下传感器的光源正对CIS上传感器的感光元件，以增强CIS传感器采集到的白光透射图或红外透射图的亮度。

5.如权利要求4所述的一种纸币多光谱高分辨率图像采集方法，其特征在于：在步骤S3中，所述CIS传感器通过CIS接口电路将所述图像信息发送至客户端中，具体包括：

S31CIS接口电路中的第一A/D转换模块接收CIS上传感器采集的图像信息并对其进行模数转换、第二A/D转换模块接收CIS下传感器采集的图像信息并对其进行模数转换；

S32FPGA模块将接收到的第一A/D转换模块和第二A/D转换模块输出的图像信息发送至存储模块中进行存储；

S33当存储模块中存储的图像信息达到预设容量时，FPGA模块发送指令至信号传输模块读取存储模块中的图像信息，并将读取到的图像信息发送至客户端中。

6.如权利要求3或4或5所述的一种纸币多光谱高图分辨率像采集方法，其特征在于：在步骤S4中，客户端对所述图像信息进行处理，并在客户端中的显示模块中进行显示，具体包括：

S41客户端中的图像处理模块对接收到的图像信息进行亮度补偿；

S42在亮度补偿后的图像信息中搜寻纸币的边缘轮廓并将纸币从背景中提取出来；

S43识别纸币的朝向和冠字号。

7.如权利要求6所述的一种纸币多光谱高分辨率图像采集方法，其特征在于：在步骤S42中，利用阈值改进的Canny边缘检测算子提取纸币的边缘轮廓；然后通过由外到内的搜索方法分别找到纸币的4条边缘直线，进而获取纸币图像的4个顶点从而把将纸币从背景中提取出来。

8.如权利要求6所述的纸币多光谱高分辨率图像采集方法，其特征在于：在步骤S43中，通过检测纸币图像预设区域的灰度特征来判断纸币的朝向，然后找到冠字号区域，并提取该区域图像进行冠字号识别。