CN108573563A - 一种纸币磁信号检测校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纸币磁信号检测校准方法：图像传感器、磁传感器阵列分别采集纸币的图像数据、全票面磁信号；精确定位出纸币的位置、尺寸、旋转角度θ及左上角原点坐标；计算出图像平面上纸币的中心点坐标；将磁信号数据场映射到图像平面数据场上，形成一个叠加的虚拟映射；获取纸币正位置时磁信号数据点在图像平面上的坐标，称为正位置点，计算出纸币旋转θ角度到斜位置后与正位置点对应的斜位置点坐标，再根据虚拟映射获取斜位置点上的磁信号数据并赋值给正位置点，实现磁平面的旋转校准。本发明将低分辨率磁信号数据映射到高分辨率的图像数据上，利用虚拟映射对磁信号进行校准，减小磁检测失真，有效提高纸币磁特征检测的可靠性。

Description

一种纸币磁信号检测校准方法

技术领域

本发明涉及纸币鉴伪技术，尤其涉及一种纸币磁信号检测校准方法。

背景技术

磁信号及磁性安全线被广泛地应用到纸币中，作为各国纸币重要防伪特征之一。对于纸币磁信号进行稳定可靠的检测是纸币鉴伪模块最核心的功能，当然也是带有鉴伪模块的现金处理设备(如点钞机、ATM机)最重要的纸币检测手段。目前，绝大多数鉴伪模块都采用磁阻传感器阵列来检测纸币票面的磁信号分布，但是，由于票面磁性物质的磁强度较弱，磁传感器的敏感距离较短，纸币经过磁阻传感器时票面到磁阻传感器距离变化不定，采集到的磁信号的强弱差异很大。而且这种磁阻传感器阵列的通道数有限，一般只有十几个通道，导致扫描出来的二维磁信号数据平面在水平方向上的分辨率较低，若纸币呈倾斜状经过传感器，则局部宽度上的磁信号被限制在一个通道内，最终导致磁信号在垂直方向上被压缩，产生失真。此外，还存在纸币传输速度不均匀、旋转角度过大等状况，这些因素都会影响纸币磁特征检测的准确性和可靠性。

发明内容

本发明主要解决原来纸币磁信号检测存在失真，纸币磁特征检测不够准确，可靠性不高的技术问题；提供一种纸币磁信号检测校准方法，其结合纸币图像数据和纸币全票面磁信号，将磁和图像两个不同精度的二维平面对应统一起来，利用虚拟位置映射的方式对磁信号进行预处理校准，减小磁检测失真，有效提高纸币磁特征检测的准确性和可靠性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明纸币磁信号检测校准方法，包括如下步骤：

①鉴伪模块中的图像传感器采集纸币的图像数据，鉴伪模块中的磁传感器阵列采集纸币的全票面磁信号；

②从采集的图像数据中，精确定位出纸币的位置，计算出纸币的长和宽、纸币的四个顶点相对于图像平面左上角原点的坐标及纸币相对于图像平面的旋转角度θ；

③计算出在图像平面上纸币的中心点坐标，作为后续映射旋转原点；

④将采集到的磁信号数据场映射到图像平面数据场上，形成一个叠加的虚拟映射；

⑤假设纸币已经旋转校准到正位置，根据虚拟映射获取正位置时磁信号数据点在图像平面上的坐标，称为正位置点，再计算出纸币以映射旋转原点为支点旋转θ角度到斜位置后与正位置点对应的斜位置点的坐标，再根据虚拟映射获取斜位置点上的磁信号数据，并将斜位置点上的磁信号数据赋值给正位置点，实现磁平面的旋转校准。

除了安装有磁传感器外，一般还都安装有接触式图像传感器(CIS)，用来考察票面上的红外、紫外、荧光等多光谱图像防伪特征点。本技术方案中，将CIS图像传感器和磁传感器阵列相邻排布在鉴伪模块中。工作时，传动机构传送纸币依次近距离经过图像传感器和磁传感器阵列，分别采集到纸币的图像信号和全票面磁信号。可采用纸币先经过CIS图像传感器再经过磁传感器的方式，也可以采用纸币先经过磁传感器再经过图像传感器的方式。采用后一种情况时，需要等到图像传感器采集到纸币全幅面图像数据后，再连同磁数据一起做虚拟映射校准。本技术方案通过虚拟映射形成映射网，映射网反映了低分辨率的磁信号数据平面在图像平面中的对应关系，横线表示磁信号数据的行，由于磁的行采样率低于图像的行采样率，所以呈现出等间隔的横线，而纵线则表示磁传感器的各个通道。磁传感器采集的磁信号在水平方向上的分辨率远小于图像在该方向上的分辨率，横线和纵线的交叉点则对应一个磁信号数据平面上的数据点。本技术方案通过将磁信号数据点映射到图像平面上(即虚拟映射网的交叉点)，实现对低分辨率的磁信号进行高精度的旋转校准。对于分辨率较低的磁信号数据，单一在磁数据平面上进行校准会产生较大的精度误差，本发明结合纸币图像数据和纸币全票面磁信号，将磁和图像两个不同精度的二维平面对应统一起来，利用虚拟位置映射的方式对磁信号进行预处理校准，减小磁检测失真，有效提高纸币磁特征检测的准确性和可靠性。

作为优选，所述的校准方法包括步骤⑥：计算每列磁信号数据的方差，确定纸币有效磁信号数据的上边缘和下边缘，然后在列方向上做归一化处理，实现尺度归一化校准。在虚拟映射的后续旋转校准计算过程中，可以通过设置固定的校准后磁信号数据行数来实现归一化(对于低分辨率的磁信号，通常不在列上进行归一化)，因为无论希望生成的磁信号数据点有多少，旋转校准的结果最终都会对应到某一个虚拟交叉数据点上。在磁数据旋转校准好后，为了更加便于后续的数据处理计算，可以找到纸币有效磁信号的上下边缘，将有效信号再一次在列方向上做归一化处理，进一步提高检测可靠性。

作为优选，所述的校准方法包括步骤⑦：将磁信号数据进行线性拉伸，实现磁强度归一化校准。

作为优选，所述的步骤⑦为：利用线性拉伸，将磁平面每个点的磁强度值归一化到[0，255]，具体如下：

找出纸币磁信号数据中的最大值和最小值

磁强度归一化校准后的磁信号数据为其中为磁强度归一化校准前的磁信号数据。

通过磁强度归一化校准，显著提高磁检测的稳定性和可靠性。

作为优选，如果计算出的坐标为非整数，则进行插值计算。本发明可采用最近邻插值法，但并不限定插值计算的类型。处理和计算更加方便。

本发明的有益效果是：结合纸币图像数据和纸币全票面磁信号，将磁和图像两个不同精度的二维平面对应统一起来，将低分辨率磁信号数据映射到高分辨率的图像数据上，利用虚拟位置映射的方式对磁信号进行预处理校准，再进行后续的尺度归一化校准和磁强度归一化校准，减小磁检测失真，有效提高纸币磁特征检测的可靠性。

附图说明

图1是本发明中纸币经过鉴伪模块中图像传感器和磁传感器阵列的一种结构示意图。

图2是本发明中图像传感器和磁传感器的相对安装位置、物理长度和有效敏感长度的一种示意图。

图3是本发明中基于虚拟映射的磁平面旋转校准的一种示意图。

图中1.纸币，2.图像传感器，3.磁传感器，4.图像数据平面，5.虚拟映射。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种纸币磁信号检测校准方法，包括如下步骤：

①鉴伪模块中的图像传感器采集纸币的图像数据，鉴伪模块中的磁传感器阵列采集纸币的全票面磁信号；

②从采集的图像数据中，精确定位出纸币的位置，计算出纸币的长和宽、纸币的四个顶点相对于图像平面左上角原点的坐标及纸币相对于图像平面的旋转角度θ；

③计算出在图像平面上纸币的中心点坐标，作为后续映射旋转原点；

④将采集到的磁信号数据场映射到图像平面数据场上，形成一个叠加的虚拟映射；

⑤假设纸币已经旋转校准到正位置，根据虚拟映射获取正位置时磁信号数据点在图像平面上的坐标，称为正位置点，再计算出纸币以映射旋转原点为支点旋转θ角度到斜位置后与正位置点对应的斜位置点的坐标，再根据虚拟映射获取斜位置点上的磁信号数据，并将斜位置点上的磁信号数据赋值给正位置点，实现磁平面的旋转校准；

⑥计算每列磁信号数据的方差，确定纸币有效磁信号数据的上边缘和下边缘，然后在列方向上做归一化处理，实现尺度归一化校准；

⑦利用线性拉伸，将磁平面每个点的磁强度值归一化到[0，255]，具体如下：

找出纸币磁信号数据中的最大值和最小值

磁强度归一化校准后的磁信号数据为其中为磁强度归一化校准前的磁信号数据。

上述步骤中，如果计算出的坐标为非整数，则进行最近邻插值计算。

下面再进行具体实施例的详细说明：

在本实施例中，磁传感器采用AMR磁阻传感器，通道数CH＝18，行扫描速率为μ_m＝0.25ms/line，有效测量长度为L_m＝183mm；图像传感器采用双反射接触式图像传感器，行扫描速率为μ_I＝0.67ms/line，分辨率为200dpi，有效测量长度为L_I＝205mm。如图1所示，将图像传感器2和磁传感器3并排安装在纸币鉴伪模块中，并将一张彩色版100面额纸币1，以1.2m/s的速度传输依次经过图像传感器和磁传感器，采集到纸币票面的二维图像数据和二维磁信号数据，二维图像数据平面大小约为1600×675，二维磁信号数据平面大小约为18×220。

确定虚拟映射网在图像数据平面中的位置和大小。映射网的大小，即行列交点数，由磁信号数据大小所决定，在本实施例中大小为18×220。映射网的左右边界位置与两个传感器的相对安装位置和长度相关，如图2所示，虚线指两传感器，实线指两传感器的有效敏感位置。在左侧，磁传感器3有效敏感位置的起点相对图像传感器偏移pl＝11.5mm*7.8＝90pxl，在右侧，先估算磁信号数据一个通道对应的图像平面上的像素宽度W_CH＝L_m*7.8/CH＝183*7.8/18＝79pxl，Lm指磁传感器有效测量长度，CH指磁传感器的通道数，可推知右侧磁传感器3有效敏感位置的起点相对图像传感器偏移pr＝pl+(CH-1)*W_CH＝90+(18-1)*79＝1433pxl；映射网的上、下边界可以根据两个传感器行扫描速率比R_IM＝μ_I/μ_m＝0.67/0.25＝2.68和磁信号数据行数来计算，已知磁平面和图像平面的视野中心重合，则从中心位置开始计算。在上侧，映射网边界位置pt＝675/2-220/2*R_IM＝43pxl，同样在下侧，映射网边界位置pb＝675/2+220/2*R_IM＝632pxl。至此，由磁信号数据平面向图像数据平面4的虚拟映射5完成，映射网的大小和位置如图3所示。

接下来，假设纸币已经经过旋转校准，图3中虚线框为旋转校准后的纸币，即纸币处于正位置。对于每一个磁信号数据位置(即虚拟映射交点位置)，逆向计算其旋转前的位置，并用该位置上的磁点值来代替当前处理位置上的值。所有位置均处理后，便完成了磁平面的旋转校准。举例来说，计算一个校准后(正位置)的磁数据点如图3所示：

●结合纸币旋转角度、位置和几何尺寸等信息，根据三角关系计算出纸币的几何中心点P_c，作为逆向旋转的旋转原点，即映射旋转原点；

●根据虚拟映射方法的原理，磁数据点虚拟映射到图像平面上的点利用图像旋转公式，计算旋转前(斜位置)对应的位置点

(x，y)是点的坐标，(x’，y’)是点的坐标，Pcx、Pcy分别指纸币的几何中心点P_c的横坐标、纵坐标；

●将位置点量化映射回虚拟映射网上，找到最近邻的磁信号数据点

●最后，将磁平面的磁信号数据点的值赋值给点

按此方法，处理所有磁平面上的点，最终可以得到旋转校准好的磁信号数据。

接着，计算每列磁信号数据的方差V_i，i＝1，2...18，确定纸币有效磁信号数据的上、下边缘然后在列方向上做归一化缩放操作，进行尺度归一化校准。

再利用线性拉伸，将磁平面每个点的磁强度值归一化到[0，255]，具体如下：

计算纸币磁信号数据中的最大值和最小值

对于点归一化后的取值为

所有磁信号数据点位置均处理后，便完成了磁平面的旋转校准。

本发明结合纸币图像数据和纸币全票面磁信号，将磁和图像两个不同精度的二维平面对应统一起来，将低分辨率磁信号数据映射到高分辨率的图像数据上，利用虚拟位置映射的方式对磁信号进行预处理校准，再进行后续的尺度归一化校准和磁强度归一化校准，减小磁检测失真，有效提高纸币磁特征检测的可靠性。本发明的磁信号检测校准方法不仅适用于低分辨率、通道数少的磁传感器，同样适用于50dpi或100dpi这样的高分辨率、通道数多的磁阻传感器或磁图像传感器。

Claims (5)

1.一种纸币磁信号检测校准方法，其特征在于包括如下步骤：

①鉴伪模块中的图像传感器采集纸币的图像数据，鉴伪模块中的磁传感器阵列采集纸币的全票面磁信号；

②从采集的图像数据中，精确定位出纸币的位置，计算出纸币的长和宽、纸币的四个顶点相对于图像平面左上角原点的坐标及纸币相对于图像平面的旋转角度θ；

③计算出在图像平面上纸币的中心点坐标，作为后续映射旋转原点；

④将采集到的磁信号数据场映射到图像平面数据场上，形成一个叠加的虚拟映射；

⑤假设纸币已经旋转校准到正位置，根据虚拟映射获取正位置时磁信号数据点在图像平面上的坐标，称为正位置点，再计算出纸币以映射旋转原点为支点旋转θ角度到斜位置后与正位置点对应的斜位置点的坐标，再根据虚拟映射获取斜位置点上的磁信号数据，并将斜位置点上的磁信号数据赋值给正位置点，实现磁平面的旋转校准。

2.根据权利要求1所述的一种纸币磁信号检测校准方法，其特征在于包括步骤⑥：计算每列磁信号数据的方差，确定纸币有效磁信号数据的上边缘和下边缘，然后在列方向上做归一化处理，实现尺度归一化校准。

3.根据权利要求2所述的一种纸币磁信号检测校准方法，其特征在于包括步骤⑦：将磁信号数据进行线性拉伸，实现磁强度归一化校准。

4.根据权利要求3所述的一种纸币磁信号检测校准方法，其特征在于所述的步骤⑦为：利用线性拉伸，将磁平面每个点的磁强度值归一化到[0，255]，具体如下：

找出纸币磁信号数据中的最大值和最小值

磁强度归一化校准后的磁信号数据为其中为磁强度归一化校准前的磁信号数据。

5.根据权利要求1或2所述的一种纸币磁信号检测校准方法，其特征在于如果计算出的坐标为非整数，则进行插值计算。