CN111009070A - 纸币成像 - Google Patents

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Abstract

一种获得纸币的多个红外图像的方法，包括：用第一波长的红外光和第二波长的红外光同时照射纸币；用RGB相机捕获纸币的图像；使用RGB相机传感器的第一校准系数和第二校准系数从RGB相机传感器的第一输出通道信号和第二输出通道信号两者获得第一波长的红外光的强度分布和第二波长的红外光的强度分布；以及从相应的强度分布产生纸币在第一波长和在第二波长下的单独的红外图像。

Description

纸币成像
技术领域
本发明一般涉及纸币、安全文件或类似物的图像的获取。更具体地，本发明涉及获得纸币在电磁波谱的红外区域中的图像，以便识别和验证纸币的真实性和面额。
背景技术
许多传统的纸币验证装置在纸币表征和认证领域中是已知的。通常，纸币验证器装置将利用光学传感器配置来查询和获得与插入的纸币有关的信息。光学传感器配置可包括可见光、红外光和紫外光光源，以及一个或多个图像传感器，用于接收和记录来自所研究的纸币的反射光、透射光和/或荧光。
由于防伪技术的进步，一些货币纸币现在包括在电磁波谱范围内具有不同光谱特性的复杂油墨。例如，一些当前的货币纸币包含表现出吸收光谱在电磁波谱的红外区域上变化的油墨。因此，希望纸币验证器装置的光学传感器配置被构造成能够分辨这些不同的吸收光谱，以使纸币验证器装置能够利用红外可变油墨正确地识别纸币。
为了能够正确地识别在红外区域具有该可变吸收光谱的纸币，需要以多于一种的红外波长照射纸币，并且这需要提供多于一个的红外光源。或者，可以使用单个白炽红外光源。然而，这种光源具有可变输出，不如LED可靠，并且更难以精确控制。
当试图用例如两种不同波长的红外光照射纸币时出现了一个问题，因为在典型的纸币验证器中使用的传统RGB相机不能同时在两个红外波长之间分辨。因此，有必要用第一红外波长然后用第二红外波长依次地照射纸币。然而，该解决方案导致另一个问题，即总的照射时间和额外的图像获取时间会需要降低所研究的纸币的吞吐速度。
另一种可能的解决方案是将红外过滤器引入纸币验证器的光学传感器配置中。该解决方案是不希望的，因为它必然会导致光学传感器配置的总成本的不希望的增加，并且还可能需要扩大光学传感器配置的总尺寸。
本发明试图克服与传统纸币验证器相关的上述问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了如权利要求1所述的一种获得纸币的多个红外图像的方法。
优选地，第一校准系数被定义为红外光第一波长下的第一输出通道信号幅度与红外光第一波长下的第二输出通道信号幅度的比率。第二校准系数被定义为红外光第二波长下的第二输出通道信号幅度与红外光第二波长下的第一输出通道信号幅度的比率。
优选地，第一输出通道是RGB相机传感器红光通道，并且第二输出通道是RGB相机传感器蓝光通道。
优选地，RGB相机传感器是CMOS或CCD图像传感器，并且该传感器包括拜耳过滤器矩阵。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考所附示意图描述本发明的一个实施例，其中：
图1示出了构造用于透射模式的纸币验证器光学配置；
图2示出了构造用于反射模式的纸币验证器光学配置；
图3示出了用于RGB相机的输出通道的波长分布；
图4示出了关心的红外波长周围的波长分布的细节；
图5是纸币在光谱的可见光区域中的图像；
图6是纸币在光谱的红外区域中的图像；
图7是纸币的第一红外波长的图像；和
图8是纸币的第二红外波长的图像。
具体实施方式
如图1所示，纸币验证器光学配置包括光源1、RGB相机2和控制单元3。纸币验证器光学配置还包括可选的UV光源5。
在透射模式中，如图1所示，光源1从下方照射纸币6。光源1包括多个LED[未示出]。一个LED在电磁波谱的可见光区域中操作，通常是白光LED，第二LED发射第一波长的红外光，并且第三LED发射第二波长的红外光。
在一个优选实施例中，第一波长是730nm(纳米)，并且第二波长是880nm。然而，读者将意识到这些波长仅是示例，并且可以根据给定应用的要求选择任何波长。
穿过被研究的纸币6的可见光和红外光1'被反射器元件4朝向RGB相机2反射。
RGB相机2是包括光学器件和传感器[未示出]的传统数字相机。传感器通常是CCD传感器或CMOS传感器。在任一种情况下，传感器都将包括传统的拜耳过滤器矩阵(Bayerfilter matrix)。传感器的输出以已知的方式经由红光通道(red channel)7，绿光通道(green channel)8和蓝光通道(blue channel)9直接连接到控制单元3。控制单元3包括处理器[未示出]，其包括RGB控制逻辑，用于接收、处理和分析从RGB相机2接收的RGB数据。
可选的UV光源5(包括至少一个UV LED)用UV光5'照射纸币，UV光5'激发纸币6中的荧光。来自纸币6的荧光图像数据由RGB相机收集并传递给控制单元3，用于分析。
在一个优选实施例中，按顺序获得纸币6的三个单独图像：(i)仅用白光LED拍摄的图像；(ii)仅用红外LED拍摄的图像；(iii)仅用UV LED拍摄的图像。
以与上述类似的方式，并且如图2所示，纸币验证器光学配置可以构造成以反射模式操作。这里，RGB相机2被定位成直接地收集纸币6的图像，不需要反射器元件4。然而，本领域技术读者将意识到纸币验证器光学配置可以如下方式构造，即它可以包括合适的双向反射器元件4的反射和透射两种模式同时地操作。
如本领域技术读者所知，传统的拜耳过滤器矩阵不包括任何红外过滤器。因此，为了将纸币的红外图像与可见光图像分离，通常需要在纸币验证器的光学配置内结合至少一个红外过滤器。如上所述，这导致相应更大和更昂贵的光学配置。
有利地，已经发现，通过操纵传统RGB相机的拜耳过滤器矩阵内的颜色过滤器的效率的相对差异，可以将由两个不同波长的红外光照射的纸币的图像分成两个不同的图像。
图3显示了RGB相机传感器的红光，蓝光和绿光通道的特征输出。波长范围10表示在本文讨论的特定实例中关心的红外光谱的区域。
图4示出了图3中所示的波长范围10的分解图。纸币6已经被在730nm波长下操作的第一LED和在880nm波长下操作的第二LED同时地照射。
红光通道迹线11表示拜耳过滤器矩阵的红光通过过滤器(red-pass filter)的光谱响应，并且蓝光通道迹线12表示拜耳过滤器矩阵的蓝光通过过滤器(blue-pass filter)的光谱响应。
如图4所示，蓝光和红光过滤器分别在730nm和880nm下有不同的响应。系数α和β分别表示红光通过过滤器在730nm和880nm下的光透射的相对量。同样地，系数γ和δ分别表示蓝光通过过滤器在730nm和880nm下的光透射的相对量。
系数α，β，δ和γ可以通过在730nm LED和随后的880nm LED的单独照射下使用校准纸(calibration paper)的校准过程确定。校准纸的使用对于本申请的本领域技术读者来说是已知的。
图像提取
为了提取由各个红外LED产生的图像，有必要通过定义如下两个比率来量化每个LED对红光和蓝光过滤器的贡献：
(1)
Figure BDA0002220548330000041
(2)
Figure BDA0002220548330000042
对于任何给定的传感器像素，波长730nm处的强度给出为I(a)，并且波长880nm处的强度给出为I(b)。因此，在蓝光通过过滤器下，对于每个像素而言，总的光强度，B，由下式给出：
(3)B＝γI(a)+δI(b)
同样，在红光通过滤器下，对于每个像素而言，总的光强度，R，由下式给出：
(4)R＝αI(a)+βI(b)
从等式(1)，(2)和(3)，我们得到：
(5)B＝αxI(a)+βyI(b)
从等式(4)，我们得到：
(6)βyI(b)＝yR–αyI(b)
并且从等式(5)和(6)，我们得到：
(7)
Figure BDA0002220548330000051
同样地，我们得到：
(8)
Figure BDA0002220548330000052
使用等式(7)和(8)，RGB控制逻辑计算每个红外LED的图像数据，然后可以将其组合，以产生分别在730nm和880nm下的不同的提取图像。
图5示出了仅由白光LED照射时拍摄的纸币图像13。图6示出了在由730nm红外LED和880nm红外LED照射时拍摄的图5中所示同一纸币的图像13'。
图7示出了仅由730nm LED照射的提取图像的示意图。图8示出了同一纸币的提取图像。在这里，该图像是如果纸币仅被880nm LED照射所观察到图像。
通过这种方式，可以提取纸币的两个单独图像，图7和图8，而无需使用第一红外LED并且然后使用第二红外LED依次照射纸币，或者无需在RGB相机传感器的拜耳过滤器矩阵中加入红外过滤器。

Claims (7)

1.一种获得纸币的多个红外图像的方法，包括：
用第一波长的红外光和第二波长的红外光同时照射纸币；
用RGB相机获取纸币的图像；
使用RGB相机传感器的第一校准系数和第二校准系数从RGB相机传感器的第一输出通道信号和第二输出通道信号两者获得第一波长的红外光的强度分布和第二波长的红外光的强度分布；和
从相应的强度分布产生纸币的第一波长和第二波长的单独的红外图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一校准系数被定义为红外光第一波长的第一输出通道信号幅度与红外光第一波长的第二输出通道信号幅度的比率；并且其中第二校准系数被定义为红外光第二波长的第二输出通道信号幅度与红外光第二波长的第一输出通道信号幅度的比率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一输出通道是RGB相机传感器红光通道，并且其中第二输出通道是RGB相机传感器蓝光通道。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，RGB相机传感器是CMOS或CCD图像传感器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，RGB相机传感器包括拜耳过滤器矩阵。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，第一波长是730nm，并且第二波长是880nm。
7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，第一波长和第二波长分别从第一红外LED和第二红外LED发出。
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