CN1255764C - 复合高技术验钞机 - Google Patents

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Abstract

一种复合高技术验钞机，包括点钞装置，还包括摄像头(A)，图像处理单元(B)、匹配处理算法器(C)、门限分析算法单元及结果显示(D)、连续点钞单元(F)和时钟同步控制单元(E)；本发明是首次在世界上采用数字信息处理方法来检验钞票，其设计思想来源于类似战略导弹或巡航导弹末端制导所采用的地形匹配技术，和类似战略预警雷达或机载攻击雷达为判定警戒目标和攻击目标所采用的动目标判定技术。该技术方案是将各种货币上(如大面值美元、人民币、欧元等)制伪者最不容易仿制的变色油墨图像和全息光学图像从光学图像转换成可供计算机处理的数字图像，将待验钞票和标准钞票的特征图像作图像匹配处理，再应用模糊数学的方法设置分析判定规则(算法)，以排除系统误差、环境误差和人为误差的干扰，着重精确地判定钞票的真伪。

Description

复合高技术验钞机
技术领域
本发明涉及下述四个领域、光学和电子学领域、电子学信息处理技术领域、模糊数学及机械领域。
背景技术
目前各国的钞票的防伪技术主要集中于特殊纸张(包括塑料纸)和防伪制版及印刷。目前大面值欧元、美元及新版人民币主要采用变色油墨及全息技术，这是制伪者最不易仿制的特征，即使再下功夫，也会产生误差(如变色油墨的仿制是极为困难的，即使借助现代电子配色技术也难以模仿所有不同角度的变色效果)。而目前全世界现存的验钞技术主要是利用人眼、或借助光学、化学辅助手段来识别光学图像(其本质是光学图像识别)，较现代数字图像处理技术(本质是计算机信号处理)的精度，在观测效果上有极大的差别，而且难于实现自动化连续操作。
发明内容
本发明的主要目的在于：提供一种运用高科技技术与传统技术相结合，从而能够精确判断出钞票的真伪的复合高技术验钞机。
本发明的目的是这样实现的：一种复合高技术验钞机，包括点钞装置，还包括摄像头(A)、图像处理单元(B)、匹配处理算法器(C)、门限分析算法单元及结果显示(D)、连续点钞单元(F)和时钟同步控制单元(E)、其中摄像头(A)与图像处理单元(B)及时钟同步控制单元(E)连接、图像处理单元(B)分别与匹配处理算法器(C)及时钟同步控制单元(E)连接，匹配处理法算器(C)分别与门限分析算法单元及结果显示(D)、时钟控制单元(E)连接，门限分析算法单元及结果显示(D)分别与匹配处理算法器(C)及时钟同步控制单元(D)连接，连续点钞单元(F)与时钟同步控制单元(E)连接。
——所述的摄像头(A)的数量为2-4个。
——所述的图像处理单元(B)是由4MB的RAM构成的采集图像缓存区和整形采样软件存储区，整形采样处理单元、I/0接口或RS232及总线构成。
——所述的匹配处理算法器(C)是由4MB的RAM构成的适时采集的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区，2MB的ROM构成的预存的图形矩阵存储区，接受B模块数据的I/0或RS232、匹配处理单元、输出数据到D模块的I/0或RS232以及总线构成。
——所述的门限分析算法单元及结果显示(D)是由4MB的RAM构成的匹配处理后的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区、2MB的ROM构成的预存的门限向量存储区、接受C模块数据的I/0或RS232、门限处理及结果显示单元、输出数据到计算机终端的I/0或RS232以及总线构成。
本发明利用多项高技术手段，去连续同时仿真人眼，或仿真人利用辅助手段对这些特征的辨识(如对光辨识水印，变换角度辨识变色油墨和全息图像的特征，放大检测识别点和线，通过偏振光源检测全息图像)，不仅大大提高了辨识效率，降低人工成本，而且辨识精度较人眼和现存的验钞设备高出几个数量级(如变色油墨和全息图像在不同固定角度的颜色特征，如果采用图像处理技术，其特征的数字化等级将高出人眼和偏振光检测设备近千倍)，人眼和现存设备难以观测的制伪效果，在复合高技术验钞机的检测手段下很容易暴露。
本发明是首次在世界上采用数字信息处理方法来检测钞票，其设计思想来源于类似战略导弹或巡航导弹末端制导所采用的地形匹配技术，和类似战略预警雷达或机载攻击雷达为判定警戒目标和攻击目标所采用的动目标判断技术。该技术方案是将各种货币(如大面值美元，人民币，欧元等)上制伪者最不容易仿制的变色油墨图像和全息光学图像从光学图像转换成可供计算机处理的数字图像，将待验钞票和标准钞票的特征图像作图形匹配处理，再应用模糊数学的方法设置分析判定规则(算法)，以排除系统误差，环境误差和人为误差的干扰，着重精确地判定钞票的真伪。
附图说明
图1为本发明整体结构框图；
图2为本发明通过摄像头采集待检验钞票上信息的示意图；
图3为本发明图像处理单元(B)的图形处理示意图；
图4为本发明匹配处理算法器(C)的结构图；
图5为本发明门限分析算法单元及结果显示(D)的结构图；
图6为本发明时钟同步控制单元(E)的时钟同步控制逻辑图；
图7为本发明产品结构示意图；
图7中；71—信息处理单元电路板；72—计算机接口和电源接口；73—平行光源；74—钞票入槽；75—点钞机；76—钞票出槽；77—传动装置；78—聚焦摄像头。
图8为本发明中的点钞机的立体结构图。
图8中，1—点钞装置；11—入钞口；111—凸轮；112—感测开关；12—处钞口；121—叶轮；13—传动马达；131—第一批带轮；14—皮带；15—第二皮带轮；151—第二齿轮；16—滚轮；161—第一齿轮；17—币道；18—叶轮马达。
具体实施方式
1.由A，将市面上现有的低成本摄像头(如国产3.6万像素摄像头)改装成数个聚集摄像头，针对不同的币种放置在不同的位置和不同的角度，对钞票的全息光学图像和变色油墨特征点进行摄录，将待辨认的特征图像转化成可供计算机处理的基本数字信号(USB信号或RGB信号)。示意图见图2。
2.由B，通过整形和采样技术的图形处理，形成既保留钞票特征点的图形特征，又压缩数据量的向量信号或图形矩阵(其中根据不同币种和不同图形特征定义向量信号或图形矩阵是本发明的关键点之一)，具体图形处理所涉及的软、硬件结构，硬件结构的示意图见图3。对于不同的币种、不同的面值对应有不同的图形处理方式，以100元人民币为例，首先对其变色油墨图像100处摄像(用30万像素摄头)，从而形成第一幅变色油墨特征图形，再去除不需要的边缘，从而整形成基本特征图形(大约是3.6万像素或164×220点阵)。再对该基本特征图形做全屏幕放大处理，而得到一个放大了很多倍的待检测特征图形，用采样软件对其中的多个点进行数据采集，就得到多个个待处理的R、G、B数据矩阵(41×41点阵)。对多个个数据矩阵分别都处理的目的是为了提高精确度，由于原理完全一致，所以以下仅说明一个数据矩阵的处理方式。顺便说一下以上处理的目的是为了大大降低检测定位的复杂程度以及对摄像头精度的要求。
3.由C，设置一系列特定的算法，对适时采集的和预存的向量信号或图形矩阵(这里有一个对不同币种，如美元、欧元、人民币等初始化预存储的处理过程)进行匹配处理。这一系列算法是本发明的另一个关键点，其本质是以高出人眼或现存识别设备分辨率几千倍甚至上万倍的数字识别能力来比较待验钞票和标准钞票R、G、B信号的差别，即红、绿、篮的数字分色等级的差别。采用由特定匹配算法所编制的软件处理，将产生可供门限处理的误差信号。其示意图见图4。从图4可以看出，在每个时钟周期t内，图形矩阵缓存区首先存入B模块输出的R、G、B特征数据矩阵，将该特征数据矩阵和预存在2MB ROM图形矩阵存储区内的预存R、G、B特征数据矩阵作匹配处理(本质是矩阵减法，可参见相关图形处理文献)后，再刷新存入缓存区，并通过输出接口输入D模块。
4.由D，设置一个算法即门限判定规则，对匹配处理的结果矩阵进行门限分析，然后显示判定结论。应着重说明的是，本系统面向实际应用环境，正是由于现实应用环境将面临钞票定位、钞票新旧、平整、折叠、温差、潮湿度等环境误差，人为误差，以及本系统的系统误差(如摄头的R、G、B颜色误差、光源误差、处理基准及定位误差等)，将使匹配处理的结果有一个正常的误差范围，也就是说即使真钞票的匹配处理结果也是有误差的，或者说经过匹配处理的结果矩阵不可能是绝对的零矩阵。针对上述的各种环境误差和系统误差的影响，运用模糊数学和概率统计的分析方法事先进行大量、复杂的预处理，从而得到结果矩阵的每一个R、G、B元素的绝对误差范围或门限，相对应的矩阵就是门限矩阵。采用由特定门限分析算法所编出的软件处理经过匹配处理的结果矩阵，将产生最终识别结果，并通过一个显示软件显示在终端屏幕上。其示意图见图5。从图5可以看出，在每个时钟周期t内，匹配处理后的图形矩阵缓存区首先存入C模块输出的经过匹配处理的结果矩阵，将该矩阵和预存的门限矩阵对比，本质是二次匹配，再经对矩阵内元素作相对误差分析和总数统计(均方误差)分析，就得到最终识别结果，并由显示软件驱动，输出至计算机终端。和国际上目前流行的复杂图形匹配处理方式不一样，本发明采用二次匹配处理，且第二次匹配的本质是用模糊数学和概率统计处理误差问题。其目的是用数学手段去降低(复杂图形匹配)系统对计算机、图形处理设备、光源等的高、精、尖要求，从而使本发明能以低成本普及。
5.F，从连续点钞单元提取系统的同步触发信号和计数信号，供给D和E模块。
6.E模块提供同步控制，以保障每张钞票的识别可靠，相应的实施方式见时钟同步控制逻辑(图6)，具体实现由Intel586-133MHz和存储在一块2MB ROM存储器里的显示软件完成。系统从聚焦摄像至门限处理结束的时间T，依据合理的设计(选择快速处理器件)，当然小于连续点钞单元的点钞间隔时间t，而时钟同步控制及总控的作用就是保障本系统信号处理部分和机械转动部分、及显示结果的绝对同步。
7.复合高技术验钞机的产品示意图见图7。
接通电源和计算机，复合高技术验钞机即可以开始工作。首先通过计算机和键盘设置钞票面值，然后通过钞票入槽放入待验钞票，点钞结束后，从钞票出槽取出钞票，再将钞票反一面放入钞票入槽，再点一次(注意显示软件有反向计数功能)，计算机显示屏上将显示计数和对应计数的验钞结果。
具体实施方式的补充说明
1.本发明着重突出新的思想方法、工作原理和处理模式，也有经济方面的考虑，故选用了一些3年前的低档次器件(软件环境是Windows 98)，以说明其原理和结构是实用可行的。因而目前复合高技术验钞机的样机和今后大规模推广时的最终产品在工艺上略有差别。
2.复合高技术验钞机样机的B、C、D、E各模块的处理单元，使用的是同一块CPU(Intel 586-133MHz)。目前Intel 586-133MHz的价格低于50元人民币，如用Intel 586-166MHz、Intel586-200MHz或Intel 586-233MHz速度会更快，而且价格也不贵多少。
3.基于目前样机的设计模式，今后大规模推广时的最终产品有两个走向。其一是软件结构方向的。事实上从图1、图3、图4、图5我们很容易发现B、C、D、E模块合在一起就是一台计算机。鉴于将来计算机CPU的速度越来越快(目前Intel Pentium-IV已超过2.2GHz)，存储量越来越大(与其相应PC机的内存大于256MB)  等方面的考虑，对于已有高级柜面终端的客户，复合高技术验钞机没有必要设置硬件，借助于柜面终端的硬件，仅将所需功能的全套软件存入作为柜面终端的PC机，再连接上点钞单元的同步信号线和触发信号线即可以工作。
其二是硬件结构方向的。对于不方便使用柜面终端或柜面终端较低级的客户，使用低成本(如过时的)CPU和小容量存储芯片不失为一种好的选择，因为今后这两类芯片将非常便宜。在大规模生产时，甚至可以专门生产专用芯片或采用可编程控制器。当然在这种结构情况下，应考虑加上简易液晶显示单元。
4.目前由于资金问题，A模块所采用的聚集摄像头只能改装实现。但在大规模生产时，将采用定制的专用聚集摄像头。
5.复合高技术验钞机的点钞单元的机械传动部分是从市场采购的优选中间产品，所以在图7中不做详细描述。主要有两种选择，一是国外产品，其特点是质优价高；另一种是国内产品，价格低但质量却次之。如何权衡将依据客户情况(如国内使用还是出口)而定。
6.依据图1，A、B、C、D、E模块合在一起，可形成识别单张钞票的处理系统，供柜面操作员和一般收款员使用。
7.依据人民币、美元、欧元等的流通情况，复合高技术验钞机将有针对不同币种的专用型号(主要是不同摄录结构)；但对同一币种的型号，可采取预先设制的方法，处理不同面值的钞票。
8.对同一币种，因为有正反之分(在结构设计上已考虑了前后之分)，具体操作时，将正面点一次，再反面点一次，但显示软件将依据计数的对应数显示验钞结果。
9.作为信息处理单元的电路板，也可插在作为柜面终端的PC主板上。

Claims (5)

1.一种复合高技术验钞机，包括点钞装置，其特征在于：还包括摄像头(A)、图像处理单元(B)、匹配处理算法器(C)、门限分析算法单元及结果显示(D)、连续点钞单元(F)和时钟同步控制单元(E)；其中摄像头(A)与图像处理单元(B)及时钟同步控制单元(E)连接，图像处理单元(B)分别与匹配处理算法器(C)及时钟同步控制单元(E)连接，匹配处理算法器(C)分别与门限分析算法单元及结果显示(D)、时钟同步控制单元(E)连接，门限分析算法单元及结果显示(D)分别与匹配处理算法器(C)及时钟同步控制单元(D)连接，连续点钞单元(F)与时钟同步控制单元(E)连接。
2.根据权利要求1所述的复合高技术验钞机，其特征在于：所述的摄像头(A)的数量为2-4个。
3.根据权利要求1所述的复合高技术验钞机，其特征在于：所述的图像处理单元(B)是由4MB的RAM构成的采集的图像缓存区和整形采样软件存储区、整形采样处理单元、I/O接口或RS232及总线构成。
4.根据权利要求1所述的复合高技术验钞机，其特征在于：所述的匹配处理算法器是由4MB的RAM构成的适时采集的图像矩阵缓存区和处理软件的存储区、2MB的ROM构成的预存的图形矩形存储区、接受B模块数据的I/O或RS232、匹配处理单元、输出数据到D模块的I/O或RS232以及总线构成。
5.根据权利要求1所述的复合高技术验钞机，其特征在于：所述的门限分析算法单元及结果显示(D)是由4MB的RAM构成的匹配处理后的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区、2MB的ROM构成的预存的门限向量存储区、接受C模块数据的I/O接口或RS232、门限处理及结果显示单元、输出数据到计算机终端的I/O接口或RS232以及总线构成。
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