CN1510628A

CN1510628A - 复合图像处理验钞系统

Info

Publication number: CN1510628A
Application number: CNA021586241A
Authority: CN
Inventors: 鲍东山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-07

Abstract

一种复合图像处理验钞系统，包括点钞装置，还包括小型数字摄像机(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)；本发明不同于目前国际上主流验钞技术产家仍采用的传统验钞技术，如磁性、红外、荧光、光谱、尺寸、水印等，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(如大面值美元、人民币、欧元等)上当前最新版已采用或下一代版将采用的，并且是制伪者很不容易仿制的最新防伪技术，如变色油墨图像、全息光学图像、缩微印刷图像、隐形图像及荧光图像和红外图像等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或精确图像处理，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，最终精确地判定钞票的真伪。

Description

复合图像处理验钞系统

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、模糊数学及电子学信息处理技术领域及机械领域。

背景技术

目前各国的钞票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或在下一版上将采用变色油墨图像、全息图像、缩微印刷图像、隐形图像及荧光图像和红外图像等最新防伪技术。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图像处理验钞系统。

本发明的目的是这样实现的：一种复合图像处理验钞系统，包括点钞装置，还包括数字摄像机(A)，图像整形处理单元(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)；其中数字摄像机(A)与图像整形处理单元(B)及时钟同步控制单元(E)连接，图像整形处理单元(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。

——所述的摄像头(A)的数量为2-12个。

——所述的图像整形处理单元(B)是由采集图像缓存区和整形采样软件存储区(12MB RAM)、整形采样处理单元、I/O接口或RS232及总线构成。

——所述的匹配处理算法器(C)是由适时采集的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区(12MB RAM)、预存的图形矩阵存储区(12MBROM)、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。

——所述的门限分析算法单元及结果显示(D)是由匹配处理后的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区(12MB RAM)、预存的门限向量存储区(12MB ROM)、接受C模块数据的I/O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或RS232以及总线构成。

——所述的整机硬件结构是由平行光及特种光源、数字摄像机、专用嵌入式计算机或通用计算机、显示单元、机械传动部份构成。

——所述的整机软件结构是由图像整形处理算法软件、适时操作系统RTOS或通用操作系统DOS、进程管理软件、中断及接口管理软件、匹配算法软件、误差分析及处理算法软件构成。

本发明利用多种高技术手段，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、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，通过特种光源和摄像机检测隐形图像、红外图像、荧光图像等)，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，在复合图像处理验钞系统的检测手段下将很容易暴露。

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(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、全息光学图像、缩微印刷图像、隐形图像及荧光图像和红外图像等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，最终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)结构图；

图6为本发明时钟同步控制单元(D)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—出钞口；121—叶轮；13—传动马达；131—第一皮带轮；14—皮带；15—第二批带轮；151—第二齿轮；16—滚轮；161—第一齿轮；17—币道；18—叶轮马达。

由于上述点钞机的机械结构为现有技术，在此不再赘述。

图9为本发明整机硬件结构；

图10为本发明整机软件结构。

具体实施方式

1.由A，通过低成本数字摄像机(美国市场上常用的30万像素摄像头，场频30Hz，每帧图像成像时间33ms)组合，针对不同的币种和不同的防伪特征识别点，借助各种光源(平行光、红外线、莹光、紫外光、特种显影光等)照射成像，再摄入这些待识别处理的图像，这包括变色油墨图像、全息光学图像、缩微印刷图像、隐形图像及莹光图像和红外图像等，从而将这些待识别特征图像转化成可供计算机处理的基本数字信号(映射RGB数字矩阵或USB信号)集合。示意图见图2。

2.由B，通过整形和开窗技术的图形处理，形成既保留钞票特征点的图像特征，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像特征定义向量信号或图形矩阵是本发明的关键点之一)，具体图形处理的示意图见图3。通过图形处理软件的整形处理，首先去除不需要的边缘，使待处理向量成为所要求(根据不同币种和面值)的标准矩阵。如100人民币元钞票上的特征识别点，就是从30万像素点阵整形成381×181点阵。再通过开窗处理变成191×91点阵。

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(这里有一个对不同种货币，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数千万倍甚至上亿倍的数字识别能力来比较待验钞票和标准钞票RGB信号的差别，即红、绿、蓝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RGB特征向量，将该向量和预存在图形矩阵存储区(ROM)的预存RBG特征向量作为匹配处理后，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，对匹配处理的结果进行门限分析(对结果矩阵元素的综合分析和判定)，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(这包括油污、破损、残缺、叠折等人为误差)，以及本系统的系统误差，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。如何用模糊数学的方法界定这个范围就是门限分析所要达到的目的。采用由特定门限分析算法所编出的软件处理误差信号，将产生对应计数的最终识别结果，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模块输出的误差(RGB)特征向量，将该向量和预存的门限向量对比，再经模糊数学方法的判别软件处理，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。

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)，具体实现由专用嵌入式计算机或通用计算机和存储内存里的处理软件完成。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(选择合适处理器件)，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.复合图像处理验钞系统的产品示意图见图7。

接通电源和计算机，复合图像处理验钞系统就可开始工作。首先通过计算机及键盘设置钞票面值，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)，计算机或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。故原理性样机是借助一台便携式(奔2)计算机实现的，其操作系统是Microsoft公司的Windows2000，并以此证明本发明的原理和结构是实用可行的。

2.本发明商用机的计算机是一台自主设计且具有自主知识产权的高档次嵌入式计算机，采用RISC结构的Arm-cpu。该部分是我和我在美国硅谷的一些老同学和老同事共同开发的，目前正在申请美国专利。另外本发明的显示单元有多种选择，如LED。

3.本发明高档次嵌入式计算机所采用的适时操作系统RTOS，目前暂时采用VxWORKS。但我正在和美国StandFord大学的老朋友共同开发专用Linux内核，相应的大规模软件开发工具也由我在美国硅谷的老朋友们开发，目前全部工作已接近尾声，届时将首先申请美国专利。

4.本发明还可以借助通用计算机实现，其一是软件模式的。鉴于将来计算机CPU速度越来越快(目前Intel Pentium-IV已超过3.0GHz)，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，复合图像处理验钞系统没有必要设置硬件，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。

5.本发明不同于市面上现有验钞机，用的是连续电机。为提高成像质量，本发明采用步进电机，考虑到步进电机的减速和加速影响，以及数字摄像机的场频而产生的同步控制软件是本发明的又一大特色。

6.复合图像处理验钞系统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，一是美国产品，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。

7.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。

8.依据人民币、美元、欧元等的流通情况，复合图像处理验钞系统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，可采取预先设置的方法，处理不同面值的钞票。

9.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。

10.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。

11.本系统的同步控制能力极强，其目的是便于本系统移植到自动存、取款机(ATM)、银行清分系统和其他自动售货机上，且仅作为配套验钞模块(届时可能不含点钞单元)使用。

12.应强调的是本系统对红外和荧光这二种传统防伪手段的辨识，不是简单的验证有没有，而仍然是一个多点阵精确图像处理。

13.本系统还具有英文字母和阿拉伯数字的读取能力。这种技术的本质是模式识别，虽不知国内详情，但在美国早已是成熟技术，故不再赘述。

Claims

1.一种复合图像处理验钞系统，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所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的摄像头(A)的数量为2-12个。

3.根据权利要求1所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的图像整形处理算法单元(B)是由采集图像缓存区和整形采样软件存储区(12MB RAM)、整形采样处理单元、映射I/O接口或RS232及总线构成。

4.根据权利要求1所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的匹配处理算法器(C)是由适时采集的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区(12MB RAM)、预存的图形矩阵存储区(12MB ROM)、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所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的门限分析算法单元及结果显示(D)是由匹配处理后的图形矩阵缓存区和处理软件的存储区(12MB RAM)、预存的门限向量存储区(12MBROM)、接受C模块数据的I/O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或RS232以及总线构成。

6.根据权利要求1所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的整机硬件结构是由平行光及特种光源、数字摄像机、专用嵌入式计算机或通用计算机、显示单元、机械传动部份构成。

7.根据权利要求1所述的复合图像处理验钞系统，其特征在于：所述的整机软件结构是由图像整形处理算法软件、适时操作系统RTOS或通用操作系统DOS、进程管理软件、中断及接口管理软件、匹配算法软件、误差分析及处理算法软件构成。