JP2005031901A - 硬貨識別装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬貨の画像に対して識別処理を施しても識別精度を下げることなく、装置の小型化および低コスト化、更には識別処理の高速化を可能とする硬貨識別装置および方法を提供する。
【解決手段】取得した被検査硬貨９の画像データの２値化を行い、比較照合部１３は被検査硬貨９の２値化画像データに対してテンプレート１８を比較することで両者の類似度を算出し、真偽判定部１４は類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。基準硬貨から取得した画像データから比較照合の対象となる画像データにおける濃度ヒストグラムおよび累積度数グラフを作成し、辞書登録部１７は累積度数グラフに基づいて照合ポイントを決定し、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録し、白辞書と黒辞書とをテンプレート１８として保存する。
【選択図】 図１
【解決手段】取得した被検査硬貨９の画像データの２値化を行い、比較照合部１３は被検査硬貨９の２値化画像データに対してテンプレート１８を比較することで両者の類似度を算出し、真偽判定部１４は類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。基準硬貨から取得した画像データから比較照合の対象となる画像データにおける濃度ヒストグラムおよび累積度数グラフを作成し、辞書登録部１７は累積度数グラフに基づいて照合ポイントを決定し、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録し、白辞書と黒辞書とをテンプレート１８として保存する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬貨識別装置および方法に関し、特に、硬貨の特徴部分を撮像した画像に基づいて硬貨を識別する硬貨識別装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、硬貨を使用する自動販売機、両替機等においては、投入された硬貨の種別、真偽を識別する必要がある。
【０００３】
従来、この種の硬貨識別装置は、硬貨投入口から投入された硬貨が通過する硬貨通路に１または複数の磁気センサを配設し、この磁気センサで硬貨の材質、材厚、大きさ、穴の有無等を判別し、該判別結果に基づき硬貨の種別及び真偽を識別するように構成されている。更に、撮像素子との光学的センサを用いて硬貨の材厚、大きさ等を検出する構成も提案されてきた。
【０００４】
しかし、近年になると、国内の正貨と材質及び形状が類似した外国通貨を、国内の正貨で得られる光学的センサ若しくは磁気センサのパターンと一致するように加工した変造硬貨が出回り、変造硬貨の加工精度が高まるに連れて、従来の磁気センサでの真偽の判定が困難になる問題が発生しており、この種の変造硬貨を判別するために、更に高精度に硬貨を識別することの必要性が生じており、撮像素子との光学的センサを用いて硬貨の特徴である模様等を検出する構成も提案されている。
【０００５】
上記のような硬貨の模様等を検出する構成として、硬貨に照明光源から照明光を照射し、硬貨により反射された反射光を光学的センサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等）で受光することで、硬貨の模様等の画像を取得し、取得した画像に基づいて硬貨を識別するようなものが知られている。
【０００６】
ここで、取得した画像に基づいて硬貨を識別する方法は様々であるが、硬貨は通常円形であり、硬貨は回転を伴って硬貨通路を移動するため、標準データを１つだけ用意し、取得した画像に回転補正処理を施しながら標準データと比較照合を行い、類似度を算出して硬貨を識別する方法が実施されている。なお、１つの標準データで比較照合するためには、硬貨に照射する照明光の光量を均一にすることで、撮像した硬貨の模様等の角度依存性を無くすことが識別精度上では望ましく、例えば、複数の発光ダイオードを円環状に配置し、更に拡散板を用いて硬貨に照射する照明光の光量を均一にするように工夫しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、照明光の光量を均一にするためには、多くの照明光源を設けるなどコストが高くなり、また、硬貨識別装置が大型になってしまうという問題がある。そこで、多くの照明光源を設けずに撮像を行うと、照明光の光量を均一にすることは困難になり、硬貨の回転角度毎で異なる照明ムラが発生し、識別処理のエラーの原因となる場合がある。
【０００８】
そこで、種々の角度に対応する標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像から硬貨の回転角度を検出し、検出した角度の標準データをテンプレートから取り出して比較照合を行って類似度を算出して硬貨を識別する方法、種々の角度に対応する標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像と標準データとで順次比較照合を行って類似度を算出して硬貨を識別する方法が提案されている。
【０００９】
ただし、取得した画像から硬貨の回転角度を正確に検出するためには、高画質な画像が必要になり、更に検出する処理が複雑になるため、高速且つ高精度に硬貨を識別する点では、画像と標準データとで順次比較照合を行う方が有効ではある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２９７８３４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、取得した画像が多値の場合、多値のまま比較照合を行うと、比較照合に費やす時間（つまり、類似度の算出時間）が膨大になってしまうので、２値化した標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像も２値化して比較照合を行うことで、処理を高速化することができる。
【００１１】
ただし、２値化するための閾値が識別精度に大きく影響するため、様々な条件下において安定した識別を行うことが難しくなるという問題が発生してしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、多くの照明光源を設けずに撮像した硬貨の画像に対して識別処理を施しても識別精度を下げることなく、装置の小型化および低コスト化、更には識別処理の高速化を可能とする硬貨識別装置および方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別装置において、前記硬貨の特定領域の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートを作成するテンプレート作成手段と、前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを順次比較照合する比較照合手段と、前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を識別する硬貨識別手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
なお、画像取得手段は図１に示す撮像素子４に対応し、テンプレート作成手段は図１に示すテンプレート作成部８に対応し、比較照合手段は図１に示す比較照合部１３に対応し、硬貨識別手段は図１に示す真偽判定部１４に対応する。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を２値化する画像２値化手段を更に具備し、前記テンプレート作成手段は、前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを抽出する画像データ抽出手段と、前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを作成する累積度数グラフ作成手段と、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を前記テンプレートに登録する登録手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
なお、画像データ抽出手段は図１に示す画像データ抽出部１５に対応し、濃度ヒストグラム作成手段および累積度数グラフ作成手段は図１に示すヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６に対応し、登録手段は図１に示す辞書登録部１７に対応する。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記登録手段は、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記比較照合手段は、前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６の発明は、硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別方法において、前記硬貨の特定領域の画像を画像取得手段により取得し、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートをテンプレート作成手段により作成し、前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを比較照合手段により順次比較照合し、前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を硬貨識別手段により識別することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を画像２値化手段により２値化し、前記テンプレート作成手段は、前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを画像データ抽出手段により抽出し、前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを濃度ヒストグラム作成手段により作成し、前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを累積度数グラフ作成手段により作成し、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を登録手段により前記テンプレートに登録することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記登録手段は、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とすることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記比較照合手段は、前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる硬貨識別装置および方法の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係わる硬貨識別装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。なお、本発明に係わる硬貨識別装置１は、硬貨案内通路２を転動若しくは落下する被検査硬貨９の画像を取得し、取得した画像に基づいて被検査硬貨９の真偽を識別する構成である。
【００２７】
図１に示すように、硬貨識別装置１は、硬貨案内通路２、光源３、撮像素子４、Ａ／Ｄ変換部５、メモリ６、識別部７、テンプレート作成部８から構成されている。
【００２８】
ここで、被検査硬貨９は硬貨案内通路２を転動若しくは落下し、光源３は硬貨案内通路２を転動若しくは落下する被検査硬貨９の表面に光を照射する。なお、光源３が照射する光１０として赤外、紫外および可視光のいずれも適用可能である。
【００２９】
また、撮像素子４は、光源３からの光１０が被検査硬貨９の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号を出力する。
【００３０】
また、Ａ／Ｄ変換部５は、撮像素子４から所定の時間間隔で出力される電気信号をディジタル信号に変換する。
【００３１】
また、メモリ６は、ディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持する。
【００３２】
また、識別部７は、画像データ２値化部１２、比較照合部１３、真偽判定部１４から構成されており、画像データに基づいて被検査硬貨９の識別を行う。
【００３３】
ここで、画像データ２値化部１２は、メモリ６により記憶保持している被検査硬貨９の画像データを読み出し、予め設定した２値化閾値に基づいて被検査硬貨９の画像データの２値化を行う。
【００３４】
また、比較照合部１３は、被検査硬貨９の２値化画像データに対して、予め基準となる正貨（以後、基準硬貨とする）の画像データから作成したテンプレート１８を比較して類似度を算出する。なお、類似度（Ｒ）を算出する算出式の一例を示す。
【００３５】
【式１】
【００３６】
ここで、Ｒ＝類似度、ｆ＝被検査硬貨の２値化画像データの２値濃度、ｔ＝テンプレートの２値濃度、ｍ×ｎ＝テンプレートの大きさであり、算出したＲにおいて、Ｒ＝１００が被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが完全一致、Ｒ＝０が被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが完全不一致となる。
【００３７】
また、真偽判定部１４は、比較照合部１３が算出した類似度が予め設定した基準値を上回るか否か確認し、類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。
【００３８】
また、テンプレート作成部８は、画像データ抽出部１５、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６、辞書登録部１７から構成されており、予め基準硬貨から画像データを取得し、取得した基準硬貨の画像データからテンプレート１８の作成を行う。
【００３９】
ここで、画像データ抽出部は１５は、メモリ６により記憶保持している基準硬貨の画像データを読み出し、読み出した基準硬貨の画像データから被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データを抽出する。
【００４０】
また、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６は、画像データ抽出部１５で抽出した基準硬貨の画像データにおける濃度ヒストグラムを作成するとともに、作成したヒストグラムを累積した累積度数グラフを作成する。
【００４１】
また、辞書登録部１７は、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６で作成した累積度数グラフに基づき、比較照合部１３における被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８との比較照合の照合ポイントを決定し、決定した照合ポイントにおいて、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録する。なお、白画素用照合ポイントおよび白辞書並びに黒画素用照合ポイントおよび黒辞書については後述にて詳細に説明する。
【００４２】
また、全ての照合ポイントが白辞書若しくは黒辞書に登録されると、その白辞書および黒辞書がテンプレート１８として保存される。
【００４３】
次に、投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う機能的な動作について説明する。
【００４４】
被検査硬貨９が硬貨識別装置１に投入されると、被検査硬貨９は硬貨案内通路２を転動し、光源３は光１０を被検査硬貨９の表面に照射し、撮像素子４が被検査硬貨９の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号をＡ／Ｄ変換部５に所定の時間間隔で出力し、Ａ／Ｄ変換部５は電気信号を入力すると、入力した電気信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をメモリ６に送出し、メモリ６はディジタル信号を受け取ると、受け取ったディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持し、画像データ２値化部１２はメモリ６により記憶保持している被検査硬貨９の画像データを読み出し、予め設定した２値化閾値に基づいて被検査硬貨９の画像データの２値化を行い、比較照合部１３は被検査硬貨９の２値化画像データと、予め基準硬貨の画像データから作成したテンプレート１８とを比較して類似度を算出し、真偽判定部１４は比較照合部１３が算出した類似度が予め設定した基準値を上回るか否か確認し、類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。
【００４５】
次に、テンプレート１８を作成する際に、硬貨識別装置１が行う機能的な動作について説明する。
【００４６】
基準硬貨が硬貨識別装置１に投入されると、基準硬貨は硬貨案内通路２を転動し、光源３は光１０を基準硬貨の表面に照射し、撮像素子４が基準硬貨の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号をＡ／Ｄ変換部５に所定の時間間隔で出力し、Ａ／Ｄ変換部５は電気信号を入力すると、入力した電気信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をメモリ６に送出し、メモリ６はディジタル信号を受け取ると、受け取ったディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持し、画像データ抽出部１５はメモリ６により記憶保持している基準硬貨の画像データを読み出し、読み出した基準硬貨の画像データから被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データを抽出し、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６は画像データ抽出部１５で抽出した画像データにおける濃度ヒストグラムを作成するとともに、作成したヒストグラムを累積した累積度数グラフを作成し、辞書登録部１７はヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６で作成した累積度数グラフに基づき、比較照合部１３における被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８との比較照合の照合ポイントを決定し、決定した照合ポイントにおいて、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録し、全ての照合ポイントが白辞書若しくは黒辞書に登録されると、その白辞書および黒辞書がテンプレート１８として保存される。
【００４７】
なお、本発明に係わる硬貨識別装置１は、被検査硬貨９および基準硬貨が硬貨案内通路２により搬送される構成でも適用可能である。
【００４８】
次に、投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う処理手順について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４９】
被検査硬貨が投入されると、被検査硬貨を撮像し（ステップＳ２０１）、被検査硬貨を撮像することで取得した被検査硬貨の画像データを２値化し（ステップＳ２０２）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとを順次比較照合し（ステップＳ２０３）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致する場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、正貨として処理し（ステップＳ２０５）、処理手順を終了する。
【００５０】
また、ステップＳ２０４において、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致しない場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、偽貨として処理し（ステップＳ２０６）、処理手順を終了する。
【００５１】
次に、被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８とを比較照合する際に、比較照合部が行う処理手順について図３に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、図３に示すフローチャートのｉは回転角度毎に用意した各テンプレート１８の番号を示し、Ｗｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレート１８の白辞書を示し、Ｂｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレート１８の黒辞書を示す。
【００５２】
ｉ＝０に設定し（ステップＳ３０１）、Ｗｄｉｃ（ｉ）と照合して一致する画素数ＷＣ（ｉ）をカウントし（ステップＳ３０２）、Ｂｄｉｃ（ｉ）と照合して一致する画素数ＢＣ（ｉ）をカウントし（ステップＳ３０３）、ＷＣ（ｉ）とＢＣ（ｉ）とに基づいて類似度を算出し（ステップＳ３０４）、類似度が基準値を上回る場合（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致すると判定し（ステップＳ３０６）、処理手順を終了する。
【００５３】
また、ステップＳ３０５において、類似度が基準値を下回る場合（ステップＳ３０５でＮＯ）、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいるか否か確認する（ステップＳ３０７）。
【００５４】
ここで、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいない場合（ステップＳ３０７でＮＯ）、照合する領域を移動し（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０２に戻る。
【００５５】
また、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいる場合（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、ｉ＝ｉ＋１に設定し（ステップＳ３０９）、全てのテンプレートとの照合が済んでいない場合（ステップＳ３１０でＮＯ）、ステップＳ３０２に戻る。
【００５６】
また、ステップＳ３１０において、全てのテンプレートとの照合が済んでいる場合（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致しないと判定し（ステップＳ３１１）、処理手順を終了する。
【００５７】
次に、識別部７が行う本発明に係わる硬貨識別方法について詳細に説明する。
【００５８】
図４は、比較照合部１３が行う被検査硬貨の２値化画像データ１９と回転角度毎に用意したテンプレートとの比較照合の処理を説明する図である。
【００５９】
図４（ａ）は、被検査硬貨の２値化画像データ１９の一例であり、画像データの大きさはｐ×ｑとし、図４（ｂ）はｉ＝０のテンプレート（回転角度が０度）２３１の一例であり、図４（ｃ）はｉ＝１のテンプレート（回転角度が約１０度）２３２の一例であり、図４（ｄ）はｉ＝２のテンプレート（回転角度が約２０度）２３３の一例であり、テンプレートの大きさはｍ×ｎとし、ｐ＞ｍ且つｑ＞ｎとする。
【００６０】
比較照合部１３は、被検査硬貨の２値化画像データ１９がテンプレートより大きいため、図４（ａ）に示すように、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対して比較するテンプレートの範囲２０を移動させる。例えば、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝０のテンプレート２３１を比較照合する場合、被検査硬貨の２値化画像データの座標（０，０）２１１にテンプレートの原点（０，０）２２を重ねて比較照合することで類似度を算出する。そして、算出した類似度が基準値を上回らなければ、被検査硬貨の２値化画像データの座標（１，０）２１２にテンプレートの原点２２を重ねて類似度を算出する。そして、類似度が基準値を上回るまで、テンプレートの原点２２に重ねる被検査硬貨の２値化画像データの座標を（２，０）２１３→…→（ｐ−ｍ、０）２１４→（０，１）２１５→（１，１）２１６→…→（ｐ−ｍ，ｑ−ｎ）２１７のように移動させて比較照合を行い、類似度が基準値を一度でも上回れば、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝０のテンプレート２３１とは一致であると判別し、全座標での比較が終了して類似度が一度も基準値を上回らなければ、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝０のテンプレート２３１とは不一致であると判別する。
【００６１】
続いて、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝１のテンプレート２３２を比較照合し、類似度が基準値を上回らない場合、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝１のテンプレート２３２とは不一致であると判別し、続いて、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝２のテンプレート２３３を比較照合し、類似度が基準値を上回らない場合、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝２のテンプレート２３３とは不一致であると判別し、ｉ＝４、５、６、…のテンプレートとの比較照合を行い、全テンプレートと比較照合を行ったものの、類似度が基準値を上回らなかった場合は、偽貨と判別する。
【００６２】
なお、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対するテンプレートの比較照合を開始する際に、一番最初にテンプレートを重ねる被検査硬貨の２値貨画像データの座標を、予めテンプレート毎に設定し、例えば、ｉ＝０のテンプレート２３１を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値貨画像データの座標（０，０）から重ねるように設定し、ｉ＝１のテンプレート２３２を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値化画像データの座標（２，２）から重ねるように設定し、ｉ＝２のテンプレート２３３を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値化画像データの座標（４，４）から重ねるように設定することで、類似度の算出を高速化することができる。
【００６３】
次に、基準硬貨から取得した画像データからテンプレートを作成する際に、テンプレート作成部８が行う処理手順について図５に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、図５に示すフローチャートのｉは回転角度毎に用意した各テンプレートの番号を示し、Ｉｍａｇｅ（ｉ）は基準硬貨から取得した回転角度毎の画像データを示し、Ｗｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレートの白辞書を示し、Ｂｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレートの黒辞書を示す。
【００６４】
基準硬貨から回転角度毎の画像データを取得し（ステップＳ５０１）、ｉ＝０に設定し（ステップＳ５０２）、Ｉｍａｇｅ（ｉ）から比較照合の対象となる画像データを抽出し（ステップＳ５０３）、抽出した比較照合の対象となる画像データにおける濃度ヒストグラムと累積度数グラフとを作成し（ステップＳ５０４）、作成した濃度ヒストグラムと累積度数グラフとに基づいて白の濃度の高い方から順に所定の個数分の画素を抽出し、抽出した画素の座標をＷｄｉｃ（ｉ）に登録し（ステップＳ５０５）、濃度ヒストグラムと累積度数グラフとに基づいて黒の濃度の高い方から順に所定の個数分の画素を抽出し、抽出した画素の座標をＢｄｉｃ（ｉ）に登録し（ステップＳ５０６）、全てのＩｍａｇｅ（ｉ）における辞書登録が完了していない場合（ステップＳ５０７でＮＯ）、ｉ＝ｉ＋１に設定し（ステップＳ５０８）、ステップＳ５０３に戻る。
【００６５】
また、ステップＳ５０７において、全てのＩｍａｇｅ（ｉ）における辞書登録が完了した場合（ステップＳ５０７でＹＥＳ）、処理手順を終了する。
【００６６】
次に、テンプレート作成の処理について詳細に説明する。
【００６７】
図６は、従来の硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【００６８】
図６（ａ）は、基準硬貨の画像から抽出した比較照合の対象となる画像２４の一例である。ここで、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合の照合ポイントを決定する際には、比較照合の対象となる画像２４から濃度ヒストグラム２５１および累積度数グラフ２６１を作成する。
【００６９】
図６（ｂ）は、比較照合の対象となる画像２４から作成した濃度ヒストグラム２５１および累積度数グラフ２６１の一例である。なお、濃度ヒストグラム２５１にとっての横軸は濃度値、縦軸は画素数を示し、累積度数グラフ２６１にとっての横軸は濃度値、縦軸は累積度を示す。
【００７０】
ここで、図６（ｂ）に示すように、従来の硬貨識別方法では、累積度数グラフ２６１より累積度が５０％の濃度値を平均濃度値とし、その平均濃度値より低い濃度値の画素を黒画素用照合ポイントに決定し、その平均濃度値より高い濃度値の画素を白画素用照合ポイントに決定する。
【００７１】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す平均濃度値を２値化閾値に設定し、その２値化閾値に基づいて基準硬貨の画像２４の２値化を行った基準硬貨の２値化画像データ２７であり、基準硬貨の２値化画像データ２７の白の画素２８１が白画素用照合ポイントとして白辞書に登録され、基準硬貨の２値化画像データ２７の黒の画素２９１が黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録される。
【００７２】
しかし、被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データの全ての画素をテンプレートとして白辞書および黒辞書に登録すると、白黒が明確でない中間の濃度（つまり、平均濃度値近傍の濃度）の画素を強制的に白の画素若しくは黒の画素に分離してしまうため、テンプレートの中間の濃度の画素での比較照合において、誤識別が発生する可能性がある。
【００７３】
図７は、本発明に係わる硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【００７４】
図７（ａ）は、基準硬貨の画像から抽出した比較照合の対象となる画像２４の一例である。ここで、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合の照合ポイントを決定する際には、比較照合の対象となる画像２４から濃度ヒストグラム２５２および累積度数グラフ２６２を作成する。
【００７５】
図７（ｂ）は、比較照合の対象となる画像２４から作成した濃度ヒストグラム２５２および累積度数グラフ２６２の一例である。なお、濃度ヒストグラム２５２にとっての横軸は濃度値、縦軸は画素数を示し、累積度数グラフ２６１にとっての横軸は濃度値、縦軸は累積度を示す。
【００７６】
ここで、図７（ｂ）に示すように、本発明に係わる硬貨識別方法では、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとを比較照合する際の白画素用照合ポイントとして白の濃度が高い方から順に所定の個数分の画素を白辞書に登録するとともに、黒画素用照合ポイントとして黒の濃度が高い方から順に所定の個数分の画素を黒辞書に登録する。例えば、図７（ｂ）に示すように、白の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を白画素用照合ポイントとして白辞書に登録し、黒の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録し、残りの５０％の画素は中間の濃度の画素となり、当該中間の濃度の画素を照合ポイントの対象外とする。
【００７７】
図７（ｃ）は、白の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を白の画素２８２とし、黒の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を黒の画素２９２とし、残りの５０％の画素を灰色の画素３０とした基準硬貨の３値化画像データ３１であり、基準硬貨の３値化画像データ３１の白の画素２８２が白画素用照合ポイントとして白辞書に登録され、基準硬貨の３値化画像データ３１の黒の画素２９２が黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録され、基準硬貨の３値化画像データ３１の灰色の画素３０が照合ポイントの対象外となる。
【００７８】
つまり、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとを比較する際に、テンプレートの白黒が明確である画素についての比較照合を行い、テンプレートの白黒が明確でない中間の濃度の画素について比較照合を行わないようにする。
【００７９】
従って、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合における、中間の濃度の画素による誤識別の発生を防止することができるとともに、照合ポイントの数を削減することで、比較照合による識別処理を高速化することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多数の照明光源を設けずに硬貨を撮像することで、小型化および低コスト化の実現を可能にし、多くの照明光源を設けずに撮像した多少の照明むらを含む画像に対して、予め用意した種々の回転角度のテンプレートと順次比較照合を行い、照合の際に中間の濃度を照合ポイントから除くことで、識別精度を下げることなく識別処理を行うことを可能にし、照合の際に比較照合の照合ポイントの数を削減することで、識別処理の高速化を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる硬貨識別装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２】投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図３】被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレート１８とを比較照合する際に、比較照合部が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図４】比較照合部１３が行う被検査硬貨の２値化画像データ１９と回転角度毎に用意したテンプレートとの比較照合の処理を説明する図である。
【図５】基準硬貨から取得した画像データからテンプレートを作成する際に、テンプレート作成部８が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【図７】本発明に係わる硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【符号の説明】
１ 硬貨識別装置
２ 硬貨案内通路
３ 光源
４ 撮像素子
５ Ａ／Ｄ変換部
６ メモリ
７ 識別部
８ テンプレート作成部
９ 被検査硬貨
１０ 光
１１ 反射光
１２ 画像データ２値化部
１３ 比較照合部
１４ 真偽判定部
１５ 画像データ抽出部
１６ ヒストグラム・累積度数作成部
１７ 辞書登録部
１８ テンプレート
１９ 被検査硬貨の２値化画像データ
２０ テンプレートの範囲
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７ 被検査硬貨の２値化画像データの座標
２２ テンプレートの原点
２３１ ｉ＝０のテンプレート
２３２ ｉ＝１のテンプレート
２３３ ｉ＝２のテンプレート
２４ 比較照合の対象となる画像
２５１、２５２ 濃度ヒストグラム
２６１、２６２ 累積度数グラフ
２７ 基準硬貨の２値化画像データ
２８１、２８２ 白の画素
２９１、２９２ 黒の画素
３０ 灰色の画素
３１ 基準硬貨の３値化画像データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬貨識別装置および方法に関し、特に、硬貨の特徴部分を撮像した画像に基づいて硬貨を識別する硬貨識別装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、硬貨を使用する自動販売機、両替機等においては、投入された硬貨の種別、真偽を識別する必要がある。
【０００３】
従来、この種の硬貨識別装置は、硬貨投入口から投入された硬貨が通過する硬貨通路に１または複数の磁気センサを配設し、この磁気センサで硬貨の材質、材厚、大きさ、穴の有無等を判別し、該判別結果に基づき硬貨の種別及び真偽を識別するように構成されている。更に、撮像素子との光学的センサを用いて硬貨の材厚、大きさ等を検出する構成も提案されてきた。
【０００４】
しかし、近年になると、国内の正貨と材質及び形状が類似した外国通貨を、国内の正貨で得られる光学的センサ若しくは磁気センサのパターンと一致するように加工した変造硬貨が出回り、変造硬貨の加工精度が高まるに連れて、従来の磁気センサでの真偽の判定が困難になる問題が発生しており、この種の変造硬貨を判別するために、更に高精度に硬貨を識別することの必要性が生じており、撮像素子との光学的センサを用いて硬貨の特徴である模様等を検出する構成も提案されている。
【０００５】
上記のような硬貨の模様等を検出する構成として、硬貨に照明光源から照明光を照射し、硬貨により反射された反射光を光学的センサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等）で受光することで、硬貨の模様等の画像を取得し、取得した画像に基づいて硬貨を識別するようなものが知られている。
【０００６】
ここで、取得した画像に基づいて硬貨を識別する方法は様々であるが、硬貨は通常円形であり、硬貨は回転を伴って硬貨通路を移動するため、標準データを１つだけ用意し、取得した画像に回転補正処理を施しながら標準データと比較照合を行い、類似度を算出して硬貨を識別する方法が実施されている。なお、１つの標準データで比較照合するためには、硬貨に照射する照明光の光量を均一にすることで、撮像した硬貨の模様等の角度依存性を無くすことが識別精度上では望ましく、例えば、複数の発光ダイオードを円環状に配置し、更に拡散板を用いて硬貨に照射する照明光の光量を均一にするように工夫しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、照明光の光量を均一にするためには、多くの照明光源を設けるなどコストが高くなり、また、硬貨識別装置が大型になってしまうという問題がある。そこで、多くの照明光源を設けずに撮像を行うと、照明光の光量を均一にすることは困難になり、硬貨の回転角度毎で異なる照明ムラが発生し、識別処理のエラーの原因となる場合がある。
【０００８】
そこで、種々の角度に対応する標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像から硬貨の回転角度を検出し、検出した角度の標準データをテンプレートから取り出して比較照合を行って類似度を算出して硬貨を識別する方法、種々の角度に対応する標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像と標準データとで順次比較照合を行って類似度を算出して硬貨を識別する方法が提案されている。
【０００９】
ただし、取得した画像から硬貨の回転角度を正確に検出するためには、高画質な画像が必要になり、更に検出する処理が複雑になるため、高速且つ高精度に硬貨を識別する点では、画像と標準データとで順次比較照合を行う方が有効ではある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２９７８３４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、取得した画像が多値の場合、多値のまま比較照合を行うと、比較照合に費やす時間（つまり、類似度の算出時間）が膨大になってしまうので、２値化した標準データのテンプレートを予め用意し、取得した画像も２値化して比較照合を行うことで、処理を高速化することができる。
【００１１】
ただし、２値化するための閾値が識別精度に大きく影響するため、様々な条件下において安定した識別を行うことが難しくなるという問題が発生してしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、多くの照明光源を設けずに撮像した硬貨の画像に対して識別処理を施しても識別精度を下げることなく、装置の小型化および低コスト化、更には識別処理の高速化を可能とする硬貨識別装置および方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別装置において、前記硬貨の特定領域の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートを作成するテンプレート作成手段と、前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを順次比較照合する比較照合手段と、前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を識別する硬貨識別手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
なお、画像取得手段は図１に示す撮像素子４に対応し、テンプレート作成手段は図１に示すテンプレート作成部８に対応し、比較照合手段は図１に示す比較照合部１３に対応し、硬貨識別手段は図１に示す真偽判定部１４に対応する。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を２値化する画像２値化手段を更に具備し、前記テンプレート作成手段は、前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを抽出する画像データ抽出手段と、前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを作成する累積度数グラフ作成手段と、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を前記テンプレートに登録する登録手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
なお、画像データ抽出手段は図１に示す画像データ抽出部１５に対応し、濃度ヒストグラム作成手段および累積度数グラフ作成手段は図１に示すヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６に対応し、登録手段は図１に示す辞書登録部１７に対応する。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記登録手段は、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記比較照合手段は、前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６の発明は、硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別方法において、前記硬貨の特定領域の画像を画像取得手段により取得し、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートをテンプレート作成手段により作成し、前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを比較照合手段により順次比較照合し、前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を硬貨識別手段により識別することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を画像２値化手段により２値化し、前記テンプレート作成手段は、前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを画像データ抽出手段により抽出し、前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを濃度ヒストグラム作成手段により作成し、前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを累積度数グラフ作成手段により作成し、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を登録手段により前記テンプレートに登録することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記登録手段は、前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とすることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記比較照合手段は、前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる硬貨識別装置および方法の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係わる硬貨識別装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。なお、本発明に係わる硬貨識別装置１は、硬貨案内通路２を転動若しくは落下する被検査硬貨９の画像を取得し、取得した画像に基づいて被検査硬貨９の真偽を識別する構成である。
【００２７】
図１に示すように、硬貨識別装置１は、硬貨案内通路２、光源３、撮像素子４、Ａ／Ｄ変換部５、メモリ６、識別部７、テンプレート作成部８から構成されている。
【００２８】
ここで、被検査硬貨９は硬貨案内通路２を転動若しくは落下し、光源３は硬貨案内通路２を転動若しくは落下する被検査硬貨９の表面に光を照射する。なお、光源３が照射する光１０として赤外、紫外および可視光のいずれも適用可能である。
【００２９】
また、撮像素子４は、光源３からの光１０が被検査硬貨９の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号を出力する。
【００３０】
また、Ａ／Ｄ変換部５は、撮像素子４から所定の時間間隔で出力される電気信号をディジタル信号に変換する。
【００３１】
また、メモリ６は、ディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持する。
【００３２】
また、識別部７は、画像データ２値化部１２、比較照合部１３、真偽判定部１４から構成されており、画像データに基づいて被検査硬貨９の識別を行う。
【００３３】
ここで、画像データ２値化部１２は、メモリ６により記憶保持している被検査硬貨９の画像データを読み出し、予め設定した２値化閾値に基づいて被検査硬貨９の画像データの２値化を行う。
【００３４】
また、比較照合部１３は、被検査硬貨９の２値化画像データに対して、予め基準となる正貨（以後、基準硬貨とする）の画像データから作成したテンプレート１８を比較して類似度を算出する。なお、類似度（Ｒ）を算出する算出式の一例を示す。
【００３５】
【式１】
ここで、Ｒ＝類似度、ｆ＝被検査硬貨の２値化画像データの２値濃度、ｔ＝テンプレートの２値濃度、ｍ×ｎ＝テンプレートの大きさであり、算出したＲにおいて、Ｒ＝１００が被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが完全一致、Ｒ＝０が被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが完全不一致となる。
【００３７】
また、真偽判定部１４は、比較照合部１３が算出した類似度が予め設定した基準値を上回るか否か確認し、類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。
【００３８】
また、テンプレート作成部８は、画像データ抽出部１５、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６、辞書登録部１７から構成されており、予め基準硬貨から画像データを取得し、取得した基準硬貨の画像データからテンプレート１８の作成を行う。
【００３９】
ここで、画像データ抽出部は１５は、メモリ６により記憶保持している基準硬貨の画像データを読み出し、読み出した基準硬貨の画像データから被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データを抽出する。
【００４０】
また、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６は、画像データ抽出部１５で抽出した基準硬貨の画像データにおける濃度ヒストグラムを作成するとともに、作成したヒストグラムを累積した累積度数グラフを作成する。
【００４１】
また、辞書登録部１７は、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６で作成した累積度数グラフに基づき、比較照合部１３における被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８との比較照合の照合ポイントを決定し、決定した照合ポイントにおいて、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録する。なお、白画素用照合ポイントおよび白辞書並びに黒画素用照合ポイントおよび黒辞書については後述にて詳細に説明する。
【００４２】
また、全ての照合ポイントが白辞書若しくは黒辞書に登録されると、その白辞書および黒辞書がテンプレート１８として保存される。
【００４３】
次に、投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う機能的な動作について説明する。
【００４４】
被検査硬貨９が硬貨識別装置１に投入されると、被検査硬貨９は硬貨案内通路２を転動し、光源３は光１０を被検査硬貨９の表面に照射し、撮像素子４が被検査硬貨９の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号をＡ／Ｄ変換部５に所定の時間間隔で出力し、Ａ／Ｄ変換部５は電気信号を入力すると、入力した電気信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をメモリ６に送出し、メモリ６はディジタル信号を受け取ると、受け取ったディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持し、画像データ２値化部１２はメモリ６により記憶保持している被検査硬貨９の画像データを読み出し、予め設定した２値化閾値に基づいて被検査硬貨９の画像データの２値化を行い、比較照合部１３は被検査硬貨９の２値化画像データと、予め基準硬貨の画像データから作成したテンプレート１８とを比較して類似度を算出し、真偽判定部１４は比較照合部１３が算出した類似度が予め設定した基準値を上回るか否か確認し、類似度が基準値を上回る場合は正貨と判別し、類似度が基準値を下回る場合は偽貨と判別する。
【００４５】
次に、テンプレート１８を作成する際に、硬貨識別装置１が行う機能的な動作について説明する。
【００４６】
基準硬貨が硬貨識別装置１に投入されると、基準硬貨は硬貨案内通路２を転動し、光源３は光１０を基準硬貨の表面に照射し、撮像素子４が基準硬貨の表面により反射した反射光１１を受光し、受光した反射光１１の光量に応じて電気信号をＡ／Ｄ変換部５に所定の時間間隔で出力し、Ａ／Ｄ変換部５は電気信号を入力すると、入力した電気信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をメモリ６に送出し、メモリ６はディジタル信号を受け取ると、受け取ったディジタル信号の信号レベルを所定の記憶領域に順に格納して連続したアドレスを割り当て、画像データとして一時的に記憶保持し、画像データ抽出部１５はメモリ６により記憶保持している基準硬貨の画像データを読み出し、読み出した基準硬貨の画像データから被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データを抽出し、ヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６は画像データ抽出部１５で抽出した画像データにおける濃度ヒストグラムを作成するとともに、作成したヒストグラムを累積した累積度数グラフを作成し、辞書登録部１７はヒストグラム・累積度数グラフ作成部１６で作成した累積度数グラフに基づき、比較照合部１３における被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８との比較照合の照合ポイントを決定し、決定した照合ポイントにおいて、白画素用照合ポイントに決定した画素の座標を白辞書に登録し、また、黒画素用照合ポイントに決定した画素の座標を黒辞書に登録し、全ての照合ポイントが白辞書若しくは黒辞書に登録されると、その白辞書および黒辞書がテンプレート１８として保存される。
【００４７】
なお、本発明に係わる硬貨識別装置１は、被検査硬貨９および基準硬貨が硬貨案内通路２により搬送される構成でも適用可能である。
【００４８】
次に、投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う処理手順について図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４９】
被検査硬貨が投入されると、被検査硬貨を撮像し（ステップＳ２０１）、被検査硬貨を撮像することで取得した被検査硬貨の画像データを２値化し（ステップＳ２０２）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとを順次比較照合し（ステップＳ２０３）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致する場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、正貨として処理し（ステップＳ２０５）、処理手順を終了する。
【００５０】
また、ステップＳ２０４において、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致しない場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、偽貨として処理し（ステップＳ２０６）、処理手順を終了する。
【００５１】
次に、被検査硬貨９の２値化画像データとテンプレート１８とを比較照合する際に、比較照合部が行う処理手順について図３に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、図３に示すフローチャートのｉは回転角度毎に用意した各テンプレート１８の番号を示し、Ｗｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレート１８の白辞書を示し、Ｂｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレート１８の黒辞書を示す。
【００５２】
ｉ＝０に設定し（ステップＳ３０１）、Ｗｄｉｃ（ｉ）と照合して一致する画素数ＷＣ（ｉ）をカウントし（ステップＳ３０２）、Ｂｄｉｃ（ｉ）と照合して一致する画素数ＢＣ（ｉ）をカウントし（ステップＳ３０３）、ＷＣ（ｉ）とＢＣ（ｉ）とに基づいて類似度を算出し（ステップＳ３０４）、類似度が基準値を上回る場合（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致すると判定し（ステップＳ３０６）、処理手順を終了する。
【００５３】
また、ステップＳ３０５において、類似度が基準値を下回る場合（ステップＳ３０５でＮＯ）、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいるか否か確認する（ステップＳ３０７）。
【００５４】
ここで、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいない場合（ステップＳ３０７でＮＯ）、照合する領域を移動し（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０２に戻る。
【００５５】
また、被検査硬貨の２値化画像データの全領域に対してテンプレートの照合が済んでいる場合（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、ｉ＝ｉ＋１に設定し（ステップＳ３０９）、全てのテンプレートとの照合が済んでいない場合（ステップＳ３１０でＮＯ）、ステップＳ３０２に戻る。
【００５６】
また、ステップＳ３１０において、全てのテンプレートとの照合が済んでいる場合（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、被検査硬貨の２値化画像データとテンプレートとが一致しないと判定し（ステップＳ３１１）、処理手順を終了する。
【００５７】
次に、識別部７が行う本発明に係わる硬貨識別方法について詳細に説明する。
【００５８】
図４は、比較照合部１３が行う被検査硬貨の２値化画像データ１９と回転角度毎に用意したテンプレートとの比較照合の処理を説明する図である。
【００５９】
図４（ａ）は、被検査硬貨の２値化画像データ１９の一例であり、画像データの大きさはｐ×ｑとし、図４（ｂ）はｉ＝０のテンプレート（回転角度が０度）２３１の一例であり、図４（ｃ）はｉ＝１のテンプレート（回転角度が約１０度）２３２の一例であり、図４（ｄ）はｉ＝２のテンプレート（回転角度が約２０度）２３３の一例であり、テンプレートの大きさはｍ×ｎとし、ｐ＞ｍ且つｑ＞ｎとする。
【００６０】
比較照合部１３は、被検査硬貨の２値化画像データ１９がテンプレートより大きいため、図４（ａ）に示すように、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対して比較するテンプレートの範囲２０を移動させる。例えば、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝０のテンプレート２３１を比較照合する場合、被検査硬貨の２値化画像データの座標（０，０）２１１にテンプレートの原点（０，０）２２を重ねて比較照合することで類似度を算出する。そして、算出した類似度が基準値を上回らなければ、被検査硬貨の２値化画像データの座標（１，０）２１２にテンプレートの原点２２を重ねて類似度を算出する。そして、類似度が基準値を上回るまで、テンプレートの原点２２に重ねる被検査硬貨の２値化画像データの座標を（２，０）２１３→…→（ｐ−ｍ、０）２１４→（０，１）２１５→（１，１）２１６→…→（ｐ−ｍ，ｑ−ｎ）２１７のように移動させて比較照合を行い、類似度が基準値を一度でも上回れば、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝０のテンプレート２３１とは一致であると判別し、全座標での比較が終了して類似度が一度も基準値を上回らなければ、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝０のテンプレート２３１とは不一致であると判別する。
【００６１】
続いて、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝１のテンプレート２３２を比較照合し、類似度が基準値を上回らない場合、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝１のテンプレート２３２とは不一致であると判別し、続いて、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対してｉ＝２のテンプレート２３３を比較照合し、類似度が基準値を上回らない場合、被検査硬貨の２値化画像データ１９とｉ＝２のテンプレート２３３とは不一致であると判別し、ｉ＝４、５、６、…のテンプレートとの比較照合を行い、全テンプレートと比較照合を行ったものの、類似度が基準値を上回らなかった場合は、偽貨と判別する。
【００６２】
なお、被検査硬貨の２値化画像データ１９に対するテンプレートの比較照合を開始する際に、一番最初にテンプレートを重ねる被検査硬貨の２値貨画像データの座標を、予めテンプレート毎に設定し、例えば、ｉ＝０のテンプレート２３１を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値貨画像データの座標（０，０）から重ねるように設定し、ｉ＝１のテンプレート２３２を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値化画像データの座標（２，２）から重ねるように設定し、ｉ＝２のテンプレート２３３を使用する際には、一番初めに被検査硬貨の２値化画像データの座標（４，４）から重ねるように設定することで、類似度の算出を高速化することができる。
【００６３】
次に、基準硬貨から取得した画像データからテンプレートを作成する際に、テンプレート作成部８が行う処理手順について図５に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、図５に示すフローチャートのｉは回転角度毎に用意した各テンプレートの番号を示し、Ｉｍａｇｅ（ｉ）は基準硬貨から取得した回転角度毎の画像データを示し、Ｗｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレートの白辞書を示し、Ｂｄｉｃ（ｉ）はｉのテンプレートの黒辞書を示す。
【００６４】
基準硬貨から回転角度毎の画像データを取得し（ステップＳ５０１）、ｉ＝０に設定し（ステップＳ５０２）、Ｉｍａｇｅ（ｉ）から比較照合の対象となる画像データを抽出し（ステップＳ５０３）、抽出した比較照合の対象となる画像データにおける濃度ヒストグラムと累積度数グラフとを作成し（ステップＳ５０４）、作成した濃度ヒストグラムと累積度数グラフとに基づいて白の濃度の高い方から順に所定の個数分の画素を抽出し、抽出した画素の座標をＷｄｉｃ（ｉ）に登録し（ステップＳ５０５）、濃度ヒストグラムと累積度数グラフとに基づいて黒の濃度の高い方から順に所定の個数分の画素を抽出し、抽出した画素の座標をＢｄｉｃ（ｉ）に登録し（ステップＳ５０６）、全てのＩｍａｇｅ（ｉ）における辞書登録が完了していない場合（ステップＳ５０７でＮＯ）、ｉ＝ｉ＋１に設定し（ステップＳ５０８）、ステップＳ５０３に戻る。
【００６５】
また、ステップＳ５０７において、全てのＩｍａｇｅ（ｉ）における辞書登録が完了した場合（ステップＳ５０７でＹＥＳ）、処理手順を終了する。
【００６６】
次に、テンプレート作成の処理について詳細に説明する。
【００６７】
図６は、従来の硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【００６８】
図６（ａ）は、基準硬貨の画像から抽出した比較照合の対象となる画像２４の一例である。ここで、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合の照合ポイントを決定する際には、比較照合の対象となる画像２４から濃度ヒストグラム２５１および累積度数グラフ２６１を作成する。
【００６９】
図６（ｂ）は、比較照合の対象となる画像２４から作成した濃度ヒストグラム２５１および累積度数グラフ２６１の一例である。なお、濃度ヒストグラム２５１にとっての横軸は濃度値、縦軸は画素数を示し、累積度数グラフ２６１にとっての横軸は濃度値、縦軸は累積度を示す。
【００７０】
ここで、図６（ｂ）に示すように、従来の硬貨識別方法では、累積度数グラフ２６１より累積度が５０％の濃度値を平均濃度値とし、その平均濃度値より低い濃度値の画素を黒画素用照合ポイントに決定し、その平均濃度値より高い濃度値の画素を白画素用照合ポイントに決定する。
【００７１】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す平均濃度値を２値化閾値に設定し、その２値化閾値に基づいて基準硬貨の画像２４の２値化を行った基準硬貨の２値化画像データ２７であり、基準硬貨の２値化画像データ２７の白の画素２８１が白画素用照合ポイントとして白辞書に登録され、基準硬貨の２値化画像データ２７の黒の画素２９１が黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録される。
【００７２】
しかし、被検査硬貨９を識別するための比較照合の対象となる領域の画像データの全ての画素をテンプレートとして白辞書および黒辞書に登録すると、白黒が明確でない中間の濃度（つまり、平均濃度値近傍の濃度）の画素を強制的に白の画素若しくは黒の画素に分離してしまうため、テンプレートの中間の濃度の画素での比較照合において、誤識別が発生する可能性がある。
【００７３】
図７は、本発明に係わる硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【００７４】
図７（ａ）は、基準硬貨の画像から抽出した比較照合の対象となる画像２４の一例である。ここで、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合の照合ポイントを決定する際には、比較照合の対象となる画像２４から濃度ヒストグラム２５２および累積度数グラフ２６２を作成する。
【００７５】
図７（ｂ）は、比較照合の対象となる画像２４から作成した濃度ヒストグラム２５２および累積度数グラフ２６２の一例である。なお、濃度ヒストグラム２５２にとっての横軸は濃度値、縦軸は画素数を示し、累積度数グラフ２６１にとっての横軸は濃度値、縦軸は累積度を示す。
【００７６】
ここで、図７（ｂ）に示すように、本発明に係わる硬貨識別方法では、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとを比較照合する際の白画素用照合ポイントとして白の濃度が高い方から順に所定の個数分の画素を白辞書に登録するとともに、黒画素用照合ポイントとして黒の濃度が高い方から順に所定の個数分の画素を黒辞書に登録する。例えば、図７（ｂ）に示すように、白の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を白画素用照合ポイントとして白辞書に登録し、黒の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録し、残りの５０％の画素は中間の濃度の画素となり、当該中間の濃度の画素を照合ポイントの対象外とする。
【００７７】
図７（ｃ）は、白の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を白の画素２８２とし、黒の濃度が高い方から順に全画素数の２５％分の画素を黒の画素２９２とし、残りの５０％の画素を灰色の画素３０とした基準硬貨の３値化画像データ３１であり、基準硬貨の３値化画像データ３１の白の画素２８２が白画素用照合ポイントとして白辞書に登録され、基準硬貨の３値化画像データ３１の黒の画素２９２が黒画素用照合ポイントとして黒辞書に登録され、基準硬貨の３値化画像データ３１の灰色の画素３０が照合ポイントの対象外となる。
【００７８】
つまり、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとを比較する際に、テンプレートの白黒が明確である画素についての比較照合を行い、テンプレートの白黒が明確でない中間の濃度の画素について比較照合を行わないようにする。
【００７９】
従って、被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレートとの比較照合における、中間の濃度の画素による誤識別の発生を防止することができるとともに、照合ポイントの数を削減することで、比較照合による識別処理を高速化することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多数の照明光源を設けずに硬貨を撮像することで、小型化および低コスト化の実現を可能にし、多くの照明光源を設けずに撮像した多少の照明むらを含む画像に対して、予め用意した種々の回転角度のテンプレートと順次比較照合を行い、照合の際に中間の濃度を照合ポイントから除くことで、識別精度を下げることなく識別処理を行うことを可能にし、照合の際に比較照合の照合ポイントの数を削減することで、識別処理の高速化を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる硬貨識別装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２】投入された被検査硬貨９の種類および真偽を識別する際に、硬貨識別装置１が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図３】被検査硬貨の２値化画像データ１９とテンプレート１８とを比較照合する際に、比較照合部が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図４】比較照合部１３が行う被検査硬貨の２値化画像データ１９と回転角度毎に用意したテンプレートとの比較照合の処理を説明する図である。
【図５】基準硬貨から取得した画像データからテンプレートを作成する際に、テンプレート作成部８が行う処理手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【図７】本発明に係わる硬貨識別方法におけるテンプレート作成の処理を説明する図である。
【符号の説明】
１ 硬貨識別装置
２ 硬貨案内通路
３ 光源
４ 撮像素子
５ Ａ／Ｄ変換部
６ メモリ
７ 識別部
８ テンプレート作成部
９ 被検査硬貨
１０ 光
１１ 反射光
１２ 画像データ２値化部
１３ 比較照合部
１４ 真偽判定部
１５ 画像データ抽出部
１６ ヒストグラム・累積度数作成部
１７ 辞書登録部
１８ テンプレート
１９ 被検査硬貨の２値化画像データ
２０ テンプレートの範囲
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７ 被検査硬貨の２値化画像データの座標
２２ テンプレートの原点
２３１ ｉ＝０のテンプレート
２３２ ｉ＝１のテンプレート
２３３ ｉ＝２のテンプレート
２４ 比較照合の対象となる画像
２５１、２５２ 濃度ヒストグラム
２６１、２６２ 累積度数グラフ
２７ 基準硬貨の２値化画像データ
２８１、２８２ 白の画素
２９１、２９２ 黒の画素
３０ 灰色の画素
３１ 基準硬貨の３値化画像データ
Claims (10)
- 硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別装置において、
前記硬貨の特定領域の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートを作成するテンプレート作成手段と、
前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを順次比較照合する比較照合手段と、
前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を識別する硬貨識別手段と
を具備することを特徴とする硬貨識別装置。 - 前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を２値化する画像２値化手段
を更に具備し、
前記テンプレート作成手段は、
前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを抽出する画像データ抽出手段と、
前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、
前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを作成する累積度数グラフ作成手段と、
前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を前記テンプレートに登録する登録手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の硬貨識別装置。 - 前記登録手段は、
前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とする
ことを特徴とする請求項２記載の硬貨識別装置。 - 前記比較照合手段は、
前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、
該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、
前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、
前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出する
ことを特徴とする請求項２記載の硬貨識別装置。 - 前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定する
ことを特徴とする請求項４記載の硬貨識別装置。 - 硬貨の画像に基づき、該硬貨の識別を行う硬貨識別方法において、
前記硬貨の特定領域の画像を画像取得手段により取得し、
前記画像取得手段で取得した硬貨の画像に対応する種々の角度における正貨の画像データに基づき、テンプレートをテンプレート作成手段により作成し、
前記テンプレート作成手段で種々の角度毎に作成したテンプレートと前記硬貨の画像とを比較照合手段により順次比較照合し、
前記比較照合手段での比較照合に基づき、前記硬貨を硬貨識別手段により識別する
ことを特徴とする硬貨識別方法。 - 前記画像取得手段で取得した硬貨の画像を画像２値化手段により２値化し、
前記テンプレート作成手段は、
前記正貨の画像データから前記比較照合手段による比較照合の対象となる領域の画像データを画像データ抽出手段により抽出し、
前記画像データ抽出手段で抽出した画像データから濃度ヒストグラムを濃度ヒストグラム作成手段により作成し、
前記濃度ヒストグラム作成手段で作成した濃度ヒストグラムから累積度数グラフを累積度数グラフ作成手段により作成し、
前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記比較照合手段による硬貨の２値化画像との比較照合の対象となる画素を登録手段により前記テンプレートに登録する
ことを特徴とする請求項６記載の硬貨識別方法。 - 前記登録手段は、
前記濃度ヒストグラムと前記累積度数グラフとに基づき、前記正貨の画像データにおける所定の範囲の濃度値の画素を前記比較照合手段による前記硬貨の２値化画像との比較照合の対象とする
ことを特徴とする請求項７記載の硬貨識別方法。 - 前記比較照合手段は、
前記硬貨の２値化画像から、前記テンプレートとの比較照合の対象となる比較照合領域を抽出し、
該抽出した比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出し、
前記類似度が予め設定した基準値を超える場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を正貨と判定し、
前記類似度が予め設定した基準値を超えない場合、前記硬貨の２値化画像から新たな比較照合領域を抽出し、該抽出した新たな比較照合領域と前記テンプレートとの類似度を算出する
ことを特徴とする請求項７記載の硬貨識別方法。 - 前記比較照合手段により前記硬貨の２値化画像から抽出できる全比較照合領域と角度毎に作成した全テンプレートとから算出した全類似度が基準値を超えない場合、前記硬貨識別手段は前記硬貨を偽貨と判定する
ことを特徴とする請求項９記載の硬貨識別方法。
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