JP3716873B2 - Paper sheet identification device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙葉類を光学的センサで読み取った入力イメージを予め登録した複数の基準イメージと比較して紙葉類の真偽又は種類を識別する紙葉類識別装置に関し、特に、米国のドル紙幣のように各金種間で光学的パターンが類似する紙葉類を高速かつ正確に識別できる紙葉類識別装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、搬送中の紙幣の真偽及び金種を識別する紙幣識別装置では、紙幣を金種毎に光学的センサで読み取った基準イメージをあらかじめ準備しておき、識別対象となる紙幣を光学的センサで読み取った入力イメージを各基準イメージと比較することが多い。
【0003】
例えば、特開平5−143829号公報には、センサにより被判別紙幣の印刷パターンを読み取ったならば、被判別紙幣の長手方向のデータを算出し、その算出データと標準データとを比較して、長手方向のパターンの連続性を検出するよう構成した紙幣判別装置が開示されている。
【0004】
また、特公平7−89386号公報には、センサで読み取った検出パターンと予め記憶した基準パターンを比較して紙葉類の真偽を判定する際に、多数の紙葉類のパターンの分布頻度別に設けられた複数の基本パターンをあらかじめ設け、この検出パターンがいずれの基本パターンに含まれるかによって評価点を与え、この評価点に基づいて算定したマッチング率が所定値以上である時に紙葉類を真と判定するよう構成した紙葉類の真偽判別装置が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各金種間で光学的パターンが非常に類似する紙幣については、上記従来技術を用いた場合であっても、その光学パターンのみで紙幣の金種を判別することが難しい。
【0006】
例えば、米国のドル紙幣には、1$紙幣、2$紙幣、5$紙幣、10$紙幣、50$紙幣、100$紙幣、500$紙幣、1000$紙幣、5000$紙幣及び10000$紙幣があるが、500$以上の高額紙幣についても6.8cm×16.4cmと同一サイズであり、また肖像画及び四隅の数字以外は同一であるため、光学的パターンが非常に似通っている。
【0007】
このため、かかる紙幣を光学的に読み取って識別するためには、入力イメージを基準イメージと詳細に比較する必要があるが、現実的にはイメージセンサの感度特性のばらつきや紙幣の汚れ等が存在するため、このような紙幣を正確かつ高速に識別することは難しい。
【0008】
具体的には、イメージセンサの各画素の感度特性にはばらつきがあり、また、たとえ全く同じ紙幣を搬送させた場合であっても、搬送時の左右のぶれにより異なる画素により検出されることがある。
【0009】
さらに、紙幣のしわ、汚れ、印刷むら、印刷ずれ又は裁断ずれが存在する場合や、高速な搬送に起因してイメージセンサと紙幣の間隔が変動する場合には、検出データにばらつきが生ずる。
【0010】
このため、米国のドル紙幣のように各金種間で光学的パターンが類似する紙葉類を、いかにして高速かつ正確に識別するかが重要な課題となっている。
【0011】
そこで、本発明では、上記課題を解決して、米国のドル紙幣のように各金種間で光学的パターンが類似する紙葉類を、正確かつ高速に識別することができる紙葉類識別装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第1の発明は、紙葉類を光学的センサで読み取った入力画像を予め登録した複数の基準画像と比較して前記紙葉類の真偽又は種類を識別する紙葉類識別装置において、各基準画像に対応する基準データをブロック分割し、複数の基準データの対応するブロック間の距離と各ブロック内の分散に基づいてブロックごとの重みを算出する重み算出手段と、前記入力画像に対応する識別対象データと各基準データとの絶対距離に基づいて複数の候補基準データを選択する選択手段と、各候補基準データ及び前記識別対象データの各ブロックごとの距離と前記重み算出手段が算出した重みに基づいて、該識別対象データと各候補基準データとの重み付け相対距離を算出する重み付け相対距離算出手段と、前記重み付け相対距離算出手段が算出した複数の重み付け相対距離に基づいて前記紙葉類の真偽又は種類を識別する識別手段とを具備したことを特徴とする。
【0013】
また、第2の発明は、前記入力画像又は基準画像を2次微分してラプラシアン画像を作成し、該ラプラシアン画像を所定のブロックに分割して各ブロックごとのヒストグラムを有する識別対象データ又は基準データを作成するデータ作成手段をさらに具備し、前記重み付け相対距離算出手段は、前記識別対象データと前記複数の候補基準データとの距離を各ブロックごとに求め、求めたブロック間の距離と該ブロックに対応する重みとの積を加算して重み付け相対距離を算出することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、本発明を米国紙幣を識別する紙幣識別装置に適用した場合を示している。
【0015】
図1は、本実施の形態で用いる紙幣識別装置10の構成を示す図である。
【0016】
図1に示す紙幣識別装置10は、イメージセンサを有するセンサ部11が読み取った紙幣の真偽及び種類を高速に識別する装置であり、具体的には、重み付け相対距離なる概念を導入して、各紙幣相互間の印刷パターンが異なる部位を強調した識別を行うものである。
【0017】
図1に示すように、この紙幣識別装置10は、センサ部11と、データ作成部12と、識別処理部13と、重み算定部14と、基準データ記憶部15と、候補基準データ選択部16と、重み付け相対距離算出部17とからなる。
【0018】
なお、この識別処理部13、重み算定部14、候補基準データ選択部16及び重み付け相対距離算出部17は、それぞれ請求項1に記載する識別手段、重み算出手段、選択手段及び重み付け相対距離算出手段に対応し、またデータ作成部12は、請求項2に記載するデータ作成手段に対応する。
【0019】
センサ部11は、図示しない搬送路から搬送された紙幣をイメージセンサで読み取り、該読み取った入力イメージをデータ作成部12に出力する。なお本実施の形態では、紙幣の片面のみを識別対象とする場合について説明するが、紙幣の両面を識別対象とする場合には、紙幣の両面をイメージセンサで読み取ることになる。
【0020】
データ作成部12は、センサ部11が読み取った識別対象となる紙幣の入力イメージから該入力イメージに対応するデータ(以下「識別対象データ」という。)を作成する処理部である。
【0021】
具体的には、このデータ作成部12では、センサ部11から入力イメージを受け付けたならば、この入力イメージに対して斜行補正、位置合わせ及び平滑化等の前処理を行った後に、ラプラシアンフィルターを適用してラプラシアン画像を作成し、このラプラシアン画像を12ブロックにブロック分割して、各ブロックごとにヒストグラムをとって識別対象データとする。
【0022】
なお、この識別対象データの種類を判断するためには、あらかじめ1$紙幣、5$紙幣、10$紙幣等の各種紙幣を読み取り、識別の比較対象となるデータ(以下「基準データ」という。)が必要となる。
【0023】
このため、このデータ作成部12では、センサ部11により基準イメージが読み取られた場合には、各基準イメージに対応する基準データを作成するよう構成されている。
【0024】
ただし、この基準データは、識別対象データを作成する場合と異なり、一回の試行のみで作成されるのではなく、同一金種の紙幣を複数回読み取り、その平均値を用いて作成される。
【0025】
すなわち、識別対象データの比較対象となる基準データは、紙幣の汚れや光学的なばらつきの影響を受けることは妥当でないため、かかる複数の試行を前提としている。
【0026】
このため、n種類目の紙幣の基準データを作成する場合には、該n種類目の紙幣をP回読み取ってそれぞれ対応するP枚のヒストグラムデータを作成し、各ヒストグラムデータをブロックごとに平均化して基準データとする。
【0027】
具体的には、n種類目の紙幣の基準データの作成に用いるp枚目(ただし、0≦p<Pとする。)のヒストグラムデータのブロックmのヒストグラムをsnmp (l)とすると、n種類目の紙幣に対応する基準データのブロックmのヒストグラムtnm(l)(ただし、0≦l<Lとし、Lはヒストグラムのサイズとする。)は、
tnm(l) = (Σp snmp(l))/P
の算定式から得られる。ただし、変数pは0以上P−1以下となる。
【0028】
識別処理部13は、識別対象データを受け付けた際に、候補基準データ選択部16及び重み付け相対距離算出部17を用いて、識別対象データに近い2つの基準データの重み付け相対距離を入手し、該重み付け相対距離に基づいて入力紙幣の真偽及び種類を識別する処理部である。
【0029】
なお、データ作成部12から基準データを受け付けた場合には、重み算定部14を用いて各基準データ相互間の重みデータを算出し、この重みデータと基準データを基準データ記憶部15に格納する。
【0030】
具体的には、識別対象データを受け取ったならば、この識別対象データと基準データ記憶部15に記憶した基準データを候補基準データ選択部16に出力して候補基準データの選択を依頼する。そして、2つの候補基準データを得たならば、かかる基準データ、該候補基準データに対応する重みデータ及び識別対象データを重み付け相対距離算出部17に出力する。
【0031】
そして、この重み付け相対距離算出部17が、各基準パターンとの重み付け相対距離を算出したならば、この重み付け相対距離の差が所定のしきい値以上であることを条件として当該紙幣の種類を識別する。
【0032】
重み算定部14は、識別処理部13から複数の基準データを受け取り、2つの基準データの対応するブロック間の重みデータを算出する処理部である。例えば、1$紙幣、5$紙幣及び10$紙幣が基準紙幣である場合には、1$紙幣と5$紙幣、1$紙幣と10$紙幣、5$紙幣と10$紙幣という3つの場合について各ブロック間の重みを算出する。
【0033】
具体的には、基準データiと基準データjのブロックm相互間のチェビシェフ距離(以下「距離」という。)dijm は、
dijm = Σl |tim(l)−tjm(l)|
の算定式から求められ、基準データi及びjのブロックm相互間の重みwijm は、
wijm = dijm/(vim×vjm)
の算定式から求められる。ただし、lは0以上L−1以下とする。
【0034】
なお、vnmは、n種類目の紙幣に対応する基準データのブロックmの分散であり、
vnm = Σp (Σl|snmp(l)−tnm(l)|)^2/P
の算定式から求められる。ただし’^’はべき乗を示すものとし、pは0以上P−1以下、lは0以上L−1以下とする。
【0035】
このように、ブロック間の重みデータwijm は、距離dijm が離れている程大きくなり、基準データのブロックの分散が大きくなる程小さくなる。
【0036】
なお、本実施の形態がかかる重みデータwijm を採用した理由は、距離dijm が離れている程、このブロックmにおける両紙幣の印刷パターンに違いがあると考えられるからである。
【0037】
すなわち、紙幣の識別を正確かつ高速に行うためには、似通った部分を重視せずに特徴が異なる部分を重視することが重要であるため、本実施の形態では、かかる重みデータを導入することとしている。
【0038】
また、ここで言う分散とは、参照対象となる紙幣の基準データを得る際に、同一の金種について作成した複数のヒストグラムのブロックごとの分散であるため、各基準データのブロックの分散すなわちばらつきが大きいほど、かかるブロックにおける重みデータを小さくしている。
【0039】
ただし、例えば1$紙幣と5$紙幣の場合と、1$紙幣と10$紙幣の場合とでは、必ずしも特徴が異なる部分が同一とは言えないため、2種類の紙幣相互間で重みデータを算定する。
【0040】
基準データ記憶部15は、データ作成部12が作成した各基準イメージに対応する基準データと、重み算出部14が算出した重みデータを記憶する記憶部である。
【0041】
候補基準データ選択部16は、基準データ記憶部15に記憶した複数の基準データと識別対象データを受け取り、該識別対象データと距離が近い2つの基準データを選択する処理部である。
【0042】
具体的には、識別対象データ及び基準データの対応するブロック間の距離を計算し、この距離を全ブロック分加算したものを識別対象データと基準データの距離とする。
【0043】
ここで、識別対象データのブロックmのヒストグラムをhm (l)(ただし、0≦l<Lとする。)とした場合には、各ブロック間の距離Dim及び各ブロック間の距離の総和(以下「絶対距離」という。)は、それぞれ
Dim = Σl |hm(l)−tnm(l)|
Di = Σm Dim
となる。ただし、lは0以上L−1以下とし、mは0以上M−1以下とする。
【0044】
このように、この候補基準データ選択部16は、識別対象データと各基準データの各ブロック間の距離の総和(以下「絶対距離」という。)を算定し、この絶対距離の近いもの2つを候補基準データとして選択する。
【0045】
重み付け相対距離算出部17は、候補基準データ選択部16が選択した2つの基準データと、該2つの基準データ間の重みデータと、識別対象データとを受け取り、識別対象データと2つの基準データとの重み付け相対距離を算出する処理部である。
【0046】
具体的には、識別対象データと基準データiとの間の重み付け相対距離siは、
si = Σm (wijm×Dim)
となり、識別対象データと基準データjとの間の重み付け相対距離sjは、
sj = Σm (wijm×Dim)
となる。ただし、mは0以上M−1以下とする。
【0047】
このように、この重み付け相対距離算出部17では、識別対象データと基準データの対応するブロック間の距離を求め、対応するブロックの重みデータをこの距離に掛け合わせたデータを全ブロック分加算することにより、重み付け相対距離を求めている。
【0048】
すなわち、識別対象となる紙幣と参照対象となる紙幣が、全ブロックについて差異がある場合には、単にブロック距離を全ブロック分加算した絶対距離で対応することができるが、本実施の形態が対象とする米国紙幣は、各金種間で光学的パターンが類似するという特徴があるため、差異が大きなブロックを強調するために重み付け相対距離を導入している。
【0049】
このように、上記紙幣識別装置10は、識別対象データと距離が近い2つの基準データを候補基準データとして選択し、各候補基準データとの重み付け相対距離比較して紙幣の識別を行うよう構成しているため、各金種間で光学的パターンが類似する紙幣であっても、正確かつ高速に識別することができる。
【0050】
次に、上記紙幣識別装置10の処理手順について説明する。
【0051】
図2は、図1に示す紙幣識別装置10の処理手順を示すフローチャートである。
【0052】
図2に示すように、この紙幣識別装置10では、まず最初に参照対象となる紙幣をセンサ部11のイメージセンサで読み取り、読み取った各基準イメージに対応する基準データを作成する(ステップ201)。
【0053】
次に、重み算出部14が、各基準データの対応するブロックごとに重みデータを算定し(ステップ202)、この重みデータと各基準データを基準データ記憶部15に登録する(ステップ203)。なお、かかる基準データ及び重みデータの登録は、紙幣の識別に先だってあらかじめ実行される。
【0054】
そして、識別対象の紙幣がセンサ部11のイメージセンサで読み取られると(ステップ204)、データ作成部12は、入力イメージに対して斜行補正、位置合わせ及び平滑化等の前処理を行った後に、該入力イメージに対してラプラシアンオペレータを適用してラプラシアン画像を作成し、該ラプラシアン画像を12ブロックにブロック分割して、各ブロックのヒストグラムからなる識別対象データを作成する(ステップ205)。
【0055】
次に、候補基準データ選択部16は、あらかじめ登録した複数の基準データから識別対象データに近い2つの候補基準データを選択し(ステップ206)、この2つの候補基準データについて重み付け相対距離をそれぞれ算出する(ステップ207)。
【0056】
そして、この重み付け相対距離算出部17が算出した重み付け相対距離に基づいて、識別処理部13が、紙幣の真偽又は種類の識別を行う(ステップ208)。
【0057】
なお、かかる識別処理を続行する場合には、ステップ204に移行して上記ステップ204〜208の処理を繰り返し(ステップ209)、続行しない場合には処理を終了する。通常の処理では、紙幣を複数枚一括して装置にセットし、図示しない繰り出し機構により1枚ずつ繰り出して高速搬送し、識別を行い、全ての紙幣がなくなると処理を終了する。つまり、ステップ204〜ステップ209のみが実行される。
【0058】
ただし、ここでは説明の便宜上、ステップ202に示す基準データの作成を簡略化して説明したが、この基準データはステップ205に示す識別対象データの作成手順と同様にして作成される。
【0059】
次に、図1に示す紙幣識別装置10の各部の処理について図3〜図6を用いて具体的に説明する。
【0060】
図3は、図1に示すデータ作成部12の処理概念を示す図である。
【0061】
図3(a)は、データ作成部12が行うブロック分割の一例を示す図であり、同図に示すように、このデータ作成部12では、ラプラシアンフィルターを適用したラプラシアン画像30をブロック0〜ブロック11の12ブロックにブロック分割する。
【0062】
そして、このように分割された各ブロックは、重み算定部14による重みデータの算定、候補基準データ選択部16による基準データの選択、重み付け相対距離算出部17による重み付け相対距離の算出の処理単位となる。
【0063】
図3(b)は、各ブロックにおけるヒストグラムの作成概念を示す図であり、同図に示すように、ブロック0の各Y座標ごとにX軸方向に画素値が集計され、その画素値の合計がブロック0のヒストグラムに格納される。
【0064】
そして、このようにして作成された各ブロックのヒストグラムは、図3(c)に示すように正規化され、図3(d)に示すように、ブロック0〜ブロック11にそれぞれ対応するヒストグラムからなる識別対象データが作成される。
【0065】
なお、ここでは、識別対象データを作成する場合について図示説明したが、基準データを作成する場合には、参照対象となる各紙幣に対応する複数のヒストグラムデータを作成し、各ヒストグラムを平均化する処理が付加される。
【0066】
次に、図1に示す重み算出部13の処理概念について説明する。
【0067】
図4は、図1に示す重み算出部13が算定する重みデータ等の一例を示す図である。なお、ここでは1$紙幣の基準データと10$紙幣の基準データとの重みデータを算出する場合を示している。
【0068】
図4(a)は、1$紙幣の基準データと10$紙幣の基準データとの各ブロック間の距離(Dh)を示す図であり、同図に示すように、ブロック3、5及び8の距離が大きく、ブロック2、4及び7の距離は小さい。
【0069】
したがって、1$紙幣と10$紙幣をブロックごとに比較すると、ブロック2、4及び7については紙幣に印刷されたパターンが類似し、ブロック3、5及び8についてはパターンが異なることが分かる。このため、このブロック2、4及び7については重みを小さくし、ブロック3、5及び8については重みを大きくすることになる。
【0070】
図4(b)は、1$紙幣の基準データの分散(Ph)を示す図であり、同図に示すように、この1$紙幣の場合には、ブロック4の分散が比較的大きく、その他のブロックの分散は比較的小さい。このため、このブロック4については比較的重みを小さくすることになる。
【0071】
図4(c)は、10$紙幣の基準データの分散(Qh)を示す図であり、同図に示すように、この10$紙幣の場合には、ブロック1〜4の分散が比較的大きく、その他のブロックの分散は比較的小さい。このため、このブロック1〜4については比較的重みを小さくすることになる。
【0072】
図4(d)は、1$紙幣の基準データと10$紙幣の基準データとの間の各ブロックの重みデータ(Wh)を示す図である。なお、この重みデータWhはすでに説明したように、
Wh = Dh/(Ph×Qh)
により算定される。
【0073】
同図に示すように、ブロック3は、距離Dhが大きいものの各分散Ph及びQhが大きいために約10程度に重みが抑制され、ブロック8及び9は、距離Dhが大きくかつ分散も小さいために約20程度の大きな重みが付与されている。
【0074】
すなわち、この重みデータWhは、1$紙幣と10$紙幣に関しては、ブロック8及び9を重視すべきであることを意味している。
【0075】
次に、図1に示す候補基準データ選択部16の処理手順について説明する。
【0076】
図5は、図1に示す候補基準データ選択部16が行う候補基準データの選択手順を示すフローチャートである。
【0077】
図5に示すように、この候補基準データ選択部16では、まず最初に基準データ記憶部15にあらかじめ記憶した複数の基準データのうちの1つの基準データを選択し(ステップ501)、該基準データと識別対象データの各ブロック間の距離を求める(ステップ502)。
【0078】
そして、求めた各ブロックの距離を加算して絶対距離を算定し(ステップ503)、処理を行っていない他の基準データが存在するか否かを確認する(ステップ504)。
【0079】
そして、未処理の基準データが存在する場合には、ステップ501に移行して上記ステップ501〜503の処理を繰り返し、識別対象データと全ての基準データとの絶対距離を計算したならば、絶対距離が近いものから2つの基準データを選択する(ステップ505)。
【0080】
次に、図1に示す重み付け相対距離算出部17の処理概念について説明する。
【0081】
図6は、図1に示す重み付け相対距離算出部17の処理概念を示す図である。なお、ここでは1$紙幣及び10$紙幣の基準データが候補基準データとして選択されたものとする。
【0082】
図6に示すように、この重み付け相対距離算出部17は、1$紙幣の基準データと識別対象データのブロック間の距離A0〜A11を求め、各ブロック間の距離及び重みデータW0〜W11の積を加算して、1$紙幣の基準データと識別対象データの重み付け相対距離SAを算定する。
【0083】
次に、10$紙幣の基準データと識別対象データのブロック間の距離B0〜B11を求め、各ブロック間の距離及び重みデータW0〜W11の積を加算して、10$紙幣の基準データと識別対象データの重み付け相対距離SBを算定する。
【0084】
なお、この重み付け相対距離SA及びSBは、それぞれ識別処理部13に出力され、かかる識別処理部13では、かかる重み付け相対距離SA及びSBに基づいて紙幣の識別を行う。
【0085】
具体的には、重み付け相対距離の差|SA−SB|が所定の値以下である場合には、識別対象の紙幣がいずれの紙幣にも該当しないものと判断し、|SA−SB|が所定の値よりも大きな場合には、より小さな重み付け相対距離を持つ基準データに対応する紙幣が識別結果として出力される。
【0086】
上述してきたように、本実施の形態では、センサ部11が識別対象紙幣を読み取ったならば、データ作成部12が該入力イメージに対応する識別対象データを作成し、候補基準データ選択部16がこの識別対象データに近い2つの候補基準データを選択する。そして、重み付け相対距離算出部17が2つの候補基準データと識別対象データとの重み付け相対距離を算出し、識別処理部13がこの重み付け相対距離に基づいて紙幣の真偽及び種類を識別するよう構成したので、下記に示す効果が得られる。
【0087】
1)米国のドル紙幣のように各金種間で光学的パターンが類似する紙幣を正確かつ高速に識別することができる。
【0088】
2)各参照対象の紙幣相互間の特性の違いに基づいて、紙幣の識別を行うことができる。
【0089】
また、本実施の形態では、入力イメージにラプラシアンオペレータを適用したラプラシアン画像を12個のブロックに分割し、各ブロックのヒストグラムを識別対象データとするよう構成したので、ラプラシアン画像又は微分画像自体を識別対象データとした場合に比して演算量が少なくして高速な識別処理を行うことができる。
【0090】
ただし、本発明は、ラプラシアン画像の各ブロックについて作成したヒストグラムを識別対象データとする場合にのみ限定されるものではなく、入力イメージ、ラプラシアン画像又は微分画像等を識別対象データとすることもできる。なお、この場合には、基準データについても対応する構造にする必要がある。
【0091】
また、本実施の形態は、候補基準データ選択部13が2つの候補基準データを選択することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、3つ以上の候補基準データを選択する場合に適用することもできる。
【0092】
例えば、この候補基準データ選択部13が3つの候補基準データを選択する場合には、まず、3つの候補データのうちの2つを選び、その2つの候補に対して上記の重み付け相対距離を計算して重み付け相対距離の小さい方を候補として残す。次に、その候補と3つの候補のうちの残りの1つとの間でさらに重み付け相対距離を計算して、重み付け相対距離の小さい方を最終的な結果とする。
【0093】
さらに、本実施の形態では、チェビシェフ距離を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、この距離概念に代えて相関係数等を用いることもできる。
【0094】
また、重みの算出方法は、Dhに比例し、PhとQhの積に反比例する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、この算出方法に代えて、Dhが一定値以上で、Ph,Qhが一定値以下のブロックの重みを1として、それ以外を0にする等の算出方法を用いることができる。
【0095】
また、本実施の形態では、本発明を米国紙幣を識別する紙幣識別装置に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、有価証券等各種紙葉類に適用することができる。
【0096】
【発明の効果】
以上説明したように、第1の発明では、各基準画像に対応する基準データをブロック分割し、複数の基準データの対応するブロック間の距離と各ブロック内の分散に基づいてあらかじめブロックごとの重みを算出しておき、入力画像を読み取った際には、まず、該入力画像に対応する識別対象データと各基準データとの絶対距離に基づいて複数の候補基準データを選択し、次に、各候補基準データ及び識別対象データの各ブロックごとの距離と重み算出手段が算出した重みに基づいて、識別対象データと各候補基準データとの重み付け相対距離を算出したうえで、該算出した複数の重み付け相対距離に基づいて識別対象データに対応する紙葉類の真偽又は種類を識別するものであり、かかる構成によって、
1)各紙幣相互間の印刷パターンが異なる部位を強調させるのに有用な上記重み付け相対距離を用い、米国のドル紙幣のように各金種間で光学的パターンが類似する紙幣を正確かつ高速に識別することが可能となる。
2)上記重み付け相対距離の概念を導入し、各参照対象の紙幣相互間の特性の違いに基づいて、紙幣の識別を行うことが可能となる。
という効果を奏する。
【0099】
また、第2の発明は、入力画像又は基準画像を2次微分してラプラシアン画像を作成し、該ラプラシアン画像を所定のブロックに分割して各ブロックごとのヒストグラムを有する識別対象データ又は基準データを作成するよう構成したので、入力画像、ラプラシアン画像又は微分画像自体を識別対象データとした場合に比して演算量が少なくして高速な識別処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態で用いる紙幣識別装置の構成を示す図。
【図2】図1に示す紙幣識別装置の処理手順を示すフローチャート。
【図3】図1に示すデータ作成部の処理概念を示す図。
【図4】図1に示す重み算出部が算定する重みデータ等の一例を示す図。
【図5】図1に示す候補基準データ選択部が行う候補基準データの選択手順を示すフローチャート。
【図6】図1に示す重み付け相対距離算出部の処理概念を示す図。
【符号の説明】
10…紙幣識別装置、 11…センサ部、 12…データ作成部、
13…識別処理部、 14…重み算定部、 15…基準データ記憶部、
16…候補基準データ選択部、 17…重み付け相対距離算出部、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a paper sheet identification apparatus that compares the input image obtained by reading a paper sheet with an optical sensor with a plurality of pre-registered reference images to identify the authenticity or type of the paper sheet, and in particular, The present invention relates to a paper sheet identification device that can quickly and accurately identify paper sheets having similar optical patterns between denominations such as dollar bills.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a banknote recognition apparatus for identifying the authenticity and denomination of a banknote being conveyed, a reference image obtained by reading the banknote with an optical sensor for each denomination is prepared in advance, and a banknote to be identified is optically detected. In many cases, the input image read in
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-143829, if a print pattern of a banknote to be discriminated is read by a sensor, data in the longitudinal direction of the banknote to be discriminated is calculated, and the calculated data is compared with standard data. A bill discriminating device configured to detect continuity of a pattern in a longitudinal direction is disclosed.
[0004]
In Japanese Patent Publication No. 7-89386, when the authenticity of a paper sheet is determined by comparing a detection pattern read by a sensor with a reference pattern stored in advance, the distribution frequency of a large number of paper sheet patterns. A plurality of basic patterns provided separately are provided in advance, and an evaluation score is given depending on which basic pattern is included in the detection pattern. When the matching rate calculated based on the evaluation score is equal to or higher than a predetermined value, the paper sheet Is disclosed as a true / false determination apparatus for paper sheets.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, for banknotes having very similar optical patterns between denominations, it is difficult to determine the denomination of banknotes using only the optical patterns, even when the above-described conventional technique is used.
[0006]
For example, US dollar bills include 1 $ bill, 2 $ bill, 5 $ bill, 10 $ bill, 50 $ bill, 100 $ bill, 500 $ bill, 1000 $ bill, 5000 $ bill and 10000 $ bill. However, since the bills of 500 dollars or more are also the same size as 6.8 cm × 16.4 cm, and are the same except for the portrait and the numbers at the four corners, the optical patterns are very similar.
[0007]
For this reason, in order to optically read and identify such banknotes, it is necessary to compare the input image with the reference image in detail, but in reality there are variations in sensitivity characteristics of the image sensor, dirt on the banknotes, etc. Therefore, it is difficult to identify such bills accurately and at high speed.
[0008]
Specifically, the sensitivity characteristics of each pixel of the image sensor vary, and even if the same banknote is transported, it can be detected by different pixels due to left and right shaking during transport. is there.
[0009]
Furthermore, when there are wrinkles, smudges, uneven printing, misprinting or cutting misalignment of the banknote, or when the interval between the image sensor and the banknote varies due to high-speed conveyance, the detection data varies.
[0010]
For this reason, how to quickly and accurately identify paper sheets having similar optical patterns between denominations such as US dollar bills is an important issue.
[0011]
Accordingly, in the present invention, a paper sheet identification device that can accurately and quickly identify paper sheets having similar optical patterns between denominations, such as US dollar bills, by solving the above problems. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a paper for identifying the authenticity or type of a paper sheet by comparing an input image obtained by reading the paper sheet with an optical sensor with a plurality of reference images registered in advance. In the leaf identification device, weight calculation means for dividing the reference data corresponding to each reference image into blocks and calculating a weight for each block based on a distance between corresponding blocks of the plurality of reference data and a variance in each block; Selection means for selecting a plurality of candidate reference data based on the absolute distance between the identification target data corresponding to the input image and each reference data; the distance for each block of each candidate reference data and the identification target data; and A weighted relative distance calculating means for calculating a weighted relative distance between the identification target data and each candidate reference data based on the weight calculated by the weight calculating means; Calculating means, characterized by comprising the identifying means for identifying the authenticity or type of the paper sheet based on a plurality of weighting the relative distance calculated is.
[0013]
In addition, the second invention generates a Laplacian image by quadratic differentiation of the input image or the reference image, divides the Laplacian image into predetermined blocks, and has identification target data or reference data having a histogram for each block. And a weighted relative distance calculating unit that determines a distance between the identification target data and the plurality of candidate reference data for each block, and calculates the distance between the calculated blocks and the block. A weighted relative distance is calculated by adding a product with a corresponding weight.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the present invention is applied to a bill identifying device for identifying US bills is shown.
[0015]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
[0016]
The
[0017]
As shown in FIG. 1, the
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Specifically, when the
[0022]
In order to determine the type of identification target data, various banknotes such as 1 $ banknotes, 5 $ banknotes, 10 $ banknotes are read in advance, and data to be compared for identification (hereinafter referred to as “reference data”). Is required.
[0023]
Therefore, the
[0024]
However, unlike the case where the identification target data is created, this reference data is not created by only one trial, but is created by reading the same denomination banknotes a plurality of times and using the average value.
[0025]
That is, the reference data to be compared with the identification target data is premised on such a plurality of trials because it is not appropriate to be affected by banknote stains or optical variations.
[0026]
For this reason, when creating the reference data for the nth banknote, the nth banknote is read P times to create the corresponding P histogram data, and each histogram data is averaged for each block. As reference data.
[0027]
Specifically, assuming that the histogram of the block m of the p-th histogram data (where 0 ≦ p <P) used to create the reference data for the n-th banknote is snmp (l), n types A histogram tnm (l) (where 0 ≦ l <L, where L is the size of the histogram) of the block m of the reference data corresponding to the banknote of the eye,
tnm (l) = (Σp snmp (l)) / P
It can be obtained from the following formula. However, the variable p is 0 or more and P-1 or less.
[0028]
When the
[0029]
When reference data is received from the
[0030]
Specifically, when the identification target data is received, the identification target data and the reference data stored in the reference
[0031]
And if this weighted relative
[0032]
The
[0033]
Specifically, the Chebyshev distance (hereinafter referred to as “distance”) dijm between the blocks m of the reference data i and the reference data j is:
dijm = Σl | tim (l) -tjm (l) |
The weight wijm between the blocks m of the reference data i and j is obtained from the following formula:
wijm = dijm / (vim x vjm)
It is obtained from the following formula. However, l is 0 or more and L-1 or less.
[0034]
Note that vnm is the variance of the block m of the reference data corresponding to the nth banknote,
vnm = Σp (Σl | snmp (l) −tnm (l) |) ^ 2 / P
It is obtained from the following formula. However, "^" indicates a power, p is 0 or more and P-1 or less, and l is 0 or more and L-1 or less.
[0035]
Thus, the weight data wijm between the blocks increases as the distance dijm increases, and decreases as the variance of the reference data blocks increases.
[0036]
The reason why the weight data wijm is used in the present embodiment is that the printing pattern of both bills in the block m is considered to be different as the distance dijm increases.
[0037]
That is, in order to identify bills accurately and at high speed, it is important not to focus on similar parts but to focus on parts with different characteristics. In this embodiment, such weight data is introduced. It is said.
[0038]
In addition, the variance here refers to the variance for each block of the plurality of histograms created for the same denomination when obtaining the standard data of the banknote to be referred to. The larger the is, the smaller the weight data in the block.
[0039]
However, for example, in the case of 1 $ banknote and 5 $ banknote, and in the case of 1 $ banknote and 10 $ banknote, the parts with different features are not necessarily the same, so weight data is calculated between two types of banknotes. To do.
[0040]
The reference
[0041]
The candidate reference
[0042]
Specifically, the distance between the blocks corresponding to the identification target data and the reference data is calculated, and the distance between all the blocks is added as the distance between the identification target data and the reference data.
[0043]
Here, when the histogram of the block m of the identification target data is hm (l) (where 0 ≦ l <L), the distance Dim between the blocks and the sum of the distances between the blocks (hereinafter referred to as “distance between blocks”). "Absolute distance")
Dim = Σl | hm (l) -tnm (l) |
Di = Σm Dim
It becomes. However, l is 0 or more and L-1 or less, and m is 0 or more and M-1 or less.
[0044]
As described above, the candidate reference
[0045]
The weighted relative
[0046]
Specifically, the weighted relative distance si between the identification target data and the reference data i is:
si = Σm (wijm × Dim)
The weighted relative distance sj between the identification target data and the reference data j is
sj = Σm (wijm × Dim)
It becomes. However, m shall be 0 or more and M-1 or less.
[0047]
In this way, the weighted relative
[0048]
That is, if there is a difference between all the blocks, the banknote to be identified and the banknote to be referred to can be dealt with by an absolute distance obtained by adding all the blocks to the block distance. The US banknote has a characteristic that the optical pattern is similar between the denominations, and therefore, a weighted relative distance is introduced to emphasize a block having a large difference.
[0049]
As described above, the
[0050]
Next, the processing procedure of the
[0051]
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the
[0052]
As shown in FIG. 2, in this
[0053]
Next, the
[0054]
When the banknote to be identified is read by the image sensor of the sensor unit 11 (step 204), the
[0055]
Next, the candidate reference
[0056]
Then, based on the weighted relative distance calculated by the weighted relative
[0057]
If the identification process is to be continued, the process proceeds to step 204 and the processes of
[0058]
Here, for convenience of explanation, the creation of the reference data shown in
[0059]
Next, the process of each part of the
[0060]
FIG. 3 is a diagram showing a processing concept of the
[0061]
FIG. 3A is a diagram showing an example of block division performed by the
[0062]
Each block thus divided includes processing units for calculating weight data by the
[0063]
FIG. 3B is a diagram showing the concept of creating a histogram in each block. As shown in FIG. 3, pixel values are totaled in the X-axis direction for each Y coordinate of
[0064]
Then, the histogram of each block created in this way is normalized as shown in FIG. 3C, and is composed of histograms respectively corresponding to block 0 to block 11 as shown in FIG. 3D. Identification target data is created.
[0065]
Here, the case where the identification target data is created has been illustrated, but when the reference data is created, a plurality of histogram data corresponding to each banknote to be referred to is created, and each histogram is averaged. Processing is added.
[0066]
Next, the processing concept of the
[0067]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of weight data calculated by the
[0068]
FIG. 4A is a diagram showing the distance (Dh) between the blocks of the 1-dollar bill reference data and the 10-dollar bill reference data. As shown in FIG. The distance is large and the distance between
[0069]
Therefore, when comparing the 1 $ banknote and the 10 $ banknote for each block, it can be seen that the patterns printed on the banknotes are similar for the
[0070]
FIG. 4B is a diagram showing the dispersion (Ph) of the reference data for 1 dollar bills. As shown in FIG. 4, in the case of this 1 dollar bill, the dispersion of the
[0071]
FIG. 4 (c) is a diagram showing the dispersion (Qh) of the standard data of 10 $ banknotes. As shown in the figure, in the case of 10 $ banknotes, the dispersion of
[0072]
FIG. 4D is a diagram showing weight data (Wh) of each block between the reference data for 1 $ banknotes and the reference data for 10 $ banknotes. Note that the weight data Wh is as described above.
Wh = Dh / (Ph × Qh)
Calculated by
[0073]
As shown in the figure, the
[0074]
That is, this weight data Wh means that the
[0075]
Next, the processing procedure of the candidate reference
[0076]
FIG. 5 is a flowchart showing a candidate reference data selection procedure performed by the candidate reference
[0077]
As shown in FIG. 5, the candidate reference
[0078]
Then, the absolute distance is calculated by adding the obtained distances of the respective blocks (step 503), and it is confirmed whether there is other reference data that has not been processed (step 504).
[0079]
If unprocessed reference data exists, the process proceeds to step 501 and repeats the processes of
[0080]
Next, the processing concept of the weighted relative
[0081]
FIG. 6 is a diagram showing a processing concept of the weighted relative
[0082]
As shown in FIG. 6, the weighted relative
[0083]
Next, distances B0 to B11 between the 10-dollar bill standard data and the identification target data block are obtained, and the distance between the blocks and the product of the weight data W0-W11 are added to identify the 10-dollar bill reference data. The weighted relative distance SB of the target data is calculated.
[0084]
The weighted relative distances SA and SB are respectively output to the
[0085]
Specifically, when the difference in weighted relative distance | SA−SB | is equal to or smaller than a predetermined value, it is determined that the banknote to be identified does not correspond to any banknote, and | SA−SB | If the value is larger than the value, a bill corresponding to the reference data having a smaller weighted relative distance is output as the identification result.
[0086]
As described above, in the present embodiment, when the
[0087]
1) A bill having an optical pattern similar to each denomination such as a US dollar bill can be accurately and quickly identified.
[0088]
2) The banknote can be identified based on the difference in characteristics between the banknotes to be referred to.
[0089]
In the present embodiment, the Laplacian image obtained by applying the Laplacian operator to the input image is divided into 12 blocks, and the histogram of each block is used as identification target data. Therefore, the Laplacian image or the differential image itself is identified. Compared to the case of target data, the amount of calculation is reduced and high-speed identification processing can be performed.
[0090]
However, the present invention is not limited to the case where the histogram created for each block of the Laplacian image is used as the identification target data, and an input image, a Laplacian image, a differential image, or the like can be used as the identification target data. In this case, the reference data needs to have a corresponding structure.
[0091]
In this embodiment, the candidate reference
[0092]
For example, when the candidate reference
[0093]
Furthermore, although the case where the Chebyshev distance is used has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and a correlation coefficient or the like can be used instead of the distance concept.
[0094]
In addition, the weight calculation method is proportional to Dh and has been inversely proportional to the product of Ph and Qh. However, the present invention is not limited to this, and instead of this calculation method, Dh is a constant value. As described above, it is possible to use a calculation method such as setting the weight of a block with Ph and Qh equal to or less than a certain value to 1 and setting the others to 0.
[0095]
Moreover, although this embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the banknote identification device which identifies a US banknote, this invention is not limited to this, It applies to various paper sheets, such as securities. be able to.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, in the first invention, the reference data corresponding to each reference image is divided into blocks, and the weight for each block is determined in advance based on the distance between the corresponding blocks of the plurality of reference data and the variance within each block. When the input image is read, first, a plurality of candidate reference data is selected based on the absolute distance between the identification target data corresponding to the input image and each reference data. Based on the distance for each block of the candidate reference data and the identification target data and the weight calculated by the weight calculation means, the weighted relative distance between the identification target data and each candidate reference data is calculated, and then the plurality of calculated weights are calculated. It identifies the authenticity or type of the paper sheet corresponding to the identification target data based on the relative distance,
1) Using the above-mentioned weighted relative distance, which is useful for emphasizing a portion where the printed pattern between each banknote is different, a banknote having a similar optical pattern between each denomination such as a US dollar banknote can be accurately and quickly. It becomes possible to identify.
2) By introducing the concept of the above weighted relative distance, it becomes possible to identify banknotes based on the difference in characteristics between the banknotes to be referred to.
There is an effect.
[0099]
The second invention generates a Laplacian image by second-order differentiation of the input image or the reference image, divides the Laplacian image into predetermined blocks, and obtains identification target data or reference data having a histogram for each block. Since it is configured so as to be created, it is possible to perform high-speed identification processing with a smaller amount of computation than when the input image, Laplacian image, or differential image itself is used as identification target data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a banknote identification device used in the present embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the banknote recognition apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a processing concept of a data creation unit shown in FIG. 1;
4 is a diagram showing an example of weight data calculated by a weight calculation unit shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a candidate reference data selection procedure performed by the candidate reference data selection unit shown in FIG. 1;
6 is a diagram showing a processing concept of a weighted relative distance calculation unit shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
13 ... Identification processing unit, 14 ... Weight calculation unit, 15 ... Reference data storage unit,
16 ... Candidate reference data selection unit, 17 ... Weighted relative distance calculation unit,
Claims (2)
各基準画像に対応する基準データをブロック分割し、複数の基準データの対応するブロック間の距離と各ブロック内の分散に基づいてブロックごとの重みを算出する重み算出手段と、
前記入力画像に対応する識別対象データと各基準データとの絶対距離に基づいて複数の候補基準データを選択する選択手段と、
各候補基準データ及び前記識別対象データの各ブロックごとの距離と前記重み算出手段が算出した重みに基づいて、該識別対象データと各候補基準データとの重み付け相対距離を算出する重み付け相対距離算出手段と、
前記重み付け相対距離算出手段が算出した複数の重み付け相対距離に基づいて前記紙葉類の真偽又は種類を識別する識別手段と
を具備したことを特徴とする紙葉類識別装置。In a paper sheet identification device for identifying the authenticity or type of the paper sheet by comparing an input image obtained by reading the paper sheet with an optical sensor with a plurality of pre-registered reference images,
Weight calculation means for dividing the reference data corresponding to each reference image into blocks and calculating a weight for each block based on a distance between corresponding blocks of the plurality of reference data and a variance in each block;
Selection means for selecting a plurality of candidate reference data based on an absolute distance between identification target data corresponding to the input image and each reference data;
Weighted relative distance calculating means for calculating a weighted relative distance between the identification target data and each candidate reference data based on each candidate reference data and the distance of each block of the identification target data and the weight calculated by the weight calculating means. When,
An identifying means for identifying the authenticity or type of the sheet based on a plurality of weighted relative distances calculated by the weighted relative distance calculating means.
をさらに具備し、
前記重み付け相対距離算出手段は、前記識別対象データと前記複数の候補基準データとの距離を各ブロックごとに求め、求めたブロック間の距離と該ブロックに対応する重みとの積を加算して重み付け相対距離を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の紙葉類識別装置。A data creation means for creating a Laplacian image by quadratic differentiation of the input image or the reference image, dividing the Laplacian image into predetermined blocks, and creating identification target data or reference data having a histogram for each block; Equipped,
The weighted relative distance calculation means obtains a distance between the identification target data and the plurality of candidate reference data for each block, and adds a product of the obtained distance between the blocks and a weight corresponding to the block to perform weighting. The paper sheet identification apparatus according to claim 1, wherein a relative distance is calculated.
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