RU2700737C1 - Method of detecting foreign images on a banknote - Google Patents

Method of detecting foreign images on a banknote Download PDF

Info

Publication number
RU2700737C1
RU2700737C1 RU2019106526A RU2019106526A RU2700737C1 RU 2700737 C1 RU2700737 C1 RU 2700737C1 RU 2019106526 A RU2019106526 A RU 2019106526A RU 2019106526 A RU2019106526 A RU 2019106526A RU 2700737 C1 RU2700737 C1 RU 2700737C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
banknote
image
binarization
extraneous
images
Prior art date
Application number
RU2019106526A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Валерьевич Минин
Сергей Викторович Камбалин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс")
Priority to RU2019106526A priority Critical patent/RU2700737C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2700737C1 publication Critical patent/RU2700737C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20Image preprocessing
    • G06V10/22Image preprocessing by selection of a specific region containing or referencing a pattern; Locating or processing of specific regions to guide the detection or recognition
    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07DHANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)

Abstract

FIELD: monitoring devices.
SUBSTANCE: invention relates to a method of detecting foreign images on a banknote. According to the method, a digital image of the banknote is obtained and its compliance with one of the predetermined types and orientations is determined. Using the shape and location of the controlled area on the surface of the banknote, corresponding to the given type and orientation of the banknotes, an evaluation image is formed by binarisation of the monitored zone. Individual binarization threshold value for each pixel of the monitored area is calculated based on a binarisation parameter map predefined for a predetermined type and orientation of banknotes, and is associated with elements of said card with a known functional relationship. One element of the binarisation parameter map determines a binarization threshold value for a group of at least two neighboring pixels, and the known functional relationship is established taking into account the statistical distribution of pixel brightness in the digital image of the banknote. Then, an evaluation criterion is used to determine an alien image detection criterion based on an analysis of black pixels in said evaluation image, and based on said criterion, a decision is made on the presence of an extraneous image in the controlled area of the digital image of the banknote. Elements of the map of the binarisation parameter are selected so as to increase corresponding individual binarization threshold values and provide an acceptable low level of probability of a false decision on the presence of an extraneous image when performing said sequence of actions for banknotes of a predetermined type and orientation, which obviously do not contain extraneous images.
EFFECT: high sensitivity of the method of detecting foreign images with reduced parasitic sensitivity to geometrical distortions of scanning.
13 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизированной проверки банкнот. При контроле банкнот, находящихся в обращении, важной задачей является обнаружение экземпляров, имеющих повреждения, которые делают нежелательным их дальнейшее использование. Эта задача называется проверкой ветхости банкнот и выполняется на автоматических счетно-сортировальных машинах.The invention relates to the field of automated banknote verification. When monitoring banknotes in circulation, an important task is to find copies that have damage that make their further use undesirable. This task is called bankruptcy check and is performed on automatic counting and sorting machines.

В ходе проверки ветхости, счетно-сортировальная машина проверяет банкноту на наличие ряда признаков ветхости: сквозных отверстий, оторванных углов, разорванных кромок, контрастных пятен, рисунков, надписей, потертостей красочного слоя и тому подобного. Для этого, при прохождении через машину, банкнота сканируется с обеих сторон, с использованием различных источников освещения. В результате, получается множество цифровых образов банкноты, соответствующих определенной стороне банкноты и источнику излучения. Далее, образы банкноты анализируются и в результате анализа выносится решение о наличии либо отсутствии определенных признаков ветхости.During the decay test, the counting and sorting machine checks the banknote for a number of signs of decay: through holes, torn corners, torn edges, contrasting spots, patterns, inscriptions, scuffs of the paint layer and the like. To do this, when passing through the machine, the banknote is scanned from both sides, using various light sources. As a result, a plurality of digital banknote images are obtained corresponding to a particular side of the banknote and the radiation source. Further, banknote images are analyzed and as a result of the analysis, a decision is made on the presence or absence of certain signs of disrepair.

Признаки ветхости, связанные с повреждением основы банкноты, обычно обнаруживаются в результате анализа образа, полученного в проходящем излучении. Сюда относятся сквозные отверстия, отогнутые углы и разорванные кромки. Для анализа поверхностных повреждений, таких как пятна, рисунки, надписи и потертости красочного слоя, как правило, анализируют образы банкноты, полученные в отраженном свете. Так как эти повреждения могут находиться на обеих сторонах банкноты, то для проверки их наличия приходится анализировать образы, которые соответствуют обеим сторонам.Signs of decay associated with damage to the base of the banknote are usually found as a result of the analysis of the image obtained in the transmitted radiation. This includes through holes, bent corners, and torn edges. To analyze surface damage, such as spots, patterns, inscriptions and abrasions of the paint layer, banknote images obtained in reflected light are usually analyzed. Since these damages can be on both sides of the banknote, in order to check their presence, it is necessary to analyze images that correspond to both sides.

Повреждения в виде пятен, надписей, рисунков и оттисков штампов можно отнести к общему типу посторонних изображений на поверхности банкноты. Эти посторонние изображения накладываются на нормальное изображение, нанесенное на поверхность банкноты при ее изготовлении.Damage in the form of spots, inscriptions, drawings and stamp imprints can be attributed to the general type of extraneous images on the surface of the banknote. These extraneous images are superimposed on the normal image deposited on the surface of the banknote during its manufacture.

Поэтому, при анализе цифрового образа банкноты, для нахождения этого типа повреждения необходимо проверять появление постороннего изображения на фоне нормального изображения.Therefore, when analyzing a digital image of a banknote, in order to find this type of damage, it is necessary to check the appearance of an extraneous image against the background of a normal image.

Известны способы поиска посторонних изображений, основанные на попиксельном сравнении цифрового образа анализируемой банкноты с цифровым образом эталонной банкноты. Различие между двумя этими образами, превышающее заранее установленные пределы, рассматривается в качестве признака обнаружения постороннего изображения. Например, в патенте Японии JP S5973758 (опубл. 26.04.1984, МПК G07D 7/00) для поиска дефектов подсчитывают число пикселей цифрового образа, для которых различие с эталонным образом превышает заранее заданное пороговое значение различия. Если число таких пикселей превышает заранее заданное предельное значение, то считают, что на банкноте имеется постороннее изображение.Known methods for searching for extraneous images based on pixel-by-pixel comparison of the digital image of the analyzed banknote with the digital image of the reference banknote. The difference between these two images, exceeding the predetermined limits, is considered as a sign of detection of an extraneous image. For example, in Japanese patent JP S5973758 (publ. 04/26/1984, IPC G07D 7/00) for the search for defects, the number of pixels of a digital image is calculated for which the difference with the reference image exceeds a predetermined difference threshold value. If the number of such pixels exceeds a predetermined limit value, then it is believed that there is an extraneous image on the banknote.

Вышеуказанный способ имеет много недостатков. Если при сканировании исследуемого цифрового образа возникли геометрические искажения, то даже в отсутствии посторонних изображений светлые пиксели исследуемого образа могут сместиться и попасть на место расположения темных пикселей эталона. Аналогичным образом, темные пиксели исследуемого цифрового образа из-за смещения совместятся со светлыми пикселями эталона. В результате сравнения исследуемого цифрового образа с эталоном, для большого количества пикселей будет зафиксировано превышение допустимого порогового значения различия, их число превысит допустимое предельное значение, в результате чего будет принято ложное решение о наличии постороннего изображения. Так как геометрические искажения сканирования с той или иной степенью вероятности возникают в механизмах практически любой счетно-сортировальной машины, то попиксельное сравнение приводит к заметному проценту ложной отбраковки банкнот по критерию обнаружения постороннего изображения. Для уменьшения отбраковки приходится делать механизм перемещения банкнот более сложным и дорогим, чтобы уменьшить геометрические искажения при сканировании.The above method has many disadvantages. If geometric distortions occurred while scanning the digital image under investigation, even in the absence of extraneous images, the light pixels of the image under study can shift and fall to the location of the dark pixels of the standard. Similarly, the dark pixels of the digital image under study due to the offset will be combined with the light pixels of the standard. As a result of comparing the digital image under study with the standard, for a large number of pixels, an excess of the allowable threshold difference value will be recorded, their number will exceed the allowable limit value, as a result of which a false decision will be made about the presence of an extraneous image. Since geometric distortions of scanning with varying degrees of probability occur in the mechanisms of almost any counting and sorting machine, pixel-by-pixel comparison leads to a noticeable percentage of false rejection of banknotes by the criterion of detecting an extraneous image. To reduce the rejection, it is necessary to make the mechanism for moving banknotes more complex and expensive in order to reduce geometric distortions during scanning.

Попиксельное сравнение является ресурсоемким процессом. В машине приходится хранить эталонные цифровые образы банкнот для всех обрабатываемых валют и их номиналов, а также серий выпуска, которые различаются по дизайну банкноты. Под это расходуется заметный объем памяти процессора, который реализует попиксельное сравнение.Per-pixel comparison is a resource-intensive process. The machine has to store reference digital images of banknotes for all processed currencies and their denominations, as well as series of issuance, which differ in the design of the banknote. A significant amount of processor memory is used for this, which implements pixel-by-pixel comparison.

Для исправления недостатков попиксельного сравнения предлагаются способы, в которых, до проведения сравнения, так или иначе уменьшают реальное пространственное разрешение изображения. Уменьшение пространственного разрешения также уменьшает влияние геометрических искажений сканирования на результат выполнения способа. Например, в патенте Европейского патентного ведомства ЕР 2355056 (опубл. 10.08.2011, МПК G07D 7/00) всю поверхность банкноты разбивают на блоки пикселей одинакового размера, подсчитывают для каждого из них значение среднего уровня яркости, и присваивают это значение уровня яркости пикселю в цифровом образе низкого разрешения, который заменяет собой соответствующий блок. Далее, анализируют полученный цифровой образ низкого разрешения путем сравнения значения яркости каждого пикселя в нем с индивидуальным пороговым значением, предварительно заданным на основе статистической обработки цифровых образов множества нормальных банкнот. Если число пикселей низкого разрешения, вышедших за пределы порогового значения, превышает установленное предельное значение, делается вывод о наличии постороннего изображения на банкноте.To correct the disadvantages of pixel-by-pixel comparison, methods are proposed in which, prior to the comparison, one way or another reduces the real spatial resolution of the image. The decrease in spatial resolution also reduces the effect of geometric distortion of the scan on the result of the method. For example, in the patent of the European Patent Office EP 2355056 (published on 08/10/2011, IPC G07D 7/00) the entire surface of the banknote is divided into pixel blocks of the same size, the average brightness level is calculated for each of them, and this value is assigned to the brightness level of a pixel in low-resolution digital image that replaces the corresponding unit. Next, the resulting low-resolution digital image is analyzed by comparing the brightness values of each pixel in it with an individual threshold value predefined based on the statistical processing of digital images of a plurality of normal banknotes. If the number of low-resolution pixels that have exceeded the threshold value exceeds the set limit value, it is concluded that there is an extraneous image on the banknote.

Такой способ похож на ранее описанное попиксельное сравнение с эталоном, с тем отличием, что для сравнения используется цифровой образ низкого разрешения. Однако, именно за счет снижения разрешения и соответствующего ему увеличения размера пикселя, результат работы этого способа значительно меньше зависит от геометрических искажений сканирования. С точки зрения расходования памяти процессора, массив пороговых значений занимает значительно меньше места, чем полный цифровой образ эталонной банкноты, что можно считать еще одним преимуществом данного способа.This method is similar to the previously described pixel-by-pixel comparison with the standard, with the difference that a low-resolution digital image is used for comparison. However, precisely due to a decrease in resolution and a corresponding increase in pixel size, the result of this method is much less dependent on the geometric distortion of the scan. From the point of view of processor memory consumption, an array of threshold values takes up significantly less space than a full digital image of a reference banknote, which can be considered another advantage of this method.

К сожалению, данный способ, одновременно со снижением частоты ложных отбраковок нормальных банкнот, также отличается пониженной чувствительностью к посторонним изображениям. Это связано с тем, что посторонние изображения малого размера либо невысокой контрастности вносят слишком малый вклад в изменение яркости пикселей цифрового образа низкого разрешения, и этот небольшой вклад часто не приводит к выходу яркости за установленное пороговое значение. Кроме того, загрубление порогового значения в результате статистической обработки множества банкнот приводит к тому, что на банкнотах с наиболее светлым рисунком и бумагой постороннее изображение в сумме с нормальным изображением также не приводит к выходу за установленное пороговое значение. В результате, для многих посторонних изображений не набирается достаточного количества пикселей низкого разрешения, значение яркости которых выходит за допустимое пороговое значение, в результате чего постороннее изображение не обнаруживается данным способом.Unfortunately, this method, while reducing the frequency of false rejections of normal banknotes, also has a reduced sensitivity to extraneous images. This is due to the fact that extraneous images of small size or low contrast make too small a contribution to the brightness of the pixels of a digital image of low resolution, and this small contribution often does not lead to the brightness going beyond the set threshold value. In addition, the coarsening of the threshold value as a result of the statistical processing of many banknotes leads to the fact that on banknotes with the brightest pattern and paper, an extraneous image in total with the normal image also does not lead to the threshold being set. As a result, for many extraneous images, a sufficient number of low-resolution pixels are not accumulated whose brightness value is outside the acceptable threshold value, as a result of which the extraneous image is not detected by this method.

Отчасти, недостатки данного способа исправлены в патенте США US 8139273 (опубл. 08.10.2009, МПК G06K 9/00), в котором, вместо среднего значения уровня яркости по пикселям одного блока, при построении цифрового образа низкого разрешения, используют минимальное значение пикселя в блоке. За счет этого, даже небольшие по площади элементы постороннего изображения оказывают существенное влияние на значения пикселей низкого разрешения, что повышает чувствительность способа. Однако, это повышение чувствительности происходит не только в отношении пятен, надписей и рисунков, но также и в отношении шумов сканирования и минимальных дефектов изображения. Такое неизбирательное повышение чувствительности приводит к ложным отбраковкам и негативно влияет на применимость названного патента.In part, the disadvantages of this method are corrected in US Pat. block. Due to this, even small-sized elements of the extraneous image have a significant impact on the pixel values of low resolution, which increases the sensitivity of the method. However, this increase in sensitivity occurs not only in relation to spots, inscriptions and drawings, but also in relation to scanning noise and minimal image defects. Such an indiscriminate increase in sensitivity leads to false rejections and adversely affects the applicability of this patent.

Еще один недостаток попиксельного сравнения связан с различиями между нормальными банкнотами, возникающими из-за нестабильности печатного процесса и из-за допустимого износа самих банкнот. На нормальных банкнотах такие характеристики, как оптическая плотность красочного слоя и толщина тонких линий рисунка подвержены существенным изменениям от экземпляра к экземпляру вследствие нестабильности печатного процесса. Когда банкноты печатаются с разных экземпляров печатных форм и на различном оборудовании, то расстояние между характерными элементами рисунка может заметно отличаться. При допустимом износе банкнот, бумага темнеет, а оптическая плотность красочного слоя падает. Когда все эти факторы суммируются в исследуемой банкноте, то при сравнении ее цифрового образа с эталоном может обнаружиться слишком много пикселей, в которых найдено различие свыше допустимого. Это также приводит к возникновению ложной отбраковки по критерию обнаружения постороннего изображения. В патенте ЕР 2355056 (опубл. 10.08.2011, МПК G07D 7/00) статистическая обработка позволяет установить индивидуальные пиксельные пороговые значения таким образом, чтобы избежать ложных отбраковок нормальных банкнот из-за разброса их параметров: плотности красочного слоя, яркости бумаги, толщины линий, расстояния между характерными элементами. В то же время, увеличение пиксельных пороговых значений приводит к снижению чувствительности способа. По своей сути, пиксельное пороговое значение определяет локальную чувствительность для конкретного пиксела, и действует одним и тем же образом, как в случае общего потемнения банкноты, так и в случае постороннего изображения. Увеличение порогового значения для того, чтобы компенсировать общее потемнение банкноты, одновременно, снижает чувствительность к локальным потемнениям, вызванным посторонним изображением.Another disadvantage of pixel-by-pixel comparison is related to differences between normal banknotes arising from the instability of the printing process and due to the allowable wear of the banknotes themselves. On normal banknotes, such characteristics as the optical density of the ink layer and the thickness of the thin lines of the pattern are subject to significant changes from copy to copy due to the instability of the printing process. When banknotes are printed from different copies of printing forms and on different equipment, the distance between the characteristic elements of the picture may differ markedly. With acceptable wear of banknotes, the paper darkens, and the optical density of the ink layer decreases. When all these factors are summarized in the banknote under study, when comparing its digital image with the standard, too many pixels can be found in which a difference is found above the permissible one. This also leads to false rejection according to the criterion for detecting an extraneous image. In patent EP 2355056 (published on 08/10/2011, IPC G07D 7/00) statistical processing allows you to set individual pixel threshold values in such a way as to avoid false rejection of normal banknotes due to the spread of their parameters: density of the paint layer, paper brightness, line thickness , distances between characteristic elements. At the same time, an increase in pixel threshold values leads to a decrease in the sensitivity of the method. At its core, the pixel threshold value determines the local sensitivity for a particular pixel, and acts in the same way as in the case of a general darkening of a banknote, or in the case of an extraneous image. Increasing the threshold value in order to compensate for the overall darkening of the banknote, at the same time, reduces the sensitivity to local darkening caused by an extraneous image.

Чтобы сохранить чувствительность к посторонним изображениям в широком интервале изменения общего уровня яркости документа, применяют различные приемы, основанные на учете общего потемнения бумаги и общего износа красочного слоя перед поиском локальных отличий от эталонного цифрового образа. Например, для компенсации влияния различий яркости бумаги и оптической плотности красочного слоя между разными экземплярами банкнот с нормальным изображением, в способе согласно патенту США US 8805025 (опубл. 03.10.2013, МПК G07D 7/182), цифровой образ банкноты после сканирования подвергают нормализации градационного интервала. В результате нормализации, исходный интервал значений яркостей пикселей, зависящий от яркости бумаги и оптической плотности красочного слоя, линейно отображают на фиксированный интервал. Затем, производят бинаризацию цифрового образа в соответствии с таким пороговым значением бинаризации, при котором в цифровом образе в результате бинаризации получается наперед заданный процент черных пикселей. Оба этих действия, в значительной степени, уменьшают различия между цифровыми образами различных экземпляров банкнот.In order to maintain sensitivity to extraneous images over a wide range of changes in the overall brightness level of the document, various techniques are used based on taking into account the general darkening of the paper and the general wear of the ink layer before searching for local differences from the reference digital image. For example, to compensate for the effects of differences in paper brightness and optical density of the ink layer between different copies of banknotes with a normal image, in the method according to US patent US 8805025 (publ. 03.10.2013, IPC G07D 7/182), a digital image of a banknote after scanning is subjected to normalization of gradation interval. As a result of normalization, the initial interval of pixel brightness values, depending on the brightness of the paper and the optical density of the ink layer, is linearly displayed on a fixed interval. Then, the digital image is binarized in accordance with such a threshold value of binarization, in which in the digital image as a result of binarization a predetermined percentage of black pixels is obtained in advance. Both of these actions, to a large extent, reduce the differences between the digital images of various copies of banknotes.

После бинаризации, анализируемый цифровой образ попиксельно сравнивают с эталонным бинаризованным образом. В результате сравнения, получают цифровой образ, в котором черные пиксели возникают только в тех местах, где в эталонном цифровом образе был белый пиксель, а в анализируемом оказался черный. Черные пиксели результирующего цифрового образа, по сути, представляют собой бинаризованное представление постороннего изображения. Дальнейший анализ результирующего цифрового образа выявляет черные области, превышающие наперед заданный допустимый размер. Когда такая область выявлена, делается вывод о наличии постороннего изображения.After binarization, the analyzed digital image is compared pixel by pixel with the reference binarized image. As a result of the comparison, a digital image is obtained in which black pixels appear only in those places where there was a white pixel in the reference digital image and black was in the analyzed one. The black pixels of the resulting digital image are essentially a binarized representation of the extraneous image. Further analysis of the resulting digital image reveals black areas that exceed the predetermined allowable size. When such an area is identified, it is concluded that there is an extraneous image.

Данный способ был выбран в качестве ближайшего прототипа к заявленному изобретению. В прототипе решена проблема влияния различий яркости бумаги и плотности красочного слоя между экземплярами банкнот. Хранение эталонного бинаризованного цифрового образа требует несколько меньшего объема памяти, чем хранение полного эталонного цифрового образа.This method was chosen as the closest prototype to the claimed invention. In the prototype, the problem of the influence of differences in the brightness of the paper and the density of the ink layer between the banknotes is solved. Storing a reference binarized digital image requires slightly less memory than storing a complete reference digital image.

Однако, в прототипе, по сути, используется принцип попиксельного сравнения, что влечет за собой существенную паразитную чувствительность к геометрическим искажениям. В частности, при небольшом смещении относительно друг друга черной области в цифровом образе нормальной банкноты и в эталонном цифровом образе, на результирующем цифровом образе мог бы возникнуть паразитный черный контур, ошибочно воспринимаемый как постороннее изображение. Чтобы избежать подобной ошибки, в эталонном цифровом образе дополнительно несколько расширяют черную область, что ведет к появлению зоны нечувствительности способа к посторонним изображениям вдоль периметра черной области.However, in the prototype, in fact, the principle of pixel-by-pixel comparison is used, which entails a significant parasitic sensitivity to geometric distortions. In particular, with a small shift of the black area relative to each other in the digital image of a normal banknote and in the reference digital image, a parasitic black contour could appear on the resulting digital image, which is mistakenly perceived as an extraneous image. In order to avoid such an error, in the reference digital image, the black region is additionally somewhat expanded, which leads to the appearance of a dead zone of the method for extraneous images along the perimeter of the black region.

Кроме того, из-за установления единого порогового значения бинаризации для всех пикселей в цифровом образе прототип обладает существенным ограничением чувствительности к реальным посторонним изображениям. На затемненных участках нормального изображения банкноты, эталонный бинаризованный цифровой образ уже имеет черные пиксели, поэтому, на таких участках невозможно обнаружить появление посторонних изображений, даже если они нанесены самой темной краской. Напротив, на самых светлых полях банкноты, постороннее изображение, выполненное темно-серой краской, может не достигнуть порогового значения бинаризации и также останется незамеченным. Это связано с тем, что рекомендуемая авторами доля черных пикселей при установке порогового значения составляет 10-30%, то есть, пороговое значение соответствует уровню яркости в самой темной части нормального изображения. Прототип достаточно хорошо выявляет только посторонние изображения, нанесенные темной краской на областях среднего уровня яркости.In addition, due to the establishment of a single threshold value of binarization for all pixels in a digital image, the prototype has a significant limitation of sensitivity to real extraneous images. In the darkened areas of the normal image of the banknote, the reference binarized digital image already has black pixels, therefore, in such areas it is impossible to detect the appearance of extraneous images, even if they are applied with the darkest paint. On the contrary, in the brightest margins of a banknote, an extraneous image made with dark gray paint may not reach the threshold for binarization and will also go unnoticed. This is due to the fact that the proportion of black pixels recommended by the authors when setting the threshold value is 10-30%, that is, the threshold value corresponds to the brightness level in the darkest part of the normal image. The prototype is good enough to detect only extraneous images painted with dark paint on areas of medium brightness.

Рассмотрим возможные пути исправления недостатков прототипа. Чтобы уменьшить паразитную чувствительности к геометрическим искажениям, следовало бы полностью отказаться от попиксельного сравнения с эталоном. Для обеспечения высокой чувствительности к посторонним изображениям было бы желательно адаптировать пороговое значение бинаризации к особенностям нормального изображения в каждой небольшой области банкноты. Это позволило бы выявить посторонние изображения на любом фоне, на котором их можно только заметить.Consider possible ways to correct the disadvantages of the prototype. To reduce the parasitic sensitivity to geometric distortions, one should completely abandon the pixel-by-pixel comparison with the standard. To ensure high sensitivity to extraneous images, it would be desirable to adapt the binarization threshold value to the features of the normal image in each small area of the banknote. This would allow to identify extraneous images on any background, on which they can only be seen.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении чувствительности способа обнаружения посторонних изображений, при уменьшении его паразитной чувствительности к геометрическим искажениям сканирования. Дополнительный результат заключается в уменьшении объема памяти, необходимого для хранения неизменных данных, используемых для реализации способа. Эти результаты достигаются за счет того, что в способе обнаружения посторонних изображений на банкнотеThe technical result of the claimed invention consists in increasing the sensitivity of the method for detecting extraneous images, while reducing its spurious sensitivity to geometric distortion of the scan. An additional result is to reduce the amount of memory required to store invariable data used to implement the method. These results are achieved due to the fact that in the method for detecting extraneous images on a banknote

получают цифровой образ банкноты, подлежащей проверке на наличие посторонних изображений, и определяют ее соответствие одному из предварительно определенных типов и ориентаций,receive a digital image of a banknote to be checked for extraneous images, and determine its compliance with one of the predefined types and orientations,

и далее, используя форму и расположение контролируемой зоны на поверхности банкноты, соответствующую данному типу и ориентации банкнот, формируют оценочное изображение путем бинаризации контролируемой зоны, при этом индивидуальное пороговое значение бинаризации для каждого пикселя контролируемой зоныand further, using the shape and location of the controlled area on the banknote surface corresponding to this type and orientation of the banknotes, an estimated image is formed by binarization of the controlled area, with an individual binarization threshold value for each pixel of the controlled area

вычисляется на основании карты параметра бинаризации, заранее заданной для предварительно определенного типа и ориентации банкнот,calculated on the basis of a binarization parameter map predefined for a predetermined type and orientation of banknotes,

и связано с элементами этой карты известной функциональной зависимостью, причем, один элемент карты бинаризации определяет пороговое значение бинаризации для группы из, по меньшей мере, двух соседних пикселей,and is associated with the elements of this map with a known functional dependence, moreover, one element of the binarization map determines the threshold value of binarization for a group of at least two adjacent pixels,

а известная функциональная зависимость установлена с учетом статистического распределения яркостей пикселей в цифровом образе подлежащей проверке банкноты для уменьшения влияния разброса яркостей на результат бинаризации на различных экземплярах банкнот,and the known functional dependence is established taking into account the statistical distribution of pixel luminances in the digital image of the banknote to be checked in order to reduce the effect of the brightness spread on the result of binarization on various banknote copies,

и затем применяют к оценочному изображению критерий обнаружения постороннего изображения, основанный на анализе черных пикселей в этом оценочном изображении,and then, an extraneous image detection criterion based on the analysis of black pixels in that evaluation image is applied to the evaluation image,

и на основе этого критерия выносят решение о наличии постороннего изображения в контролируемой зоне цифрового образа банкноты, подлежащей проверке,and based on this criterion, a decision is made on the presence of an extraneous image in the controlled area of the digital image of the banknote to be verified,

причем элементы карты параметра бинаризации подбирают таким образом, чтобы увеличить соответствующие им индивидуальные пороговые значения бинаризации, и, вместе с тем, обеспечить приемлемый низкий уровень вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения при выполнении указанной последовательности действий для банкнот предварительно определенного типа и ориентации, заведомо не содержащих посторонних изображений.moreover, the elements of the binarization parameter map are selected in such a way as to increase the individual binarization thresholds corresponding to them, and at the same time, to provide an acceptable low level of probability of a false decision about the presence of an extraneous image when performing the above sequence of actions for banknotes of a predetermined type and orientation, obviously containing extraneous images.

В заявленном способе не используется попиксельное сравнение. Вместо него для каждого пикселя вычисляется индивидуальное пороговое значение бинаризации. Это пороговое значение задается картой параметра бинаризации, в которой каждый элемент задает пороговое значение бинаризации для нескольких соседних пикселей. За счет этого, в случае смещения положения графического элемента банкноты на соседние пиксели из-за геометрических искажений сканирования, смещенный пиксель обычно остается в пределах группы, пороговые значения бинаризации для которой задаются одним и тем же элементом карты параметра бинаризации. Соответственно, геометрические искажения сравнительно мало влияют на результат бинаризации. За счет этого обеспечивается снижение чувствительности способа к геометрическим искажениям сканирования.The claimed method does not use pixel-by-pixel comparison. Instead, an individual binarization threshold value is calculated for each pixel. This threshold value is set by the binarization parameter map, in which each element sets the binarization threshold value for several neighboring pixels. Due to this, if the position of the graphic element of the banknote is shifted to neighboring pixels due to geometric distortion of the scan, the displaced pixel usually remains within the group, the binarization thresholds for which are set by the same element of the binarization parameter map. Accordingly, geometric distortions have relatively little effect on the result of binarization. This reduces the sensitivity of the method to geometric distortion of the scan.

Карта параметра бинаризации содержит меньше элементов, чем имеется пикселей в исходном цифровом образе. Так происходит, поскольку один элемент карты задает пороговое значение бинаризации для нескольких пикселей цифрового образа. В результате, для реализации заявленного способа требуется меньший объем энергонезависимой памяти, чем для известных способов, использующих попиксельное сравнение. Действительно, при попиксельном сравнении приходится энергонезависимо хранить эталонный цифровой образ банкноты, который содержит больше элементов, чем карта параметра бинаризации.The binarization parameter map contains fewer elements than there are pixels in the original digital image. This happens because one map element sets a threshold binarization value for several pixels of a digital image. As a result, the implementation of the claimed method requires a smaller amount of non-volatile memory than for known methods using pixel-by-pixel comparison. Indeed, with pixel-by-pixel comparison, it is necessary to non-volatilely store the reference digital image of the banknote, which contains more elements than the binarization parameter map.

В заявленном способе, элементы карты параметра бинаризации подбирают таким образом, чтобы увеличить соответствующие им индивидуальные пороговые значения бинаризации, и, вместе с тем, обеспечить приемлемый низкий уровень вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения для банкнот предварительно определенного типа и ориентации, заведомо не содержащих посторонних изображений. При увеличении порогового значения бинаризации увеличивается количество пикселей, значение которых оказалось ниже порогового значения.In the inventive method, the binarization parameter map elements are selected in such a way as to increase the individual binarization thresholds corresponding to them, and at the same time, to provide an acceptable low level of probability of a false decision about the presence of an extraneous image for banknotes of a predetermined type and orientation that do not contain extraneous images. With increasing threshold value of binarization, the number of pixels increases, the value of which turned out to be lower than the threshold value.

Соответственно, количество черных пикселей в оценочном изображении также увеличивается. Увеличение индивидуальных пороговых значений бинаризации, примененное к цифровому образу банкноты с посторонним изображением, увеличивает чувствительность к постороннему изображению, поскольку после такого увеличения постороннее изображение, даже имеющее небольшую оптическую плотность, проявляется в оценочном изображении.Accordingly, the number of black pixels in the evaluation image also increases. An increase in individual binarization thresholds applied to the digital image of a banknote with a stranger image increases the sensitivity to the stranger image, since after such an increase the stranger image, even having a small optical density, appears in the evaluation image.

В то же время, каждое индивидуальное пороговое значение бинаризации не повышается чрезмерно, так чтобы не приводить к возникновению в оценочном изображении черных пикселей, которые могут вызвать слишком частое ложное срабатывание критерия обнаружения постороннего изображения при проверке банкнот, называемых нормальными, на которых постороннее изображение отсутствует. То есть, элементы карты параметра бинаризации подбираются для одновременного выполнения двух требований: увеличения индивидуальных пороговых значений бинаризации, и снижения до допустимого уровня вероятности ложных срабатываний критерия постороннего изображения на нормальных банкнотах.At the same time, each individual binarization threshold value does not increase excessively, so as not to cause black pixels to appear in the estimated image, which can cause false detection criteria for an extraneous image when checking banknotes called normal, which do not have an extraneous image. That is, the binarization parameter map elements are selected to simultaneously fulfill two requirements: increase individual binarization thresholds, and reduce to the acceptable level of probability of false positives of the extraneous image criterion on normal banknotes.

Ложные срабатывания критерия при отсутствии посторонних изображений нельзя полностью исключить из-за разброса параметров банкнот определенного типа, по причине нестабильности печатного процесса и допустимого износа банкнот в обороте. Кроме того, для формирования карты параметра бинаризации, по чисто практическим соображениям, можно использовать только ограниченную выборку от общего количества банкнот, находящихся в обращении. Поэтому, в требовании к индивидуальным пороговым значениям бинаризации речь идет только о снижении вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения до технически приемлемого уровня, но не о полном исключении этого заключения. Приемлемость указанного уровня вероятности может быть установлена практическим путем на основе требований к наличному денежному обороту, принятым в зоне обращения банкноты определенного типа. Во многих странах, приемлемый уровень ложных решений о наличии постороннего изображения на нормальной банкноте составляет до 5% от общего количества обработанных банкнот.False triggering of the criterion in the absence of extraneous images cannot be completely excluded due to the variation in the parameters of banknotes of a certain type, due to the instability of the printing process and the allowable wear of banknotes in circulation. In addition, for the formation of a binarization parameter map, for purely practical reasons, you can use only a limited sample of the total number of banknotes in circulation. Therefore, the requirement for individual binarization thresholds is only about reducing the probability of a false decision about the presence of an extraneous image to a technically acceptable level, but not about completely eliminating this conclusion. The acceptability of the specified level of probability can be established in a practical way based on the requirements for cash turnover adopted in the circulation zone of a banknote of a certain type. In many countries, an acceptable level of false decisions about the presence of an extraneous image on a normal banknote is up to 5% of the total number of processed banknotes.

Отметим, что подбор элементов карты параметра бинаризации в заявленном способе может выполняться различным образом. Полная оптимизация с достижением наилучших возможных значений карты параметра бинаризации, в строгом математическом смысле, является затруднительной задачей, как с точки зрения разработки алгоритма, так и сложности его вычислительной реализации. С технической точки зрения, разумно применять более простые последовательности шагов для выбора значений элементов карты, которые, хотя и не приводят к полной и математически точной оптимизации, но дают существенное приближение к ней. Результат подбора, который получается при этом, принято называть квазиоптимальным, то есть, близким к оптимальному, который может использоваться в качестве оптимального в практических целях.Note that the selection of elements of the map parameter binarization in the claimed method can be performed in various ways. Full optimization with the achievement of the best possible values of the map of the binarization parameter, in the strict mathematical sense, is a difficult task, both in terms of the development of the algorithm and the complexity of its computational implementation. From a technical point of view, it is reasonable to use simpler sequence of steps to select values of map elements, which, although they do not lead to complete and mathematically accurate optimization, but give a significant approximation to it. The result of the selection, which is obtained in this case, is usually called quasi-optimal, that is, close to optimal, which can be used as optimal for practical purposes.

В сравнении с прототипом, где используется постоянное пороговое значение бинаризации для всех пикселей изображения, в заявленном способе пороговые значения индивидуально подбираются в соответствии с разбиением оценочного изображения на группы. Это позволяет выбрать квазиоптимальные пороговые значения как для темных, так и светлых участков банкноты, чтобы обеспечить на них повышенную чувствительность к посторонним изображениям. Заявленный способ, в отличие от прототипа, обеспечивает появление черных пикселей после бинаризации на месте постороннего изображения, вне зависимости от того, в темной или светлой области рисунка банкноты находится постороннее изображение. Таким образом, достигается повышение чувствительности.In comparison with the prototype, where a constant threshold binarization threshold value is used for all image pixels, in the claimed method, threshold values are individually selected in accordance with the partitioning of the estimated image into groups. This allows you to select quasi-optimal threshold values for both dark and light sections of the banknote to provide them with increased sensitivity to extraneous images. The claimed method, in contrast to the prototype, provides the appearance of black pixels after binarization in place of the extraneous image, regardless of whether the extraneous image is in the dark or light region of the banknote pattern. Thus, an increase in sensitivity is achieved.

С учетом этих соображений, в предпочтительном варианте реализации заявленного способа, для построения карты параметра бинаризации, соответствующей определенному типу и ориентации банкнот, заранее выполняют предварительную обработку комплекта подлинных банкнот, не содержащих посторонних изображений, в дальнейшем описании такая обработка будет называться обучением, в ходе которой получают набор обучающих цифровых образов комплекта подлинных банкнот, не содержащих посторонних изображений, для каждого предварительно определенного типа и ориентации,Given these considerations, in a preferred embodiment of the inventive method, in order to construct a map of the binarization parameter corresponding to a certain type and orientation of banknotes, preliminary processing of a set of genuine banknotes that do not contain extraneous images is performed in advance, in the following description such processing will be called training, during which receive a set of training digital images of a set of genuine banknotes that do not contain extraneous images for each predefined type pa and orientation,

и формируют карту параметра бинаризации на основе полученного набора обучающих цифровых образов, для чего задают набор калибровочных областей, в совокупности покрывающих контролируемую зону,and form a map of the binarization parameter on the basis of the obtained set of training digital images, for which a set of calibration areas is set that together cover the controlled area,

и также целевое значение доли черных пикселей, меньшее 40%, устанавливают такие начальные значения элементов карты параметра бинаризации, которые при проведении бинаризации каждого цифрового образа из обучающего набора, обеспечивают превышение доли черных пикселей в каждой калибровочной области над целевым значением,and also the target value of the proportion of black pixels, less than 40%, set such initial values of the map elements of the binarization parameter, which when binarizing each digital image from the training set, ensure that the proportion of black pixels in each calibration region exceeds the target value,

и далее, при рассмотрении каждой калибровочной области на каждом из обучающих цифровых образов в наборе, за счет изменения элементов карты параметра бинаризации, снижают пороговое значение бинаризации для отдельных пикселей, тогда и в той мере, в какой это необходимо для снижения доли черных пикселей в пределах каждой калибровочной области до уровня не более целевого значения.and further, when considering each calibration area on each of the training digital images in the set, by changing the binarization parameter map elements, the binarization threshold value for individual pixels is reduced, then and to the extent that it is necessary to reduce the proportion of black pixels within each calibration area to a level no higher than the target value.

В предпочтительном варианте реализации, для ограничения возможности ложного срабатывания критерия постороннего изображения, используют целевое значение доли черных пикселей. Постороннее изображение проявляется в виде дополнительных черных пикселей в оценочном изображении, которые в дальнейшем и обнаруживаются критерием. При увеличении целевого значения доли черных пикселей, общее количество черных пикселей в оценочном изображении также увеличивается. Слишком большое количество черных пикселей, полученное при бинаризации цифрового образа банкноты, не содержащей постороннего изображения, вызывает ложное срабатывание критерия. Поэтому, для заданного критерия, выбирают такую целевое значение доли черных пикселей, которое не позволяет вероятности ложного срабатывания превысить приемлемый уровень. На практике применяются различные критерии, которые обычно соответствуют требованиям центрального банка в зоне обращения банкноты определенного типа. Для заданного критерия, подбор целевого значения доли черных пикселей удобнее всего проводить экспериментальным путем с использованием представительной выборки нормальных банкнот, постепенно изменяя это целевое значение доли до достижения вероятности ложного срабатывания о наличии постороннего изображения не выше приемлемого уровня. Вероятность ложного срабатывания не должна быть существенно ниже приемлемого уровня, поскольку это оставляет неиспользованную возможность для дальнейшего увеличения индивидуальных пороговых значений бинаризации и повышения чувствительности способа.In a preferred embodiment, to limit the possibility of false triggering of the extraneous image criterion, the target value of the proportion of black pixels is used. The outside image appears as additional black pixels in the evaluation image, which are subsequently discovered by the criterion. As the target value of the proportion of black pixels increases, the total number of black pixels in the evaluation image also increases. Too many black pixels obtained by binarizing a digital image of a banknote without an extraneous image causes a false positive. Therefore, for a given criterion, such a target value of the proportion of black pixels is selected that does not allow the probability of false positives to exceed an acceptable level. In practice, various criteria are applied that usually correspond to the requirements of the central bank in a certain type of banknote circulation zone. For a given criterion, the selection of the target value of the proportion of black pixels is most conveniently carried out experimentally using a representative sample of normal banknotes, gradually changing this target value of the fraction until the probability of false positives about the presence of an extraneous image is not higher than an acceptable level. The probability of a false positive should not be significantly lower than an acceptable level, since this leaves an unused opportunity to further increase the individual binarization thresholds and increase the sensitivity of the method.

Для некоторых критериев имеется возможность теоретического расчета соответствующей доли черных пикселей на основе геометрических соображений. Однако, значение, полученное расчетным образом, обычно требует экспериментальной проверки и коррекции.For some criteria, it is possible to theoretically calculate the corresponding proportion of black pixels based on geometric considerations. However, the calculated value usually requires experimental verification and correction.

В предпочтительном варианте реализации обеспечивается увеличение индивидуальных пороговых значений бинаризации, и снижение до допустимого уровня вероятности ложных срабатываний критерия постороннего изображения на нормальных банкнотах. Более конкретно, пороговые значения бинаризации для индивидуальных пикселей сначала увеличивают до заведомо неприемлемо высокого уровня, а затем снижают лишь в той мере, в какой это необходимо для снижения доли черных пикселей в пределах каждой калибровочной области. За счет этого, пороговое значение бинаризации поддерживается на возможно более высоком уровне, при котором, на нормальных банкнотах, еще не происходит превышения целевого значения доли черных пикселей во всех калибровочных областях. Таким образом, на нормальной банкноте, оценочное изображение содержит фоновую плотность черных пикселей во всех областях банкноты, не превышающую целевого значения. Это, в свою очередь, обеспечивает приемлемую низкую вероятность ложного решения о наличии постороннего изображения на нормальной банкноте.In a preferred embodiment, an increase in individual binarization thresholds is provided, and the probability of false positives of the extraneous image criterion on normal banknotes is reduced to an acceptable level. More specifically, the binarization thresholds for individual pixels are first increased to a deliberately unacceptably high level, and then reduced only to the extent necessary to reduce the proportion of black pixels within each calibration region. Due to this, the threshold value of binarization is maintained at the highest possible level at which, on normal banknotes, the target value of the proportion of black pixels in all calibration areas is not yet exceeded. Thus, on a normal banknote, the evaluation image contains a background density of black pixels in all areas of the banknote not exceeding the target value. This, in turn, provides an acceptable low probability of a false decision about the presence of an extraneous image on a normal banknote.

Когда на проверяемой банкноте имеется постороннее изображение, то его оптическая плотность дополнительно снижает яркость части пикселей по сравнению с нормальной банкнотой. После бинаризации, даже относительно небольшое снижение яркости приводит к увеличению числа черных пикселей в соответствующей области и проявлению в ней постороннего изображения. То есть, в отличие от прототипа, постороннее изображение проявляется, даже если на банкноте оно не имеет высокой оптической плотности.When there is a foreign image on the banknote being checked, its optical density additionally reduces the brightness of a part of the pixels in comparison with a normal banknote. After binarization, even a relatively small decrease in brightness leads to an increase in the number of black pixels in the corresponding region and the appearance of an extraneous image in it. That is, unlike the prototype, an extraneous image appears, even if it does not have a high optical density on the banknote.

За счет ограничения доли черных пикселей в калибровочной области целевым значением достигается высокая чувствительность обнаружения посторонних изображений. Каким бы темным не был рисунок нормальной банкноты в определенной области, после бинаризации доля черных пикселей в нем не превысит целевого значения. В этой области нормальной банкноты остается существенная доля белых пикселей. Однако, при наличии в ней постороннего изображения, пиксели в оценочном изображении, соответствующие постороннему изображению, изменяют свой цвет на черный и, таким образом, проявляются.Due to the limitation of the proportion of black pixels in the calibration region with the target value, a high sensitivity of detection of extraneous images is achieved. No matter how dark the picture of a normal banknote is in a certain area, after binarization, the proportion of black pixels in it will not exceed the target value. In this area of normal banknote, a significant proportion of white pixels remains. However, if there is an extraneous image in it, the pixels in the evaluation image corresponding to the extraneous image change their color to black and thus appear.

Возможны разные квазиоптимальные стратегии снижения пороговых значений бинаризации для снижения доли черных пикселей в пределах каждой калибровочной области до уровня не более целевого значения. В одной из реализаций, при рассмотрении каждой калибровочной области, на каждом из обучающих образов,There are various quasi-optimal strategies for lowering the threshold binarization values to reduce the proportion of black pixels within each calibration region to a level no higher than the target value. In one implementation, when considering each calibration area, on each of the training images,

вычисляют предельный уровень бинаризации для области, при котором в этой области достигается целевая доля черных пикселей,calculate the limit level of binarization for the region at which the target proportion of black pixels is achieved in this region,

и, для снижения порогового значения бинаризации для каждого пикселя в этой области, если ранее установленное пороговое значение бинаризации данного пикселя превышает предельный уровень бинаризации, за счет изменения элементов карты параметра бинаризации снижают его до предельного уровня бинаризации.and, to reduce the binarization threshold value for each pixel in this region, if the previously set binarization threshold value of a given pixel exceeds the limit binarization level, by changing the binarization parameter map elements, reduce it to the binarization limit level.

Описанная реализация отличается простотой и позволяет проводить снижение пороговых значений в любом порядке рассмотрения обучающих образов и областей на них. В иных реализациях заявленного изобретения могут применяться более сложные последовательности шагов, обеспечивающие необходимое снижение пороговых значений бинаризации. В целом, чем выше установлено пороговое значение бинаризации, тем полнее посторонние изображения малой оптической плотности будут проявляться в оценочном изображении. Поэтому, для получения наиболее высокой чувствительности способа к таким изображениям, желательно проводить снижение пороговых значений в наименьшей возможной степени, добиваясь максимально возможного приближения фоновой доли черных пикселей снизу к целевому значению доли. При реализации заявленного способа целесообразно выбирать такую последовательность шагов, которая обеспечивает чувствительность к посторонним изображениям малой оптической плотности, приемлемую на практике, при допустимом уровне вычислительной сложности.The described implementation is simple and allows you to reduce threshold values in any order of consideration of training images and areas on them. In other implementations of the claimed invention, more complex sequences of steps can be used to provide the necessary reduction in threshold binarization values. In general, the higher the binarization threshold value is set, the more completely the extraneous images of low optical density will appear in the estimated image. Therefore, in order to obtain the highest sensitivity of the method to such images, it is desirable to reduce the threshold values to the smallest possible degree, achieving as close as possible the background fraction of black pixels from below to the target value of the fraction. When implementing the inventive method, it is advisable to choose a sequence of steps that provides sensitivity to extraneous images of low optical density, acceptable in practice, with an acceptable level of computational complexity.

Постороннее изображение переносится в оценочное изображение в виде дополнительных черных пикселей, которые, собственно, и отличают нормальную банкноту от поврежденной. Поэтому, такие дополнительные пиксели разумно называть аномальными. Для оценки количества и расположения аномальных пикселей должен быть использован подходящий критерий их подсчета. Для специалиста очевидно, что, если постороннее изображение перенесено в оценочное бинарное изображение, то подбор критерия для его обнаружения является типовой инженерной задачей. Описание решения этой задачи имеется как в прототипе, так и в других известных из уровня техники решений. Например, в патенте РФ RU 2282895 (опубл. 10.04.2005, МПК G07D 7/12) осуществляют поиск кластеров аномальных пикселей за счет проверки наличия других аномальных пикселей среди восьми возможных соседей каждого аномального пикселя. Для оценки кластеров в патенте предложено несколько различных критериев, которые позволяют сделать вывод о том, соответствует ли кластер тому или иному виду постороннего изображения. На основе численных характеристик кластеров, таких, как число кластеров на банкноте, количество аномальных пикселей в кластере и соотношение периметра кластера к его площади, делается вывод о ветхости банкноты. В прототипе используют близкий подход, но критерием ветхости считают превышение определенного ограничения на размер области, содержащей постороннее изображение.The extraneous image is transferred to the evaluation image in the form of additional black pixels, which, in fact, distinguish a normal banknote from a damaged one. Therefore, it is reasonable to call such additional pixels abnormal. To assess the number and location of anomalous pixels, an appropriate criterion for their calculation should be used. It is obvious to a specialist that if an extraneous image is transferred to an estimated binary image, then selecting a criterion for its detection is a typical engineering task. A description of the solution to this problem is available both in the prototype and in other solutions known from the prior art. For example, in the patent of the Russian Federation RU 2282895 (published on April 10, 2005, IPC G07D 7/12), clusters of anomalous pixels are searched by checking for other anomalous pixels among eight possible neighbors of each anomalous pixel. To evaluate clusters, the patent proposes several different criteria that allow us to conclude whether the cluster corresponds to one form or another of an extraneous image. Based on the numerical characteristics of the clusters, such as the number of clusters on the banknote, the number of anomalous pixels in the cluster and the ratio of the cluster perimeter to its area, a conclusion is made about the dilapidation of the banknote. The prototype uses a close approach, but the criterion of disrepair is the excess of a certain limit on the size of the area containing the extraneous image.

Чаще всего, по требованиям центрального банка, нужно проверять наличие на банкноте постороннего изображения заданного размера, например, темного круга. В этом случае следует последовательно проходить по оценочному изображению проверочным окном этого же размера, и, для каждого положения окна, подсчитывать количество черных пикселей, оказавшихся в нем. Если количество черных пикселей, оказавшихся в окне, превышает заранее заданное предельное значение, соответствующее наибольшему допустимому размеру постороннего изображения, критерий срабатывает и выдает заключение о наличии постороннего изображения. Когда постороннее изображение не попадает в окно, максимально возможное количество черных пикселей в окне (так называемое фоновое число пикселей) определяется целевыми значениями доли черных пикселей, которые выбираются значительно ниже предельного значения. Возможны и иные, более сложные критерии подсчета, выбор которых зависит от постановки задачи проверки ветхости по конкретным требованиям центрального банка.Most often, according to the requirements of the central bank, you need to check the presence on the banknote of an extraneous image of a given size, for example, a dark circle. In this case, it is necessary to sequentially go through the evaluation image with a test window of the same size, and, for each position of the window, count the number of black pixels that appear in it. If the number of black pixels that appear in the window exceeds a predetermined limit value corresponding to the largest allowable size of the extraneous image, the criterion is triggered and issues a conclusion about the presence of the extraneous image. When an extraneous image does not get into the window, the maximum possible number of black pixels in the window (the so-called background number of pixels) is determined by the target values of the proportion of black pixels, which are chosen significantly below the limit value. Other, more complex calculation criteria are possible, the choice of which depends on the statement of the task of checking for disrepair according to the specific requirements of the central bank.

Когда проверяемая банкнота оказывается более темной либо более яркой, или же более контрастной либо менее контрастной, чем типовая банкнота, то это отражается на статистическом распределении яркости пикселей в ее цифровом образе. В заявленном способе, пороговое значение бинаризации формируется с учетом статистического распределения яркостей пикселей цифрового образа. Это делается с целью уменьшения влияния разброса яркостей на различных экземплярах банкнот на результат бинаризации. Для специалиста являются очевидными возможные пути учета статистического распределения яркостей пикселей. Например, для более темного образа банкноты, что выражается в пониженном математическом ожидании распределения яркости, необходимо дополнительно снизить индивидуальные пороговые значения всех пикселей по отношению к тем, которые вычисляются на основе карты параметра бинаризации для типовой банкноты. Соответственно, для более светлой банкноты, имеющей повышенное математическое ожидание распределения яркости, нужно увеличить индивидуальные пороговые значения всех пикселей. Учет статистического распределения яркостей в заявленном способе успешно решает ту же задачу, что и нормализация интервала яркостей, используемая в прототипе.When the banknote being verified turns out to be darker or brighter, or more contrasting or less contrasting than a typical banknote, this is reflected in the statistical distribution of pixel brightness in its digital image. In the claimed method, the binarization threshold value is formed taking into account the statistical distribution of pixel brightness of the digital image. This is done in order to reduce the effect of the spread of brightness on different copies of banknotes on the result of binarization. For a specialist, the possible ways of taking into account the statistical distribution of pixel brightness are obvious. For example, for a darker image of a banknote, which is expressed in a reduced mathematical expectation of the brightness distribution, it is necessary to further reduce the individual threshold values of all pixels relative to those calculated on the basis of the binarization parameter map for a typical banknote. Accordingly, for a lighter banknote having an increased mathematical expectation of the brightness distribution, it is necessary to increase the individual threshold values of all pixels. Accounting for the statistical distribution of brightness in the claimed method successfully solves the same problem as the normalization of the interval of brightness used in the prototype.

Таким образом, заявленный способ сохраняет преимущества прототипа, но улучшает чувствительность при выявлении посторонних изображений и снижает паразитную чувствительность к геометрическим искажениям.Thus, the claimed method retains the advantages of the prototype, but improves sensitivity when detecting extraneous images and reduces spurious sensitivity to geometric distortions.

Цель подстройки пороговых значений с использованием калибровочных областей состоит в том, чтобы, для нормальной банкноты без посторонних изображений, получить примерно постоянную плотность черных пикселей на всех участках банкноты. Важно, чтобы при этом, в оценочном изображении такой банкноты не возникали крупные паразитные кластеры черных пикселей, схожие своей формой и размером с посторонним изображением. Паразитные кластеры возникают на местах наиболее темных элементов рисунка банкноты, и полностью избежать их образования невозможно. Если паразитный кластер достигает размера и формы, при которых критерий обнаружения выдает ложное решение о наличии постороннего изображения, то заявленный способ работает некорректно и выдает ложноположительный результат.The purpose of adjusting threshold values using calibration areas is to, for a normal banknote without extraneous images, obtain an approximately constant density of black pixels in all parts of the banknote. It is important that, in this case, large parasitic clusters of black pixels that are similar in shape and size to a foreign image do not appear in the valuation image of such a banknote. Spurious clusters occur at the places of the darkest elements of the banknote pattern, and it is impossible to completely avoid their formation. If the parasitic cluster reaches the size and shape at which the detection criterion gives a false decision about the presence of an extraneous image, then the claimed method does not work correctly and produces a false positive result.

В результате выполнения способа, в пределах каждой калибровочной области устанавливаются такие пороговые значения бинаризации, что доля черных пикселей в области, для нормальной банкноты, не превышает заданного целевого значения, которое выбирается меньшим, чем 40%. Такое ограничение доли черных пикселей допускает формирование небольших паразитных кластеров, размер которых значительно меньше размера калибровочной области, но не позволяет формироваться крупным кластерам, сопоставимым по размерам с самой областью. Наибольшая площадь возможного кластера в пределах калибровочной области равна целевому значению, умноженному на площадь этой области. Поэтому, размер калибровочной области и целевое значение нужно выбирать достаточно малыми, чтобы паразитные кластеры не могли превысить предельных размеров постороннего изображения, установленных в качестве критерия ветхости.As a result of the method, within each calibration region, such binarization thresholds are set that the proportion of black pixels in the region, for a normal banknote, does not exceed a predetermined target value, which is selected to be less than 40%. This limitation of the proportion of black pixels allows the formation of small spurious clusters, the size of which is much smaller than the size of the calibration region, but does not allow the formation of large clusters, comparable in size to the region itself. The largest area of a possible cluster within the calibration area is equal to the target value multiplied by the area of this area. Therefore, the size of the calibration region and the target value must be chosen small enough so that spurious clusters cannot exceed the maximum dimensions of the extraneous image set as a decay criterion.

Целевое значение доли черных пикселей должно выбираться опытным путем в соответствии с заданным критерием обнаружения. В целом, за счет этого целевого значения, нужно обеспечить приемлемый низкий уровень вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения для банкнот предварительно определенного типа и ориентации, заведомо не содержащих посторонних изображений. Как показывает опыт, оптимальное целевое значение доли черных пикселей лежит в пределах от 10% до 30%, что, соответственно, ограничивает максимальную площадь кластера в пределах от 10% до 30% площади калибровочной области. При увеличении целевого значения доли до 50% и более, происходит касание и слияние небольших паразитных кластеров друг с другом, в результате чего возникает единый кластер большого размера. Фактически, возникает инверсия структуры оценочного изображения, когда на черном фоне остаются разрозненные белые кластеры. Это вызывает ложное срабатывание критерия обнаружения и делает способ неработоспособным. Практическим предельным целевым значением доли черных пикселей, определенным в ходе экспериментов, является величина 40%.The target value of the proportion of black pixels should be selected empirically in accordance with a given detection criterion. In general, due to this target value, it is necessary to provide an acceptable low level of probability of a false decision about the presence of an extraneous image for banknotes of a predetermined type and orientation that do not contain extraneous images. As experience shows, the optimal target value of the proportion of black pixels lies in the range from 10% to 30%, which, accordingly, limits the maximum cluster area in the range from 10% to 30% of the calibration area. When the target value of the fraction increases to 50% or more, small parasitic clusters touch and merge with each other, resulting in a single large cluster. In fact, there is an inversion of the structure of the estimated image when scattered white clusters remain on a black background. This causes false detection criteria and makes the method inoperative. The practical limit target value for the proportion of black pixels determined during the experiments is 40%.

Имеется еще один путь возникновения крупных паразитных кластеров, проявляющийся даже при малых целевых значениях доли черных пикселей. Речь идет о таком взаимном расположении калибровочных областей и рисунка банкноты, при котором части одного кластера оказываются разнесенными по соседним неперекрывающимся областям. Каждая из частей кластера достаточно мала и не вызывает, в своей калибровочной области, превышения долей черных пикселей установленного целевого значения. В то же время, весь кластер может быть настолько велик, что своим размером может вызвать срабатывание критерия ветхости. Для того, чтобы ограничить возможность возникновения паразитного кластера на границе, калибровочные области следует выбирать с некоторым перекрытием. Место перекрытия, в таком случае, будет относиться, по меньшей мере, к двум калибровочным областям, для каждой из которых, в отдельности, проводится подстройка пороговых значений бинаризации по предельному уровню бинаризации. В выборе порогового значения бинаризации для места перекрытия участвуют все взаимно перекрывающиеся области, что снижает вероятность образования крупного паразитного кластера на стыке областей.There is another way for large parasitic clusters to appear, which manifests itself even at small target values of the proportion of black pixels. We are talking about such a mutual arrangement of the calibration areas and the banknote pattern, in which parts of one cluster are spaced apart from neighboring non-overlapping areas. Each part of the cluster is small enough and does not, in its calibration region, exceed the fractions of black pixels of the set target value. At the same time, the entire cluster can be so large that its size can trigger the decay criterion. In order to limit the possibility of a parasitic cluster occurring at the boundary, the calibration regions should be chosen with some overlap. The overlap, in this case, will relate to at least two calibration areas, for each of which, separately, the threshold values of binarization are adjusted according to the limiting level of binarization. All mutually overlapping regions are involved in choosing the binarization threshold value for the overlap, which reduces the likelihood of a large parasitic cluster forming at the junction of the regions.

Наибольшую сложность представляют паразитные кластеры, находящиеся в местах стыковки углов областей, поскольку их части распределяются по всем четырем смежным областям и, таким образом, теоретически возможно четырехкратное увеличение площади кластера. Например, кластер, равномерно распределенный по четырем областям, при целевом значении доли черных пикселей 25% может иметь суммарную площадь, равную площади калибровочной области. Для подавления формирования подобных кластеров, предпочтителен такой набор калибровочных областей, в которомOf greatest difficulty are parasitic clusters located at the junction of the corners of the regions, since their parts are distributed over all four adjacent regions and, thus, a fourfold increase in the cluster area is theoretically possible. For example, a cluster evenly distributed over four regions, with a target value of the proportion of black pixels of 25%, may have a total area equal to the area of the calibration region. To suppress the formation of such clusters, a set of calibration regions in which

калибровочные области имеют прямоугольную форму с постоянной шириной и постоянной высотой,calibration areas are rectangular with constant width and constant height,

а набор этих областей состоит из двух подмножеств,and the set of these areas consists of two subsets,

так что указанные калибровочные области в каждом подмножестве размещены вплотную друг к другу в порядке рядов и колонн,so that these calibration areas in each subset are placed close to each other in the order of rows and columns,

причем калибровочные области одного подмножества перекрываются с пересекающимися с ними калибровочными областями другого подмножества на половину высоты и на половину ширины области.moreover, the calibration regions of one subset overlap with the intersecting calibration regions of the other subset half the height and half the width of the region.

Описанное расположение калибровочных областей гарантирует, что паразитный кластер, расположившийся в месте стыковки углов областей одного подмножества, будет, в то же время, размещаться в середине области из другого подмножества. Пороговые значения бинаризации, установленные для места расположения такого кластера, будут определяться предельным уровнем бинаризации именно той области, в середине которой находится кластер. Таким образом, при установлении пороговых значений бинаризации в этой области размер кластера не превысит целевого значения.The described arrangement of the calibration regions ensures that the parasitic cluster located at the junction of the corners of the regions of one subset will, at the same time, be located in the middle of the region from another subset. The threshold binarization values established for the location of such a cluster will be determined by the limiting level of binarization of the region in the middle of which the cluster is located. Thus, when setting threshold binarization values in this region, the cluster size does not exceed the target value.

Практически полностью решить проблему крупных паразитных кластеров, находящихся на границе калибровочных областей, можно за счет создания плотной регулярной сетки перекрывающихся прямоугольных областей. Например, можно разместить области в виде рядов и колонн с определенными значениями шага как в направлении ряда, так и в перпендикулярном ему направлении. Когда шаг выбирается достаточно малым в сравнении с размером области, то для практически любого места расположения кластера найдется такая калибровочная область, что кластер окажется вблизи ее центра. Подстройка пороговых значений бинаризации по этой области не позволит кластеру выйти за размер, который задается целевым значением доли черных пикселей. Недостатком такого решения можно считать существенное увеличение числа калибровочных областей и вычислительных затрат на обучение. Изменяя размер шага, можно достигнуть технически оправданного компромисса между временем обучения и степенью подавления крупных паразитных кластеров.The problem of large spurious clusters located at the boundary of the calibration regions can be almost completely solved by creating a dense regular grid of overlapping rectangular regions. For example, you can place areas in the form of rows and columns with certain pitch values both in the direction of the row and in the direction perpendicular to it. When the step is chosen small enough in comparison with the size of the region, then for almost any cluster location there is such a gauge region that the cluster is near its center. Adjusting the binarization thresholds for this region will not allow the cluster to go beyond the size specified by the target value of the proportion of black pixels. The disadvantage of this solution can be considered a significant increase in the number of calibration areas and the computational cost of training. By changing the step size, a technically justified compromise can be reached between the training time and the degree of suppression of large stray clusters.

Также возможна реализация способа, в которой не используют перекрытие калибровочных областей, а для борьбы с формированием крупных кластеров выбирают размер прямоугольной калибровочной области достаточно небольшим. Приведем пример выбора размера прямоугольной области, когда максимально допустимый размер паразитного кластера задан значением его площади. Для выбора размера калибровочной области следует рассмотреть уже упомянутый наименее приемлемый случай, когда крупный кластер формируется в месте стыковки углов четырех калибровочных областей, так что в каждой области оказывается одна четверть площади кластера. Площадь части кластера, находящейся в пределах одной области, не превышает площади области, умноженной на целевое значение доли черных пикселей. Поэтому, площадь калибровочной области нужно выбирать меньше, чем одна четверть максимально допустимой площади кластера, деленная на целевое значение доли черных пикселей.It is also possible to implement a method in which the overlapping of the calibration regions is not used, and in order to combat the formation of large clusters, the size of the rectangular calibration region is chosen to be sufficiently small. We give an example of choosing the size of a rectangular region when the maximum allowable size of a spurious cluster is given by its area. To select the size of the calibration region, one should consider the already mentioned least acceptable case, when a large cluster is formed at the junction of the corners of the four calibration regions, so that in each region there is one quarter of the cluster area. The area of the part of the cluster within the same area does not exceed the area of the area multiplied by the target value of the proportion of black pixels. Therefore, the area of the calibration region must be selected less than one quarter of the maximum allowable cluster area divided by the target value of the proportion of black pixels.

Одна из возможных реализаций изобретения предполагает учет статистического распределения за счет того, чтоOne of the possible implementations of the invention involves taking into account the statistical distribution due to the fact that

для банкноты, подлежащей проверке, вычисляют характеристический уровень, такой, при котором доля пикселей с равными ему или более низкими значениями в цифровом образе этой банкноты представляет собой целевое значение доли черных пикселей, предварительно заданное для этого типа банкнот,for the banknote to be checked, a characteristic level is calculated such that the fraction of pixels with equal or lower values in the digital image of this banknote is the target value of the proportion of black pixels predefined for this type of banknote,

а значение, поставляемое функциональной зависимостью, пропорционально характеристическому уровню.and the value supplied by the functional dependence is proportional to the characteristic level.

В математических терминах, характеристический уровень является квантилем гистограммы цифрового образа банкноты, а предельный уровень бинаризации является квантилем гистограммы калибровочной области цифрового образа, причем, эти квантили вычисляются для одного и того же предварительно заданного целевого значения доли черных пикселей. Можно сказать, что гистограмма калибровочной области является частью гистограммы цифрового образа всей банкноты, поскольку все пиксели из каждой ячейки гистограммы калибровочной области также входят и в ячейку с тем же номером в гистограмме цифрового образа. Поэтому, когда происходит общее потемнение бумаги проверяемой банкноты либо общее истирание красочного слоя, характеристический уровень отражает этот процесс не только в среднем по поверхности банкноты, но также и в каждой отдельной калибровочной зоне.In mathematical terms, the characteristic level is the quantile of the histogram of the digital image of the banknote, and the limit of binarization is the quantile of the histogram of the calibration region of the digital image, and these quantiles are calculated for the same predefined target value of the proportion of black pixels. We can say that the histogram of the calibration region is part of the histogram of the digital image of the entire banknote, since all the pixels from each cell of the histogram of the calibration region are also included in the cell with the same number in the histogram of the digital image. Therefore, when there is a general darkening of the paper of the banknote being checked or a general abrasion of the ink layer, the characteristic level reflects this process not only on average over the banknote surface, but also in each individual calibration zone.

Рассмотрим эту взаимосвязь более подробно. Характеристический уровень играет роль начальной точки, от которой отсчитываются предельные уровни бинаризации отдельных калибровочных областей. В каждой из областей предельный уровень бинаризации отличается от характеристического уровня в соответствии с коэффициентом, который зависит от рисунка банкноты в этой области. Так, для незапечатанных полей банкноты коэффициент будет несколько выше единицы, поскольку яркость поля банкноты выше средней яркости банкноты. На участках с высокой плотностью красочного слоя коэффициент, наоборот, будет ниже единицы. Как показывает опыт, при общем потемнении бумаги, либо общем истирании красочного слоя, характеристический уровень и предельный уровень бинаризации в каждой из областей изменяются приблизительно в одно и то же число раз, из-за чего описанные коэффициенты мало изменяются от банкноты к банкноте. Таким образом, использование характеристического уровня для пропорционального изменения порогового значения бинаризации позволяет эффективно компенсировать общее потемнение бумаги либо общее истирание красочного слоя.Consider this relationship in more detail. The characteristic level plays the role of a starting point from which the limiting binarization levels of individual calibration regions are counted. In each of the regions, the limiting level of binarization differs from the characteristic level in accordance with a coefficient that depends on the banknote pattern in this region. So, for unsealed banknote fields, the coefficient will be slightly higher than unity, since the brightness of the banknote field is higher than the average brightness of the banknote. In areas with a high density of the paint layer, the coefficient, on the contrary, will be lower than unity. As experience shows, with a general darkening of the paper, or general abrasion of the paint layer, the characteristic level and the limiting level of binarization in each of the regions change approximately the same number of times, because of which the described coefficients vary little from banknote to banknote. Thus, using the characteristic level to proportionally change the threshold value of binarization can effectively compensate for the overall darkening of the paper or the general abrasion of the ink layer.

В одной из реализаций, используют разбиение контролируемой зоны банкноты на смежные прямоугольные группы пикселей одинакового размера, и каждой группе ставят в соответствие отдельный элемент карты параметра бинаризации. Пороговое значение бинаризации для каждого пикселя в цифровом образе проверяемой банкноты вычисляют, как произведение характеристического уровня цифрового образа проверяемой банкноты на значение элемента карты параметра бинаризации, соответствующего группе, в которую входит рассматриваемый пиксель. Пороговое значение для каждого пикселя зависит от единственного элемента карты параметра бинаризации, и может вычисляться однократно для всех пикселей в группе. Такая реализация отличается как быстрым вычислением порогового значения бинаризации, так и простотой подстройки элементов карты при обучении. Параметр бинаризации, представленный в виде элементов карты, представляет собой безразмерный коэффициент. Размеры прямоугольника, образующего группу пикселей, должны выбираться несколько большими, чем геометрическая погрешность процесса сканирования, чтобы снизить чувствительность способа к этим погрешностям.In one implementation, a partition of the monitored zone of the banknote is used into adjacent rectangular groups of pixels of the same size, and each group is assigned a separate element of the binarization parameter map. The threshold binarization value for each pixel in the digital image of the banknote being checked is calculated as the product of the characteristic level of the digital image of the banknote being checked by the value of the binarization parameter card element corresponding to the group of the pixel in question. The threshold value for each pixel depends on a single map element of the binarization parameter, and can be calculated once for all pixels in the group. Such an implementation is distinguished by both quick calculation of the binarization threshold value and the simplicity of tuning map elements during training. The binarization parameter, presented as map elements, is a dimensionless coefficient. The dimensions of the rectangle forming the group of pixels should be selected somewhat larger than the geometric error of the scanning process in order to reduce the sensitivity of the method to these errors.

Важно отметить, что количество пикселей, уровни яркости пикселей и пороговые значения бинаризации задаются целыми числами, что не позволяет совершенно точно решить задачи вычисления характеристического уровня и предельного уровня бинаризации калибровочной области. В данном описании подразумевается наличие соответствующих естественных погрешностей, но также предполагается, что эти погрешности малы и не оказывают существенного влияния на результат выполнения способа. Нужно учитывать, что погрешности увеличиваются при уменьшении размера калибровочной области, которое делается для ограничения размера паразитных кластеров. В частности, набор возможных значений предельного уровня бинаризации, как видно из его определения, совпадает с набором значений пикселей в калибровочной области. Если область содержит всего лишь нескольких пикселей, то предельный уровень бинаризации вычисляется очень грубо, что может ухудшить точность работы способа.It is important to note that the number of pixels, pixel brightness levels, and threshold binarization values are specified by integers, which does not allow us to solve the problems of calculating the characteristic level and the limiting binarization level of the calibration region exactly. The presence of corresponding natural errors is implied in this description, but it is also assumed that these errors are small and do not significantly affect the result of the method. It should be borne in mind that errors increase with a decrease in the size of the calibration region, which is done to limit the size of spurious clusters. In particular, the set of possible values of the limiting level of binarization, as can be seen from its definition, coincides with the set of pixel values in the calibration region. If the region contains only a few pixels, then the limit level of binarization is calculated very roughly, which may impair the accuracy of the method.

Следует отметить, что, при обработке банкнот, в одной пачке могут находиться банкноты различных валют, номиналов и ориентаций. В счетно-сортировальной машине, пачку банкнот последовательно сканируют, банкнота за банкнотой. Цифровой образ банкноты, полученный в результате сканирования, как правило, имеет некоторый перекос. Для компенсации перекоса, цифровой образ банкноты выравнивают по отношению к осям координат. Для определения валюты, номинала и ориентации банкноты, после сканирования, обычно применяют специальные способы, основанные на распознавании образов. Способы выравнивания и распознавания образов хорошо известны специалистам.It should be noted that, when processing banknotes, in one bundle there can be banknotes of various currencies, denominations and orientations. In a counting and sorting machine, a stack of banknotes is sequentially scanned, note by note. The digital image of a banknote obtained as a result of scanning, as a rule, has some bias. To compensate for skew, the digital image of the banknote is aligned with the coordinate axes. To determine the currency, denomination and orientation of the banknote, after scanning, usually use special methods based on pattern recognition. Alignment and pattern recognition methods are well known in the art.

Когда, в данном описании, говорится о получении цифрового образа проверяемой банкноты определенного типа и ориентации, это предполагает шаги физического сканирования банкноты, выравнивания цифрового образа к горизонтальному расположению, а также определения валюты, номинала и ориентации. Шаги способа, выполняемые вслед за получением цифрового образа, основываются на том типе и ориентации банкноты, который был определен при получении цифрового образа. А именно, используется карта параметра бинаризации, которая соответствует определенному типу и ориентации.When, in this description, it is said about obtaining a digital image of a banknote being checked of a certain type and orientation, this involves the steps of physically scanning the banknote, aligning the digital image to a horizontal location, as well as determining the currency, denomination and orientation. The steps of the method followed by obtaining a digital image are based on the type and orientation of the banknote that was determined when the digital image was received. Namely, a binarization parameter map is used, which corresponds to a certain type and orientation.

Если машина для обработки банкнот предполагает подачу банкнот различного типа и/или различной ориентации, то эту особенность машины можно описать при помощи набора из нескольких допустимых сочетаний типа и ориентации. Поскольку карта параметра бинаризации заранее задается для определенного типа и ориентации банкнот, то для применения в такой машине необходимо хранить отдельную карту параметра бинаризации, соответствующую каждому допустимому сочетанию. В соответствии с заявленным способом, карта параметра бинаризации для каждого такого сочетания должна заранее формироваться путем обучения с использованием набора образов соответствующего типа и ориентации.If a banknote processing machine involves feeding banknotes of a different type and / or different orientation, then this feature of the machine can be described using a set of several valid combinations of type and orientation. Since the map of the binarization parameter is predefined for a certain type and orientation of banknotes, for use in such a machine it is necessary to store a separate map of the binarization parameter corresponding to each valid combination. In accordance with the claimed method, a map of the binarization parameter for each such combination should be formed in advance by training using a set of images of the corresponding type and orientation.

Имеется возможность избежать необходимости хранить различные карты параметра бинаризации, соответствующие различным ориентациям одного и того же типа банкноты. Если сканировать банкноту одновременно с двух сторон и получать цифровые образы, соответствующие этим сторонам, то, при помощи преобразования цифровых образов, можно получить такой цифровой образ, который соответствует единственной, заранее заданной ориентации. Такие преобразования хорошо известны специалистам: они включают в себя перестановку цифровых образов, полученных для первой и второй стороны банкноты, поворот и зеркальное отображение. Если, при получении цифрового образа банкноты, преобразовывать его к заранее заданной ориентации, то для любой из четырех возможных ориентаций банкноты определенного типа потребуется лишь одна карта, которая соответствует заранее заданной ориентации.It is possible to avoid the need to store different binarization parameter cards corresponding to different orientations of the same type of banknote. If you scan a banknote simultaneously from two sides and get digital images corresponding to these sides, then, using the conversion of digital images, you can get such a digital image that corresponds to a single, predetermined orientation. Such transformations are well known to specialists: they include the rearrangement of digital images obtained for the first and second sides of the banknote, rotation and mirroring. If, when receiving a digital image of a banknote, convert it to a predetermined orientation, then for any of the four possible orientations of a banknote of a certain type, only one card will be needed that corresponds to a predetermined orientation.

При обработке банкнот, как правило, требуется проверить банкноту на наличие постороннего изображения на каждой из ее сторон. Это можно сделать, например, за счет последовательного выполнения проверки при помощи заявленного способа, сначала для цифрового образа первой стороны банкноты, а затем, для цифрового образа второй стороны банкноты. Исключительно в том случае, когда проверка обоих цифровых образов покажет отсутствие на них посторонних изображений, можно сделать вывод об отсутствии посторонних изображений на банкноте. Удобно использовать преобразование цифрового образа к заданной ориентации совместно с проверкой обеих сторон банкноты, поскольку как в том, так и в другом случае требуется сканировать банкноту с обеих сторон и нужно осуществлять сходные преобразования цифровых образов обеих сторон банкноты.When processing banknotes, as a rule, it is required to check the banknote for the presence of a foreign image on each of its sides. This can be done, for example, by sequentially performing verification using the inventive method, first for a digital image of the first side of the banknote, and then for a digital image of the second side of the banknote. Exclusively in the case when the verification of both digital images shows the absence of extraneous images on them, we can conclude that there are no extraneous images on the banknote. It is convenient to use the conversion of a digital image to a given orientation in conjunction with checking both sides of a banknote, since in either case it is necessary to scan a banknote from both sides and similar conversions of digital images of both sides of a banknote should be carried out.

На Фиг. 1 показано расположение контролируемой зоны на банкноте, разбиение этой зоны на группы пикселей и калибровочные области. Фиг. 2 иллюстрирует процесс бинаризации контролируемой зоны банкноты на основе карты параметра бинаризации. Контролируемая зона на исходном образе банкноты (Фиг. 2А), условное представление значений элементов карты параметра бинаризации в виде градаций серого (Фиг. 2В), и оценочное изображение (Фиг. 2С) показаны на примере банкнот российских рублей номиналом 50 рублей модификации 2004 года в лицевой ориентации.In FIG. 1 shows the location of the controlled area on the banknote, the division of this area into groups of pixels and calibration areas. FIG. 2 illustrates the binarization process of a monitored banknote zone based on a binarization parameter map. The controlled area on the initial banknote image (Fig. 2A), the conditional representation of the values of the binarization parameter card elements in the form of gray gradations (Fig. 2B), and the estimated image (Fig. 2C) are shown on the example of Russian rubles banknotes with a face value of 50 rubles of 2004 modification in facial orientation.

Блок-схема на Фиг. 3 показывает последовательность шагов при бинаризации контролируемой зоны банкноты.The block diagram of FIG. 3 shows a sequence of steps during binarization of a controlled banknote zone.

Блок-схемы на Фиг. 4, 5 показывают последовательность шагов при обучении.The flowcharts of FIG. 4, 5 show the sequence of steps in learning.

Блок-схема на Фиг. 6 показывает шаги при проверке цифрового образа банкноты на наличие посторонних изображений.The block diagram of FIG. 6 shows the steps in checking a digital image of a banknote for the presence of extraneous images.

Блок-схемы на Фиг. 7, 8 показывают шаги при обработке банкноты с целью проверки ее на наличие посторонних изображений.The flowcharts of FIG. 7, 8 show the steps in processing a banknote in order to check it for the presence of extraneous images.

Описанная ниже практическая реализация заявленного способа, приводимая здесь в качестве примера, предназначена для выполнения при помощи счетно-сортировальной машины, которая содержит банкнотопроводный механизм, обеспечивающий перемещение банкнот из подающего кармана в приемные карманы; систему датчиков, позволяющую сканировать цифровой образ банкноты по мере ее движения в банкнотопроводном механизме; и встроенную вычислительную систему. Вычислительная система, в свою очередь, содержит процессор, память, пользовательский интерфейс, а также периферические устройства и электрические схемы для подключения датчиков и приводов банкнотопроводного механизма. Для обеспечения удобства проведения обучения, вычислительная система может быть дополнительно соединена с персональным компьютером, на который могут передаваться цифровые образы банкнот, и с которого могут загружаться результаты обучения в виде сформированной карты параметра бинаризации. Однако, применение персонального компьютера не является строго необходимым, поскольку современные счетно-сортировальные машины обладают мощными вычислительными системами, которые позволяют выполнить все шаги способа. В практической реализации заявленного способа банкноту сканируют с обеих сторон в отраженном белом излучении. Цифровой образ, снятый датчиком изображения с одной стороны банкнотопроводного тракта, мы будем условно обозначать как образ А, а снятый датчиком с противоположной стороны тракта - как образ В. Как цифровой образ А, так и цифровой образ В банкноты получают с разрешением один пиксель на миллиметр. Как показано на Фиг. 1, размер зоны 1 контроля банкноты выбирают кратным 4 миллиметрам по вертикали и по горизонтали, и позиционируют центр зоны контроля по центру цифрового образа банкноты. Между зоной 1 контроля и контуром 2 банкноты номинального размера оставляют небольшие поля, в пределах от 2 до 4 пикселей, чтобы компенсировать разброс размера цифровых образов банкнот за счет допусков печатного процесса и погрешностей сканирования.The practical implementation of the claimed method described below, given as an example, is intended to be performed using a counting and sorting machine, which includes a banknote mechanism that enables the movement of banknotes from the supply pocket into the receiving pockets; a sensor system that allows you to scan a digital image of a banknote as it moves in the banknote mechanism; and embedded computing system. The computing system, in turn, contains a processor, memory, user interface, as well as peripheral devices and electrical circuits for connecting sensors and drives of the banknote mechanism. To ensure the convenience of training, the computing system can be additionally connected to a personal computer, to which digital images of banknotes can be transmitted, and from which training results can be downloaded in the form of a generated binarization parameter map. However, the use of a personal computer is not strictly necessary, since modern counting and sorting machines have powerful computing systems that allow you to perform all the steps of the method. In a practical implementation of the claimed method, a banknote is scanned from both sides in reflected white radiation. The digital image captured by the image sensor on one side of the banknote path, we will arbitrarily denote as image A, and the image taken on the opposite side of the path, as image B. Both digital image A and digital image B are received with a resolution of one pixel per millimeter . As shown in FIG. 1, the size of the banknote control zone 1 is selected in multiples of 4 millimeters vertically and horizontally, and the center of the control zone is positioned in the center of the digital image of the banknote. Small fields, between 2 and 4 pixels, are left between the control zone 1 and the circuit 2 of the nominal size banknote in order to compensate for the spread in the size of the digital banknote images due to the tolerances of the printing process and scanning errors.

Группы 3 пикселей для построения карты параметра бинаризации выбирают в виде квадратов размером четыре на четыре пикселя, расположенных в порядке рядов и колонн вплотную друг к другу. Каждой такой группе 3 пикселей соответствует один элемент карты параметра бинаризации.Groups of 3 pixels for constructing a map of the binarization parameter are selected in the form of squares of four by four pixels, arranged in the order of rows and columns close to each other. Each such group of 3 pixels corresponds to one element of the map of the binarization parameter.

Все калибровочные области 6 и 7 являются квадратами размером восемь на восемь пикселей, и их границы выровнены по границам групп 3. Каждая калибровочная область полностью накрывает четыре группы 3 пикселей. В дальнейшем, для простоты изложения, мы будем говорить о том, что калибровочная область накрывает четыре элемента карты параметра бинаризации, которые, в свою очередь, соответствуют четырем вышеназванным группам 3 пикселей.All calibration areas 6 and 7 are eight by eight pixel squares and their borders are aligned with the boundaries of groups 3. Each calibration area completely covers four groups of 3 pixels. In the future, for simplicity of presentation, we will talk about the fact that the calibration area covers four elements of the binarization parameter map, which, in turn, correspond to the four groups of 3 pixels mentioned above.

Набор калибровочных областей состоит из первого подмножества, состоящего из областей 6, и второго подмножества, состоящего из областей 7. Области 7 второго подмножества на рисунке показаны толстой линией. Области 6 первого подмножества перекрываются с пересекающимися с ними областями 7 второго подмножества на величину четыре пикселя по высоте и четыре пикселя по ширине.The set of calibration regions consists of the first subset consisting of regions 6 and the second subset consisting of regions 7. Regions 7 of the second subset in the figure are shown by a thick line. The regions 6 of the first subset overlap with the regions 7 of the second subset intersecting with them by four pixels in height and four pixels in width.

Способ предназначен для поиска посторонних изображений на определенных типах и ориентациях банкнот. Сочетания типа и ориентации банкноты, для которых обеспечивается работа способа, составляют набор допустимых сочетаний. Обучение проводится, в отдельности, для каждого сочетания типа и ориентации банкноты из набора допустимых сочетаний.The method is designed to search for extraneous images on certain types and orientations of banknotes. The combination of the type and orientation of the banknote, for which the operation of the method is provided, constitute a set of valid combinations. The training is conducted separately for each combination of the type and orientation of the banknote from the set of valid combinations.

Опишем здесь процесс бинаризации цифрового образа, который проиллюстрирован блок-схемой на Фиг. 3. При получении цифрового образа, он был подвергнут выравниванию и распознан, в результате чего были определены его тип и ориентация. В результате бинаризации контролируемой зоны цифрового образа, создается оценочное изображение, в котором каждый пиксель соответствует пикселю зоны контроля цифрового образа, и может иметь одно из двух значений: черный пиксель либо белый пиксель.Here we describe the process of binarization of a digital image, which is illustrated by the flowchart in FIG. 3. When receiving a digital image, it was aligned and recognized, as a result of which its type and orientation were determined. As a result of binarization of the controlled area of the digital image, an evaluation image is created in which each pixel corresponds to a pixel of the control area of the digital image and can have one of two values: black pixel or white pixel.

Прежде всего, вычисляют характеристический уровень цифрового образа (шаг 101). Далее, для каждого элемента карты параметра бинаризации, вычисляют и сохраняют в памяти вычислительной системы соответствующее ему пороговое значение бинаризации путем умножения этого элемента на характеристический уровень того цифрового образа банкноты, который необходимо бинаризовать (шаг 102). Далее, для каждого пиксела находят соответствующий ему элемент карты параметра бинаризации, и относящееся к нему пороговое значение бинаризации берут в качестве индивидуального порогового значения для пикселя (шаг 104). На этом шаге используется карта параметра бинаризации, заранее полученная для тех определенных типа и ориентации, к которым относится цифровой образ. Карта параметра бинаризации хранится в энергонезависимой памяти вычислительной системы. Координаты элемента карты параметра бинаризации, как по горизонтали, так и по вертикали, получают путем целочисленного деления координат пиксела на четыре. Затем берут значение этого пиксела и сравнивают его с индивидуальным пороговым значением бинаризации (шаг 105). Если значение пиксела больше индивидуального порогового значения бинаризации, то в результате записывают белый пиксел в соответствующем месте оценочного изображения (шаг 106). Если значение пиксела меньше либо равно индивидуальному пороговому значению, то записывают черный уровень (шаг 107).First of all, the characteristic level of the digital image is calculated (step 101). Further, for each binarization parameter card element, the corresponding binarization threshold value corresponding to it is calculated and stored in the computer system memory by multiplying this element by the characteristic level of the digital banknote image that needs to be binarized (step 102). Next, for each pixel, the binarization parameter map element corresponding to it is found, and the binarization threshold value related thereto is taken as an individual threshold value for the pixel (step 104). At this step, a binarization parameter map is used, obtained in advance for those specific types and orientations to which the digital image belongs. The binarization parameter map is stored in the non-volatile memory of the computing system. The coordinates of the map element of the binarization parameter, both horizontally and vertically, are obtained by integer division of the pixel coordinates by four. Then take the value of this pixel and compare it with the individual threshold value of binarization (step 105). If the pixel value is greater than the individual binarization threshold value, then a white pixel is recorded as a result in the corresponding place of the evaluation image (step 106). If the pixel value is less than or equal to the individual threshold value, then record the black level (step 107).

Таким образом, индивидуальное пороговое значение бинаризации для каждого пикселя является произведением характеристического уровня цифрового образа банкноты и элемента карты параметра бинаризации.Thus, the individual binarization threshold value for each pixel is a product of the characteristic level of the digital image of the banknote and the card element of the binarization parameter.

Статистическое распределение яркости в цифровом образе учитывается за счет характеристического уровня этого цифрового образа.The statistical distribution of brightness in a digital image is taken into account due to the characteristic level of this digital image.

Для проведения обучения для определенного сочетания типа банкноты и лицевой ориентации, используют набор из двухсот банкнот определенного типа, годных к обращению, и сканируют их при помощи машины для обработки банкнот, в одной и той же лицевой ориентации. Для обучения используют образ А. Каждому пикселю в цифровом образе присваивают значение яркости в пределах от 0 до 255. Полученные цифровые образы выравнивают по отношению к осям координат для компенсации перекоса, возникающего при сканировании. В результате создается обучающий набор, содержащий двести цифровых образов. Такое количество цифровых образов в обучающем наборе отражает вариативность результатов печатного процесса и изменение оптических характеристик банкнот по мере их обращения. Этого количества, как правило, оказывается достаточно для проведения обучения, но оно, при необходимости, может быть увеличено.To conduct training for a certain combination of banknote type and facial orientation, use a set of two hundred banknotes of a certain type, suitable for circulation, and scan them using a banknote processing machine in the same facial orientation. For training, use the image A. Each pixel in the digital image is assigned a brightness value in the range from 0 to 255. The resulting digital images are aligned with the coordinate axes to compensate for the skew that occurs during scanning. The result is a training set containing two hundred digital images. Such a number of digital images in the training set reflects the variability of the results of the printing process and the change in the optical characteristics of banknotes as they are circulated. This amount, as a rule, is enough to conduct training, but it, if necessary, can be increased.

Целью обучения является заполнение карты параметра бинаризации для ее последующего использования при бинаризации цифрового образа проверяемой банкноты. В ходе обучения, как будет показано ниже, сама бинаризация не проводится, а значения элементов карты параметра бинаризации устанавливаются в результате манипуляций со статистическими характеристиками образа и калибровочных областей. Результат бинаризации цифрового образа непосредственно определяется индивидуальными пороговыми значениями бинаризации пикселей, которые, в свою очередь, определяются картой параметра бинаризации и характеристическим уровнем этого цифрового образа. Для анализа влияния обучения на результат бинаризации, в наших рассуждениях мы будем рассматривать, каким образом указанные манипуляции влияют на получаемые индивидуальные пороговые значения бинаризации.The purpose of the training is to fill out a binarization parameter card for its subsequent use in binarizing a digital image of a banknote to be verified. During the training, as will be shown below, binarization itself is not carried out, and the values of the binarization parameter map elements are set as a result of manipulations with the statistical characteristics of the image and calibration areas. The result of binarization of a digital image is directly determined by individual threshold binarization values of pixels, which, in turn, are determined by the map of the binarization parameter and the characteristic level of this digital image. To analyze the impact of training on the result of binarization, in our discussion we will consider how these manipulations affect the individual thresholds of binarization obtained.

Целевое значение доли черных пикселей выбирается достаточно высоким, но таким, чтобы обеспечить приемлемый низкий уровень вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения для банкнот предварительно определенного типа и ориентации, заведомо не содержащих посторонних изображений. Эта доля выбирается, исходя из того, какой критерий обнаружения предполагается использовать. В описываемой реализации используется критерий для поиска круглых пятен при помощи скользящего квадратного окна, размер которого равен размеру наименьшего пятна, которое требуется обнаружить. Критерий срабатывает, когда внутри окна обнаруживается количество черных пикселей, превышающее предварительно заданное предельное значение. Для круглого пятна предельное значение задают равным 0,75-0,8 от общего числа пикселей в окне. Опытным путем показано, что для такого критерия наилучшие результаты дает целевое значение доли черных пикселей, равное 20%. Это значение является хорошей начальной точкой. Процесс обучения, который будет описан далее, предусматривает, при необходимости, коррекцию целевого значения доли черных пикселей.The target value of the proportion of black pixels is selected high enough, but so as to provide an acceptable low level of probability of a false decision about the presence of an extraneous image for banknotes of a predetermined type and orientation that obviously does not contain extraneous images. This fraction is selected based on which detection criteria are to be used. In the described implementation, a criterion is used to search for round spots using a sliding square window, the size of which is equal to the size of the smallest spot to be detected. The criterion is triggered when the number of black pixels is detected inside the window that exceeds a predefined limit value. For a round spot, the limit value is set equal to 0.75-0.8 of the total number of pixels in the window. It has been experimentally shown that for such a criterion the best results are obtained by the target value of the proportion of black pixels, equal to 20%. This value is a good starting point. The learning process, which will be described later, provides, if necessary, the correction of the target value of the proportion of black pixels.

Обучение для цифровых образов банкнот определенного сочетания типа и ориентации показано на Фиг. 4А. Прежде всего, устанавливают все элементы карты параметра бинаризации в заведомо большое начальное значение, например, равное 10000 (шаг 201). Такое значение, после умножения на характеристический уровень любой реальной банкноты, даст пороговое значение бинаризации, превышающее максимальное значение пиксела в цифровом образе, равное 255. В результате, бинаризация цифрового образа любой банкноты с применением начальных значений элементов карты параметра бинаризации даст оценочное изображение, состоящее из одних черных пикселей.Training for digital banknote images of a particular combination of type and orientation is shown in FIG. 4A. First of all, all the elements of the binarization parameter map are set to a knownly large initial value, for example, equal to 10000 (step 201). Such a value, after multiplying by the characteristic level of any real banknote, will give a binarization threshold value exceeding the maximum pixel value in the digital image equal to 255. As a result, binarization of the digital image of any banknote using the initial values of the binarization parameter map elements will give an estimated image consisting of black pixels alone.

Дальнейшее обучение проводят, последовательно используя каждый из цифровых образов в обучающем наборе.Further training is carried out sequentially using each of the digital images in the training set.

Для каждого из обучающих цифровых образов строят гистограмму и по ней вычисляют характеристический уровень (шаг 203). С этой целью, находят значение уровня, при котором доля пикселей с этим и более низкими значениями в цифровом образе представляет собой целевое значение доли черных пикселей черных пикселей. Если точного целевого значения доли достичь не удается, то выбирают такой уровень, который обеспечивает наилучшее приближение к целевому значению доли черных пикселей, не превышая его. Как и значения пикселей, характеристический уровень может принимать значения от 0 до 255, но, для реальных цифровых образов, на которых имеются пиксели с разными значениями, крайние значения 0 и 255 не достигаются.For each of the training digital images, a histogram is constructed and the characteristic level is calculated from it (step 203). To this end, find the level value at which the proportion of pixels with this and lower values in the digital image represents the target value of the proportion of black pixels of black pixels. If the exact target value of the fraction cannot be achieved, then choose a level that provides the best approximation to the target value of the proportion of black pixels, without exceeding it. Like pixel values, the characteristic level can take values from 0 to 255, but, for real digital images that have pixels with different values, the extreme values of 0 and 255 are not reached.

На каждом из цифровых образов последовательно проходят по всем калибровочным областям, и для каждой из них находят предельный уровень бинаризации (шаг 205). Для этого строят гистограмму пикселей калибровочной области. По гистограмме находят значение уровня, при котором пиксели с этим и более низкими значениями в совокупности составляют в калибровочной области целевую долю черных пикселей. Если точного целевого значения доли достичь не удается, то выбирают такой уровень, который обеспечивает наилучшее приближение к целевому значению доли черных пикселей.On each of the digital images, they successively pass through all the calibration areas, and for each of them the ultimate level of binarization is found (step 205). For this, a histogram of the pixels of the calibration region is constructed. The histogram is used to find the value of the level at which pixels with this and lower values together constitute the target proportion of black pixels in the calibration region. If the exact target value of the fraction cannot be achieved, then choose a level that provides the best approximation to the target value of the proportion of black pixels.

Далее, делят предельный уровень бинаризации рассматриваемой области на характеристический уровень цифрового образа банкноты (шаг 206). В результате получают безразмерный параметр бинаризации для калибровочной области. Затем, находят, какие именно четыре элемента карты параметра бинаризации накрывает рассматриваемая область (шаг 207). Используя параметр бинаризации области как верхний предел, ограничивают значения этих элементов карты. А именно, если найденный параметр бинаризации меньше значения элемента карты, то присваивают этому элементу значение найденного параметра бинаризации (шаг 208). В результате такого ограничения, индивидуальное пороговое значение бинаризации, соответствующее каждому пикселю в калибровочной области, ограничивается предельным уровнем бинаризации рассматриваемой области. Последовательность шагов 205-208 повторяют для всех оставшихся калибровочных областей и всех оставшихся цифровых образов из обучающего набора, после чего обучение завершается. Результатом обучения является карта параметра бинаризации, которую сохраняют в энергонезависимой памяти вычислительной системы для последующего использования при контроле банкнот (шаг 209).Next, divide the limit level of binarization of the considered area by the characteristic level of the digital image of the banknote (step 206). The result is a dimensionless binarization parameter for the calibration region. Then, it is found which exactly four elements of the map of the binarization parameter cover the region under consideration (step 207). Using the region binarization parameter as the upper limit, the values of these map elements are limited. Namely, if the found binarization parameter is less than the value of the card element, then this element is assigned the value of the found binarization parameter (step 208). As a result of this limitation, the individual binarization threshold value corresponding to each pixel in the calibration region is limited by the limiting binarization level of the region under consideration. The sequence of steps 205-208 is repeated for all remaining calibration areas and all remaining digital images from the training set, after which the training is completed. The result of the training is a binarization parameter map, which is stored in the non-volatile memory of the computer system for subsequent use in banknote control (step 209).

В соответствии с описанной последовательностью шагов, после обучения, для любой калибровочной области любого цифрового образа из обучающего набора, индивидуальное пороговое значение бинаризации каждого из пикселей области оказывается либо равно предельному уровню бинаризации области, либо ниже этого уровня. Рассмотрим более подробно, за счет чего получается этот результат. Необходимо учитывать, что, когда мы будем говорить о снижении индивидуальных пороговых значений бинаризации пикселей, на самом деле производится соответствующее снижение элементов карты параметра бинаризации, а уменьшение индивидуальных пороговых значений оказывается его прямым следствием.In accordance with the described sequence of steps, after training, for any calibration region of any digital image from the training set, the individual threshold binarization value of each of the pixels in the region is either equal to or lower than the limit level of binarization of the region. Let us consider in more detail, due to which this result is obtained. It is necessary to take into account that when we talk about a decrease in individual threshold binarization values of pixels, in fact, a corresponding decrease in the elements of the map of the binarization parameter is made, and a decrease in individual threshold values is its direct consequence.

В самом начале обучения, при рассмотрении первой области на первом цифровом образе из обучающего набора (когда шаги 203-208 выполняются первый раз), индивидуальные пороговые значения для всех пикселей этой области снижаются до предельного уровня бинаризации, определенного для этой области. При дальнейшем рассмотрении других калибровочных областей, для каждой из них вычисляется свой предельный уровень бинаризации. Когда какая-то из этих областей перекрывается с первой областью, и ее предельный уровень бинаризации оказывается меньше предельного уровня бинаризации первой области, то на шаге 208, в месте перекрытия, индивидуальные пороговые значения бинаризации будут дополнительно уменьшены от предельного уровня бинаризации первой области. Таким образом, при обработке цифрового образа одной банкноты, в калибровочной области возможно появление пикселей с пороговым значением бинаризации, более низким, чем предельный уровень бинаризации этой области, что обусловлено более низким предельным уровнем, вычисленным для другой области, с которой она перекрывается.At the very beginning of training, when considering the first area on the first digital image from the training set (when steps 203-208 are performed for the first time), individual threshold values for all pixels in this area are reduced to the limit of binarization defined for this area. Upon further consideration of other calibration areas, for each of them, their own maximum level of binarization is calculated. When any of these regions overlaps with the first region, and its limiting binarization level is less than the limiting binarization level of the first region, then at step 208, at the overlap, the individual binarization thresholds will be further reduced from the limiting binarization level of the first region. Thus, when processing a digital image of one banknote, pixels may appear in the calibration region with a threshold binarization value lower than the limiting binarization level of this region, which is due to a lower limiting level calculated for the other region with which it overlaps.

При переходе ко второму и последующим цифровым образам, значение характеристического уровня и предельный уровень бинаризации для каждой из областей вычисляются заново (шаг 203). Соответственно, индивидуальные пороговые значения бинаризации для каждого пикселя теперь определяются на основе ранее полученных элементов карты параметра бинаризации и нового характеристического уровня. Если новый предельный уровень бинаризации для области оказывается ниже, чем индивидуальное пороговое значение пикселя в этой области, то значение соответствующего элемента карты бинаризации дополнительно снижается (шаг 208), чтобы снизить упомянутое индивидуальное пороговое значение до величины предельного уровня бинаризации. Для тех пикселей, индивидуальное пороговое значение бинаризации которых уже имеет значение ниже вновь вычисляемого предельного уровня бинаризации, дальнейшее снижение не производится. Таким образом, снижение порогового значения бинаризации каждого пикселя происходит при необходимости, и в той степени, чтобы гарантированно избежать превышения доли черных пикселей над заданным целевым значением этой доли в каждой из перекрывающихся областей и на всех образах из обучающего набора.When switching to the second and subsequent digital images, the value of the characteristic level and the limiting level of binarization for each of the areas are re-calculated (step 203). Accordingly, individual binarization thresholds for each pixel are now determined based on previously obtained binarization parameter map elements and a new characteristic level. If the new limit binarization level for the region is lower than the individual threshold pixel value in this region, then the value of the corresponding element of the binarization map is further reduced (step 208) to reduce the said individual threshold value to the limit value of the binarization. For those pixels whose individual binarization threshold value already has a value below the newly calculated limiting level of binarization, further reduction is not performed. Thus, a decrease in the binarization threshold value of each pixel occurs if necessary, and to the extent that it is guaranteed to avoid exceeding the proportion of black pixels over a given target value of this fraction in each of the overlapping regions and on all images from the training set.

На шаге 209 полученную карту параметра бинаризации сохраняют в энергонезависимой памяти машины.At step 209, the resulting binarization parameter map is stored in the non-volatile memory of the machine.

Рассмотрим альтернативный вариант разбиения на калибровочные области. В альтернативном варианте квадратные калибровочные области в наборе имеют размер четыре на четыре пикселя и располагаются в порядке рядов и колонн, вплотную друг к другу и без перекрытия. Каждой области соответствует один и только один элемент карты параметра бинаризации. В этом случае, в ходе обучения (см. Фиг. 4В), вплоть до шага 206 вычисления параметра бинаризации области включительно, действуют аналогично основному варианту. Однако, затем, на шаге 221 определяют единственный элемент карты параметра бинаризации, и на шаге 222 ограничивают его значением параметра бинаризации области. Поэтому, снижение значения элемента карты параметра бинаризации обусловлено только появлением более низкого параметра бинаризации для соответствующей ему области в каком-либо цифровом образе из обучающего набора. То есть, при альтернативном варианте разбиения отсутствует влияние нескольких перекрывающихся областей на один элемент карты параметра бинаризации.We consider an alternative variant of partitioning into gauge domains. Alternatively, the square calibration areas in the set are four by four pixels in size and arranged in rows and columns, close to each other and without overlap. Each region corresponds to one and only one element of the map of the binarization parameter. In this case, during the training (see Fig. 4B), up to and including step 206 of calculating the region binarization parameter, they act similarly to the main version. However, then, in step 221, a single element of the binarization parameter map is determined, and in step 222, it is limited to the value of the region binarization parameter. Therefore, a decrease in the value of the binarization parameter map element is due only to the appearance of a lower binarization parameter for the corresponding region in some digital image from the training set. That is, with an alternative partitioning, there is no effect of several overlapping regions on one element of the map of the binarization parameter.

Альтернативный вариант имеет свои преимущества и недостатки. За счет уменьшенного размера калибровочной области, он позволяет более детально учитывать в карте параметра бинаризации мелкие элементы нормального рисунка банкноты. Благодаря этому, высококонтрастные темные элементы нормального рисунка в меньшей степени передаются в оценочное изображение. Поэтому, снижается возможность образования кластеров, способных вызвать ложное решение об обнаружении постороннего изображения. Кроме того, альтернативный вариант позволяет в меньшей степени снижать значения элементов карты, поскольку каждая область влияет только на один элемент карты, а не на четыре. Это позволяет повысить чувствительность способа к обнаружению малоконтрастных посторонних изображений.An alternative has its advantages and disadvantages. Due to the reduced size of the calibration region, it allows for more detailed consideration in the map of the binarization parameter small elements of the normal banknote pattern. Due to this, the high-contrast dark elements of the normal pattern are less transmitted to the evaluation image. Therefore, the possibility of forming clusters that can cause a false decision to detect an extraneous image is reduced. In addition, the alternative option allows to reduce the values of map elements to a lesser extent, since each area affects only one map element, and not four. This allows you to increase the sensitivity of the method to the detection of low-contrast extraneous images.

Недостаток альтернативного варианта связан с особенностями гистограммы пикселей калибровочной области, которую строят на шаге 205 для определения предельного уровня бинаризации. Так как в области находится всего 16 пикселей, то в ее гистограмме ненулевые значения будут иметь не более 16 уровней из 256. Поэтому, случайная погрешность определения предельного уровня по такой гистограмме будет примерно равна среднему расстоянию между соседними уровнями, то есть примерно 16. Это очень большая величина, которая может случайным образом существенно исказить тот или иной элемент карты параметра бинаризации и снизить достоверность обнаружения посторонних изображений. В основном варианте разбиения калибровочная область содержит 64 пикселя, поэтому, случайная погрешность значительно меньше и примерно равна 4.The disadvantage of the alternative option is associated with the features of the histogram of pixels of the calibration region, which is built in step 205 to determine the maximum level of binarization. Since there are only 16 pixels in the region, non-zero values in its histogram will have no more than 16 levels out of 256. Therefore, the random error in determining the limit level from such a histogram will be approximately equal to the average distance between neighboring levels, that is, about 16. This is very a large value, which can randomly significantly distort one or another element of the map of the binarization parameter and reduce the reliability of detection of extraneous images. In the main version of the partition, the calibration region contains 64 pixels, therefore, the random error is much smaller and approximately equal to 4.

Выбор между основным или альтернативным вариантом разбиения необходимо делать на экспериментальной основе. Для того или иного типа банкноты, из-за различий в особенностях рисунка, может оказаться предпочтительным тот или иной вариант разбиения. Важно, что выбор варианта разбиения не оказывает влияния на размерность получаемой карты параметра бинаризации. За счет этого, карта параметра бинаризации, вне зависимости от использованного варианта разбиения, может далее совершенно одинаковым образом применяться для обнаружения посторонних изображений.The choice between the main or alternative splitting option must be done on an experimental basis. For one or another type of banknote, due to differences in the features of the picture, this or that variant of splitting may be preferable. It is important that the choice of the partition option does not affect the dimension of the resulting map of the binarization parameter. Due to this, the map of the binarization parameter, regardless of the split option used, can then be used in exactly the same way to detect extraneous images.

В целом, можно сказать, что при любом варианте разбиения, карта параметра бинаризации, после обучения, содержит обобщенное пространственное представление яркости проверяемой зоны для определенного типа и ориентации банкноты. Такое представление учитывает пространственное распределение яркости всех экземпляров банкнот из обучающего набора с уменьшением влияния на это представление факторов общего потемнения или осветления каждой отдельной банкноты. Обращаясь к Фиг. 2В, где карта параметра бинаризации визуализируется при помощи градаций серого цвета, можно увидеть ее сходство с контролируемой зоной банкноты, воспроизведенной на Фиг. 2А. На Фиг. 2В более темные тона серого соответствуют более низким значениям элементов карты, а более светлые -более высоким. Расположение темных и светлых участков на Фиг. 2В совпадает с расположением темных и светлых участков контролируемой зоны банкноты. В месте расположения постороннего изображения 8 в виде темного пятна на Фиг. 2В карта параметра бинаризации не имеет затемнения, поскольку на нормальных банкнотах в этом месте пятно отсутствует.In general, we can say that for any variant of partitioning, the map of the binarization parameter, after training, contains a generalized spatial representation of the brightness of the zone being tested for a certain type and orientation of the banknote. Such a representation takes into account the spatial distribution of the brightness of all copies of banknotes from the training set with a decrease in the influence of general darkening or lightening of each individual banknote on this representation. Turning to FIG. 2B, where the map of the binarization parameter is visualized using gray gradations, you can see its resemblance to the controlled area of the banknote reproduced in FIG. 2A. In FIG. 2B, darker gray tones correspond to lower values of map elements, and lighter - higher. The arrangement of the dark and light areas in FIG. 2B coincides with the location of the dark and light areas of the controlled zone of the banknote. At the location of the background image 8 as a dark spot in FIG. 2B, the binarization parameter map does not have a blackout, since there is no spot on normal banknotes at this point.

Можно также заметить, что изображение карты параметра бинаризации Фиг. 2В имеет отдельные локальные затемнения, которые отсутствуют на изображении нормальной банкноты на Фиг. 2А, такие, как область 13. Эти затемнения возникают при обучении, когда на какой-либо из нормальных банкнот обучающего набора в этом месте оказывается увеличенная оптическая плотность. Подобное увеличение оптической плотности может происходить из-за технологических отклонений печатного процесса или же в ходе допустимого износа, еще не достигшего уровня ветхости. Так, затемненная область 13 возникла из-за единственного обучающего экземпляра нормальной банкноты, на котором в этом месте, в результате непостоянства печатного процесса, проявилась повышенная краскопередача с печатной формы. Таким образом, карта параметра бинаризации, хотя и имеет сходство с индивидуальным изображением нормальной банкноты, также учитывает разнообразные локальные отличия между разными экземплярами нормальных банкнот. Очевидно, что локальные затемнения на карте параметра бинаризации ухудшают возможности обнаружения посторонних изображений в этих местах, но снижают вероятность ложной отбраковки нормальных банкнот. Таким образом, чувствительность к обнаружению посторонних изображений и вероятность ложного решения об обнаружении постороннего изображения должны выбираться на основе допустимого компромисса. Чем более велики локальные различия между банкнотами в обучающем наборе, тем ниже чувствительность к посторонним изображениям, но и ниже вероятность ложной отбраковкиYou may also notice that the map image of the binarization parameter of FIG. 2B has individual local dimming that is not present in the normal bill image in FIG. 2A, such as region 13. These blackouts occur during training when an increased optical density appears on any of the normal banknotes of the training set in this place. Such an increase in optical density can occur due to technological deviations of the printing process or during acceptable wear, which has not yet reached the level of decay. So, the darkened area 13 arose due to the only training copy of a normal banknote, on which in this place, as a result of the inconsistency of the printing process, an increased ink transfer from the printing form appeared. Thus, the map of the binarization parameter, although resembling an individual image of a normal banknote, also takes into account various local differences between different copies of normal banknotes. Obviously, local dimming on the map of the binarization parameter worsens the ability to detect extraneous images in these places, but reduces the likelihood of false rejection of normal banknotes. Thus, the sensitivity to the detection of extraneous images and the likelihood of a false decision to detect an extraneous image should be selected on the basis of an acceptable compromise. The greater the local differences between banknotes in the training set, the lower the sensitivity to extraneous images, but the lower the likelihood of false rejection

Полное обучение для всех допустимых сочетаний типа и ориентации банкноты выполняют последовательно (шаг 230), сочетание за сочетанием, как показано на Фиг. 5. Шаг 231 объединяет в себе шаги 201-209, описанные ранее. Затем, с использованием обучающего набора цифровых образов, проводят проверку вероятности ложных срабатываний критерия обнаружения (шаг 232). Для этого, проводят проверку каждого цифрового образа в соответствии с шагами 301-308, как описано далее, и определяют процент цифровых образов в обучающем наборе, на которых было обнаружено постороннее изображение. При этом используют карту параметра бинаризации, полученную на шаге 231. Так как на банкнотах обучающего набора отсутствуют посторонние изображения, то найденный процент представляет собой вероятность ложного решения о наличии постороннего изображения. На шаге 233 сравнивают найденный процент с приемлемым уровнем вероятности, заранее известным на основе требований центрального банка для обработки банкнот определенного типа. Найденный процент должен находиться в пределах от 1/3 приемлемого уровня до приемлемого уровня вероятности ложных срабатываний критерия обнаружения. Например, если приемлемый уровень равен 3%, то процент цифровых образов в обучающем наборе, на которых было обнаружено постороннее изображение, должен находиться в пределах 1-3%. Если найденный процент слишком велик и превышает допустимый уровень вероятности, то необходимо несколько уменьшить целевое значение доли черных пикселей, и повторить проверку на шагах 231-232. При слишком малом значении найденного процента имеется резерв увеличения чувствительности способа за счет увеличения значения элементов карты параметра бинаризации и соответствующих им индивидуальных пороговых значений бинаризации. Этот резерв необходимо использовать, для чего нужно несколько увеличить целевое значение доли черных пикселей, и повторить проверку на шагах 231-232. В результате такой итерационной подстройки целевого значения доли черных пикселей (шаги 233, 231, 232), выполняемой при необходимости, происходит снижение либо увеличение элементов карты параметра бинаризации. Это позволяет еще более приблизить значения карты параметра бинаризации к оптимальным.Complete training for all valid combinations of the type and orientation of the banknote is performed sequentially (step 230), combination by combination, as shown in FIG. 5. Step 231 combines the steps 201-209 described previously. Then, using the training set of digital images, the probability of false positives of the detection criterion is checked (step 232). To do this, verify each digital image in accordance with steps 301-308, as described below, and determine the percentage of digital images in the training set on which an extraneous image was detected. In this case, use the binarization parameter map obtained at step 231. Since there are no extraneous images on the banknotes of the training set, the percentage found is the probability of a false decision about the presence of an extraneous image. At step 233, the percentage found is compared with an acceptable level of probability known in advance based on the requirements of the central bank for processing banknotes of a certain type. The found percentage should be in the range from 1/3 of the acceptable level to an acceptable level of probability of false positives for the detection criterion. For example, if the acceptable level is 3%, then the percentage of digital images in the training set on which an extraneous image was detected should be within 1-3%. If the percentage found is too large and exceeds the acceptable level of probability, then it is necessary to slightly reduce the target value of the proportion of black pixels, and repeat the test in steps 231-232. If the percentage value found is too small, there is a reserve for increasing the sensitivity of the method by increasing the value of the map elements of the binarization parameter and the corresponding individual binarization thresholds. This reserve needs to be used, for which you need to slightly increase the target value of the proportion of black pixels, and repeat the check in steps 231-232. As a result of this iterative adjustment of the target value of the proportion of black pixels (steps 233, 231, 232), performed if necessary, there is a decrease or increase in the elements of the map of the binarization parameter. This allows us to bring the values of the map of the binarization parameter even closer to optimal.

Допустимый интервал найденного процента ложных решений об обнаружении постороннего изображения, установленный в пределах от 1/3 приемлемого уровня до приемлемого уровня вероятности ложных срабатываний критерия обнаружения, и использованный для итерационной подстройки целевого значения доли черных пикселей, был определен эмпирически и его нижняя граница может быть изменена при необходимости. Увеличение нижней границы улучшает чувствительность способа, но требует увеличения количества банкнот в обучающей выборке для более точной настройки элементов карты параметра бинаризации. Нижнюю границу можно уменьшить до нуля, в этом случае целевое значение доли черных пикселей не будет повышаться. Этот вариант можно рекомендовать при малом доступном размере обучающей выборки, когда требуется определенный запас пороговых значений бинаризации, чтобы не вызвать частых ложных срабатываний критерия обнаружения на нормальных банкнотах, которые существенно отличаются от банкнот, включенных в обучающую выборку.The acceptable interval of the found percentage of false decisions about detecting an extraneous image, set from 1/3 of an acceptable level to an acceptable level of probability of false positives for the detection criterion, and used to iteratively fine-tune the target value of the proportion of black pixels, was determined empirically and its lower boundary can be changed if necessary. An increase in the lower boundary improves the sensitivity of the method, but requires an increase in the number of banknotes in the training set for more precise adjustment of the binarization parameter map elements. The lower border can be reduced to zero, in this case, the target value of the proportion of black pixels will not increase. This option can be recommended for a small available training sample size, when a certain margin of binarization thresholds is required so as not to cause frequent false positives of the detection criterion on normal banknotes, which differ significantly from banknotes included in the training sample.

При проверке банкноты на наличие посторонних изображений, проверку ее цифрового образа ведут, как показано на Фиг. 6. Сначала, получают цифровой образ и определяют тип и ориентацию банкноты (шаг 301). Далее, проводят бинаризацию цифрового образа с получением оценочного изображения (шаг 302), применяя карту параметра бинаризации, хранящуюся в энергонезависимой памяти машины. Этот шаг состоит из последовательности отдельных шагов 101-107, подробно описанных ранее. Карта параметра бинаризации для определенного сочетания типа и ориентации банкноты, хранящаяся в энергонезависимой памяти машины, была получена ранее, в ходе обучения (шаги 201-209).When checking the banknote for the presence of extraneous images, checking its digital image is carried out, as shown in FIG. 6. First, a digital image is obtained and the type and orientation of the banknote is determined (step 301). Next, a digital image is binarized to obtain an estimated image (step 302) using a binarization parameter map stored in the non-volatile memory of the machine. This step consists of a sequence of individual steps 101-107, described in detail previously. A map of the binarization parameter for a certain combination of the type and orientation of the banknote stored in the non-volatile memory of the machine was obtained earlier during the training (steps 201-209).

Затем, приступают к поиску постороннего изображения в оценочном изображении. Устанавливают проверочное окно в начальное положение (шаг 303) и проверяют количество черных пикселей, попавших в пределы окна (шаг 304). Если количество черных пикселей превышает установленное предельное значение (шаг 305), то делают вывод о наличии постороннего изображения. Если же количество черных пикселей не превысило установленное предельное значение, перемещают окно в следующее положение (шаг 307) и опять проводят проверку количества черных пикселей (шаги 304, 305). Повторяют шаги 304-307 до тех пор, пока не проверят все положения проверочного окна или же, пока не обнаружат превышения установленного предельного значения. Если для всех положений проверочного окна ни разу не было зафиксировано превышение установленного предельного значения для количества черных пикселей, то делают вывод об отсутствии постороннего изображения (шаг 307).Then, they begin to search for an extraneous image in the evaluation image. Set the test window to its initial position (step 303) and check the number of black pixels that fall within the window (step 304). If the number of black pixels exceeds the set limit value (step 305), then a conclusion is drawn about the presence of an extraneous image. If the number of black pixels does not exceed the set limit value, move the window to the next position (step 307) and again check the number of black pixels (steps 304, 305). Repeat steps 304-307 until you check all the positions of the test window or until you find that you have exceeded the set limit value. If for all positions of the test window, the set limit value for the number of black pixels has never been exceeded, then it is concluded that there is no extraneous image (step 307).

Обратимся к Фиг. 2 и проследим проверку цифрового образа банкноты на конкретном примере. Как показано на Фиг. 2А, в пределах контролируемой зоны 1 на банкноте, находится постороннее изображение в виде черного пятна 8. При бинаризации контролируемой зоны 1 с использованием карты параметра бинаризации, показанного на Фиг. 1В, получается оценочное изображение, изображенное на Фиг. 2С (шаг 302). В той части оценочного изображения, где черное пятно 8 отсутствует, черные пиксели хаотично разбросаны поодиночке либо в виде мелких кластеров, а их средняя плотность не превышает целевого значения. Черное пятно 8 передается в оценочное изображение в виде крупного кластера из черных пикселей 9. В ходе проверки скользящим проверочным окном 11, последовательно проходящим все возможные положения на банкноте слева направо и сверху вниз (шаги 303-305, 307), в положении, показанном на Фиг. 2С обнаруживается превышение установленного предельного значения для количества черных пикселей, равного 20 (шаг 306). Соответственно, делается вывод об обнаружении постороннего изображения, и дальнейшая проверка оценочного изображения проверочным окном прекращается.Turning to FIG. 2 and trace the verification of the digital image of the banknote using a specific example. As shown in FIG. 2A, within the control zone 1 on the banknote, there is an extraneous image in the form of a black spot 8. When binarizing the control zone 1 using the binarization parameter map shown in FIG. 1B, the evaluation image shown in FIG. 2C (step 302). In the part of the estimated image where the black spot 8 is absent, the black pixels are randomly scattered singly or in the form of small clusters, and their average density does not exceed the target value. Black spot 8 is transferred to the evaluation image in the form of a large cluster of black pixels 9. During the test, a sliding check window 11, passing through all possible positions on the banknote from left to right and from top to bottom (steps 303-305, 307), in the position shown in FIG. 2C, an excess of the set limit value for the number of black pixels equal to 20 is detected (step 306). Accordingly, it is concluded that an extraneous image has been detected, and further verification of the evaluation image by the verification window is terminated.

Для проверки наличия постороннего изображения в пределах проверочного окна, могут применяться более сложные методы. Например, может анализироваться не количество черных пикселей в целом в пределах окна, а количество черных пикселей в самом крупном кластере черных пикселей, находящемся в окне. Такой анализ позволяет исключить из рассмотрения мелкие кластеры и одиночные черные пиксели, имеющие шумовое происхождения и не связанные с посторонним изображением. Дополнительно к этому, может анализироваться отношение длины границы к площади такого кластера, что позволяет более уверенно выявлять тонколинейные рисунки. Выбор того или иного метода определяется, как конкретными требованиями к поиску постороннего изображения, так и наличием достаточной вычислительной мощности для реализации метода с необходимым быстродействием.More sophisticated methods can be used to check for an extraneous image within the inspection window. For example, it can be analyzed not the number of black pixels in general within the window, but the number of black pixels in the largest cluster of black pixels in the window. Such an analysis makes it possible to exclude from consideration small clusters and single black pixels having noise origin and not related to an extraneous image. In addition to this, the ratio of the border length to the area of such a cluster can be analyzed, which allows more confidently identifying thin-line patterns. The choice of this or that method is determined both by the specific requirements for the search for an extraneous image, and by the availability of sufficient computing power to implement the method with the necessary speed.

Опишем последовательность проверки банкноты в счетно-сортировальной машине (Фиг. 7). Машина последовательно обрабатывает банкноты, находящиеся в подающем кармане в виде пачки. Каждая банкнота механически отделяется от пачки и начинает движение по банкнотопроводному тракту. Во время ее движения через участок тракта, где установлены датчики, производится сканирование с получением цифровых образов банкноты с обеих сторон (шаг 401). При сканировании могут использоваться различные виды подсветки банкноты, в соответствии с тем, какая информация необходима для распознавания ее валюты, номинала и ориентации. А именно, могут использоваться как монохроматические источники излучения, так и комбинация нескольких длин волн - например, образующих белый свет. Излучение может подаваться как со стороны расположения фотоприемника, так и с противоположной стороны банкноты. В первом случае будет получен цифровой образ в отраженном излучении, а во втором - цифровой образ в проходящем излучении. Для обнаружения посторонних изображений наиболее информативными являются цифровые образы, полученные в отраженном белом свете.We describe the sequence of checking banknotes in a counting and sorting machine (Fig. 7). The machine sequentially processes banknotes located in the feed pocket in the form of a bundle. Each banknote is mechanically separated from the bundle and begins to move along the banknote path. During its movement through the tract, where the sensors are installed, scanning is performed with digital images of the banknote on both sides (step 401). When scanning, various types of banknote illumination can be used, in accordance with what information is needed to recognize its currency, denomination and orientation. Namely, both monochromatic radiation sources and a combination of several wavelengths — for example, forming white light — can be used. Radiation can be supplied both from the location of the photodetector, and from the opposite side of the banknote. In the first case, a digital image in the reflected radiation will be obtained, and in the second, a digital image in the transmitted radiation. For the detection of extraneous images, the most informative are digital images obtained in reflected white light.

Для компенсации перекоса банкноты при движении через участок расположения датчиков, на шаге 402 производят выравнивание цифровых образов относительно координатных осей. Для этого, по резкому изменению яркости пикселей находят расположение границ банкноты в цифровом образе, вычисляют ее центр и угол перекоса, и далее производят поворот изображения относительно центра на угол, противоположный углу перекоса. При этом, центр изображения смещают в заданную точку. В результате, кромки банкноты оказываются параллельны координатным осям, а центр изображения банкноты расположен в заданной точке.To compensate for the distortion of the banknote when moving through the sensor location, at step 402, the digital images are aligned with respect to the coordinate axes. To do this, by a sharp change in the brightness of the pixels, the banknote borders are located in a digital image, its center and skew angle are calculated, and then the image is rotated relative to the center by an angle opposite to the skew angle. In this case, the center of the image is shifted to a given point. As a result, the edges of the banknote are parallel to the coordinate axes, and the center of the image of the banknote is located at a given point.

Затем, на шаге 403 производят распознавание валюты, номинала и ориентации банкноты. Для этого используют один из способов распознавания цифровых образов, хорошо известных специалистам. Например, может применяться корреляционное сравнение с заранее заготовленными эталонными цифровыми образами всех известных типов и ориентаций банкнот, которые обрабатывает данное устройство. Если максимальная найденная корреляция с одним или несколькими из эталонных цифровых образов превышает заданный порог, то выносят заключение о том, что банкнота относится к сочетанию типа и ориентации, соответствующему эталонному цифровому образу, с которым была получена наивысшая корреляция. Если корреляция ни с одним из эталонных цифровых образов не превышает заданный порог, выносят решение о том (шаг 411), что банкнота не распознана и должна быть отбракована. Нераспознанную банкноту далее не проверяют на наличие посторонних изображений.Then, in step 403, the currency, face value and orientation of the banknote are recognized. To do this, use one of the methods for recognizing digital images, well known to specialists. For example, a correlation comparison can be applied with pre-prepared reference digital images of all known types and orientations of banknotes that this device processes. If the maximum correlation found with one or more of the reference digital images exceeds a predetermined threshold, then it is concluded that the banknote refers to a combination of type and orientation corresponding to the reference digital image with which the highest correlation was obtained. If the correlation with any of the reference digital images does not exceed a predetermined threshold, a decision is made (step 411) that the banknote is not recognized and should be rejected. An unrecognized banknote is not further checked for extraneous images.

Если банкнота была распознана, то далее приводят ее цифровой образ к заданной ориентации (шаг 404) путем формирования первого цифрового образа. Банкнота может иметь всего четыре ориентации, являющиеся комбинациями стороны банкноты и ее поворота: лицевая неперевернутая, лицевая перевернутая, тыльная неперевернутая, тыльная перевернутая. В качестве заданной ориентации выбрана лицевая неперевернутая. Когда банкнота уже имеет заданную ориентацию, в качестве первого цифрового образа берут образ А. Если распознанная банкнота имеет лицевую перевернутую ориентацию, то в качестве первого цифрового образа берут цифровой образ А и поворачивают это изображение на 180 градусов вокруг центра. Если распознанная банкнота имеет тыльную неперевернутую ориентацию, то в качестве первого цифрового образа берут образ В. Для тыльной перевернутой ориентации цифровой образ В дополнительно поворачивают вокруг центра. В результате этих манипуляций, первый цифровой образ всегда соответствует лицевой неперевернутой стороне банкноты.If the banknote was recognized, then its digital image is then brought back to the specified orientation (step 404) by forming the first digital image. A banknote can have only four orientations, which are combinations of the side of the banknote and its rotation: face unverted, face inverted, back not inverted, back inverted. As the specified orientation, the selected face is not inverted. When the banknote already has a predetermined orientation, the image A is taken as the first digital image. If the recognized banknote has an inverted front orientation, then the digital image A is taken as the first digital image and this image is rotated 180 degrees around the center. If the recognized banknote has a back non-upside-down orientation, then the image B is taken as the first digital image. For the back upside-down orientation, the digital image B is additionally rotated around the center. As a result of these manipulations, the first digital image always corresponds to the front non-upside of the banknote.

На шаге 405 проверяют первый цифровой образ на наличие посторонних изображений, выполняя шаги 302-308. По результату проверки выносят заключение о наличии постороннего изображения (шаг 409) или его отсутствии (шаг 410). Это заключение используется для управления электромеханическими перенаправляющими элементами в банкнотопроводном механизме. Перенаправляющие элементы управляются от вычислительной системы машины и позволяют направить банкноту, движущуюся по тракту, в один из приемных карманов. Если банкнота не была распознана или же на ней было обнаружено постороннее изображение, то она направляется в приемный карман для отбракованных банкнот. Если на распознанной банкноте не было обнаружено постороннего изображения, то она направляется в карман для годных банкнот. Таким образом, при последовательной обработке всех банкнот, находящихся в подающем кармане машины, они сортируются на годные и негодные. К негодным относят как нераспознанные банкноты, так и распознанные банкноты с посторонними изображениями.At step 405, the first digital image is checked for extraneous images by performing steps 302-308. According to the result of the check, a conclusion is made about the presence of an extraneous image (step 409) or its absence (step 410). This conclusion is used to control the electromechanical redirection elements in the banknote mechanism. The redirecting elements are controlled from the computer system of the machine and allow you to send a banknote moving along the path into one of the receiving pockets. If the banknote was not recognized or if an extraneous image was found on it, then it is sent to the receiving pocket for the rejected banknotes. If no extraneous image was found on the recognized banknote, then it is sent to the pocket for valid banknotes. Thus, in the sequential processing of all banknotes in the supply pocket of the machine, they are sorted into suitable and unfit. Unrecognized banknotes as well as recognized banknotes with extraneous images are considered unfit.

Описанная выше реализация сортировки банкнот проверяет на наличие посторонних изображений только лицевую сторону банкноты. Эта реализация имеет определенную практическую ценность, например, для тех видов валют, для которых особенно важно убедиться в отсутствии посторонних изображений, например, на портрете монарха. Однако, для большинства валют полная проверка банкноты требует контроля также и ее тыльной стороны.The banknote sorting implementation described above checks only the front side of the banknote for the presence of extraneous images. This implementation has a certain practical value, for example, for those types of currencies, for which it is especially important to make sure that there are no extraneous images, for example, in the portrait of the monarch. However, for most currencies, a full check of a banknote requires control of its back as well.

Поэтому, наибольшую практическую ценность имеет реализация проверки обеих сторон банкноты. Для полной проверки банкнот за однократный проход через машину необходимо дополнить описанную реализацию дополнительными шагами для проверки тыльной стороны, как показано на Фиг. 8.Therefore, the implementation of checking both sides of a banknote has the greatest practical value. For a complete check of banknotes for a single pass through the machine, it is necessary to supplement the described implementation with additional steps for checking the back side, as shown in FIG. 8.

Необходимо, на этапе обучения, сформировать и сохранить в энергонезависимой памяти машины вторую карту параметра бинаризации, соответствующую изображению тыльной стороны. Обучение проводят точно так же, как и для лицевой стороны, с использованием результата сканирования того же самого обучающего набора банкнот в заданной ориентации. Однако, для формирования второй карты бинаризации, вместо цифрового образа А используют цифровой образ В.It is necessary, at the training stage, to form and save in the non-volatile memory of the machine a second map of the binarization parameter corresponding to the image of the back side. The training is carried out in exactly the same way as for the front side, using the scan result of the same training set of banknotes in a given orientation. However, to form a second binarization map, instead of digital image A, digital image B is used.

При проверке банкноты, на шаге 412, вместе с первым цифровым образом, формируют также и второй цифровой образ, который соответствует тыльной неперевернутой стороне банкноты. Когда банкнота уже имеет заданную ориентацию, в качестве второго цифрового образа берут цифровой образ В. Если распознанная банкнота имеет лицевую перевернутую ориентацию, то в качестве второго цифрового образа берут цифровой образ В и поворачивают это изображение на 180 градусов вокруг центра. Если распознанная банкнота имеет тыльную неперевернутую ориентацию, то в качестве второго цифрового образа берут цифровой образ А. Для тыльной перевернутой ориентации цифровой образ А поворачивают вокруг центра.When checking the banknote, in step 412, together with the first digital image, a second digital image is also formed, which corresponds to the back non-upside of the banknote. When the banknote already has a predetermined orientation, digital image B is taken as the second digital image. If the recognized banknote has an inverted front orientation, then digital image B is taken as the second digital image and this image is rotated 180 degrees around the center. If the recognized banknote has a rear non-upside-down orientation, then the digital image A is taken as the second digital image. For the back upside-down orientation, the digital image A is rotated around the center.

Дополнительную проверку наличия постороннего изображения на тыльной стороне осуществляют на шаге 407. На этом шаге проверку ведут по шагам 302-308, но используют для проверки второй цифровой образ и вторую карту параметра бинаризации. Решение по результатам проверки принимают при выполнении шагов 406 и 408. Если как на первом, так и на втором цифровых образах постороннее изображение отсутствует, то делают заключение об отсутствии постороннего изображения на банкноте (шаг 410). Если хотя бы на одном из этих цифровых образов найдено постороннее изображение, то делают заключение о наличии постороннего изображения на банкноте (шаг 410). Это заключение используют для направления банкноты в соответствующий приемный карман машины, точно так же, как и в ранее описанной реализации.An additional check of the presence of an extraneous image on the back side is carried out at step 407. At this step, the verification is carried out in steps 302-308, but a second digital image and a second map of the binarization parameter are used for verification. The decision on the results of the verification is made by performing steps 406 and 408. If there is no extraneous image on both the first and second digital images, then a conclusion is made that there is no extraneous image on the banknote (step 410). If an extraneous image is found on at least one of these digital images, then a conclusion is drawn about the presence of an extraneous image on the banknote (step 410). This conclusion is used to direct the banknote into the corresponding receiving pocket of the machine, in the same way as in the previously described implementation.

Далее более подробно будет рассмотрено образование ложных кластеров черных точек на оценочном изображении, способных вызвать ложное обнаружение постороннего изображения на нормальной банкноте (см. Фиг. 9 - Фиг. 12). В отличие от кластера 9, порожденного настоящим посторонним изображением 8, ложные кластеры могут возникать на оценочном изображении нормальной банкноты в местах темных и контрастных элементов рисунка.Next, the formation of false clusters of black dots in the evaluation image that can cause false detection of an extraneous image on a normal banknote will be considered in more detail (see Fig. 9 - Fig. 12). In contrast to the cluster 9 generated by this extraneous image 8, false clusters can occur in the estimated image of a normal banknote in the places of dark and contrasting elements of the picture.

Будем считать, что целевое значение доли черных пикселей равен 12,5%, а при поиске постороннего изображения в оценочном изображении допускается не более 20 пикселей в скользящем окне 11 размером 10 на 10 пикселей. Вначале, рассмотрим основной вариант разбиения, в котором используются перекрывающиеся калибровочные области. Пусть смежные области банкноты 6А, 6В, 6С, 6D из первого подмножества расположены таким образом относительно рисунка банкноты, что на их общий угол приходится центр контрастного темного элемента 10 изображения (Фиг. 9). Область 7 из второго подмножества расположена таким образом, что она перекрывается с областями 6А - 6D и темный элемент 10 изображения расположен по центру области 7. В ходе обучения по первой банкноте, вначале элементы карты параметра бинаризации устанавливаются по областям первого подмножества 6А - 6D, и уже потом по областям второго подмножества, включая область 7. На момент завершения обработки областей первого подмножества, будут выставлены такие значения элементов карты параметра бинаризации для групп пикселей 3А - 3Q, что в оценочном изображении первой обучающей банкноты в каждой из областей 6А - 6D получится по 8 черных пикселей, что составляет как раз по 12,5% от общего числа пикселей в области. Отметим, что темный элемент 10 изображения, как и всякий элемент сканированного изображения, имеет пиксели с различными значениями интенсивности, поэтому, при постепенном увеличении порогового значения бинаризации число черных пикселей постепенно увеличивается, а при постепенном уменьшении порогового значения - постепенно уменьшается. Для определенности, будем- условно считать, что значение элементов карты параметра бинаризации для групп пикселей 3А - 3Q установлено в значение 0,91 (Фиг. 10). Заметим, что указанные черные пиксели сливаются в общий ложный кластер 12А, состоящий из 32 пикселей. При проходе скользящим окном 11 этот кластер целиком разместится в окне и превысит допустимый порог 20 пикселей. Таким образом, произойдет ложное обнаружение постороннего изображения на нормальном рисунке банкноты. Выбранное расположение темного элемента 10 в наибольшей степени стимулирует образование ложного кластера, так как этот элемент в равной степени распределен по максимально возможному количеству калибровочных областей - по четырем калибровочным областям 6А - 6D.We assume that the target value of the proportion of black pixels is 12.5%, and when searching for an extraneous image in the evaluation image, no more than 20 pixels are allowed in the sliding window 11 of 10 by 10 pixels. First, consider the basic partitioning method, which uses overlapping gauge areas. Let the adjacent regions of the banknote 6A, 6B, 6C, 6D from the first subset be arranged in such a way relative to the banknote pattern that the center of the contrasting dark image element 10 falls on their common angle (Fig. 9). Region 7 of the second subset is positioned so that it overlaps regions 6A - 6D and the dark image element 10 is located in the center of region 7. During training on the first banknote, first the binarization parameter map elements are set in the regions of the first subset 6A - 6D, and then later on the regions of the second subset, including region 7. At the time the processing of the regions of the first subset is completed, the values of the binarization parameter map elements for pixel groups 3A - 3Q will be set such that in the estimated image When you press the first training banknote in each of the areas 6A - 6D, you get 8 black pixels, which is exactly 12.5% of the total number of pixels in the area. Note that the dark image element 10, like any element of the scanned image, has pixels with different intensities; therefore, with a gradual increase in the binarization threshold value, the number of black pixels gradually increases, and with a gradual decrease in the threshold value, it gradually decreases. For definiteness, we will conditionally assume that the value of the elements of the binarization parameter map for pixel groups 3A - 3Q is set to 0.91 (Fig. 10). Note that these black pixels merge into a common false cluster 12A, consisting of 32 pixels. When passing through a sliding window 11, this cluster will be completely placed in the window and will exceed the allowable threshold of 20 pixels. Thus, false detection of an extraneous image in the normal banknote pattern will occur. The selected arrangement of the dark element 10 most stimulates the formation of a false cluster, since this element is equally distributed over the maximum possible number of calibration areas - four calibration areas 6A - 6D.

Однако, при продолжении обучения по второму подмножеству калибровочных областей, будет произведена коррекция значений элементов карты параметра бинаризации для групп 3F, 3G, 3J, 3K. В результате соответствующего уменьшения порогового значения бинаризации, доля черных пикселей в области 7 не превысит целевого значения 12,5%. Для этого, значение элементов карты для групп 3F, 3G, 3J, 3K придется снизить до величины 0,47 (условное значение для иллюстративных целей, см. Фиг. 11). В итоге, при бинаризации количество черных пикселей в областях 6А - 6D снизится до 2 пикселей в каждой. Ложный кластер 12В на месте темного элемента 10 уменьшится до 8 пикселей, что как раз соответствует целевому значению доли черных пикселей в области 7. При проходе скользящим окном 11 этот кластер не превысит допустимое предельное количество черных пикселей, равное 20, что исключает возможность ложного обнаружения постороннего изображения.However, with continued training in the second subset of calibration areas, the values of the map elements of the binarization parameter will be corrected for groups 3F, 3G, 3J, 3K. As a result of a corresponding decrease in the binarization threshold value, the proportion of black pixels in region 7 will not exceed the target value of 12.5%. For this, the value of the card elements for groups 3F, 3G, 3J, 3K will have to be reduced to a value of 0.47 (conditional value for illustrative purposes, see Fig. 11). As a result, during binarization, the number of black pixels in areas 6A - 6D will decrease to 2 pixels each. The false cluster 12B in place of the dark element 10 will decrease to 8 pixels, which just corresponds to the target value of the proportion of black pixels in region 7. When passing through the sliding window 11, this cluster will not exceed the allowable limit of black pixels equal to 20, which eliminates the possibility of false detection of extraneous Images.

Хотя мы рассматривали бинаризацию только первой банкноты, при продолжении обучения на последующих банкнотах из обучающего набора механизм образования и уменьшения размера ложных кластеров будет соответствовать ранее описанному, а карта параметра бинаризации будет постепенно уточняться. Образование ложных кластеров будет подчиняться тем же закономерностям и во время проверки на наличие постороннего изображения при обработке банкноты в счетно-сортировальной машине. Данный пример иллюстрирует, как расположение калибровочных областей с перекрытием друг друга позволяет избежать формирования крупных ложных кластеров черных пикселей на оценочном изображении нормальной банкноты.Although we considered binarization of only the first banknote, while continuing to study on subsequent banknotes from the training set, the mechanism for generating and reducing the size of false clusters will be as described previously, and the map of the binarization parameter will be gradually refined. The formation of false clusters will obey the same laws and during the check for the presence of an extraneous image when processing banknotes in a counting and sorting machine. This example illustrates how the location of the calibration areas overlapping each other avoids the formation of large false clusters of black pixels in the evaluation image of a normal banknote.

В случае альтернативного разбиения, калибровочные области совпадают с группами пикселей 3А - 3Q (см. Фиг. 12). Темный элемент 10 изображения попадает на области 3F, 3G, 3J, 3K, для каждой из которых при обучении будет установлено значение элемента карты параметра бинаризации, равное 0,26 и обеспечивающее по 2 пикселя в каждой из областей. Отметим, что количество 2 пикселя в каждой из областей 3F, 3G, 3J, 3K как раз соответствует целевому значению 12,5% доли черных пикселей в области. Как и в случае основного варианта разбиения, весь ложный кластер 12С составит только 8 пикселей и не будет обнаружен скользящим окном в качестве ложного признака постороннего изображения.In the case of an alternative partition, the calibration areas coincide with the pixel groups 3A - 3Q (see Fig. 12). The dark image element 10 falls into the regions 3F, 3G, 3J, 3K, for each of which during training the value of the binarization parameter map element will be set equal to 0.26 and providing 2 pixels in each of the regions. Note that the number of 2 pixels in each of the areas 3F, 3G, 3J, 3K just corresponds to the target value of 12.5% of the proportion of black pixels in the area. As in the case of the main variant of the partition, the entire false cluster 12C will be only 8 pixels and will not be detected by a sliding window as a false sign of an extraneous image.

Таким образом, как основной, так и альтернативный вариант разбиения решают проблему подавления крупных ложных кластеров на оценочном изображении нормальной банкноты. В основном варианте оценка предельного уровня бинаризации производится по большой калибровочной области размером 8 на 8 пикселей, что в меньшей степени адаптирует карту порога бинаризации под контрастные элементы малого размера на нормальном изображении банкноты. Альтернативный вариант, за счет меньшего размера калибровочной области, лучше отражает такие контрастные элементы в карте параметра бинаризации и позволяет более надежно передавать малоконтрастное постороннее изображение, находящееся на фоне этих элементов, в оценочное изображение. Однако, следует учитывать, что при альтернативном варианте разбиения из-за малого количества пикселей в области значение элемента карты параметра бинаризации будет устанавливаться с большой случайной погрешностью, что может ухудшить достоверность обнаружения посторонних изображений.Thus, both the main and alternative partitioning methods solve the problem of suppressing large false clusters in the estimated image of a normal banknote. In the main version, the estimation of the limiting level of binarization is carried out over a large calibration region measuring 8 by 8 pixels, which to a lesser extent adapts the binarization threshold map to small contrasting elements in a normal banknote image. An alternative option, due to the smaller size of the calibration area, better reflects such contrasting elements in the map of the binarization parameter and allows more reliably to transfer a low-contrast background image, which is against the background of these elements, in the evaluation image. However, it should be borne in mind that in the alternative variant of partitioning, due to the small number of pixels in the region, the value of the binarization parameter map element will be set with a large random error, which may impair the reliability of detection of extraneous images.

Использованные варианты разбиения контролируемой зоны на калибровочные области, и стратегии снижения значений элементов карты параметра бинаризации, не исчерпывают все возможности. При необходимости могут быть применены более сложные методы, соответствующие формуле заявленного изобретения.The used options for dividing the controlled zone into calibration areas, and strategies for reducing the values of the map elements of the binarization parameter, do not exhaust all the possibilities. If necessary, more complex methods can be applied, corresponding to the claims of the claimed invention.

Claims (52)

1. Способ обнаружения посторонних изображений на банкноте, в котором получают цифровой образ банкноты, подлежащей проверке на наличие посторонних изображений, и определяют ее соответствие одному из предварительно определенных типов и ориентаций,1. A method for detecting extraneous images on a banknote, in which a digital image of a banknote to be checked for the presence of extraneous images is obtained, and its correspondence to one of the predefined types and orientations is determined, и далее, используя форму и расположение контролируемой зоны на поверхности банкноты, соответствующую данному типу и ориентации банкнот, формируют оценочное изображение путем бинаризации контролируемой зоны, при этом индивидуальное пороговое значение бинаризации для каждого пикселя контролируемой зоны вычисляется на основании карты параметра бинаризации, заранее заданной для предварительно определенного типа и ориентации банкнот,and then, using the shape and location of the controlled area on the banknote surface corresponding to this type and orientation of banknotes, an estimated image is formed by binarizing the controlled area, and the individual binarization threshold value for each pixel of the controlled area is calculated based on the map of the binarization parameter predefined for a certain type and orientation of banknotes, и связано с элементами этой карты известной функциональной зависимостью, причем один элемент карты параметра бинаризации определяет пороговое значение бинаризации для группы из по меньшей мере двух соседних пикселей,and is associated with the elements of this map with a known functional dependence, moreover, one element of the binarization parameter map determines the threshold binarization value for a group of at least two adjacent pixels, а известная функциональная зависимость установлена с учетом статистического распределения яркостей пикселей в цифровом образе подлежащей проверке банкноты для уменьшения влияния разброса яркостей на результат бинаризации на различных экземплярах банкнот,and the known functional dependence is established taking into account the statistical distribution of pixel luminances in the digital image of the banknote to be checked in order to reduce the effect of the brightness spread on the result of binarization on various banknote copies, и затем применяют к оценочному изображению критерий обнаружения постороннего изображения, основанный на анализе черных пикселей в этом оценочном изображении,and then, an extraneous image detection criterion based on the analysis of black pixels in that evaluation image is applied to the evaluation image, и на основе этого критерия выносят решение о наличии постороннего изображения в контролируемой зоне цифрового образа банкноты, подлежащей проверке,and based on this criterion, a decision is made on the presence of an extraneous image in the controlled area of the digital image of the banknote to be verified, причем элементы карты параметра бинаризации подбирают таким образом, чтобы увеличить соответствующие им индивидуальные пороговые значения бинаризации и вместе с тем обеспечить приемлемый низкий уровень вероятности ложного решения о наличии постороннего изображения при выполнении указанной последовательности действий для банкнот предварительно определенного типа и ориентации, заведомо не содержащих посторонних изображений.moreover, the elements of the binarization parameter map are selected in such a way as to increase the corresponding individual binarization thresholds and at the same time provide an acceptable low level of probability of a false decision about the presence of an extraneous image when performing the indicated sequence of actions for banknotes of a predetermined type and orientation that do not contain extraneous images . 2. Способ по п. 1, в котором карту параметра бинаризации, соответствующую определенному типу и ориентации банкнот, получают путем предварительной обработки комплекта подлинных банкнот, не содержащих посторонних изображений,2. The method according to claim 1, in which a map of the binarization parameter corresponding to a certain type and orientation of banknotes is obtained by pre-processing a set of genuine banknotes that do not contain extraneous images, в ходе которой получают набор обучающих цифровых образов комплекта подлинных банкнот, не содержащих посторонних изображений, для каждого предварительно определенного типа и ориентации,during which they receive a set of training digital images of a set of genuine banknotes that do not contain extraneous images for each predetermined type and orientation, и формируют карту параметра бинаризации на основе полученного набора обучающих цифровых образов, для чего задают набор калибровочных областей, в совокупности покрывающих контролируемую зону,and form a map of the binarization parameter on the basis of the obtained set of training digital images, for which a set of calibration areas is set that together cover the controlled area, и также целевое значение доли черных пикселей, меньшее 40%,and also the target value of the proportion of black pixels, less than 40%, устанавливают такие начальные значения элементов карты параметра бинаризации, которые при проведении бинаризации каждого цифрового образа из обучающего набора обеспечивают превышение доли черных пикселей в каждой калибровочной области над целевым значением,establish such initial values of the binarization parameter map elements that when binarizing each digital image from the training set, the proportion of black pixels in each calibration region exceeds the target value, и далее при рассмотрении каждой калибровочной области на каждом из обучающих цифровых образов в наборе за счет изменения элементов карты параметра бинаризации снижают пороговое значение бинаризации для отдельных пикселей тогда и в той мере, в какой это необходимо для снижения доли черных пикселей в пределах каждой калибровочной области до уровня не более целевого значения.and further, when considering each calibration region on each of the training digital images in the set, by changing the map elements of the binarization parameter, the binarization threshold value for individual pixels is reduced then and to the extent that it is necessary to reduce the proportion of black pixels within each calibration region to level no more than target value. 3. Способ по п. 2, в котором при рассмотрении каждой калибровочной области на каждом из обучающих образов3. The method according to p. 2, in which when considering each calibration area on each of the training images вычисляют предельный уровень бинаризации для области, при котором в этой области достигается целевое значение доли черных пикселей,calculate the limit level of binarization for the region at which the target value of the proportion of black pixels is achieved in this region, и для снижения порогового значения бинаризации для каждого пикселя в этой области, если ранее установленное пороговое значение бинаризации данного пикселя превышает предельный уровень бинаризации, за счет изменения элементов карты параметра бинаризации снижают его до предельного уровня бинаризации.and to reduce the binarization threshold value for each pixel in this region, if the previously set binarization threshold value of a given pixel exceeds the limit level of binarization, reduce it to the limit level of binarization by changing the map elements of the binarization parameter. 4. Способ по п. 3, в котором проверка критерия обнаружения состоит в том, что используют проверочное окно заранее заданного размера,4. The method according to p. 3, in which the verification of the detection criteria consists in the fact that they use a test window of a predetermined size, и для всех возможных положений проверочного окна в границах оценочного изображения подсчитывают долю черных пикселей среди всех пикселей, попадающих в границы проверочного окна,and for all possible positions of the test window within the bounds of the estimated image, the proportion of black pixels among all pixels falling within the bounds of the check window is counted, затем сравнивают эту долю с предварительно заданным предельным значением, в случае превышения предельного значения делают заключение об обнаружении постороннего изображения.then this fraction is compared with a predetermined limit value; if the limit value is exceeded, a conclusion is made about the detection of an extraneous image. 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором при получении цифрового образа банкноты предварительно определенного типа и ориентации сочетание типа и ориентации банкноты относятся к набору допустимых сочетаний, содержащему по меньшей мере два таких сочетания.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, in which when obtaining a digital image of a banknote of a predetermined type and orientation, the combination of the type and orientation of the banknote refers to a set of valid combinations containing at least two such combinations. 6. Способ по любому из пп. 2-5, в котором при задании набора калибровочных областей обеспечивают, чтобы, по меньшей мере, часть пикселей контролируемой зоны одновременно относилась к по меньшей мере двум калибровочным областям.6. The method according to any one of paragraphs. 2-5, in which when defining a set of calibration areas, it is ensured that at least a portion of the pixels of the monitored area simultaneously belong to at least two calibration areas. 7. Способ по любому из пп. 1-5, в котором для получения цифрового образа банкноты7. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which to obtain a digital image of a banknote сканируют банкноту при прохождении банкноты через банкнотопроводный тракт машины для обработки банкнот с получением цифровых образов банкноты для обеих ее сторон,scanning a banknote as the banknote passes through the banknote path of the banknote processing machine to obtain digital images of the banknote for both sides thereof, выравнивают полученные цифровые образы банкноты по отношению к координатным осям,align the resulting digital images of the banknote with respect to the coordinate axes, производят распознавание типа и ориентации банкноты,recognize the type and orientation of the banknote, выполняют преобразование цифровых образов банкноты к заранее заданной ориентации, получая первый цифровой образ, соответствующий первой стороне банкноты в заданной ориентации,converting digital images of the banknote to a predetermined orientation, obtaining a first digital image corresponding to the first side of the banknote in a given orientation, и этот цифровой образ используют для проверки на наличие посторонних изображений в соответствии с распознанным типом и заданной ориентацией.and this digital image is used to check for extraneous images in accordance with the recognized type and a given orientation. 8. Способ по п. 7, в котором проверку на наличие посторонних изображений проводят дважды,8. The method according to p. 7, in which the check for the presence of extraneous images is carried out twice, для чего предварительно при преобразовании цифровых образов банкноты к заранее заданной ориентации дополнительно получают второй цифровой образ, соответствующий второй стороне банкноты в заранее заданной ориентации, и затем используют в качестве полученного сначала первый цифровой образ, а затем второй цифровой образ,why first, when converting digital images of the banknote to a predetermined orientation, a second digital image corresponding to the second side of the banknote in a predetermined orientation is additionally obtained, and then the first digital image and then the second digital image are used first, после чего выносят решение об отсутствии посторонних изображений на подлежащей проверке банкноте только в том случае, когда совместно сделаны выводы об отсутствии постороннего изображения в контролируемой зоне как первого, так и второго цифровых образов банкноты,after which a decision is made that there are no extraneous images on the banknote to be verified only if together conclusions are drawn about the absence of an extraneous image in the controlled area of both the first and second digital images of the banknote, в противном случае выносят решение о наличии постороннего изображения на банкноте,otherwise, they decide on the presence of an extraneous image on the banknote, причем карту параметра бинаризации, используемую для бинаризации первого цифрового образа, строят в результате обучения с использованием набора первых обучающих цифровых образов подлинных банкнот определенного типа и заданной ориентации, не содержащих посторонних изображений,moreover, the binarization parameter map used to binarize the first digital image is constructed as a result of training using genuine first banknotes of a certain type and predetermined orientation, not containing extraneous images, using a set of first educational digital images. а карту параметра бинаризации, используемую для бинаризации второго цифрового образа, строят в результате обучения с использованием набора вторых обучающих цифровых образов подлинных банкнот определенного типа и заданной, не содержащих посторонних изображений.and the binarization parameter map used to binarize the second digital image is constructed as a result of training using a set of second training digital images of genuine banknotes of a certain type and given, not containing extraneous images. 9. Способ по п. 6, в котором9. The method of claim 6, wherein калибровочные области имеют прямоугольную форму с постоянной шириной и постоянной высотой,calibration areas are rectangular with constant width and constant height, а набор этих калибровочных областей состоит из двух подмножеств,and the set of these calibration areas consists of two subsets, так что указанные калибровочные области в каждом подмножестве размещены вплотную друг к другу в порядке рядов и колонн,so that these calibration areas in each subset are placed close to each other in the order of rows and columns, причем калибровочные области одного подмножества перекрываются с пересекающимися с ними калибровочными областями другого подмножества на половину высоты и на половину ширины одной калибровочной области.moreover, the calibration regions of one subset overlap with the intersecting calibration regions of the other subset half the height and half the width of one calibration region. 10. Способ по п. 6, в котором10. The method according to p. 6, in which калибровочные области имеют прямоугольную форму с постоянной шириной и постоянной высотой,calibration areas are rectangular with constant width and constant height, так что калибровочные области размещены в порядке рядов и колонн,so that the calibration areas are arranged in row and column order, причем в пределах ряда калибровочные области размещены с предварительно заданным первым шагом,moreover, within a series of calibration areas are placed with a predefined first step, а ряды смещены друг относительно друга с предварительно заданным вторым шагом в направлении, перпендикулярном направлению рядов.and the rows are offset relative to each other with a predetermined second step in a direction perpendicular to the direction of the rows. 11. Способ по любому из пп. 2-5, в котором задают набор калибровочных областей11. The method according to any one of paragraphs. 2-5, in which a set of calibration areas is defined в виде прямоугольников одинакового размера, расположенных в порядке рядов и колонн вплотную друг к другу,in the form of rectangles of the same size, arranged in order of rows and columns close to each other, при этом размер каждого прямоугольника выбран достаточно малым, чтобы избежать формирования на оценочном изображении банкноты, не содержащей посторонних изображений, паразитных кластеров черных пикселей, имеющих размер более предварительно заданного.the size of each rectangle is chosen small enough to avoid the formation on the evaluation image of a banknote that does not contain extraneous images, spurious clusters of black pixels having a size more than a predetermined one. 12. Способ по любому из пп. 3-6, в котором известная функциональная зависимость установлена с учетом статистического распределения яркостей пикселей в цифровом образе подлежащей проверке банкноты за счет того, что для банкноты, подлежащей проверке, вычисляют характеристический уровень такой, при котором доля пикселей с равными ему или более низкими значениями в цифровом образе указанной подлежащей проверке банкноты представляет собой целевое значение доли черных пикселей, предварительно заданное для этого типа и ориентации банкнот,12. The method according to any one of paragraphs. 3-6, in which the known functional dependence is established taking into account the statistical distribution of pixel luminances in the digital image of the banknote to be verified due to the fact that for the banknote to be verified, a characteristic level is calculated at which the fraction of pixels with equal or lower values in the digital image of the indicated banknote to be verified is the target value of the proportion of black pixels predefined for this type and orientation of banknotes, а значение, поставляемое функциональной зависимостью, пропорционально характеристическому уровню.and the value supplied by the functional dependence is proportional to the characteristic level. 13. Способ по п. 10, в котором13. The method according to p. 10, in which контролируемую зону разбивают на прямоугольные смежные группы пикселей одинакового размера,the controlled area is divided into rectangular adjacent groups of pixels of the same size, причем каждой группе соответствует отдельный элемент карты бинаризации,with each group corresponding to a separate element of the binarization map, а пороговое значение бинаризации для каждого пикселя в цифровом образе подлежащей проверке банкноты вычисляют как произведение характеристического уровня подлежащей проверке банкноты на значение элемента карты бинаризации, соответствующего группе, в которую входит рассматриваемый пиксель.and the binarization threshold value for each pixel in the digital image of the banknote to be checked is calculated as the product of the characteristic level of the banknote to be checked by the value of the binarization map element corresponding to the group of the pixel in question.
RU2019106526A 2019-03-07 2019-03-07 Method of detecting foreign images on a banknote RU2700737C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106526A RU2700737C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method of detecting foreign images on a banknote

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106526A RU2700737C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method of detecting foreign images on a banknote

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2700737C1 true RU2700737C1 (en) 2019-09-19

Family

ID=67989731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106526A RU2700737C1 (en) 2019-03-07 2019-03-07 Method of detecting foreign images on a banknote

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2700737C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6272248B1 (en) * 1992-08-03 2001-08-07 Ricoh Company, Ltd. Original-discrimination system for discriminating special document, and image forming apparatus, image processing apparatus and duplicator using the original-discrimination system
WO2011028772A2 (en) * 2009-09-02 2011-03-10 De La Rue North America Inc. Systems and methods for detecting tape on a document
CN108269349A (en) * 2018-01-17 2018-07-10 深圳怡化电脑股份有限公司 A kind of bill handling method, apparatus, equipment and storage medium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6272248B1 (en) * 1992-08-03 2001-08-07 Ricoh Company, Ltd. Original-discrimination system for discriminating special document, and image forming apparatus, image processing apparatus and duplicator using the original-discrimination system
WO2011028772A2 (en) * 2009-09-02 2011-03-10 De La Rue North America Inc. Systems and methods for detecting tape on a document
CN108269349A (en) * 2018-01-17 2018-07-10 深圳怡化电脑股份有限公司 A kind of bill handling method, apparatus, equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5616958B2 (en) Method for banknote detector device and banknote detector device
US6628808B1 (en) Apparatus and method for verifying a scanned image
US9824268B2 (en) Media item validation
Baek et al. Detection of counterfeit banknotes using multispectral images
CN106952393B (en) Paper money identification method and device, electronic equipment and storage medium
CN107103683B (en) Paper money identification method and device, electronic equipment and storage medium
CN106875545B (en) Method and device for identifying paper money
Youn et al. Efficient multi-currency classification of CIS banknotes
WO2011126411A9 (en) Method for processing bank notes (variants)
US20220398859A1 (en) Signal-based machine learning fraud detection
CN108510639B (en) Paper money counterfeit discriminating method and device, currency detector and storage medium
EP1367546A1 (en) Currency Validator
CN106204616B (en) Method and device for identifying currency value of Iran paper money
RU2700737C1 (en) Method of detecting foreign images on a banknote
CN106447904B (en) Method and device for identifying paper money
CN107301718B (en) A kind of image matching method and device
KR101232684B1 (en) Method for detecting counterfeits of banknotes using Bayesian approach
JP3359986B2 (en) Coin recognition device
EP1791081B1 (en) Method for detecting perforation on the edge of an image of a form
CN108074321B (en) Image boundary extraction method and device for paper money
US10438436B2 (en) Method and system for detecting staining
CN107665538B (en) Paper currency classification method, device and equipment and readable storage medium
WO2020072664A1 (en) Vision based recognition of gaming chips
US11941901B2 (en) Smartphone or tablet comprising a device for generating a digital identifier of a copy, including at least one print image of a printed product produced in a production system, and method for using this device
CN106780960B (en) Method and system for identifying currency of Iran paper money