透射式CIS圖像信號二值化處理在紙幣檢測中的應用

【摘 要】本文采用透射式CIS圖像傳感器，將其視頻輸出信號經過二值化電路處理，由單片機讀取數據、處理數據，實現了紙幣幾何尺寸、紙幣完整性的檢測，為紙幣的處理實現了一種檢測方法。

【關鍵詞】CIS；二值化；紙幣檢測

0 引言

在現金處理過程中需要將不同面值混合在一起的紙幣，按照面值、版別、新舊、殘損程度進行分揀清分處理。通常是通過對鈔票進行圖像處理來實現的，這里采用透射式CIS圖像傳感器，通過對鈔票的圖像信號進行二值化處理，實現了紙幣幾何尺寸、紙幣完整性的檢測。

1 CIS圖像傳感器

CIS是英文Contact Image Sensor的縮寫，直譯為“接觸式圖像傳感器”， CIS是20世紀80年代末出現的一種新型的圖像傳感器，是以CMOS技術為主的一種光電掃描器件。CIS由LEn光源陣列（LEolightsource）、微自聚焦棒狀透鏡陣列（Rod Lens array）、光電傳感器陣列（CMOS image sensor array）及其電路板、保護玻璃、接口、外殼等部分組成。CIS的組成部分都集中于外殼內，結構緊湊，體積小、重量輕，其主要部件生產需要微制造工藝完成。當CIS工作時，LED光源陣列發出的光線直射到待掃描物體表面（印刷品等），從其表面反射回的光線經自聚焦棒狀透鏡陣列聚焦，成像在光電傳感器陣列上（一般是MOS器件），被轉化為電荷存儲起來。掃描面不同部位的光強不同，因而不同位置傳感器單元（即CIS的像素）接收到的光強不一樣。每個讀取周期每個像素的光照時間（電荷積蓄時間）是一致的，達到積蓄時間后，由移位寄存器控制模擬開關依次打開，將像素的電信號以模擬信號的形式依次輸出，從而得到紙幣的模擬圖像信號。

CIS作為一種新型的圖像傳感器，與傳統的圖像傳感器CCD相比，有以下突出的優點：

（1）光源、傳感器、放大器集成為一體，其結構、原理和光路都很簡單，具有體積小、重量輕、速度快、結構緊湊、便于安裝和調試等特點；

（2）沒有燈管和光學鏡頭等玻璃器件，因此抗震性能好；在傳感器內部集成了微自聚焦棒狀透鏡陣列，所以無需另外配置光學鏡頭就可以在感光元上呈現清晰圖像，很大程度上方便了實際應用；

（3）采用的是單時鐘驅動/定時邏輯，控制較簡單；

（4）采用LED光源，從省電狀態轉入工作狀態非常迅速，無需預熱；

（5）大多采用陶瓷基底，具有良好的溫度特性；

（6）采用半導體制造工藝，生產成本低；

（7）通常廣泛應用于掃描儀、傳真機中，近年來在金融機具行業也得到了廣泛的應用。

2 視頻信號的二值化處理

視頻信號的采集也分為兩種，一種是將視頻信號經過AD變換，轉換為有灰度等級變化的視頻數字，供計算機處理。另一種將視頻信號經過二值化處理電路轉化，每一點像素轉換為0和1表示的黑白亮度數據，供微處理器處理。二值化處理方法常用的有固定閾值法、浮動閾值法和微分法三種。在外界光強固定的情況下可以采用電壓閾值比較方法，按照實際情況調整好比較閾值是一種最常用的簡便處理方法。在二值化處理電路設計中將CIS輸出的視頻信號送入電壓比較器的同相輸入端，比較器的反響輸入端加可調電位器就構成了固定閾值二值化轉換電路，調整電位器可以調整二值化切割電平的閾值。二值化變換方法具有變換電路簡單、數據量小，數據處理簡單等特點。廣泛應用在各個低成本、簡易圖像處理領域。

3 紙幣的幾何尺寸及完整性測量

紙幣檢測一般是在紙幣清分機等機電平臺上進行，傳動系統將入鈔口鈔票一張張的分開，然后依次經過各種傳感器檢測，最后按照檢測結果將相應的鈔票送入相應的出鈔口。CIS檢測只是傳感器檢測其中的一種檢測，由于CIS是接觸式圖像傳感器，每個感光元上自帶微自聚焦棒狀透鏡陣列，透鏡的景深范圍很小，所以要求鈔票必須與傳感器表面較好的接觸通過，才能在感光元上清晰成像。接觸距離超過景深范圍時，會使圖像造成模糊。CIS傳感器本身是反射式，這里改成透射式，便于撕裂鈔票的檢測，通過對數據完整些分析可以檢測出鈔票的撕裂、空洞、缺角、半張等。鈔票的長度方向可以通過計數被遮擋的感光元數量來獲得。鈔票的寬度方向可以通過編碼器計數掃描行數來獲得。

矽感公司CIS 器件TR218-020主要參數：

有效長度：216mm

感光元數量：216*8

分辨率：200DPI

4 結束語

實踐證明透射式CIS圖像信號二值化處理方法，作為紙幣檢測過程中的一種嘗試，能夠有效的檢測出紙幣的幾何尺寸、撕裂、孔洞、缺角等，為下一步的紙幣分揀提供了有效依據。CIS二值化處理方案具有電路簡單、數據量小的采集處理速度快等特點 ，適合于對圖像處理要求不高、低成本的簡易圖像處理和測量領域。

【參考文獻】

[1]矽感公司TR218-020CIS器件手冊[S].

[2]萬振凱，趙桂敏.CCD在動態物體間距測量中的應用[J].電子與自動化，1992（6）.

[責任編輯：周娜]