基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統

莊冬梅（惠州學院計算機科學系，惠州　516007）

基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統

莊冬梅
（惠州學院計算機科學系，惠州516007）

0　引言

隨著全球經濟一體的快速發展，洗錢活動、假鈔的流通嚴重影響我國經濟秩序［1］。洗錢活動破壞了金融管理秩序，毒化了市場環境；假鈔流入市場，損害了以現金交易為主的廣大農村、城市人們的權益。因此，反洗錢、打擊制造假鈔是穩定當前經濟體制的重要手段。

目前國內在反洗錢、打擊制造假鈔方面存在以下問題：（1）我國金融業在制定反洗錢制度上存在不足；（2）相關的金融法制建設不完善，缺乏法律保障；（3）反假宣傳存在局限性，反假鈔機制不足；（4）現行反假鈔的技術設備存在缺陷，犯罪分子制販假鈔的手段不斷更新［2］。

針對上述問題，本文提出設計一個基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統。該系統能捕捉每張鈔票的編號與鈔票流入的時間、地點、經手人等信息匹配，進而分析鈔票的流向，既能滿足金融機構掌握客戶資金交易特點的需求，又能為銀行洗錢案件的偵查和追蹤提供有力的線索。同時，該系統能記錄下每張鈔票的信息及經手人，從而能在發現假鈔時，查出此張鈔票的來源，直接從根部防止假鈔的傳播。

1　系統概述

基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統主要包括以下四部分：驗鈔機系統、信息提取與分析系統、引擎服務器、信息管理與搜索系統，如圖1所示。該系統的前三部分可以以集群方式運作，第四部分以分布式實現于系統客戶端。

圖1　系統組成

在現金通過驗鈔機時，驗鈔機的攝像頭會對鈔票進行拍照，然后通過網絡連接把多個攝像機設備所傳送過來的數據進行實時地處理，例如對鈔票照片進行定位和分割，識別出鈔票的編碼，采集該鈔票出現的單位、日期和經手人等相關信息，最后把得到的數據傳輸到大型數據庫內。通過對交易時發生的鈔票流入流出的時間、地點、數量和交易人等要素進行標簽，從而分析、跟蹤鈔票的流向。工作人員可根據流入流出方的財務現狀和資金用途等情況，分析大額資金流動是否屬于洗錢行為；通過對鈔票信息的比對，從而辨別鈔票是否為假鈔。

1.1驗鈔機系統

本系統中的驗鈔機系統具備鑒別真偽、錄碼和網絡監控等功能。鑒偽功能主要通過安全線磁編碼、磁性、光學特性檢測、三線防偽等手段實現。錄碼功能主要通過驗鈔機上設定的攝像頭來采集代碼，并對代碼進行記錄，然后與各聯網銀行的網絡數據庫中紙幣代碼進行校對，從而辨別是否有假鈔。網絡監控主要是對失竊、搶劫之后的貨幣消費進行跟蹤，公布貨幣的代碼，并通知各個銀行與消費場所同時進行聯網監控，及時捉拿罪犯。

1.2信息提取與分析系統

本系統中的信息提取與分析系統主要采用高速攝像幀的圖像識別技術［3］。高速攝像幀的圖像識別技術主要體現在“三高”，高速攝像，高速識別，高速處理。

高速攝像，利用兩臺攝像機同時進行攝像，攝像機的頻率快過于鈔票在鈔票計數器上的頻率，使每一張鈔票都能拍攝兩次，正面一次，方面一次；高速識別，快速識別鈔票的正反兩面；高速處理，以最快的速度將鈔票的信息存儲起來，并將其編碼標簽。利用高速攝像幀的圖像識別技術，保證鈔票編碼的識別功能，實現了攝像機與驗鈔機的結合，為鈔票管理提供了先進的手段。

1.3引擎服務器

通過本系統的鈔票都將會被捕捉并存儲其信息至數據庫當中。引擎服務器通過統一數據管理、分級存儲、存儲優化等技術有效的解決海量數據存儲難題。每位產品用戶皆可通過Internet訪問數據庫，從中獲取所需鈔票信息。進而通過本系統，可以了解現金流向，分析經濟運行狀況，作為各項金融政策的數據支持。

1.4信息管理與搜索系統

本系統中的信息管理與搜索系統主要實現對海量數據的處理。利用編碼識別技術將鈔票中的編碼信息提取出來并將其存儲起來，進行統一管理；利用標簽搜索技術查詢鈔票的交易人及其交易地點的信息，實現鈔票流向的跟蹤。

2　關鍵技術及實現

本系統將利用小波分解提取邊緣信息，再利用形態學算法對高頻信息進行處理以方便輪廓提取算法提取鈔票碼最小閉包，進而定位出鈔票碼位置，分割算法針對其字符數目固定的特點，直接進行分割。

2.1鈔票編碼區域的小波定位

利用OpenCV技術讀取圖片，如圖2所示，截取左半部分區域（有字符的區域），如圖3所示，再對截取的區域進行判斷，若寬度大于250則進行縮放，否則不變，目的是減少后續步驟的工作量［4］。

進行一級小波變換，由于此變換會改變原圖像，為避免以后對原圖像的操作，對原圖像的一個副本進行小波變換。

2.2小波變換方法

首先，檢測圖像的寬度和高度是否為偶數，是則進入下一步，否則對高度和寬度進行變換：寬度＝（int（寬度/2）+1）×2，高度＝（int（高度/2）+1）×2；然后，檢測圖像的通道數，對每一通道的圖像進行下面的處理；最后，將圖像按照列號的奇偶分成兩半（奇偶分解），左邊是列號為奇數的，右邊是列號為偶數的。注意：為使奇偶數與常規的理解相同，此處矩陣下標從1開始標記而不是從0開始標記，如圖4所示。

根據上述方法，可分解為兩個圖，如圖5、圖6所示。

2.3圖像變頻處理方法

對分解的兩部分圖像進行提升變換，使其中之一保留低頻分量另一個保留高頻分量。相當于對如上的A和B的每個元素分別進行處理，處理方式如下，此處矩陣下標從1開始標記：

圖4　矩陣圖

圖5　分解后矩陣圖（a）

圖6　分解后矩陣圖（b）

2.4代碼字符分解

對進行奇偶分解的圖像再進行垂直分解，按照行號分解成上下兩部分，其中奇數行號的在上部，偶數行號的在下部。對分解的兩部分進行提升變換，具體步驟與水平分解相同，為方便運算也可將分解后的圖像矩陣進行轉置后進行水平分解步驟的處理方式，最后再轉置回來即可。由于A、B也被同時分解成上下兩部分，進而原圖像被分成四個部分［5］。其中左上角為低頻成分，其他三部分對應高頻成分，如圖7所示。

方法對分解后所得四部分分別進行灰度化并用Canny算子進行運算使之成為二值矩陣。然后對左下角部分進行模板的膨脹運算，對右上角部分進行［0 0 0 1 0 0 0］模板的膨脹運算，同時對這兩部分進行形態學的閉運算，模板為3行3列元素全為1的矩陣［6］。最后對這兩部分的結果求交集，如圖8所示。

圖7　鈔票編碼分解結果

圖8　求交集結果

2.5代碼字符輪蹲分析

利用cvFindContours函數對交集求輪廓，同時結合小波變換之前的圖像大小進行字符區域判斷，如果輪廓外接矩形的寬高比在［12，15］之間，且外接矩形面積不小于交集圖像的1/150，則判斷該矩形區域為字符區域［7］。由于交集圖像大小相當于小波變換后圖像的1/4，所以對于這個矩形區域，在還原到原小波變換前圖像的區域時，各個參數包括起始坐標和寬度高度都要增大2倍，如圖9所示。

圖9　返回到原小波變換前圖像的定位結果

對定位的圖像進行分割，由于數字數目為10個，故按照寬度均分10份進行分割，如圖10所示。

圖10　分割結果

3　結語

本文設計實現的基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統，經試用推廣后，反映效果良好，既能滿足金融機構掌握客戶資金交易特點的需求，又能為銀行洗錢案件的偵查和追蹤提供有力的線索，還能有效打擊假鈔傳播活動，有很高的利用價值。

［1］劉蘇漫.構建我國完整的反洗錢體系刻不容緩［N］.檢查日報，2010.1.11.

［2］趙賀明.我國銀行業反洗錢存在的問題及對策研究［D］.新疆財經大學，2009：9-13.

［3］金曦，張健，邵妍.基于數字圖像處理的人民幣紙幣面值識別［J］.黑龍江科技信息，2010（3）：68-69.

［4］毛鋒，張樹有，黃長林.圖像散布圖和小波多分辨分析的模具異物檢測［J］.浙江大學學報（工學版），2009，43（10）：1749-1756.

［5］明英，蔣晶玨.視覺監視中基于柯西分布的統計變化檢測［J］.中國圖象圖形學報，2008，13（2）：328-334.

［6］韓賀磊.人民幣紙幣面額的機器視覺識別方法研究［D］.大連理工大學，2007.

［7］張國華.一種基于模板匹配的人民幣紙幣面額識別方法［J］.沈陽工業大學學報，2005.

Money Tracking and Analysis System；Machine Vision；Information Collection；Image Recognition

Paper Money Tracking and Analysis System Based on Machine Vision

ZHUANG Dong-mei
（Department of Computing，Huizhou University，Huizhou 516007）

1007-1423（2015）23-0055-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.23.013

莊冬梅（1977-），女，江西吉安人，本科，工程師，研究方向為計算機應用與圖像處理

2015-06-26

2015-08-02

針對目前我國反假鈔、反洗錢機制不足和反假鈔技術設備存在缺陷等問題，提出設計一個基于機器視覺的紙幣流向跟蹤與分析系統。該系統實現對現場交易的監控和重點對象的過濾，同時捕捉每張鈔票的編號與鈔票流入的時間、地點、經手人等信息匹配，進而分析鈔票的流向。重點分析該系統的組成及關鍵技術。該系統經試用后，反映效果良好，可為同類應用提供借鑒。

紙幣流向跟蹤與分析系統；機器視覺；信息采集；圖像識別

2011年惠州學院校級青年項目（No.C211.0310）

Aiming at the disadvantages of anti-counterfeit money and anti-money laundering system as well as the defects of anti-counterfeit money technology and equipment，proposes and designs a paper money tracking and analysis system based on machine version.This system can not only monitor spot trading and filter key objects，but also can capture the key information such as the number time，location，handler name of each paper money.As a result，the flow of money can be analyzed by this system.Emphatically analyzes the components and key technologies of the system.This system has been on trial，and the test result shows that such system has good operation effect and provides a reference for homogeneous application.