多光譜實時對比票證鑒別系統

羅文佳　李筱琳　利國穎　王小輝　邵義文

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多光譜實時對比票證鑒別系統

羅文佳1李筱琳1利國穎1王小輝2邵義文2

（1.廣州市銀科電子有限公司2.廣州生物工程中心）

根據票據、人民幣、外幣、護照等所具有的各種防偽特征，通過多光譜作為鑒別光源與不同倍數的光學放大圖像傳感器組組合，實現多種票證防偽特征的圖像鑒別，并通過真版數據庫的真版圖片對比指引，輔助完成票據等的鑒別結果，測試結果驗證系統鑒別效果的正確性和有效性。

多光譜；圖像傳感器；實時對比；鑒別系統

0　引言

隨著銀行票據業務的推廣和發展，票據業務量快速增長。由于票據具有金額大、使用范圍廣、承兌時間長等特點，這對票據真偽鑒別的準確性提出了更高的要求。常用的票證種類繁多，如人民幣（不同版本、不同面額所具有的防偽特征點的數量、位置、防偽特性都不相同）、外幣和證照等，多達上百種。現有的票證鑒別儀采用一機一顯的結構方式，不能實時同步對比，加大了票據鑒別的風險。本文根據票據、人民幣、外幣、護照等票證所具有的各種防偽特征，研究一種多光譜實時對比票證鑒別系統。系統采用“以真反假，以真鑒假”的鑒偽思路，通過不同倍數的光學放大圖像傳感器組與鑒偽光源組合，實現對票據等防偽特征的圖像顯示，并通過真版數據庫的真版圖片對比指引，輔助完成多種票證的鑒別工作。

1　系統總體方案

基于票據、人民幣、外幣的各種防偽特征，采用不同鑒偽光源如紅外光、紫外光、白光、紅外激光、多種投射方式、高倍光學鏡片、CCD圖像傳感器和圖像采集卡等，實現票證在不同組合模式下圖像的采集、顯示和保存；采用單片機的通信協議和ARM7芯片的通信接口技術，同步實現檢測主機和數據庫中防偽特征鑒別圖像的讀取、顯示和對比；通過待驗票證鑒別的光譜圖像和數據庫中相同狀態下原版票樣的真實光譜圖像的對比，實現票證實時對比鑒別[1-5]。

多光譜實時對比票證鑒別系統由主顯示屏、對比顯示屏、功能顯示屏、檢測主機和放大鑒別儀組成，系統結構圖如圖1所示。其中主顯示屏用于顯示檢測主機或放大鑒別儀在鑒偽功能模式下采集到的實時鑒別圖像；對比顯示屏用于相同鑒偽功能模式下數據庫中真版圖像的顯示；功能顯示屏用于功能狀態、鑒偽模式和電子鑒偽說明的顯示。

圖1　系統結構圖

2　多光譜票證鑒別技術

2.1 光源與分布

票證、紙幣的防偽特征采用白光、紫外光、850 nm紅外光和950 nm紅外激光等光源鑒別或激發信號進行檢測。其中票據的滲透性油墨、彩虹印刷圖文、制版印刷圖文、凸凹版印刷圖案、水印圖文、對印圖案、光變圖案、縮微文字、暗記、防偽底紋等防偽特征采用白光LED作為鑒別光源；票據的熒光防偽圖案、熒光纖維絲等防偽特征采用365 nm波長的紫外光作為鑒別光源；票證紅外防偽圖案、凸凹版印刷圖案等防偽特征采用850 nm波長的紅外光作為鑒別光源；紅外激發熒光特征采用980 nm波長的紅外激光作為激發光源；特別增加450 nm波長的藍光作為對消除墨跡的鑒別光源[6-8]。

本系統采用LED光源和冷陰極紫外光燈作為鑒別光源。為達到鑒別多種防偽特征所需的鑒別光源空間亮度和均勻度的要求，在主機頂部、側部和底部位置上分別對光源的空間分布和照射角度進行排列和組合，并進行全方位的實驗和測試，以滿足票證、紙幣的防偽特征鑒別功能的要求。鑒別光源和投照射方式組合包括紅外光、側紅外光、定向側紅外（僅用于放大鑒別儀）、紫外光、白光、側白光、定向側白光（僅用于放大鑒別儀）、背光、紅外+背光、紅外激光、藍光（僅用于放大鑒別儀）等11種鑒偽工作光組合模式，分別布置在檢測主機和放大鑒別儀各個不同位置，如圖2、圖3所示。

圖2　檢測主機光源分布圖

圖3　放大鑒別儀光源分布圖

2.2 鑒別圖像采集

為避免多光譜干擾，降低噪聲，提高圖像質量，根據白光、藍光、紅外線、紫外線、紅外激光等不同鑒別光源下防偽特征的圖像特性，特制了帶通光學濾光片，光譜曲線如圖4所示。

圖4　濾光片光譜曲線

根據鑒別功能要求，控制選擇功能鑒別模式和切換濾光片，實現對白光、藍光、紅外線、紫外線和紅外激光等不同鑒別光源下，對應檢測的防偽特征圖像獲取和輸出[8-9]。鑒別圖像采集采用高清圖像傳感器和高倍光學放大鏡頭組，濾光片置于濾光片切換器中，固定在圖像傳感器前，由電路主板控制濾光片切換，實現多光譜圖像的放大顯示和視場范圍的特征圖像顯示鑒別，圖像采集模塊如圖5所示。

圖5　圖像采集模塊

2.3 多光譜組合鑒別模式

通過組合鑒別光源、光路和鑒別圖像采集，可實現21種鑒偽功能模式，滿足人民幣、外幣、票據、證件鑒偽工作的需求。各功能模式應用的防偽特征如表1所示。

表1 鑒偽功能模式和防偽特征

3　實時對比鑒別系統

3.1 系統設計

實時對比票證鑒別系統對鑒別功能狀態制定統一的狀態指令代碼。在全景白光模式狀態下，系統根據模式參數設定開啟全景CCD圖像傳感器，選擇切換到白光鑒別濾光片，控制開啟相應的檢測光源和圖像采集器，并同時發送狀態指令至對比系統；對比系統收到狀態指令后，反饋接收指令給檢測控制系統；對比系統根據收到的狀態指令，識別當前處于全景白光狀態，讀取真版數據庫中對應子圖庫中的原版票證的正確圖像并輸出至對比顯示屏顯示。實時對比系統控制策略如圖6所示。

圖6　實時對比系統控制策略圖

通訊模塊采用MAX232芯片控制，檢測控制系統每隔0.5 s掃描一次通訊端口，如果沒有收到對比系統反饋的接收指令，則繼續發送狀態指令直到收到接收指令。通訊模塊電路原理圖如圖7所示。

圖7　通訊模塊電路圖

3.2 硬件設計

實時對比票證鑒別系統基于ARM芯片控制，包括對比系統控制板、觸摸屏、液晶顯示屏等。對比系統主控電路板采用GPL32200A作為主控芯片，采用SAMSUNG W9864G6XH-6作為SDRAM（同步動態存儲器）；采用SAMSUNG K9G4G08為FLASH內存，用于存儲真版票據圖片庫；升級卡槽，用于通過SD卡升級軟件版本和更新真版圖庫圖片；同步通訊端口用于接收檢測系統主控板發送的狀態指令和反饋接收指令；編程端口，用于開發時寫入調試主芯片程序；開發調試按鍵用于開發調整參數和測試編譯程序。對比系統主板如圖8所示。

圖8　對比系統主板

3.3 加密設計

為保證真版圖片庫的數據安全，對比系統做了雙重保密設計：

1) 對比系統采用單向數據設計，主控程序中有數據讀寫控制子程序，控制所有圖片數據只能通過SD升級卡槽寫入、覆蓋和刪空，保證圖片數據不能被導出；

2) 設計加密和解密程序，加密程序用于制作和生成升級或更新用的真版資料，解密程序作為子程序編入對比系統的主控程序中，不經過加密的圖片無法導入對比系統。加密程序通過加密算法，將JPG格式的圖片編譯成一般電腦程序無法識別的加密圖片；即使SD卡遺失，里面的真版圖庫資料也無法被直接讀取。當存有加密圖片的SD卡插入升級卡槽中時，主控程序讀取SD卡中加密數據，并同時執行解密程序，最后將解密后的圖片存于FLASH內存中。數據保密方案如圖9所示。

圖9　數據保密方案

4　系統調試和檢測

1) 系統功能調試

測試主機各個功能模式是否正常運作、是否開啟相應的鑒別光源和圖像傳感器、功能狀態指示是否正確、顯示內容是否與功能狀態相符。檢測主機和放大鑒別儀進行票證的真偽對比鑒別時，檢測系統根據工作模式的設定，控制開啟相應的檢測光源和圖像采集器，同步讀取和顯示數據庫中相同狀態下真版的防偽特征鑒別圖像，在主顯示屏中顯示選用的圖像采集器所拍攝的實時圖像，在對比顯示屏上顯示數據庫中原版票證的正確圖像，如圖10所示。

圖10　實時對比狀態圖

2) 實時對比系統通訊測試

測試內容包括：同步通訊的正確率、同時同步準確率和控制同步時間。通過軟件程序模擬操作各種功能狀態情況，分別測試和記錄從主機發送同步指令到對比系統反饋同步指令的時間、對比系統響應的時間、對比系統讀取顯示數據庫圖片的時間等等。經過2萬次模擬測試，實現2萬次連續同步通訊無錯誤，響應時間小于50 ms。

3) 系統通過國家公安部防偽產品質量監督檢驗中心的檢驗，性能指標達到Q/YKD2-2014票證實時對比系統的相關要求。

5　結語

系統針對票據、人民幣、外幣和護照等票證的鑒別要求，采用多光譜作為鑒別光源，與不同倍數的光學放大圖像傳感器組組合，實現多種票證防偽特征的實時對比圖像鑒別，并通過真版數據庫的真版圖片對比指引，輔助完成票據特征鑒別。由于獨特的實時對比功能，相比傳統同類設備，操作者無須記憶多種票證在不同光源和放大狀態下的幾百種防偽特征，擺脫以往必需通過電腦調用數據庫圖片進行比對的約束，提高了鑒別準確率和工作效率。

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Multi-Spectrum Real-Time Comparing and Identifying System of Tickets

Luo Wenjia1Li Xiaolin1Li Guoying1Wang Xiaohui2Shao Yiwen2

(1.Guangzhou Yinke Electronics Co. 2.Guangzhou Biotechnology Center )

According to the security features of bill, RMB, foreign currency and passport, through combination of multi-spectrum is used as the light source and the optical magnification image sensor group with different multiples, realizing the image identification of the anti-counterfeit features of many kinds of tickets, and through the comparison result of the true version images of the true version database, getting the identifying result of bill and the like, and the test result verifies the correctness and validity of the system discriminating effect.

Multi-Spectrum; Image Sensor; Real-Time Comparing; Identifying System

羅文佳，男，1974年生，儀器儀表高級工程師，主要研究方向：金融電子與器具。E-mail:657484680@qq.com