淺析紙幣檢測方法與紙幣處理裝置

威海新北洋榮鑫科技股份有限公司 劉丙慶

隨著我國經濟社會的快速發展，貨幣流通活動更為頻繁，紙幣破損污損問題以及偽鈔流行也日益增多。識幣器、點鈔機、清分機等紙幣處理設備通常需要檢測紙幣上面有無透明膠帶，以防紙幣卡鈔，并可以檢測是否有拼接假幣，檢測紙幣有無重張輸送是為了確保紙幣數量準確。這勢必會增加紙幣處理設備的裝配難度，而且生產成本也有所提高。為此，本文在傳統紙幣處理裝置的基礎上研發出一種新型的紙幣處理裝置與紙幣檢測方法，以期進一步提高紙幣檢測效率。

紙幣真偽鑒定以及是否重張輸送是識幣器、點鈔機、清分機等專業的紙幣處理設備應具備的基本功能。為防止紙幣計數失誤需判斷紙幣是否重張，同時，為了杜絕偽造假幣在市面上出現需檢查紙幣上面有無粘貼透明膠帶，并進行真偽鑒定。為此，有必要設計一種更高效的紙幣檢測技術，以滿足當前紙幣檢測工作的需求。

1 研究背景分析

當前所用的紙幣處理裝置中安裝有圖像傳感器，由該配件負責搜集紙幣的相關光學圖像。為判斷紙幣雙面有無透明膠帶存在還需設置測厚模塊，該模塊用于測量紙幣的厚度。根據圖像傳感器所獲取的相關圖像信息，紙幣處理裝置中的控制器負責鑒別紙幣的真偽，借助測厚模塊這一配件來獲得紙幣的實際厚度，用于評估紙幣有無重張輸送，并判斷紙幣表面是否存在透明膠帶。

由圖1可知，測厚模塊這一組件本身就是由多個檢測組件所構成，并包括基準輥1’、支撐軸3’。順著紙幣寬度方向進行延伸的是基準輥1’，其長度大小要適配紙幣的寬度。而與基準輥1’間隔平行的地方設置了支撐軸3’，順著該支撐軸分布了數個檢測組件。支架4’主要與支撐軸3’進行套接；而測厚輥2’與檢測件6’均位于支架4’上面；彈性元件5’的作用是壓向支架4’從而讓檢測輥2’能夠一直壓向基準輥1’。傳感器7’位于固定機架上面，是與檢測件6’相配合或分離的組件。

若被檢紙幣并無透明膠帶，且屬于單張輸送時，紙幣經過基準輥1’與檢測輥2’之間的時候，紙幣的厚度便是檢測輥2’抬起的高度。此時，第一檢測信號由傳感器7’送出，而該傳感器與檢測件6’間的距離就是第一距離。基于此檢測技術可知，為了檢測紙幣表面有無粘貼透明膠帶，紙幣處理設備中需要設置結構復雜的測厚模塊，那么，從某種意義上來講這會增加紙幣處理設備的生產造價，而且也會讓設備裝配難度更大。為此，本次研究是為了尋找一種造價相對便宜、檢測效果更好的紙幣檢測裝置與紙幣檢測技術。

圖1 紙幣處理裝置中的測厚模塊

2 新型紙幣檢測方法與紙幣處理裝置

2.1 紙幣檢測原理

（1）通過圖像檢測是否有透明膠帶

采集紙幣光學圖像，此處主要是指待測紙幣的第一面與第二面的相關反射光圖像，其中，參照第一面的反射光圖像以判斷該紙幣第一面有無透明膠帶存在；同理，對待測紙幣的第二面也如此檢測是否存在透明膠帶。此處需要對紙幣兩面采集多個反射光圖像，主要包括所述紙幣單面的漫反射圖像與鏡面反射圖像，由該裝置中的第一圖像傳感器與第二圖像傳感器負責采集紙幣第一面與第二面的相關圖像信息。這兩個傳感器主要位于該裝置的紙幣輸送通道兩旁。然后，獲得待測紙幣反射光圖像中的各個像素點的灰度值，將結果與第二預算閾值予以比對分析，獲得比較結果。由此判斷反射光圖像中的像素點是否有異常，并統計出相鄰的異常像素點數量。以所述第三預設閾值為標準，若所述相鄰異常像素點數量超出這一標準，可以確定待測紙幣上面有透明膠帶；否則可以確定待測紙幣上面沒有透明膠帶，即所述相鄰異常像素點數量未超出這一標準。可見，本技術的核心就是運用鏡面反射圖像代替漫反射圖像，放大透明膠帶在圖像上的特征差異，從而達到迅速檢測膠帶的目的。

（2）檢測紙幣輸送有無重張

關于紙幣光學圖像的采集，此處主要是指所述紙幣第一面與第二面的透射光圖像，以判斷所述紙幣是否存在重張輸送問題。主要是獲取所述透射光圖像中多個像素點的灰度值均值，以此進行判斷，當這一結果超出所述第一預設閾值說明待測紙幣為重張輸送；否則，說明待測紙幣無重張輸送，即這一結果未超出所述第一預設閾值。此處需要采集紙幣兩面多種透射光圖像。

（3）鑒別紙幣真偽

參照待測紙幣兩面的反射光圖像以及其透射光圖像可判斷所述紙幣的真偽。

2.2 紙幣處置裝置的模塊組成分析

根據圖2可知，該設備中的主要模塊除了有控制器2、輸送單元3以外，還包括圖像獲取單元4與存儲器5。

（1）控制器2

該模塊是對其他模塊進行控制，并負責對數據進行計算與處理。比如，可控制輸送單元3驅動紙幣，使紙幣在設備的輸送通道中移動。

（2）輸送單元3

紙幣進入該設備的輸送通道內，由輸送單元3驅動紙幣進行移動。構成輸送單元3的構件主要有三個，分布在輸送通道內的相關輸送輥組件33，電機驅動器31與輸送電機32。由控制器2發出控制指令，電機驅動器31得到指令后會提供給輸送電機32所需的工作電流，使輸送電機32開始運轉。該電機的輸出軸連接到輸送輥組件33，帶動輸送輥組件33隨之開始運轉。這樣就能讓紙幣在輸送通道中進行移動。

（3）圖像獲取單元4

該模塊主要用于采集紙幣的相關圖像信息，除了AD轉換器43以外，還包括第一圖像傳感器41、第二圖像傳感器42。

41與42傳感器：主要用于采集紙幣的相關光學信息，把光信號處理為電信號，然后輸出紙幣的相關模擬圖像信號。這兩個傳感器或選用接觸式圖像傳感器（CIS），或選用電荷耦合元件（CCD）。本文中所用的41與42傳感器均采用的是CIS，傳感器41中含有411與412，其中，411是第一發光器，412為第一感光元件陣列；傳感器42中含有421與422，其中，421是第二發光器，422為第二感光元件陣列。因為41與42兩大傳感器的工作機理無差別，為此，本文將其統稱為圖像傳感器，將411與421均稱為發光器，將412與422均稱為感光元件陣列。發光器主要由數個子發光器組成，常見的有紅外光發光器、白光發光器、紫外光發光器。發光器可發射出光線用于照射紙幣，所有子發光器都順著主掃描方向延伸的線光源，而主掃描方向是指與紙幣傳輸方向相垂直的方向。此處提到的線光源可能是點光源陣列構成，也可能是點光源經導光元件轉換而成的線光源。順著主掃描方向分布為一列的感光元件被稱為感光元件陣列，用途在于接收紙幣的反射光或透射光，然后將其處理成模擬圖像，完成紙幣圖像的采集工作。每次采集圖像信息的時候，感光元件陣列輸出的模擬圖像信號是與紙幣圖像的一點行像素點相對應的，具體來講，紙幣圖像上面的一個像素點對應了一個感光元件。

AD轉換器43：將41與42兩個圖像傳感器傳輸的紙幣模擬圖像信號轉換為模擬數字信號，形成紙幣的相關數字圖像信息。它可以處理紙幣圖像的各個像素點所對應的模擬圖像信號，將其轉換為模擬數字信號，獲得各個像素點的灰度值。該轉換器的規格決定了各個像素點灰度值的取值區域。它由第一AD轉換器431與第二AD轉換器432組成。傳感器41傳送的模擬圖像信號可被431轉換為模擬數字信號；431可以將傳感器42輸送的模擬圖像信號轉換為模擬數字信號。

透射光源44：可以發射出透射光，照射在紙幣上面，主要包括數個透射子光源，除了白光透射光源外，還包括紅外光透射光源、紫外光透射光源。這些光源都是順著主掃描方向延伸的線光源，這種線光源或由點光源陣列組成的，或由點光源經導光元件轉換而成的。

（4）存儲器5

該設備中的控制程序以及存儲控制程序運行過程中所形成的有關數據及信息均存儲在該模塊中。存儲AD轉換器43輸出的紙幣數字圖像數據、鑒別紙幣是否重張輸送的第一預設閾值、鑒別紙幣是否存在透明膠帶的第二預設閾值、鑒別紙幣真偽的閾值組等信息均可存儲在該模塊。

圖2 紙幣處置裝置的模塊組成圖

結語：總之，通過研究證實本紙幣處理裝置采用以圖像檢測膠帶的方式，代替了清分機傳統設計中機械測厚裝置檢測膠帶的方式，極大節約了產品成本，也有效提升了檢測的可靠性，具有良好的應用前景。