一種鈔票識(shí)別模塊圖像信息采集方法

廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司 陳 健

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)金交易與流通的數(shù)量不斷增大，傳統(tǒng)的依賴于人工現(xiàn)金清點(diǎn)、鑒偽的方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際的工作需求。使用現(xiàn)金處理設(shè)備來(lái)對(duì)現(xiàn)金進(jìn)行分類、鑒偽等，能大大提高工作效率，節(jié)省人力和時(shí)間成本。

現(xiàn)金處理設(shè)備是通過(guò)其核心模塊-識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)鈔票進(jìn)行識(shí)別、鑒偽處理。識(shí)別系統(tǒng)一般是通過(guò)接觸式圖像傳感器（CIS,Contact Image Sensor）對(duì)鈔票進(jìn)行圖像采集，具有采集速度快、穩(wěn)定性高，受環(huán)境因素影響小等特點(diǎn)。現(xiàn)金處理設(shè)備的識(shí)別系統(tǒng)需要借助特定的傳送裝置，將需要采集的票據(jù)樣本以一定的速度經(jīng)過(guò)CIS傳感器表面，傳感器則按照預(yù)先設(shè)定的打光及采集時(shí)間，對(duì)樣本的進(jìn)行采集，生成特定規(guī)格的圖像。

但在實(shí)際使用中，識(shí)別模塊需要滿足各種尺寸的鈔票采集。如果鈔票尺寸太大，容易超出傳感器可采集的范圍；如果鈔票尺寸太小，容易造成采集圖像數(shù)據(jù)冗余。受限于鈔票在傳輸通道內(nèi)的固定輸送速率，因?yàn)殁n票打滑、過(guò)鈔機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致鈔票重疊，鈔票間間距太大或者太小等走鈔異常情況。

為了提高識(shí)別模塊處理的效率，減小識(shí)別模塊的誤識(shí)別率。在分鈔結(jié)構(gòu)和其他機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，圖像采樣分辨率也保持不變，且傳送裝置速度恒定的情況下，通過(guò)通道中位置檢測(cè)傳感器來(lái)判斷鈔票的實(shí)際尺寸，確定圖像的有效數(shù)據(jù)范圍，并將有效范圍記錄在圖像的特定標(biāo)識(shí)位上，便于后續(xù)對(duì)鈔票圖像邊緣檢測(cè)處理。

1 現(xiàn)有圖像采集方法及存在問(wèn)題

圖像采集的方法與設(shè)備分鈔的方式相關(guān)。結(jié)構(gòu)分鈔方式主要有兩種，一種按固定位置分鈔，即前后兩張鈔票入鈔起始位置間距離保持不變；另一種按固定間隔分鈔，即前后兩張鈔票入鈔終止位置和起始位置間距離保持不變。前者對(duì)通道傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求很高，后者對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求相對(duì)較低，但對(duì)于采集樣本的尺寸大小難以做到完全兼容，容易因鈔票尺寸太小引起鈔票圖像采集不完整等問(wèn)題。

圖像采集包括靜態(tài)圖像采集和動(dòng)態(tài)圖像采集，靜態(tài)圖像采集一般用于專用的檢測(cè)儀器，適用于檢測(cè)的效率要求不高，檢測(cè)精度要求較高的場(chǎng)合；動(dòng)態(tài)采集適用于檢測(cè)效率要求高，需實(shí)時(shí)處理的現(xiàn)金處理設(shè)備及相關(guān)領(lǐng)域。因此，鈔票圖像采集與鈔票傳輸結(jié)構(gòu)相關(guān)。鈔票的輸送裝置必須在恒定的速度下，加上位置傳感器對(duì)鈔票位置檢測(cè)的觸發(fā)的機(jī)制，保證每一張鈔票樣本信號(hào)的完整性和有效性。

一般情況下，在鈔票入鈔位置安裝位置傳感器，傳感器的反饋信息作為圖像采集的起始信號(hào)。為了保證每一副圖像的分辨率大小一致，每一副圖像的采集步長(zhǎng)和采集范圍是固定的，因此，每一副圖像采集結(jié)束的位置也是固定的。見(jiàn)圖1。

圖1

以人民幣100元和1元為例，識(shí)別模塊對(duì)票據(jù)進(jìn)行采集，人民幣100元的采集的圖像如圖2所示。每一幅圖像的分辨率為N×M（N、M分別為采集圖像的寬、高），且該幅圖像的有效數(shù)據(jù)為N×M。人民幣100元圖像的大小為n1×m1（滿足n1

圖2 人民幣100元CIS采集圖像

人民幣1元的圖像大小為n2×m2（滿足n2

圖3 人民幣1元CIS采集圖像

2 自適應(yīng)圖像信息采集

本文提出一種自適應(yīng)圖像信息采集的方法，該方法好處在于根據(jù)鈔票屬性確定一個(gè)最長(zhǎng)采集長(zhǎng)度，但是不限制其最短采集長(zhǎng)度，根據(jù)鈔票實(shí)際的長(zhǎng)度進(jìn)行采集，進(jìn)而確立采集圖像的有效數(shù)據(jù)范圍，一來(lái)節(jié)省了圖像預(yù)處理時(shí)對(duì)鈔票圖像邊緣檢測(cè)數(shù)據(jù)搜索的時(shí)間，快速定位到鈔票的位置，二來(lái)避免了鈔票因?yàn)槌叽邕^(guò)小容易導(dǎo)致連鈔等分鈔異常而拒鈔的情況，提高了鈔票正確識(shí)別的效率。

2.1 圖像采集流程

自適應(yīng)圖像信息采集處理流程如圖4所示。

圖4 圖像采集處理流程圖

2.2 圖像實(shí)時(shí)采集控制

第一步，鈔票進(jìn)入傳輸通道，觸發(fā)位置傳感器，傳感器將信號(hào)傳遞給現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field－Programmable Gate Array,FPGA），F(xiàn)PGA開(kāi)始啟動(dòng)對(duì)CIS圖像進(jìn)行采集。

第二步，F(xiàn)PGA實(shí)時(shí)向DSP傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，選取一個(gè)固定數(shù)據(jù)段，做為判斷結(jié)束的標(biāo)識(shí)。該標(biāo)識(shí)的代表了當(dāng)前圖像采集剩余的行數(shù)，在未知剩余行數(shù)時(shí)設(shè)置為255。

第三步，每行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，都必須實(shí)時(shí)訪問(wèn)該標(biāo)識(shí)位數(shù)值，未檢測(cè)到鈔票離開(kāi)信號(hào)時(shí)，根據(jù)固定行數(shù)減去已采集行數(shù)將剩余行數(shù)寫入標(biāo)志位。

第四步，鈔票離開(kāi)觸發(fā)傳感器，傳導(dǎo)給FPGA；FPGA根據(jù)預(yù)先設(shè)定終止采集參數(shù)進(jìn)行判斷，考慮到DSP接收FPGA傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)需要等待一定時(shí)間，可使用上一行傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)進(jìn)行判斷，這樣做便于提升系統(tǒng)效率。如果判斷到上一行的標(biāo)志位為1時(shí)代表本次接收的數(shù)據(jù)為最后一行數(shù)據(jù)，從而完成此張圖像的接收。并準(zhǔn)備接收下一張圖像數(shù)據(jù)。

第五步，將本次圖像采集的有效數(shù)據(jù)行數(shù)記錄在當(dāng)前圖像的指定坐標(biāo)位置上。

2.3 圖像有效數(shù)據(jù)記錄與應(yīng)用

通過(guò)上一步驟記錄到的圖像有效長(zhǎng)度范圍，由于全幅圖像有效行數(shù)不超過(guò)200，可以利用圖像的灰度特性（0～255），將采集的有效長(zhǎng)度L=N-N’（滿足L<255，N>N’，其中N、N’分別為圖像的最大寬度、圖像的有效寬度）記錄在一個(gè)像素上，該像素坐標(biāo)為P（x,y），該坐標(biāo)的灰度值記為Pix（x,y）。

如圖5所示，圖像的有效的數(shù)據(jù)大小為（N-N’）×M（M為圖像的長(zhǎng)度），無(wú)效數(shù)據(jù)大小為N’×M，一般以隨機(jī)數(shù)形式記錄。

圖5 圖像有效數(shù)據(jù)

2.4 圖像預(yù)處理與鈔票識(shí)別

進(jìn)入鈔票識(shí)別處理前，需要對(duì)整幅圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)預(yù)處理，即需要對(duì)鈔票圖像的四個(gè)頂點(diǎn)與邊界進(jìn)行搜索定位。

按照全幅圖像有效數(shù)據(jù)的范圍分布情況，如圖4，鈔票的左邊界、上邊界和下邊界可以從圖像的邊緣起始點(diǎn)開(kāi)始搜索，即xStart=0，yStart=0，yEnd=M（xStart、yStart分別為左邊界、上邊界的搜索起始坐標(biāo)，yEnd為下邊界的搜索起始坐標(biāo)）；右邊界搜索前，需要先從圖像標(biāo)識(shí)位P（x,y）坐標(biāo)上獲取有效數(shù)據(jù)終止的位置，即xEnd= Pix（x,y），xEnd為右邊界搜索的起始坐標(biāo)。

根據(jù)圖像有效范圍的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)圖像有效區(qū)域的快速定位，提高了圖像邊緣檢測(cè)算法的處理效率，也防止了連鈔圖像的無(wú)效邊緣被采集進(jìn)入到有效圖像范圍內(nèi)而引起的誤定位。

結(jié)論：本文給出了一種適用于現(xiàn)金處理設(shè)備識(shí)別模塊的自適應(yīng)的圖像信息采集方法，該方法在現(xiàn)有的分鈔結(jié)構(gòu)及鈔票傳輸方案上，根據(jù)圖像的尺寸信息，通過(guò)位置傳感器，將信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給FPGA和DSP，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整CIS傳感器采集的有效范圍，有效減少了處理器的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量，并減少了鈔票識(shí)別過(guò)程中圖像預(yù)處理階段的數(shù)據(jù)運(yùn)算量，保證結(jié)構(gòu)分鈔對(duì)不同尺寸鈔票的兼容性，提升了現(xiàn)金設(shè)備對(duì)鈔票的高效的處理性能。