一種能提高圖像成像質(zhì)量的傳輸結(jié)構(gòu)

周桂洪，伍岸盈

（1.廣州廣電運(yùn)通金融電子有限公司，廣州 510663；2.廣州市增城區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣州 511316）

0 引言

由于中東、非洲等落后發(fā)展中國(guó)家的流通鈔質(zhì)量普遍比較差，尤其是鄒折鈔、軟綿鈔大量存在于市場(chǎng)上，目前我國(guó)自主研發(fā)的金融自助設(shè)備普遍存在對(duì)質(zhì)量差的流通鈔適應(yīng)性差、識(shí)別率偏低的功能性問題，從而導(dǎo)致了我國(guó)自主研發(fā)的金融自助設(shè)備在這些國(guó)家推廣應(yīng)用困難重重，在許多大型的銀行項(xiàng)目招標(biāo)中，無法與國(guó)外同行產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)，錯(cuò)失商業(yè)良機(jī)[1]。如何提升自主研發(fā)的金融設(shè)備識(shí)別率，提升自助設(shè)備的品牌及商業(yè)形象，已成為目前國(guó)內(nèi)金融機(jī)具廠家所面臨的、迫切需要解決的難題，也是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)金融設(shè)備進(jìn)一步拓展海外市場(chǎng)的關(guān)鍵所在。

鈔票識(shí)別模塊（NV模塊）是金融自助設(shè)備的最核心模塊，承擔(dān)著鈔票真?zhèn)蔚蔫b別，面值面向的識(shí)別，以及鈔票新舊程度清分等功能。其中鈔票通過鈔票識(shí)別模塊所生成的圖像質(zhì)量好壞，直接地決定了鈔票識(shí)別模塊的整體性能，間接地決定了金融自助設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，故進(jìn)一步提高或改良鈔票通過NV 模塊所生成的圖像質(zhì)量，已經(jīng)成為各個(gè)金融機(jī)具生產(chǎn)商的共同技術(shù)課題[2-3]。

本文從鈔票識(shí)別模塊的成像原理出發(fā)，通過對(duì)鈔票識(shí)別模塊的傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，剖析其對(duì)國(guó)外鈔票適應(yīng)性差的根源，并針對(duì)性地對(duì)傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，力求在保證新舊傳輸結(jié)構(gòu)具備兼容性的前提下（目的是確保海外已銷售設(shè)備能夠便利得到硬件升級(jí)替換），解決鈔票識(shí)別模塊對(duì)國(guó)外質(zhì)量不良的流通鈔的圖像成像問題，從而提升金融自助設(shè)備的性能，為海外的市場(chǎng)拓展鋪平技術(shù)道路。

1 鈔票識(shí)別模塊及鈔票圖像成像原理

1.1 鈔票識(shí)別模塊

圖1 所示為鈔票識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)，鈔票識(shí)別模塊通常由4大部件構(gòu)成：傳輸輪組1（第Ⅰ級(jí)傳輸輪組）由主動(dòng)輪軸和從動(dòng)輪組成；傳輸輪組2（第Ⅱ級(jí)傳輸輪組）由主動(dòng)輪軸和從動(dòng)輪組成；鈔票傳輸通道3 分上下通道，上通道布局從動(dòng)輪，下通道布局主動(dòng)輪軸；接觸式圖像傳感器4（CIS），在通道中上下各布局一根，用于采集鈔票的正反面圖像。

圖1 鈔票識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)

1.2 鈔票圖像成像原理

鈔票經(jīng)由傳動(dòng)輪組1 輸送，通過接觸式傳感器（CIS）表面，經(jīng)CIS 掃描成像。CIS 是一種接觸式感光器件，通過對(duì)照射到掃描原稿上的反射光進(jìn)行感光處理，AD轉(zhuǎn)換等步驟，完成圖像掃描輸出。

鈔票通過CIS表面時(shí)的平整度是影響CIS生成圖像質(zhì)量的主要結(jié)構(gòu)因素。不平整的鈔票，導(dǎo)致對(duì)相同入射角度的光源反射角不一致，從而會(huì)導(dǎo)致從鈔票表面產(chǎn)生的反射光到CIS感光單元的距離不一致，最終導(dǎo)致CIS生成的圖像的灰度值存在差異性[4-5]。

2 NV 模塊傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)及其對(duì)特定鈔票適應(yīng)性差原因分析

2.1 NV模塊傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)

如圖2 所示，NV 模塊的第Ⅰ級(jí)傳輸輪組、第Ⅱ級(jí)傳輸輪組均由傳動(dòng)軸與從動(dòng)輪組成，其中傳動(dòng)軸上主動(dòng)輪為普通的圓形橡膠輪。N1和N2為從動(dòng)輪作用于主動(dòng)輪軸上的橡膠輪的壓力，其作用力的方向?yàn)榇怪庇阝n票的傳輸方向。從受力分析結(jié)果可得：該相互作用力僅能為鈔票提供平行于傳輸方向的輸送動(dòng)力。

圖2 NV模塊傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)

2.2 NV模塊傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)的速度匹配

如圖3 所示，v0為鈔票進(jìn)入NV 識(shí)別模塊之前的通道傳輸速度，v1為鈔票進(jìn)入NV 識(shí)別模塊的第Ⅰ級(jí)傳輸速度，v2為鈔票進(jìn)入NV 識(shí)別模塊的第Ⅱ級(jí)傳輸速度。在NV 模塊的傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)中，為避免鈔票經(jīng)過CIS 過程所生成的圖像存在拉伸或壓縮的不良問題，v0、v1、v2三者的傳輸速度匹配關(guān)系為：v0=v1=v2。

圖3 NV模塊傳統(tǒng)傳輸速度分布

2.3 NV模塊對(duì)特定鈔票適應(yīng)性差原因分析

從鈔票在上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳輸模型的受力分析結(jié)果可得：由于傳輸輪組的相互作用力是垂直于鈔票傳輸方向，故傳動(dòng)輪組對(duì)鈔票僅產(chǎn)生平行于鈔票傳輸方向的輸送動(dòng)力，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)鈔票在垂直于傳輸方向的拉伸繃緊作用。

同理，從鈔票在上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳輸模型的配速分布分析結(jié)果可得：由于v0=v1=v2，鈔票在傳輸過程中，始終保持一致的速度通過CIS，理論上解決了圖像的拉升或壓縮的缺陷問題，但也因沒有速差的存在，導(dǎo)致鈔票在平行于傳輸方向不會(huì)被拉展繃緊。

故當(dāng)鄒折鈔、波浪鈔、軟綿鈔等質(zhì)量差的特定鈔票通過NV 模塊，鈔票在垂直于鈔票傳輸方向上不會(huì)被受力展平，在平行于傳輸方向上不會(huì)被拉伸展平，從而導(dǎo)致質(zhì)量差的特定鈔票通過CIS 時(shí)的平整度差，進(jìn)一步地導(dǎo)致鈔票表面的反射光源到CIS 的感光單元距離不一致，從而使通過CIS生成的鈔票圖像存在陰影或出現(xiàn)灰度值不一致的圖像質(zhì)量問題，降低識(shí)別模塊對(duì)鈔票的識(shí)別率[6-9]。

3 實(shí)現(xiàn)鈔票圖像質(zhì)量提高的NV模塊新型傳輸結(jié)構(gòu)

3.1 新型傳輸結(jié)構(gòu)

如圖4 所示，為改善質(zhì)量差的鈔票通過CIS 的平整度，提出了一種NV 模塊的新型傳輸結(jié)構(gòu)。該新型傳輸結(jié)構(gòu)的最大創(chuàng)新點(diǎn)在于：主動(dòng)輪軸上的主動(dòng)輪由普通的圓形橡膠輪為分段式斜面輪，在主動(dòng)軸上的位置布局成“外八字”型（下文簡(jiǎn)稱為“外八輪軸”）。

圖4 新型傳輸結(jié)構(gòu)

3.2 NV模塊新型傳輸結(jié)構(gòu)的速度匹配

如圖5 為NV 模塊新型傳輸速度分布圖，在NV 模塊新型傳輸結(jié)構(gòu)中，改變了傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)的等速傳輸關(guān)系，該新型傳輸結(jié)構(gòu)的速度匹配關(guān)系為：v0＜v1＜v2

圖5 NV模塊新型傳輸速度分布

該新型傳輸結(jié)構(gòu)采用速差方式配速，為了消除因速差影響產(chǎn)生的圖像拉伸或壓宿問題，本文進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并從測(cè)試數(shù)據(jù)中進(jìn)行總結(jié)，得出如下結(jié)論：只要滿足相鄰兩級(jí)速差之比小于0.05%，即：（v1-v0）/v1＜0.05%，（v2-v1）/v2＜0.05%。，NV模塊所采集到的鈔票圖像不會(huì)產(chǎn)生變形的缺陷。

該速差關(guān)系的研究，為改善特定鈔票的圖像質(zhì)量提供了數(shù)據(jù)支撐。

3.3 新型傳輸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鈔票圖像質(zhì)量提高的原理

3.3.1 垂直于鈔票傳輸方向的自展平原理

圖6 所示為“外八式”傳輸輪組受力分析。“從動(dòng)輪1”與“外八輪1”之間斜面嚙合接觸，故“從動(dòng)輪1”對(duì)“外八輪軸”的“外八輪1”的正壓力N1可以分解為力FN1及NN1。“從動(dòng)輪2”與“外八輪2”之間斜面嚙合接觸，故“從動(dòng)輪2”對(duì)“外八輪軸”的“外八輪2”的正壓力N2可以分解為力FN2及NN2。

圖6 “外八式”傳輸輪組受力分析

如圖7 所示，假設(shè)“外八式橡膠輪”與鈔票之間的摩擦系數(shù)為f，在分力NN1和NN2的作用，外八輪軸為鈔票提供傳輸動(dòng)力Ff=f×（NN1+NN2）。

鈔票受力圖如圖7 所示，在分力FN1和FN2的作用，鈔票沿垂直于傳輸方向受拉伸繃緊，從而實(shí)現(xiàn)鈔票在傳輸過程中，在垂直于傳輸方向被自動(dòng)受力展平，從而能以最優(yōu)的平整度通過CIS，從而獲得高質(zhì)量的成型圖像[10-11]。

圖7 鈔票受力圖

3.3.2 平行于鈔票傳輸方向的自展平原理

（1） 圖8 所示為速配圖Ⅰ，當(dāng)鈔票進(jìn)入NV 模塊的第Ⅰ級(jí)的傳動(dòng)輪組，未進(jìn)入第Ⅱ級(jí)的傳動(dòng)輪組時(shí)，鈔票的前端速度為v1，后端速度為v0，由于v0＜v1，所以鈔票在傳輸過程中被沿傳輸方向自動(dòng)拉伸展平。

圖8 速配圖Ⅰ

（2）圖9 所示為速配圖Ⅱ，同理，當(dāng)鈔票前端進(jìn)入NV模塊的第Ⅱ級(jí)的傳動(dòng)輪組，而后端依然在第Ⅰ級(jí)的傳動(dòng)輪組時(shí)，鈔票的前端速度為v2，后端速度為v1，由于v1＜v2，所以鈔票在傳輸過程中被沿傳輸方向自動(dòng)拉伸，保持展平姿態(tài)通過CIS。

圖9 速配圖Ⅱ

3.3.3 鈔票成像質(zhì)量提高原理總結(jié)

如上分析可得：鈔票通過NV 模塊的新型傳輸結(jié)構(gòu)過程中，因“外八輪軸”的分力作用，鈔票在垂直于傳輸方向能自動(dòng)受力拉伸，實(shí)現(xiàn)垂直于傳輸方向的自動(dòng)展平，而在傳輸方向上，因?yàn)榇嬖诟骷?jí)速差的作用，在傳輸方向上也會(huì)被速差自動(dòng)拉伸繃緊，從而實(shí)現(xiàn)了整張鈔票的展平，使得鈔票（尤其是鄒折鈔、軟綿鈔等差質(zhì)量鈔票）能以最優(yōu)的平面度姿態(tài)通過CIS表面，被CIS采集到高質(zhì)量的鈔票圖像。

4 NV識(shí)別模塊新型傳輸結(jié)構(gòu)的技術(shù)效果

NV識(shí)別模塊采用新型結(jié)構(gòu)傳輸，其技術(shù)效果主要體現(xiàn)如下3 點(diǎn)：（1）新型傳輸結(jié)構(gòu)能在空間上與傳統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)兼容，即新舊傳輸結(jié)構(gòu)的NV 模塊可以實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接、無縫替換，可實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)存量的舊設(shè)備升級(jí)改造的便利性、低成本性；（2）新型傳輸結(jié)構(gòu)的“外八輪軸”，可實(shí)現(xiàn)鈔票在傳輸方向及垂直于傳輸方向均被最大限度地拉伸展平，提高鈔票通過CIS 的平整度，從而提高鈔票的成像質(zhì)量，提升鈔票識(shí)別模塊（NV）的識(shí)別能力及識(shí)別率；（3）新型傳輸結(jié)構(gòu)通過提高鈔票圖像成像質(zhì)量，提升鈔票識(shí)別模塊的性能，從而提升國(guó)產(chǎn)金融設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)產(chǎn)金融設(shè)備推展海外市場(chǎng)[12]。

5 結(jié)束語

本文簡(jiǎn)述了NV 識(shí)別模塊傳統(tǒng)傳動(dòng)布局方式及其對(duì)特定鈔票存在的成像弊端，創(chuàng)新地提出了一種能提高鈔票圖像成像質(zhì)量的傳輸結(jié)構(gòu)。該方案通過優(yōu)化NV 識(shí)別模塊的傳輸主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)方式及改變各級(jí)傳輸輪組的配速關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鈔票通過NV 模塊過程中自動(dòng)被展平，有效地提高鈔票的平整度，從而極大地提高鈔票（尤其是軟綿鈔、鄒折鈔、波浪鈔等特定鈔票）的圖像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)提升NV 識(shí)別模塊對(duì)鈔票的識(shí)別能力及識(shí)別率，解決了國(guó)產(chǎn)金融自助設(shè)備生在海外市場(chǎng)拓展過程中所遇到的對(duì)特定鈔票適應(yīng)性差的問題困擾，為國(guó)產(chǎn)金融自助設(shè)備進(jìn)一步拓展海外市場(chǎng)掃除了技術(shù)上的障礙。