透射式CIS圖像信號二值化處理在紙幣檢測中的應(yīng)用

【摘 要】本文采用透射式CIS圖像傳感器，將其視頻輸出信號經(jīng)過二值化電路處理，由單片機讀取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了紙幣幾何尺寸、紙幣完整性的檢測，為紙幣的處理實現(xiàn)了一種檢測方法。

【關(guān)鍵詞】CIS；二值化；紙幣檢測

0 引言

在現(xiàn)金處理過程中需要將不同面值混合在一起的紙幣，按照面值、版別、新舊、殘損程度進行分揀清分處理。通常是通過對鈔票進行圖像處理來實現(xiàn)的，這里采用透射式CIS圖像傳感器，通過對鈔票的圖像信號進行二值化處理，實現(xiàn)了紙幣幾何尺寸、紙幣完整性的檢測。

1 CIS圖像傳感器

CIS是英文Contact Image Sensor的縮寫，直譯為“接觸式圖像傳感器”， CIS是20世紀80年代末出現(xiàn)的一種新型的圖像傳感器，是以CMOS技術(shù)為主的一種光電掃描器件。CIS由LEn光源陣列（LEolightsource）、微自聚焦棒狀透鏡陣列（Rod Lens array）、光電傳感器陣列（CMOS image sensor array）及其電路板、保護玻璃、接口、外殼等部分組成。CIS的組成部分都集中于外殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，其主要部件生產(chǎn)需要微制造工藝完成。當CIS工作時，LED光源陣列發(fā)出的光線直射到待掃描物體表面（印刷品等），從其表面反射回的光線經(jīng)自聚焦棒狀透鏡陣列聚焦，成像在光電傳感器陣列上（一般是MOS器件），被轉(zhuǎn)化為電荷存儲起來。掃描面不同部位的光強不同，因而不同位置傳感器單元（即CIS的像素）接收到的光強不一樣。每個讀取周期每個像素的光照時間（電荷積蓄時間）是一致的，達到積蓄時間后，由移位寄存器控制模擬開關(guān)依次打開，將像素的電信號以模擬信號的形式依次輸出，從而得到紙幣的模擬圖像信號。

CIS作為一種新型的圖像傳感器，與傳統(tǒng)的圖像傳感器CCD相比，有以下突出的優(yōu)點：

（1）光源、傳感器、放大器集成為一體，其結(jié)構(gòu)、原理和光路都很簡單，具有體積小、重量輕、速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝和調(diào)試等特點；

（2）沒有燈管和光學鏡頭等玻璃器件，因此抗震性能好；在傳感器內(nèi)部集成了微自聚焦棒狀透鏡陣列，所以無需另外配置光學鏡頭就可以在感光元上呈現(xiàn)清晰圖像，很大程度上方便了實際應(yīng)用；

（3）采用的是單時鐘驅(qū)動/定時邏輯，控制較簡單；

（4）采用LED光源，從省電狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)非常迅速，無需預(yù)熱；

（5）大多采用陶瓷基底，具有良好的溫度特性；

（6）采用半導(dǎo)體制造工藝，生產(chǎn)成本低；

（7）通常廣泛應(yīng)用于掃描儀、傳真機中，近年來在金融機具行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。

2 視頻信號的二值化處理

視頻信號的采集也分為兩種，一種是將視頻信號經(jīng)過AD變換，轉(zhuǎn)換為有灰度等級變化的視頻數(shù)字，供計算機處理。另一種將視頻信號經(jīng)過二值化處理電路轉(zhuǎn)化，每一點像素轉(zhuǎn)換為0和1表示的黑白亮度數(shù)據(jù)，供微處理器處理。二值化處理方法常用的有固定閾值法、浮動閾值法和微分法三種。在外界光強固定的情況下可以采用電壓閾值比較方法，按照實際情況調(diào)整好比較閾值是一種最常用的簡便處理方法。在二值化處理電路設(shè)計中將CIS輸出的視頻信號送入電壓比較器的同相輸入端，比較器的反響輸入端加可調(diào)電位器就構(gòu)成了固定閾值二值化轉(zhuǎn)換電路，調(diào)整電位器可以調(diào)整二值化切割電平的閾值。二值化變換方法具有變換電路簡單、數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理簡單等特點。廣泛應(yīng)用在各個低成本、簡易圖像處理領(lǐng)域。

3 紙幣的幾何尺寸及完整性測量

紙幣檢測一般是在紙幣清分機等機電平臺上進行，傳動系統(tǒng)將入鈔口鈔票一張張的分開，然后依次經(jīng)過各種傳感器檢測，最后按照檢測結(jié)果將相應(yīng)的鈔票送入相應(yīng)的出鈔口。CIS檢測只是傳感器檢測其中的一種檢測，由于CIS是接觸式圖像傳感器，每個感光元上自帶微自聚焦棒狀透鏡陣列，透鏡的景深范圍很小，所以要求鈔票必須與傳感器表面較好的接觸通過，才能在感光元上清晰成像。接觸距離超過景深范圍時，會使圖像造成模糊。CIS傳感器本身是反射式，這里改成透射式，便于撕裂鈔票的檢測，通過對數(shù)據(jù)完整些分析可以檢測出鈔票的撕裂、空洞、缺角、半張等。鈔票的長度方向可以通過計數(shù)被遮擋的感光元數(shù)量來獲得。鈔票的寬度方向可以通過編碼器計數(shù)掃描行數(shù)來獲得。

矽感公司CIS 器件TR218-020主要參數(shù)：

有效長度：216mm

感光元數(shù)量：216*8

分辨率：200DPI

4 結(jié)束語

實踐證明透射式CIS圖像信號二值化處理方法，作為紙幣檢測過程中的一種嘗試，能夠有效的檢測出紙幣的幾何尺寸、撕裂、孔洞、缺角等，為下一步的紙幣分揀提供了有效依據(jù)。CIS二值化處理方案具有電路簡單、數(shù)據(jù)量小的采集處理速度快等特點 ，適合于對圖像處理要求不高、低成本的簡易圖像處理和測量領(lǐng)域。

【參考文獻】

[1]矽感公司TR218-020CIS器件手冊[S].

[2]萬振凱，趙桂敏.CCD在動態(tài)物體間距測量中的應(yīng)用[J].電子與自動化，1992（6）.

[責任編輯：周娜]