基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)

莊冬梅（惠州學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，惠州　516007）

基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)

莊冬梅
（惠州學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，惠州516007）

0　引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體的快速發(fā)展，洗錢(qián)活動(dòng)、假鈔的流通嚴(yán)重影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)秩序［1］。洗錢(qián)活動(dòng)破壞了金融管理秩序，毒化了市場(chǎng)環(huán)境；假鈔流入市場(chǎng)，損害了以現(xiàn)金交易為主的廣大農(nóng)村、城市人們的權(quán)益。因此，反洗錢(qián)、打擊制造假鈔是穩(wěn)定當(dāng)前經(jīng)濟(jì)體制的重要手段。

目前國(guó)內(nèi)在反洗錢(qián)、打擊制造假鈔方面存在以下問(wèn)題：（1）我國(guó)金融業(yè)在制定反洗錢(qián)制度上存在不足；（2）相關(guān)的金融法制建設(shè)不完善，缺乏法律保障；（3）反假宣傳存在局限性，反假鈔機(jī)制不足；（4）現(xiàn)行反假鈔的技術(shù)設(shè)備存在缺陷，犯罪分子制販假鈔的手段不斷更新［2］。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出設(shè)計(jì)一個(gè)基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)能捕捉每張鈔票的編號(hào)與鈔票流入的時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)手人等信息匹配，進(jìn)而分析鈔票的流向，既能滿(mǎn)足金融機(jī)構(gòu)掌握客戶(hù)資金交易特點(diǎn)的需求，又能為銀行洗錢(qián)案件的偵查和追蹤提供有力的線(xiàn)索。同時(shí)，該系統(tǒng)能記錄下每張鈔票的信息及經(jīng)手人，從而能在發(fā)現(xiàn)假鈔時(shí)，查出此張鈔票的來(lái)源，直接從根部防止假鈔的傳播。

1　系統(tǒng)概述

基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)主要包括以下四部分：驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)、信息提取與分析系統(tǒng)、引擎服務(wù)器、信息管理與搜索系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)的前三部分可以以集群方式運(yùn)作，第四部分以分布式實(shí)現(xiàn)于系統(tǒng)客戶(hù)端。

圖1　系統(tǒng)組成

在現(xiàn)金通過(guò)驗(yàn)鈔機(jī)時(shí)，驗(yàn)鈔機(jī)的攝像頭會(huì)對(duì)鈔票進(jìn)行拍照，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接把多個(gè)攝像機(jī)設(shè)備所傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地處理，例如對(duì)鈔票照片進(jìn)行定位和分割，識(shí)別出鈔票的編碼，采集該鈔票出現(xiàn)的單位、日期和經(jīng)手人等相關(guān)信息，最后把得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱笮蛿?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。通過(guò)對(duì)交易時(shí)發(fā)生的鈔票流入流出的時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)量和交易人等要素進(jìn)行標(biāo)簽，從而分析、跟蹤鈔票的流向。工作人員可根據(jù)流入流出方的財(cái)務(wù)現(xiàn)狀和資金用途等情況，分析大額資金流動(dòng)是否屬于洗錢(qián)行為；通過(guò)對(duì)鈔票信息的比對(duì)，從而辨別鈔票是否為假鈔。

1.1驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的驗(yàn)鈔機(jī)系統(tǒng)具備鑒別真?zhèn)?、錄碼和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能。鑒偽功能主要通過(guò)安全線(xiàn)磁編碼、磁性、光學(xué)特性檢測(cè)、三線(xiàn)防偽等手段實(shí)現(xiàn)。錄碼功能主要通過(guò)驗(yàn)鈔機(jī)上設(shè)定的攝像頭來(lái)采集代碼，并對(duì)代碼進(jìn)行記錄，然后與各聯(lián)網(wǎng)銀行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中紙幣代碼進(jìn)行校對(duì)，從而辨別是否有假鈔。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主要是對(duì)失竊、搶劫之后的貨幣消費(fèi)進(jìn)行跟蹤，公布貨幣的代碼，并通知各個(gè)銀行與消費(fèi)場(chǎng)所同時(shí)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，及時(shí)捉拿罪犯。

1.2信息提取與分析系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的信息提取與分析系統(tǒng)主要采用高速攝像幀的圖像識(shí)別技術(shù)［3］。高速攝像幀的圖像識(shí)別技術(shù)主要體現(xiàn)在“三高”，高速攝像，高速識(shí)別，高速處理。

高速攝像，利用兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)進(jìn)行攝像，攝像機(jī)的頻率快過(guò)于鈔票在鈔票計(jì)數(shù)器上的頻率，使每一張鈔票都能拍攝兩次，正面一次，方面一次；高速識(shí)別，快速識(shí)別鈔票的正反兩面；高速處理，以最快的速度將鈔票的信息存儲(chǔ)起來(lái)，并將其編碼標(biāo)簽。利用高速攝像幀的圖像識(shí)別技術(shù)，保證鈔票編碼的識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)與驗(yàn)鈔機(jī)的結(jié)合，為鈔票管理提供了先進(jìn)的手段。

1.3引擎服務(wù)器

通過(guò)本系統(tǒng)的鈔票都將會(huì)被捕捉并存儲(chǔ)其信息至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。引擎服務(wù)器通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、分級(jí)存儲(chǔ)、存儲(chǔ)優(yōu)化等技術(shù)有效的解決海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)難題。每位產(chǎn)品用戶(hù)皆可通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從中獲取所需鈔票信息。進(jìn)而通過(guò)本系統(tǒng)，可以了解現(xiàn)金流向，分析經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，作為各項(xiàng)金融政策的數(shù)據(jù)支持。

1.4信息管理與搜索系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的信息管理與搜索系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理。利用編碼識(shí)別技術(shù)將鈔票中的編碼信息提取出來(lái)并將其存儲(chǔ)起來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)一管理；利用標(biāo)簽搜索技術(shù)查詢(xún)鈔票的交易人及其交易地點(diǎn)的信息，實(shí)現(xiàn)鈔票流向的跟蹤。

2　關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)將利用小波分解提取邊緣信息，再利用形態(tài)學(xué)算法對(duì)高頻信息進(jìn)行處理以方便輪廓提取算法提取鈔票碼最小閉包，進(jìn)而定位出鈔票碼位置，分割算法針對(duì)其字符數(shù)目固定的特點(diǎn)，直接進(jìn)行分割。

2.1鈔票編碼區(qū)域的小波定位

利用OpenCV技術(shù)讀取圖片，如圖2所示，截取左半部分區(qū)域（有字符的區(qū)域），如圖3所示，再對(duì)截取的區(qū)域進(jìn)行判斷，若寬度大于250則進(jìn)行縮放，否則不變，目的是減少后續(xù)步驟的工作量［4］。

進(jìn)行一級(jí)小波變換，由于此變換會(huì)改變?cè)瓐D像，為避免以后對(duì)原圖像的操作，對(duì)原圖像的一個(gè)副本進(jìn)行小波變換。

2.2小波變換方法

首先，檢測(cè)圖像的寬度和高度是否為偶數(shù)，是則進(jìn)入下一步，否則對(duì)高度和寬度進(jìn)行變換：寬度＝（int（寬度/2）+1）×2，高度＝（int（高度/2）+1）×2；然后，檢測(cè)圖像的通道數(shù)，對(duì)每一通道的圖像進(jìn)行下面的處理；最后，將圖像按照列號(hào)的奇偶分成兩半（奇偶分解），左邊是列號(hào)為奇數(shù)的，右邊是列號(hào)為偶數(shù)的。注意：為使奇偶數(shù)與常規(guī)的理解相同，此處矩陣下標(biāo)從1開(kāi)始標(biāo)記而不是從0開(kāi)始標(biāo)記，如圖4所示。

根據(jù)上述方法，可分解為兩個(gè)圖，如圖5、圖6所示。

2.3圖像變頻處理方法

對(duì)分解的兩部分圖像進(jìn)行提升變換，使其中之一保留低頻分量另一個(gè)保留高頻分量。相當(dāng)于對(duì)如上的A和B的每個(gè)元素分別進(jìn)行處理，處理方式如下，此處矩陣下標(biāo)從1開(kāi)始標(biāo)記：

圖4　矩陣圖

圖5　分解后矩陣圖（a）

圖6　分解后矩陣圖（b）

2.4代碼字符分解

對(duì)進(jìn)行奇偶分解的圖像再進(jìn)行垂直分解，按照行號(hào)分解成上下兩部分，其中奇數(shù)行號(hào)的在上部，偶數(shù)行號(hào)的在下部。對(duì)分解的兩部分進(jìn)行提升變換，具體步驟與水平分解相同，為方便運(yùn)算也可將分解后的圖像矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置后進(jìn)行水平分解步驟的處理方式，最后再轉(zhuǎn)置回來(lái)即可。由于A、B也被同時(shí)分解成上下兩部分，進(jìn)而原圖像被分成四個(gè)部分［5］。其中左上角為低頻成分，其他三部分對(duì)應(yīng)高頻成分，如圖7所示。

方法對(duì)分解后所得四部分分別進(jìn)行灰度化并用Canny算子進(jìn)行運(yùn)算使之成為二值矩陣。然后對(duì)左下角部分進(jìn)行模板的膨脹運(yùn)算，對(duì)右上角部分進(jìn)行［0 0 0 1 0 0 0］模板的膨脹運(yùn)算，同時(shí)對(duì)這兩部分進(jìn)行形態(tài)學(xué)的閉運(yùn)算，模板為3行3列元素全為1的矩陣［6］。最后對(duì)這兩部分的結(jié)果求交集，如圖8所示。

圖7　鈔票編碼分解結(jié)果

圖8　求交集結(jié)果

2.5代碼字符輪蹲分析

利用cvFindContours函數(shù)對(duì)交集求輪廓，同時(shí)結(jié)合小波變換之前的圖像大小進(jìn)行字符區(qū)域判斷，如果輪廓外接矩形的寬高比在［12，15］之間，且外接矩形面積不小于交集圖像的1/150，則判斷該矩形區(qū)域?yàn)樽址麉^(qū)域［7］。由于交集圖像大小相當(dāng)于小波變換后圖像的1/4，所以對(duì)于這個(gè)矩形區(qū)域，在還原到原小波變換前圖像的區(qū)域時(shí)，各個(gè)參數(shù)包括起始坐標(biāo)和寬度高度都要增大2倍，如圖9所示。

圖9　返回到原小波變換前圖像的定位結(jié)果

對(duì)定位的圖像進(jìn)行分割，由于數(shù)字?jǐn)?shù)目為10個(gè)，故按照寬度均分10份進(jìn)行分割，如圖10所示。

圖10　分割結(jié)果

3　結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)，經(jīng)試用推廣后，反映效果良好，既能滿(mǎn)足金融機(jī)構(gòu)掌握客戶(hù)資金交易特點(diǎn)的需求，又能為銀行洗錢(qián)案件的偵查和追蹤提供有力的線(xiàn)索，還能有效打擊假鈔傳播活動(dòng)，有很高的利用價(jià)值。

［1］劉蘇漫.構(gòu)建我國(guó)完整的反洗錢(qián)體系刻不容緩［N］.檢查日?qǐng)?bào)，2010.1.11.

［2］趙賀明.我國(guó)銀行業(yè)反洗錢(qián)存在的問(wèn)題及對(duì)策研究［D］.新疆財(cái)經(jīng)大學(xué)，2009：9-13.

［3］金曦，張健，邵妍.基于數(shù)字圖像處理的人民幣紙幣面值識(shí)別［J］.黑龍江科技信息，2010（3）：68-69.

［4］毛鋒，張樹(shù)有，黃長(zhǎng)林.圖像散布圖和小波多分辨分析的模具異物檢測(cè)［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，43（10）：1749-1756.

［5］明英，蔣晶玨.視覺(jué)監(jiān)視中基于柯西分布的統(tǒng)計(jì)變化檢測(cè)［J］.中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2008，13（2）：328-334.

［6］韓賀磊.人民幣紙幣面額的機(jī)器視覺(jué)識(shí)別方法研究［D］.大連理工大學(xué)，2007.

［7］張國(guó)華.一種基于模板匹配的人民幣紙幣面額識(shí)別方法［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005.

Money Tracking and Analysis System；Machine Vision；Information Collection；Image Recognition

Paper Money Tracking and Analysis System Based on Machine Vision

ZHUANG Dong-mei
（Department of Computing，Huizhou University，Huizhou 516007）

1007-1423（2015）23-0055-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.23.013

莊冬梅（1977-），女，江西吉安人，本科，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用與圖像處理

2015-06-26

2015-08-02

針對(duì)目前我國(guó)反假鈔、反洗錢(qián)機(jī)制不足和反假鈔技術(shù)設(shè)備存在缺陷等問(wèn)題，提出設(shè)計(jì)一個(gè)基于機(jī)器視覺(jué)的紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交易的監(jiān)控和重點(diǎn)對(duì)象的過(guò)濾，同時(shí)捕捉每張鈔票的編號(hào)與鈔票流入的時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)手人等信息匹配，進(jìn)而分析鈔票的流向。重點(diǎn)分析該系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)經(jīng)試用后，反映效果良好，可為同類(lèi)應(yīng)用提供借鑒。

紙幣流向跟蹤與分析系統(tǒng)；機(jī)器視覺(jué)；信息采集；圖像識(shí)別

2011年惠州學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目（No.C211.0310）

Aiming at the disadvantages of anti-counterfeit money and anti-money laundering system as well as the defects of anti-counterfeit money technology and equipment，proposes and designs a paper money tracking and analysis system based on machine version.This system can not only monitor spot trading and filter key objects，but also can capture the key information such as the number time，location，handler name of each paper money.As a result，the flow of money can be analyzed by this system.Emphatically analyzes the components and key technologies of the system.This system has been on trial，and the test result shows that such system has good operation effect and provides a reference for homogeneous application.