一種鈔票識別模塊圖像信息采集方法

廣電運通金融電子股份有限公司 陳 健

隨著社會經(jīng)濟的高速發(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、鑒偽的方式已經(jīng)無法滿足實際的工作需求。使用現(xiàn)金處理設(shè)備來對現(xiàn)金進行分類、鑒偽等，能大大提高工作效率，節(jié)省人力和時間成本。

現(xiàn)金處理設(shè)備是通過其核心模塊-識別系統(tǒng)，對鈔票進行識別、鑒偽處理。識別系統(tǒng)一般是通過接觸式圖像傳感器（CIS,Contact Image Sensor）對鈔票進行圖像采集，具有采集速度快、穩(wěn)定性高，受環(huán)境因素影響小等特點。現(xiàn)金處理設(shè)備的識別系統(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)定的打光及采集時間，對樣本的進行采集，生成特定規(guī)格的圖像。

但在實際使用中，識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，因為鈔票打滑、過鈔機構(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。

為了提高識別模塊處理的效率，減小識別模塊的誤識別率。在分鈔結(jié)構(gòu)和其他機械結(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，通過通道中位置檢測傳感器來判斷鈔票的實際尺寸，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識位上，便于后續(xù)對鈔票圖像邊緣檢測處理。

1 現(xiàn)有圖像采集方法及存在問題

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。前者對通道傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求很高，后者對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求相對較低，但對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題。

圖像采集包括靜態(tài)圖像采集和動態(tài)圖像采集，靜態(tài)圖像采集一般用于專用的檢測儀器，適用于檢測的效率要求不高，檢測精度要求較高的場合；動態(tài)采集適用于檢測效率要求高，需實時處理的現(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，加上位置傳感器對鈔票位置檢測的觸發(fā)的機制，保證每一張鈔票樣本信號的完整性和有效性。

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。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。見圖1。

圖1

以人民幣100元和1元為例，識別模塊對票據(jù)進行采集，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)鈔票屬性確定一個最長采集長度，但是不限制其最短采集長度，根據(jù)鈔票實際的長度進行采集，進而確立采集圖像的有效數(shù)據(jù)范圍，一來節(jié)省了圖像預(yù)處理時對鈔票圖像邊緣檢測數(shù)據(jù)搜索的時間，快速定位到鈔票的位置，二來避免了鈔票因為尺寸過小容易導(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 圖像實時采集控制

第一步，鈔票進入傳輸通道，觸發(fā)位置傳感器，傳感器將信號傳遞給現(xiàn)場可編程門陣列（Field－Programmable Gate Array,FPGA），F(xiàn)PGA開始啟動對CIS圖像進行采集。

第二步，F(xiàn)PGA實時向DSP傳輸數(shù)據(jù)的時候，選取一個固定數(shù)據(jù)段，做為判斷結(jié)束的標識。該標識的代表了當前圖像采集剩余的行數(shù)，在未知剩余行數(shù)時設(shè)置為255。

第三步，每行數(shù)據(jù)傳輸時，都必須實時訪問該標識位數(shù)值，未檢測到鈔票離開信號時，根據(jù)固定行數(shù)減去已采集行數(shù)將剩余行數(shù)寫入標志位。

第四步，鈔票離開觸發(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)進行判斷，考慮到DSP接收FPGA傳過來的數(shù)據(jù)需要等待一定時間，可使用上一行傳輸數(shù)據(jù)的標識進行判斷，這樣做便于提升系統(tǒng)效率。如果判斷到上一行的標志位為1時代表本次接收的數(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)記錄在當前圖像的指定坐標位置上。

2.3 圖像有效數(shù)據(jù)記錄與應(yīng)用

通過上一步驟記錄到的圖像有效長度范圍，由于全幅圖像有效行數(shù)不超過200，可以利用圖像的灰度特性（0～255），將采集的有效長度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）記錄在一個像素上，該像素坐標為P（x,y），該坐標的灰度值記為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為圖像的長度），無效數(shù)據(jù)大小為N’×M，一般以隨機數(shù)形式記錄。

圖5 圖像有效數(shù)據(jù)

2.4 圖像預(yù)處理與鈔票識別

進入鈔票識別處理前，需要對整幅圖像進行邊緣檢測預(yù)處理，即需要對鈔票圖像的四個頂點與邊界進行搜索定位。

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開始搜索，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，yEnd為下邊界的搜索起始坐標）；右邊界搜索前，需要先從圖像標識位P（x,y）坐標上獲取有效數(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。

根據(jù)圖像有效范圍的動態(tài)變化，實現(xiàn)圖像有效區(qū)域的快速定位，提高了圖像邊緣檢測算法的處理效率，也防止了連鈔圖像的無效邊緣被采集進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，通過位置傳感器，將信號實時發(fā)送給FPGA和DSP，實現(xiàn)自動調(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)處理運算量，并減少了鈔票識別過程中圖像預(yù)處理階段的數(shù)據(jù)運算量，保證結(jié)構(gòu)分鈔對不同尺寸鈔票的兼容性，提升了現(xiàn)金設(shè)備對鈔票的高效的處理性能。