一种钞票成色的检测与识别方法.pdf

一种钞票成色的检测与识别方法，它涉及的是一种对钞票成色进行检测与识别的方法，适用于各种点钞机、清分机及对纸币成色进行识别的领域。为了克服光源老化和环境影响，采用接触式图像传感器CIS来检测钞票特征区域的灰度，将此灰度信号通过A/D转换器转换成相应的数字量，并对其进行特征提取、排列组合就可以实现不同成色钞票的识别。其特点是通过对CIS特征区域的补偿系数变化进行检测，找出不同补偿系数变化的规律，然后采用特定的算法对CIS工作区的补偿系数进行校正，实现对CIS输出的校正，从而达到对钞票成色准确识别的目的。

1、  一种钞票成色的检测与识别方法，由接触式图像传感器CIS(101)、信号放大器(201)、高速A/D转换器(202)、双端口先入先出存储器FIFO(203，204)、可编程逻辑控制器CPLD(205)、数字信号处理器DSP(206)、液晶显示模块LCM(207)组成；其特征是：传感器(101)的输出端与信号放大器(201)输入端相接，信号放大器(201)输出端与A/D转换器(202)相接，由A/D转换器(202)转换成数字信号，此数字信号先被暂存入双端口先入先出存储器FIFO(203，204)，以方便可编程逻辑控制器CPLD(205)读取，FIFO中的数据信号被CPLD读取并进行初步滤波处理后送至数字信号处理器DSP(206)，DSP会将对钞票成色进行识别，识别的结果送到液晶显示模块LCM(207)显示。

2、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于通过检测接触式图像传感器CIS(101)特征区L1补偿系数的变化，找出不同补偿系数变化的规律，来校正工作区L0补偿系数进而实现传感器的输出校正，从而实现对钞票成色的准确识别。

3、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于接触式图像传感器CIS(101)被分为工作区L0和特征区L1；特征区L1外面用白样张(103)和黑色不透光胶带(102)所包裹。

4、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于特征区L1的长度≥25mm。

5、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征是检测特征区补偿系数变化量之和∑|δi-βi|与某一阈值Δc的大小关系。

6、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于特征区与工作区相同的补偿系数变化具有一致性。

7、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于可编程逻辑控制器CPLD(205)提供接触式图像传感器CIS(101)、高速A/D转换器(202)、双端口先入先出存储器FIFO(203、204)、数字信号处理器DSP(206)协调工作所需的时序控制、地址译码。

8、  根据权利要求1所述的钞票成色的检测与识别方法，其特征在于双端口先入先出存储器FIFO(1)(203)、双端口先入先出存储器FIFO(2)(204)交替接收高速A/D转换器(202)的数据。

一种钞票成色的检测与识别方法
技术领域
本发明涉及一种钞票成色的检测与识别方法，适用于各种点钞机、清分机及对纸币成色进行识别的领域。
技术背景
钞票成色的检测与识别技术是金融机具行业中非常重要的技术。金融行业在国家的支持下提出“人民币流通券要达到七成新以上”的要求，因此银行等金融部门要求将回笼的现金货币分拣为三个质量层次：ATM钞票，流通钞票和残损钞票，而实现质量分拣的关键技术就是钞票成色(新旧)的检测与识别技术。采用成色的检测与识别技术进行处理分类的钞票，不仅同时满足了ATM机用钞和再流通钞对钞票质量的不同要求，还达到了剔除并回收残币的目的，可加快现金再投入流通的速度，大大提高了再投放币的安全性和可靠性。
发明内容
本发明采用接触式图像传感器CIS(Contact Image Sensor)可以检测钞票特征区域的灰度(亦称亮度)信号，将此灰度信号通过A/D转换器转换成相应的数字量，并对其进行特征提取、排列组合就可以实现不同成色钞票的识别。但是，由于CIS发光光源随着使用时间的推移不可避免地发生老化以及电磁干扰等环境因素的影响，会导致传感器读入信号不准确，这是钞票成色的检测与识别方法需要解决的关键问题之所在。
经研究试验发现，受环境因素影响的传感器读入信号不准确的表现不是整体输出的灰度信号升高或降低，而是重建图像中产生较浅或较深的条状阴影，这就给补偿造成了难度，但是有其规律性：相同补偿系数的点输出变化具有一致性，可以根据特征区补偿系数的变化来对工作区的补偿系数进行修正，从而可实现工作区CIS输出的校正。
本发明采用的技术方案是：采用接触式图像传感器CIS、信号放大器、高速A/D转换器、先入先出缓存FIFO、控制逻辑CPLD及高速数字信号处理器DSP组成。将CIS的检测区的一端取25mm贴上白样张，并包裹黑胶带以防止透光，从而形成了可提取并检测传感器输出补偿系数变化的特征区，余下部分就成了检测识别的工作区(如图1所示)。通过对CIS特征区域的补偿系数变化进行检测，找出不同补偿系数变化的规律，然后采用特定的算法对CIS工作区的补偿系数进行校正，从而达到对CIS输出的有效校正，实现钞票成色的准确检测与识别。该补偿方法包括以下步骤：
a.测量每一点的明输出Vpi与暗输出Vdi，求出最大明输出Vpmax与最小暗输出Vdmin(如图4所示)；
b.计算补偿系数βi＝(Vpmax-Vdmin)/(Vpi-Vdi)，从而补偿后的输出值Wi＝βi×(Vi-Vdi)，其中Vi是各点的实际输出电压值。
随着时间的推移，由于CIS发光光源不可避免地发生老化以及电磁干扰等环境因素的影响，会导致传感器读入信号不准确，需要对CIS输出进行补偿，此时：
c.测量特征区每一点的明输出与暗输出，求出特征区补偿系数δi及其与原特征区补偿系数βi的变化差值Δδi(Δδi＝δi-βi)，建立特征区原补偿系数βi与其变化差值Δδi的函数关系式：
F(βi)↔Δδi]]>
d.根据特征区补偿系数变化函数关系式调整工作区补偿系数。
钞票成色的检测与识别方法的特点：本发明方法设计合理，适用于各种点钞机、清分机等对纸币成色进行检测与识别的领域，可对接触式图像传感器CIS的输出偏差进行有效的补偿与校正。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明采用的接触式图像传感器CIS的示意图。
图2是本发明的CIS传感器工作区与特征区分布的示意图。
图3是本发明的CIS传感器特征区的剖面示意图。
图4是本发明的钞票成色检测与识别方法的方框图。
图5是本发明的钞票成色检测与识别方法的DSP数据补偿算法流程图。
图6是本发明的CIS传感器对白样张的实际输出值的状态图。
图7是本发明的CIS传感器对白样张的明输出与补偿系数分布的状态图。
图8是本发明的长时间工作后的CIS传感器对白样张的补偿输出值的状态图。
图9是本发明的长时间工作后的CIS传感器经补偿系数修正后对白样张的补偿输出值的状态图。
其中：101、接触式图像传感器CIS；102、黑色不透光胶带；103、白样张；L、检测区；L0、工作区；L1、特征区；A、运动中的钞票；201、信号放大器；202、高速A/D转换器；203、双端口先入先出存储器FIFO(1)；204、双端口先入先出存储器FIFO(2)；205、可编程逻辑控制器CPLD；206、数字信号处理器DSP；207、液晶显示模块LCM；301、开始；302、采集特征区明输出Vpi；303、采集特征区暗输出Vdi；304、计算特征区补偿系数δi；305、特征区补偿系数变化∑|δi-βi|≥Δc？；30δ、求出特征区补偿系数变化Δδi；307、工作区补偿系数调整δi＝βi+Δδi；308、结束。
具体实施方案
根据附图1～3，接触式图像传感器CIS的外观示意图：图像传感器CIS 101被分为工作区和特征区两部分，特征区的长度L1≥25mm；特征区被白样张103、黑色不透光胶带102包裹；特征区L1提供补偿系数的变化值来补偿工作区L0的输出。
根据附图4，钞票成色的检测与识别方法：运动中的钞票经接触式图像传感器CIS 101时，钞票成色被转换为相应的电压信号，在可编程逻辑控制器CPLD 205的控制下，电压信号被从传感器中读出；该电压信号经信号放大器201偏置和放大后其信号峰值达到可以检测的信号电压，可以检测的信号电压为1～5V，通过高速A/D转换器202转换成数字信号存入双端口先入先出存储器FIFO(1)203和双端口先入先出存储器FIFO(2)204中，两个FIFO是交替使用的；可编程逻辑控制器CPLD 205负责控制和协调总线时序，并将双端口先入先出存储器FIFO中的数据初步处理后传送给数字信号处理器DSP 206，液晶显示模块LCM 207用来显示数字信号处理器对钞票成色识别的结果。
根据附图5，钞票成色检测与识别方法的DSP数据补偿算法流程图：通过采集特征区对白样张的明输出Vpi及暗输出Vdi算出特征区的补偿系数δi，并判断δi对原补偿系数βi的整体变化量∑|δi-βi|是否超出某一阈值Δc：若超出，则根据特征区补偿系数的变化量对工作区进行补偿；若不超出，则不需补偿。
根据附图6～9，通过测量传感器每一点的明输出Vpi与暗输出Vdi，求出最大明输出Vpmax与最小暗输出Vdmin，可计算补偿系数
βi＝(Vpmax-Vdmin)/(Vpi-Vdi)，
从而补偿后的输出值
Wi＝βi×(Vi-Vdi)。
当经过一段时间后，由于光源LED老化、环境电磁干扰等因素影响，需要对CIS输出进行补偿，此时：
测量特征区每一点的明输出与暗输出，求出特征区补偿系数δi及其与原特
征区补偿系数βi的变化差值Δδi(Δδi＝δi-βi)，建立特征区原
补偿系数βi与其变化差值Δδi的函数关系式：
F(βi)↔Δδi]]>
从而根据特征区补偿系数变化函数关系式调整工作区补偿系数。
传感器(101)的输出端与信号放大器(201)输入端相接，信号放大器(201)输出端与A/D转换器(202)相接，由A/D转换器(202)转换成数字信号，此数字信号先被暂存入双端口先入先出存储器FIFO(203，204)，以方便可编程逻辑控制器CPLD(205)读取，FIFO中的数据信号被CPLD读取并进行初步滤波处理后送至数字信号处理器DSP(206)，DSP会将对钞票成色进行识别，识别的结果送到液晶显示模块LCM(207)显示。