一种盲人使用的便携式美元纸币面额识别机 【技术领域】
本发明涉及的是一种盲人使用的可以携带的嵌入式机器，其可以通过自带图像传感器拍摄美元纸币图像，然后通过图像处理方法判断美元面额，最后将面额通过语音告诉盲人使用者。属于嵌入式图像处理与识别技术领域。
背景技术
与人民币不同的是，美元纸币无论面额大小，其纸张大小都是统一的。而且在美元纸币上没有盲人专用的盲文。所以对于盲人来说，无论在超市、饭店以及其他地方经常遇到无法快速识别美元纸币面额的问题。
根据公开的文献资料，关于美元的面额识别问题，在美国的一些自动售货机上已经实现。但是一个明显的问题是这些机器无法实现便携移动。另外，有专利《小面额纸币识别器》(公开号：CN2798196)针对纸币面额识别问题提出解决方法，但是其主要是针对人民币，其原理是根据人民币纸张大小来判别。文献：《基于DSP及CIS的纸币面额识别技术》登载在《测控技术》2007年第26卷第2期29页，其针对人民币面额做识别，通过测量人民币长度和线阵彩色信息来判断面额。所以，现在需要解决的问题是：
1.通过图像处理的方法，对目前流通的美元纸币(共21种)，面额分别为1，5，10，20，50，100，进行识别。
2.此识别机器是可以随身携带的，并通过语音播报面额方便盲人在各种场合使用。
【发明内容】
通过以上叙述，根据现有不足和需要解决的问题。本发明提出了一种盲人使用的便携式美元纸币面额识别机。其具有识别精度高，速度快，易携带等特点。
本发明的特征在于：其是由机盒和纸币定位机构，图像传感，图像处理，人机接口和电源五个部分组成。如图1所示，图像传感部分(1)包括了CIF格式的CMOS传感器(13)、白色LED(12)和数据缓冲(3)；图像处理部分(4)包括：DSP(5)，识别程序固化在DSP里。同步动态随机存储器(SDRAM)(6)和FLASH(7)；人机接口(8)包括：语音芯片(11)、扬声器(10)和按键(9)。电源(14)为各个部分提供电力。机盒和纸币定位机构部分如图2和图3所示。图2中，机盒(4)尺寸为80X80X20(mm)，上面有横向定位条(1)、纵向定位条(2)和挡光板(3)。挡光板(3)，横向定位条(1)，纵向定位条(2)和机盒(4)形成一个只有两侧开口暗室(6)。美元纸币(5)按图所示方向贴机盒(4)和横向定位条(1)插入暗室(6)中，直到美元纸币(5)的末端贴在纵向定位条(2)上为止。这样就完成了美元纸币的放入过程。图3中，在暗室(6)下方是一个玻璃片(14)和反光镜(15)，反光镜(15)呈45度角度放置。LED(12)的光线经过反光镜(15)和玻璃片(14)投射到美元纸币(5)上。
如图1，CMOS(13)的数据线通过数据缓冲(3)和DSP相连。另外，其控制线是I2C总线，可以直接与DSP(5)的I2C接口相连。SDRAM(6)的地址和数据线可直接与DSP(5)的地址、数据线连接。FLASH(7)的地址、数据和控制线都直接与DSP(5)的IO口相连。语音芯片(11)的控制线直接与DSP(5)的IO线连。扬声器(10)的驱动线通过一些滤波器后与语音芯片(11)的DA输出线相连。按键(9)直接与DSP(5)的IO相连。LED(12)直接与DSP的IO口相连。电源(14)为各个器件的电源连接，为其提供电力。
所述CMOS(13)是一种图像传感器，可以采集图像信息。其输出图像是Bayer格式的RGB图像。其采集到的图像通过数据缓冲发送到DSP。
所述FLASH(7)是一种非易失存储器。其主要用于存储市面上流通的21种美元的模版信息。每种美元需要存储其四个角信息。
所述I2C总线是PHILIPS公司开发的两线式串行总线。其实现了DSP对CMOS的暴光参数、各种颜色增益以及数据输出频率进行设置。
所述SDRAM(6)是同步动态随机存储器。主要用来存放系统程序，以及由CMOS采集的图像信息。
所述DSP(5)是数字信号处理器。主要负责各器件的协调，以及对图像的分析和处理，得到最后结果。最后将控制语音芯片实现语音输出。
所述DA是数字模拟转换。其作用是将数字信号转换为模拟信号，从而驱动扬声器。
所述语音芯片(11)可以存储一些预定义语音。在本发明中主要存储美元6种面额和一个无法识别结果的发音信息。
所述按键(9)是一个开关按键。当由操作者按下时，相应IO口电平将发生变化，从而通知DSP(5)开始进行图像采集和识别任务。
所述LED(12)是发光二极管，其可以在CMOS(13)采集图像时提供光源。
所述扬声器(10)为盲人提供面额语音提示。
本发明具有便携式和语音提示的特点，整个系统集中于手掌大小机盒内，可以随身携带。
本发明的工作流程有纸币放置、图像采集、图像处理和结果输出4个阶段：
(1)纸币放置阶段。如图2，美元纸币(5)紧贴机盒(4)和横向定位条(1)插入暗室(6)中，直到美元纸币(5)的末端贴在纵向定位条(2)上为止。对于一张纸币来说有四种放置方法，系统对每种放法都能识别。
(2)数据采集阶段。如图1，用户按下按键(9)，此时DSP(5)将通过I2C总线对CMOS(13)进行参数设置。与此同时，DSP(5)通过IO口点亮白色LED(12)，为图像采集提供光源。如图3所示，在纸币放置好后，纸币在暗室中的部分下方是一个玻璃片(14)，和反光镜(15)，LED(12)的光线经过反光镜(15)和玻璃片(14)投射到美元纸币(5)上。于是美元纸币(5)的图像可以通过玻璃片(14)，和反光镜(15)投射在CMOS(13)上，随后CMOS(13)开始采集图像。此图像符合CIF规格，分辨率为352X288(像素)。如图1，CMOS(13)将图像通过数据缓冲发送到DSP(5)的IO口，DSP(5)将这些数据存储在SDRAM(6)中，以待后面图像处理程序调用。
(3)图像处理阶段。在图像采集完成后，DSP将进入图像处理阶段。如图1，DSP(5)将SDRAM(6)中的图像数据逐一和FLASH(7)中存储的21张共84个美元纸币(每张4个角)进行匹配。通过匹配结果，DSP(5)将识别出目前图像数据是哪个面额的美元纸币。在匹配数据都不满足要求时，DSP(5)将认为目前图像不是美元纸币。
(4)结果输出阶段。如图1，在DSP(5)识别完成后，识别结果是以下7个结果中的一个。这7个结果分别是：1dollar、5dollar、10dollar、20dollar、50dollar、100dollar、Don’t know。这个结果通过IO口通知语音芯片(11)，语音芯片(11)中预先存储了对应这7个结果的语音数据。根据来自DSP(5)的识别结果，语音芯片(11)将调用相应语音数据来驱动扬声器(10)。扬声器(10)发声来告知用户识别结果。至此，完成了一个识别的任务。
(5)在系统闲置3分钟没有动作时，将自动关闭以节约能源。
本发明实现了一种便携式的，盲人使用的美元面额识别机。其有益效果在于体积小，可携带，识别精度高，速度快，可语音提示。本发明只用DSP、CMOS以及一些外围设备即可实现图像采集与分析以及人机接口等功能，成本很低。
【附图说明】
图1为本发明结构示意图
图2为本发明纸币放置方法示意图
图3为机盒结构图
【具体实施方式】
本发明的特征在于：其是由机盒和纸币定位机构，图像传感，图像处理，人机接口和电源五个部分组成。如图1所示，图像传感部分(1)包括了CIF格式的CMOS传感器(13)、白色LED(12)和数据缓冲(3)；图像处理部分(4)包括：DSP(5)，同步动态随机存储器(SDRAM)(6)和FLASH(7)；人机接口(8)包括：语音芯片(11)、扬声器(10)和按键(9)。电源(14)为各个部分提供电力。机盒和纸币定位机构部分如图2和图3所示。图2中，机盒(4)尺寸为80X80X20(mm)，上面有横向定位条(1)和纵向定位条(2)和挡光板(3)。挡光板(3)，横向定位条(1)，纵向定位条(2)和机盒形成一个只有两侧开口暗室(6)。美元纸币(5)按图所示方向贴机盒(4)和横向定位条(1)插入暗室(6)中，直到美元纸币(5)的末端贴在纵向定位条(2)上为止。这样就完成了美元纸币的放入过程。图3中，在暗室(6)下方是一个玻璃片(14)和反光镜(15)，反光镜(15)呈45度角度放置。LED(12)的光线经过反光镜(15)和玻璃片(14)投射到美元纸币(5)上。
如图1，CMOS(13)数据线通过数据缓冲(3)和DSP相连。另外，其控制线是I2C总线，可以直接与DSP(5)的I2C接口相连。SDRAM(6)的地址和数据线可直接与DSP(5)的地址、数据线连接。FLASH(7)的地址、数据和控制线都直接与DSP(5)的IO口相连。语音芯片(11)的控制线直接与DSP(5)的IO线连。扬声器(10)的驱动线通过一些滤波器后与语音芯片(11)的DA输出线相连。按键(9)直接与DSP(5)的IO相连。LED(12)直接与DSP的IO口相连。电源(14)为各个器件的电源连接，为其提供电力。
所述CMOS(13)是一种图像传感器，可以采集图像信息。其输出图像是Bayer格式的RGB图像。其采集到的图像通过数据缓冲发送到DSP。
所述FLASH(7)是一种非易失存储器。其主要用于存储市面上流通的21种美元的模版信息。每张美元需要存储其四个角信息。
所述I2C总线是PHILIPS公司开发的两线式串行总线。其实现了DSP对CMOS的暴光参数、各种颜色增益以及数据输出频率进行设置。
所述SDRAM(6)是同步动态随机存储器。主要用来存放系统程序，以及由CMOS采集的图像信息。
所述DSP(5)是数字信号处理器。主要负责各器件的协调，以及对图像的分析和处理，得到最后结果。最后将控制语音芯片实现语音输出。
所述DA是数字模拟转换。其作用是将数字信号转换为模拟信号，从而驱动扬声器。
所述语音芯片(11)是可以存储一些预定义语音。在本发明中主要存储美元6种面额和一个无法识别结果的发音信息。
所述按键(9)是一个开关按键。当由操作者按下时，相应IO口电平将发生变化，从而通知DSP(5)开始进行图像采集和识别任务。
所述LED(12)是发光二极管，其可以在CMOS(13)采集图像时提供光源。
所述扬声器(10)为盲人提供面额语音提示。
本发明的工作流程有纸币放置、图像采集、图像处理和结果输出4个阶段：
(1)纸币放置阶段。如图2，美元纸币(5)紧贴机盒(4)和横向定位条(1)插入暗室(6)中，直到美元纸币(5)的末端贴在纵向定位条(2)上为止。对于一张纸币来说有四种放置方法，系统对每种放法都能识别。
(2)数据采集阶段。如图1，用户按下按键(9)，此时DSP(5)将通过I2C总线对CMOS(13)进行参数设置。与此同时，DSP(5)通过IO口点亮白色LED(12)，为图像采集提供光源。如图3所示，在纸币放置好后，纸币在暗室中的部分下方是一个玻璃片(14)，和反光镜(15)，LED(12)的光线经过反光镜(15)和玻璃片(14)投射到美元纸币(5)上。于是美元纸币(5)的图像可以通过玻璃片(14)，和反光镜(15)投射在CMOS(13)上，随后CMOS(13)开始采集图像。此图像符合CIF规格，分辨率为352X288(像素)。如图1，CMOS(13)将图像通过数据缓冲发送到DSP(5)的IO口，DSP(5)将这些数据存储在SDRAM(6)中，以待后面图像处理程序调用。
(3)图像处理阶段。在图像采集完成后，DSP将进入图像处理阶段。如图1，DSP(5)将SDRAM(6)中的图像数据逐一和FLASH(7)中存储的21张共84个美元纸币(每张4个角)进行匹配。通过匹配结果，DSP(5)将识别出目前图像数据是哪个面额的美元纸币。在匹配数据都不满足要求时，DSP(5)将认为目前图像并不是美元纸币。
(4)结果输出阶段。如图1，在DSP(5)识别完成后，识别结果是以下7个结果中的一个。这7个结果分别是：1dollar、5dollar、10dollar、20dollar、50dollar、100dollar、Don’t know。这个结果通过IO口通知语音芯片(11)，语音芯片(11)中预先存储了对应这7个结果的语音数据。根据来自DSP(5)的识别结果，语音芯片(11)将调用相应语音数据来驱动扬声器(10)。扬声器(10)发声来告知用户识别结果。至此，完成了一个识别的任务。
(5)在系统闲置3分钟没有动作时，将自动关闭以节约能源。