專利名稱：紙幣多光譜圖像分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多光譜圖像的新型多功能驗鈔機，屬于驗鈔機領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中國的現(xiàn)金流通量非常之高，不同版本，不同面額，不同新舊的紙幣混合在市面上，加之各種偽鈔的出現(xiàn)，使現(xiàn)金流通變得更復(fù)雜和不安全。目前市場上的驗鈔機對這些混合的人民幣不能很好的識別。因此，研究開發(fā)高效成熟的人民幣鑒偽、識別的新型驗鈔機非常緊要，直接關(guān)系到金融的安全和秩序。一般的驗鈔機采用人民幣的磁性特征，紫外特征，紅外透射特征等進行鑒偽。實現(xiàn)起來價格便宜，技術(shù)簡便，但難以提高鑒別越發(fā)逼真的偽幣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種紙幣多光譜圖像分析方法，該方法能在多光譜下快速穩(wěn)定地鑒別人民幣和識別冠字號，并且可以管理人民幣多光譜圖像。本方法利用多光譜圖像與自定義區(qū)域的特征提取的方法對人民幣進行鑒偽，能夠快速而有效地識別人民幣真?zhèn)?，提高鑒別能力和速度；同時用多種方法對冠字號獨立識別，識別結(jié)果采取優(yōu)先的投票原則，提高對冠字號識別的準確性；同時用網(wǎng)絡(luò)接口上傳多光譜人民幣圖像到客服端，利于人民幣相應(yīng)管理。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是紙幣多光譜圖像分析方法，包括首先對多光譜采集的人民幣圖像進行預(yù)處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區(qū)域進行明暗輸出補償， 得到清晰的局部區(qū)域；最后通過自定義區(qū)域?qū)Φ姆椒?，?gòu)造特征向量，計算該特征向量與標(biāo)準參考向量的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)向量間的相關(guān)性進行鑒偽。進一步地，對人民幣多光譜圖像進行預(yù)處理之后，還通過多種方法對人民幣的冠字號進行識別。進一步地，對人民幣進行鑒偽和冠字號識別之后，還按照需求，將多光譜圖像上傳給計算機。進一步地，多光譜采集人民幣圖像及預(yù)處理的步驟為首先DSP獲取紙幣的磁信號和紙幣進出時紅外對管的信號，根據(jù)需要控制光源的光譜，得到紙幣的紅外圖像和可見光的圖像，同時判斷出紙幣的朝向；獲取人民幣圖像后，進行紙幣頂點檢測。進一步地，紙幣頂點檢測的方法為S101)獲取候選關(guān)鍵邊緣點根據(jù)紙幣朝向，將圖像的寬度表示為W，同時考慮有些鈔票的角部損壞，將紙幣的上邊緣掃描范圍設(shè)定為從W1列到W2列；然后從圖像上邊緣的第W1列開始掃描，從第一行向下掃描直到上下點灰度值超過閾值th的位置，記下此位置下面的點為上邊緣點，其坐標(biāo)為(Xl，Y1)；接著間隔m列，從第巧+m列向下開始掃描，記錄第二個上邊緣點U2，y2)，如此進行，直至掃描到第W2列，從而得到候選的關(guān)鍵上邊緣點集合 Kx1, Y1), (X2, I2)......(xk, yk)}，其中k為上邊緣點個數(shù)；以同樣的方法獲取其它三條邊的候選邊緣點集合；S102)計算關(guān)鍵邊緣點對候選上邊緣點集合，計算一定間隔的上邊緣點點對的斜率，然后對計算得到的所有斜率值進行排序，挑出中間的斜率值對應(yīng)的候選上邊緣點 (點數(shù)占候選上邊緣點集合的80% )，濾掉斜率值過大和過小的候選上邊緣點(濾掉的點占
候選上邊緣點集合的20% )，從而找到對應(yīng)的上邊緣點集合Kx1, Y1)，U2，y2)......(xk_n，
yk-n)}，其中η為濾掉的點數(shù)；以同樣的方法獲取其它三條邊的關(guān)鍵邊緣點集合；S103)計算頂點位置根據(jù)四條邊的關(guān)鍵邊緣點集合，用最小二乘法計算出四條邊的直線的參數(shù)，最后由四條邊緣直線，計算出人民幣頂點的位置。進一步地，快速塊映射的方法為將傳感器每個點的輸出進行校正，得到等效的灰度值存在表中；然后映射所需要的區(qū)域塊中像素點到灰度值表中的索引，得到校正后的灰度值圖像。進一步地，對自定義區(qū)域進行比對鑒偽的步驟包括首先在塊映射后的區(qū)域中自定義任意形狀的區(qū)域，即選擇合適的人民幣圖案；然后對每個自定義區(qū)域中的像素點用同一個數(shù)字標(biāo)識，表示它們是屬于同一個區(qū)域；接著對自定義區(qū)域用游程編碼壓縮；然后對關(guān)鍵區(qū)域的紋理特征進行識別，得到紙幣的面額；最后選擇區(qū)域?qū)?，?gòu)造特征向量，進行相關(guān)系數(shù)計算來實現(xiàn)紙幣鑒偽。進一步地，對冠字號進行識別的方法包括分塊均值和跳變值法、骨架提取法和局部二值模式法；通過這些方法計算候選字符后，還根據(jù)投票原則和識別率優(yōu)先的原則，綜合識別結(jié)果獲取冠字號。本發(fā)明的有益效果是(1)提高了驗鈔的速度。由于傳統(tǒng)的方法往往是對整張圖片進行明暗輸出補償，本方法對關(guān)鍵區(qū)域進行補償而得到清晰的局部區(qū)域。然后再自定義區(qū)域進行游程編碼。(2)提供了有效的特征提取的方法，進行以假鑒真的相關(guān)系數(shù)計算。(3)本發(fā)明用多種算法相結(jié)合，提高了冠字號識別的準確性。(4)本發(fā)明可以將多光譜圖像上傳，便利人民幣管理和分析。


圖1為本發(fā)明塊映射示意圖。圖2為本發(fā)明冠字號識別示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的整個流程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明在現(xiàn)有的技術(shù)條件上，加上基于多光譜圖像的快速鑒偽方法會明顯提高人民幣的鑒偽能力，并且識別出人民幣上的冠字號；同時還可以上傳人民幣多光譜圖像，有助于對人民幣的現(xiàn)場記錄和相應(yīng)處理。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。本發(fā)明要解決以下幾個問題(1)提供人民幣預(yù)處理的快速方法，包括人民幣頂點檢測和利用。塊映射對有效區(qū)域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部圖片。
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(2)提供利用游程編碼對自定義區(qū)域壓縮和訪問的方法，即在局部圖片中定義有效的防偽區(qū)域，用游程編碼的方式加快對其壓縮和訪問。利用區(qū)域?qū)?gòu)造特征，進行相關(guān)系數(shù)計算來鑒偽。C3)利用多種方法相融合的思路，提高對人民幣冠字號識別的精度。包括分塊均值和跳變值方法，骨架提取的方法，局部二值模式方法對冠字號進行識別，最終冠字號識別是融合多種方法的結(jié)果。(4)最后可以按照需求，將多光譜圖像上傳，方面人民幣管理和分析。本發(fā)明的技術(shù)思路是利用傳感器(如電荷耦合元件CCD或接觸式傳感器CIS等) 獲取多光譜圖像，利用關(guān)鍵點的最小二乘法檢測人民幣頂點，然后用塊映射的方法對信號進行明暗輸出補償，得到清晰的感興趣區(qū)域的人民幣圖像。從感興趣區(qū)域中挑選出關(guān)鍵塊用來識別人民幣的面額，接著自定義有效區(qū)域，用游程編碼對區(qū)域進行壓縮存取，方便后續(xù)的快速訪問。接著用區(qū)域?qū)μ崛√卣?，?gòu)成特征向量。最后特征向量與預(yù)先假幣特征向量進行相關(guān)系數(shù)計算，實現(xiàn)人民幣的鑒偽功能。另一方面，定位可見光圖像中的包含冠字號的區(qū)域，進行二值化，以及利用投影進行字符分割處理。然后分別用多種不同的方法對冠字號進行識別，最后采取優(yōu)先的投票原則，對冠字號進行識別。最后，采用DSP板上的網(wǎng)絡(luò)接口， 將所需的多光譜圖像上傳。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明有以下四個技術(shù)關(guān)鍵點利用塊映射的方法對有效區(qū)域進行明暗輸出補償；利用游程編碼的對自定義區(qū)域壓縮和訪問；利用區(qū)域?qū)?gòu)造特征，進行相關(guān)系數(shù)計算來鑒偽；利用多種不同的方法包括基于分塊均值和跳變值方法，基于骨架提取的方法，和基于局部二值模式方法對冠字號進行識別，優(yōu)先的投票決策得到最好的識別結(jié)果。本發(fā)明實施如下主要包括四個方面的內(nèi)容頂點檢測和局部有效區(qū)域的快映射、自定義區(qū)域的游程編碼和區(qū)域?qū)Φ奶卣飨蛄肯嚓P(guān)系數(shù)計算、多種方法融合的冠字號識別以及多光譜圖像的上傳。一、頂點檢測和局部有效區(qū)域的塊映射首先DSP獲取紙幣的磁信號和紙幣進出時紅外對管的信號，控制多光譜的產(chǎn)生， 得到紙幣的紅外圖像和可見光的圖像，同時可以判斷出紙幣的朝向。獲取圖像后，進行紙幣頂點檢測。采取先檢測紙幣的四條邊，然后計算四個交點即為紙幣的頂點位置。計算步驟如下(1)得到候選關(guān)鍵邊緣點?？紤]到有些鈔票的角部損壞，圖像的寬度表示為W，紙幣的上邊緣掃描從W1到W2的區(qū)域內(nèi)。掃描從圖像的第W1列開始，從第一行向下掃描直到上下點灰度值超過閾值th的位置，記下此位置下面的點為上邊緣點，坐標(biāo)為(xl，yl)；接著間隔m列，從第wl+m列向下開始掃描，遇到第二個邊緣點(x2，y2)，如此進行，得到關(guān)鍵的上邊緣點集合Kxl，yl)，(x2，y2)......(xk，yk)}。其它三條邊的原理類似。(2)計算頂點位置。以上邊緣為例，計算一定間隔的邊緣點對的k值(斜率)。因為k值有波動，對這些k值進行排序，挑出中間的k值，找到對應(yīng)的邊緣點集合{(xl，yl),
(x2，y2)......(xk-n，yk-n)}，其中η為濾掉的點數(shù)，這些是真正的關(guān)鍵邊緣點。然后用最
小二乘法計算出直線的參數(shù)。最后由四條邊直線，計算出人民幣頂點的位置。對局部有效區(qū)域的塊映射，指得到明暗輸出補償校正的清晰圖像。首先將CIS每
5個點輸出校正，得到等效的灰度值存在表中。而塊映射指映射所需要的區(qū)域塊的圖像，到表中索引，得到校正后的灰度值圖像。設(shè)原圖像為I1,映射塊A，歸一化的標(biāo)準像為I2，映射塊B。映射的方法計算塊B在I2的坐標(biāo)比例，在I1中計算相同的比例，得到A塊。見示意圖1。二、自定義區(qū)域的游程編碼和區(qū)域?qū)Φ奶卣飨蛄肯嚓P(guān)系數(shù)計算由塊映射得到清晰的塊區(qū)域，接著在塊區(qū)域中自定義任意形狀的區(qū)域，即選擇合適的人民幣圖案。每個自定義區(qū)域中的像素點用同一個數(shù)字標(biāo)識，表示它們是屬于同一個區(qū)域。自定義區(qū)域用游程編碼壓縮，如區(qū)域W 0 1 1 1 0;1 1 1 0 0 0]，其中“1”表示自定義區(qū)域，游程編碼為021301 ；1303。此編碼可以減少存貯空間，并且訪問該區(qū)域時可以加快速度。然后選擇關(guān)鍵區(qū)域用來識別紙幣的面額。利用關(guān)鍵區(qū)域的紋理特征如均值，梯度直方圖等，容易得到紙幣的面額。最后選擇區(qū)域?qū)?，?gòu)造特征向量，進行紙幣鑒偽。首先形成假幣模板的特征向量， 如區(qū)域?qū)Φ木挡罨蚱渌卣?方差和灰度共生矩陣等)計算特征向量。
權(quán)利要求
1.紙幣多光譜圖像分析方法，其特征在于包括首先對采集的人民幣多光譜圖像進行預(yù)處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區(qū)域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部區(qū)域； 最后通過自定義區(qū)域?qū)Φ姆椒?，?gòu)造特征向量，計算該特征向量與標(biāo)準參考向量的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)向量間的相關(guān)性進行鑒偽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對人民幣多光譜圖像進行預(yù)處理之后，還通過多種方法對人民幣的冠字號進行識別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于對人民幣進行鑒偽和冠字號識別之后，還按照需求，將多光譜圖像上傳給計算機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其特征在于，采集人民幣多光譜圖像及預(yù)處理的步驟為首先 DSP獲取紙幣的磁信號和紙幣進出時紅外對管的信號，根據(jù)需要控制光源的光譜，得到紙幣的紅外圖像和可見光的圖像，同時判斷出紙幣的朝向；獲取人民幣圖像后，進行紙幣頂點檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，紙幣頂點檢測的方法為5101)獲取候選關(guān)鍵邊緣點根據(jù)紙幣朝向，將圖像的寬度表示為W，同時考慮有些紙幣的角部損壞，將紙幣的上邊緣掃描范圍設(shè)定為從W1列到W2列；然后從圖像上邊緣的第W1 列開始掃描，從第一行向下掃描直到上下像素點灰度值超過閾值th的位置，記下此位置下面的點為上邊緣點，其坐標(biāo)為(Xl，Y1)；接著間隔m列，從第巧+m列向下開始掃描，記錄第二個上邊緣點U2，y2)，如此進行，直至掃描到第W2列，從而得到候選的關(guān)鍵上邊緣點集合Kx1, Y1), (x2，y2)......(xk, yk)}，其中k為上邊緣點個數(shù)；以同樣的方法獲取其它三條邊的候選邊緣點集合；5102)計算關(guān)鍵邊緣點對候選上邊緣點集合，計算一定間隔的上邊緣點點對的斜率，然后對計算得到的所有斜率值進行排序，挑出中間的斜率值對應(yīng)的候選上邊緣點， 濾掉斜率值過大和過小的候選上邊緣點，從而找到對應(yīng)的上邊緣點集合Kx1, Y1), U2，I2)......(xk_n，yk_n)}，其中η為濾掉的點數(shù)；以同樣的方法獲取其它三條邊的關(guān)鍵邊緣點集合；5103)計算頂點位置根據(jù)四條邊的關(guān)鍵邊緣點集合，用最小二乘法計算出四條邊的直線的參數(shù)，最后由四條邊緣直線，計算出人民幣頂點的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，快速塊映射的方法為將傳感器每個點的輸出進行校正，得到等效的灰度值存在表中；然后映射所需要的區(qū)域塊中像素點到灰度值表中的索引，得到校正后的灰度值圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對自定義區(qū)域進行比對鑒偽的步驟包括 首先在塊映射后的區(qū)域中自定義任意形狀的區(qū)域，即選擇合適的人民幣圖案；然后對每個自定義區(qū)域中的像素點用同一個數(shù)字標(biāo)識，表示它們是屬于同一個區(qū)域；接著對自定義區(qū)域用游程編碼壓縮；然后對關(guān)鍵區(qū)域的紋理特征進行識別，得到紙幣的面額；最后選擇區(qū)域?qū)?，?gòu)造特征向量，進行相關(guān)系數(shù)計算來實現(xiàn)紙幣鑒偽。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于對冠字號進行識別的方法包括分塊均值和跳變值法、骨架提取法和局部二值模式法；通過這些方法計算候選字符后，還根據(jù)投票原則和識別率優(yōu)先的原則，綜合識別結(jié)果得到冠字號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紙幣多光譜圖像分析方法，包括首先對采集的人民幣多光譜圖像進行預(yù)處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區(qū)域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部區(qū)域；通過自定義區(qū)域?qū)Φ姆椒ǎ瑯?gòu)造特征向量，計算該特征向量與標(biāo)準參考向量的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)向量間的相關(guān)性進行鑒偽。另外，提出了綜合的冠字號識別方法，提高了冠字號識別的準確度。本發(fā)明所述方法可明顯地提高人民幣鑒偽速度和冠字號識別精度。
文檔編號G07D7/12GK102222384SQ20111013980
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者尤新革, 張朋, 彭勤牧, 徐端全, 蔣天瑜, 鄭飛 申請人:尤新革