專利名稱：紙幣多光譜圖像分析方法
技術領域：
本發明涉及一種基于多光譜圖像的新型多功能驗鈔機，屬于驗鈔機領域。
背景技術：
中國的現金流通量非常之高，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，使現金流通變得更復雜和不安全。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。實現起來價格便宜，技術簡便，但難以提高鑒別越發逼真的偽幣。
發明內容
本發明所要解決的技術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偽，提高鑒別能力和速度；同時用多種方法對冠字號獨立識別，識別結果采取優先的投票原則，提高對冠字號識別的準確性；同時用網絡接口上傳多光譜人民幣圖像到客服端，利于人民幣相應管理。本發明所采取的技術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處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區域進行明暗輸出補償， 得到清晰的局部區域；最后通過自定義區域對的方法，構造特征向量，計算該特征向量與標準參考向量的相關系數，根據向量間的相關性進行鑒偽。進一步地，對人民幣多光譜圖像進行預處理之后，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)獲取候選關鍵邊緣點根據紙幣朝向，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，從而得到候選的關鍵上邊緣點集合 Kx1, Y1), (X2, I2)......(xk, yk)}，其中k為上邊緣點個數；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的候選上邊緣點 (點數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% )，從而找到對應的上邊緣點集合Kx1, Y1)，U2，y2)......(xk_n，
yk-n)}，其中η為濾掉的點數；以同樣的方法獲取其它三條邊的關鍵邊緣點集合；S103)計算頂點位置根據四條邊的關鍵邊緣點集合，用最小二乘法計算出四條邊的直線的參數，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，對自定義區域進行比對鑒偽的步驟包括首先在塊映射后的區域中自定義任意形狀的區域，即選擇合適的人民幣圖案；然后對每個自定義區域中的像素點用同一個數字標識，表示它們是屬于同一個區域；接著對自定義區域用游程編碼壓縮；然后對關鍵區域的紋理特征進行識別，得到紙幣的面額；最后選擇區域對，構造特征向量，進行相關系數計算來實現紙幣鑒偽。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，還根據投票原則和識別率優先的原則，綜合識別結果獲取冠字號。本發明的有益效果是(1)提高了驗鈔的速度。由于傳統的方法往往是對整張圖片進行明暗輸出補償，本方法對關鍵區域進行補償而得到清晰的局部區域。然后再自定義區域進行游程編碼。(2)提供了有效的特征提取的方法，進行以假鑒真的相關系數計算。(3)本發明用多種算法相結合，提高了冠字號識別的準確性。(4)本發明可以將多光譜圖像上傳，便利人民幣管理和分析。
圖1為本發明塊映射示意圖。圖2為本發明冠字號識別示意圖。圖3為本發明實施例的整個流程示意圖。
具體實施例方式本發明在現有的技術條件上，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場記錄和相應處理。以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。本發明要解決以下幾個問題(1)提供人民幣預處理的快速方法，包括人民幣頂點檢測和利用。塊映射對有效區域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部圖片。
4
(2)提供利用游程編碼對自定義區域壓縮和訪問的方法，即在局部圖片中定義有效的防偽區域，用游程編碼的方式加快對其壓縮和訪問。利用區域對構造特征，進行相關系數計算來鑒偽。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。本發明的技術思路是利用傳感器(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域的人民幣圖像。從感興趣區域中挑選出關鍵塊用來識別人民幣的面額，接著自定義有效區域，用游程編碼對區域進行壓縮存取，方便后續的快速訪問。接著用區域對提取特征，構成特征向量。最后特征向量與預先假幣特征向量進行相關系數計算，實現人民幣的鑒偽功能。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，最后采取優先的投票原則，對冠字號進行識別。最后，采用DSP板上的網絡接口， 將所需的多光譜圖像上傳。本發明的工作原理是本發明有以下四個技術關鍵點利用塊映射的方法對有效區域進行明暗輸出補償；利用游程編碼的對自定義區域壓縮和訪問；利用區域對構造特征，進行相關系數計算來鑒偽；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，優先的投票決策得到最好的識別結果。本發明實施如下主要包括四個方面的內容頂點檢測和局部有效區域的快映射、自定義區域的游程編碼和區域對的特征向量相關系數計算、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)得到候選關鍵邊緣點。考慮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的區域內。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，找到對應的邊緣點集合{(xl，yl),
(x2，y2)......(xk-n，yk-n)}，其中η為濾掉的點數，這些是真正的關鍵邊緣點。然后用最
小二乘法計算出直線的參數。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域塊的圖像，到表中索引，得到校正后的灰度值圖像。設原圖像為I1,映射塊A，歸一化的標準像為I2，映射塊B。映射的方法計算塊B在I2的坐標比例，在I1中計算相同的比例，得到A塊。見示意圖1。二、自定義區域的游程編碼和區域對的特征向量相關系數計算由塊映射得到清晰的塊區域，接著在塊區域中自定義任意形狀的區域，即選擇合適的人民幣圖案。每個自定義區域中的像素點用同一個數字標識，表示它們是屬于同一個區域。自定義區域用游程編碼壓縮，如區域W 0 1 1 1 0;1 1 1 0 0 0]，其中“1”表示自定義區域，游程編碼為021301 ；1303。此編碼可以減少存貯空間，并且訪問該區域時可以加快速度。然后選擇關鍵區域用來識別紙幣的面額。利用關鍵區域的紋理特征如均值，梯度直方圖等，容易得到紙幣的面額。最后選擇區域對，構造特征向量，進行紙幣鑒偽。首先形成假幣模板的特征向量， 如區域對的均值差或其它特征(方差和灰度共生矩陣等)計算特征向量。
權利要求
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處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部區域； 最后通過自定義區域對的方法，構造特征向量，計算該特征向量與標準參考向量的相關系數，根據向量間的相關性進行鑒偽。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1方法，其特征在于，采集人民幣多光譜圖像及預處理的步驟為首先 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.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，紙幣頂點檢測的方法為5101)獲取候選關鍵邊緣點根據紙幣朝向，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，從而得到候選的關鍵上邊緣點集合Kx1, Y1), (x2，y2)......(xk, yk)}，其中k為上邊緣點個數；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，從而找到對應的上邊緣點集合Kx1, Y1), U2，I2)......(xk_n，yk_n)}，其中η為濾掉的點數；以同樣的方法獲取其它三條邊的關鍵邊緣點集合；5103)計算頂點位置根據四條邊的關鍵邊緣點集合，用最小二乘法計算出四條邊的直線的參數，最后由四條邊緣直線，計算出人民幣頂點的位置。
6.根據權利要求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.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對自定義區域進行比對鑒偽的步驟包括 首先在塊映射后的區域中自定義任意形狀的區域，即選擇合適的人民幣圖案；然后對每個自定義區域中的像素點用同一個數字標識，表示它們是屬于同一個區域；接著對自定義區域用游程編碼壓縮；然后對關鍵區域的紋理特征進行識別，得到紙幣的面額；最后選擇區域對，構造特征向量，進行相關系數計算來實現紙幣鑒偽。
8.根據權利要求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，還根據投票原則和識別率優先的原則，綜合識別結果得到冠字號。
全文摘要
本發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處理；然后通過快速塊映射的方法對有效區域進行明暗輸出補償，得到清晰的局部區域；通過自定義區域對的方法，構造特征向量，計算該特征向量與標準參考向量的相關系數，根據向量間的相關性進行鑒偽。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 優先權日2011年5月27日
發明者尤新革, 張朋, 彭勤牧, 徐端全, 蔣天瑜, 鄭飛 申請人:尤新革