基于CIS传感器的纸币鉴伪与清分系统研究
|
摘要
纸币清分机是一种集光机电于一体的高端金融现金处理设备，其主要功能是完成对纸币面额、面向、新旧程度等的识别与清分，以代替人工挑选ATM用钞、可流通钞和剔除残钞等。针对目前国产清分机硬件设计过于复杂、清分效果不甚理想的问题，本文在综述纸币清分机相关内容的基础上，结合清分机对速度和可靠性要求较高的特点，基于嵌入式微控制器/微处理器、图像传感器技术、数字图像处理与识别等先进理论，提出了纸币清分系统的总体设计方案，同时将利用人民币序列号识别监控人民币流通的思想引入系统，并进行了实验论证。论文主要内容如下：
1、论述了纸币清分系统历史背景、国内外研究现状及未来发展趋势，分析了其各项功能的具体实现方法，总结了目前国产纸币清分系统所存在的不足，在此基础上，提出了系统的设计方案。
2、针对纸币清分系统对图像处理高速度和高可靠性的要求，探索出了适用于人民币的快速图像处理与识别算法。首先，利用数字图像处理的一些主要方法对人民币的图像特征进行了分析；然后，在分析的基础上，给出了适合纸币清分系统的图像处理与识别的方法，为系统软件设计实现奠定了理论基础。
3、给出了系统的软硬件解决方案。首先，从系统功能实现的角度出发，将系统划分为不同的功能模块；其次，以所划分的功能模块为基础，设计了各模块的硬件实现电路和软件工作流程；最后是系统方案的实现。
4、系统实验结果及性能分析。在基于系统方案所实现的硬件平台上，重复实验，并根据实验结果对系统参数不断调整，以获得最优实现。
Paper currency sorter is an advanced financial processing device integrated with optics, mechanics and electronics. Its main function is to recognize the denomination and face direction of the bills, and to distinguish the newer bills from the older ones and so on. Henceforth, paper currency sorter may satisfy the general operation of drawing out bills for ATM, the selection of reusable bills, and the elimination of fragmentary bills automatically. In this paper, against the problems of complicated hardware design and poor performance of domestic bill sorters, and based on the summarization of correlative contents of paper currency sorters, combined with the characters of paper currency sorter requiring high running speed and reliability, on the basis of embedded MCU/MPU, image sensor technology and digital image processing and recognition and so on, author brings forward a blue print for the paper currency sorter system, and introduces a new innovation of surveillance of RMB through recognition of RMB serial numbers, at last, does some experiments for demonstration. The paper consists of the following parts:
1. Discuss the history background, research status inside and outside and development trend in the future of paper currency sorter, analyze realization techniques of its functions, and summarize the shortages of domestic bill sorter. On the basis, bring forward one realizable scheme of paper currency sorter.
2. Against the high requirement of speed and reliability in paper currency sorter, search after one arithmetic that is the same with RMB image processing and recognition. Firstly, with the main study of the digital image processing, RMB characters are analyzed. Then, methods of bill image processing and recognition are introduced in order to lay down the solid base for software arithmetic design in the real paper currency system.
3. A new solution for the system about hardware and software is presented. First, from the point of view of the realization of system functions, compartmentalize several modules of its function; second, on the basis of these modules, design its hardware circuits and software flows; at last, give the detailed realization of paper currency sorter.
4. The test results from the system platform are analyzed to evaluate the system's performance. On the basis of the repeating tests on the realized platform, by adjusting the parameters of the system, the high performances are realized.
1、论述了纸币清分系统历史背景、国内外研究现状及未来发展趋势，分析了其各项功能的具体实现方法，总结了目前国产纸币清分系统所存在的不足，在此基础上，提出了系统的设计方案。
2、针对纸币清分系统对图像处理高速度和高可靠性的要求，探索出了适用于人民币的快速图像处理与识别算法。首先，利用数字图像处理的一些主要方法对人民币的图像特征进行了分析；然后，在分析的基础上，给出了适合纸币清分系统的图像处理与识别的方法，为系统软件设计实现奠定了理论基础。
3、给出了系统的软硬件解决方案。首先，从系统功能实现的角度出发，将系统划分为不同的功能模块；其次，以所划分的功能模块为基础，设计了各模块的硬件实现电路和软件工作流程；最后是系统方案的实现。
4、系统实验结果及性能分析。在基于系统方案所实现的硬件平台上，重复实验，并根据实验结果对系统参数不断调整，以获得最优实现。
Paper currency sorter is an advanced financial processing device integrated with optics, mechanics and electronics. Its main function is to recognize the denomination and face direction of the bills, and to distinguish the newer bills from the older ones and so on. Henceforth, paper currency sorter may satisfy the general operation of drawing out bills for ATM, the selection of reusable bills, and the elimination of fragmentary bills automatically. In this paper, against the problems of complicated hardware design and poor performance of domestic bill sorters, and based on the summarization of correlative contents of paper currency sorters, combined with the characters of paper currency sorter requiring high running speed and reliability, on the basis of embedded MCU/MPU, image sensor technology and digital image processing and recognition and so on, author brings forward a blue print for the paper currency sorter system, and introduces a new innovation of surveillance of RMB through recognition of RMB serial numbers, at last, does some experiments for demonstration. The paper consists of the following parts:
1. Discuss the history background, research status inside and outside and development trend in the future of paper currency sorter, analyze realization techniques of its functions, and summarize the shortages of domestic bill sorter. On the basis, bring forward one realizable scheme of paper currency sorter.
2. Against the high requirement of speed and reliability in paper currency sorter, search after one arithmetic that is the same with RMB image processing and recognition. Firstly, with the main study of the digital image processing, RMB characters are analyzed. Then, methods of bill image processing and recognition are introduced in order to lay down the solid base for software arithmetic design in the real paper currency system.
3. A new solution for the system about hardware and software is presented. First, from the point of view of the realization of system functions, compartmentalize several modules of its function; second, on the basis of these modules, design its hardware circuits and software flows; at last, give the detailed realization of paper currency sorter.
4. The test results from the system platform are analyzed to evaluate the system's performance. On the basis of the repeating tests on the realized platform, by adjusting the parameters of the system, the high performances are realized.
引文
1．堵顺康．国产纸币清分机市场“钱"景一片光明[J]，金融时报,2004,9：9—10
2．和均，王凤英．银行现金清分机现状及需求的分析与调查[J]，金融＆科技,2004，(1)：23—33
3．刘栋嫣．基于图像识别技术的智能点钞机设计[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨理工大学,2005
4．何卫国．基于DSP的光电点钞系统研究[D]，四川成都：四川大学,2005
5．刘连浩，罗安，王加阳，邓宏贵．智能型点钞机的研制[J]，机电一体化,2003，(1)：11—13
6．米伟哲，曾薄文，刘海滨，宋洋．点钞机自动控制设计中信号的选取与采集[J]，中国仪器仪表,2006，(9)：65-67
7．防伪技术．点钞机的辨伪原理[J]，安防科技·安全管理者,2005，(2)：41-43
8．劳文薇，AT89C2051单片机在智能鉴伪点钞机中的应用[J]，电子与自动化,2000，(6)：20-23
9．钱纪初．纸币清分图像识别算法研究[J]，浙江工贸职业技术学院院报,2006,6(1)：62—68
10. Takeda Fumiaki, Nishikage Toshihiro, Omatu Sigeru. Banknote recognition by means of optimized masks, neural networks and genetic algorithms[J], Engineering Applications of Artificial Intelligence, 1999, 12(2): 175-184
11. Zhang Er-Hu, Jiang Bo,Duan Jing-Hong,Bian Zheng-Zhong. Research on paper currency recognition by neural networks[J], International Conference on Machine Learning and Cybernetics, 2003, (4):2193-2197
12. Takeda Fumiaki, Nishikage Toshihiro. Multiple kinds of paper currency recognition using neural network and application for Euro currency[J], Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks, 2000, (2): 143-147
13. D.E.S.Middleton,W.Cowpland.Thefriction of currency bills[J],Wear,1996,193:126-131
14. Massaru Teranishi, Sigeru Omatu, Toshihisa Kosaka. New and used bills class for cepstrum patterns[J], International joint conference on neural networks,2000,(1):23-25
15. Dongshik Kang,P.Raveendran,Sigeru Omatu. Algorithm to discriminate between new and used bills using a neural networks[J], DEXA Workshop,1998:367-372
16．王晓光专利，实用新型专利说明书，专利号：01276136．2，2002．10．16
17．崔明星．纸币图像识别系统在清分机中的应用[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨理工大学,2001
18．顾临怡，谢英俊．发明专利申请公开说明书，专利号：95115183．5，1996．10
19．徐海兰，刘彦婷，杨磊．模式识别中三种字符识别的方法[J]，北京广播学院学报(自然科学版)，2005,12(4)：34—38
20．马时平，吴学军，毕笃彦．银行币箱字符识别系统的实现[J]，计算机工程,2003,23(20)：173-174
21．吴萍萍，关宇东．基于模板匹配的变造币横竖条码识别算法[J]，计算机工程,2006,32(10)：183-185
22．周翟和，刘建业，肖纪立．纸币号码读入识别系统的单片机实现[J]，工业控制计算机,2002,15(1)：69-71
23．苑玮琦，张昱．纸币号码快速识别系统[J]，计算机工程,2005,31(24)：153-155
24．郑朝晖，裘聿皇，陈峻峰．一种印刷体字符识别的新方法：基于遗传算法的(0，1，*)-矩阵法[J]，控制与决策,2001,16(3)：296-298
25．李佐，王姝华，蔡士杰．基于特征行必要-充分性匹配的字符识别方法[J]，软件学报,2002,13(1)：85-91
26．陈慧鹏，杨亮亮，李鸿，周云飞．模糊集识别法在纸币清分中的应用研究[J]，机床与液压,2005,(6)：167-169
27．陈慧鹏．智能型纸币清分机图像识别处理方法研究[D]，湖北武汉：华中科技大学,2005
28．罗裴皓．纸币清分机图像处理系统研究[D]，浙江杭州：浙江大学,2005
29．蒋雁飞．光电纸币清分系统的图像处理[D]，四川成都：电子科技大学,2006
30．马义德，刘映杰，张新国．嵌入式系统的现状及发展前景[J]，信息技术,2001，12：57-59
31．齐志才．一类嵌入式控制器的研究[J]，仪器仪表学报，2003,8(4)：445—450
32．程开富．接触式图像传感器的发展与应用[J]，国外电子元器件，2002，(6)：62—65
33．The application of SV260A4H-XX, Http://www.syscaninc.com.2005．1-10
34．刘贵喜，杨万海，谢仕聘．CIS信号检测与处理技术[J]，光电工程,2000,27(1)：18-20
35．张文普，袁祥辉．接触式图像传感器噪声抑制方法研究[J]，半导体光电,2004,25(2)：124—127
36．陈小春，刘万春，朱玉文，刘建君．基于接触式图像传感器的自动光学检测系统研究[J]， 电光与控制,2006,13(4)：97—99
37．阮秋琦．数字图像处理学[M]．北京：电子工业出版社，2001，1-13,481-483
38．Jain，A．K．著；韩博，徐枫译．数字图像处理基础[M]．北京：清华大学出版社,2006,1—7
39．杨淑莹．图像模式识别：VC++技术实现[M]．北京：清华大学出版社，北方交通大学出版社，2005,1-7
40．杨光正，吴岷，张晓莉．模式识别[M]．合肥：中国科学技术大学出版社,2001,1-4
41．周立功．PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003,1-95
42．程海玉．人民币智能分捡器软件系统设计[D]，湖北武汉：武汉理工大学,2006
43．阮秋琦．数字图像处理学[M]．北京：电子工业出版社，2001，180—195
44．Jain,A．K．著；韩博，徐枫译．数字图像处理基础[M]．北京：清华大学出版社，2006,193-195
45．何斌等著．Visual C++数字图像处理(第二版)[M]．北京：人民邮电出版社，2002，92-155,262-263
46．李庆峰．基于图像处理的纸币清分系统关键算法研究[D]，四川成都：中科院成都计算机应用研究所,2006
47. A.Verikas, K.Malmqvist, L.Bergman. Detecting and measuring rings in banknote images[J], Engineering Applications of Artificial Intelligence,2005,(18):363-371
48．张颖，吴庆洪．一种计算人民币图像倾斜角度的方法[J]，测试技术学报,2005,19(1)：103-105
49．李俊儒．两钞口纸币清分机软件系统的设计与实现[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨工业大学,2006
50．杨亮亮．台式智能型纸币清分机图像处理子系统设计[D]，湖北武汉：华中科技大学,2005
51. Hiroshi Sako, Takafumi Miyatake. Image-Recognition Technologies towards Advanced Automated Teller Machines[J],Proceedings of the 17th International Conference on Pattern Recognition,2004,(1):1051-1054
52．苑玮琦，张昱．纸币号码识别中分割方法的研究[J]，计算机测量与控制,2005,13(8)：827-829
53．张昱，纸币号码图像识别方法研究[D]，辽宁沈阳：沈阳工业大学，2005
54．Gonzalez，R．C．等著；阮秋琦等译．数字图像处理(MATLAB版)[M]．北京：电子工业出版社，2006
55．周翟和．纸币读入识别系统的研究和实现[D]，江苏南京：南京航空航天大学,2002
56．乔和，王涛．MTD2003在轨道式无人驾驶车中的应用[J]，煤矿机械,2006,27(3)：512-513
57．张宝国．单片机控制的多功能点钞机[J]，电子技术,1995,(3)：5-8
58．陈树根，江和平，周高杯．基于荧光光谱分析的钞票识别研究[J]，红外与激光工程,2001,30(4)：174-177
59．刘栋嫣，李欣，董静薇．基于CIS及TLC5510的高速图像采集系统[J]，微型机与应用,2004,(10)：23-25
60．王翥，佟晓筠．接触式图像传感器的信号读取与补偿技术[J]，今日电子,2002，(5)：14-15
61．李方慧，王飞，何佩琨．TMS320C6000系列DSPs原理与应用(第2版)[M]．北京：电子工业出版社,2003,511-538
62. TMS320C6203 FIXED-POINT DIGITAL SIGNAL PROCESSOR,Texas Instruments Incorporated,2002
63. TMS320C62X Image/Video Processing Library Programmer's Reference. Texas Instrument.2002,4
64. TMS320C6000 DSP Interrupt Selector Reference Guide Texas Instruments.2003,6:9-16
65．尤佳，徐炜．流通人民币纸币的面值识别[J],2003,24(4)：94—95
2．和均，王凤英．银行现金清分机现状及需求的分析与调查[J]，金融＆科技,2004，(1)：23—33
3．刘栋嫣．基于图像识别技术的智能点钞机设计[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨理工大学,2005
4．何卫国．基于DSP的光电点钞系统研究[D]，四川成都：四川大学,2005
5．刘连浩，罗安，王加阳，邓宏贵．智能型点钞机的研制[J]，机电一体化,2003，(1)：11—13
6．米伟哲，曾薄文，刘海滨，宋洋．点钞机自动控制设计中信号的选取与采集[J]，中国仪器仪表,2006，(9)：65-67
7．防伪技术．点钞机的辨伪原理[J]，安防科技·安全管理者,2005，(2)：41-43
8．劳文薇，AT89C2051单片机在智能鉴伪点钞机中的应用[J]，电子与自动化,2000，(6)：20-23
9．钱纪初．纸币清分图像识别算法研究[J]，浙江工贸职业技术学院院报,2006,6(1)：62—68
10. Takeda Fumiaki, Nishikage Toshihiro, Omatu Sigeru. Banknote recognition by means of optimized masks, neural networks and genetic algorithms[J], Engineering Applications of Artificial Intelligence, 1999, 12(2): 175-184
11. Zhang Er-Hu, Jiang Bo,Duan Jing-Hong,Bian Zheng-Zhong. Research on paper currency recognition by neural networks[J], International Conference on Machine Learning and Cybernetics, 2003, (4):2193-2197
12. Takeda Fumiaki, Nishikage Toshihiro. Multiple kinds of paper currency recognition using neural network and application for Euro currency[J], Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks, 2000, (2): 143-147
13. D.E.S.Middleton,W.Cowpland.Thefriction of currency bills[J],Wear,1996,193:126-131
14. Massaru Teranishi, Sigeru Omatu, Toshihisa Kosaka. New and used bills class for cepstrum patterns[J], International joint conference on neural networks,2000,(1):23-25
15. Dongshik Kang,P.Raveendran,Sigeru Omatu. Algorithm to discriminate between new and used bills using a neural networks[J], DEXA Workshop,1998:367-372
16．王晓光专利，实用新型专利说明书，专利号：01276136．2，2002．10．16
17．崔明星．纸币图像识别系统在清分机中的应用[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨理工大学,2001
18．顾临怡，谢英俊．发明专利申请公开说明书，专利号：95115183．5，1996．10
19．徐海兰，刘彦婷，杨磊．模式识别中三种字符识别的方法[J]，北京广播学院学报(自然科学版)，2005,12(4)：34—38
20．马时平，吴学军，毕笃彦．银行币箱字符识别系统的实现[J]，计算机工程,2003,23(20)：173-174
21．吴萍萍，关宇东．基于模板匹配的变造币横竖条码识别算法[J]，计算机工程,2006,32(10)：183-185
22．周翟和，刘建业，肖纪立．纸币号码读入识别系统的单片机实现[J]，工业控制计算机,2002,15(1)：69-71
23．苑玮琦，张昱．纸币号码快速识别系统[J]，计算机工程,2005,31(24)：153-155
24．郑朝晖，裘聿皇，陈峻峰．一种印刷体字符识别的新方法：基于遗传算法的(0，1，*)-矩阵法[J]，控制与决策,2001,16(3)：296-298
25．李佐，王姝华，蔡士杰．基于特征行必要-充分性匹配的字符识别方法[J]，软件学报,2002,13(1)：85-91
26．陈慧鹏，杨亮亮，李鸿，周云飞．模糊集识别法在纸币清分中的应用研究[J]，机床与液压,2005,(6)：167-169
27．陈慧鹏．智能型纸币清分机图像识别处理方法研究[D]，湖北武汉：华中科技大学,2005
28．罗裴皓．纸币清分机图像处理系统研究[D]，浙江杭州：浙江大学,2005
29．蒋雁飞．光电纸币清分系统的图像处理[D]，四川成都：电子科技大学,2006
30．马义德，刘映杰，张新国．嵌入式系统的现状及发展前景[J]，信息技术,2001，12：57-59
31．齐志才．一类嵌入式控制器的研究[J]，仪器仪表学报，2003,8(4)：445—450
32．程开富．接触式图像传感器的发展与应用[J]，国外电子元器件，2002，(6)：62—65
33．The application of SV260A4H-XX, Http://www.syscaninc.com.2005．1-10
34．刘贵喜，杨万海，谢仕聘．CIS信号检测与处理技术[J]，光电工程,2000,27(1)：18-20
35．张文普，袁祥辉．接触式图像传感器噪声抑制方法研究[J]，半导体光电,2004,25(2)：124—127
36．陈小春，刘万春，朱玉文，刘建君．基于接触式图像传感器的自动光学检测系统研究[J]， 电光与控制,2006,13(4)：97—99
37．阮秋琦．数字图像处理学[M]．北京：电子工业出版社，2001，1-13,481-483
38．Jain，A．K．著；韩博，徐枫译．数字图像处理基础[M]．北京：清华大学出版社,2006,1—7
39．杨淑莹．图像模式识别：VC++技术实现[M]．北京：清华大学出版社，北方交通大学出版社，2005,1-7
40．杨光正，吴岷，张晓莉．模式识别[M]．合肥：中国科学技术大学出版社,2001,1-4
41．周立功．PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003,1-95
42．程海玉．人民币智能分捡器软件系统设计[D]，湖北武汉：武汉理工大学,2006
43．阮秋琦．数字图像处理学[M]．北京：电子工业出版社，2001，180—195
44．Jain,A．K．著；韩博，徐枫译．数字图像处理基础[M]．北京：清华大学出版社，2006,193-195
45．何斌等著．Visual C++数字图像处理(第二版)[M]．北京：人民邮电出版社，2002，92-155,262-263
46．李庆峰．基于图像处理的纸币清分系统关键算法研究[D]，四川成都：中科院成都计算机应用研究所,2006
47. A.Verikas, K.Malmqvist, L.Bergman. Detecting and measuring rings in banknote images[J], Engineering Applications of Artificial Intelligence,2005,(18):363-371
48．张颖，吴庆洪．一种计算人民币图像倾斜角度的方法[J]，测试技术学报,2005,19(1)：103-105
49．李俊儒．两钞口纸币清分机软件系统的设计与实现[D]，黑龙江哈尔滨：哈尔滨工业大学,2006
50．杨亮亮．台式智能型纸币清分机图像处理子系统设计[D]，湖北武汉：华中科技大学,2005
51. Hiroshi Sako, Takafumi Miyatake. Image-Recognition Technologies towards Advanced Automated Teller Machines[J],Proceedings of the 17th International Conference on Pattern Recognition,2004,(1):1051-1054
52．苑玮琦，张昱．纸币号码识别中分割方法的研究[J]，计算机测量与控制,2005,13(8)：827-829
53．张昱，纸币号码图像识别方法研究[D]，辽宁沈阳：沈阳工业大学，2005
54．Gonzalez，R．C．等著；阮秋琦等译．数字图像处理(MATLAB版)[M]．北京：电子工业出版社，2006
55．周翟和．纸币读入识别系统的研究和实现[D]，江苏南京：南京航空航天大学,2002
56．乔和，王涛．MTD2003在轨道式无人驾驶车中的应用[J]，煤矿机械,2006,27(3)：512-513
57．张宝国．单片机控制的多功能点钞机[J]，电子技术,1995,(3)：5-8
58．陈树根，江和平，周高杯．基于荧光光谱分析的钞票识别研究[J]，红外与激光工程,2001,30(4)：174-177
59．刘栋嫣，李欣，董静薇．基于CIS及TLC5510的高速图像采集系统[J]，微型机与应用,2004,(10)：23-25
60．王翥，佟晓筠．接触式图像传感器的信号读取与补偿技术[J]，今日电子,2002，(5)：14-15
61．李方慧，王飞，何佩琨．TMS320C6000系列DSPs原理与应用(第2版)[M]．北京：电子工业出版社,2003,511-538
62. TMS320C6203 FIXED-POINT DIGITAL SIGNAL PROCESSOR,Texas Instruments Incorporated,2002
63. TMS320C62X Image/Video Processing Library Programmer's Reference. Texas Instrument.2002,4
64. TMS320C6000 DSP Interrupt Selector Reference Guide Texas Instruments.2003,6:9-16
65．尤佳，徐炜．流通人民币纸币的面值识别[J],2003,24(4)：94—95