技术领域
[0001] 本
发明涉及一种钞票分币装置，具体为一种智能点验钞机本外币纸币自动分币系统及其分币方法。
背景技术
[0002] 点验钞机是集计数和辨伪钞票一体的机器。由于现金流通规模庞大，
银行出纳柜台现金处理工作繁重，点钞机已成为不可缺少的设备。随着印刷技术、复印技术和
电子扫描技术的发展，伪钞制造
水平越来越高，必须不断提高点钞机的辨伪性能。
[0003] 目前点验钞机大多是人工手动输入币种名称，开始点钞后，点钞机自动识别出面额和版别，对于有些银行需要本国纸币和外币纸币混合成一
捆点钞时，操作非常繁琐并且耗时，而且容易出现人工手动输入币种错误，导致点钞信息出现错误，以至于造成更严重的后果。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中本国纸币和外币纸币混合成一捆点钞时容易导致点钞信息出现错误以至于造成更严重的后果等不足，本发明要解决的问题是提供一种可提高工作效率、避免出现错误信息的智能点验钞机本外币纸币自动分币系统及其分币方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] 本发明一种智能点验钞机本外币纸币自动分币系统，具有
图像采集模
块和
图像处理模块，图像采集模块包括CIS图像采集
电路、码盘
信号产生电路以及FPGA控制电路，其中CIS图像采集电路将采集的图像原始数据经AD转换电路送至FPGA控制电路，码盘信号产生电路采集点钞机运转时的钞位移并产生脉冲信号送至FPGA控制电路；FPGA控制电路对CIS图像采集电路传输的数据和码盘信号产生电路的信号进行处理，输出图像
信号传输至图像处理模块。
[0007] CIS图像采集电路包括CIS
传感器图像信号电路、CIS传感器灯光控制电路以及AD模数转化电路，其中CIS传感器图像信号电路的输出端与AD模数转化电路相连，CIS传感器灯光控制电路接收FPGA控制单元的控制指令，输出驱动信号接至CIS传感器内部曝光
灯管的控制回路中。
[0008] 所述机械码盘通过码盘轴孔固定安装于喷码机的纸带
传动轴上，并与喷码机中的纸带
电机轴通过
同步带传动连接，码盘盘体与红外光电
开关传感器的感应接收部分配合，红外光电开关传感器安装于固定
支架上。
[0009] 本发明一种智能点验钞机本外币纸币自动分币系统的分币方法包括以下步骤：
[0010] 统计纸币的尺寸值，将同一币种、同一发行银行、同一面额、同一版别的纸币放入智能点验钞机多次点钞，获取尺寸数据，记录高度和宽度值，通过统计学的方法，估算出同种纸币图像高度的最大值和最小值，宽度的最大值和最小值，存入模板
数据库；
[0011] 点钞纸币经过图像采集模块处理后，通过读取尺寸值，并和模板数据库中所有尺寸进行比较，获取满足尺寸条件的信息；
[0012] 将尺寸相近的纸币的全幅面二值化图像从模板数据库中调出，和点钞纸币的全幅面二值化图像进行比较，筛选出全幅面二值化图像相近的纸币信息，判断所点纸币钞票所属的币种、银行、版别、面额及下钞方向值。
[0013] 本发明还包括以下步骤：
[0014] 在纸币钞票旋转校正的图像上提取分币特征的区域图像，在对比完纸币钞票全幅面二值化图像信息后所筛选出的纸币信息，再从模板数据库中调出刚才筛选出的纸币钞票信息的分币特征的区域图像二值化数据，和点钞纸币钞票的分币特征的区域图像二值化数据进行比对，选出结果最为相近的一种纸币钞票值，更加精准地识别出点钞纸币钞票所属的币种、发行银行、版别、面额以及下钞方向信息。
[0015] 所述图像处理模块通过图像采集模块获取的纸币图像数据进行以下处理：
[0016] 1)计算图像倾斜
角度，大于倾斜角度限制
阈值钞票旋转为正向
正面或反向
反面的钞票方向；
[0017] 2)计算图像尺寸值，与模板数据库各种纸币尺寸限制值比较，筛选出M种尺寸相近的纸币；
[0018] 3)二值化全幅面纸币图像，与模板数据库中M种纸币的全幅面二值化图像比较，筛选出N种图像；
[0019] 4)对N种图像进行二值化处理，生成分币特征区域图像，与模板数据库中N种纸币的二值化分币特征区域图像值比较，筛选出一种图像值最近的纸币，即为自动分币结果。
[0021] 101)预先设置一个阈值T，对图像中灰度值大于T的
像素点求出阈值平均值T1；
[0022] 102)图像中小于T的像素点求出阈值平均值T2；
[0023] 103)若|T1-T2|<Δ，则当前T为最佳阈值，否则取T＝(T1+T2)/2循环上述比较操作。
[0024] 本发明具有以下有益效果及优点：
[0025] 1.发明一种智能点验钞机本外币纸币自动分币系统，对于不同币种、不同发行银行、不同面额、不同版别以及不同下钞方向的钞票都可以更加快速、准确、有效地识别出来。
[0026] 2.本发明很好的运用了模块化设计和逐项比对的技术思路，将多种本外币纸币钞票的自动分币系统设计于一个模块中，并通过统一
算法来完美区分各种本外币纸币。达到真正实现无需用户手动输入所点纸币钞票信息就可以自动识别出本外币纸币钞票信息的自动识别系统。
附图说明
[0027] 图1为本发明中图像采集模块功能图，
[0028] 图2为本发明中图像采集模块中CIS传感器安装结构图，
[0029] 图3为本发明中图像处理模块功能图，
[0030] 图4为本发明中图像处理模块中迭代法求阈值的
流程图。
[0031] 图5为本发明中码盘信号电路；
[0032] 图6为本发明中CIS传感器电路；
[0034] 图8为本发明中FPGA芯片电路。
[0035] 其中，1为上CIS传感器，2为下CIS传感器。
具体实施方式
[0036] 下面结合
说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0037] 如图1所示，本发明一种智能点验钞机本外币纸币自动分币系统，具有图像采集模块和图像处理模块，图像采集模块包括CIS图像采集电路、码盘信号产生电路以及FPGA控制电路，其中CIS图像采集电路将采集的图像原始数据经AD转换电路送至FPGA控制电路，码盘信号产生电路采集点钞机运转时的钞位移并产生脉冲信号送至FPGA控制电路；FPGA控制电路对CIS图像采集电路传输的数据和码盘信号产生电路的信号进行处理，输出图像信号传输至图像处理模块。
[0038] CIS图像采集电路包括CIS传感器图像信号电路、CIS传感器灯光控制电路以及AD模数转化电路，其中CIS传感器图像信号电路的输出端与AD模数转化电路相连，CIS传感器灯光控制电路接收FPGA控制单元的控制指令，输出驱动信号接至CIS传感器内部曝光灯管的控制回路中。
[0039] CIS传感器包括上CIS传感器1和下CIS传感器2，分别安装于走钞通道上下两侧，如图2所示。
[0040] 机械码盘通过码盘轴孔固定安装于喷码机的纸带传动轴上，并与喷码机中的纸带电机轴通过同步带传动连接，码盘盘体与红外光电开关传感器的感应接收部分配合，红外光电开关传感器安装于固定支架上。
[0041] 本发明中，钞票在自动分币系统内部移动时所受阻
力不同，但码盘信号却和阻力无关，通过码盘产生的与走钞相对应的位移信号触发图像采集，使得图片尺寸更接近实物尺寸，真实反应了钞票的实际位移。
[0042] 本发明用于对本外币纸币钞票进行自动识别处理，由图像采集模块和图像处理模块两大部分组成，图像采集模块用于对钞票进行图像采集，由CIS图像采集电路、码盘信号产生电路和FPGA控制系统组成。CIS图像采集电路由CIS传感器图像信号电路、CIS传感器灯光控制电路和AD模数转化电路组成；码盘信号产生电路主要由
磁性编码器和磁
铁组成，可将点钞机运转时的钞位移转换为脉冲信号；FPGA控制系统主要由内含图像码盘等信号时序处理
软件的FPGA及其外围电路组成，用于CIS图像采集时序控制、码盘
信号处理。图像采集模块将图像数据经过处理后通过相应的
接口传输给DSP主控制系统处理。
[0043] 本发明智能点验钞机本外币纸币自动分币系统的分币方法，包括以下步骤：
[0044] 统计纸币的尺寸值，将同一币种、同一发行银行、同一面额、同一版别的纸币放入智能点验钞机多次点钞，获取尺寸数据，记录高度和宽度值，通过统计学的方法，估算出同种纸币图像高度的最大值和最小值，宽度的最大值和最小值，存入模板数据库；
[0045] 点钞纸币经过图像采集模块处理后，通过读取尺寸值，并和模板数据库中所有尺寸进行比较，获取满足尺寸条件的纸币信息；
[0046] 将尺寸相近的纸币的全幅面二值化图像从模板数据库中调出，和点钞纸币的全幅面二值化图像进行比较，筛选出全幅面二值化图像相近的纸币信息，判断智能点钞机所点纸币钞票所属的币种、银行、版别、面额及下钞方向值。
[0047] 本发明还包括以下步骤：
[0048] 在纸币钞票旋转校正的图像上提取分币特征的区域图像，在对比完纸币钞票全幅面二值化图像信息后所筛选出的纸币信息，再从模板数据库中调出刚才筛选出的纸币钞票信息的分币特征的区域图像二值化数据，和点钞纸币钞票的分币特征的区域图像二值化数据进行比对，选出结果最为相近的一种纸币钞票值，更加精准地识别出点钞纸币钞票所属的币种、发行银行、版别、面额以及下钞方向信息。
[0049] 所述图像处理模块通过图像采集模块获取的纸币图像数据进行以下处理：
[0050] 1)计算图像倾斜角度，大于倾斜角度限制阈值钞票旋转为正向正面或反向反面的钞票方向；
[0051] 2)计算图像尺寸值，与模板数据库各种纸币尺寸限制值比较，筛选出M种尺寸相近的纸币；
[0052] 3)二值化全幅面纸币图像，与模板数据库中M种纸币的全幅面二值化图像比较，筛选出N种图像；
[0053] 4)对N种图像进行二值化处理，生成分币特征区域图像，与模板数据库中N种纸币的二值化分币特征区域图像值比较，筛选出一种图像值最近的纸币，即为自动分币结果。
[0054] 采用迭代法计算阈值，具体为：
[0055] 101)预先设置一个阈值T，对图像中灰度值大于T的像素点求出阈值平均值T1；
[0056] 102)图像中小于T的像素点求出阈值平均值T2；
[0057] 103)若|T1-T2|<Δ，则当前T为最佳阈值，否则取T＝(T1+T2)/2循环上述比较操作。
[0058] 灰度图像要转为二值化图像，也就是黑白点图像，需要有个阈值，灰度图像像素值大于阈值为白，小于阈值为黑。
[0059] 如图3所示，图像采集模块将图像数据经过处理后通过相应的接口传输给DSP主控制系统处理。图像处理模块由本外币纸币钞票图像尺寸限制值、二值化全幅面图像值、二值化分币特征区域图像值为整个自动识别分币系统比对的模板数据库，实现对所点纸币钞票进行自动识别，通过采集所点纸币钞票的CIS图像，旋转图像的倾斜角度为正面正向或者反面反向后，读取所点纸币钞票的尺寸即高和宽的数值，在模板数据库中筛选出与之尺寸相近的M种纸币信息，再将所点纸币钞票的二值化全幅面图像值和从模板数据库中取出刚才筛选出的M种纸币的二值化全幅面图像值进行对比，对比结果为N种纸币信息与所点纸币钞票的二值化全幅面图像值比较接近(M>＝N)，最后将所点纸币钞票的二值化分币特征区域图像值和从模板数据库中取出筛选出的N种纸币的二值化分币特征图像值进行比对，并且选出最为接近的一种纸币类型，认定所点纸币钞票就是最后选出的这种纸币，这就是自动识别的全过程。
[0060] 如图4所示，迭代法求阈值模块的详细描述，预先设置一个阈值T，对图像中灰度值大于T的像素点求出阈值平均值T1，图像中小于T的像素点求出阈值平均值T2，若|T1-T2|<Δ，则当前T为最佳阈值，否则取T＝(T1+T2)/2循环上述比较操作。
[0061] 如图5所示，码盘信号产生电路，工作过程描述如下：
[0062] 码盘信号产生电路在点钞机运转时，将钞票实际的位移信号转化为脉冲信号；
[0063] 如图6所示，CIS传感器灯光控制电路，工作过程描述如下：
[0064] FPGA捕捉到脉冲信号后，按照CIS传感器时序，控制不同灯光多次输出，并由CIS产生不同灯光下的多副图像数据的
模拟信号CIS_VIN；
[0065] 如图7所示，AD模数转化电路,工作过程描述如下：
[0066] CIS_VIN信号经过AD模数转化电路，在AD芯片内按一定比例放大，并输出放大处理后的数字总线信号CIS_DATA；
[0067] 如图8所示，FPGA控制系统电路,工作过程描述如下：
[0068] FPGA将图像的数字总线信号CIS_DATA采集并保存在内部RAM中，形成图像数据，FPGA将多副图像数据按照一定的接口传送给主控制系统处理至此，从CIS采集到的图像原始信号经过自适应图像采集处理系统完成采集，并成功发送给DSP主控制板。
[0069] 自动识别算法模板包括点钞纸币钞票CIS图像旋转校正、尺寸值获取、计算二值化全幅面图像值、计算二值化分币特征区域图像值，并通过一系列算法和模板数据库进行比对获取本外币纸币自动识别结果。其过程如下：
[0070] (1)
定位出纸币的边界点后利用边界点坐标计算出纸币倾斜角度，并对超过倾斜角度限制值的纸币进行旋转校正处理；
[0071] (2)获取纸币钞票图像的尺寸值；
[0072] (3)图像二值化(Image Binarization)就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓，方便图像数据的进一步处理和利用。将灰度图像转换为二值图像，图像的二值化最常用的一个方法是设定一个阈值T，用T将图像数据分为两部分，小于这个阈值T的像素点调整成0，而大于这个阈值T的像素点调整成255，也就是非黑即白两种
颜色。阈值选择的恰当与否对
图像分割的效果起着决定性的作用。更对自动分币的准确度起着决定性作用，本系统求阈值的方法选用迭代法，其主要是利用循环迭代的方法，逐步逼近最佳阈值；
[0073] (4)二值化全幅面图像，不同银行发行的纸币钞票大多主图像是有明显区别的，通过所点纸币钞票的二值化全幅面图像值和模板数据库中与之尺寸相近的本外币纸币的二值化全幅面图像值进行比较，就可以从上一级筛选结果中去掉一部分不相近二值化全幅面图像值的纸币钞票结果；
[0074] (5)二值化分币特征区域图像，为了弥补二值化全幅面图像自动分币的不足，提高分币结果的准确度，在尺寸相近的纸币钞票中，每种纸币钞票要选出和其他纸币钞票不同的特征区域图像，对其进行二值化处理，再和模板库数据二值化分币特征区域图像值进行比对，最终选择出一种最为接近的纸币钞票结果，也就是所点纸币钞票的自动分币结果。
