王志楊

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，安徽 蚌埠233030）

0 引言

拼接幣是一種利用拼湊方式合成的假幣。它是將部分假幣和部分真幣用膠帶黏起來(lái)合成一張偽鈔，這類拼接幣人眼很容易識(shí)別，ATM機(jī)卻無(wú)能為力。犯罪分子利用這類“半假鈔”的拼接幣存入ATM機(jī)，再?gòu)钠渌】顧C(jī)取出真幣，以這種方式完成“洗假錢”。此類案件最早是在廣州發(fā)現(xiàn)的，并且迅速蔓延到全國(guó)各地。各省的ATM機(jī)中都發(fā)現(xiàn)了大量這樣的拼接幣，致使有關(guān)商業(yè)銀行停止了這些ATM機(jī)的使用，給銀行和廣大人民群眾帶來(lái)了極大的損失[1-3]。

由于市場(chǎng)上流通的人民幣不可能都是十成新的，為了使人們方便地使用存款機(jī)，幾乎所有的ATM機(jī)都降低了驗(yàn)鈔的識(shí)別參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般只要與標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)匹配達(dá)到70%到80%，就受理自動(dòng)存款業(yè)務(wù)。而且現(xiàn)在港版?zhèn)吴n和臺(tái)版?zhèn)吴n也有熒光反應(yīng)，如果用這類偽鈔和真幣進(jìn)行拼接就使得ATM機(jī)識(shí)別拼接幣難上加難了。同時(shí)，由于每臺(tái)ATM機(jī)的造價(jià)昂貴，最少要幾十萬(wàn)，如果全部更換的話會(huì)給銀行造成很大的負(fù)擔(dān)。本項(xiàng)目旨在根據(jù)最新2015版百元鈔票的圖像特征采用圖像處理技術(shù)提取拼接幣的圖像，通過(guò)邊界提取和圖像特征匹配等運(yùn)算來(lái)識(shí)別2015版拼接幣，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，給出一套識(shí)別拼接幣的算法方案和軟硬件模型，改進(jìn)ATM機(jī)的驗(yàn)鈔系統(tǒng)。

利用模板匹配技術(shù)識(shí)別拼接幣左右編號(hào)和識(shí)別膠帶的理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果是為ATM機(jī)設(shè)計(jì)拼接幣識(shí)別系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確和快速說(shuō)明了這個(gè)系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)的[4]。本文分析如何結(jié)合ATM機(jī)識(shí)別偽鈔系統(tǒng)的特點(diǎn)，將拼接幣的識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在該系統(tǒng)中，為ATM機(jī)設(shè)計(jì)拼接幣識(shí)別系統(tǒng)。

拼接幣識(shí)別系統(tǒng)的模型分為軟件模型和硬件模型。硬件部分結(jié)合ATM機(jī)自身特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了理論上的設(shè)計(jì)，并在盡可能的情況下降低成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 ATM機(jī)中拼接幣識(shí)別系統(tǒng)的硬件模型

ATM機(jī)識(shí)別人民幣真?zhèn)蔚墓ぷ髁鞒淌牵簭耐稁趴谒腿肴嗣駧?，然后?jīng)過(guò)各類傳感器采集數(shù)據(jù)，采集到的熒光、紅外、紫外等光信號(hào)和磁信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換給CPU微處理器；微處理器通過(guò)識(shí)別模塊將采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計(jì)算，判斷人民幣的真?zhèn)蝃5]。

本設(shè)計(jì)利用ATM機(jī)偽鈔識(shí)別系統(tǒng)中現(xiàn)成的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)拼接幣的識(shí)別，從而節(jié)省ATM機(jī)升級(jí)所需的費(fèi)用。

圖1是系統(tǒng)硬件模型示意圖。

圖1 拼接幣識(shí)別系統(tǒng)硬件模型示意圖

數(shù)據(jù)采集模塊的功能是高速數(shù)碼相機(jī)獲得圖像數(shù)據(jù)矩陣并傳給CPU微處理器，如果是通過(guò)攝像頭采集到的模擬圖像數(shù)據(jù)，則通過(guò)A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換再傳給CPU；識(shí)別模塊的功能是將采集到的圖像進(jìn)行處理和識(shí)別，并做出相應(yīng)的判斷；通信模塊的功能是負(fù)責(zé)識(shí)別模塊等與控制模塊的通信；控制模塊的功能是控制整個(gè)ATM機(jī)拼接幣識(shí)別系統(tǒng)各個(gè)模塊和通信模塊的交互通信。

由于可與ATM機(jī)偽鈔識(shí)別系統(tǒng)共用一個(gè)CPU、通信模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此，識(shí)別系統(tǒng)所需的硬件個(gè)數(shù)和經(jīng)費(fèi)都大大簡(jiǎn)化了，并且CPU的統(tǒng)一控制使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定[6]。

整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，其主體框架是通信和識(shí)別分時(shí)共享。主程序主要以通信模塊和識(shí)別模塊為主，通過(guò)設(shè)置各種標(biāo)志位，然后把相應(yīng)模塊作為子程序嵌入其中。當(dāng)紙幣未到時(shí)，程序工作在通信模塊中，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)標(biāo)志位執(zhí)行相應(yīng)操作，保持與CPU的通信。當(dāng)CPU允許識(shí)別模塊的標(biāo)志位有效，并且紙幣到的標(biāo)志位有效時(shí)，對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和解壓縮操作，程序轉(zhuǎn)入識(shí)別模塊，這時(shí)識(shí)別模塊與CPU的通信斷開，當(dāng)識(shí)別處理完成后，喚醒通信模塊繼續(xù)通信，并顯示識(shí)別結(jié)果。這樣整個(gè)系統(tǒng)分時(shí)共享，流程簡(jiǎn)單明了且快速，不影響存款機(jī)對(duì)偽鈔的識(shí)別效率。

2 ATM機(jī)中拼接幣識(shí)別系統(tǒng)的軟件模型

參考文獻(xiàn)[4]中已經(jīng)詳細(xì)介紹了識(shí)別拼接幣的軟件模型中識(shí)別模塊運(yùn)用的各種算法和流程，概括如下：

首先，利用高速攝像頭采集和獲取膠帶的亮度RGB圖像；其次，對(duì)于掃描到的鈔票圖像，利用圖像處理和分析中的圖像分割算法得到左右編號(hào)，然后利用圖像增強(qiáng)算法和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析得到左右編號(hào)的最佳二值圖像，最后利用圖像分割和模板匹配算法對(duì)左右編號(hào)進(jìn)行比較識(shí)別，根據(jù)模板圖像和待匹配圖像的互相關(guān)性判斷左右編號(hào)是否一致；對(duì)于攝像頭采集到的反映膠帶反光性的亮度RGB圖像，利用圖像分析中的邊界檢測(cè)算法從圖像中分離出鈔票區(qū)域，然后按照R、G、B三個(gè)基本顏色分量分割圖像，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，突出膠帶特征，最后根據(jù)膠帶反光性判斷鈔票表面是否粘有膠帶[7-9]。

圖2是軟件系統(tǒng)模型示意圖。

圖2 拼接幣識(shí)別系統(tǒng)軟件模型

3 結(jié)論

拼接幣識(shí)別系統(tǒng)可與ATM機(jī)偽鈔識(shí)別系統(tǒng)共用一個(gè)CPU、通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和顯示結(jié)果模塊，只要在通信模塊中設(shè)置各種標(biāo)志位，通過(guò)檢測(cè)標(biāo)志位執(zhí)行相應(yīng)模塊的操作；程序可以寫入偽鈔識(shí)別系統(tǒng)原有的EEPROM，因此，降低了拼接幣識(shí)別系統(tǒng)的硬件和經(jīng)費(fèi)成本，并且CPU的統(tǒng)一控制使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定；把識(shí)別與通信相結(jié)合、識(shí)別與通信分時(shí)處理，使識(shí)別模塊在未輸入紙幣數(shù)據(jù)之前就處于與控制模塊的通信狀態(tài)，一旦接收到紙幣數(shù)據(jù)立即喚醒識(shí)別系統(tǒng)做識(shí)別處理，識(shí)別后轉(zhuǎn)入通信狀態(tài)，從而使系統(tǒng)在不延長(zhǎng)存款機(jī)識(shí)別偽鈔時(shí)間的情況下得到很大程度的簡(jiǎn)化；采用圖像處理模塊識(shí)別拼接幣的程序在內(nèi)存4 GB、CPU為2.4 GHz（兩核）的PC上，運(yùn)行時(shí)間為4.532 s。將程序優(yōu)化并進(jìn)行語(yǔ)言轉(zhuǎn)換后下載到DSP硬件系統(tǒng)中，其運(yùn)行時(shí)間為0.73 s，滿足ATM機(jī)快速高效的特點(diǎn)，不會(huì)影響ATM機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別周期。

理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，識(shí)別系統(tǒng)的各相技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)要求，完全可以實(shí)現(xiàn)。

然而，要完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要做很多的工作，一方面是完善拼接幣識(shí)別系統(tǒng)本身的不足之處，比如當(dāng)圖像存在較大噪聲或者圖像字符特征存在磨損，就需要優(yōu)化算法的各個(gè)閾值和結(jié)構(gòu)元素，以降低識(shí)別算法的誤差；一方面，在硬件模型的圖像采集模塊中，圖像是靜止的，左右編號(hào)的采集依靠攝像頭或者數(shù)碼相機(jī)，這樣檢測(cè)和識(shí)別模塊就需要先進(jìn)行紙幣的檢測(cè)和分割，并且分割出的紙幣圖像分辨率遠(yuǎn)小于論文中用到的1830×920圖像，需要對(duì)識(shí)別模塊的軟件進(jìn)行調(diào)整，識(shí)別精度會(huì)遠(yuǎn)小于論文中的精度；另外，膠帶圖像的采集依賴攝像頭的拍攝角度，只有在一定范圍內(nèi)才能采集到膠帶的感光圖像[10]。硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中還要考慮ATM機(jī)自身和識(shí)別模塊之間的電平轉(zhuǎn)換、接口電路的設(shè)計(jì)、通行和控制模塊的軟件設(shè)計(jì)等。

本論文討論的利用數(shù)字圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)拼接幣的檢測(cè)和識(shí)別模型再一次表明了將多種具有不同優(yōu)點(diǎn)的算法結(jié)合起來(lái)可以尋求更優(yōu)的結(jié)果。