紙幣圖像分析理解技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、紙幣圖像分析理解技術(shù)對(duì)紙幣流通監(jiān)管具有十分重要的意義。本文對(duì)多光譜紙幣圖像進(jìn)行深入分析，研究了快速紙幣分類(lèi)、紙幣特征檢測(cè)(污損特征、防偽特征)、紙幣質(zhì)量評(píng)估，設(shè)計(jì)完成了紙幣圖像分析系統(tǒng)，并應(yīng)用到不同的實(shí)際產(chǎn)品中。
　　在快速紙幣分類(lèi)中，采用分步識(shí)別策略。首先采用“網(wǎng)格-GMM”方法進(jìn)行預(yù)分類(lèi)，然后采用“類(lèi)Haar-AdaBoost”分類(lèi)器區(qū)分相似紙幣。在預(yù)分類(lèi)過(guò)程中，提取網(wǎng)格特征，然后采用基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化(SRM)的混合高斯模型

2、(GMM)構(gòu)造分類(lèi)器，以提高識(shí)別的穩(wěn)定性。在相似紙幣區(qū)分中，首先提出了類(lèi)Haar特征的提取方法，然后采用AdaBoost算法選取有效特征，以提高分類(lèi)器的區(qū)分能力。實(shí)驗(yàn)證明，該分步策略顯著提高了系統(tǒng)對(duì)于低質(zhì)量紙幣的處理能力，大幅降低了系統(tǒng)拒識(shí)率。
　　在紙幣特征檢測(cè)中，采用基于圖像配準(zhǔn)/匹配的檢測(cè)算法。在第一種基于邊緣特征的算法中，首先采用基于圖像區(qū)域的配準(zhǔn)算法，以確定待檢圖像與參考圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后采用Kirsch算子計(jì)算兩

3、圖像的邊緣強(qiáng)度差(EID)，并根據(jù)EID來(lái)提取缺損特征。該算法對(duì)于圖像上的新增邊緣十分敏感，而對(duì)整體亮度偏移則較為穩(wěn)定，在處理折舊紙幣時(shí)，擁有較好的魯棒性。在第二種算法中，提出首先采用均勻性特征確定污損待檢象素，然后采用基于均勻性特征的圖像配準(zhǔn)算法確定待檢圖像與參考圖像間的象素對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后將污損待檢象素與其參考象素進(jìn)行比較，以確定缺損狀況并進(jìn)行質(zhì)量分析。在第三種方法中，將均勻性特征推廣到彩色空間，取得了更為精確的質(zhì)量分析結(jié)果。

4、　　在紙幣退化分析中，首次詳細(xì)討論了紙幣的自身特點(diǎn)，并據(jù)此對(duì)紙幣退化及形變(D&D)模型進(jìn)行了研究。將紙幣形變采用基于B-樣條的FFD網(wǎng)格來(lái)表示，將紙幣退化采用顏色混合模型(CDM)來(lái)表示。在CDM中，紙幣退化被看作“全局磨損”與“局部缺損”共同作用的結(jié)果，并據(jù)此將參考圖像到待檢圖像的顏色偏移分解為磨損折舊及缺損位移，分別進(jìn)行評(píng)估。在第一種算法中，構(gòu)建紙幣退化能量函數(shù)(BDE)作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)，進(jìn)行基于FFD模型的圖像配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紙幣退化

5、的量化分析。第二種算法中，對(duì)于每一類(lèi)紙幣，將原有的靜態(tài)參考圖像擴(kuò)展為動(dòng)態(tài)的退化圖像序列，將紙幣質(zhì)量評(píng)估看作在相應(yīng)序列中尋找對(duì)應(yīng)幀的過(guò)程。利用3維FFD模型，同時(shí)考慮紙幣的退化及形變，顯著地提高了紙幣分析的整體性能。
　　在紙幣分析系統(tǒng)構(gòu)建中，首先介紹了高速多光譜接觸式圖像傳感器(CIS)的設(shè)計(jì)原理，通過(guò)該傳感器可以依次采集紙幣的紅、綠以及紅外光譜圖像，然后提出了“FPGA+DSP+上位機(jī)”的紙幣分析系統(tǒng)構(gòu)架。在硬件配置中，討論了D

6、SP的外設(shè)配置以及FPGA的邏輯設(shè)計(jì)，包括觸發(fā)控制，曝光控制，行采集以及I/O端口設(shè)計(jì)等。在軟件設(shè)計(jì)中，首先討論了圖像采集流程，然后提出了傳感器補(bǔ)償算法，用于補(bǔ)償CIS各采集單元的成像誤差，最后討論了圖像分析流程。在圖像分析流程中，在DSP片內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的基本功能，如紙幣分類(lèi)，缺損/防偽特征檢測(cè)以及質(zhì)量評(píng)估，將其他的擴(kuò)展功能留在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。采用該構(gòu)架設(shè)計(jì)了兩款紙幣分析系統(tǒng)，第一款用于CF3000型紙幣清分機(jī)，該系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)個(gè)圖像分析模