一种钞票图像采集和处理系统的制作方法

本发明涉及一种图像采集和处理系统，特别是一种用于钞票的图像采集和和处理系统。

背景技术：

钞票作为交换媒介，广泛应用于各种场景的交易行为中，这使得钞票在流通过程中，必然会出现磨损、残缺、穿孔、褶皱等情况，变成残损币、残旧币。这就使得金融机构必须能够通过某种机器将存在问题的钞票与能够正常流通的钞票分拣分开。

然而市场上的钞票清分机功能单一、效率低下，难以满足实际的需求。传统的钞票清分机器使用数字信号处理器处理图像，控制器进行系统控制和图像采集。这种架构下采集到的图像难以快速发送到数字信号处理器进行图像处理，导致实际钞票清分效果差。

因此，设计一种可以高速完成图像采集和图像处理的钞票清分系统具有非常高的经济价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种可以高速完成图像采集和图像处理的钞票清分系统。

本发明通过以下的方案实现：一种钞票图像采集和处理系统，包括控制器、数据采集器、通信模块、外部扩展内存、图像传感器CIS、磁强度传感器、厚度传感器和第一模拟数字转换器ADC和第二模拟数字转换器ADC；所述控制器通过所述通信模块与所述数据采集器和外部扩展内存连接；所述数据采集器通过通信模块与外部扩展内存连接；

所述数据采集器包括第一驱动与信号采集模块、第二驱动与信号采集模块、图像数据预处理模块、第一写入模块、第二写入模块和机械驱动模块；

所述第一驱动与信号采集模块，用于输出驱动信号至所述磁强度传感器、厚度传感器连接和第一模拟数字转换器ADC；所述第二驱动与信号采集模块，用于输出驱动信号至CIS图像传感器连接和第二模拟数字转换器ADC；

所述图像传感器CIS用于采集钞票的图像信息，通过所述第二模拟数字转换器ADC转化为数字信号，并发送至所述第二驱动与信号采集模块，再发送至所述图像数据预处理模块进行排序和格式处理，再通过所述第二写入模块将该信息写入所述外部扩展内存；

所述磁强度传感器和厚度传感器用于采集钞票的磁强度信息和厚度信息，通过所述第一模拟数字转换器ADC转化为数字信号，并发送至所述第一驱动和信号采集模块，再通过所述第一写入模块将该信息写入所述外部扩展内存；

所述控制器包括核心控制模块和数据运算模块；所述核心控制模块用于控制所述数据采集器、图像传感器CIS、磁强度传感器、厚度传感器、第一模拟数字转换器ADC和第二模拟数字转换器ADC的工作；所述数据运算模块，用于读取外部扩展内存中的钞票信息，并进行运算处理，将处理结果反馈至核心控制模块，由核心控制模块发送驱动信息至所述机械驱动模块中，以完成钞票清分工作。

相比于现有技术，本发明能够快速完成钞票清分工作，具体的先通过数据采集器对钞票的信息完成图像等信息的采集，并由控制器完成信息的处理，最后完成对钞票的清分工作。因此，本发明不但能够鉴别钞票真伪，而且能够根据实际情况分拣残损钞票，具有鉴别结果准确，清分速度快的优点。

作为优选，所述控制器为双核ARM处理器；所述数据采集器为FPGA可编程处理器；所述外部扩展内存为DDR3SDRAM；通过符合AXI总线标准的通信模块，使得FPGA采集到的信息可以通过DDR3内存空间和ARM共享。

作为本发明的进一步改进，所述第一写入模块和第二写入模块在将数字信息写入所述外部扩展内存时，其采用循环存储的方式，分别将某张钞票的数据信息，依次存储到某个内存区域的不同地址处，钞票图像数据循环地存储到一组特定的内存区域；所述数据运算模块从该组地址中依次读取数据，进行钞票清分运算，并将运算结果存入缓冲区，通过软件中断的方式，通知核心控制模块读取清分运算的处理结果；所述核心控制模块根据运算结果和外部扩展内存中待处理的钞票图像数据量进行采集和处理工作的调整。

作为本发明的进一步改进，还包括FLASH存储模块、USB和UART接口；所述UART、USB、FLASH连接到控制器；所述FLASH，用于存储系统镜像文件和更新系统镜像所用的更新程序；当需要更新系统时，控制器跳转到系统更新程序的地址，启动系统更新程序，通过所述UART和USB接口接收命令和新的系统镜像数据，并使用新的系统镜像覆盖原始系统镜像。本发明可以在清分工作开始前，通过将标准钞票放入本系统的方式，采集标准的特征参数。并且实际工作时，可以根据实际钞票清分工作完成的情况，通过外部控制接口连接电脑来修改各项参数，使得图像采集和处理系统不受钞票面额、币种、新旧和污损程度限制，钞票清分效果更加理想。所述UART接口用于发送指令，所述USB接口用于图像数字信息的发送。控制器检测到UART中断后，进入UART中断子程序处理UART接收到的信息，通过解析信息得到具体的指令，然后执行该指令。

作为优选，所述数据运算模块完成钞票图像的运算处理后，将该钞票图像通过USB接口传输至外界PC中进行保存。

作为本发明的进一步改进，所述Block Memory存储器用于存储各个模块的运行状态、错误状态、图像数据量的信息，并实时将该信息进行更新；所述核心控制模块和数据运算模块根据该信息调控系统完成进行图像采集和处理工作。

作为本发明的进一步改进，所述图像传感器CIS为两个，分别获取钞票的顶层和底层信息，所获取的图像信息包括：顶层和底层图像的红、绿、蓝、红外和紫外信息。更进一步的，所述图像采集和传感器采集模块分别装配于待检测钞票所在平面的上下两侧，并且彼此分离互不干扰。进而可以在待检测钞票通过检测区域时同时对钞票两面进行图像采集，并且进一步减小装置的体积。

综上所述，本发明基于ARM+FPGA架构的钞票图像采集和处理系统可以在钞票清分工作开始前，通过将标准钞票置入系统的方式，采集标准的特征参数。并且实际工作时，可以根据工作完成情况，通过外部控制接口(UART、USB)连接电脑来修改各种参数，使得钞票图像采集和处理工作不受钞票面额、币种、新旧和污损程度限制，工作效果更加理想。本发明不但能够鉴别钞票真伪，而且能够根据实际情况分拣残损钞票，具有鉴别结果准确，清分速度快的优点。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的钞票图像采集和处理系统整体连接框图。

图2是本发明的控制器和数据采集器的内部架构示意图。

图3a是本发明的核心控制模块CPU0的主程序运行流程图。

图3b是本发明的核心控制模块CPU0的中断子程序的运行流程图。

图4是本发明的数据运算模块CPU1的程序运行流程图。

图5是本发明更新系统镜像文件的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

请参阅图1，其为本发明的钞票图像采集和处理系统的整体连接框图。

本发明提供了一种钞票图像采集和处理系统，包括控制器1、数据采集器2、通信模块3、外部扩展内存4、图像传感器5、第一模拟数字转换器6、磁强度传感器7、厚度传感器8、第二模拟数字转换器9和Flash存储模块10。所述控制器1通过所述通信模块与所述数据采集器2和外部扩展内存4连接；所述数据采集器2通过通信模块与外部扩展内存4连接。

具体的在本实施例中，所述通讯模块符合AXI总线标准；所述控制器为XILINX的Zynq-7000双核ARM处理器；所述数据采集器为FPGA可编程处理器；所述外部扩展内存为DDR3SDRAM；通过符合AXI总线标准的内部通信模块，使得FPGA采集到的信息可以通过DDR3内存空间和ARM共享。

请同时参阅图2，其为本发明的控制器和数据采集器的内部架构示意图。

在本实施例中，所述数据采集器采用的是FPGA可编程处理器2，该FPGA内具体包括第一驱动与信号采集模块21、第二驱动与信号采集模块22、图像数据预处理模块23、第一写入模块24(即Write_DDR3模块)、第二写入模块25(即Write_DDR3模块)、机械驱动模块26和存储器Block Memory27。

所述第一驱动与信号采集模块21，用于输出驱动信号至所述磁强度传感器7、厚度传感器8连接和第一模拟数字转换器6；所述第二驱动与信号采集模块22，用于输出驱动信号至CIS图像传感器5和第二模拟数字转换器9。

所述CIS图像传感器5用于采集钞票的图像信息，通过所述第二模拟数字转换器9转化为数字信号，并发送至所述第二驱动与信号采集模块22，再发送至所述图像数据预处理模块23进行排序和格式处理，再通过所述第二写入模块26将该信息写入所述外部扩展内存DDR3中。

作为优选方式，所述图像传感器CIS为两个，分别获取钞票的顶层和底层信息，所获取的图像信息包括：顶层和底层图像的红、绿、蓝、红外和紫外信息。更进一步的，所述图像采集和传感器采集模块分别装配于待检测钞票所在平面的上下两侧，并且彼此分离互不干扰。进而可以在待检测钞票通过检测区域时同时对钞票两面进行图像采集，并且进一步减小装置的体积。

所述磁强度传感器7和厚度传感器8用于采集钞票的磁强度信息和厚度信息，通过所述第一模拟数字转换器6转化为数字信号，并发送至所述第一驱动和信号采集模块21，再通过所述第一写入模块24将该信息写入所述外部扩展内存DDR3中。

所述控制器1包括核心控制模块CPU0和数据运算模块CPU1。所述核心控制模块CPU0用于控制所述数据采集器2、图像传感器CIS4、磁强度传感器7、厚度传感器8、第一模拟数字转换器6和第二模拟数字转换器9的工作。所述数据运算模块CPU1，用于读取外部扩展内存DDR3中的钞票信息，并进行运算处理，将处理结果反馈至核心控制模块CPU0，由核心控制模块CPU0发送驱动信息至所述机械驱动模块26中，以完成钞票清分工作。

进一步，在本实施例中，所述第一写入模块24和第二写入模块25在将数字信息写入所述外部扩展内存时，其采用循环存储的方式，分别将某张钞票的数据信息，依次存储到某个内存区域的不同地址处，钞票图像数据循环地存储到一组特定的内存区域；所述数据运算模块CPU1从该组地址中依次读取数据，进行钞票清分运算，将运算结果发送到缓冲区并通知核心控制模块CPU0。所述核心控制模块CPU0根据运算结果和外部扩展内存DDR3中待处理的钞票图像数据量进行采集和处理工作的调整。

进一步，所述核心控制器1分别与FLASH存储模块10、USB和UART接口连接。所述FLASH，用于存储系统镜像文件和更新系统镜像所用的更新程序；当需要更新系统时，控制器跳转到系统更新程序的地址，启动系统更新程序，通过所述UART和USB接口接收命令和新的系统镜像数据，并使用新的系统镜像覆盖原始系统镜像。本发明可以在清分工作开始前，通过将标准钞票放入本系统的方式，采集标准的特征参数。并且实际工作时，可以根据实际钞票清分工作完成的情况，通过外部控制接口连接电脑来修改各项参数，使得图像采集和处理系统不受钞票面额、币种、新旧和污损程度限制，钞票清分效果更加理想。

所述UART接口用于发送指令，所述USB接口用于图像数字信息的发送。控制器检测到UART中断后，进入UART中断子程序处理UART接收到的信息，通过解析信息得到具体的指令，然后执行该指令。UART传输的数据，指令帧开始和指令帧结束是一个字节的特殊8位数据，这两个字节用来判断指令传输的开始和结束。指令帧开始字节之后的4个字节是指令帧长度，表示整个指令帧的总长度。再之后的一个字节为指令帧类型，该字节有两个值可选，分别表示数据由PC发送到控制器和控制器发送到PC。指令帧数据的长度未定，其第一个字节表示的是具体指令，其后若干字节是执行指令需要的数据。指令帧校验是对指令帧数据进行校验运算得到的两个字节的校验码。

进一步，当所述数据运算模块完成钞票图像的运算处理后，还可以将该钞票图像通过USB接口传输至外界PC中进行保存。

进一步，所述Block Memory存储器用于存储各个模块的运行状态、错误状态、图像数据量的信息，并实时将该信息进行更新；所述核心控制模块和数据运算模块根据该信息调控系统完成进行图像采集和处理工作。

请参阅图3a和3b，其分别为本发明的核心控制模块CPU0的主程序运行流程图和中断子程序的运行流程图。

本实施例中，所述核心控制模块CPU0在启动后运行的流程包括以下步骤：

S11：CPU0程序启动。

S12：初始化UART、USB和Flash等外设。

具体的，CPU1依次初始化UART、USB和FLASH，然后配置UART和USB的中断子程序，UART和USB为系统与PC的通信接口，系统通过该接口完成指令接收和图像上传；FLASH存储系统的镜像和配置信息，系统正常工作时允许PC通过特殊指令修改FLASH中的配置信息和系统镜像，完成系统软硬件模块的更新和系统升级。

S13：设定CPU1软件中断子程序。

CPU0完成硬件初始化后，配置FPGA的软件中断和CPU1的软件中断，当FPGA中发送状态错误等情况时，FPGA通过PL-PS interrupt上报CPU0。

S14：启动CPU1。

当CPU0完成各项初始化后，启动CPU1，然后进入循环状态，等待中断发生并处理中断。CPU1每处理完一张钞票的图像信息后将处理结果存入缓冲区，通过CPU1-CPU0软件中断通知CPU0读取图像处理结果和把该图像信息通过USB发送到PC存档。

S15：启动CPU0Watchdog

S16：更新CPU0Watchdog寄存器值。

S17：结束CPU0程序。

进一步，请同时参阅图4，其为本发明的CPU1程序运行的流程图。

在本实施例中，所述CPU1在运行时包括以下步骤：

S21；CPU1启动；

S22：初始化CPU1Watchdog

S23：判断DDR3中是否有图像需要处理。若有，则调用算法处理图像，并将运算结果发送给CPU0，并更新CPU1Watchdog寄存器值。若无，则直接更新更新CPU1Watchdog寄存器值。

S24：结束CPU1程序。

请参阅图5，其为本发明的更新系统镜像文件的原理图。以下具体介绍本发明中更新系统镜像文件的基本原理。

本系统通过在FLASH中某个地址处的Image_Update程序，提供系统升级功能。正常启动系统时，启动程序Bootloader最先运行。通过在启动程序Bootloader中修改程序指针的值，使得启动程序跳过Image_Update程序，而去启动系统镜像。当需要更新系统时，Bootloader检测更新系统按键的状态，判断是否需要跳转到Image_Update程序处，摁下更新系统按键，则启动Image_Update程序更新系统。本系统还可以通过将Image_Update程序的地址保存到重启时不丢失内容的寄存器中，重启系统时Bootloader读取该地址并跳转到该地址的方式启动系统更新程序。系统更新程序启动会，系统通过UART接口接收PC发送的指令，通过USB接口接收PC发送过来的新系统镜像，校验无误后覆盖原来的系统镜像文件，完成系统升级。CPU0在启动后依次初始化UART、USB的中断子程序，其中UART和USB为系统与PC的通信接口，系统通过该接口完成指令接收和图像上传。本系统中FLASH存储系统的镜像和配置信息，系统正常工作时允许PC通过指令修改FLASH中的配置信息和系统镜像，完成系统软硬件模块的更新和系统升级。CPU0完成硬件初始化后，配置PL-PS软件中断和CPU1-CPU0的软件中断。CPU0完成各项初始化后，启动CPU1，然后进入循环状态，等待中断发送并处理中断。当FPGA中发生状态错误时，FPGA通过触发PL-PS中断信号上报CPU0；CPU1每处理完一张钞票的图像信息，将处理结果写入缓冲区，然后触发CPU1-CPU0中断信号通知CPU0，CPU0读取缓冲区中图像处理结果，并将该图像信息通过USB发送到PC存档。

综上所述，本发明基于ARM+FPGA架构的钞票图像采集和处理系统可以在钞票清分工作开始前，通过将标准钞票置入系统的方式，采集标准的特征参数。并且实际工作时，可以根据工作完成情况，通过外部控制接口(UART、USB)连接电脑来修改各种参数，使得钞票图像采集和处理工作不受钞票面额、币种、新旧和污损程度限制，工作效果更加理想。本发明不但能够鉴别钞票真伪，而且能够根据实际情况分拣残损钞票，具有鉴别结果准确，清分速度快的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。