专利名称：用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于鉴别纸币真伪的光电装置，尤其是涉及一种鉴别纸币图案变色以及 颜色、形状差异等视觉特征的双光路成像装置。
背景技术：
假币是社会公害之一。不法分子在不断变换制造假币的手法，竭力增强假币的欺骗性。 针对不法分子制假的新动向，中国专利CN2919385公开了一种色彩分析鉴伪装置。中国专利 CN101083000公开了一种在不同波长下进行光学测量的验钞器。中国专利CN1950857公开了 使用目测和反射光谱响应的改进的验钞机。中国专利CN2731594以"发现防伪红外墨的确切 的使用位置及范围"作为验钞判据。以上四项专利使用光学验钞判据，但没有使用图像比对 的验钞方法。中国专利CN1573822向纸币照射多个不同波长的光。根据所得到的透射图像、 反射图像与各自的主图像进行比较，辨别纸币的真伪、币种及污染。中国专利CN1510628采 用数字信息处理方法，对待验钞票和标准钞票的特征图像作图像匹配处理，判定钞票的真伪。 中国专利CN101290665用多光谱点钞仪同时对纸币的磁特征、可见光图像特征、红外光图像 特征进行信息检测、处理。以上三项专利依靠电子技术和计算机软件，对前、后两次采集的 图像的差异作比较，优点是自动化程度高。但在小额验钞时，自动验钞的快速优势无法施展， 却显露出图像处理软件的不足之处一在处理复杂图像时灵活性和模糊逻辑判断性能欠佳。中 国专利CN2831272用紫外光和白光作为光源，使钞票显示图像和防伪特征。中国专利 CN1808500的装置中，光源发射的光线以一定倾角透过检测窗射向钞票。左、右光源以固定 频率轮流通电发光，使得显微图像产生抽动效应、安全线产生光变效应。以上两项专利为发 挥目视验钞的灵活性和人脑的模糊辨识能力提供了有利条件，局限性在于对前、后两次采 集(观看)的图像的差异作比较，通常需要多次操作，才能作出真伪判断的结论，不但费时、 而且费神，对于未经专业培训的人，出错概率较大。视觉生理学的研究结果表明，当对同一 视场中的两个相似图像进行实时比对时，人眼对颜色、形状差异的鉴别能力和模糊判断能力 达到最优水平。而对前、后两次观察结果进行比对时，视觉鉴别能力次之。在鉴别纸币变色 油墨面值数字、隐形面值数字以及图案的外形差异时，无论是裸眼还是借助机具，已有的目 视验钞过程的实质，均是用实时产生的视觉图像与记忆中的纸币图像作比较(而不是实时比 较)。既是说，普通民众常用的裸眼验钞法以及CN2831272和CN1808500等专利提供的目视验钞法，均未有效发挥人的视觉优势。另外，在已有专利装置中，使用常规的单光路摄像机 采集图像，前、后两次成像的条件存在不一致性，不利于开展图像比对。而在同一摄像机中 设置双光路，能够确保多次摄像的成像条件的一致性。但迄今为止，未见文献报道利用"双 光路成像"装置在同一视场(屏幕)呈现同一图案的两幅图像，进行比对的验钞装置和方法。发明内容本发明的目的在于克服己有技术的不足，提供一种用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的 双光路成像装置。本发明的技术方案是设有一块可放置二张待检纸币的载物台，载物台周围设有从不同 方位、以不同角度照射待检纸币的l一5台白光光源和1台近红外光源，所述1一5台白光光 源和1台近红外光源共用一台控制与驱动电路,两块不同安装角度的三棱镜以及一块可移动 的近红外滤光片分别与2—4个摄像头结合，组成l-3组鉴别功能组件，l一3组鉴别功能组件的摄像头分别与共用的视频信号合成器连接，视频信号合成器与显示器连接。所述摄像头共4个CCD或CM0S彩色摄像头，所述白光光源共5台，组成三组鉴别功能组 件，其第一组是用于査验纸币变色油墨面值数字的颜色随视角的变化；第二组是用于查验纸 币凹印隐形面值数字的颜色随观察方位的变化，第三组是用于査验纸币同一图案中不同油墨 的光谱反射率差异。所述第一组鉴别功能组件，包括一个沿纸面法线瞄准变色油墨面值数字的摄像头，在摄 像头下方设有一块三棱镜，三棱镜的截面三角形斜边与纸面平行、三棱镜的直角棱边大致对 准纸币变色油墨面值数字的中部，两台白光光源分别从棱镜的两侧交替照射纸币，其中一台 光源的入射角为+60-+85度，另一台光源的入射角为一60至一85度。所述三棱镜是实现双光路成像的核心部件，其底边的尺寸不小于30mmX60隱，光学玻璃 的折射率为1. 5—1. 7。三棱镜将来自纸币变色油墨面值数字的光线3A和光线3B合成为一束， 进入同一摄像头其中一条光路相当于视角(以纸面法线为基准)土5度范围内的观察效果， 另一条光路相当于视角60—85度的观察效果。两路光线在同一摄像头中成像，摄像信号经视 频信号合成器传送到显示器。所述第二组鉴别功能组件，包括2个沿纸面法线瞄准隐形面值数字的摄像头，其中一个 摄像头下方设有一块三棱镜，三棱镜的截面三角形斜边与纸面成约成45度角、直角棱边与纸 币隐形面值数字的印刷纹路平行或垂直；另一个摄像头下方无三棱镜。2台白光光源交替照 射纸币隐形面值数字，其中一台光源沿待检纸币的长边方向入射、另一台光源沿短边方向入射。隐形面值数字反射的光线一路经棱镜传播进入一个摄像头、另一路光线直接传播进入另 一个摄像头其中一条光路相当于方位角(以纸面长边为基准)士10度范围内的观察效果， 另一条光路相当于方位角80—110度的观察效果。两摄像头分别与视频信号合成器连接，在 显示器上同屏显示。所述第三组功能组件，包括装在待检纸币正上方的一个摄像头，紧靠摄像头两侧分别装 有一台近红外光源和一台白光光源，紧靠摄像镜头装有一块760—1100纳米的近红外滤光片。本发明的优点-① 使用双光路成像装置，验钞时对视觉记忆的依赖性小，克服了已有目视验钞方法"费 神"的缺点。已有的验钞法，需要大视角、小视角(横向、竖向方位角，以及不同波长)两 次或多次观察，验钞者的大脑以不同时间获取的两种视觉信号为依据，寻找二者的色差，既 是说，"视觉记忆"是目视验钞的关键环节。采用本发明验钞时，在同一屏幕比较两幅图像， 减小了对视觉记忆的依赖性。省去了变换视角(方位角)的观测动作，便于一目了然地得出 颜色差异、形状差异的比较结论。② 使用所述双光路成像装置，验钞时对反伪钞专业知识的依赖性小，便于大众操作。 对单张纸币成像时，验钞者从屏幕看到同一图案的两种成像效果。以两图像是否存在颜色和形状差异(以及变色、变形规律)为判据，识别真伪。对两张并列的纸币成像时(其中一张是待检纸币，另一张是已知假币或真币)，验钞者 从本发明装置的屏幕中看到同一图案的两组(每组两种)成像效果。以图像是否变色、变形为判据，识别真伪。检测结果的可信度高。在同一屏幕寻找上述2幅(或4幅)图像的颜色 和形状差异，目视比较的方法简易，所凭借的是人的视觉本能，无需复杂的专业知识。③ 所述双光路成像装置以变色油墨面值数字、凹印隐形面值数字和近红外油墨一可见光 油墨混合印刷图案的变色(显色)效应和变形效应为验钞判据。不法分子在现阶段受印刷材 料和技术的限制，仿造这类光学标记，极易露出破绽。
图l为双光路成像装置整体结构示意图；图2为检测变色油墨面值数字的颜色随视角的变化的第一组件的结构示意图；图3为第一组件的三棱镜光路示意图；图4为第二组件的结构示意图；图5为第三组件的结构示意图；图6为两张纸币并列(重叠)检测时，面值数字变色图像呈现在同一视场(显示器屏幕) 的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明-实施例1:参照附图1:在装置的支架Gl上，设有一个可并列放置两张待检纸币的载物台G2。载 物台上方安放了 4个摄像头(4个摄像头分工拍摄4种图像，当采取一物两用运行方式时， 摄像头数量可减少到2个或3个)。摄像光路上分别安装一个近红外滤光片、2个三棱镜。 摄像信号经具备图像存储与画面四分割功能的视频信号合成器H，传送到光电显示器G3的屏 幕上显示。5台白光光源和1台近红外光源从不同方向照射载物台上的纸币。各台照明光源 共用一台控制与驱动电路K。基本配置使用4个CCD (或CM0S)彩色摄像头和5台白光光源。 摄像头S1和摄像头S3、摄像头S4的型号及使用方法相同，仅安装位置不同，用可移动支承 架安装摄像头S1，可以替代摄像头S3和摄像头S4。白光光源的型号及使用方法相同，仅安 装位置不同，用可移动支承架安装光源2-a和2-b，可以替代光源2-e和2-f，或者用可移动 光源2-a分别替代光源2-b、 2-d、 2-e和2-f。控制电路K使不同入射角的照明的光源按预定的时序分别发光和熄灭，不同安装角度的 三棱镜以及一块可移动滤光片分别与4个摄像头结合，分工拍摄纸币上的不同区域，组成以 下三组鉴别功能组件(1) 第一组件用于查验纸币变色油墨面值数字的颜色随视角的变化在支架Gl的一侧，摄像头Sl的正下方(紧接镜头)装有1个三棱镜1 (截面三角形长 边水平放置，玻璃折射率1.5-1.7)。运行时，控制电路K驱动所述白光光源2-a和白光光源2-b交替发光，照射纸币上的变 色油墨面值数字8:以纸面法线为基准，其中一个光源的入射角为+ 60至+85度，另一个光 源的入射角为一60至一85度)。面值数字的反射光束分3A和3B两个传播路径，经三棱镜1 的折射，进入摄像头Sh其中光束3A相当于从视角士5度范围观察(以纸面法线为基准)， 光束3B相当于从视角60—85度观察。两光束对应的图像信号经合成器H在屏幕G3显示。(2) 第二组件用于查验纸币凹印隐形面值数字的颜色随观察方位变化，在支架Gl的另一侧，摄像头S3的下方，装有1个三棱镜6 (截面三角形长边与水平面 的夹角约45度，玻璃折射率1.5-1.7)，摄像头S4的下方，无三棱镜。所述两台白光照明 光源在控制电路K的驱动下交替发光，照射隐形面值数字IO。照明光束的入射角均为70—90度(以纸面法线为基准)。其中，隐形面值数字反射来自光源2-e的照明光束，该光束经三 棱镜6，进入摄像头S3。隐形面值数字反射来自光源2-f的照明光束，该光束进入摄像头S4。 形成两个摄像光路摄像头S3在方位角士K)度范围观测纸币(以纸面长边为基准)，摄像 头S4在方位角80 — 110度范围观测纸币。两个摄像头各输出一路视频信号，合成器H对两路 信号进行图像存储与画面四分割等处理。两路视频信号合成为一路，传送到光电显示器G3同 屏显示。(3)第三组件用于査验纸币同一图案中不同油墨的光谱反射率差异在支架Gl的中部，摄像头S2的下方装有1个可移动的近红外滤光片4 (对760 — 1100 纳米透过率大于80%)，所述控制电路K使近红外光源2-c和白光光源2-d交替发光，照射 纸币上近红外油墨-可见光油墨混合印刷的图案9。运行时，控制电路K使滤光片4平移(或 转动)，形成两个摄像光路在第一号光路，滤光片4遮盖摄像镜头，图案9反射的近红外 光经滤光片4进入摄像头S2，产生近红外光图像信号；在第2号光路，滤光片4偏离摄像头 S2，图案9反射的可见光直接进入摄像头S2，产生可见光图像信号。合成器H对两种图像信 号进行图像存储与画面四分割器处理，送到光电显示器G3同屏显示。实施例2:图2是图1中1#虚线框内的细部结构。检测变色油墨面值数字的颜色随视角的变化的第 一组件的结构包括摄像头S1沿纸面法线瞄准变色油墨面值数字8，紧靠摄像物镜安装了一 块光学三棱镜1 (其截面三角形斜边与纸面平行、直角棱边大致与纸币变色油墨面值数字的 中部对齐)，两个白光照明光源分别与控制与驱动电路K连接。光源2-a和光源2-b分别从 棱镜l的两侧交替照射纸币，照度不小于l勒克斯。其中一台光源的入射角(以纸面法线为 基准)为+60至+ 85度，另一台光源的入射角为一60至一85度。参见图3，三棱镜1是实现双光路成像的核心部件，其底边的尺寸不小于30mmX60mm， 光学玻璃的折射率为1.5 — 1.7。棱镜的作用，是将纸币变色油墨面值数字所反射的光线3A 和光线3B合成为一束，进入同一摄像头S1。两路光线在同一摄像头中成像其中一路相当 于在视角(以纸面法线为基准)士5度范围内的观察效果，另一路相当于视角60—85度的观 察效果。视频信号送合成器H存储，或者直接传送到显示器G3。观察者可以在同一视场内"一目了然"地看清原本需要操作两次才能得到的观察结果。 此外，验钞者可以直接观看棱镜1的视场，比较同一变色面值数字的大视角和小视角两种图 像，鉴别变色油墨图案所特有的颜色及变化规律。鉴伪判据为对于真币，与大、小视角对 应的两个数字图像的外形相似，颜色有明显差异(见表一)。表一 人民币变色油墨面值数字的颜色随观察视角而变化真币面值数字假币面值数字100圆币小视角观察主色呈绿色大视角观察主色呈蓝色假币面值数字的颜色 不随视角而变50圆币小视角观察主色呈棕色大视角观察主色呈绿色*以纸币法线为基准定义视角小于5度为小视角，大于60度为大视角实施例3图4是图1中2#虚线框内的细部结构。检测纸币凹印隐形面值数字的颜色随观察方位变化的第二组件的结构包括摄像头S3沿纸面法线瞄准隐形面值数字10，紧靠摄像物镜有一块光学棱镜6 (其截面三 角形斜边与纸面约成45度角、直角棱边大致与纸币隐形面值数字的印刷纹路平行或垂直)。 控制与驱动电路K使白光光源2-e和2-f交替发光。其中，光源2-e沿待检纸币的长边方向、 光源2-f沿短边方向照射纸币隐形面值数字IO，入射角为70 — 90度(以纸面法线为基准)。双光路成像过程如下所述隐形面值数字10反射的光线分为两束。光束7A经棱镜6进 入摄像头S3、光束7直接进入摄像头S4:前一条光路相当于方位角(以纸面长边为基准)± IO度范围内的观察效果，后一条光路相当于方位角80 —IIO度的观察效果。两摄像头分别与 视频信号合成器H连接，摄像信号经图像存储和四画面分割等处理，在显示器G3上同屏显示。 验钞者观看显示屏同一幅画面(或直接观看棱镜视场)，比较同一隐形面值数字图案的横向、 竖向两种方位的图像，鉴别凹印图案所特有的颜色深浅的变化规律，鉴别纸币的真伪。实施例4图5是图1中3弁虚线框内的细部结构。检测纸币同一图案中不同油墨的光谱反射率差异 的第三组件的结构包括摄像头S2瞄准纸币上的图案9。紧靠摄像头S2的两侧，装有近红外光源2-c和可见光光 源2-d，紧靠摄像镜头装一块近红外滤光片4 (在760 — 1100纳米的透过率不小于80%)。 控制与驱动电路K使近红外光源2-c、可见光光源2-d交替发光，与此同时驱动近红外滤光 片4遮盖和离开摄像镜头。双光路成像过程如下所述近红外滤光片4遮盖摄像镜头时，所述光束5A产生近红外图 像；近红外滤光片4离开摄像镜头时，所述光束5B产生可见光图像。两路摄像信号分别与视 频信号合成器连接，经图像存储和四画面分割处理，在显示器上同屏显示。验钞者观看显示屏上同时呈现的同一建筑(或风景)的两幅图像，比较同一图案的近红外和可见光两种图像，鉴别近红外油墨一可见光油墨混合印刷图案所特有的几何形状残缺、 颜色深浅的变化规律，鉴别纸币的真伪。实施例5:参见图6(右图)，用图l装置査验单张纸币时，真币在显示器G3呈现该钞票的1组(2个)颜色不同的面值数字。而在相同条件下，普通摄像机的视场中仅呈现l个面值数字。参照图6 (左图)，同时查验两张纸币的方法如下所述(1) 将待检测的钞票与已知的假钞(或真钞)重叠放置在载物台G2上，使两张纸币的变色 面值数字同时呈现在三棱镜1的视场中。摄像结果11呈现两种钞票的两组(4个)面值数字。参照表1的判据，目视鉴别变色油墨图案的真伪。(2) 将待检测的钞票与已知的假钞(或真钞)并列放置在载物台G2上，两张钞票的双光路 成像结果，是在同一幅画面上呈现同一建筑物(或风景)的四个图案。参照实施例4的方法， 鉴别近红外油墨一可见光油墨混合印刷图案所特有的变形和显色规律。人的视觉对颜色差异和几何形状差异极其敏感。本发明的双光路成像方法，起到增强防 伪标记的图像特征的作用。对两张钞票实施"同视场比较法"，有利于在验钞时发挥人的视 觉生理学潜力，在不依赖图像处理软件的条件下发现伪钞的破绽。
权利要求
1. 一种用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置，其特征在于，设有一块可放置二张待检纸币的载物台，载物台周围设有从不同方位、以不同角度照射待检纸币的1—5台白光光源和1台近红外光源，所述1—5台白光光源和1台近红外光源共用一台控制与驱动电路，两块不同安装角度的三棱镜以及一块可移动的近红外滤光片分别与2—4个摄像头结合，组成1—3组鉴别功能组件，1—3组鉴别功能组件的摄像头分别与共用的视频信号合成器连接，视频信号合成器与显示器连接。
2. 根据权利要求l所述的用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置，其特征 在于，所述摄像头为4个CCD或CMOS彩色摄像头，所述白光光源为5台，近红外光源为1台， 组成三组鉴别功能组件，其第一组用于査验纸币变色油墨面值数字的颜色随视角的变化；第 二组用于査验纸币凹印隐形面值数字的颜色随观察方位角的变化，第三组用于査验纸币同一 图案中不同油墨的光谱反射率差异。
3. 根据权利要求2所述的用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置，其特征 在于，所述第一组鉴别功能组件，包括一个沿纸面法线瞄准变色油墨面值数字的摄像头，在 摄像头下方设有一块三棱镜，三棱镜的截面三角形斜边与纸面平行、三棱镜的直角棱边大致 对准纸币变色油墨面值数字的中部，两台白光光源分别从棱镜的两侧交替照射纸币，其中一 台光源的入射角为+60至+85度，另一台光源的入射角为一60至一85度。
4. 根据权利要求2所述的用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置，其特征 在于，所述第二组鉴别功能组件，包括一个沿纸面法线瞄准隐形面值数字的摄像头，在摄像 头下方设有一块三棱镜，三棱镜的截面三角形斜边与纸面夹角约45度、直角棱边与纸币隐形 面值数字的印刷纹路平行或垂直，两台白光光源中的一台沿待检纸币的长边方向、另一台光 源沿短边方向交替照射纸币隐形面值数字。
5. 根据权利要求2所述的用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置，其特征 在于，所述第三组功能组件包括装在待检纸币正上方的一个摄像头，紧靠摄像头两侧分别装 有一台近红外光源和一台白光光源，紧靠摄像镜头装有一块760_1100纳米的可移动近红外 滤光片。近红外滤光片的位置受所述控制与驱动电路的控制。
全文摘要
本发明公开了一种用于鉴别纸币光谱差异及凹印特征的双光路成像装置。设有一块可放置二张待检纸币的载物台，载物台周围设有从不同方位、以不同角度照射待检纸币的1-5台白光光源和1台近红外光源，所述1-5台白光光源和1台近红外光源共用一台控制与驱动电路，两块不同安装角度的三棱镜以及一块可移动的近红外滤光片分别与2-4个摄像头结合，组成1-3组鉴别功能组件，1-3组鉴别功能组件的摄像头分别与共用的视频信号合成器连接，视频信号合成器与显示器连接。验钞者在同一视场及屏幕的同一幅画面观看纸币同一图案的两幅图像，易于用实时比较的方法发现和确认两幅图像颜色、形状的差异，验钞方法便捷、结果准确。
文档编号G01N21/55GK101533536SQ200910043110
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者谭一舟 申请人:谭一舟