专利名称：一种钞票纸水印的检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水印的检测方法和装置，特别涉及一种印钞行业中，检测钞票内 部嵌入水印的完整性及位置偏差的方法和装置。
背景技术：
目前，随着印钞行业对防伪能力要求的不断提高，其中水印作为重要的防伪手段 对其印刷精度的要求也越来越严格。但是由于输纸的机械传动部分存在偏差，使得钞票纸 大张图像存在空间位置偏移。同时，由于钞票纸的防伪特征区(水印、白水印、对印等)存 在工艺波动，导致这些防伪特征的完整性和在大张图像中的空间位置存在波动，因此对钞 票纸的防伪特征区进行完整性检测和位置偏差的检测是非常重要的。国内外对水印错误的检测主要是采用一定数量的图像建立平均模板，然后将待检 测水印的重心位置与模板的重心位置进行比较，分析水印是否走版。其方法的主要缺点，一 是建立模板需要采集多张图像进行平均计算，耗时耗力；二是由于工艺波动，水印在大张图 像上的空间位置常常存在比较大的差异，即使采用平均模板的方式建模，也不能保证模板 图像的水印位置处在正确的标准位置之上；三是由于待检测水印可能存在形状和完整性的 偏差，这些偏差会导致待检测水印重心的变化，所以仅仅采用待检测水印的重心位置与模 板的重心位置进行比较的方法，检测精度不够高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种相对简单，且检测精 度高的钞票纸水印的检测方法和装置。为实现上述目的，本发明提供了一种钞票纸水印的检测方法，该钞票纸水印的检 测方法包括如下步骤(1)采集给定的模板图像和待检测图像，其中模板图像是指满足标准公差样的标 准样张。(2)在给定的模板图像上选定水印检测区域和特征胶印区域，计算水印检测区域 和特征胶印区域在模板图像上的坐标值dn和d12 (该dn和d12是指模板图像水印检测区域 和特征胶印区域的左上角的坐标值)，根据水印检测区域和特征胶印区域在模板图像上的 坐标值dn和d12得出二者的相对坐标值Cl1,该步骤完成模板图像的建模工作。(3)使用模板图像的水印检测区域和特征胶印区域在待检测图像中搜索，计算待 检测图像的各个位置与模板图像的水印检测区域的相似度Si,与模板图像的特征胶印区域 的相似度Sj ；判定相似度Si最高值所在的位置为待检测图像对应的水印检测区域，相似度 Sj最高值所在的位置为待检测图像对应的特征胶印区域；得出待检测图像与模板图像对应 的水印检测区域的相似度为Sp当然，为了节约搜索时间，可在待检测图像中为水印检测区 域和特征胶印区域各自预先设定一搜索框，仅在待检测图像的搜索框中搜索。(4)将S1和预先设定的阈值S相比较，若S1小于阈值S，判定待检测图像不合格，同时显示该待检测图像水印不完整，结束对该待检测图像的检测，并该待检测图像分拣出， 若S1大于或等于阈值S，则继续对该待检测图像的检测。(5)计算水印检测区域和特征胶印区域在待检测图像上的坐标值d21和d22，该d21 和d22是指待检测图像水印检测区域和特征胶印区域的左上角的坐标值，根据水印检测区 域和特征胶印区域在待检测图像上的坐标值d21和d22得出二者的相对坐标值d2，该步骤完 成待检测图像的定位工作，同时计算Cl1和d2的差值(V(6)将Cltl与预先设定的阈值D相比较，若差值大于阈值D，判定待检测图像不合格， 同时显示该待检测图像水印走版，结束对该待检测图像的检测，并该待检测图像分拣出。另外，该钞票纸水印的检测方法还可以包括一水印倒置孔判断步骤，该步骤包含 对待检测图像的水印倒置框处逐像素统计灰度值Tk，并计算灰度值Tk大于阈值T的像素数 量占水印倒置框总像素数量的比率R1 ；当R1小于或等于阈值R时判定待检测图像不合格， 同时显示该待检测图像水印倒置孔不存在，结束对该待检测图像的检测，并该待检测图像 分拣出。本发明还提供了一种钞票纸水印的检测装置，该钞票纸水印的检测装置包含一图像采集装置，用于采集给定的模板图像和待检测图像；一建模装置，用于当在给定的模板图像上选定水印检测区域和特征胶印区域后， 计算水印检测区域和特征胶印区域在模板图像上的坐标值dn和d12 (该dn和d12是指模板 图像水印检测区域和特征胶印区域的左上角的坐标值)，根据水印检测区域和特征胶印区 域在模板图像上的坐标值dn和d12得出二者的相对坐标值Cl1 ；一处理装置，该处理装置包含一相似度计算装置，用于搜索待检测图像上与模板 图像对应的水印检测区域和特征胶印区域，得出待检测图像与模板图像对应的水印检测区 域的相似度S1 ；—位置计算装置，用于计算待检测图像水印检测区域和特征胶印区域的相 对坐标值d2，同时计算Cl1和d2的差值Cltl ；一灰度值计算装置，用于对待检测图像的水印倒置 框处逐像素统计灰度值Tk，并统计灰度值Tk大于阈值T的像素数量占水印倒置框总像素数 量的比率礼。该相似度计算装置又包含一用于使用模板图像的水印检测区域和特征胶印区 域在待检测图像中搜索的装置；一用于计算待检测图像的各个位置与模板图像的水印检测 区域的相似度Si,与模板图像的特征胶印区域的相似度S」的装置；一用于判定相似度Si最 高值所在的位置为待检测图像对应的水印检测区域，相似度S」最高值所在的位置为待检测 图像对应的特征胶印区域的装置；一检测装置，该检测装置包含一完整性检测装置，用于将S1和预先设定的阈值S 相比较，若S1小于阈值S，判定待检测图像不合格并结束检测；一位置检测装置，用于将dQ 与预先设定的阈值D相比较，若差值大于阈值D，判定待检测图像不合格并结束检测；一倒 置孔检测装置，用于将R1与预先设定的阈值R相比较，若R1小于或等于阈值R时判定待检 测图像不合格并结束检测；一显示装置，用于当完整性检测装置判定待检测图像不合格后显示水印不完整， 当位置检测装置判定待检测图像不合格后显示水印走版，当倒置孔检测装置判定待检测图 像不合格后显示水印倒置孔不存在。一分拣装置，用于当检测装置检测出待检测图像不合格后，将该待检测图像分拣
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本发明相对于现有技术，由于选择满足标准公差样的标准样张作为模板图像，不 但工艺简单，而且基本保证保证模板图像的水印位置处在正确的标准位置之上；另外，采用 两步走的方法，先判断水印是否具完整性，再判断水印是否走版，排除了水印形状和完整性 存在偏差，但重心却与模板重心相同的这种情况，提高了检测精度；同时，在判断水印是否 走版的方式上，采用水印特征区域相对于特征胶印区域的相对位置偏差而不是水印特征区 域的绝对位置偏差作为判断依据，更符合对钞票纸的检测要求。
图1为本发明钞票纸水印的检测方法建模流程2为本发明钞票纸水印的检测方法流程3为图2步骤S22的具体流程4为图2步骤S30的具体流程5为本发明钞票纸水印的检测装置示意6为本发明实施例的模板图像示意7为本发明实施例的待检测图像示意图
具体实施例方式下面结合附图，以100元面值的钞票纸为例，详细说明本发明的具体实施方式
。当 然，本发明的检测方法并不限于100元面值的钞票纸，凡是针对钞票纸的水印检测，如10 元、20元、50元等面值均在本发明的保护范围之内。图6为本发明选定的100元面值钞票纸的模板图像示意图，该模板图像60是满足 标准公差样的标准样张，其水印清晰度高。在该模板图像60上选定白水印65作为水印检 测区域，数字100 (附图标记为61)作为特征胶印区域。图7为本发明待检测图像70的示意图，下面根据图1 图4具体说明如何根据模 板图像60来检测待检测图像70的水印是否合格，包含以下步骤S11、采集给定的模板图像60 ；S12、在给定的模板图像60上选定白水印65作为水印检测区域，数字100(附图标 记为61)作为特征胶印区域；S13、计算水印检测区域白水印65和特征胶印区域数字100 (附图标记为61)在模 板图像60上的坐标值dn和d12，该dn和d12是指模板图像60的白水印65和数字100 (附 图标记为61)的某一部位的坐标值(例如可以为左上角、右上角、左下角等等)，根据dn和 d12计算出白水印65和数字100 (附图标记为61)的相对坐标值屯，由此完成了模板图像的
建模工作。S21、采集待检测图像70 ；S30、进行水印倒置孔判断，该水印倒置孔判断步骤由S301 S304完成S301、设定待检测图像70的水印倒置框77，因为规定的水印倒置孔78的位置是固 定的，所以可在待检测图像70的相应位置设置一比水印倒置孔78范围更大的水印倒置框 77，作为搜索水印倒置孔78的范围；S302、遍历该水印倒置框77，并逐一统计水印倒置框77各像素的灰度值Tk ；
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S303、统计灰度值Tk大于阈值T (该阈值T可设定为50，并可根据印钞工艺的改变 而做出修改)的像素数量占水印倒置框77总像素数量的比率R1 ；S304、将R1与阈值R相比较(该阈值R可设定为20%，并可根据检测需要的精度 不同而做出修改)，若R1小于或等于阈值R，则至S31 ；若R1大于阈值R，则跳至S22 ；S31、判定待检测图像70不合格，同时显示该待检测图像70的水印倒置孔78不存 在，结束对该待检测图像70的检测，并将该待检测图像70分拣出，以进行对下一张图像的 检测；S22、在待检测图像70上搜索与模板图像60对应的水印检测区域白水印75和特 征胶印区域数字100 (附图标记为71)，由S221 S224完成对待检测图像70上水印检测区 域白水印75和特征胶印区域数字100 (附图标记为71)的搜索S221、在待检测图像70中预先设定对应水印检测区域白水印75的搜索框76和特 征胶印区域数字100 (附图标记为71)的搜索框72，白水印75的搜索框76和数字100 (附 图标记为71)的搜索框72比白水印75和数字100(附图标记为71)的范围大，为了节约搜 索时间，仅在待检测图像70的各搜索框中搜索；S222、使用模板图像60的水印检测区域白水印65在待检测图像70的搜索框76 中逐像素搜索，使用模板图像60的特征胶印区域数字100(附图标记为61)在待检测图像 70的搜索框72中逐像素搜索；S223、计算待检测图像搜索框76的各个位置与模板图像60的水印检测区域白水 印65的相似度Si,计算待检测图像搜索框72的各个位置与模板图像60的特征胶印区域数 字100 (附图标记为61)的相似度Sj ；S224、判定相似度Si最高值所在的位置为待检测图像70对应的水印检测区域白 水印75，相似度Sj最高值所在的位置为待检测图像70对应的特征胶印区域数字100 (附图 标记为71)；S23、在S22搜索到待检测图像70上的水印检测区域白水印75的位置的基础上， 计算待检测图像70的白水印75与模板图像60对应的白水印65的相似度S1 ；S24、将S1和预先设定的阈值S相比较(该阈值S可设定为0. 85，并可根据检测 需要的精度不同而做出修改)，若S1小于阈值S，则至S25 ；若S1大于或等于阈值S，则跳至 S26 ；S25、判定待检测图像70不合格，同时显示该待检测图像70水印不完整，结束对该 待检测图像70的检测，并将该待检测图像70分拣出，以进行对下一张图像的检测；S26、计算得到水印检测区域白水印75和特征胶印区域数字100 (附图标记为71) 在待检测图像70上的坐标值为d21和d22，该d21和d22是指待检测图像70的白水印75和数 字100 (附图标记为71)的某一部位的坐标值(具体由模板图像dn和d12采集的坐标值的 位置决定，如dn和d12采集的是左上角的坐标值，则d21和d22也采集对应左上角的坐标值， 以此类推)，根据白水印75和数字100 (附图标记为71)在待检测图像70上的坐标值d21和 d22得出二者的相对坐标值d2，该步骤完成对待检测图像70水印的定位工作；S27、计算得到Cl1和d2的差值为d0 ；S28、将dQ与预先设定的阈值D相比较(该阈值D可设定为(20，25)，即左右X轴 20个像素，上下Y轴25个像素，并可根据检测需要的精度不同而做出修改)，若差值大于阈值D，则至S29，若差值小于或等于阈值D，则结束对该待检测图像70的检测，进行对下一张 图像的检测。S29、判定待检测图像70不合格，同时显示该待检测图像70水印走版，结束对该待 检测图像70的检测，并将该待检测图像70分拣出，以进行对下一张图像的检测。值得注意的是关于S30水印倒置孔判断步骤，可以在S21采集待检测图像步骤后 即开始进行S30水印倒置孔判断，也可以在S28 d0和阈值D相比较，水印走版检测后才开 始进行S30水印倒置孔判断。图5为本发明钞票纸水印的检测装置示意图，该钞票纸水印的检测装置50包含 一图像采集装置51、一建模装置52、一处理装置53、一检测装置54、一显示装置55和一分 拣装置56。该处理装置53又包含一相似度计算装置531、一位置计算装置532和一灰度 值计算装置533。该检测装置54又包含一完整性检测装置541、一位置检测装置542和一 倒置孔检测装置543。下面结合附图1 图4、图6、图7具体说明钞票纸水印的检测装置 50如何根据模板图像60来检测待检测图像70的水印是否合格。首先，图像采集装置51采集给定的模板图像60，然后将数据传输到建模装置52， 在给定的模板图像60上选定白水印65作为水印检测区域，数字100 (附图标记为61)作为 特征胶印区域后，建模装置52计算水印检测区域白水印65和特征胶印区域数字100 (附图 标记为61)在模板图像60上的坐标值dn和d12，该dn和d12是指模板图像60的白水印65 和数字100 (附图标记为61)的某一部位的坐标值(例如可以为左上角、右上角、左下角等 等)，根据dn和d12计算出白水印65和数字100 (附图标记为61)相对坐标值Cl1，由此完成 了模板图像的建模工作。建模装置52与处理装置53相连接，建模装置52中的数据可供处 理装置53使用。接着，图像采集装置51采集待检测图像70，然后将数据传输到处理装置53。处理装置53中的灰度值计算装置533逐一统计设定的水印倒置框77各像素的灰 度值Tk，统计灰度值Tk大于阈值T (该阈值T可设定为50，并可根据印钞工艺的改变而做出 修改)的像素数量占水印倒置框77总像素数量的比率R1,并将此比率R1传输至检测装置 54的倒置孔检测装置543，倒置孔检测装置543将R1与阈值R相比较(该阈值R可设定为 20%，并可根据检测需要的精度不同而做出修改)，若R1小于或等于阈值R时，判定待检测 图像70不合格，同时显示装置55显示该待检测图像70水印倒置孔不存在，分拣装置56将 该待检测图像70分拣出，以进行对下一张图像的检测。若R1大于阈值R时，处理装置53中的相似度计算装置531在待检测图像70上搜索 与模板图像60对应的水印检测区域白水印75和特征胶印区域数字100 (附图标记为71)， 并且计算待检测图像70的白水印75与模板图像60对应的白水印65的相似度S115该相似 度计算装置531还包含一用于使用模板图像60的水印检测区域白水印65和特征胶印区 域数字100 (附图标记为61)在待检测图像70中逐像素搜索的装置，当然，也可以在待检测 图像70中预先设定对应水印检测区域白水印75的搜索框76和特征胶印区域数字100 (附 图标记为71)的搜索框72，为了节约搜索时间，仅在待检测图像70的各搜索框中搜索；一 用于计算待检测图像搜索框76的各个位置与模板图像60的水印检测区域白水印65的相 似度Si,计算待检测图像搜索框72的各个位置与模板图像60的特征胶印区域数字100 (附 图标记为61)的相似度h的装置；一用于判定相似度Si最高值所在的位置为待检测图像70对应的水印检测区域白水印75，相似度S」最高值所在的位置为待检测图像70对应的特征 胶印区域数字100(附图标记为71)的装置。该相似度计算装置531将待检测图像70的白 水印75与模板图像60对应的白水印65的相似度S1传输给检测装置54中的完整性检测装 置541。完整性检测装置541将S1和预先设定的阈值S相比较(该阈值S可设定为0. 85， 并可根据检测需要的精度不同而做出修改)，若S1小于阈值S，则判定待检测图像70不合 格，同时显示装置55显示该待检测图像70水印不完整，分拣装置56则将该待检测图像70 分拣出，以进行对下一张图像的检测。若S1大于或等于阈值S,则处理装置53的位置计算装置532继续计算水印检测区 域白水印75和特征胶印区域数字100 (附图标记为71)在待检测图像70上的坐标值为d21 和d22，该d21和d22是指待检测图像70的白水印75和数字100 (附图标记为71)的某一部位 的坐标值(具体由模板图像dn和d12采集的坐标值的位置决定，如dn和d12采集的是左上 角的坐标值，则d21和d22也采集对应左上角的坐标值，以此类推)，并且根据白水印75和数 字100 (附图标记为71)在待检测图像70上的坐标值d21和d22得出二者的相对坐标值d2， 计算得到Cl1和d2的差值为dQ。处理装置53的位置计算装置532将Cl1和d2的差值为dQ传 输给检测装置54的位置检测装置542，位置检测装置542将dQ与预先设定的阈值D相比较 (该阈值D可设定为(20，25)，即左右X轴20个像素，上下Y轴25个像素，并可根据检测需 要的精度不同而做出修改)，若差值大于阈值D，则判定待检测图像70不合格，同时显示装 置55显示该待检测图像70水印走版，分拣装置56将该待检测图像70分拣出，以进行对下 一张图像的检测。若差值小于或等于阈值D，则结束对该待检测图像70的检测，进行对下一 张图像的检测。同样地，处理装置53中灰度值计算装置533与相似度计算装置531、位置计算装 置532处理的先后顺序并不是固定的，可以在图像采集装置51采集了待检测图像70后即 开始使用灰度值计算装置533进行灰度值计算，使用倒置孔检测装置543进行水印倒置孔 判断，以排除水印倒置孔不存在的待检测图像70。也可以在使用相似度计算装置531进行 相似度计算和完整性检测装置541进行完整性检测，位置计算装置532进行位置计算和位 置检测装置542进行位置检测之后，再进行灰度值计算和倒置孔检测。上面介绍了对待检测图像70即100元面值的钞票纸的白水印75进行质量检测的 方法和装置。若该100元面值的钞票值还需要对其它区域的水印进行检测，如主席水印的 面部区域，则如图6所示，同时在该模板图像60上选定主席水印的面部区域63作为水印 检测区域。如图7所示，在待检测图像70中预先设定对应主席水印的面部区域73的搜索 框74，按照同样的方法在搜索框74中查找主席水印的面部区域73，并进行完整性和位置检 测，以分拣出不合格的待检测图像70。
权利要求
一种钞票纸水印的检测方法，采集给定的模板图像和待检测图像，其特征在于，该方法还包括如下步骤在给定的模板图像上选定水印检测区域和特征胶印区域，计算模板图像中水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d1；搜索待检测图像上与模板图像对应的水印检测区域和特征胶印区域，得出待检测图像与模板图像对应的水印检测区域的相似度S1；将S1和预先设定的阈值S相比较，若S1小于阈值S，判定待检测图像不合格并结束检测；否则，计算待检测图像水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d2，同时计算d1和d2的差值d0；将d0与预先设定的阈值D相比较，若差值大于阈值D，判定待检测图像不合格并结束检测；否则，结束检测。
2.根据权利要求1所述的钞票纸水印的检测方法，其特征在于所述搜索待检测图像 上与模板图像对应的水印检测区域和特征胶印区域的步骤包含使用模板图像的水印检测区域和特征胶印区域在待检测图像中搜索；计 算待检测图像的各个位置与模板图像的水印检测区域和特征胶印区域的相似度Si 和Sj ；判定相似度Si和S」的最高值所在的位置分别为待检测图像的水印检测区域和特征胶 印区域。
3.根据权利要求1或2任一所述的钞票纸水印的检测方法，其特征在于所述待检测 图像水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d2是根据水印检测区域和特征胶印区域 在待检测图像上的坐标值d21和d22得出，所述d21和d22为待检测图像水印检测区域和特征 胶印区域的左上角的坐标值；所述模板图像中水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值 Cl1是根据水印检测区域和特征胶印区域在模板图像上的坐标值dn和d12得出，所述dn和 d12为模板图像水印检测区域和特征胶印区域的左上角的坐标值。
4.根据权利要求1所述的钞票纸水印的检测方法，其特征在于还包括一水印倒置孔 判断步骤，该步骤包含对待检测图像的水印倒置框处逐像素统计灰度值Tk，并计算灰度值Tk大于阈值T的像 素数量占水印倒置框总像素数量的比率R1 ；当R1小于或等于阈值R时判定待检测图像不合格，同时显示水印倒置孔不存在，并结 束检测。
5.根据权利要求1所述的钞票纸水印的检测方法，其特征在于当S1小于阈值S时，在 判定待检测图像不合格的同时显示水印不完整；当Cltl大于阈值D时，在判定待检测图像不 合格的同时显示水印走版。
6.根据权利要求1或4 5任一所述的钞票纸水印的检测方法，其特征在于当判定 待检测图像不合格后，将该待检测图像分拣出。
7.—种钞票纸水印的检测装置，包含一用于采集给定的模板图像和待检测图像的图像 采集装置，其特征在于，该装置还包含一用于当在给定的模板图像上选定水印检测区域和特征胶印区域后，计算模板图像中水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值Cl1的建模装置； 一处理装置； 一检测装置， 所述处理装置包含一用于搜索待检测图像上与模板图像对应的水印检测区域和特征胶印区域，得出待检 测图像与模板图像对应的水印检测区域的相似度S1的相似度计算装置；一用于计算待检测图像水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d2，同时计算Cl1和 d2的差值dQ的位置计算装置， 所述检测装置包含一用于将S1和预先设定的阈值S相比较，若S1小于阈值S，判定待检测图像不合格并 结束检测的完整性检测装置；一用于将Cltl与预先设定的阈值D相比较，若差值大于阈值D，判定待检测图像不合格并 结束检测的位置检测装置。
8.根据权利要求7所述的钞票纸水印的检测装置，其特征在于所述相似度计算装置 包含一用于使用模板图像的水印检测区域和特征胶印区域在待检测图像中搜索的装置； 一用于计算待检测图像的各个位置与模板图像的水印检测区域和特征胶印区域的相 似度Si和Sj的装置；一用于判定相似度Si和S」最高值所在的位置分别为待检测图像的水印检测区域和特 征胶印区域的装置。
9.根据权利要求7或8任一所述的钞票纸水印的检测装置，其特征在于该处理装置还包含一用于对待检测图像的水印倒置框处逐像素统计灰度值Tk，并统计 灰度值Tk大于阈值T的像素数量占水印倒置框总像素数量的比率R1的灰度值计算装置；该检测装置还包含一当R1小于或等于阈值R时判定待检测图像不合格并结束检测的 倒置孔检测装置。
10.根据权利要求9所述的钞票纸水印的检测装置，其特征在于该装置还包含一当完 整性检测装置判定待检测图像不合格后显示水印不完整，当位置检测装置判定待检测图像 不合格后显示水印走版，当倒置孔检测装置判定待检测图像不合格后显示水印倒置孔不存 在的显示装置；还包含一当检测装置判定待检测图像不合格后，将该待检测图像分拣出的 分拣装置。
全文摘要
本发明公开了一种钞票纸水印的检测方法和装置，该方法包含如下步骤计算模板图像中水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d1；搜索待检测图像上对应的水印检测区域和特征胶印区域，得出待检测图像与模板图像的水印检测区域的相似度S1；将S1和阈值S相比较，若S1小于阈值S，判定待检测图像不合格并结束检测；否则，计算待检测图像水印检测区域和特征胶印区域的相对坐标值d2，同时计算d1和d2的差值d0；将d0与阈值D相比较，若差值大于阈值D，判定待检测图像不合格并结束检测。本发明相对于现有技术，先判断水印是否具完整性，再判断水印是否走版，提高了检测精度。
文档编号G06T1/00GK101882338SQ20091005923
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者孙晓刚, 张建, 陈斌 申请人:中国印钞造币总公司