一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统及方法与流程

本发明纸币检测技术领域，尤其涉及一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统及方法。

背景技术：

随着金融电子技术的快速发展，ATM自助设备已经被广泛应用于商业银行的现金存取业务中，既方便了百姓存取款，也提高了银行的工作效率、降低了运营成本。但ATM存取款机是一种无人值守的自助设备，在用户存取款时很难做到如柜台服务那样第一时间对纸币票面的粘贴物进行检查和剔除，如果大量粘有异物的纸币进入设备钞箱，这不仅给循环出钞和银行后续的清分带来麻烦，而且还会增加设备内部循环通道卡钞的风险，增加设备的故障率。此外，一些不法分子将两面均具有黏性的胶带贴在纸币表面，这样的纸币进入钞箱会和旁边一张黏合在一起而无法分离，在取款出钞过程中，两张完全重合的纸币会一起被取出去，增加设备短款风险。因此，需要一种专门的票面粘贴物检测系统来防止厚度异常的钞票进入到内部循环通道和钞箱中，同时防止重张被取出。

目前，国内外能够测量纸币厚度的ATM设备有很多，但是那些产品和成果都没有能够对纸币粘贴物的属性给予详细的定量分析，只是简单的判别是否存在超厚，给出超厚区域的大体位置和厚度值，没有办法根据实际情况，设置较为详尽的拒绝入钞策略，实际使用效果和用户体验较差。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有ATM自助设备只能简单检测纸币厚度是否超标，不能对纸币表面的粘贴物给予详细的定量分析的技术问题，提供了一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统及方法，其能够高精度、全幅面的采集纸币票面上的厚度信息，计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统，包括中央处理单元和测厚装置，所述测厚装置包括固定架、辊轴、驱动辊轴转动的驱动机构、以及并排设置在辊轴上方的若干个厚度测量机构，所述厚度测量机构包括滚动轴承、用于固定滚动轴承的固定座、设置在固定座顶部的基准块以及设置在基准块上方的测距传感器，所述固定座与固定架转动连接，所述固定座上设有用于使滚动轴承挤压辊轴的弹性元件，所述中央处理单元分别与驱动机构和测距传感器电连接。

在本技术方案中，驱动机构驱动辊轴转动，辊轴顺时针转动，辊轴通过一侧同步带与滚动轴承同步转动，纸币在通道中高速传输，最终传动至辊轴和滚动轴承之间，由于摩擦力作用，辊轴和滚动轴承转动带动纸币继续向后传动。厚度测量机构可以为12组，每个滚动轴承与辊轴之间纸币通过的路径为一个通道。

纸币从辊轴和滚动轴承之间通过时，由于纸币自身的厚度，滚动轴承被顶起抬升，基准块上升一段距离，使得基准块与测距传感器之间的距离变小，即将待测纸币的厚度转换为距离变化，测距传感器检测到基准块与其的距离值，中央处理单元根据测距传感器检测到的距离值计算出经过每个通道的纸币部分前后各个位置的厚度值，根据厚度值区分出哪部分是纸币，哪部分是粘贴物，根据各个通道的各个位置的厚度值确定粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型（如相邻粘贴、重叠粘贴等）。

将测厚装置安装在ATM机的内部循环通道入口前端，就可以检测出纸币表面是否有粘贴物以及粘贴物的详细信息，再根据系统预设的拒钞规则，判断是否允许该纸币进入到内部循环通道内。预设的规则对能够进入到内部循环通道中的纸币上的粘贴物属性有详细的定量数值规定，对于不满足要求的纸币，通过分钞器改变传输路径，送回至出钞口或者机芯暂存区域，防止不符合要求的纸币进入内部循环通道后造成卡钞，同样能够防止这样的纸币传入或者传出钞箱，避免不法分子的蓄意破坏，降低机器的短款风险。

作为优选，所述一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统还包括设置在测厚装置前方或后方的图像检测装置，所述图像检测装置包括上下相对设置的两个图像传感器，两个图像传感器之间留有供纸币通过的间隙，所述图像传感器与中央处理单元电连接。当纸币通过图像检测装置时，两个图像传感器分别检测纸币正反面的不可见光谱图像，中央处理单元根据纸币正反面的不可见光谱图像数据确定纸币正反面上不同位置粘贴物的材质。

作为优选，所述图像传感器包括壳体，所述壳体内设有凹槽，所述凹槽内设有能够发出红外光和紫外光的发光棒以及由若干个CMOS传感单元组成的线形传感器阵列，所述线形传感器阵列和发光棒并排设置。发光棒包括能够将光线均匀投射出去的导光棒以及设置在导光棒一端或两端的发光二极管，发光二极管能够发出红外光和紫外光。

作为优选，所述凹槽由透明的玻璃护板覆盖密封。玻璃护板防止进入灰尘或者磕碰。

作为优选，所述壳体由碳纤维导电塑料制成。

作为优选，所述辊轴包括传动轴和若干个固定轮，固定轮等间距固定在传动轴上，固定轮与厚度测量机构一一对应，每个厚度测量机构设置在对应的固定轮上方。

作为优选，所述基准块为磁铁，所述测距传感器为霍尔传感器。

作为优选，所述基准块也可以为金属导体（如导电不锈钢），所述测距传感器对应为电涡流线圈。

本发明的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别方法，用于上述的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统，包括以下步骤：

当纸币通过测厚装置时，每个厚度测量机构检测与其接触的纸币部分的厚度，中央处理单元根据厚度测量机构检测到的纸币各个位置的厚度信息计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积；

当纸币通过图像检测装置时，两个图像传感器分别检测纸币正反面的光谱图像，中央处理单元根据纸币正反面的光谱图像数据确定纸币正反面上不同位置粘贴物的材质。

作为优选，中央处理单元根据厚度测量机构检测到的纸币各个位置的厚度信息计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积的方法包括以下步骤：

S1：对每一个厚度测量机构检测到的厚度数据进行处理，计算出通过每一个厚度测量机构的纸币部分上粘贴物的个数、位置、厚度；

对一个厚度测量机构检测到的厚度数据进行处理的方法包括以下步骤：

运用二分K-Means聚类的方法将厚度数据分为两个子类；

递归地对子类再进行二分K-Means聚类，直到满足最小类间差阈值；

采用二叉树搜索的方式完成所有二分K-Means聚类计算，根据不同子类的聚类中心点标记不同的粘贴物类别，并记录粘贴物的位置和厚度数据；

S2：将计算出的每个纸币部分上粘贴物的个数、位置、厚度进行融合处理，根据粘贴物的位置区域和相邻关系进行区域融合，最终确定粘贴物的个数、位置、厚度、面积。

一个厚度测量机构检测到的厚度数据包括通过该厚度测量机构的纸币部分各个位置的厚度值，这些厚度值是一维离散数列。通过对离散数列的二分K-Means聚类，将相近的厚度值归为一类，从而能够区分出正常纸币部分和粘贴物部分，并能够进一步将不同厚度的粘贴物、重叠的粘贴物区分出来，从而完成对纸币上粘贴物的详细分析。

作为优选，当纸币通过图像检测装置时，图像传感器以线扫描的方式交替发射红外光和紫外光到纸币上，并接收反射光，将反射光的光谱图像发送到中央处理单元。

本发明的有益效果是：能够高精度、全幅面的采集纸币票面上的厚度信息和不可见光谱图像信息，计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型、材质，便于ATM设备判断哪些纸币能够进入内部循环通道和钞箱中，防止不符合要求的纸币进入内部循环通道后造成卡钞，避免不法分子的蓄意破坏。

附图说明

图1是测厚装置的一种结构示意图；

图2是厚度测量机构的一种结构示意图；

图3是图像检测装置的结构示意图；

图4是图像传感器的一种结构示意图；

图5是测厚装置测得的黏有粘贴物的纸币全票面厚度分布图。

图中：1、固定架，2、辊轴，3、厚度测量机构，4、滚动轴承，5、固定座，6、基准块，7、测距传感器，8、扭簧，9、图像传感器，10、壳体，11、玻璃护板，12、发光棒，13、线形传感器阵列，14、传动轴，15、固定轮，16、转轴，17、导齿。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统，包括中央处理单元、测厚装置以及设置在测厚装置前方或后方的图像检测装置，如图1、图2所示，测厚装置包括固定架1、辊轴2、驱动辊轴2转动的驱动机构、以及并排设置在辊轴2上方的若干个厚度测量机构3，厚度测量机构3包括滚动轴承4、通过销轴与滚动轴承4固定连接的固定座5、设置在固定座5顶部的基准块6以及设置在基准块6上方的测距传感器7，固定座5通过转轴16与固定架1转动连接，固定座5上设有用于使滚动轴承4挤压辊轴2的弹性元件，如图3所示，图像检测装置包括上下相对设置的两个图像传感器9，两个图像传感器9之间留有供纸币通过的间隙，中央处理单元分别与驱动机构、测距传感器7和图像传感器9电连接。

弹性元件为设置在固定座5的转轴16上的扭簧8。辊轴2包括传动轴14和若干个固定轮15，固定轮15等间距固定在传动轴14上，固定轮15与厚度测量机构3一一对应，每个厚度测量机构3设置在对应的固定轮15上方。基准块6为磁铁，测距传感器7为霍尔传感器；基准块6也可以为金属导体（如导电不锈钢），测距传感器7对应为电涡流线圈。

驱动机构驱动辊轴转动，辊轴顺时针转动，辊轴通过一侧同步带与滚动轴承同步转动，纸币在通道中高速传输，最终传动至辊轴和滚动轴承之间，由于摩擦力作用，辊轴和滚动轴承转动带动纸币继续向后传动。厚度测量机构可以为12组，每个滚动轴承与辊轴之间纸币通过的路径为一个通道，12组通道跨度为190mm，可以覆盖并采集纸币全幅面的厚度信息，测量精度可达0.02mm。

纸币从辊轴和滚动轴承之间通过时，由于纸币自身的厚度，滚动轴承被顶起抬升，基准块上升一段距离，使得基准块与测距传感器之间的距离变小，即将待测纸币的厚度转换为距离变化，测距传感器检测到基准块与其的距离值，中央处理单元根据测距传感器检测到的距离值计算出经过每个通道的纸币部分前后各个位置的厚度值，根据厚度值区分出哪部分是纸币，哪部分是粘贴物，根据各个通道的各个位置的厚度值确定粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型（如相邻粘贴、重叠粘贴等）。当纸币完全通过后，固定座在扭簧的弹力作用下回到原位，滚动轴承紧贴辊轴。

当纸币通过图像检测装置时，两个图像传感器分别检测纸币正反面的光谱图像，中央处理单元根据纸币正反面的光谱图像数据确定纸币正反面上不同位置粘贴物的材质。

将测厚装置和图像检测装置安装在ATM机的内部循环通道入口前端，就可以检测出纸币表面是否有粘贴物以及粘贴物的详细信息，再根据系统预设的拒钞规则，判断是否允许该纸币进入到内部循环通道内。预设的规则对能够进入到内部循环通道中的纸币上的粘贴物属性有详细的定量数值规定，对于不满足要求的纸币，通过分钞器改变传输路径，送回至出钞口或者机芯暂存区域，防止不符合要求的纸币进入内部循环通道后造成卡钞，同样能够防止这样的纸币传入或者传出钞箱，避免不法分子的蓄意破坏，降低机器的短款风险。

如图4所示，图像传感器9包括壳体10，壳体10内设有凹槽，凹槽由透明的玻璃护板11覆盖密封，凹槽内设有能够发出红外光和紫外光的发光棒12以及由若干个CMOS传感单元组成的线形传感器阵列13，线形传感器阵列13和发光棒12并排设置，壳体10两侧设有导齿17。

发光棒包括能够将光线均匀投射出去的导光棒以及设置在导光棒一端或两端的发光二极管，发光二极管能够发出红外光和紫外光。玻璃护板防止进入灰尘或者磕碰。壳体由碳纤维导电塑料制成。图像传感器的物理长度为204mm，测量长度不小于190mm。当纸币经过图像检测装置时，发光棒以线扫描的方式交替发射红外光和紫外光到纸币上，线形传感器阵列接收反射光，将反射光的光谱图像发送到中央处理单元，整张纸币全部通过图像检测装置后，便可以得到纸币正反两个面上的多光谱图像。若纸币上粘贴有黏性粘贴物，则在红外或者紫外光的照射下，粘贴物会反射不同剂量强度的红外光或者激发出荧光，从而在纸币图像上有所反应。

本实施例的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别方法，用于上述的一种纸币表面粘贴物高精度检测识别系统，包括以下步骤：

当纸币通过测厚装置时，每个厚度测量机构检测与其接触的纸币部分的厚度，中央处理单元根据厚度测量机构检测到的纸币各个位置的厚度信息计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型；粘贴类型可以是相邻粘贴、重叠粘贴等；

当纸币通过图像检测装置时，两个图像传感器分别检测纸币正反面的光谱图像，中央处理单元根据纸币正反面的光谱图像数据确定纸币正反面上不同位置粘贴物的材质。

中央处理单元根据厚度测量机构检测到的纸币各个位置的厚度信息计算出纸币上粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型的方法包括以下步骤：

S1：对每一个厚度测量机构检测到的厚度数据进行处理，计算出通过每一个厚度测量机构的纸币部分上粘贴物的个数、位置、厚度；

对一个厚度测量机构检测到的厚度数据进行处理的方法包括以下步骤：

运用二分K-Means聚类的方法将厚度数据分为两个子类；

递归地对子类再进行二分K-Means聚类，直到满足最小类间差阈值；

采用二叉树搜索的方式完成所有二分K-Means聚类计算，根据不同子类的聚类中心点标记不同的粘贴物类别，并记录粘贴物的位置和厚度数据；

S2：将计算出的每个纸币部分上粘贴物的个数、位置、厚度进行融合处理，根据粘贴物的位置区域和相邻关系进行区域融合，最终确定粘贴物的个数、位置、厚度、面积、粘贴类型。

一个厚度测量机构检测到的厚度数据包括通过该厚度测量机构的纸币部分各个位置的厚度值，这些厚度值是一维离散数列。运用二分K-Means聚类的方法将一维离散数列分为两个第一子类，如果两个第一子类的聚类中心差值不大于预设的最小类间差阈值，则两个第一子类不再进行二分K-Means聚类，如果两个第一子类的聚类中心差值大于预设的最小类间差阈值，则分别对两个第一子类再进行二分K-Means聚类，每个第一子类经过二分K-Means聚类后都得到对应的两个第二子类，如果一个第一子类对应的两个第二子类的聚类中心差值不大于预设的最小类间差阈值，则这两个第二子类不再进行二分K-Means聚类，如果一个第一子类对应的两个第二子类的聚类中心差值大于预设的最小类间差阈值，则分别对两个第二子类再进行二分K-Means聚类，如此循环，采用二叉树搜索的方式完成所有二分K-Means聚类计算。通过对离散数列的二分K-Means聚类，将相近的厚度值归为一类，从而能够区分出正常纸币部分和粘贴物部分，并能够进一步将不同厚度的粘贴物、重叠的粘贴物区分出来，从而完成对纸币上粘贴物的详细分析。

一张带有粘贴物的纸币经过测厚装置检测后得到的纸币厚度分布图如图5所示，不同厚度对应不同的灰度。每个滚动轴承与辊轴之间纸币通过的路径为一个通道，从图中可以清楚地看到，最左面被检测出来的一块为一个通道宽的薄粘贴物；其右边一块为一个薄的粘贴物上重叠粘贴了一块面积稍小的粘贴物，重叠部分由于厚度更大，所以信号的强度也更大，反映在分布图上为一块面积较小、亮度较大的区域；再右边两块为位置相邻但厚度不同的两块粘贴物，每块粘贴物的宽度均没有超过一个通道的宽度；最右面一块为一块宽度较大、厚度也较大的粘贴物，其信号分布不仅跨越两个通道，而且强度也较强。

当纸币通过图像检测装置时，发光棒以线扫描的方式交替发射红外光和紫外光到纸币上，线形传感器阵列接收反射光，将反射光的光谱图像发送到中央处理单元。如：若纸币上粘贴有黏性粘贴物，则在红外或者紫外光的照射下，粘贴物会反射不同剂量强度的红外光或者激发出荧光，从而在纸币图像上有所反应。