高性能纸币清分系统方案展示..docxVIP

【方案展示】高性能纸币清分系统一、项目概述为了挑选适合ATM和流通的纸币，纸币的辨伪及其面值、面向、新旧污染度和残缺度的识别，目前成为银行纸币清分业务的重要环节。本项目旨在设计出一套可以辨伪纸币并可以识别面值、面向、新旧污染程度以及残缺破损度的高性能纸币清分系统。该系统采用磁传感器(以下简称磁头)和接触式图像传感器(以下简称CIS传感器)来采集纸币的安全线信息和图像信息，并设计相应的前端信号放大和滤波电路，使用高速AD将信号采集并暂存于ZED板上的DDR3中，系统进而可以利用采集到的安全线信息和图像信息对纸币进行真伪辨别，识别纸币的面值、面向、新旧污染度和残缺度，并通过可视化输出和语音播报识别结果。目前本项目只针对中国人民银行1999年发行的第五套人民币纸币(10元、20元、50元和100元)，系统可以通过升级前端采集模块和系统软件来实现更多币种的识别。借助机械装置的辅助，系统更是可以实现快速的纸币自动清分。二、项目系统框架图1. 硬件系统框架图硬件系统主要分为三大部分，如图1所示。其中前端信号采集部分完成了磁头对纸币安全线磁信号的采集和CIS传感器对纸币图像的获取；Zynq-7000 EPP平台完成了核心的高速AD采集的时序控制、信号处理和识别；人机交互主要有VGA/HDMI可视化信号输出、语音播报数据以及按键和LED、LCD等。图1硬件系统框架图信号采集模块：磁头采集到的纸币安全线信号，经过放大和滤波电路后，由FPGA控制高速AD MAX19505采集时序，将采集到的磁信号暂存，等待ARM读取。CIS传感器采集到纸币图像信号，经过放大和滤波电路后，由FPGA控制高速AD MAX19505采集时序并通过DDR控制器存储于DDR3中等待ARM读取。考虑到纸币进入采集系统后会有正反两面，为了确保能稳定获取安全线的磁信息，本项目采用双磁头方式来采集安全线信号。信号采集模块和ZED开发板通过FMC接口来连接，在图中并没有画出。核心处理模块：Zynq-7000 EPP负责对采集信号的处理。利用可编程逻辑(PL)并行和快速的特性，对采集的安全线磁信号和CIS图像信号进行预处理，如对磁信号的加窗和快速傅里叶变换(FFT)以获取磁信号的频谱信息，为纸币的进一步真伪识别和面值识别做准备；同时对CIS图像信号做边缘提取，方便进一步识别纸币面值。利用APU所搭载的双核ARM Cortex-A9处理器，以及其高性能NEON 多媒体处理能力，分别对磁信号进行模式匹配，对CIS图像信号做纸币长宽计算，并与纸币标准样本库进行特征训练和匹配，以确定纸币面值；通过对对比区域灰度值的特征匹配和区间估计，以确定新旧污染度；利用网格法确定残缺破损度。人机交互模块：为了提高系统的可用性和用户友好性，利用ZED开发板现有的外设资源，设计人机交互模块。通过VGA显示器或者HDMI显示器或者普通TFT LCD显示模块显示纸币辨伪、面值识别、污染程度判断以及残缺度判断的结果，并通过外置喇叭语音播报处理结果。2. 软件系统框架图软件系统流程图主要如图2所示。软件系统是整个系统的灵魂，实现了核心识别算法。系统复位后，首先要对可编程逻辑(PL)进行配置，再完成双核ARM Cortex-A9处理器的初始化；然后对提取采集安全线得到的磁信号进行时域和频域的特征提取，与标准纸币的样本库进行比对，以确定是否为真(屏蔽)币，并初步确定其面值；初步确认不是假(屏蔽)币后，再分析CIS采集到的纸币图像信号，使用“八线找点”法定位纸币，通过计算纸币的长宽再次确定纸币的面值，并同安全线识别到的面值进行比较，以确定纸币的面值；确定为真(屏蔽)币和面值后，通过计算对比区域和纸币灰度均值来确定纸币的面向和新旧污染度；网格划分法确定污损区域的大小，计算污损度；最后给出提示信息，提示纸币是否可以继续流通或者是否需要加以回收。图2 软件系统框架图三、工作原理介绍1. 磁头采集纸币磁性安全线信息第五套人民币与以往的不同，增加了更多的安全辨伪措施如磁性安全线、无色荧光油墨、隐形数字等。图3是一张第五套人民币100的样票正面，虚线框内即磁性安全线，它是一条带磁性的金属线，不同的币值有着不同的磁性编码波形，而同一种币值的磁信号波形相对一致。同时通过计算纸币边长也可以确定纸币的面值。图3 纸币的磁性安全线本设计采用磁头，设计电路对安全线磁信号进行采集、放大和滤波处理，分析了安全线磁信号的幅值特征，并采用傅立叶变换对安全线磁信号进行特征频率的分析，在此基础上得出各面值纸币安全线的不同特征。因为在时域内各面值纸币安全线的波形幅值有着明显的区别，在频域范围内不同面值纸币的安全线磁信号的特征频率也有明显的区别，假(屏蔽)币即使能模拟的信号幅值，也几乎不可能做出相同的特征频率分布，所以对安全线造假的假(屏蔽)币也有很高的分辨率。