鈔票印刷光變圖文檢測(cè)方法及裝置

廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司 陳 健

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)金流通量在不斷地增加，不法分子利用新的技術(shù)制造各種各樣的假鈔，嚴(yán)重?cái)_亂了金融市場(chǎng)秩序，破壞了國(guó)家的穩(wěn)定和團(tuán)結(jié)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。為了保護(hù)國(guó)家和人民的利益，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷提高人民幣的防偽技術(shù)水平。中國(guó)人民銀行于2015年開(kāi)始，陸續(xù)發(fā)行了新版人民幣。新版本的人民幣在防偽能力和印刷質(zhì)量等方面有了很大的提升。人民幣防偽技術(shù)的提高，大大增加了假鈔制作的成本和難度，能夠很大程度上減少假鈔的制販。

2017年，中國(guó)人民銀行發(fā)布了金融機(jī)具的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。新的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化了鑒偽能力的等級(jí)，量化了防偽特征數(shù)量。對(duì)現(xiàn)金機(jī)具的鑒偽水平提出了“最嚴(yán)格”要求?，F(xiàn)金機(jī)具所具備的防偽特征數(shù)量越多，意味著機(jī)具防偽性能也越強(qiáng)，國(guó)家的現(xiàn)金防火墻體系也更加鞏固。因此，不斷地提高機(jī)具防偽性能水平，有利于產(chǎn)品在市場(chǎng)上保持核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 研究背景和意義

印刷光變圖文是國(guó)際鈔票防偽領(lǐng)域公認(rèn)的前沿公眾防偽技術(shù)之一。目前包括歐元、盧布、人民幣都采用了該技術(shù)。印刷光變技術(shù)是指在不同角度下觀(guān)察印刷油墨特征，油墨特征的顏色會(huì)發(fā)生改變，并且可以看到一條高亮光帶在數(shù)字上滾動(dòng)。當(dāng)前的鈔票防偽特征檢測(cè)裝置，檢測(cè)傳感器與物體檢測(cè)平面僅有固定的一種角度，只能檢測(cè)印刷光變圖文特征的有無(wú)、缺失以及大致輪廓，無(wú)法鑒別出紙幣晃動(dòng)時(shí)，高亮光帶在光變數(shù)字上滾動(dòng)的重要特性。

本論文提出一種多角度印刷光變圖文檢測(cè)的方法和裝置，通過(guò)兩組不同角度的檢測(cè)傳感器，獲取得到不同角度下光變數(shù)字圖文上的高亮光帶位置，對(duì)比兩組高亮光帶位置能準(zhǔn)確判斷出光變圖文特征的真假屬性，如高亮光帶存在，且兩組光帶位置不一致，則該特征正常，是真鈔；如高亮光帶不存在，或光帶位置不發(fā)生變化，則該特征異常，是假鈔。

2 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)方案

本文研究的方法，主要通過(guò)一個(gè)檢測(cè)裝置，采用CIS圖像傳感器采集鈔票再可見(jiàn)光圖像下的反射圖像，紅外光下的反射和透射圖像，提取圖像上的關(guān)鍵特征進(jìn)行圖像鑒偽研究。在對(duì)鈔票圖像進(jìn)行特征提取之前，先要對(duì)鈔票圖像進(jìn)行預(yù)處理操作，包括圖像背景區(qū)域的去處，特征區(qū)域的定位、分割等。

2.1 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

如圖1所示，1為第二組上部CIS；2為第二組下部CIS；3為第一組上部CIS；4為第一組下部CIS，兩組CIS安裝的角度不完全一樣；5為若干導(dǎo)鈔輪，走鈔通道位于上部和下部CIS中間通道。鈔票從右往左進(jìn)入后，觸發(fā)兩組CIS依次對(duì)鈔票的正面和反面圖像進(jìn)行采集。

圖1 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 具體實(shí)現(xiàn)流程

鈔票圖像是在移動(dòng)的狀態(tài)下，通過(guò)CIS高速掃描的圖像，圖像上會(huì)有很多噪聲，走鈔的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)鈔票圖像傾斜的現(xiàn)象，需要先對(duì)圖像預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)操作，具體流程如圖2所示。

圖2 檢測(cè)方法流程圖

鈔票圖像預(yù)處理包括圖像的邊緣檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)校正，去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，得到完整的鈔票圖像，如圖3所示。

圖3 預(yù)處理后鈔票圖像

經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的鈔票圖像，包含了全副的鈔票圖案，需要進(jìn)行字符的定位和切割，提取出感興趣區(qū)域；如圖4所示，第一組CIS采集到的印刷光變圖文特征，高亮的光帶較寬，且均勻分布有2條光帶；第二組CIS采集到的印刷光變圖文特征，高亮的光帶較窄，且分布僅有1條光帶。

圖4 兩組CIS采集到的印刷光變圖文特征

根據(jù)得到的光變數(shù)字字符圖像，對(duì)圖像的每行灰度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于切割出來(lái)的數(shù)字寬度可能不同，因此需要統(tǒng)計(jì)每行灰度的均值A(chǔ)vgG(i)，設(shè)第i行圖像共有n個(gè)像素，G(i,j)表示光變數(shù)字圖像第i行第j個(gè)像素的灰度值，則通過(guò)公式：

可得到灰度變化曲線(xiàn)，如圖5所示。

圖5 CIS采集生成的灰度曲線(xiàn)及數(shù)據(jù)

根據(jù)灰度曲線(xiàn)的最大值Max_AvgG和最小值Min_AvgG，計(jì)算出變化曲線(xiàn)的幅值大小Diff，通過(guò)公式：

如大于設(shè)定閾值T1，即Diff >T1。則滿(mǎn)足光變數(shù)字上存在高亮光帶的條件，反之，則不存在高亮光帶。

判斷出光變數(shù)字上存在高亮光帶，記錄兩級(jí)CIS的Max_AvgG再特征圖像上的坐標(biāo)位置Pos1和Pos2，并進(jìn)一步判斷兩級(jí)CIS圖像高亮光帶坐標(biāo)位置Diff_Pos，通過(guò)公式：

如高亮光帶的坐標(biāo)相對(duì)位置發(fā)生偏移，大于設(shè)定的閾值T2，即Diff_Pos>T2。則該高亮光帶會(huì)隨著不同觀(guān)察角度的變化而變化，特征圖案正常，是真鈔；反之，則特征圖案異常，是假鈔。

結(jié)論：本技術(shù)方案采用了不同角度的CIS布局方案，采集到不同位置和角度下印刷光變圖文的灰度特征曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)的差異性大小，推論出該特征的真?zhèn)螌傩?，如不是采用這類(lèi)特殊油墨印制的真鈔，則可以通過(guò)這種技術(shù)手段將異常鈔票識(shí)別出來(lái)。該方法，適用于鑒別帶有印刷光變圖文特征的所有鈔票和票據(jù)，對(duì)于現(xiàn)金機(jī)具的鑒偽能力提升具有明顯的促進(jìn)作用。