本发明公开一种基于磁图像的纸币鉴伪方法和装置，对磁图像传感器获取的纸币的磁图像进行处理，在对磁图像进行图像增强处理和倾斜校正等预处理以后，计算出磁图像直方图、进行二值化处理、切割出两幅安全线的二值化磁图像、对切割后的两幅二值化磁图像进行水平投影、判断安全线的两副二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形的特征是否符合设定规定，如果都符合设定规定，则判断为真币。本发明中由于采用高低两个阀值对磁图像进行二值化，并切割出两幅安全线的二值化磁图像，对这两幅安全线的二值化磁图像的特征进行识别，如果两幅安全线的二值化磁图像的特征都符合要求才判定为真币。
1.一种基于磁图像的纸币鉴伪方法，在纸币鉴伪装置中，对磁图像传感器获取的纸币的磁图像进行处理，包括以下步骤：步骤1、计算出磁图像直方图，在直方图的最左边与中间波峰位置区间内取一个低阈值，在中间波峰与直方图最右边区间内取一个高阈值；
步骤2、进行二值化处理，根据高、低双阈值，得到两幅二值化磁图像；
步骤3、对两幅二值化磁图像进行切割，切割出两幅安全线的二值化磁图像；
步骤4、对切割后的两幅安全线的二值化磁图像进行水平投影；
步骤5、判断安全线的两副二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形是否符合设定规定，如果都符合设定规定，则判断为真币；
在步骤1之前，还需要对磁图像进行图像增强处理和倾斜校正；倾斜校正包括以下步骤：首先通过安全线离散磁图像分布，拟合离散点磁图像构成的安全线磁图像直线；
采用最小二乘法，计算出安全线磁图像直线的斜率k及截距b，从而得到倾斜角α；
以磁图像中心点，采用最近邻点法的插值算法对磁图像进行倾斜校正；
其特征在于：所述的步骤3中对高、低阈值二值化后的磁图像采用以下步骤：找到安全线磁码图像的左上顶点(x0, y0)，
对低阈值二值化后的磁图像中间1/3部分从左至右进行竖直扫描，当扫描到出现低于设定阈值的列时，即为所求的x0，对低阈值二值化后的磁图像从上至下进行水平扫描，到扫描到出现低于设定阈值的行时，即为所求的y0，找到安全线磁码图像的右下顶点(x1,y1)；
对低阈值二值化后的磁图像中间1/3部分从右至左进行竖直扫描，当扫描到出现低于设定阈值的列时，即为所求的x1，对低阈值二值化后的磁图像从下至上进行水平扫描，到扫描到出现低于设定阈值的行时，即为所求的y1。
2.根据权利要求1所述的基于磁图像的纸币鉴伪方法，其特征在于：所述的设定规定包括：高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形呈周期性，每个周期先成高幅值，然后归0，再为低幅值，然后再归0；
低阀值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形呈与高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形周期一致的周期性，每个周期先成负幅值信号，然后是高幅值基准信号，再为小负幅值信号，最后回到高幅值基准信号。
3.根据权利要求2所述的基于磁图像的纸币鉴伪方法，其特征在于：对于高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的检测包括以下步骤：首先检测投影曲线的周期，周期的计算以高幅值脉冲信号为标准，通过扫描投影图，得到每个高幅值脉冲信号的位置，用前一个高幅值脉冲的坐标减去后一个高幅值脉冲信号的坐标值，如果相减的结果在21~23之间，则认为该纸币磁码信号符合要求；
接着计算高脉冲的数量，如果高幅值脉冲个数在14~18之间，则认为该纸币磁码信号符合要求；
最后再检测每一个周期内是否含有两个0幅值的信号和一个低脉冲信号，如果是肯定的，则是真币，否则为假币。
4.根据权利要求2所述的基于磁图像的纸币鉴伪方法，其特征在于：对于高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的检测包括以下步骤：首先计算负脉冲信号周期，周期的计算以负脉冲信号为标准，通过扫描投影曲线图，得到每个负脉冲信号的位置，用前一个负脉冲的坐标减去后一个负脉冲信号的坐标值，如果相减的结果在21~23之间，则认为该纸币磁码信号符合要求；
再计算负脉冲的数量，如果负脉冲个数在14~18之间，则认为该纸币磁码信号符合要求；
最后检测每个周期是否存在两个高幅值基准信号和一个小负幅值信号，如果是肯定的则为真币，否则为假币。
5.一种纸币鉴伪装置，该装置通过检测纸币上的磁图像的特征对纸币进行鉴伪，包括磁图像获取装置，存储有纸币磁图像特征数据的数据库，其特征在于：还包括直方图计算模块、二值化处理模块、安全线切割模块、投影模块和判断模块；
所述的直方图计算模块的输入端与所述的磁图像获取装置的输出端相连；所述的直方图计算模块的输出端与所述的二值化处理模块的输入端相连；所述的二值化处理模块的输出端与所述的安全线切割模块的输入端相连；所述的安全线切割模块的输出端与所述的投影模块的输入端相连；所述的判断模块的输入端分别与所述的投影模块的输出端和数据库相连，所述的判断模块输出端与指示被检测的纸币是否为真币的指示装置相连；
所述的直方图计算模块计算所述的磁图像获取装置所获取的被检测的纸币的磁图像直方图；
所述的二值化处理模块将所述的直方图计算模块计算出的磁图像直方图二值化生成二值化磁图像，所述的二值化处理模块所采用的阀值分别为磁图像直方图的最左边与中间波峰位置区间内取一个低阈值和在中间波峰与直方图最右边区间内取一个高阈值；
所述的安全线切割模块切割所述的二值化处理模块所生成的二值化磁图像，从中切割出安全线的二值化磁图像；
所述的投影模块将安全线的二值化磁图像进行水平投影，形成安全线的二值化磁图像的水平投影曲线；
所述的判断模块将所述的投影模块输出的水平投影曲线与所述的数据库内保存的纸币相应的磁图像特征数据比较，获得被检测的纸币是否是真币的结果。
6.根据权利要求5所述的纸币鉴伪装置，其特征在于：还包括增强处理模块和倾斜校正模块；
所述的增强处理模块对所述的磁图像获取装置所获得的被检测的纸币的磁图像进行图像增强处理输出增强的磁图像；
所述的倾斜校正模块对所述的增强处理模块输出的增强的磁图像进行倾斜校正，经过倾斜校正的磁图像输出到所述的直方图计算模块。
一种基于磁图像的纸币鉴伪方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及纸币鉴伪领域，特别涉及一种基于磁图像的纸币鉴伪方法及装置。
背景技术
[0002] 纸币的防伪，是关系到国家金融稳定的重要问题，跟人民群众财产安全息息相关。ATM机作为银行自助服务最核心的产品，为人们提供24小时的转账、取款、存款业务，这不仅给银行省去了大量的人力成本，而且还便利了人们的生活。随着科学技术的进步，人民币的防伪技术越来越先进，纸币上得防伪点越来越多，但随之而来的造假手段越来越高明，仿真程度越来越高，ATM作为24小时自助设备，纸币的防伪尤为重要，可以说它是金融设备中要求鉴伪能力最强的设备。ATM机不允许取出假钞，也不存入假钞，但这都是理想情况，由于做假技术的进步，经常能看到某某人在银行ATM取到假币或某银行网点存入假钞的新闻。ATM不断出现假钞事件，这使得要求ATM在不影响正常验钞与出钞的情况下，最大限度地提高纸币的防伪能力。
[0003] 目前，ATM机的防伪，主要采用多光谱图像分析与纸币磁信号检测。多光谱图采用的传感器是基于接触式图像传感器（CIS），可以采集出包括红外反射图，红外透射图，紫外反射图等。纸币上的磁性检测，采用的是磁敏传感器，又称磁头，目前金融机具点钞机，ATM机就是采用这样的传感器，几路磁头离散的分布在纸币的鉴伪通道中，当纸币通过磁头时，每个磁头分别感应出一维磁信号波形，这可以检测出人民币上安全线上的磁码，但它的缺点是检测精度不高，且检测可靠性有待提高。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种基于磁图像的纸币鉴伪方法，该方法采用高、低两个阀值对人民币上安全线上的磁图像进行二值化，并对两个二值化磁图像水平投影曲线分别进行鉴伪，只有两个投影曲线鉴伪都通过才认为是真币，有效地提高了可信度。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种基于磁图像的纸币鉴伪方法，对磁图像传感器获取的纸币的磁图像进行处理，在对磁图像进行图像增强处理和倾斜校正等预处理以后，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、计算出磁图像直方图，在直方图的最左边与中间波峰位置区间内取一个低阈值，在中间波峰与直方图最右边区间内取一个高阈值；
[0007] 步骤2、进行二值化处理，根据高、低双阈值，得到两幅二值化磁图像；
[0008] 步骤3、对两幅二值化磁图像进行切割，切割出两幅安全线的二值化磁图像；
[0009] 步骤4、对切割后的两幅二值化磁图像进行水平投影；
[0010] 步骤5、判断安全线的两副二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形的特征是否符合设定规定，如果都符合设定规定，则判断为真币。
[0011] 本发明中由于采用高低两个阀值对磁图像进行二值化，并切割出两幅安全线的二值化磁图像，对这两幅安全线的二值化磁图像的特征进行识别，如果两幅安全线的二值化磁图像的特征都符合要求才判定为真币。
[0012] 本发明的优选方式是倾斜校正包括以下步骤：
[0013] 首先通过安全线离散磁图像分布，拟合离散点磁图像构成的安全线磁图像直线，即采用最小二乘法，计算出安全线磁图像直线的斜率k及截距b，从而得到倾斜角α；
[0014] 以磁图像中心点，采用最近邻点法的插值算法对磁图像进行倾斜校正α。
[0015] 切割出安全线磁图像时，对高、低阈值二值化后的磁图像采用以下步骤：
[0016] 找到安全线磁码图像的左上顶点(x0, y0)，
[0017] 对低阈值二值化后的磁图像中间1/3部分从左至右进行竖直扫描，当扫描到出现低于设定阈值的列时，即为所求的x0，
[0018] 对低阈值二值化后的磁图像从上至下进行水平扫描，到扫描到出现低于设定阈值的行时，即为所求的y0，
[0019] 找到安全线磁码图像的右下顶点(x1,y1)。
[0020] 对低阈值二值化后的磁图像中间1/3部分从右至左进行竖直扫描，当扫描到出现低于设定阈值的列时，即为所求的x1，
[0021] 对低阈值二值化后的磁图像从下至上进行水平扫描，到扫描到出现低于设定阈值的行时，即为所求的y1。
[0022] 二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形的特征：
[0023] 高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形呈周期性，每个周期先成高幅值，然后归0，再为低幅值，然后再归0；
[0024] 低阀值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形呈与高阈值的二值化磁图像水平投影曲线的脉冲波形周期一致的周期性，每个周期先成负幅值信号，然后是高幅值基准信号，再为小负幅值信号，最后回到高幅值基准信号。
[0025] 本发明还提供一种纸币鉴伪装置，该装置通过检测纸币上的磁图像的特征对纸币进行鉴伪，包括磁图像获取装置，还包括对所述的磁图像获取装置所获取的磁图像进行如权利要求1所述的方法进行鉴伪处理的处理装置。
[0026] 在ATM机等中设置了本装置可以有效地提高纸币的鉴伪能力。
[0027] 下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
[0028] 图1为磁图像信息处理与鉴伪主流程。
[0029] 图2为安全线磁码区域磁图像直方图。
[0030] 图3为低阈值二值化后的磁图像示意图。
[0031] 图4为高阈值二值化后的磁图像示意图。
[0032] 图5为低阈值安全线磁码图像水平投影曲线图。
[0033] 图6为高阈值安全线磁码图像水平投影曲线图。
具体实施方式
[0034] 本实施例是一种纸币鉴伪装置，该装置通过检测纸币上的磁图像的特征对纸币进行鉴伪，包括磁图像获取装置和对磁图像获取装置获取的人民币磁图像进行处理的处理装置，该处理装置首先采用磁图像传感器获取人民币上的磁图像，然后对磁图像进行数字化处理，该装置包括磁图像获取装置，存储有纸币磁图像特征数据的数据库、增强处理模块、倾斜校正模块、直方图计算模块、二值化处理模块、安全线切割模块、投影模块和判断模块等模块。
[0035] 其中：
[0036] 直方图计算模块的输入端与磁图像获取装置的输出端相连；直方图计算模块的输出端与二值化处理模块的输入端相连；二值化处理模块的输出端与安全线切割模块的输入端相连；二值化处理模块的输出端与投影模块的输入端相连；判断模块的输入端分别与投影模块的输出端和数据库相连，判断模块输出端与指示被检测的纸币是否为真币的指示装置如显示屏等相连。
[0037] 增强处理模块对磁图像获取装置所获得的被检测的纸币的磁图像进行图像增强处理输出增强的磁图像；
[0038] 倾斜校正模块对所述的增强处理模块输出的增强的磁图像进行倾斜校正，输出经过倾斜校正的磁图像输出到直方图计算模块。
[0039] 直方图计算模块计算经过倾斜校正的磁图像直方图。
[0040] 二值化处理模块将直方图计算模块计算出的磁图像直方图二值化生成二值化磁图像，二值化处理模块所采用的阀值分别为磁图像直方图的最左边与中间波峰位置区间内取一个低阈值和在中间波峰与直方图最右边区间内取一个高阈值。
[0041] 安全线切割模块切割二值化处理模块所生成的二值化磁图像，从中切割出安全线的二值化磁图像。
[0042] 投影模块将安全线的二值化磁图像进行水平投影，形成安全线的二值化磁图像的水平投影曲线；
[0043] 判断模块将所述的投影模块输出的水平投影曲线与特征库内保存的纸币相应的磁图像特征数据比较，获得被检测的纸币是否是真币的结果。
[0044] 包括以下步骤：
[0045] 步骤A、采用增强处理模块对磁图像进行图像增强处理；
[0046] 对磁图像进行增强就是对磁图像进行对比度增强处理。目的是对安全线磁码图像、冠字码区域磁图像与软磁、硬磁图像进行增强处理，减少纸币磁性过渡像素，通过图像增强，使白像素变得更白，黑像素变得更黑，这样使得磁信号特征提取变的更容易。假设增强前磁图像像素分布范围为[a,b],对比度增强后的像素分布范围设定为[c,d],其中c小于a,d大于b,s像素值为当前要进行对比度增强处理的像素，t为转换后的像素值，则对比度拉伸公式为 ，经过这个公式得到的像素t会达到对比度增强的目的。
[0047] 步骤B、根据安全线磁码图像，计算出纸币的倾斜角度；
[0048] 步骤C、根据倾斜角度，对磁图像进行倾斜校正；
[0049] 上面两个步骤由倾斜校正模块完成，实现倾斜校正，磁图像的倾斜校正。先通过安全线磁码离散的像素点构成的一条直线，把磁码信号的离散点坐标提取出来，采用最小二乘法，计算出安全线磁码的斜率k及截距b，从而得到倾斜角α，接着以磁图像中心点，对磁图像进行倾斜校正α，为了加快算法速度，也不影响图像旋转后的质量，这里插值算法采用最近邻点法。
[0050] 步骤D、利用直方图计算模块计算出磁图像直方图，根据直方图，计算出磁图像的高、低双二值化阈值；
[0051] 步骤E、磁图像的二值化，根据步骤D得到的高、低双阈值，得到两幅二值化磁图像，低阈值对应的二值化后的图是背景为白，前景为黑的磁图像，高阈值对应的二值化后的图是背景为黑，前景为白的磁图像；
[0052] 上面两个步骤实现磁图像的二值化由二值化处理模块实现。首先计算出磁图像的灰度直方图，这里为了说明直方图的分布，图2显示了安全线区域的磁图像直方图，整个磁图像的直方图形状与安全线区域的磁图像直方图类似，如图2所示，直方图最左与最右位置的直方图值为磁信号对应的像素数，中间波峰图为磁图像背景区域，即无磁性的像素数。通过分析，需采用双阈值的二值化方法对磁图像进行处理，在直方图的最左边与中间波峰位置区间内取一个阈值,即低阈值，在中间波峰与直方图最右边区间内取一个阈值，即高阈值，这样通过双阈值处理，二值化后的磁图像可以保留几乎所有的主要信息，而且方便以后的特征提取。如图3所示，低阈值二值化后得到一幅背景是白，前景是黑的磁图像，如图4所示，高阈值二值化后得到一幅背景是黑，前景是白的磁图像。图3，图4中，小矩形构成一条竖直直线的图像为安全线磁码图像示意图，大的矩形图像为冠字码磁性示意图，三条长条形的矩形为软磁与硬磁图像示意图。
[0053] 步骤F、切割安全线磁码图像；
[0054] 切割安全线磁码图像关键是确定安全线的所在区域，也就是左上角和右下角的坐标或者右下角和左上角的坐标。这里以第五套人民币1999版、2005版人民币50元，100元为例，如图3，图4所示，二值化后的磁图像大部份为没有磁信号的背景，只有安全线磁码信号、冠字码区域磁信号，软磁与硬磁图像。为了对安全线磁码信号做进一步的精细分析，必须要把图3，图4上的黑、白磁码信号给切割下来，切割的方法如下：由于已经对磁图像进行了倾斜校正，这里只要找到安全线磁码信号的起始位置与结束位置(x,y)坐标即可。先找磁码信号的左上顶点，以图3低阈值二值化后的磁图像为例，为了加快速度，对图3中间1/3部分从左至右进行竖直扫描，当扫描到出现低于设定阈值的列时，即为所求的x0,然后对磁图像从上至下进行水平扫描，到扫描到出现低于设定阈值的行时。即为所求的y0，这样就找到安全线磁码图像的左上顶点(x0, y0),下一步找安全线磁码信号的右下顶点(x1,y1),这里只要换个方向扫描即可，找x1时从右至左扫描，找y1时，从下至上扫描。找到安全线磁码信号的左上顶点与右下顶点后，就可对该信号进行切割。对于图4，高阈值二值化后的安全线磁码图像切割方法类似，这里不再描述。定到位后，把这些像素取出来即可。
[0055] 步骤G、安全线切割模块对切割后的两幅磁码图像进行水平投影；
[0056] 安全线磁码信号的水平投影。安全线磁码信号分低阈值的二值安全线磁码图像与高阈值的二值安全线磁码像， 如图5，图6所示，图5为低阈值的二值安全线磁码投影图像，图6为高阈值的二值安全线磁码投影图像。由于低阈值的二值图像背景是白，前景是黑，所以当无磁信号时，投影出现最大值为21，有信号时，幅度则下降，信号越强，下降的越多，而高阈值的二值图像背景是黑，前景是白，当无磁性号是，投影值为0，有信号时，幅度则上升，信号越强，幅值越大。
[0057] 步骤H、通过比较判断模块实现对水平投影曲线进行规律算法研究，根据投影曲线规律对纸币进行高灵敏度鉴伪；
[0058] 安全线磁码投影曲线的规律分析与鉴伪是关键，安全线磁码投影曲线的规律是保存在鉴伪装置的存储器中。图5，图6为第五套人民币99版，05版100元安全线磁码投影图，以图6高阈值的二值安全线磁码投影图为例，初步分析，可以看出，脉冲波形成周期性变化，只是幅值不同，仔细分析得出这样的规律，波形先成高幅值，然后归0，再为低幅值，然后再归0这样的周期性变化，通过这样的规律，可以进行鉴伪，一般伪钞很难做到这一点。再分析它的周期大小是多少，不同的纸币面值，磁码信号的周期是不一样的，从图6可以得出，安全线磁码信号的周期约为22，这里面包括一个高幅值信号，一个低幅值信号，两个0幅值信号，通过这样的规律，可以认为这是100元真币。通过分析，图5的规律是这样的，它的波形周期也约为22，一个周期里面包括一个大负幅值信号，一个小负幅值信号，两个幅度为21为高幅值基准信号，这就是低阈值的二值安全线磁码信号规律。以高阈值的二值安全线磁码投影图为例，安全线磁码鉴伪方法如下所述：先检测投影曲线的周期，周期的计算以高幅值脉冲信号为标准，通过扫描投影图，得到每个高幅值脉冲信号的位置，用前一个脉冲的坐标减去后一个脉冲信号的坐标值，如果相减的结果在21~23之间，则认为该纸币磁码信号符合要求；接着计算高脉冲的数量，如果高脉冲个数在14~18之间，也认为该纸币磁码信号符合要求，最后再检测每一个周期内是否含有两个0幅值的信号和一个低脉冲信号，如果大部分周期内信号满足这些规律则符合是真币的条件，以上三个条件任意一个不满足可判为假币，理由是已经对鉴伪参数做了一定范围内余量处理，以便防止参数范围过窄导致真钞判为假钞。低阈值的二值安全线磁码投影图鉴别方法与高阈值的二值安全线磁码投影图类似，先计算负脉冲信号周期，再计算负脉冲的数量，最后检测每个周期是否存在相应的信号，如果这些鉴伪参数都满足，则判定为真币，否则为假币。最终，采用双阈值的二值磁图像，可以对安全线磁码进行全面的分析与检测，没有漏掉安全线上任何有用信息，增强了纸币的鉴伪能力。
[0059] 由于本发明实施列中，首先对磁图像进行倾斜校正，这就解决了磁敏传感器不能对磁信号进行倾斜校正的弊端，减少了纸币倾斜对鉴伪的影响；然后采用了双阈值法对磁图像进行二值化，对比于单阈值处理，双阈值可以把磁图像几乎所有的主要信息保留下来，这不仅方便下一步信号处理，还使得投影后的曲线规律突出；接着对纸币安全线磁码波形进行规律性分析，根据投影波形规律对纸币磁信号进行高灵敏率鉴伪检测，大大增强了纸币的鉴伪能力，本发明还分析了人民币上软磁与硬磁图像规律，通过是否存在软磁与硬磁信号识别出第五套人民币的版本。
