纸币识别技术简述.doc

纸币识别技术简述 紫外线（UV）识别技术 此类识别技术主要是利用荧光或紫外线传感器检测纸币的荧光印记防伪标志及纸币的哑光反应。此类识别技术能够识别大部分假币（如洗涤、漂白、粘贴等纸币）。此技术发展最早，最为成熟，应用最为普遍。它不仅在ATM机的存款识别时用到，还在点钞机、验钞机等金融机具上用到。一般情况下运用荧光及紫光对纸币进行全方位的反射、透射检测。根据纸币与其它纸张对紫外线的不同吸收率和反射率进行鉴别，辨其真伪。对有荧光印记的纸币还能进行定量的鉴别。在我司点钞机、验钞机等金融机具上已经进行产业化的运用。 某些物质被某频率或频率在某范围以内的辐射线（如紫外线）照射时，它们会产生频率较低（即波长较长）的辐射，例如发射各种颜色的可见光。照射停止后，如果物质的发光很快消失，则为荧光。荧光的波长与被照射的物质有关；如在较长时间内仍发光则为磷光。 某些物质被紫外线（它用得较多），照射后能发出反映该物质特性的荧光，利用这一现象对物质进行定性或定量分析称为荧光分析。 最近几十年来，随着化学、物理学的迅速发展，对荧光在理论研究方面有了很大的进展，并广泛应用于工业、农业、医学，矿物学等方面。例如在机械制造工业中，常利用荧光进行各金属制件的检疵。它是将有机发光物质的溶液涂在需要检查有无裂纹的制件表面。经过擦拭除去表面上的溶液，再用紫外光照射制件，若有裂纹，则留存在裂纹里的发光物质就能发出荧光，这种方法做荧光探伤法。利用荧光分析，鉴定和测定的无机物、有机物、药物项目越来越高。 荧光的产生是由于物质吸光之后放射出波长较长的光。因此，物质的荧光强度和该物质的吸光程度以及物质中荧光物质（能产生荧光的物质）的响应频率有关。纸币紫外线（UV）识别技术就是在这一理论上建立起来。 纸币紫外线识别技术以能产生紫外线的汞汽灯（常用的是高压汞汽灯）作为光源。其中以波长为365nm为主辐射。紫外线照射于纸币上。由于纸币上的特殊物质对紫外线有一定的吸收作用，荧光通量与该物质的浓度成一定关系。通过光电器件再对荧光通量进行检测，普通的印刷纸与纸币的荧光通量、光强度是有很大区别的。采用光电元件检测荧光通量大小，以此来区分纸币的真伪。为防止外界光线及其它波长光线的干扰。在光电器件之前一般都要加装滤光片，滤光片一般采用石英窗或用石英材料做成。不能用玻璃，玻璃对紫外线有一定的吸收作用。 光电器件一般采用反应速度比较快的硅光电池作为检测元件，检测电路采用差分放大，滤波，比较放大，整形的等电路对信号进行采集。 此方法反应速度比较快、选择性好，测量时无需接触检测介质，性能稳定及环境因素影响较少。在纸币识别技术中应用最为普通。一般进行定性检测。用来鉴别纸币的真伪。对采用以印光印记的防伪的纸币，对印光印记可进行定量检测。 磁性识别技术 此类技术主要依托磁敏传感器对纸币的磁性油墨及金属安全线进行动态检测。此类技术发展迅速，应用在金融机具上产生了比较积极的影响。特别是在对钞票进行定性检测时，大部分假币、印刷品等，因印刷技术上的原因，在其中是不会含有磁性物质，用磁敏传感器对其进行测量分析其有无，来鉴别纸币的真伪。此类技术在金融机具上应用相当普通，是鉴伪的有效手段之一。 自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场可作为许多信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息在科研生产和社会生活的各方面得到了广泛应用。各国在纸币的印刷技术之中常以一种磁性油墨来作为一种防伪标志。用它来印刷一些文字或者图文信息。以磁性油墨作为一种信息载体，用相应的磁敏传感器对这些载体进行检测，从而达到纸币的磁性识别。 磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号的传感器，广泛应用于自动控制、信息传递、电磁测量、生物医学等各个领域。磁敏传感器主要用于检测磁场。目前，主要的半导体磁敏传感器：主要有霍尔效应传感器（Hall effect sensor）、半导体磁敏电阻(Semiconductive magneto-resistor)、磁敏二极管(Magnet-diode)、载流子畴磁强计(Carrier domain magenetometer)等。 在纸币磁性识别技术中，我们常采用半导体磁敏传感器。对运动中的纸币做磁场检测，此类传感器性能优良，能检测从10-7 T25T的磁场，有效工作容积小，空间与分辨率和时间分辨率极高。它们的工作频率高，可达1MHz，频率很宽，可检测从恒定磁场到1MHz的磁场，线性度也很好，可达0.1%，且稳定性良好，可靠性高。 利用半导体磁敏传感器，锑化铟（InSb）磁阻传感器进行货币弱磁信号的检测，已取得了成功，例如在磁性油墨鉴伪点钞机中已能很好地鉴别货币的真伪。InSb磁阻传感器是用锑化铟材料制作的半导体磁敏元件，当在该元件的磁敏表面上施加磁通量时，则可使其电阻发生变化。 磁性油墨识别传感器用两只具有上述特性的磁阻元件 RM1，RM2串联而成，然后施加一定的直流工作电压Ue和特定磁场B，当外磁场接近两个磁阻元件之一时，则在该元件上产生磁通增量致使输出电压Urm2发生变化，由于该传感器输出的信号比较微弱，因此设计了低噪声信号处理电路，本电路是用脉冲计数方式获取磁性油墨信号的。该系统由磁敏传感器电桥、低噪声放大器、二阶带通滤波器、信号倍率电路、比较器、自适应比较电平、微机接口和传感器直流恒压电源组成。该电路可以在很大程度上提高信噪比。有源带通滤波器的通频带是根据机器输送钞票的速度和钞票上的磁性油墨图文密度来决定。首先根据工频干扰电源波纹的要求确定该滤波器的低端截止频率，滤波器高频截止频率由机器的点钞速度 和每张钞票上产生的磁脉冲个数决定，所以可采用二阶有源带通滤波器；但对于滤波器通频带内的干扰，靠滤波也是无法解决的。若在滤波器之后增加一级无死区小信号整流电路，即将负半周信号（包括磁信号和干扰信号）都转至正半周，则可获得信号脉冲倍率的效果。由于干扰脉冲数总少于磁性油墨信号脉冲数，且磁性油墨信号均为正负极性，而干扰脉冲多为单极性脉冲，经整流电路倍率后，其差值增大，这样可区分磁性油墨信号和干扰信号，倘若没有倍率电路那就很难区分了。自适应信号电平比较器的比较电平的设置是提取计数磁信号脉冲的关键。比较电平的设置原则是既要高于环境噪声电平，又要尽可能地少损失磁性油墨信号，该系统采用一种根据噪声电平自动确定比较电平的方法。比较电平由微处理器产生的调宽脉冲均值检波产生，其电平幅度正比于调宽脉冲占空比。开机后，由微处理器控制比较电平由高向低变化，同时读入比较器的输出状态。当比较器输出出现翻转时，此时的比较电平即为噪声电平，为了可靠起见，将该电平适当增加一个可靠的系数，并将其确定为比较器的信号比较电平。由此可见，信号比较器电平是随噪声电平变化而变化的，且可以保证不会出现噪声电平高于信号电平的现象。这样也就保证了鉴伪点钞机的工作可靠性。 相对来说，磁性识别对环境要求较高，而且纸币都必须在远的状态中进行检测。外加交流磁场，交、直流电机以及高频信号对其都有一定干扰，因此在使用过程中必须做好屏蔽措施。磁性识别技术由于半导体技术的飞速发展，因此在纸币识别中被广泛运用。在纸币识别技术中占有极其重要的地位。也推动了防伪技术的发展，使各国纸币防伪技术中大部分采用了这种措施。 弱磁编码识别技术 弱磁编码识别技术是基于磁性识别技术上发展起来的一种识别技术。主要也是利用高灵敏度磁敏传感器，在外界磁激励的情况下，对纸币中的磁性纤维，软磁性油墨进行高精度检测和分析，从而达到识别纸币的真伪及磁性纤维中所包含的编码信息。 在近阶段各国发行的纸币中争相采用了一种新的仿伪手段，即在纸币中嵌织了一条磁性纤维条。此磁性纤维条上包含了丰富的信息：如微缩文字、与纸币嵌织等技术。本身纤维条就由特殊的磁性材料制成，上面包含着丰富的信息，而且币种不同信息也各不相同，如同商品业的条形码，机读能力相当强大。有人称之为W信号，也有人称之为钞票密码。 通过高灵敏度磁敏传感器对运动的纸币进行检测，磁性纤维中的信号一般极其微弱，常需要较高放大倍数的放大器，半导体高灵敏度磁敏电阻器在外加强磁场低于30mT时，输出信号和磁场强度是非线性的，且电阻随磁场的变化很少，高于30mT后才线性，且灵敏度很高。用InSb制作的磁敏电阻器在0.19T磁场下，得到的磁灵敏可达3/T。它们常和永久磁体组合起来使用，即加一偏磁结构。在纸币检测中，因为钞票上的磁性防伪标记采用的是软磁材料。需要用一磁源。永久磁体和磁敏电阻器组合，即满足了这种磁需要，又以极高的灵敏度识别出钞票上磁记号的有无和真伪。半导体磁敏传感器通过低噪声放大器、二阶带通滤波器、信号倍率电路、比较器、自适应比较电平、微机接口和传感器直流恒压电源组成测量电路，从获得所需要的电压信号。对信号进行分析处理得出其弱磁编码。此类技术应用极其广泛，纸币面额识别过程中很多借助于它，它实现了各币种由定性检测到定量检测质的转变，使防伪技术又上了一个新的台阶。 红外线（IR）识别技术 此技术主要利用红外线光电传感器检测纸币的特殊油墨的分布及强弱。此项技术发展迅速，应用相当广泛，纸币在印刷过程中应用到了很多特殊油墨，这些油墨对红外线有一定的吸收作用，有的甚至可以吸收大部分。利用这种特性对纸币进行鉴伪识别。在纸币防伪系统中称为红外防伪。特别是在近阶段发行的纸币中，此类技术应用比较多。油墨不同、纸币纸质不同，对红外线的反应各不一致。运用红外线光电传感器检测其差异，并作定性与定量分析。 红外线又称红外辐射，它的一种肉眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体只要它的温度高于绝对零度（-273），就会有红外线向周围空间辐射。 红外线是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大约在0.76mm到100mm的频谱范围之内，相对应的频率大致在4101431017之间。在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，近红外区、中红外区、近红外区和较远红外区。 在纸币红外识别技术中是根据物质的红外吸收特性来进行工作的。许多化学物的分子在红外波段都有吸收带，而且因物质的分子不同，吸收带所在的波长和吸收的强弱也不相同。根据吸收带分布的情况与吸收的强弱，可以识别物质分子的类型，从而得出物质的组成及百分比。由于纸币制造的特殊性，在纸质选择、油墨选择上与一般的印刷都大不相同。利用这种差别来完成纸币的红外识别。 红外识别是利用纸币与油墨的混合物。对于880mm的红外辐射有强烈的吸收特性而进行测量分析的。它主要用来分析油墨的浓度与纸币的差别。以红外发光管发射红外线作为它的光源，以受器件红外传感器作为接受元件。红外传感器主要选用量子型红外线传感器。此类传感器又分为光导电型和光电动势型：光导典型红外线传感器是利用红外线照射时，阻抗减少的光导电的元件，典型的元件材料有pbs、pbse、hgcdte等；光电动势型是在GE、INSB、INGQAS、HGCDTE等半导体基础上形成PN结。红外线照射会产生光电动势力，检测电路采用交流放大电路，可控衰减，后级放大，电子开关、积分、差分放大等完成测量，并将测量数据整形送到微处理器进行相关处理。此识别技术的特点是检测灵敏度高、反应速度快。无需与被测物体接触，测量距离可近可远，可测量小面积的目标或定点测量。 3D识别技术： 3D识别技术主要利用位置传感器对纸币做幅度检测，在面额识别，纸币的连张、重张、残张及破损情况进行鉴别。此项技术已在其它许多设备中运用。如传真机、打印机、复印机中用到。技术已相当成熟，在金融机具中运用也是最早，如点钞机计数，连、重张的识别等。但在纸币识别运用中还不是很充分，其发展前景非常广阔，对残钞、粘连、面额识别等意义重大。 3D识别也是基于半导体光电器件上建立起来的一种识别技术、以光敏器件组成点阵对纸币进行全方位的检测。如纸币的长度、宽度、厚度等参数进行测量，此类技术发展得相当成熟。主要利用光电器件的光电效应，将光量的变化转为电量。在计数、幅度识别、位置检测应用上比较多，是纸币识别中的一种基本识别。 激光识别技术： 此技术主要利用激光及激光传感器对纸币进行检测。一是利用激光对特殊油墨进行检测。二是利用激光对凸版、雕刻印刷进行检测。各国在印刷纸币过程中因考虑其安全性。常常使用了很多特殊的印刷技术，如凸版、雕刻印刷就是其中一种。利用凸板 雕刻印刷在纸币上会所产生许多凹凸不平的纹路等等。利用激光对其特性进行检测。如同激光器对光盘等的读写技术一样。对雕刻印刷的信息进行采样分析。此项技术在纸币识别运用上还属初级阶段。有待进一步的研究及开发利用。自1960年激光问世以来，虽然历史不长，但其发展速度很快，激光技术已经成为近代最重要的科学技术之一。并已广泛应用于为业生产，国防军事、医学卫生和非电量测量等各方面。激光具有方向性强，单色性好相干性好等优点、激光器按其增益介质可分为：固体激光器、液体激光器、气体激光器和半导体激光器。激光技术用于检测是利用它的优异特性，将它作为光源，配合光电元件来实现的。它具有测量精度高、范围大、检测时间短及非接触等优点。主要用来测量长度、位移 、速度、振动的等参数。如激光精加机械加工激光通信激光音响、激光武器和激光检测等。 激光在纸币识别检测运用中还是在近代才发展起来，主要基于激光对数据光盘的读写技术等应用的基础上建立起来。纸币的雕刻印刷产生多凹凸不平的纹路，而且手感很强，并有一定规律，由于激光是理想的光源，使激光测量能够达到非常精密的程度，对纸币的识别如同对光盘的读写。利用激光作为光源，以光电无件进行测量。由于在大部分印刷品、纸质用品都无采用凸版、雕刻印刷技术。无法与货币一样产生凹凸不平这一特性。因此对其特性进行信号进行采集、分析可得出其真伪，从而达到识别目的。 色敏识别技术 物体对光的吸收是产生颜色的主要原因，有颜色的物体本身不是光源，它们只能将入射光选择的吸收或反射，使透射光或反射光带有色彩。根据这一原理，人们制造出了色敏传感器。于是我们可将用彩色油墨印刷的纸币进行检测。在各国的纸币设计中，大部分都采用特殊配置的油墨，不同的配置所产生的颜色效果和其它特性是不同的。利用色敏传感器的特性，对其中的色彩信息要素加以采集，经信号处理电路，转换为系统所需信号，从而对纸币进行识别。 其识别原理大致是：通过系统设定光源的发光大小，调整色敏传感器的工作点，进行颜色测定时，须对信号采集电路的信号输出大小进行计算，得出被测纸币的颜色值，把所测的颜色值同系统存储中的颜色值进行比较，得出它们之间的相关值，确定所测颜色，如果出现不符合系统中存储值得范围，系统则显示报警，同时提交执行进构对其处理。 其实现检测过程如下构图： 本识别模块适用于速度快、要求精密场合，若采用以单片机为主，结构简单的硬件电路和合理可靠的软件，使工作更加可靠。将会在ATM中得到良好和广泛的应用。 钞票号码（OCR）识别技术： 以前的存款机芯在银行结帐时，发现存入的钞票有假钞，基本上不知道是那个客户存入的，银行只能认做损失。而当采用此项技术后，可在客户存入钞票时打印出存入的钞票号码，这样，根据银行系统数据库和监控系统，就可知到该客户的资料（帐号、开户姓名、身份等），再采取相应措施，从而提高存款机芯的安全性。据了解，欧洲央行要求今后的存款机芯必须有此功能。 号码识别技术的核心就是OCR技术（optical character recognition） 即光学字符识别)是图形识别技术的一种。要谈OCR的发展，早在60、70年代，世界各国就开始有OCR的研究，而研究的初期，多以文字的识别方法研究为主，且识别的文字仅为0至9的数字。以同样拥有方块文字的日本为例，1960年左右开始研究OCR的基本识别理论，初期以数字为对象，直至1965至1970年之间开始有一些简单的产品。而如今就得到了更广泛的应用，特别是在中文汉字的识别上。其基本原理是将被识别的物体通过CCD器件转换为电信号，进A/D转换为数字信号传给计算机系统，计算机系统对接受的字符图像进行识别。对于这些，我们完全可将此技术用于对存款机芯的钞票号码处理上面。 钞票号码识别其处理过程可分为影像输入、影像前处理、文字特征提取、对比数据库。影像输入后，经前处理，分离出所需号码，然后对提取的号码特征进行提取，对比数据库，将正确的号码信息送入系统，并请求处理器发出打印指令，开始打印钞票上的号码数字字符。因为钞票上的号码数字比较规则，所以在处理过程中的速度就比较快，并且准确度很高。但对号码经严重污染过的纸币号码则不能提取其特征，使系统无法识别，我们可用ATM机的其他功能予以剔除。 影像前处理是OCR系统中，须解决问题最多的一个模块，从得到一个不是黑就是白的二值化影像，或灰阶、彩色的影像，到独立出一个个的文字影像的过程，都属于影像前处理。包含了影像正规化、去除噪声、影像矫正等的影像处理，及图文分析、文字行与字分离的文件前处理。在影像处理方面，在学理及技术方面都已达成熟阶段，因此在市面或网站上有不少可用的链接库。从以上可以看出，我们可以开发出适合ATM机的钞票号码识别模块，当然包括软件。 此技术已广泛应用于邮局的邮件分拣中，对用于存款机芯，也不该有很大困难。 其主要工作原理框图如： 图像识别技术： 图像识别技术在当今是非常热门技术之一，在很多领域得到了应用。例如：指纹的鉴别、商品条码识别、信封邮编的识别、电脑手写汉字的输入识别等等。我们也可将此项技术运用于银行、金融业的人民币的识别，特别是运用于ATM机上。可以对钞票面额判断、真伪鉴别、质量检测（表面污染、残缺） 图像识别主要利用信号采集设备对被检测物进行信号采集，并对其作相应的处理及边