一种基于特征结构的纸币号码识别方法

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1、 辽 宁 科 技 大 学 学 报 第3 6 卷 Y ij = ( 1 ) 其中： A 为滤波时所选用的 模板； 为二维的数据序列。 1 2 双线性插值放大法 C I S 图像传感器进行图像采集时根据纸币图像的真实大小进行拍摄采集， 字符很小， 不利于后续的分 割和识别等操作， 因此需要对其进行放大处理。 常用的3 种图像放大方法比较可知， 最近邻插值法容易理解， 处理速度最快， 但是放大后图像的边缘 会出现明显的块状； 双立方插值法计算过于复杂， 满足不了号码识别系统实时性的要求； 双线性差值的放 大效果比最近邻插值法好， 运行速度比双立方插值快。因此， 本文选用双线性插值法实现图像的固定3

2、倍 放大操作。基本思想是： 在输入图像中大小为2 x 2 的邻域内进行采样， 对待求点邻域内4 4 - 像素点的灰度 值分别在竖直方向和水平方向上进行差值运算 。 l _ 3 图像二值化 对纸币图像进行二值化的目的是寻找适当的方法将灰度图像转化为黑白二值图像。在研究中， 号码 线条用黑色像素表示， 背景用白色像素表示。 在进行分割处理时， 一般通过确定阈值化进行图像的二值化。采用阈值法分割， 认为前景区域或背 景区域内邻近位置像素点值是近似的， 不同前景区域或背景区域的像素值差距很大， 表现为不同的目标 和背景对应灰度直方图上不同的峰。为了将各个峰分开， 选择位于峰谷处的灰度值作为分割阈值 。

3、对 只包含 目标区域和背景区域的图像， 其直方图并不一定呈现出双峰的形式。当图像中的背景面积远远大 于目标区域面积时， 直方图的目标峰会被背景峰的缓坡所覆盖， 直方图总体呈现单峰形式。纸币号码图 像就属于这种情况 ， 因此选用迭代法进行二值化处理。 分别求出图像中的最大灰度值z 和最小灰度值 z 则初始阈 值为： r o = ( z + Z i ) 2 。迭代公式为 踟 ( 2 ) 式中： 为灰度级个数； h 表示灰度值为k 的像素个数。重复迭代步骤， 直到I + 1 一 l 1 ， 迭代结束。 此时的 + 。 即为所求的分割阈值。图2 为二值化处理后的图像。 z 5 9 4 3 8 9 2

4、a l 璺 I 2一I僵 豳 像 Fi g 2 Bi n a r y i ma g e 1 4 字符定位 将灰度图像转化为二值图像后 ， 需要对得到的二值图像进行字符定位。字符定位是将单个字符信息 从整个字符图像中分离出来， 并且保留原字符的全部信息作为后续识别工作的数据源n 。水平定位确定 了整个字符区域在竖直方向的位置后， 还需要在已经确定的区域内对图像进行列扫描， 确定每个字符块 的左右边界。 ( 1 ) 水平初 步定位。 自上而下 ， 计算号码 图像每一行黑色像素点的个数 ， 并将其记录在 l p r o j e c t io n 数 组中。其中， l p r o j e c t i

5、o n 叼数元表示第i 行的黑色像素累加值( 0 9 6 ) 。统计数组中所有lp r o j e c t i o n 一 “ 一 第4 期 冯鑫 ， 等 ： 一种基 于特征结构的纸 币号码识别方法 的值 ， 如果存在数元l p r o j e c t io n 叼1 0 ， 且I p r o j e c t i o n 一l J l 0 ， 则预设第 i 行为字符顶部起始行。继续统 计， 当遇到某一行 ， lp r o j e c t i o n 4 1 0 时， 预设置第 行为号码字符下边缘。计算 i 的值， 如果 3 0 则判断 ， 分别为字符的上下边界； 否则 ， 说明该区域为噪声区域

6、， 弃掉， 继续向下统计， 直到找到正确 的边界。 ( 2 ) 垂直定位。从字符图像左边界开始逐列向右扫描， 求出每一坐标列上黑色像素点的个数， 并将其 记录在V p r o j e c t i o n 数组中。其中， V p r o j e c t i o n 叼数元表示第 i 列的黑色像点的个数 ( 0 i 4 3 2 ) 。 对于某一列 i ， 如果v p r o j e c t i o n 闻I 3 ， 且v p r o j e c t i o n 一 1 3 ， 且v p r o j e c t i o n +1 15 0， 则认为该区域内包 含两个以上字符 ， 需要再一次划分。0

7、一 b 3 则可判断此区间内像素为噪声点， 将其舍去。 ( 3 ) 精确定位。经过列扫描之后， 字符的左右边界已基本确定， 但是上下边界还不是十分精确， 需要 在左右边界范围内进行从上到下的行扫描， 以确定精确的上下边界。图3 为字符定位结果。 Z 5 一：7 9 1 4 0 9 2 8 图3字符定位结果 Ch a r a c t e r p o s i t i o n i n g r e s ul t s 人民币号码一共由l 0 个字符组成。其中， 两个为大写的英文字母A z ( 没有V ) ， 另外的8 个为阿拉伯 数字0 9 。2 0 1 0 年前发行的纸币号码的前两位为英文字母 ， 后

8、8 位是数字。随着纸币发行量的增多， 纸 币号码增加了l 和3 位字母以及第2 位和4 8 位数字。根据对市场上流通纸币的调查， 号码第3 位为字母 的纸币主要是1 元和1 0 0 元； 1 0 ， 2 0 ， 5 0 元面值的纸币号码中字母均出现在前两位。 本文算法识别涉及到的字符基本特征主要包括 ： 航程( 包括上下左右航程) 、 长竖、 中竖、 交点、 穿越号 码体次数( 水平和垂直) 等。 如果某一列上有效像素点个数为3 0 5 0 个时， 将该列的笔画定为长竖； 有效像素点个数为 l 0 2 9 个 时， 定为中竖； 有效像素点个数为2 9 个时， 定为交点。首先， 根据长竖、 中竖

9、、 短竖、 上交点、 下交点、 双交 点等笔画特征对字符进行第一次分类 ； 之后， 通过对航程、 穿越号码体次数等特征的观察和提取 ， 将同一 类别中的字符继续划分， 直到识别出具体字符。 以上交点为例， 其算法： 用 i 表示字符图像的横坐标， 表示字符图像的纵坐标； 用Wi d t h 表示字符图 像的宽度， H i g h 表示字符图像的高度。从左至右， 逐列对待识别字符进行扫描， 统计有效像素点个数， 并 将其记录在fi r s t r e c 数组中。其中， 数元fi r s t r e c 阴表示第 列有效像素点的个数。用t h r o u g h 记录穿越号 码体的次数， 当扫描

10、到第 列时， 纵坐标 i 从 1 H i 曲逐渐向下移动， 当某一行的像素从0 跳变到l ， 再从 1 跳 变到0 ， 就认为列扫描线穿越号码体一次， 记下穿越开始和结束时的纵坐标值 i 。 和 ： ， t hro u g h + + 。扫描完 成后， 若同时满足条件： ( 1 ) t h r o u g h = l ； ( 2 ) fi r s t r e c 3 9 a n d fi r s tr e c 4 9 a n d fi r s t r e c 5 9 ； ( 3 ) 其穿越 结束时的纵坐标值 i 满足 i 2 Wi d t h ， 则可判断该字符笔画特征为上交点 ， 为T ，

11、Y， 7 ， 9 中的一个。对字 符中部进行垂直扫描， 出现3 个交点的为9 ； 对字符上半部分进行水平扫描， 2 个交点为Y； 1 个交点为T 或 7 。对于7 和T 分支， 将字符分成上下两部分， 通过对字符区域上半部分的左右航程面积的差值来识别： 7 的上半部分左侧明显比右侧空白区域大， 而T 则几乎相同。图4 为上交点类字符的树形分类图o - 对于字 形相近和容易混淆的字符， 可根据其细节特征加以区别。例如， O和Q， 可以通过Q右下角的短撇来识别。 3 g F 法 算 剔 识 2 3 8 8 辽 宁 科 技 大 学 学 报 第3 6 卷 上 部横 图4 上交点类字符树形分类圈 F i

12、 g 4 Cl a s s i fic a t i o n c h a r t o f u p c r o s s o v e r p oi n t 个交 点 3 实验结果 在P C机上， 通过MA T L A B 界面编程可以实现对本文算法的仿真实验。以1 0 0 幅样币图像为例， 对纸 币号码做了识别测试， 识别率达到9 5 以上。实验证明， 基于字符结构特征的识别算法对于形态相似的 字符具有较好的识别效果， 与传统的模板匹配的识别方法相比计算量大大降低， 同时通过对字符笔画、 航 程、 穿越次数等特征分析， 减小了字符的倾斜、 形变等情况的干扰， 保证了识别的准确率。 实验识别过程中出现

13、的错误主要集中在受到严重污损的图像上。实际上， 受到严重污染的纸币回笼 到银行后会被新的钞票替换掉， 保证市场上所流通的纸币其号码基本上比较清晰。因此， 本文采用的识 别算法满足金融 自 助系统要求， 具有较高的应用价值。 参 考 文 献 ： 1 周翟和 纸 币 读入识剐系统的研究和实现 D 南京： 南京航空航天大学自 动化学院， 2 0 0 2 ： I - 6 7 2 张庆峰 基于D S P 的纸币号码识别系统的研究 D 哈尔滨： 哈尔滨工业大学航天学院， 2 0 0 3 ： 1 - 4 7 3 郑传琴基于D S P 的纸币号码识别系统 D 沈阳： 沈阳工业大学信息学院， 2 0 0 5 ：

14、 1 - 6 3 4 李亮， 丁万山 基于A R M的纸币号码识别系统 J 电子测量技术， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 1 0 ) ： 6 8 7 2 5 王益艳 ， 王暄 基于2 级噪声检测的改进中值滤波算法E J 计算机工程与设计， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 2 8 4 1 2 8 4 3 6 王英， 曾光宇 图像去噪算法研究 J 电脑与信息技术， 2 0 1 1 ， 1 9 ( 4 ) ： 8 - 1 2 7 R A F A E L CG， R I C H A R DE W， S T E V E NL E D i g i m l i m a g e p r o

15、c e s s i n g u s i n g MA T L A B M 北京： 电子工业出 版社， 2 0 0 5 ： 5 2 8 秦襄培MA T L A B图像处理与界面编程宝典 M 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 9 ： 2 5 6 - 2 5 8 9 苑玮琪 ， 张昱 纸币号码识别中分割方法的研究 J 计算机测量与控制， 2 0 0 5 ， 1 3 ( 8 ) ： 8 2 7 - 8 2 9 I O 于云龙 基于DS P的纸币号码采集及识别系统的研究与实现 D 大连： 大连理工大学机械 工程学院， 2 0 0 6 ： 4 8 S t u d y o n r e c o g n i t i o n me t h o d o f p a p e r c u r r e n c y n u mb e r s b a s e d o n c h a r a c t e r i s t i c s t r u c t u r e F E N G X i n ， Q i n g h o n g ( S c h o o l o f E l e c