基于FPGA的人民币冠字识别系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的人民币冠字识别系统，主要解决现有技术集成度低和速度慢的问题，其包括上、下两个图像传感器(1)、两路A/D转换器(2)、FPGA单元(3)、两路驱动器(4)、SDRAM存储器(5)、FPGA外扩的USB接口(6)以及FPGA外扩的网络接口(7)；FPGA检测到电机转动时通过驱动器打开图像传感器的光源，图像传感器输出的模拟图像信号经过A/D转换后送给FPGA，FPGA完成对人民币图像的数据采集、冠字图像搜索、冠字图像识别，并将识别结果输出给外部设备。本发明专利技术使用FPGA单元作为主处理器，硬件结构简单，处理速度快，可用于A类点钞机及人民币清分机。

RMB crown word recognition system based on FPGA

The invention discloses a RMB crown word recognition system based on FPGA, mainly solves the problem of slow and low integration rate, which includes two image sensors (1), two A/D converter (2), FPGA (3), two drive unit (4), SDRAM memory (5), USB interface extended FPGA (6) and extended FPGA network interface (7); FPGA is detected when the motor rotation drive through the open source image sensor, image sensor output analog image signal after A/D conversion to FPGA, FPGA to complete the RMB image data acquisition, crown word image crown word search, image recognition, and the recognition result is output to an external device. The FPGA unit is used as the main processor, the hardware structure is simple, the processing speed is fast, and the utility model can be used for class a banknote counting machine and the RMB sorter.

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的人民币冠字识别系统
本专利技术属于数字处理
，具体是一种基于FPGA的人民币冠字号码识别系统，可用于A类点钞机及人民币清分机。技术背景人民币的冠号和数字编号是用来记录人民币发行序列的，由于冠字号码具有唯一性，因此在人民币出入库时记录每张人民币的号码，建立币码档案，可以使金融部门等有效跟踪人民币在社会的流通情况，并进行有效监管，从而有利于解决类似抢劫运钞车、洗钱等重大社会问题。按照国家标准要求，银行等金融行业必须配备具有冠字号码提取、识别功能的A类点钞机。我国冠字号码提取及识别技术起步较晚。但最近几年发展迅速。其中大多数是基于接触式图像传感器的图像采集和冠字码识别系统。识别系统基本上基于DSP或者专用处理芯片的冠字识别方案，这些方法基本能满足当前的识别要求，但是这些系统或识别速度较低，或系统集成度较差，不利于设备的小型化和高集成度的要求。成都术有科技有限公司在其申请专利“基于DSP的高速人民币冠字号码提取及识别系统”(公开号CN103729934A，申请号CN201410004812.3)中公开了一种基于FPGA+DSP的系统架构，这种系统架构方法使用FPGA完成图像采集，使用DSP作为主处理器完成图像处理和图像识别的相关工作。由于DSP只能串行完成数据处理，因此在处理速度上具有天然的劣势。宁波术有科技有限公司在其申请专利“一种高速人民币冠字号码识别系统及其实现方法”(公开号CN104103119A，申请号CN201410313854.5)公开了采用USB3.0控制芯片+FPGA的系统架构，这种架构方法使用FPGA完成图像采集和冠字号码定位，使用USB3.0控制芯片固化代码完成图像识别工作。这种系统架构方法使用USB3.0芯片完成高速图像处理和计算工作，相对于以DSP为主的处理方案是一个革新。缺点在于使用USB3.0芯片对设备接口做个严格限定，只能适用于USB接口的应用场合，并且系统的集成度不高，可扩展性差。技术方案本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的人民币冠字识别系统，主要解决现有的人民币冠字号码提取及识别系统存在系统集成度低、成本高、处理速度慢的问题。为实现上述目的，本专利技术基于FPGA的人民币冠字识别系统，包括上、下两个图像传感器、两路A/D转换器、FPGA单元、两路驱动器、SDRAM存储器、FPGA外扩的USB接口以及FPGA外扩的网络接口，图像传感器为接触式图像传感器，A/D转换器将图像传感器的模拟信号转为数字信号，驱动器控制图像传感器的光源，其特征在于：FPGA单元包括：控制模块：用于控制驱动器的打开或者关闭；图像采集模块：其与A/D转换器相连，用于完成数字图像的采集；SDRAM接口模块：用于实现SDRAM接口控制逻辑，将图像采集模块采集的图像存入SDRAM存储器中，响应冠字图像提取模块给出的读取命令，将人民币图像中的冠字图像从SDRAM存储器中读出，送给冠字图像识别模块进行冠字识别；冠字图像搜索模块：用于完成对冠字图像区域位置的判断，并通过人民币图像边缘信息计算人民币图像的旋转角度；冠字图像提取模块：用于将冠字图像搜索模块得出的图像位置和角度信息转换为SDRAM的地址送给SDRAM接口模块，SDRAM接口模块读取相应地址的图像送给冠字图像识别模块；冠字图像识别模块：用于完成冠字图像的识别工作，即先对冠字图像进行二值化操作，再根据字符的边界信息进行字符分割，并对分割完毕后的图像进行模板比对，完成对冠字图像的识别；片上处理器模块：用于将冠字图像识别模块识别出的冠字号码通过USB接口和网络接口发送给外部设备。进一步，所述冠字图像搜索模块包括：人民币图像二值化子模块，用于将输入人民币图像转为二值化图像输出；进钞方向判断子模块，用于判断人民币的进钞方向，即判断人民币是正向进钞还是反向进钞，并将判断结果送给冠字图像位置计算子模块；正反图像判断子模块，用于判断人民币正面图像是由上方图像传感器得到还是下方图像传感器得到，并将判断结果送给冠字图像位置计算子模块；进钞角度计算子模块，用于计算人民币图像的旋转角度，并将计算结果送给冠字图像位置计算子模块；冠字图像位置计算子模块，用于根据进钞方向信息、正反图像信息以及进钞角度，计算冠字图像在整张人民币图像中所在的位置。进一步，所述冠字图像识别模块包括：冠字图像二值化子模块，用于使用最大类间方差算法对冠字图像进行二值化，并将二值化后的图像送给冠字图像分割子模块；冠字图像分割子模块，用于对二值化图像进行分割，并将分割后的图像送给冠字图像识别子模块；冠字图像识别子模块，用于使用模板比对算法对分割后的冠字图像进行识别。本专利技术与现有技术相比具有以下收益与效果：(1)结构简单已有专利技术在硬件电路上采用FPGA+DSP或者FPGA+外部处理器的设计方案，本专利技术硬件电路只使用FPGA完成设计目标，硬件结构简单，有效节省单板面积；(2)处理速度快本专利技术使用FPGA完成图像识别工作，与其他专利技术使用DSP或其他处理器完成图像识别工作相比，由于FPGA采用流水线技术和并行处理技术，因此提高了图像识别的速度。附图说明图1为本专利技术系统的结构框图。图2为本专利技术中的FPGA单元框图。图3为本专利技术的FPGA单元中冠字图像搜索模块框图。图4为本专利技术的FPGA单元中冠字图像识别模块框图。图5为本专利技术中对二值化后冠字图像按列求和的序列图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。参照图1，本专利技术所述系统包括：图像传感器1、A/D转换器2、FPGA单元3、驱动器4、SDRAM存储器5、FPGA外扩的USB接口6以及FPGA外扩的网络接口7。A/D转换器2用于将图像传感器1的模拟信号转为数字信号，驱动器4用于控制图像传感器1的光源。FPGA3用于检测电机转动信号，当检测到电机转动时打开控制器4，然后完成人民币图像数据采集、人民币图像中的冠字图像搜索，并将人民币图像数据存入SDRAM存储器5中，再从SDRAM存储器5中取出冠字图像，完成冠字图像识别工作，通过USB口和网络接口发送出识别结果给外部设备。其中图像传感器1为接触式图像传感器，分为上图像传感器11下图像传感器12；A/D转换器2分为第一A/D转换器21和第二A/D转换器22，驱动器4分为第一驱动器41和第二驱动器42。当电机转动时，FPGA3控制驱动器4打开图像传感器1的光源，其中第一控制器41负责控制上图像传感器11的光源，第二控制器42负责控制下图像传感器12的光源。上图像传感器11和下图像传感器12分别采集人民币两个表面的图像信息，进行光电转换后转换为模拟电信号输出给A/D转换器2，其中上图像传感器11将模拟信号输出给第一A/D转换器21，下图像传感器12将图像输出给第二A/D转换器22。A/D转换器进行模数转换后得到上下两面人民币数字图像信号输出给FPGA3，FPGA3完成上下两面人民币数字图像采集，将上下两面人民币数字图像同时存入SDRAM存储器5，同时对人民币的两面图像进行正反信息、进钞方向信息判断以及进钞角度计算，综合后得到冠字图像在人民币图像中的位置。然后从SDRAM存储器5中取出冠字图像进行冠字图像识别操作，最后将识别的结果通过USB接口6和网络接口7发送给外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的人民币冠字识别系统，包括:上、下两个图像传感器(1)、两路A/D转换器(2)、FPGA单元(3)、两路驱动器(4)、SDRAM存储器(5)、FPGA外扩的USB接口(6)以及FPGA外扩的网络接口(7)，图像传感器为接触式图像传感器，A/D转换器(2)将图像传感器(1)的模拟信号转为数字信号，驱动器(4)控制图像传感器(1)的光源，其特征在于：FPGA单元(3)包括：控制模块(31)：用于控制驱动器(4)的打开或者关闭；图像采集模块(32)：其与A/D转换器相连，用于完成数字图像的采集；SDRAM接口模块(33)：用于实现SDRAM接口控制逻辑，将图像采集模块(32)采集的图像存入SDRAM存储器(5)中，响应冠字图像提取模块(35)给出的读取命令，将人民币图像中的冠字图像从SDRAM中读出，送给冠字识别模块(36)进行冠字识别；冠字图像搜索模块(34)：用于完成对冠字图像区域位置的判断，并通过人民币图像边缘信息计算人民币图像的旋转角度；冠字图像提取模块(35)：用于将冠字图像搜索模块得出的图像位置和角度信息转换为SDRAM的地址送给SDRAM接口模块，SDRAM接口模块读取相应地址的冠字图像送给冠字图像识别模块(36)；冠字图像识别模块(36)：用于完成冠字图像的识别工作，即先对冠字图像进行二值化操作，再根据冠字子图的边缘信息进行冠字图像分割，最后对分割出的冠字子图使用模板匹配的方式进行识别；片上处理器模块(37)：用于将冠字图像识别模块(36)识别出的冠字号码通过USB接口(6)和网络接口(7)发送给外部设备。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的人民币冠字识别系统，包括:上、下两个图像传感器(1)、两路A/D转换器(2)、FPGA单元(3)、两路驱动器(4)、SDRAM存储器(5)、FPGA外扩的USB接口(6)以及FPGA外扩的网络接口(7)，图像传感器为接触式图像传感器，A/D转换器(2)将图像传感器(1)的模拟信号转为数字信号，驱动器(4)控制图像传感器(1)的光源，其特征在于：FPGA单元(3)包括：控制模块(31)：用于控制驱动器(4)的打开或者关闭；图像采集模块(32)：其与A/D转换器相连，用于完成数字图像的采集；SDRAM接口模块(33)：用于实现SDRAM接口控制逻辑，将图像采集模块(32)采集的图像存入SDRAM存储器(5)中，响应冠字图像提取模块(35)给出的读取命令，将人民币图像中的冠字图像从SDRAM中读出，送给冠字识别模块(36)进行冠字识别；冠字图像搜索模块(34)：用于完成对冠字图像区域位置的判断，并通过人民币图像边缘信息计算人民币图像的旋转角度；冠字图像提取模块(35)：用于将冠字图像搜索模块得出的图像位置和角度信息转换为SDRAM的地址送给SDRAM接口模块，SDRAM接口模块读取相应地址的冠字图像送给冠字图像识别模块(36)；冠字图像识别模块(36)：用于完成冠字图像的识别工作，即先对冠字图像进行二值化操作，再根据冠字子图的边缘信息进行冠字图像分割，最后对分割出的冠字子图使用模板匹配的方式进行识别；片上处理器模块(37)：用于将冠字图像识别模块(36)识别出的冠字号码通过USB接口(6)和网络接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崇剑，杨克虎，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61