基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统

庄冬梅（惠州学院计算机科学系，惠州　516007）

基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统

庄冬梅
（惠州学院计算机科学系，惠州516007）

0　引言

随着全球经济一体的快速发展，洗钱活动、假钞的流通严重影响我国经济秩序［1］。洗钱活动破坏了金融管理秩序，毒化了市场环境；假钞流入市场，损害了以现金交易为主的广大农村、城市人们的权益。因此，反洗钱、打击制造假钞是稳定当前经济体制的重要手段。

目前国内在反洗钱、打击制造假钞方面存在以下问题：（1）我国金融业在制定反洗钱制度上存在不足；（2）相关的金融法制建设不完善，缺乏法律保障；（3）反假宣传存在局限性，反假钞机制不足；（4）现行反假钞的技术设备存在缺陷，犯罪分子制贩假钞的手段不断更新［2］。

针对上述问题，本文提出设计一个基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统。该系统能捕捉每张钞票的编号与钞票流入的时间、地点、经手人等信息匹配，进而分析钞票的流向，既能满足金融机构掌握客户资金交易特点的需求，又能为银行洗钱案件的侦查和追踪提供有力的线索。同时，该系统能记录下每张钞票的信息及经手人，从而能在发现假钞时，查出此张钞票的来源，直接从根部防止假钞的传播。

1　系统概述

基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统主要包括以下四部分：验钞机系统、信息提取与分析系统、引擎服务器、信息管理与搜索系统，如图1所示。该系统的前三部分可以以集群方式运作，第四部分以分布式实现于系统客户端。

图1　系统组成

在现金通过验钞机时，验钞机的摄像头会对钞票进行拍照，然后通过网络连接把多个摄像机设备所传送过来的数据进行实时地处理，例如对钞票照片进行定位和分割，识别出钞票的编码，采集该钞票出现的单位、日期和经手人等相关信息，最后把得到的数据传输到大型数据库内。通过对交易时发生的钞票流入流出的时间、地点、数量和交易人等要素进行标签，从而分析、跟踪钞票的流向。工作人员可根据流入流出方的财务现状和资金用途等情况，分析大额资金流动是否属于洗钱行为；通过对钞票信息的比对，从而辨别钞票是否为假钞。

1.1验钞机系统

本系统中的验钞机系统具备鉴别真伪、录码和网络监控等功能。鉴伪功能主要通过安全线磁编码、磁性、光学特性检测、三线防伪等手段实现。录码功能主要通过验钞机上设定的摄像头来采集代码，并对代码进行记录，然后与各联网银行的网络数据库中纸币代码进行校对，从而辨别是否有假钞。网络监控主要是对失窃、抢劫之后的货币消费进行跟踪，公布货币的代码，并通知各个银行与消费场所同时进行联网监控，及时捉拿罪犯。

1.2信息提取与分析系统

本系统中的信息提取与分析系统主要采用高速摄像帧的图像识别技术［3］。高速摄像帧的图像识别技术主要体现在“三高”，高速摄像，高速识别，高速处理。

高速摄像，利用两台摄像机同时进行摄像，摄像机的频率快过于钞票在钞票计数器上的频率，使每一张钞票都能拍摄两次，正面一次，方面一次；高速识别，快速识别钞票的正反两面；高速处理，以最快的速度将钞票的信息存储起来，并将其编码标签。利用高速摄像帧的图像识别技术，保证钞票编码的识别功能，实现了摄像机与验钞机的结合，为钞票管理提供了先进的手段。

1.3引擎服务器

通过本系统的钞票都将会被捕捉并存储其信息至数据库当中。引擎服务器通过统一数据管理、分级存储、存储优化等技术有效的解决海量数据存储难题。每位产品用户皆可通过Internet访问数据库，从中获取所需钞票信息。进而通过本系统，可以了解现金流向，分析经济运行状况，作为各项金融政策的数据支持。

1.4信息管理与搜索系统

本系统中的信息管理与搜索系统主要实现对海量数据的处理。利用编码识别技术将钞票中的编码信息提取出来并将其存储起来，进行统一管理；利用标签搜索技术查询钞票的交易人及其交易地点的信息，实现钞票流向的跟踪。

2　关键技术及实现

本系统将利用小波分解提取边缘信息，再利用形态学算法对高频信息进行处理以方便轮廓提取算法提取钞票码最小闭包，进而定位出钞票码位置，分割算法针对其字符数目固定的特点，直接进行分割。

2.1钞票编码区域的小波定位

利用OpenCV技术读取图片，如图2所示，截取左半部分区域（有字符的区域），如图3所示，再对截取的区域进行判断，若宽度大于250则进行缩放，否则不变，目的是减少后续步骤的工作量［4］。

进行一级小波变换，由于此变换会改变原图像，为避免以后对原图像的操作，对原图像的一个副本进行小波变换。

2.2小波变换方法

首先，检测图像的宽度和高度是否为偶数，是则进入下一步，否则对高度和宽度进行变换：宽度＝（int（宽度/2）+1）×2，高度＝（int（高度/2）+1）×2；然后，检测图像的通道数，对每一通道的图像进行下面的处理；最后，将图像按照列号的奇偶分成两半（奇偶分解），左边是列号为奇数的，右边是列号为偶数的。注意：为使奇偶数与常规的理解相同，此处矩阵下标从1开始标记而不是从0开始标记，如图4所示。

根据上述方法，可分解为两个图，如图5、图6所示。

2.3图像变频处理方法

对分解的两部分图像进行提升变换，使其中之一保留低频分量另一个保留高频分量。相当于对如上的A和B的每个元素分别进行处理，处理方式如下，此处矩阵下标从1开始标记：

图4　矩阵图

图5　分解后矩阵图（a）

图6　分解后矩阵图（b）

2.4代码字符分解

对进行奇偶分解的图像再进行垂直分解，按照行号分解成上下两部分，其中奇数行号的在上部，偶数行号的在下部。对分解的两部分进行提升变换，具体步骤与水平分解相同，为方便运算也可将分解后的图像矩阵进行转置后进行水平分解步骤的处理方式，最后再转置回来即可。由于A、B也被同时分解成上下两部分，进而原图像被分成四个部分［5］。其中左上角为低频成分，其他三部分对应高频成分，如图7所示。

方法对分解后所得四部分分别进行灰度化并用Canny算子进行运算使之成为二值矩阵。然后对左下角部分进行模板的膨胀运算，对右上角部分进行［0 0 0 1 0 0 0］模板的膨胀运算，同时对这两部分进行形态学的闭运算，模板为3行3列元素全为1的矩阵［6］。最后对这两部分的结果求交集，如图8所示。

图7　钞票编码分解结果

图8　求交集结果

2.5代码字符轮蹲分析

利用cvFindContours函数对交集求轮廓，同时结合小波变换之前的图像大小进行字符区域判断，如果轮廓外接矩形的宽高比在［12，15］之间，且外接矩形面积不小于交集图像的1/150，则判断该矩形区域为字符区域［7］。由于交集图像大小相当于小波变换后图像的1/4，所以对于这个矩形区域，在还原到原小波变换前图像的区域时，各个参数包括起始坐标和宽度高度都要增大2倍，如图9所示。

图9　返回到原小波变换前图像的定位结果

对定位的图像进行分割，由于数字数目为10个，故按照宽度均分10份进行分割，如图10所示。

图10　分割结果

3　结语

本文设计实现的基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统，经试用推广后，反映效果良好，既能满足金融机构掌握客户资金交易特点的需求，又能为银行洗钱案件的侦查和追踪提供有力的线索，还能有效打击假钞传播活动，有很高的利用价值。

［1］刘苏漫.构建我国完整的反洗钱体系刻不容缓［N］.检查日报，2010.1.11.

［2］赵贺明.我国银行业反洗钱存在的问题及对策研究［D］.新疆财经大学，2009：9-13.

［3］金曦，张健，邵妍.基于数字图像处理的人民币纸币面值识别［J］.黑龙江科技信息，2010（3）：68-69.

［4］毛锋，张树有，黄长林.图像散布图和小波多分辨分析的模具异物检测［J］.浙江大学学报（工学版），2009，43（10）：1749-1756.

［5］明英，蒋晶珏.视觉监视中基于柯西分布的统计变化检测［J］.中国图象图形学报，2008，13（2）：328-334.

［6］韩贺磊.人民币纸币面额的机器视觉识别方法研究［D］.大连理工大学，2007.

［7］张国华.一种基于模板匹配的人民币纸币面额识别方法［J］.沈阳工业大学学报，2005.

Money Tracking and Analysis System；Machine Vision；Information Collection；Image Recognition

Paper Money Tracking and Analysis System Based on Machine Vision

ZHUANG Dong-mei
（Department of Computing，Huizhou University，Huizhou 516007）

1007-1423（2015）23-0055-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.23.013

庄冬梅（1977-），女，江西吉安人，本科，工程师，研究方向为计算机应用与图像处理

2015-06-26

2015-08-02

针对目前我国反假钞、反洗钱机制不足和反假钞技术设备存在缺陷等问题，提出设计一个基于机器视觉的纸币流向跟踪与分析系统。该系统实现对现场交易的监控和重点对象的过滤，同时捕捉每张钞票的编号与钞票流入的时间、地点、经手人等信息匹配，进而分析钞票的流向。重点分析该系统的组成及关键技术。该系统经试用后，反映效果良好，可为同类应用提供借鉴。

纸币流向跟踪与分析系统；机器视觉；信息采集；图像识别

2011年惠州学院校级青年项目（No.C211.0310）

Aiming at the disadvantages of anti-counterfeit money and anti-money laundering system as well as the defects of anti-counterfeit money technology and equipment，proposes and designs a paper money tracking and analysis system based on machine version.This system can not only monitor spot trading and filter key objects，but also can capture the key information such as the number time，location，handler name of each paper money.As a result，the flow of money can be analyzed by this system.Emphatically analyzes the components and key technologies of the system.This system has been on trial，and the test result shows that such system has good operation effect and provides a reference for homogeneous application.