多光谱实时对比票证鉴别系统

罗文佳　李筱琳　利国颖　王小辉　邵义文



多光谱实时对比票证鉴别系统

罗文佳1李筱琳1利国颖1王小辉2邵义文2

（1.广州市银科电子有限公司2.广州生物工程中心）

根据票据、人民币、外币、护照等所具有的各种防伪特征，通过多光谱作为鉴别光源与不同倍数的光学放大图像传感器组组合，实现多种票证防伪特征的图像鉴别，并通过真版数据库的真版图片对比指引，辅助完成票据等的鉴别结果，测试结果验证系统鉴别效果的正确性和有效性。

多光谱；图像传感器；实时对比；鉴别系统

0　引言

随着银行票据业务的推广和发展，票据业务量快速增长。由于票据具有金额大、使用范围广、承兑时间长等特点，这对票据真伪鉴别的准确性提出了更高的要求。常用的票证种类繁多，如人民币（不同版本、不同面额所具有的防伪特征点的数量、位置、防伪特性都不相同）、外币和证照等，多达上百种。现有的票证鉴别仪采用一机一显的结构方式，不能实时同步对比，加大了票据鉴别的风险。本文根据票据、人民币、外币、护照等票证所具有的各种防伪特征，研究一种多光谱实时对比票证鉴别系统。系统采用“以真反假，以真鉴假”的鉴伪思路，通过不同倍数的光学放大图像传感器组与鉴伪光源组合，实现对票据等防伪特征的图像显示，并通过真版数据库的真版图片对比指引，辅助完成多种票证的鉴别工作。

1　系统总体方案

基于票据、人民币、外币的各种防伪特征，采用不同鉴伪光源如红外光、紫外光、白光、红外激光、多种投射方式、高倍光学镜片、CCD图像传感器和图像采集卡等，实现票证在不同组合模式下图像的采集、显示和保存；采用单片机的通信协议和ARM7芯片的通信接口技术，同步实现检测主机和数据库中防伪特征鉴别图像的读取、显示和对比；通过待验票证鉴别的光谱图像和数据库中相同状态下原版票样的真实光谱图像的对比，实现票证实时对比鉴别[1-5]。

多光谱实时对比票证鉴别系统由主显示屏、对比显示屏、功能显示屏、检测主机和放大鉴别仪组成，系统结构图如图1所示。其中主显示屏用于显示检测主机或放大鉴别仪在鉴伪功能模式下采集到的实时鉴别图像；对比显示屏用于相同鉴伪功能模式下数据库中真版图像的显示；功能显示屏用于功能状态、鉴伪模式和电子鉴伪说明的显示。

图1　系统结构图

2　多光谱票证鉴别技术

2.1 光源与分布

票证、纸币的防伪特征采用白光、紫外光、850 nm红外光和950 nm红外激光等光源鉴别或激发信号进行检测。其中票据的渗透性油墨、彩虹印刷图文、制版印刷图文、凸凹版印刷图案、水印图文、对印图案、光变图案、缩微文字、暗记、防伪底纹等防伪特征采用白光LED作为鉴别光源；票据的荧光防伪图案、荧光纤维丝等防伪特征采用365 nm波长的紫外光作为鉴别光源；票证红外防伪图案、凸凹版印刷图案等防伪特征采用850 nm波长的红外光作为鉴别光源；红外激发荧光特征采用980 nm波长的红外激光作为激发光源；特别增加450 nm波长的蓝光作为对消除墨迹的鉴别光源[6-8]。

本系统采用LED光源和冷阴极紫外光灯作为鉴别光源。为达到鉴别多种防伪特征所需的鉴别光源空间亮度和均匀度的要求，在主机顶部、侧部和底部位置上分别对光源的空间分布和照射角度进行排列和组合，并进行全方位的实验和测试，以满足票证、纸币的防伪特征鉴别功能的要求。鉴别光源和投照射方式组合包括红外光、侧红外光、定向侧红外（仅用于放大鉴别仪）、紫外光、白光、侧白光、定向侧白光（仅用于放大鉴别仪）、背光、红外+背光、红外激光、蓝光（仅用于放大鉴别仪）等11种鉴伪工作光组合模式，分别布置在检测主机和放大鉴别仪各个不同位置，如图2、图3所示。

图2　检测主机光源分布图

图3　放大鉴别仪光源分布图

2.2 鉴别图像采集

为避免多光谱干扰，降低噪声，提高图像质量，根据白光、蓝光、红外线、紫外线、红外激光等不同鉴别光源下防伪特征的图像特性，特制了带通光学滤光片，光谱曲线如图4所示。

图4　滤光片光谱曲线

根据鉴别功能要求，控制选择功能鉴别模式和切换滤光片，实现对白光、蓝光、红外线、紫外线和红外激光等不同鉴别光源下，对应检测的防伪特征图像获取和输出[8-9]。鉴别图像采集采用高清图像传感器和高倍光学放大镜头组，滤光片置于滤光片切换器中，固定在图像传感器前，由电路主板控制滤光片切换，实现多光谱图像的放大显示和视场范围的特征图像显示鉴别，图像采集模块如图5所示。

图5　图像采集模块

2.3 多光谱组合鉴别模式

通过组合鉴别光源、光路和鉴别图像采集，可实现21种鉴伪功能模式，满足人民币、外币、票据、证件鉴伪工作的需求。各功能模式应用的防伪特征如表1所示。

表1 鉴伪功能模式和防伪特征

3　实时对比鉴别系统

3.1 系统设计

实时对比票证鉴别系统对鉴别功能状态制定统一的状态指令代码。在全景白光模式状态下，系统根据模式参数设定开启全景CCD图像传感器，选择切换到白光鉴别滤光片，控制开启相应的检测光源和图像采集器，并同时发送状态指令至对比系统；对比系统收到状态指令后，反馈接收指令给检测控制系统；对比系统根据收到的状态指令，识别当前处于全景白光状态，读取真版数据库中对应子图库中的原版票证的正确图像并输出至对比显示屏显示。实时对比系统控制策略如图6所示。

图6　实时对比系统控制策略图

通讯模块采用MAX232芯片控制，检测控制系统每隔0.5 s扫描一次通讯端口，如果没有收到对比系统反馈的接收指令，则继续发送状态指令直到收到接收指令。通讯模块电路原理图如图7所示。

图7　通讯模块电路图

3.2 硬件设计

实时对比票证鉴别系统基于ARM芯片控制，包括对比系统控制板、触摸屏、液晶显示屏等。对比系统主控电路板采用GPL32200A作为主控芯片，采用SAMSUNG W9864G6XH-6作为SDRAM（同步动态存储器）；采用SAMSUNG K9G4G08为FLASH内存，用于存储真版票据图片库；升级卡槽，用于通过SD卡升级软件版本和更新真版图库图片；同步通讯端口用于接收检测系统主控板发送的状态指令和反馈接收指令；编程端口，用于开发时写入调试主芯片程序；开发调试按键用于开发调整参数和测试编译程序。对比系统主板如图8所示。

图8　对比系统主板

3.3 加密设计

为保证真版图片库的数据安全，对比系统做了双重保密设计：

1) 对比系统采用单向数据设计，主控程序中有数据读写控制子程序，控制所有图片数据只能通过SD升级卡槽写入、覆盖和删空，保证图片数据不能被导出；

2) 设计加密和解密程序，加密程序用于制作和生成升级或更新用的真版资料，解密程序作为子程序编入对比系统的主控程序中，不经过加密的图片无法导入对比系统。加密程序通过加密算法，将JPG格式的图片编译成一般电脑程序无法识别的加密图片；即使SD卡遗失，里面的真版图库资料也无法被直接读取。当存有加密图片的SD卡插入升级卡槽中时，主控程序读取SD卡中加密数据，并同时执行解密程序，最后将解密后的图片存于FLASH内存中。数据保密方案如图9所示。

图9　数据保密方案

4　系统调试和检测

1) 系统功能调试

测试主机各个功能模式是否正常运作、是否开启相应的鉴别光源和图像传感器、功能状态指示是否正确、显示内容是否与功能状态相符。检测主机和放大鉴别仪进行票证的真伪对比鉴别时，检测系统根据工作模式的设定，控制开启相应的检测光源和图像采集器，同步读取和显示数据库中相同状态下真版的防伪特征鉴别图像，在主显示屏中显示选用的图像采集器所拍摄的实时图像，在对比显示屏上显示数据库中原版票证的正确图像，如图10所示。

图10　实时对比状态图

2) 实时对比系统通讯测试

测试内容包括：同步通讯的正确率、同时同步准确率和控制同步时间。通过软件程序模拟操作各种功能状态情况，分别测试和记录从主机发送同步指令到对比系统反馈同步指令的时间、对比系统响应的时间、对比系统读取显示数据库图片的时间等等。经过2万次模拟测试，实现2万次连续同步通讯无错误，响应时间小于50 ms。

3) 系统通过国家公安部防伪产品质量监督检验中心的检验，性能指标达到Q/YKD2-2014票证实时对比系统的相关要求。

5　结语

系统针对票据、人民币、外币和护照等票证的鉴别要求，采用多光谱作为鉴别光源，与不同倍数的光学放大图像传感器组组合，实现多种票证防伪特征的实时对比图像鉴别，并通过真版数据库的真版图片对比指引，辅助完成票据特征鉴别。由于独特的实时对比功能，相比传统同类设备，操作者无须记忆多种票证在不同光源和放大状态下的几百种防伪特征，摆脱以往必需通过电脑调用数据库图片进行比对的约束，提高了鉴别准确率和工作效率。

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[9] 张静芳,刘立民,叶中东,等.光学防伪技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2011.

Multi-Spectrum Real-Time Comparing and Identifying System of Tickets

Luo Wenjia1Li Xiaolin1Li Guoying1Wang Xiaohui2Shao Yiwen2

(1.Guangzhou Yinke Electronics Co. 2.Guangzhou Biotechnology Center )

According to the security features of bill, RMB, foreign currency and passport, through combination of multi-spectrum is used as the light source and the optical magnification image sensor group with different multiples, realizing the image identification of the anti-counterfeit features of many kinds of tickets, and through the comparison result of the true version images of the true version database, getting the identifying result of bill and the like, and the test result verifies the correctness and validity of the system discriminating effect.

Multi-Spectrum; Image Sensor; Real-Time Comparing; Identifying System

罗文佳，男，1974年生，仪器仪表高级工程师，主要研究方向：金融电子与器具。E-mail:657484680@qq.com