透射式CIS图像信号二值化处理在纸币检测中的应用

【摘 要】本文采用透射式cis图像传感器，将其视频输出信号经过二值化电路处理，由单片机读取数据、处理数据，实现了纸币几何尺寸、纸币完整性的检测，为纸币的处理实现了一种检测方法。

【关键词】CIS；二值化；纸币检测

0 引言

在现金处理过程中需要将不同面值混合在一起的纸币，按照面值、版别、新旧、残损程度进行分拣清分处理。通常是通过对钞票进行图像处理来实现的，这里采用透射式CIS图像传感器，通过对钞票的图像信号进行二值化处理，实现了纸币几何尺寸、纸币完整性的检测。

1 CIS图像传感器

CIS是英文Contact Image Sensor的缩写，直译为“接触式图像传感器”， CIS是20世纪80年代末出现的一种新型的图像传感器，是以CMOS技术为主的一种光电扫描器件。CIS由LEn光源阵列（LEolightsource）、微自聚焦棒状透镜阵列（Rod Lens array）、光电传感器阵列（CMOS image sensor array）及其电路板、保护玻璃、接口、外壳等部分组成。CIS的组成部分都集中于外壳内，结构紧凑，体积小、重量轻，其主要部件生产需要微制造工艺完成。当CIS工作时，LED光源阵列发出的光线直射到待扫描物体表面（印刷品等），从其表面反射回的光线经自聚焦棒状透镜阵列聚焦，成像在光电传感器阵列上（一般是MOS器件），被转化为电荷存储起来。扫描面不同部位的光强不同，因而不同位置传感器单元（即CIS的像素）接收到的光强不一样。每个读取周期每个像素的光照时间（电荷积蓄时间）是一致的，达到积蓄时间后，由移位寄存器控制模拟开关依次打开，将像素的电信号以模拟信号的形式依次输出，从而得到纸币的模拟图像信号。

CIS作为一种新型的图像传感器，与传统的图像传感器CCD相比，有以下突出的优点：

（1）光源、传感器、放大器集成为一体，其结构、原理和光路都很简单，具有体积小、重量轻、速度快、结构紧凑、便于安装和调试等特点；

（2）没有灯管和光学镜头等玻璃器件，因此抗震性能好；在传感器内部集成了微自聚焦棒状透镜阵列，所以无需另外配置光学镜头就可以在感光元上呈现清晰图像，很大程度上方便了实际应用；

（3）采用的是单时钟驱动/定时逻辑，控制较简单；

（4）采用LED光源，从省电状态转入工作状态非常迅速，无需预热；

（5）大多采用陶瓷基底，具有良好的温度特性；

（6）采用半导体制造工艺，生产成本低；

（7）通常广泛应用于扫描仪、传真机中，近年来在金融机具行业也得到了广泛的应用。

2 视频信号的二值化处理

视频信号的采集也分为两种，一种是将视频信号经过AD变换，转换为有灰度等级变化的视频数字，供计算机处理。另一种将视频信号经过二值化处理电路转化，每一点像素转换为0和1表示的黑白亮度数据，供微处理器处理。二值化处理方法常用的有固定阈值法、浮动阈值法和微分法三种。在外界光强固定的情况下可以采用电压阈值比较方法，按照实际情况调整好比较阈值是一种最常用的简便处理方法。在二值化处理电路设计中将CIS输出的视频信号送入电压比较器的同相输入端，比较器的反响输入端加可调电位器就构成了固定阈值二值化转换电路，调整电位器可以调整二值化切割电平的阈值。二值化变换方法具有变换电路简单、数据量小，数据处理简单等特点。广泛应用在各个低成本、简易图像处理领域。

3 纸币的几何尺寸及完整性测量

纸币检测一般是在纸币清分机等机电平台上进行，传动系统将入钞口钞票一张张的分开，然后依次经过各种传感器检测，最后按照检测结果将相应的钞票送入相应的出钞口。CIS检测只是传感器检测其中的一种检测，由于CIS是接触式图像传感器，每个感光元上自带微自聚焦棒状透镜阵列，透镜的景深范围很小，所以要求钞票必须与传感器表面较好的接触通过，才能在感光元上清晰成像。接触距离超过景深范围时，会使图像造成模糊。CIS传感器本身是反射式，这里改成透射式，便于撕裂钞票的检测，通过对数据完整些分析可以检测出钞票的撕裂、空洞、缺角、半张等。钞票的长度方向可以通过计数被遮挡的感光元数量来获得。钞票的宽度方向可以通过编码器计数扫描行数来获得。

矽感公司CIS 器件TR218-020主要参数：

有效长度：216mm

感光元数量：216*8

分辨率：200DPI

4 结束语

实践证明透射式CIS图像信号二值化处理方法，作为纸币检测过程中的一种尝试，能够有效的检测出纸币的几何尺寸、撕裂、孔洞、缺角等，为下一步的纸币分拣提供了有效依据。CIS二值化处理方案具有电路简单、数据量小的采集处理速度快等特点 ，适合于对图像处理要求不高、低成本的简易图像处理和测量领域。

【参考文献】

[1]矽感公司TR218-020CIS器件手册[S].

[2]万振凯，赵桂敏.CCD在动态物体间距测量中的应用[J].电子与自动化，1992（6）.