[發明專利]一種基于高光譜成像的紙幣真偽鑒別方法

在審

• 申請號: 202011165196.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112419580A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張振清
• 申請（專利權）人: 鐵道警察學院
• 主分類號: G07D7/20
• 分類號: G07D7/20;G01N21/25
• 代理公司: 鄭州科碩專利代理事務所(普通合伙) 41157
• 代理人: 周秉彥

1.一種基于高光譜成像的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A：在采集紙幣的高光譜數據前，首先根據高光譜成像儀光源的亮度調節該儀器的積分時間；

步驟B：將一張真幣、一張或者多張待鑒定紙幣并排放置在高光譜成像儀承載臺上，并將其壓平，經過多次調試對高光譜成像儀的物鏡高度、曝光時間、承載臺移動速度三個參數進行設置；

步驟C：以上三個參數設置完成后，對高光譜成像儀的X軸空間像素數、Z軸光譜通道數進行設置；

步驟D：然后承載臺帶著紙幣沿著Y軸方向移動即承載臺的移動方向，對紙幣的其中一面進行推掃成像形成三維光譜圖像；

步驟E：重復步驟步驟B至步驟D完成紙幣另一面三維光譜圖像的采集；

步驟F：將紙幣正反兩面的三維光譜圖像由DN值轉為光譜反射率值從而得到光譜反射率曲線，同時進行降噪預處理；

步驟G：進行光譜分析：選取紙幣正反面的多個特征點作為對比對象，根據步驟F中的光譜反射率曲線，選出對應特征點處的光譜反射率曲線，從而根據特征點處的光譜反射率曲線的差異確定出紙幣的真偽。

2.根據權利要求1所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，進行圖像分析：根據步驟G中正反面多個特征點處的光譜反射率曲線變化特征，選取500nm、660nm和870nm三個波長的灰度圖觀察真鈔與假鈔在不同特征點的顯差異確定出紙幣的真偽。

3.根據權利要求1所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，進行主成分分析：利用主成分分析變換去除正反兩面的三維光譜圖像波段間的相關性，去除冗余信息，經過主成分分析變換后，大部分信息集中在前幾個主成分分量中，其它的主成分分量以噪聲為主。

4.根據權利要求3所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，所述主成分分析變換是數據降維方法，主要是通過對三維光譜圖像的光譜反射率值數據的協方差矩陣進行特征值分解，特征值對應數據在各個主成分上的權重，特征值分解后的特征向量對應數據的主成分。

5.根據權利要求1至4任一項所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，在步驟A中，高光譜成像儀光源的積分時間調整方法為：首先將白板放在鏡頭下的承載臺上，使得剛好覆蓋在鏡頭和狹縫采集成像的范圍內，點擊軟件上的自動曝光按鈕，經過3秒鐘后會在曝光時間欄自動得到一個經過優化的積分時間；得到積分時間后，點擊白幀按鈕，采集白板校正圖像數據DN_whtie，然后蓋上鏡頭蓋，點擊黒幀按鈕，得到白板校正圖像數據DN_dark。

6.根據權利要求5所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，在步驟B中，物鏡高度為31cm、曝光時間為11ms、承載臺移動速度4.8mm/s；在步驟C中，X軸是鏡頭的狹縫長度方向，光源經過狹縫后能探測到的視場角范圍，代表的是線推掃的空間像素數，X軸空間像素數為960個像素；Z軸為一定光譜范圍內每個像素的光譜通道數量，Z軸光譜通道數為176個光譜通道；Y軸為推掃方向的累計線數的數量，可以根據所測物品的長短進行設置。

7.根據權利要求6所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，在步驟D中，在三維光譜圖像采集過程中使用黑色背景，在步驟F中，三維光譜圖像DN值轉為光譜反射率值的轉換公式為：

其中，R_ref是校正過的圖像數據，DN_raw是原始圖像數據，DN_whtie為白板校正圖像數據，DN_dark是黑板校正圖像數據。

8.根據權利要求7所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，在步驟F中，降噪預處理采用SG平滑算法算法的二次多項式5點平滑對光譜數據進行處理，同時去除400-1000nm前后50nm低信號的光譜以減少分析結果的誤差。

9.根據權利要求8所述的紙幣真偽鑒別方法，其特征在于，在步驟G中，選取紙幣正面的多個特征點分別為人民幣左下角的100數字、右上角的國徽、毛主席右邊的頭發以及毛主席衣服的衣領處；選取紙幣反面的多個特征點分別為人民幣右上角的100數字、人民大會堂、人民幣花卉的花邊以及右邊的毛主席隱形頭像。