需求分析文档冠字号识别Word文档下载推荐.docx
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3人民币冠字号识别软件系统功能需求15
3.1图像预处理15
3.1.1RGB转化为灰度图15
3.1.2去噪15
3.1.3确定图像倾斜角度16
3.1.4冠字号区域粗定位17
3.1.5图像旋转19
3.1.6图像增强20
3.1.7大律法（Otsu）二值化20
3.2冠字号字符分割21
3.2.1冠字号区域精确定位21
3.2.2字符分割24
3.3冠字号识别27
3.3.1完全基于字符特征的字符识别27
3.3.2以特征向量为索引的模板匹配字符识别32
3.3.3仿真结果与小结34
引言
编写目的
本需求分析说明书，亦称需求规格说明书，描述了人民币冠字号识别系统的详细要求，为各方沟通的依据，也是下一步工作的基础。
系统开发小组的每一位成员应该仔细阅读本需求分析说明书，以明确项目最后要求完成的软件产品的特点。
经使用方认可的需求分析说明书将作为产品特征评价、仲裁的重要参考。
项目背景
A、软件系统的名称：
冠字号识别系统
B、任务提出者：
开发者：
C、与其他系统的关联：
本系统为人民币点验钞机系统的软件子系统，将通过硬件系统采集到人民币图像进行滤波、校正、冠字号区域定位、字符分割和识别，最后人民币的冠字号。
本系统从CIS图像传感器获取高质量纹理图像数据，并通过处理输出图像中冠字号。
名词解释
鉴别：
指利用人民币的冠字号等特征对其进行真假识别。
灵敏度：
指对人民币的鉴伪等级，包括低、中、高、自定义四个等级。
清分模式：
指以第一张纸币参数（版别、卷别、套别等）为准，具有对人民币新旧程度、残币、套别、版别、券别进行区分。
其中以第一张纸币参数为准是指一旦遇到纸币参数与第一张纸币参数不同时，系统就自动停机，当取出接钞台里的纸币时，机器将继续清点。
红外功能：
红外功能打开时，采用先进的模糊识别技术，根据纸币的红外特征，利用红外光学特征对纸币进行鉴伪。
红外穿透的工作原理是利用票据的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别票据的真假。
图像功能：
图像功能打开时，利用CIS图像传感器对纸币进行全面的扫描鉴伪。
通过CIS图像传感器对纸币的扫描分析可提取冠字号码图像特征进行识别、记录SD卡或PC存储。
预置功能：
操作员可以给机器设置一个预置数，当点钞到预置数字时机器将自动停机，当取出接钞台里的纸币时，机器将继续清点。
累加功能：
机器将主显示的计数值保存，当第二次点钞时，计数值将在原有值上累加，显示与当前次清点数的总和。
券别：
指不同面额的人民币。
版别：
第五套人民币包括1999年和2005年印刷的两个版本，这里对其加以区分。
套别：
国内使用的人民币有第四套和第五套两款。
第四套是1987年发布的，第五套是1999年发布的。
CIS：
即CMOS图像传感器，点钞时对钞票的图像进行全面扫描，为鉴别真伪提供数据。
SD卡：
（SecureDigitalMemoryCard）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，此处用来记录数据信息，并可将其传输到电脑。
紫光：
紫外线，频率范围是7．51014Hz～51016Hz，在光谱上位于可见光紫光之外。
具有荧光效应，用于对钞票进行防伪操作。
荧光：
荧光，又作“萤光”，是指一种光致发光的冷发光现象。
人民币100、50、20、10、5元各券别纸中统一应用了无色荧光纤维（99版的还有有色荧光纤维），随机分布在票面的不同区域，在特定波长的紫外光下，人民币各券别的正面和背面，可看到纸张中有随机分布的荧光纤维痕迹。
变色油墨：
变色油墨是一种通过一种借助性物质变色的特种油墨。
这里的变色油墨是指紫外荧光变色油墨。
第五套人民币各券别的背面，在特定波长的紫外光下，可以看到人民大会堂天花顶、布达拉宫上部呈辐射状黄光等绚丽多彩的荧光油墨印刷图案。
多光谱灵敏度：
物质、感觉器官或仪器对电磁辐射响应的能力称作光谱灵敏度。
灵敏度范围由引起响应的电磁波的最短和最长波长所划定。
磁性号码：
验钞机中，利用人民币中真钞的某些部分是用磁性油墨印刷，通过一组磁头对运动钞票的磁性进行检测，通过电路对磁性进行分析，可辨别钞票的真假。
磁性安全线：
第五套人民币100元、50、20元、10元、5元正面靠左的安全线均有磁性，通过磁性检测仪检测，可采集到很有规律的机读信号，且每种面额的安全线信号各不相同（第五套人民币1元没有安全线防伪特征）。
用特定的磁性检测仪检测，全息开窗式安全线有磁性，可供机读。
校正：
将倾斜的图像旋正。
纹理：
是对物理表面细节的总称，是自然界物理表面的自然属性，是描述和区分不同物理的重要特征之一，例如层叠纸张的纹理为条状。
二值图像：
灰度级为2的图像就是二值图像，二值图像只有两个颜色，黑和白，0代表黑，1代表白。
前景：
图像中所有的冠字符号，在二值图像中像素用0表示。
背景：
图像中冠字符号以外的区域，在二值图像中像素用1表示。
冠字号区域上边界：
所有冠字符号中的最高点所在的行即为上边界。
冠字号区域下边界：
所有冠字符号中的最低点所在的行即为下边界。
字符特征：
字符所包含的横线、竖线特征，在某个位置的扫描线所出现的交点数等即为字符的特征。
字符集：
包含共同特征的字符的集合。
特征向量：
记录字符特征的一个向量，分为两位，首位记录字符的竖线特征，第二位记录字符的横线特征。
字符模板：
相应字符的标准（二值化）图像。
字符模版库：
存放了字符模板图像的文件夹。
参考资料
1、张志辉.基于DM642的人民币图像识别系统研究.沈阳：
东北大学,2006
2、张达.图像中字符识别算法的设计与实现.成都：
电子科技大学,2010
3、焦杏艳.纸币号码识别系统的算法研究.南京：
南京航空航天大学,2008
4、高丽燕.基于DSP+FPGA的图像识别系统设计与实现南京：
南京理工大学,2006
5、熊军.基于字符纹理特征的快速定位算法南京：
南京大学
6、刘承香.纸币号码识别技术深圳：
深圳大学
7、李昭早.自然场景文本区域定位西安：
西安电子科技大学
点验钞机用例图
开机
用例图如图1所示：
图1开机用例图
系统功能使用
用例图如图2所示：
图2系统功能用例图
按“菜单/确定”键进入菜单选择界面，按方向键选择需要的功能，其中包括版本及配置、参数设定、信息查询、冠字号、客户服务、使用说明、软件升级及时间设置。
再按“菜单/确定”键进入本功能的下一层菜单，根据内容进行调整或查看。
按“预置/返回”键可以翻到上一层界面，在菜单任何位置点钞时自动返回到主界面。
1.版本及配置：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“版本及配置”查看本机版本及配置信息。
2.参数设定：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“参数设定”设置相应的鉴伪灵敏度以及图像鉴伪特征等。
3.信息查询：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“信息查询”查看所清点纸币的各种信息。
4.冠字号：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“冠字号”查看上一次清点的所有冠字号信息。
5.客户服务：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“客户服务”查看服务电话等。
6.使用说明：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“使用说明”查看操作指南和注意事项。
7.软件升级：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“软件升级”可以进行主控程序和图像程序的升级。
8.时间设置：
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“时间设置”可以进行日期和时间的设置。
版本及配置说明
用例图如图3所示：
图3版本及配置用例图
按“菜单/确定”键进入菜单界面，选择“版本及配置”可以查看本机版本，其中包括显示板程序版本、主控板程序版本及图像板程序版本。
参数设定说明
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择所需的参数设定，其中包括如下参数可供选择：
紫光、图像鉴伪特征（1-10）、荧光、报警自动复位、待机开关、保存功能设置、假币计数、50元边磁、多光谱灵敏度、粘贴币、恢复出厂设置、语音、持续声音报警、中磁、显示方式、变色油墨、边磁、旧版开关、旧版红外、厚度、50元拼钞、100元拼钞。
1.紫光：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“紫光”，可对其进行相应的参数设定。
紫光即紫外线，频率范围是7．51014Hz～51016Hz，在光谱上位于可见光紫光之外。
2.图像鉴伪特征：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“图像鉴伪特征”，可对其进行相应的参数设定。
图像鉴伪是指利用CIS图像传感器对纸币进行全面的扫描鉴伪。
通过CIS图像传器对纸币的扫描分析可提取冠字号码图像特征进行识别、记录SD卡或PC存储。
3.荧光：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“荧光”，可对其进行相应的参数设定。
荧光检测的工作原理：
针对人民币的纸质进行检测。
真钞采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），真钞则没有荧光反应。
4.报警自动复位：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“报警自动复位”，可对其状态（开、关）进行设定。
5.待机开关：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“待机开关”，对其进行相应的参数设定。
6.保存功能设置：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“保存功能设置”，可对其状态（开、关）进行设定。
7.假币计数：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“假币计数”，可对其状态（开、关）进行设定。
8.50元边磁：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“50元边磁”，可对其状态（开、关）进行设定。
50元边磁是指第五套人民币50元正面左下方双色异形冠字号码红色和黑色号码均有磁性，验钞机中，利用人民币中真钞的某些部分是用磁性油墨印刷，通过一组磁头对运动钞票的磁性进行检测，通过电路对磁性进行分析，可辨别钞票的真假。
9.多光谱灵敏度：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“多光谱灵敏度”，可对其进行相应的参数设定。
物质、感觉器官或仪器对电磁辐射响应的能力称作光谱灵敏度。
10.粘贴币：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“粘贴币”，可对其进行相应的参数设定。
11.恢复出厂设置：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“恢复出厂设置”，可以选择是否恢复出厂设置。
12.语音：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“语音”，可对其状态（开、关）进行设定。
13.持续声音报警：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“持续声音报警”，可对其状态（开、关）进行设定。
14.中磁：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“中磁”，可对其进行相应的参数设定。
第五套人民币100元、50、20元、10元、5元正面中间的安全线均有磁性，通过磁性检测仪检测，可采集到很有规律的机读信号，且每种面额的安全线信号各不相同（第五套人民币1元没有安全线防伪特征）。
15.显示方式：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“显示方式”，可以选择相应的显示方式如：
上次张数和面额。
16.变色油墨：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“变色油墨”，可对其进行相应的参数设定。
17.边磁：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“边磁”，可对其进行相应的参数设定。
边磁是指第五套人民币100元、50元正面左下方双色异形冠字号码红色和黑色号码均有磁性，验钞机中，利用人民币中真钞的某些部分是用磁性油墨印刷，通过一组磁头对运动钞票的磁性进行检测，通过电路对磁性进行分析，可辨别钞票的真假。
18.旧版开关：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“旧版开关”，可对其状态（开、关）进行设定。
19.旧版红外：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“旧版红外”，可对其进行相应的参数设定。
20.厚度：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“厚度”，可对其进行相应的参数设定。
21.50元拼钞：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“50元拼钞”，可对其进行相应的参数设定。
22.100元拼钞：
按“菜单/确定”键进入菜单主界面，选择“参数设定”，再按“菜单/确定”键进入本功能下一层菜单界面，按上下方向键选择“100元拼钞”，可对其进行相应的参数设定。
信息查询说明
用例图如图4所示:
图4信息查询用例图
按“菜单/确定”键进入菜单，选择“信息查询”可以查看本次验钞所有信息，其中包括卷别、版别、套别、合计张数、合计金额、鉴别状态、警示张数。
点钞功能描述
用例图如图5所示:
图5点钞功能用例图
机器正常开启后，按“功能”键可以选择该机器相应的功能循环切换，显示屏相应指示灯也会点亮。
按智能-混点清分版别/券别低额计数欧元顺序循环切换。
1.预置功能
按“预置”键预置指示灯亮，预置窗口显示“100”。
在此状态下按“+/-”键操作，预置数在“1-9999”之间任意选择，点钞到预置数字时机器将自动停机，当取出接钞台里的纸币时，机器将继续清点。
此模式可以同时与其他功能组合使用，包含当前所选择相应功能的鉴别方式和鉴别能力。
2.冠字号功能
短按“冠字号”键选择冠字号功能，冠字号指示灯亮时表示冠字号功能打开；
长按“冠字号”键当冠字号图标变为绿色时为独立冠字号识别。
通过CIS图像传感器对纸币的扫描分析提取冠字号码图像特征进行识别、记录SD卡或PC存储，可以与预设定的冠字号进行对比过滤并报警提示，避免同号假币流通及对所点纸币进行号码记录功能。
此功能可以与其他功能组合使用。
3.累加/灵敏度功能
短按“累加/灵敏度”键，当累加键指示灯点亮时，机器将主显示的计数值保存，当第二次点钞时，计数值将在原有值上累加，显示与当前次清点数的总和。
同时可以与其他功能使用，包含当前所选择功能的鉴别方式和鉴别能力。
长按“累加/灵敏度”键可以方便调节鉴伪灵敏度登记。
按低中高自定义循环切换，系统会自动设置各项灵敏度参数值。
在清分状态下短按“累加/灵敏度”键可以进行残旧币挑拣。
4.红外/图像功能
按“红外/图像”键选择红外与图像识别功能，红外功能打开时利用红外光学特征对纸币进行鉴伪，图像功能打开时利用CIS图像传感器对纸币在不同状态下进行全面的扫描鉴伪。
在此状态下可以大大提高对假币的鉴别能力，能准确的检出设成流通的伪造币和变造币。
根据实际需要可以选择一种或两种同时打开。
5.智能模式
开启所有鉴别技术同时具有纸质识别、连张识别、重张识别、夹张识别、残币识别等能力。
特点：
人性化设计智能程序度、实用性强，对纸币进行综合分析识别真伪及计数的操作。
适应第四套和第五套人民币5-100元券纸币清点和鉴伪，能准确地检出市面流通的伪造币及变造币。
选择该模式步骤：
在点钞界面中，连续按“功能”键，直到界面显示智能模式即可。
在该模式下，可以按“预置/返回”键，开启预置功能，将预置功能和智能模式组合使用；
也可以按“冠字号”键，开启冠字号功能，将冠字号功能和智能模式组合使用；
同样可以按“红外/图像”键，开启红外/图像识别，将红外/图像功能和智能模式组合使用；
还可以按“累加/灵敏度”键，开启累加功能，将累加功能和智能模式组合使用。
这四种功能可以同时跟智能模式组合使用。
6.清分模式
开启所有鉴别技术同时具有纸质识别、连张识别、重张识别、夹张识别、残币识别；
适应第四套和第五套人民币5-100元券纸币清点和鉴伪，能准确的检出市面流通的伪造币和变造币。
此状态鉴别能力最强！
在点钞界面中，连续按“功能”键，直到界面显示清分模式即可。
在该模式下，可以按“预置/返回”键，开启预置功能，将预置功能和清分模式组合使用；
也可以按“冠字号”键，开启冠字号功能，将冠字号功能和清分模式组合使用；
同样可以按“红外/图像”键，开启红外/图像识别，将红外/图像功能和清分模式组合使用；
还可以按“累加/灵敏度”键，开启累加功能，将累加功能和清分模式组合使用。
这四种功能可以同时跟清分模式组合使用。
7.混点（合计金额）模式
开启所有鉴别技术同时具有合计金额、纸质识别、连张识别、重张识别、夹张识别、残币识别等能力对纸币进行综合分析识别真伪及计数的操作。
在点钞界面中，连续按“功能”键，直到界面显示混点（合计金额）模式即可。
在该模式下，可以按“预置/返回”键，开启预置功能，将预置功能和混点（合计金额）模式组合使用；
也可以按“冠字号”键，开启冠字号功能，将冠字号功能和混点（合计金额）模式组合使用；
同样可以按“红外/图像”键，开启红外/图像识别，将红外/图像功能和混点（合计金额）模式组合使用；
还可以按“累加/灵敏度”键，开启累加功能，将累加功能和混点（合计金额）模式组合使用。
这四种功能可以同时跟混点（合计金额）模式组合使用。
8.低额模式
对不同版别小面额纸币进行点钞，开启紫光特征鉴别而不对纸币进行其他鉴伪技术识别。
适应于小面额纸币，具有计数及弱鉴别能力的点钞操作。
适应第四套和第五套人民币1-5元券纸币清点和鉴伪。
在点钞界面中，连续按“功能”键，直到界面显示低额模式即可。
在该模式下，可以按“预置/返回”键，开启预置功能，将预置功能和低额模式组合使用；
也可以按“冠字号”键，开启冠字号功能，将冠字号功能和低额模式组合使用；
同样可以按“红外/图像”键，开启红外/图像识别，将红外/图像功能和低额模式组合使用；
还可以按“累加/灵敏度”键，开启累加功能，将累加功能和低额模式组合使用。
这四种功能可以同时跟低额模式组合使用。
9.计数模式
对不同版别小面额纸币进行点钞，而不对纸币进行各种鉴伪及识别区分。
适合点无磁性纸币或清点计数时使用，适应各种纸币清点。
在点钞界面中，连续按“功能”键，直到界面显示计数模式即可。
在该模式下，可以按“预置/返回”键，开启预置功能，将预置功能和计数模式组合使用；
也可以按“冠字号”键，开启冠字号功能，将冠字号功能和计数模式组合使用；
同样可以按“红外/图像”键，开启红外/图像识别，将红外/图像功能和计数模式组合使用；
还可以按“累加/灵敏度”键，开启累加功能，将累加功能和计数模式组合使用。
这四种功能可以同时跟计数模式组合使用。
清分模式说明
用例图如图6所示：
图6清分用例图
a）清分状态：
以第一张纸币参数为准，具有面额区分功能。
具有对纸币进行综合清分、识别真伪及计数的操作。
b）清分状态下选择版别/券别时，可以对99版和05版人民币与第四套和第五套人民币5-100元券纸币进行区分；
c）清分状态下选择新旧残币功能时，可以按新旧币的设定值进行区分。
系统待机
用例图如图7所示：
图7待机用例图
在开机的状态下，长时间的不使用，系统会自动进入待机模式。
按下任意键即可激活。
人民币冠字号识别软件系统功能需求
图像预处理
RGB转化为灰度图
由于CIS采集到的图像是RGB图，为了方便处理，需要将RGB图像转化为灰度图。
一般的转化公式如下：
由于浮点运算速度慢，因而在本系统中可以将上述公式乘以128转化为其近似的形式，结果如下所示：
去噪
噪声的来源很多，主要可分为两种，即外部噪声和内部噪声。
外部噪声主要是指来自处理系统意外的影响。
内部噪声主要有一下四种常见的形式。
1．有光电的基本性质引起，如导体中电子流动的热噪声，光量子运动的光量子噪声登等。
2．由机械运动引起，如接头振动使电流不稳。
3．元器件噪声，由电阻的热噪声、元器件低频工作时的1/f等噪声构成。
4．系统内部电路噪声。
系统主要采用改进的中值滤波对内部噪声进行处理。
中值滤波是一种典型的低通滤波器，是一种非线性的处理技术，主要目的是保护图像边缘，同时也能去除噪声。
中值滤波是将邻域中的像素按灰度级进行排序，取其中间值作为输出像素。
由于噪声往往是邻域内的极大值或极小值，而边界往往不是；
因而先判断邻域中心的像素灰度是否是极大值或极小值；
如果是，则输出中值；
否则输出原值。
算法具体步
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