基于CPLD的清分机纸币图像采集系统

1引言

随着ATM机普及，人们对流通货币质量要求越来越高，钞票清分工作对银行业来说就显得格外重要。清分机是一种高端金融机具产品，能够一次性完成钞票的清分工作，包括钞票点算、币种识别、真伪鉴别、面额清分、版本清分、新旧清分、方位识别(包括正反面、上下方向等共4种组合)等。按照不同的功能，清分机的工作速度可达到每分钟600张至1000张。

清分机的图像采集系统主要是南图像传感器对在传送带上高速传送的钞票进行采样、缓存，然后送至DSP图像处理模块。该系统是以CPLD完成钞票图像信息采集时序控制和数据缓存，采用接触式图像传感器(CIS)SV233A4W和模数转换器AD9822实现图像的采样和量化功能。另外，使用码盘和对管来实现传送带与采样的同步。

2系统组成与原理

2.1系统组成

清分机的图像采集系统主要由码盘、对管、传感器、A／D转换器、CPLD等组成。CPLD是系统核心，控制各部分时序及数据采集。当无钞票时，系统处于等待状态；当有钞票经过对管时，将产生一个触发信号，CPLD接收到触电感生产发信号后，将控制接触式图像传感器对钞票进行采样，采样间隔由码盘信号分频控制。采集到的图像信息经A／D转换后，存储到内部RAM中，为图像处理单元DSP的后续处理、识别提供数据。该系统原理框图如图1所示。

2.1.1 CIS SV233A4W简介

CIS是一种基于CMOS技术的线阵传感器，它将光源、聚焦镜片及感应器固定于一个外罩内，具有体积小，成本低等特点。CIS适用于高速传输物体的表面图像采集。

SV233A4W是一款单色(G)线性CIS传感器，扫描宽度是216 mm，分辨率可达到200 dpi。该传感器共有1728个像元，有CP(移位时钟脉冲)和SP(启动脉冲)2个输入控制信号。如果在CP的上升沿检测到SP为高电平，则启动一行的扫描和串行移一体成型电感位输出工作。在每个CP的下降沿，Vout端口输出一个点的模拟电压值，这样经过1 728个CP时钟后，一行的数据，等待下一个SP启动信号。扫描一行的典型时间为0插件电感器.5 ms。

2.1中山电感厂.2 A／D转换器AD9822简介

AD9822是号门对CCD／CIS模拟图像进行模／数转换的器件，输出动态范围是14位，可同时对3路RGB信号进行A／D转换。

AD9822具有3路RGB相互独立的采样和输出结构，每一路包括：相关双采样器(CCD)、偏移控制D／A转换器和数控增益放大器(PGA)。3路模拟信号经选择器依次输出，后经14位A／D转换器获得数字信号，这14位数字信号分两字节先后输出(D0～D7)。该器件工作时设有3个时钟，CDSCLK1是参考电平(OFFSEET)的采样时钟，CDSCLK2是输入数据电平的采样时钟，ADCCLK(是模数转换和控制数据输出的时钟。

AD9822共有4种工作模式，即3通道CDS模式、1通道CDS模式、3通道SHA模式和1通道SHA模式。在1通道模式中，只处理一路模拟信号，而3通道模式则同时处理3路信号。这里采用3通道SHA模式，在该模式下一个采样时钟CDSCLK2后需要3个输出时钟ADCCLK输出数据。

该器件内部各路偏移D／A转换器、PGA和模式的设置等都是由内部8个寄存器(地址为000～111)完成的，这些寄存器是由3个端口信号SCLK、SLOAD和SDATA控制。

2.1.3码盘

码盘是一种常用的增量式角度传感器(图2)，利用现代光刻技术在圆盘上均匀刻线，当圆盘旋转时，受刻线影响接收管接收到的光线出现亮暗变化，而输出电平则高低跳变。将码盘安装在电机上，电机旋转时，便有脉冲信号从码盘输出。输出的脉冲信号可与电机相连的传送带传送的距离进行换算，通过控制码盘输出脉冲的分频来控制钞票的采样间隔。

2.1.4对管

对管位于CIS传感器的上游，用于指示样品(钞票)的到来。当对管被物体遮挡时，对管输出高电平，否则维持低电平。在应用中对管输出高电平的脉宽与钞票全部通过的时长相等。因而可以利用对管输出信号(N2)控制每帧图像的采样使能。考虑到信号噪声的影响，需对管信号滤波；为保证每帧图像(包括整张钞票)具备一定余量，需要延时处理N2信号。

2.2采样原理

由于要从图像采样数据中提取出钞票的各种特征信息，所以图像采样数据要确保无失真地恢复钞票图像信息。因此，采样频率需满足二维取样定理。假设钞共模电感票图像的频谱在水平方向上的截止频率为fm，在垂直方向的截止频率为fm，则只要水平方向的空间取样频率F0满足F0≥2Fm，垂直方向的空间取样频率fm满足f0≥2fm条件，图像便可精确恢复。水平方向的采样频率由图像传感器的性能决定，而垂直方向的采样频率则由码盘信号的分频决定。