TWI317109B - Method for characterizing texture of areas within an image corresponding to monetary banknotes - Google Patents

Description

Ϊ317109 —-----命鮮月 2日修正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於影像特徵化（image），尤指一 種在對應金融票券之—影像中特徵化複數個區域之紋理的方法。 % 【先前技術】 近年來，隨著影像處理系統的進步，包含數位彩色影印機、掃描器以 及小尺寸_刷裝置等，已經在彩色影像與攝_錄方面造成廣泛的使 用雖然大部分係用於專業或個人休閒領域，但是經常有犯罪者利用這此 設備來重製貨幣、股票、支票、法律文相及其他禁止錄的文件等以從 中獲取利益。祕這轉法減造物品的存在，便會魏有效且快速 •地特徵化與侧非法印刷之貨幣這方面的需求，然而，這項工作部變得愈 來愈困難，主要是因為印刷與重製的先進技術可以讓偽造者重製出人眼無 法辨別的偽造物品。 除了在辨識合法的貨幣鈔票方面愈來愈多困難之外，還希望能從比被 :描之樣本貨幣大的影像中侧這些樣本貨幣，如此—來就可以使用任何 2通的掃描器掃摇-張鈔票’同時也有可能—次掃描與辨識複數張鈔票。 然而:這樣做會在鈔票放在任意背景上以及具有位移與旋轉的變動性時造 =多_。目前的許多貨幣偵測器—般只能—次掃描—張鈔票，並且只 鱿掃私取接近鈔票的區域，以省略對於鈔票之背景、旋轉與對齊的考量。 1317109 此外，如果當票券内嵌於一複雜的影像背景中被掃描的時候，要將實 際的票券與此影像背景區分出來就會變得非常困難，同時此影像背景也會 提供額外的雜訊及/或圖案，使得此偵測過程變得更複雜，並且還會造成 非預期的結果與判斷錯誤。 【發明内容】 因此本發明的目的之一在於提供一種在對應金融票券之一影 像中特徵化複數個區域之紋理的方法，以解決前述之問題。 根據本發明之申請專利範圍，其係揭露一種在對應金融票券 之一影像中特徵化複數個區域之紋理的方法。該方法包含有將該 影像劃分為複數個區域；對於每一區域計算一灰階值；從該等區 域中選擇複數個潛在區域，且該等潛在區域具有在一預定範圍内 的複數個灰階值；從該等潛在區域中選擇複數個金融票券區域， 且該等金融票券區域具有在一預先定義之色彩範圍内與一預先定 義之連續色彩梯度範圍内的複數個像素；依據在該等金融票券區 域中之該等像素之複數個灰階梯度產生一二進位邊緣圖；以及依 據該二進位邊緣圖對於每一金融票券區域計算一紋理數值。 【實施方式】 貨幣的適當特徵化對於確保所收到之貨幣的有效性以及降低 被詐騙的機率與財物損失來說是非常重要的。不受移動與轉動所 /109

影響之貨常的、， —一 其可以被應^特徵化會對料彳貞顺供彈性與方便性，並使 因此:於許多種情況與硬體裝置中。 個區域之紋發月提供—種在對應金融票券之—影像中特徵化複數 造貨繁的#、Μ的方法U解決則述的問題，而本方法可以應用於偽 含有—p 1 * β施例中’影像係接收自-影像掃描，其包 票，但本 鱼嘁不券，這可以包含美國與曰本的鈔 將列斷661不限於此H影像掃描的適當紋轉徵化可以 的數值與—所要參考f㈣已知標準作 乂用於推斷所掃描之”的真實性。 ” 由於本方法在特徵化的過程中並不是基於一固定轴，故此影 可以在任意的旋轉軸與平移對準（shiftalignment)下產生。此 外’此影像可以包含此金融票券重疊在任意背景上，包括在此影 像内有多個隔離的或獨立的票券、或是具有重疊的票券。本方法 可以與個人掃描器、影印機與其他相關的掃描或偵測裝置結合來 運作。 在本發明中所描述的紋理特徵化方法係結合運用創新且獨特 的紋理擷取技術，以有效地與高效率地判斷偽造貨幣或複製貨幣 的存在。多層次的紋理處理、邊緣處理與灰階分析係結合運用於 此多面向的方法中，因此可以得到精確的偵測正確率與非常低的 警示錯誤比率。同時，本發明也具有足夠的強度與彈性以運用在 廣泛的影像型式與運作條件下。本發明不但提供了可增加安全性 的方法，而且也具有彈性以及與一般的硬體裝置整合運用的可能 性，此外，此方法對於根本的問題提供了一低成本的解決方案。 在簡要的描述本發明之紋理特徵化的方法之前，必須先了解 7 1317109 •4月。日修正替换頁 到在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特 疋的過程或步驟。所屬領域中具有通常知識者應可理解，設計者 可能會用不同的名詞來稱呼這些類塑的過程。本說明書及後續的 申清專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以 元件在功能上的差異來作為區分的基準《在通萬說明書及後續的 明求項當中所提及的「包含」係為/開放式的用語，故應解釋成 「包含但不限定於」。另外，「貨幣」、「票券」以及「鈔票」 等岡彙在此可相互表示同樣的意思。 請參考第1圖，第i圖係描述根據本發明—實施例的紋理特 徵化方法。第1圖係說明在對應金融票券之1像中特徵化複數 個區域之紋理的方法之基本操作。本方法由接收—掃描影像開 始’此掃描t彡像可吨含有金融票券，也可]^包含任何金融票 券。在進行灰處理m時，此影㈣_分騎數個區域。二 灰階處理110之後，在進行半色調（halftone)分 77斫120時，在一預 定範圍内的具有灰階（在此之後也被稱作灰階多樣性）的區域會 被選擇作為潛在區域。此半色調分析12〇係針對半色調印刷圖案 檢查影像中的潛在區域，然後在這些潛在區域中不具有半色調印 刷圖案的潛在區域會被選擇作為金融票券區域。接著，在二進位 邊緣圖建構（binary edge map construction) 130的過程中，這此 金融票券區域會再次被檢查以用於建構其邊緣圖。然後，在紋理 數值計算140的步驟中使用此二進位邊緣圖來決定紋理數值。根 據本發明中不同的實施例，此紋理數值係會隨之變動。在本發明 的一實施例中，此紋理數值係為一過零率（亦即從〇到丨與從J 到0的變化頻率）。此紋理特徵化之實際步驟並不限制於以上所 8 雜4^9日修正替換頁 1317109 述之順序，只要可以達成本發明的目的即可。以上的紋理數值係 共同地定義在對應金融票券之一影像中的複數個區域之紋理，關 於每一特定的過程步驟會在之後進一步詳細討論。 一般來說，接收自一掃描器或一相關之影像硬體裝置的掃描 衫像可被劃分為複數個區域。如第8圖所示，在一實施例中，複

數個區域810貫際上係為以格子狀排列的複數個區塊814。然而， 在其他實施例中可以使用不同的幾何形狀，只要可以同樣達到將 衫像劃分為複數個區域以用於初步的肉眼檢驗之目的即可。這些 區域可以是隔離的、互相配合的、部分重疊的或不相交的。例如 第9圖所示’這些區域81〇係為排列為部分重疊的區塊，以用 於在紋理特徵化的方法中提供測試區域—較高的解析度。一般來 說，本發明並秘制料魏朗㈣形狀、形式或精確的配置 結構，因為本發日㈣樣可以制於所㈣組合以及排列。 一開始的過程步驟牵涉到灰階處理11()，#此掃描影像係為典 型的彩色型式時，此掃描影像會被轉換為灰階以進行初步的紋理 2化一般而言，金融票券在—特定的預定_内具有一灰階 圖係為顯示各種不同物件的灰階變異圖的—個範例說 (a)圖係顯不—美70票券的灰階變異，以及第2 (b)圖 =示-片織布的灰階變異，而第2(c)圖係顯示 黑色文字的灰階變異。之 4 、 第圖所顯示的一些範例可知，任一物 件都傾向具有一特定範圍的彳物 傾向具有較小的灰階變異，主第⑴圖所顯不的織布 布。第2⑷圖所m 疋因為具有較為均勻的灰階分 m ,不的白色背景上之黑色文字具有較大的龙嘥 變異，這是因為黑色文字與 *純大的灰階 興白色月景彼此交錯的關係。在以上這 1317109 汾Η月’修正替換頁 三種物品之中，第2 (a)圖所顯示的金融票券具有最寬廣的灰階 變異，這是因為票券中具有不同色調的灰色存在其中。這就是在 灰階處理110中所利用的特性，以用於根據一已知金融票券的一 灰階變異數來判斷此掃描影像中的區域》 灰階處理110對於此掃描影像中每一個被劃分的區域判斷一 灰1¾夕樣性性（此後’以灰階一詞來描述）。然後每一個區域的 灰階會被拿來跟一所要的金融票券相關的一預定範圍相比較，如 • 果被拿來比較的區域係在此預定範圍之内，則將此區域選定為一 潛在區域。這項比較會用來對每一個區域進行，以完全地決定任 何可能的潛在區域。 接著，潛在區域會被用在半色調分析120中以用來區分半色 調圖案’此半色調分析120係用㈣分具有一預先定義之色彩範 圍與一預先定義之連續色彩梯度範圍的潛在區域。於Yuv空間 中，半色調圖案係為在-相同範圍的色調（υ，ν)沒有相鄰或很少 相鄰的圖案’而在Ycbcr空間，半色調圖案係為在一相同範圍的 色調（03,⑺中沒有相鄰或很少相鄰的圖案，此亦為已知的半色 調模式印刷。第3圖所顯示之-範例係、為—使用半色調模式印刷 (第3(b)圖）的影像與一使用典型的鈔票印刷（第3⑴圖） 的影像。第3⑴圖所顯示之鈔票印刷的影像在—直線中且有一 :為^續的色彩梯度，這是因練—所給的像素都有具有相同或 ^調的周邊像素。第3⑴圖所顯示之半色調模式的影像呈 ^夕的^目交點，同時在色彩上以及色彩連續度上具有較大的 料。—般來說’半色娜像巾的料不會具有相似色調的周邊 素，因此不會有一連續的色彩梯度。 在此步驟中，由半色調模 1317109 __ 、 月Θ曰修正替換頁 式所印刷的潛在區域會在後續過㈣步驟中被忽略，因為這些潛 在區域與金融票券沒有對應關係。然後，具有與—所要的金融票 券有對應_之-預先定義之色彩與—預先定義之連續色彩 梯度feu的潛在區域會被選定為金融票券區域，以進行進一步的 處理。 前面所描述的半色調分析120，亦即金融票券區域係從具有在此預先定 義之色彩顧内與此預先絲之連觀彩梯度範_的複數轉素的這些 擊潛在區域中選出的步驟’也可以根據一半色調侧演算法來進行^另外， 此步驟也可以依據·像素之—YUV色彩空間判斷具有類似色調的像 素。由於半色調分析的方法係為此相關技術領域中具有通常知識者所熟 悉，故不在此另行贅述。 在決定金融票券區域之後，就可以進行二進位邊緣圖建構130 的步驟來建構出一二進位邊緣圖（binaryedgemap)。—般來說， 二進位邊緣圖係為基於此掃描影像之灰階梯度的一種二階（或二 色調）的表不法。在某些實施例中，二進位邊緣圖係為在一 3乘3 # 灰色區塊中的梯度（在YUV色彩空間中，使用γ通道卜在金融 票券區域之内的像素會被指定具有一個或兩個數值，更精確地來 說，這些金融票券區域之内的像素之灰階梯度會被拿來跟一預定 臨界值作比較，如果目標像素的灰階梯度高於此預定臨界值，則 此目標像素會被指定具有一第一數值，而如果目標像素的灰階梯 度低於此預定臨界值，則此目標像素會被指定具有—第二數值， 而所有這些目標像素的數值都會被指定並且隨後被映射到一二進 位邊緣圖。第4圖係顯示此二進位邊緣圖之一實施例。一個1〇乘 10的金融票券區域總共包含有100個像素，在此實施例中，如果 11 1317109 、 喻仞9日替換胃 ----____； 像素的灰階梯度超過了預定臨界值，此像素會被指定具有—數 值”1”，反之，此像素會被指定具有一數值，，0”。第5圖係顯示此二 進位邊緣®之另-實施例，此實施例應用了—索貝㈣波器（s〇bei filter) ’其中，第-數值係為一黑色調，而第二數值係為一白色 調，使得此二進位邊緣圖具有一較為視覺化的表現。如第5圖所 示’此票券跟背景比較起來顯得非常明顯。 有了經由此二進位邊緣圖所產生之對應此一掃描景緣的二數 • 值表不法，此紋理數值的計算可以在紋理數值計算14〇的過程中 開始進行。此紋理數值計算140係利用基於區域的過零率 (section-based zero-crossing frequency )來決定此紋理數值。當票 券的紋理傾向非常的精細時’其中一種將其特徵化的方式係為在 橫越此二進位邊緣圖的時候判斷邊緣的數目。換句話說，當在此 二進位邊緣圖橫越一金融票券區域時，會計算出從一第一數值轉 換到一第二數值（與從第二數值轉換到第一數值）之一頻率。為 了讓此紋理數值得到一較高的解析度，總共在四個方向中會取得 ^ 四種不同的頻率：在此二進位邊緣圖之一第一方向中之數值交替 的第一頻率、一第二方向中的第二頻率、一第三方向中的第三頻 率以及一第四方向中的第四頻率。 同樣地，根據本發明之不同的實施例，此紋理數值的實際表 示法會隨之變動。本發明之一實施例係利用一過零率來作為此紋 理數值’此紋理特徵化之實際步驟並不限制於以上所述之順序， 只要可以達成本發明的目的即可（亦即紋理數值計算14〇係利用 基於區域的過零率來決定此紋理數值）。 第6圖係顯示橫越此二進位邊緣圖以決定在各個不同方向中 12 1317109 月，修正替換頁 數值交替的第—頻率、第二頻率、第三頻率以及第四頻率的—個 範例。在第6(a)圖中，此第—方向係為〇度；在第…）圖中， 此第二方向係為45度；在第6(c)圖中，此第三方向係為9〇度； 以及在第6 (d)圖中’此第四方向係為出度。緊接著得到此第 一頻率1二頻率、第三頻率以及第四頻率，然後就可以相應地 對每-金融票券區域計算出此紋理數值，佳的情況是針對依據 在此第-頻率、第二頻率、第三頻率以及第四頻率中之一最大頻 率、一最小頻率以及該最大頻率與該最小頻率之一差異來計算此 紋理數值。 ° 在汁异出各個金融票券區域的紋理數值之後，就可以拿來跟 所要的金融票券之—預定參考數值作比較，這是用來判斷金融票 券的合法性與真實性，而此預定參考數值係基於被偵測之真實所 要的金融票券，並且在一可接受的正確性之誤差範圍内提供可接 文之紋理數值的範I如果此金融票券區域的紋理數㈣在一預 疋參考數值的範圍内，那麼此對應的金融票券區域可以被推斷為 真只的，反之，如果此金融票券區域的紋理數值沒有落在—預定 參考數值的範_，那麼此金融票券區域的紋理就無法被確認為 所要的金融票券。 第7圖係為概述本發明在對應金融票券之一影像中特徵化複 數個區域之紋理的方法之_實施例的流程圖。假如大體上可以得 到相同的結果’流程7〇〇中的步驟不—定需要照第7圖所示的順 序來執行，也不一疋需要是連續的，也就是說，這些步驟之間係 可以插入其他的步驟。本方法包含有： 步驟700 :將影像劃分為複數個區域。 13 御4月Θ曰修正替換頁 1317109 步驟702 :對於各個區域計算一灰階值。 步驟704:從這些區域中選擇複數個潛在區域，且這些潛在區 域具有在一預定範圍内的複數個灰階值。 步驟706:從這些潛在區域中選擇複數個金融票券區域，且這 些金融票券區域具有在一預先定義之色彩範圍内與一預先定義之 連續色彩梯度範圍内的複數個像素。 步驟708:依據在這些金融票券區域中之這些像素之灰階梯度 φ 產生一二進位邊緣圖。 步驟710:依據此二進位邊緣圖對於各個金融票券區域計算一 紋理數值。 因此，應用上述本發明之方法可以提供一種在對應金融票券 之一影像中特徵化複數個區域之紋理的方法，而經由適當且精確 地特徵化對應一金融票券之一影像，就可以區分偽造與非法的貨 幣以及合法的貨幣。計算出的紋理數值可以用來與所要之參考貨 幣之一已知標準作比較，以推論此掃描之票券的真實性。 • 在這些紋理處理步驟中不同的階段中相繼地將不同的區域縮 小為對應於金融票券之候選的潛在區域。由於只有對一些剩餘的 區域計算這些紋理數值，所以可以達到更有效且經濟的操作。此 外，本發明之方法可以得到精確的偵測正確率與非常低的警示錯 誤比率，同時本發明也具有足夠的強度與彈性以運用在廣泛的影 像型式與操作條件下。 由於本方法在特徵化的過程中並不是基於一固定軸，所以一 個掃描的輸入影像也可以在任意的旋轉軸與平移對準之情況下所 提供，此外，此影像可以包含這些金融票券重疊在任意背景上， 14 1317109 術月7日修正雜頁 包括在此影像内有多個隔離的或獨立的票卷或是具有部分重疊的 票卷。由於本發明之方法可以與個人掃描器、影印機、獨立的印 表機與其他相關的掃描或偵測裝置結合來運作，所以此方法也提 供了一個低成本的解決方案。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

15 #4月，9日修正替換頁 1317109 【圖式簡單說明】 本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解： 第1圖係為本發明一實施例之紋理特徵化方法的流程圖。 第2圖係為顯示各種不同物件之灰階變異圖的一個範例。 第3圖所顯示之一範例係為依據第1圖所示方法之一使用半色調 模式印刷的影像與一使用典型鈔票印刷的影像。 第4圖係顯示依據本發明之二進位邊緣圖之一實施例 Φ 第5圖係顯示依據本發明之二進位邊緣圖之另一實施例 第6圖係顯示橫越此二進位邊緣圖以決定在各個不同方向中數值 交替的第一頻率、第二頻率、第三頻率以及第四頻率的一個範例。 第7圖係為概述本發明在對應金融票券之一影像中特徵化複數個 區域之紋理的方法之一實施例的流程圖。 第8圖係顯示本發明一實施例中複數個區域係為以格子狀排列的 複數個區塊。 第9圖係顯示本發明一實施例中複數個區域係為以重疊排列的複 ® 數個區塊以用於在紋理特徵化的步驟中提供測試區域一較高的解 析度。 【主要元件符號說明】 區域810 區塊814 16

Claims (1)

1317109 供斗月/夕日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種在對應金融票券之一影像中特徵化複數個區域之紋理的方 法，該方法包含有： 將該影像劃分為複數個區域； 對於每一區域計算一灰階值； 從該等區域中選擇複數個潛在區域，且該等潛在區域係具有 在一預定範圍内的複數個灰階值； 從該等潛在區域中選擇複數個金融票券區域，且該等金融票 券區域具有在一預先定義之色彩範圍内與一預先定義之連續色彩 梯度範圍内的複數個像素； 依據在該等金融票券區域中之該等像素之複數個灰階梯度產 生一二進位邊緣圖；以及 依據該二進位邊緣圖對於每一金融票券區域計算一紋理數 值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中產生該二進位邊緣圖 之步驟另包含有： 對於該等金融票券區域中之該等像素計算複數個灰階梯度； 將該等金融票券區域中之該等像素之該等灰階梯度與一預定 臨界值比較； 指定具有高於該預定臨界值之灰階梯度的目標像素具有一第 一數值； 指定具有低於該預定臨界值之灰階梯度的目標像素具有一第 二數值；以及 將對應該等目標像素之複數個第一數值與複數個第二數值映 17 1317109 —_______ 射到該二進位邊緣圖。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包含有：利用 ：Λ^ β、_ 〜波器（Sobel filter)產生該二進位邊緣圖β 4. 如^請專利範圍第i項所述之方法，其中依據該二進位邊緣圖 、'母金融票券區域計异該紋理數值之步驟另包含有：、 在5亥一進位邊緣圖之一第一方向中決定數值交替之—第—頻 率； 在該二進位邊緣圖之-第二方向中蚊數值交替之—第二頻 在該二進位邊緣圖之-第三方向中蚊數值交替 率； 之—第三頻 率；2二進位邊賴之—第四方向以定數值交替之-第四頻 算該頻率、該第二頻率、”三頻率與該第四頻率計 销狀杨，⑽有：域在該第一 取小頻率以及該最大解與該最 頻皁 數值。 羊之差異來计舁該紋理 6.如申請專利範圍第丨項所 區塊。 "中該等區域係為複數個 L如申請專利範圍第！項所述之方法，其中 疊之複數個區塊。 μ等區域係為部分重 8·如申請專利範圍第13：員所述之 擇具有在鋪先μ之色彩 ^#該等潛在區域中選 圍内與_先定義之連續色彩梯度 18 1317109 ί/·Η月9日修正替換頁 範圍内的像素之該等金融票券區域之步驟另包含有利用一半色調 (halftone)偵側演算法。 9·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中從該等潛在區域中選 擇具有在該預先定義之色彩範圍内與該預先定義之連續色彩梯户 範圍内的像素之該等金融票券區域之步驟另包含有依據該等像素 之一 YUV色彩空間來判斷具有一類似色調的像素。 ι〇‘如中請專利範圍第1項所述之方法，其中從該等潛在區域中選 • 擇具有在該預先定義之色彩範圍内與該預先定義之連續色彩梯^ 範圍内的像素之該等金融票券區域之步驟另包含有依據該等像= 之一 YCbCr色彩空間來判斷具有—類似色調的像素。 、 19