高哲 董文 趙健 畢也

摘 要：基于HALCON/NET開(kāi)發(fā)了名片字符識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集名片圖片后預(yù)處理、透視投影校正、字符識(shí)別等步驟，實(shí)現(xiàn)了名片上電話號(hào)碼的自動(dòng)輸入，減少人工管理大量名片的工作復(fù)雜度。結(jié)果準(zhǔn)確率可達(dá)99.99%。

關(guān)鍵詞：HALCON/NET；圖像校正；號(hào)碼識(shí)別

在商務(wù)活動(dòng)中，名片作為一個(gè)重要的身份信息載體，得到了十分廣泛的使用。但與此同時(shí)，大量的名片也給人們帶來(lái)管理上的麻煩。本文針對(duì)這個(gè)情況，基于HALCON/NET開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了名片電話自動(dòng)識(shí)別軟件，大大提高了名片管理的效率，并且號(hào)碼錄入精度顯著優(yōu)于人工輸入。

HALCON是德國(guó)MVTec公司開(kāi)發(fā)的一套完善的機(jī)器視覺(jué)算法包，擁有便利的機(jī)器視覺(jué)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和廣泛的機(jī)器視覺(jué)算子，應(yīng)用范圍涵蓋醫(yī)學(xué)、監(jiān)控、遙感探測(cè)，乃至工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。HALCON支持Windows，Linux和Mac OS等系統(tǒng)，其函數(shù)庫(kù)可以用C，C++，C#，VB等語(yǔ)言訪問(wèn)，并且提供了大量的圖像獲取設(shè)備接口，包括USB，GigE，1394等，十分便于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員使用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件主要包含兩大部分：PC機(jī)和圖像采集設(shè)備。PC機(jī)安裝windows操作系統(tǒng)，對(duì)采集到的名片圖像進(jìn)行處理與識(shí)別，并自動(dòng)顯示和保存識(shí)別結(jié)果；圖像采集設(shè)備與PC機(jī)相連，采集名片的圖像。因?yàn)樵谧匀还庀虏杉拿瑘D像便比較清晰，識(shí)別率可達(dá)到令人比較滿意的程度，所以本系統(tǒng)未采用額外的照明光源。

2 圖像采集

HALCON中提供了幾乎包含所有的圖像采集設(shè)備接口，并且提供了圖像采集助手，便于連接采集設(shè)備。打開(kāi)HALCON 的圖像采集助手，便能夠設(shè)置當(dāng)前的圖像采集設(shè)備，并且能夠設(shè)置設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù).

本系統(tǒng)所采用的相機(jī)是映美精的DFK-23G445，像素1280*960，GigE接口，最大幀率為30FPS。通過(guò)采集助手設(shè)置好了圖像采集設(shè)備的名稱(chēng)和曝光白平衡等參數(shù)之后，便能夠?qū)С鯤Develop代碼，通過(guò)HDevelop打開(kāi)和預(yù)覽采集到的圖像了。

3 圖像預(yù)處理

名片經(jīng)過(guò)圖像采集設(shè)備采集，存儲(chǔ)到電腦中的是數(shù)字圖像信息。在采集的過(guò)程中，名片的光潔度，油墨的深淺，環(huán)境光照的亮度等干擾，都會(huì)影響最終的成像質(zhì)量。所以，在進(jìn)行字符識(shí)別之前，需要對(duì)這些干擾進(jìn)行預(yù)處理，目的是突出需要被識(shí)別的主要字符，盡量減弱干擾。本系統(tǒng)中，圖像的預(yù)處理環(huán)節(jié)主要包含灰度化、圖像去噪和二值化3部分。

3.1 灰度化

常用的相機(jī)采集到的圖像是彩色RGB格式的，在處理之前，可以將其轉(zhuǎn)換為灰度圖像，便于后續(xù)處理的進(jìn)行。由于人眼對(duì)于綠色分量比較敏感，所以常用的灰度化公式如式2.1：

3.2 去噪

圖像在采集過(guò)程中，不可避免的會(huì)包含一定的噪聲干擾。因?yàn)楸疚闹胁⑽床捎霉庠矗侵苯邮褂米匀还庾鳛楣庠?，所以相機(jī)的噪聲干擾更加明顯。在進(jìn)行進(jìn)一步處理之前，圖像去噪是必須的環(huán)節(jié)。

本文所采用的去噪方法是中值濾波法，中值濾波法是一種常見(jiàn)的濾波技術(shù)，該方法的思路是把目標(biāo)點(diǎn)周?chē)欢ù笮〉膮^(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)的值進(jìn)行排序，并且把排序在中位的值作為該點(diǎn)濾波后的值。中值濾波能夠很大程度上去除噪聲的干擾，并且能夠較好的保持圖像的清晰程度。

3.3 二值化

二值化是把灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像的過(guò)程，目的是把感興趣區(qū)域從整個(gè)圖像中分離開(kāi)來(lái)。本文采用大津閾值法進(jìn)行二值化分割。大津閾值法又叫做最大類(lèi)間方差法，它是按照?qǐng)D像的灰度特征將圖像分為前景和背景兩部分，前景與背景之間的方差越大，說(shuō)明這兩部分的差別越大，那么分錯(cuò)的概率也就最小[1]。大津閾值法可以這樣描述：假設(shè)圖像I（x，y）中，被閾值T分割后，前景像素所占比例為w0，平均灰度為u0，背景占比為w1，平均灰度為u1，圖像總平均灰度為u，類(lèi)間方差為g，那么有

在遍歷所有閾值后，得到最大類(lèi)間方差的閾值T即是所求的閾值。二值化前后的圖像如下圖

3.4 圖像校正

由于拍攝過(guò)程中，名片和相機(jī)可能不是剛好的垂直方向，而是存在一定的角度，那么拍出的圖像可能就會(huì)存在圖2中所顯示的透視失真情況。投影失真的情況下，號(hào)碼角度是傾斜的，并且大小不一致，給識(shí)別精度帶來(lái)了影響，需要進(jìn)行圖像的校正。

本系統(tǒng)中圖像校正的流程如下：

（1）在二值化圖像中提取符合名片區(qū)域面積特征的區(qū)域作為目標(biāo)區(qū)域；

（2）對(duì)目標(biāo)區(qū)域提取凸包；

（3）提取凸包后，對(duì)凸包的邊緣進(jìn)行合并，將角度相近并且彼此相連的凸包邊緣合并；

（4）提取合并后的凸包邊緣起點(diǎn)和終點(diǎn)，這些點(diǎn)就是名片的四個(gè)角的位置；

（5）根據(jù)四個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)和根據(jù)已知名片尺寸所給出的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，求取透視變換的校正矩陣；

（6）利用校正矩陣對(duì)名片區(qū)域進(jìn)行校正。

在步驟1中，我們選取了面積大于20000的區(qū)域作為待選區(qū)域，排除掉小面積區(qū)域的干擾；在步驟3中，凸包邊緣的合并條件是角度差別小于10°。透視變換校正前后的效果如圖3所示，可以明顯看到，變換前名片上的字符傾斜，并且有嚴(yán)重變形；變換后的名片字符處于水平狀態(tài)并且大小一致，便于后續(xù)的字符識(shí)別處理。

4 號(hào)碼識(shí)別

透視變換校正后，名片圖像變?yōu)樗椒胖玫囊粋€(gè)規(guī)則的矩形。此時(shí)，用鼠標(biāo)拖拽出一個(gè)矩形來(lái)圈出所需要識(shí)別的目標(biāo)區(qū)域，之后對(duì)圈出的區(qū)域內(nèi)的號(hào)碼進(jìn)行識(shí)別。HALCON中包含了基于SVM和MLP的字符識(shí)別模塊，并且已經(jīng)訓(xùn)練好了常見(jiàn)的字符識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)ΤＲ?jiàn)字體的字符進(jìn)行高精度和快速的識(shí)別[2]。

號(hào)碼識(shí)別的步驟如下：

（1）對(duì)目標(biāo)矩形區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)閾值二值化處理；

（2）對(duì)二值化圖像求聯(lián)通區(qū)域，并選擇符合字符寬度和高度條件的區(qū)域作為待選區(qū)域；

（3）對(duì)待選區(qū)域從左到右進(jìn)行排序；

（4）按照順序?qū)γ總€(gè)區(qū)域進(jìn)行字符識(shí)別，若有字符的識(shí)別可信度低于我們?cè)O(shè)定的閾值，則會(huì)進(jìn)行報(bào)警，提示用戶(hù)有字符識(shí)別效果不理想，可能是圖像采集不夠清晰，需要重新采集。

字符區(qū)域的分割效果如圖4所示，各個(gè)區(qū)域分割清晰，無(wú)粘連現(xiàn)象。

5 利用HALCON生成C#代碼

C#作為一種面向?qū)ο蟮摹⑦\(yùn)行于.NET Framwwork之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，有著“簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、通用”的優(yōu)點(diǎn)，十分適合開(kāi)發(fā)基于Windows系統(tǒng)的桌面程序。而HALCON的集成開(kāi)發(fā)工具HDevelop可以將代碼快速的導(dǎo)出為C#代碼，所以，基于C#和HALCON開(kāi)發(fā)的圖像處理軟件有著極為快速的開(kāi)發(fā)速度和極高的穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，本系統(tǒng)的識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)到99.99%以上，識(shí)別速度在20ms以?xún)?nèi)，能夠大大減輕大量名片管理的工作量，并且與人工輸入相比，有著更高的準(zhǔn)確率。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文基于HALCON/NET開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了名片電話識(shí)別系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)圖像的采集、校正、識(shí)別過(guò)程后，準(zhǔn)確得到電話號(hào)碼、傳真、手機(jī)號(hào)等，與人工操作相比，大大減輕了名片管理的工作量，并且提高了號(hào)碼輸入的精度。實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)行效率高、檢測(cè)精度高。

參考文獻(xiàn)

[1]郭平，張樺，武二永.基于形狀上下文的車(chē)牌字符識(shí)別[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，（2）：32-35.

[2]李彥飛.基于圖像處理的字符識(shí)別方法研究[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2016，（8）：10-13.

（作者單位：北方重工集團(tuán)有限公司）