劉春平，李帥杰，陳虎

（四川川大智勝軟件有限股份公司，成都610065）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，人們?nèi)谌氲礁餍袠I(yè)全球化的進(jìn)程中來(lái)。出行的安全和便利需要對(duì)信息的快速精確把握。人證核驗(yàn)，是海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、酒店、火車站、汽車站等必須進(jìn)行的過(guò)程。人證核驗(yàn)，就是要精確核驗(yàn)持證人與證件信息是否一致。傳統(tǒng)的人證核驗(yàn)，需要安排專業(yè)的核驗(yàn)員進(jìn)行挨個(gè)核驗(yàn)，這樣效率很低，不利于大批量的核驗(yàn)。例如在中國(guó)春運(yùn)期間的火車站檢票，若是傳統(tǒng)的核驗(yàn)，將浪費(fèi)很多時(shí)間，嚴(yán)重影響春運(yùn)效率。光學(xué)字符識(shí)別（Optical Character Recognition，OCR）[1]就是利用OCR技術(shù)對(duì)掃描、拍照后的證件圖像進(jìn)行分析、識(shí)別，以獲得證件上的文本信息的過(guò)程[2]。當(dāng)然，現(xiàn)有的證件識(shí)別，要么只能在單一背景下進(jìn)行，要么只能識(shí)別一種證件。復(fù)雜背景下多證件快速識(shí)別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，就是要在復(fù)雜背景下，實(shí)現(xiàn)多種證件信息的快速精準(zhǔn)識(shí)別后進(jìn)行核驗(yàn)。復(fù)雜背景不受天氣、燈光、背景狀態(tài)限制。多證件包括：火車票、護(hù)照、身份證、港澳臺(tái)通行證等。系統(tǒng)識(shí)別和核驗(yàn)的內(nèi)容包括：機(jī)讀碼識(shí)別、證件信息識(shí)別、人臉檢測(cè)與識(shí)別、二維碼檢測(cè)與識(shí)別、自動(dòng)判別證件類型完成信息識(shí)別核驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的整體思路為“提取+識(shí)別”[4]，根據(jù)多種證件的需求，設(shè)計(jì)完成。

本文的研究意義如下：

（1）復(fù)雜背景下，通過(guò)對(duì)輸入圖片的處理，能夠找出待識(shí)別的區(qū)域。

（2）通過(guò)算法設(shè)計(jì)，提高識(shí)別的速度和效率。

（3）多種證件識(shí)別集成到本系統(tǒng)[3]，可擴(kuò)展。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 1 硬件設(shè)計(jì)

基于算法設(shè)計(jì)的需要，硬件讀卡器除了攝像頭，還設(shè)計(jì)了白燈和紅外燈。硬件部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有額外傳感器，所有功能基于算法實(shí)現(xiàn)。

1. 2 軟件設(shè)計(jì)

1.2.1 判斷證件有無(wú)

為了在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中減少資源浪費(fèi)，在沒(méi)有證件核驗(yàn)任務(wù)時(shí)，暫停所有后續(xù)任務(wù)，需要判斷是否需要核驗(yàn)即是否有需要核驗(yàn)的證件放在讀卡器上。對(duì)于這個(gè)功能需求，系統(tǒng)在不需要核驗(yàn)證件時(shí)，只開(kāi)啟低功耗的紅外光，肉眼不可見(jiàn)光，用于獲取讀卡器窗口照片，判斷有無(wú)證件放在讀卡器上。

算法描述：

（1）系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先保證讀卡器上沒(méi)有證件，期間開(kāi)啟攝像頭和紅外光，獲取初始化圖片存入image_0。

（2）獲取圖片image_1，開(kāi)始判斷是否有證件。首先對(duì)image_1與image_0作直方圖的相似度判斷，設(shè)定閾值A(chǔ)，若相似度大于A，則判斷為有證件，若相似度小于A，則判斷為無(wú)證件。

（3）閾值A(chǔ)用來(lái)排除由于環(huán)境光和讀卡器位置的移動(dòng)對(duì)直方圖的相似度的影響。

（4）若判斷為有證件，系統(tǒng)進(jìn)入核驗(yàn)狀態(tài)，若無(wú)證件，轉(zhuǎn)到第二步。

1.2.2 判斷證件類型

多證件識(shí)別，很重要的一步就是判斷證件類型，然后作相對(duì)應(yīng)的處理，識(shí)別與核驗(yàn)。

（1）判斷有無(wú)機(jī)讀碼，若有機(jī)讀碼，判斷機(jī)讀碼的行數(shù)。

（2）若兩行判定為護(hù)照，若一行，判定為往來(lái)港澳臺(tái)通行證。

（3）若無(wú)機(jī)讀碼，找到二維碼，有二維碼判定為火車票，沒(méi)有二維碼判定為港澳臺(tái)居民往來(lái)大陸通行證。

如表1。

表1

1.2.3 預(yù)處理算法

在復(fù)雜背景下，輸入圖片的預(yù)處理很重要，決定了OCR的效果。對(duì)此，做了很多圖像處理的研究和設(shè)計(jì)。

（1）為了找到證件的位置，更好地將圖輸入圖片的文字區(qū)域、人臉、二維碼區(qū)域等分離出來(lái)，系統(tǒng)做了第一次預(yù)處理，如下列出預(yù)處理的算法。

①通道分離：降低信息量，便于加快識(shí)別速率。

②濾波：過(guò)濾掉輸入圖片的噪聲。

③二值化：由于彩色圖像所含信息量過(guò)于巨大，在對(duì)圖像中印刷體字符進(jìn)行識(shí)別處理前，需要對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，使圖像只包含黑色的前景信息和白色的背景信息，提升識(shí)別處理的效率和精確度。

1. 3 系統(tǒng)流程圖

本系統(tǒng)的算法流程圖如圖1。OCR多證件讀取基本算法解讀：

（1）利用紅外攝像頭獲取讀卡器窗口照片，判斷有無(wú)證件放到讀卡器上，若有證件轉(zhuǎn)到（2），若無(wú)轉(zhuǎn)到（11）。

（2）送入預(yù)處理程序，灰度化，形態(tài)學(xué)變化[6]，找到機(jī)讀碼輪廓。

（3）將證件位置擺正，如果有機(jī)讀碼位置，裁剪機(jī)讀碼位置轉(zhuǎn)到（4），若無(wú)轉(zhuǎn)到（8）。

（4）送入機(jī)讀碼識(shí)別函數(shù)，得到機(jī)讀碼識(shí)別結(jié)果。

（5）關(guān)閉紅外開(kāi)啟白燈，第二次獲取讀卡器窗口圖片，然后利用第二步的參數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行擺正。

（6）人臉檢測(cè)，獲取人臉。

（7）將機(jī)讀碼和人臉信息填入對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)體。

（8）若無(wú)機(jī)讀碼，關(guān)閉紅外，開(kāi)啟白燈，對(duì)圖片進(jìn)行

④邊緣檢測(cè)：找到證件的邊緣，便于切割。

⑤輪廓提取：準(zhǔn)確切割證件。

⑥坐標(biāo)檢測(cè)：找到證件的坐標(biāo)，作為切割標(biāo)準(zhǔn)。

（2）識(shí)別區(qū)域預(yù)處理，第二次預(yù)處理。

①光照補(bǔ)償：提高前景和背景的像素差值，便于前后景的分離。

②Sobel算子：求x方向梯度，找到文本的有效區(qū)域。

③二值化：前后景分離。

④膨脹和腐蝕：提高分離效果。

⑤灰度化：減少彩色信息的復(fù)雜和干擾。

⑥形態(tài)學(xué)變換：對(duì)于證件的位置和變形引起的變形進(jìn)行矯正。

⑦圖像校正：便于定位識(shí)別。

⑧調(diào)整亮度和對(duì)比度：便于識(shí)別，降低誤識(shí)率。

1.2.4 識(shí)別核驗(yàn)

調(diào)用Google的開(kāi)源Tesseract OCR接口識(shí)別證件信息。經(jīng)過(guò)識(shí)別后根據(jù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，例如在一般在識(shí)別的前兩位是字母，如果識(shí)別為數(shù)字，則判斷為識(shí)別失敗，核驗(yàn)失敗后重新獲取輸入信息[5]。

1.2.5 誤檢異常處理

誤檢發(fā)生時(shí)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域調(diào)整亮度和對(duì)比度再次檢測(cè)，檢測(cè)三次，若失敗，放棄檢測(cè)，重新獲取輸入圖片獲取目標(biāo)新的目標(biāo)圖片。處理，得到二維碼。

（9）將二維碼裁剪，送入解析程序獲得解析結(jié)果。

（10）循環(huán)（2）。

（11）循環(huán)（1）。

圖1 復(fù)雜背景下多證件快速識(shí)別系統(tǒng)流程

2 結(jié)果測(cè)試

往來(lái)港澳臺(tái)通行證：

往來(lái)港澳臺(tái)通行證獲取的原始圖片如圖2。

圖2 往來(lái)港澳臺(tái)通行證獲取的原始圖片

往來(lái)港澳臺(tái)通行證識(shí)別結(jié)果如圖3所示。

圖3 往來(lái)港澳臺(tái)通行證獲取的原始圖片

護(hù)照：

護(hù)照處理的原始圖片如圖4。

圖4 護(hù)照原始圖片

護(hù)照的識(shí)別結(jié)果如圖5。

圖5 護(hù)照識(shí)別結(jié)果圖

火車票：

火車票獲取的原始圖如圖6。

圖6 火車票的原始圖片

火車票的識(shí)別結(jié)果如圖7。

圖7 火車票的識(shí)別結(jié)果圖

港澳臺(tái)居民往來(lái)大陸通行證：

港澳臺(tái)居民往來(lái)大陸通行證的原始圖片如圖8。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜背景下多證件快速識(shí)別，利用圖形圖像和OCR技術(shù)，在簡(jiǎn)單的硬件條件下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)?？梢宰R(shí)別4種常用證件，集成了多種證件識(shí)別的算法，應(yīng)用廣泛，效果突出?？蓱?yīng)用于海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、車站等多種場(chǎng)合，魯棒性強(qiáng)，性能很好，還具備很好的擴(kuò)展性。當(dāng)然，系統(tǒng)還是有一些不足，需要后續(xù)工作的優(yōu)化調(diào)試。

圖8 港澳居民來(lái)往大陸內(nèi)地通行證

港澳居民來(lái)往大陸內(nèi)地通行證識(shí)別結(jié)果如圖9。

圖9 港澳居民來(lái)往大陸內(nèi)地通行證識(shí)別結(jié)果圖