劉秀華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

圖像處理技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理的技術(shù)。為了使用計(jì)算機(jī)處理圖像，必須將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)值來表示。利用圖像處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)以及圖像平移等效果的處理過程。圖像處理主要通過各種方法對圖像進(jìn)行圖像糾正、圖像增強(qiáng)、圖像區(qū)域特征提取及分割等[1-3]。

目前某鋼鐵企業(yè)厚板生產(chǎn)單位鋼板過重環(huán)節(jié)需人工手動選取鋼板板號進(jìn)行稱重，現(xiàn)場工作人員工作量大且容易出現(xiàn)錯誤，工作效率低，因此需搭建一種能夠自動識別鋼板號、實(shí)現(xiàn)鋼板自動稱重的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過攝像機(jī)拍攝鋼板板號區(qū)域照片，經(jīng)軟件對圖像進(jìn)行預(yù)處理、提取鋼板板號信息，再對板號字符進(jìn)行識別，識別成功后觸發(fā)稱重系統(tǒng)進(jìn)行稱重，以實(shí)現(xiàn)全流程自動計(jì)量。并能克服因現(xiàn)場工作環(huán)境等因素影響造成的采集圖像不清晰或位置傾斜等問題[4]，提高鋼板號識別率，促使計(jì)量業(yè)務(wù)有序進(jìn)行。

1 圖像獲取及預(yù)處理

鋼板計(jì)量過程中借助過跨車運(yùn)至秤體上進(jìn)行稱重，在秤體上裝置高清攝像頭，通過增加高清攝像頭，用來自動識別鋼板噴號面標(biāo)內(nèi)容，將圖像識別信息連接到計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了板號與計(jì)量單號的自動匹配，過跨車停穩(wěn)后，系統(tǒng)再自動采集數(shù)據(jù)。攝像機(jī)采集鋼板上的視頻圖像，當(dāng)鋼板到達(dá)指定位置時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)接收其觸發(fā)信號開始對板號進(jìn)行識別，尋找板號區(qū)域所在并進(jìn)行識別處理。鋼板板號的字符主要由字母和數(shù)字組成，采用噴涂格式。通過高清攝像頭自動識別鋼板噴號面標(biāo)內(nèi)容，并將圖像識別信息連接到計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)板號與計(jì)量單號的自動匹配。

在實(shí)際生產(chǎn)中，往往由于鋼板位置變化或拍攝角度等原因會使鋼板板號上字符發(fā)生傾斜，或因現(xiàn)場光照不均勻?qū)е聢D像模糊不清，從而造成字符識別困難。為提高板號的字符分割準(zhǔn)確率，必須對圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除干擾，使板號字符圖像更加清晰。預(yù)處理過程包括圖像傾斜校正、灰度變換、邊緣檢測、腐蝕、填充、形態(tài)濾波等[2]。預(yù)處理的效果對后期獲取板號區(qū)域信息有很大影響，所以應(yīng)選擇可靠的預(yù)處理方法。

1.1 圖像傾斜校正

通過采用圖像處理技術(shù)，可以將數(shù)碼攝像機(jī)拍攝到的文字、圖像等信息轉(zhuǎn)化成其他信息形式輸出。由于現(xiàn)場設(shè)備或鋼板放置位置不同會造成攝像機(jī)拍攝圖像時(shí)或多或少會出現(xiàn)某種程度的傾斜[5]，即便肉眼都很難區(qū)分板號字符，因此傾斜圖像校正是板號能夠良好識別的前提，對鋼板板號識別率起著關(guān)鍵作用。通過旋轉(zhuǎn)傾斜角度和透視變換等方式對圖像進(jìn)行校正，透視變換將圖像投影到一個新的視平面，所以也稱作投影映射，這就意味著本質(zhì)上平行的線似乎在投影圖像中相交（圖1）。對于傾斜扭曲的圖像做矯正，需使用透視變換方法。

圖1 圖像傾斜校正前后對比

圖2 圖像增強(qiáng)前后對比

1.2 圖像增強(qiáng)處理

圖像增強(qiáng)是圖像預(yù)處理中一個重要環(huán)節(jié)。由于外界環(huán)境因素的影響，往往會使拍攝圖像質(zhì)量降低，難以辨識，從而對后續(xù)的識別分析帶來影響?？梢圆捎眯螒B(tài)學(xué)開操作中的腐蝕或膨脹的方式，使原來不清晰圖像中的字體變粗、變大，還可以通過去除背景的方式來調(diào)整圖像的對比度。圖像增強(qiáng)的主要目的有：①改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；②將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合人類或機(jī)器進(jìn)行分析處理的形式。由于現(xiàn)場操作廠房內(nèi)光線昏暗，常年24 h 開燈，燈光打在鋼板上更容易反光，在某些情況下拍攝的板號對比度不足的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響字符的識別率。

對比度不足的圖像必須先進(jìn)行增強(qiáng)處理，可以采用基于點(diǎn)運(yùn)算的圖像增強(qiáng)方法對圖像的灰度級進(jìn)行變換，達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。糾正照明不均勻圖像的處理步驟為：①讀取圖像，使用im2bw生成二值圖像；②使用bwlable 函數(shù)生成標(biāo)注矩陣；③通過標(biāo)注矩陣使用regionprops 函數(shù)獲取原圖像的統(tǒng)計(jì)信息，具體代碼如下：

2 板號區(qū)域圖像分割

對鋼板板號有效信息區(qū)域圖像進(jìn)行糾正及增強(qiáng)后，對圖像中有用區(qū)域進(jìn)行裁剪。鋼板噴號區(qū)域中最有價(jià)值的信息就是鋼板板號部分，它是區(qū)分不同鋼板的唯一標(biāo)識。因此，需要先提取特征圖像，可以采用圖像裁剪的方法，即將圖像中需要部分留下來、不需要的部分不予保留。圖像裁剪采用imcrop 函數(shù)，它有兩種調(diào)用方式，一是交互式的操作，即首先顯示一副圖像，然后執(zhí)行命令選取圖像中感興趣的區(qū)域；二是通過rect 函數(shù)規(guī)定裁剪后的圖形區(qū)域。采用函數(shù)imcrop 對圖像進(jìn)行裁切的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

根據(jù)獲得的行字符集、行內(nèi)字符段進(jìn)行字符的切割。由于字符與字符之間存在間隔，且有些鋼板板號圖像中存在油漆和光照引起的隨機(jī)干擾，這都會影響板號字符的分割效果。本文中字符分割采用垂直投影法，對于二值化后的圖像通過計(jì)算字符的平均字寬和兩字符左邊界之間的平均距離排除錯誤分割，而對于字寬小于平均字寬一定比例的字符則視為無效字符，前后兩字符距離小于平均距離且此距離與字寬之和不大于平均距離則可以合并為一個字符。字符切割的過程中需要考慮字符間的粘連，對字符中關(guān)鍵特征還要進(jìn)行特征加強(qiáng)。粘連字符分割對字符行圖像分割單個字符使用的方法是投影法，但當(dāng)字符存在粘連時(shí)，無法找到單字符的確切邊界。對粘連字符分割的方法具體為：

（1）通過先驗(yàn)知識可知，鋼板噴號區(qū)域第三行為板號，該字符片段固定為13 個字符，因此可計(jì)算出單個字符寬度。投影法分割時(shí)若長度大于單字符的最大可能長度則認(rèn)為存在粘連。

（2）獲取粘連字符區(qū)域的圖像拷貝，并不斷進(jìn)行腐蝕操作直至字符分開，利用投影法確定其中的分割點(diǎn)。

（3）腐蝕時(shí)可能會使單個字符斷裂，因此對獲取的分割點(diǎn)進(jìn)行判斷，若其與相鄰兩個分割的的間隔小于某臨界值則去除該分割點(diǎn)。根據(jù)獲取的分割點(diǎn)可從行圖像中分割出單個字符，完成粘連字符分割（圖3）。部分程序代碼如下：

圖3 圖像特征區(qū)域及字符分割

3 結(jié)論

圖像處理技術(shù)在鋼板板號識別應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。本文通過垂直投影法對傾斜的圖像進(jìn)行矯正，并通過圖像增強(qiáng)的方式解決圖像光照原因造成的反光、不清晰問題，使圖像能夠滿足特征信息提取的條件。對鋼板板號信息進(jìn)行特征提取，以便為板號字符分割做準(zhǔn)備，采用模板匹配法能夠解決對圖像二值化后系統(tǒng)字符粘連等問題，同時(shí)用垂直投影法分割字符，能夠矯正拍攝變形的圖像并將其中的字符分割出來，為鋼鐵企業(yè)鋼板板號識別提供指引。