啤酒瓶蓋激光字符的定位識別方法技術

本發明專利技術公開了一種啤酒瓶蓋激光字符的定位識別方法，包括以下步驟：步驟1、字符定位，包括粗定位和精定位，對定位符圖像進行二值化、腐蝕膨脹、邊緣檢測、輪廓跟蹤和霍夫變換處理，找到定位符“A”的兩條邊所在的直線的角度，計算出字符旋轉的角度；找到瓶蓋中心的坐標，將瓶蓋中心平移到原始瓶蓋圖像的中心，按計算出的字符旋轉角度將瓶蓋圖像轉正，重新定位到字符。步驟2、字符分割和識別，字符識別包括提取13特征、提取投影統計特征、以及提取粗網格特征，最后在該三種字符特征的基礎上，利用模板匹配法對字符進行匹配識別即成。本發明專利技術的方法，針對背景復雜、光照不均的瓶蓋字符圖像，實現了任意角度旋轉的啤酒瓶蓋激光字符定位。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電子監管碼字符識別
，涉及一種。
技術介紹
近年來，物聯網印刷包裝領域中的電子監管碼字符識別的研究取得了大量的研究成果，這些成果被廣泛用于車牌識別、印刷包裝符號識別等場合。目前的字符識別條件下，由于被識別的圖像質量一般較好，目標區域對比度大，目標靜止，并且只會出現小角度的旋轉，噪聲干擾小，識別準確率高。啤酒瓶蓋激光字符的定位是用圖像匹配實現的。啤酒瓶蓋激光字符是由兩部分組成，即固定不變的字符“A”(被稱為定位符)和五位變動的數字字符組成。由于定位符是不變的字符，用定位符的模板通過相關系數法進行粗匹配，找到定位符的位置，再對定位符圖像進行精匹配，以找到圖像旋轉角度，轉正圖像，從而定位到具體的數字字符。但是在啤酒瓶蓋激光字符識別中，瓶蓋圖像是在生產線運動過程中采集的，因而字符圖像不會出現在固定的位置上，并且字符圖像會有任意角度的旋轉，給字符定位和識別帶來了困難。因此，研究抗任意角度旋轉的字符定位識別方法，對于解決類似啤酒生產流通中的電子監管和物流追溯的管理難題具有重大的現實意義，是字符識別技術走向實用化必須解決的技術問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，解決了現有技術中在啤酒瓶蓋任意角度旋轉時，瓶蓋上的字符難以識別的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種，按照以下步驟實施步驟I、字符定位，包括粗定位和精定位，I. I)圖像預處理在生產線上采集到分辨率為640X480的啤酒瓶蓋原始圖像，在此，圖像預處理是指對圖像進行中值濾波，I. 2)粗定位把定位符模板圖像的分辨率降低，在低分辨率的定位符模板圖像上取以圖像中心為圓心，半徑為r的圓內的像素，設共有H個像素，按逐列連接的方法將H個像素構成一個H維列向量，放入數組b的第一列，以步長Λ Θ旋轉模板，用旋轉后的H個像素構成b的第二列，依次旋轉直至轉過360度，最終生成HX (2 π / Λ Θ )大小的數組b，把原始瓶蓋圖像降低分辨率，在瓶蓋區域內部自上而下、自左而右搜索，在低分辨率瓶蓋圖像上的點(x，y)處取半徑為r的圓內的像素，用同樣的方法生成一個H維矢量a，矢量a與數組b逐列相關，記錄下相關系數以及此時的位置信息，移動到下一個位置，生成新的a，重復計算相關系數的步驟，直至搜索完瓶蓋圖像范圍內所有的像素點，將各位置處的相關系數排序，最大相關系數出現的位置就是定位符的位置，I. 3)精定位截取步驟I. 2)中定位得到的定位符所在區域的圖像，圖像尺寸為56X56，首先用OTSU方法先對定位符圖像進行二值化處理，統計此時定位符二值化圖像中黑像素點的個數，當二值化后黑像素點個數在范圍內時定位符“A”的二值化效果最好，如果黑點個數不在這個范圍內，則需要對定位符圖像重新進行二值化， 統計出定位符二值化圖像上黑色像素點的個數，從而對定位符圖像進行膨脹或腐蝕處理，當黑色像素點個數大于580時，需要對圖像進行腐蝕處理，當黑色像素點個數小于500時，需要對定位符圖像進行膨脹處理，采用水平投影法和垂直投影法找到定位符的邊界以去除多余的噪聲點，采用Gauss-Laplace算子對定位符圖像進行邊緣檢測；對定位符邊緣檢測圖像用基于8連通區域的輪廓跟蹤進行處理；通過霍夫變換找到定位符圖像中兩條最長的直線與水平線的夾角，即定位符A兩個邊所在直線的角度，用以計算字符的旋轉角度；通過霍夫變換得到定位符A兩邊所在直線的角度，計算出兩邊夾角的中線的角度，當中線旋轉至垂直時定位符即視為轉正了，此時計算出的旋轉角度就是字符的旋轉角度；但是，無論定位符A是正是反，輸出的兩條邊的角度都是一樣的，僅僅按照一種情況計算出的旋轉角度對瓶蓋圖像進行角度校正，有可能得到的校正后的瓶蓋圖像是倒的，判斷出計算角度需調整的情況，將原來的旋轉角度加上180度，重新旋轉；用計算出的角度對原始瓶蓋圖像做旋轉校正，在旋轉校正的過程中進行了插值計算，因而校正后定位符的位置改變了，不再是粗定位的位置，需要重新對定位符進行定位，具體步驟如下①對粗定位找到的定位符所在區域二值化將瓶蓋中心平移到原始瓶蓋圖像的中心；③將此時圖像中心的部分按照之前計算出的角度旋轉；④因為定位符所在區域被二值化了，在包含定位符的區域里應該存在大量灰度值為O和255的像素點，在旋轉校正后的瓶蓋圖像的左半邊圖像范圍內搜索定位符，如果在較大的范圍內像素值為O或255的點的總個數大于預先設定的閾值130，該區域就是定位符所在的區域，字符圖像就在定位符的后面，把字符圖像截取下來，就完成了字符定位的操作；步驟2、字符分割和識別2. I)字符分割字符分割前先對字符圖像中值濾波以減弱噪聲，從字符圖像的左邊截取較大范圍的圖像區域，第一個字符包含在里面，對這個區域二值化，經后續的投影去噪找到字符的邊界，分割出第一個字符；再以第一個字符的右邊界為左基準，向右下方截取較大范圍的區域，第二個字符包含在里面，再對這個區域二值化、投影找到字符邊界，分割出第二個字符，以此類推，用同樣的方法把字符圖像中的5個字符依次分割出來；對分割出的單個字符歸一化，把字符都統一為24X40大小；2. 2)字符識別提取出單個字符的13特征、投影統計特征和粗網格特征，把單個字符的特征與O到9的模板特征進行匹配，識別出字符，待識別的字符是ocr-a字體的10個數字，從大量的單個字符中選擇筆劃飽滿、效果好的單個字符作為模板，字符大小均為歸一化后的尺寸，字符特征提取包括以下步驟 2. 2. I)提取 13 特征；2. 2. 2)提取投影統計特征，對待識別的字符圖像自左向右進行逐行的掃描，統計出每行黑色像素點的個數，然后自上而下進行逐列的掃描，統計出每列的黑色像素點的個數，將統計出的結果作為字符的特征向量；2. 2. 3)提取粗網格特征，把待識別的歸一化數字字符圖像按照4X4分塊，統計出每個大網格中的黑色像素點的個數，將統計出的結果作為字符的特征向量；得到上述的三種特征后，就得到了歸一化字符圖像的特征，最后在該三種字符特征的基礎上，利用模板匹配法對字符進行匹配識別，即成。本專利技術的有益效果是，物聯網印刷包裝電子監管碼字符定位識別，針對背景復雜、光照不均的瓶蓋字符圖像，有效地分割了字符，能夠抗任意角度旋轉，對圖像清晰度影響不大，保證了字符的準確定位，實現了任意角度旋轉的啤酒瓶蓋激光字符定位。附圖說明圖I是本專利技術方法中的原始瓶蓋圖像；圖2是本專利技術方法中的定位符模板圖像；圖3是本專利技術方法中的粗定位圖像；圖4是本專利技術方法中的定位符圖像，其中的圖4a是需腐蝕的定位符圖像，圖4b是需膨脹的定位符圖像，圖4c是圖4a腐蝕后的圖像，圖4d是圖4b膨脹后的圖像；圖5是本專利技術方法中的定位符腐蝕膨脹圖像，其中的圖5a是定位符腐蝕圖像，圖5b是水平投影圖像，圖5c是垂直投影圖像，圖5d是定位符裁切圖像；圖6是本專利技術方法中的定位符投影圖像，其中的圖6a是邊緣檢測前圖像，圖6b是邊緣檢測圖像；圖7是本專利技術方法中的定位符邊緣檢測圖像，其中的圖7a是輪廓跟蹤前圖像，圖7b是輪廓跟蹤圖像；圖8是本專利技術方法中的定位符輪廓跟蹤圖像；圖9是本專利技術方法中的定位符霍夫變換圖像，其中的圖9a是定位符一的霍夫變換圖像，圖％是定位符一的旋轉校正圖像，圖9c是歧義問題圖像，圖9d是定位符二的霍夫變換圖像，圖9e是定位符二的旋轉校正圖像，圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種啤酒瓶蓋激光字符的定位識別方法，其特征在于，按照以下步驟實施：步驟1、字符定位，包括粗定位和精定位，1.1）圖像預處理在生產線上采集到分辨率為640×480的啤酒瓶蓋原始圖像，對該原始圖像進行中值濾波的處理；1.2）粗定位把定位符模板圖像的分辨率降低，在低分辨率的定位符模板圖像上取以圖像中心為圓心，半徑為r的圓內的像素，設共有H個像素，按逐列連接的方法將H個像素構成一個H維列向量，放入數組b的第一列，以步長Δθ旋轉模板，用旋轉后的H個像素構成b的第二列，依次旋轉直至轉過360度，最終生成H×(2π/Δθ)大小的數組b，把原始瓶蓋圖像降低分辨率，在瓶蓋區域內部自上而下、自左而右搜索，在低分辨率瓶蓋圖像上的點(x,y)處取半徑為r的圓內的像素，用同樣的方法生成一個H維矢量a，矢量a與數組b逐列相關，記錄下相關系數以及此時的位置信息，移動到下一個位置，生成新的a，重復計算相關系數的步驟，直至搜索完瓶蓋圖像范圍內所有的像素點，將各位置處的相關系數排序，最大相關系數出現的位置就是定位符的位置；1.3）精定位截取步驟1.2）中定位得到的定位符所在區域的圖像，圖像尺寸設置為56×56，首先用OTSU方法對定位符圖像進行二值化處理，統計此時定位符二值化圖像中黑像素點的個數，當二值化后黑像素點個數在[200,900]范圍內時定位符“A”的二值化效果最好，如果黑點個數不在這個范圍內，則需要對定位符圖像重新進行二值化，統計出定位符二值化圖像上黑色像素點的個數，從而對定位符圖像進行膨脹或腐蝕處理，當黑色像素點個數大于580時，需要對圖像進行腐蝕處理，當黑色像素點個數小于500時，需要對定位符圖像進行膨脹處理，采用水平投影法和垂直投影法找到定位符的邊界以去除多余的噪聲點，采用Gauss?Laplace算子對定位符圖像進行邊緣檢測；對定位符邊緣檢測圖像用基于8連通區域的輪廓跟蹤進行處理；通過霍夫變換找到定位符圖像中兩條最長的直線與水平線的夾角，即定位符A兩個邊所在直線的角度，用以計算字符的旋轉角度；通過霍夫變換得到定位符A兩邊所在直線的角度，計算出兩邊夾角的中線的角度，當中線旋轉至垂直時定位符即視為轉正了，此時計算出的旋轉角度就是字符的旋轉角度；但是，無論定位符A是正是反，輸出的兩條邊的角度都是一樣的，僅僅按照一種情況計算出的旋轉角度對瓶蓋圖像進行角度校正，有可能得到的校正后的瓶蓋圖像是倒的，判斷出計算角度需調整的情況，將原來的旋轉角度加上180度，重新旋轉；用計算出的角度對原始瓶蓋圖像做旋轉校正，在旋轉校正的過程中進行了插值計算，因而校正后定位符的位置改變了，不再是粗定位的位置，需要重新對定位符進行定位，具體步驟如下：①對粗定位找到的定位符所在區域二值化；②將瓶蓋中心平移到原始瓶蓋圖像的中心；③將此時圖像中心的部分按照之前計算出的角度旋轉；④因為定位符所在區域被二值化了，在包含定位符的區域里應該存在大量灰度值為0和255的像素點，在旋轉校正后的 瓶蓋圖像的左半邊圖像范圍內搜索定位符，如果在較大的范圍內像素值為0或255的點的總個數大于預先設定的閾值，該區域就是定位符所在的區域，字符圖像就在定位符的后面，把字符圖像截取下來，即完成了字符定位的操作；步驟2、字符分割和識別2.1）字符分割字符分割前先對字符圖像進行中值濾波以減弱噪聲，從字符圖像的左邊截取較大范圍的圖像區域，第一個字符包含在里面，對這個區域二值化，經后續的投影去噪找到字符的邊界，分割出第一個字符；再以第一個字符的右邊界為左基準，向右下方截取較大范圍的區域，第二個字符包含在里面，再對這個區域二值化、投影找到字符邊界，分割出第二個字符，以此類推，用同樣的方法把字符圖像中的5個字符依次分割出來；對分割出的單個字符歸一化，把字符都統一為24×40大小；2.2）字符識別提取出單個字符的13特征、投影統計特征和粗網格特征，把單個字符的特征與0到9的模板特征進行匹配，識別出字符，待識別的字符是ocr?a字體的10個數字，從大量的單個字符中選擇筆劃飽滿、效果好的單個字符作為模板，字符大小均為歸一化后的尺寸，字符特征提取包括以下步驟：2.2.1）提取13特征；2.2.2）提取投影統計特征，對待識別的字符圖像自左向右進行逐行的掃描，統計出每行黑色像素點的個數，然后自上而下進行逐列的掃描，統計出每列的黑色像素點的個數，將統計出的結果作為字符的特征向量；2.2.3）提取粗網格特征，把待識別的歸一化數字字符圖像按照4×4分塊，統計出每個大網格中的黑色像素點的個數，將統計出的結果作為字符的特征向量；得到上述的三種特征后，就得到了歸一化字符圖像的特征，最后在該三種字符特征的基礎上，利用模板匹配法對字符進行匹配識別，即成。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：武吉梅，李晶，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：