肖 暉 王宏麗 趙不賄

(1.鎮(zhèn)江計(jì)量檢定測(cè)試中心，鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212013)

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基于HALCON的燃?xì)獗肀肀P字符識(shí)別方法研究*

肖 暉1王宏麗2趙不賄2

(1.鎮(zhèn)江計(jì)量檢定測(cè)試中心，鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212013)

膜式燃?xì)獗韽V泛用于天然氣貿(mào)易計(jì)量，其讀數(shù)一直采用人工讀數(shù)方式，迫切需要研究一種運(yùn)行速度快、識(shí)別率高和魯棒性好的燃?xì)獗肀肀P字符識(shí)別系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)表盤字符自動(dòng)識(shí)別。文章針對(duì)這一需求給出了基于HALCON機(jī)器視覺軟件的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建和針對(duì)燃?xì)獗肀肀P字符的圖像處理關(guān)鍵技術(shù)，包括灰度值調(diào)整、分割圖像、訓(xùn)練OCR和識(shí)別對(duì)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，字符識(shí)別的速度快、準(zhǔn)確度高。

計(jì)量檢定；燃?xì)獗恚粓D像處理；字符識(shí)別；HALCON

0 引言

機(jī)器視覺，又稱計(jì)算機(jī)視覺，是用機(jī)器代替人眼實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，即用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。正如視覺是人類在自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境生存不可缺少的最重要感知器官，機(jī)器視覺也是信息技術(shù)中一門至關(guān)重要的技術(shù)[1]。

燃?xì)獗硪咽俏覈?guó)工商及民用燃?xì)饬髁康闹匾?jì)量?jī)x器，其技術(shù)水平與質(zhì)量穩(wěn)定性是人民生命財(cái)產(chǎn)安全的基礎(chǔ)保障，是整個(gè)燃?xì)夤?yīng)產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的部分。作為一種氣體計(jì)量工具, 燃?xì)獗淼臏?zhǔn)確度至關(guān)重要。國(guó)家計(jì)量法律法規(guī)將它列入重點(diǎn)計(jì)量器具，實(shí)行強(qiáng)制檢定管理。因此需要對(duì)燃?xì)獗磉M(jìn)行逐一檢定。受成本和可靠性等因素制約，燃?xì)獗斫^大多數(shù)未安裝電子讀數(shù)系統(tǒng)，機(jī)械表頭示值是其最主要的貿(mào)易計(jì)量現(xiàn)實(shí)方式。

1 生產(chǎn)線作業(yè)流程介紹

在燃?xì)獗頇z定過程中，燃?xì)獗硎紫韧ㄟ^傳送帶送到達(dá)燃?xì)獗頇z定工作臺(tái)的固定表位前，然后通過機(jī)械手安裝到檢定工作臺(tái)的固定表位上。開始檢定后，上位機(jī)控制鐘罩產(chǎn)生一定的氣體流量，該流量經(jīng)過燃?xì)獗?，燃?xì)獗懋a(chǎn)生讀數(shù)。鐘罩產(chǎn)生的流量由光電掃描傳感器通過下降標(biāo)尺刻度脈沖獲得, 燃?xì)獗砩系淖x數(shù)則通過攝像頭實(shí)時(shí)采集傳給上位機(jī)，整個(gè)燃?xì)獗頇z定系統(tǒng)裝置如圖1所示。因此攝像頭對(duì)燃?xì)獗肀肀P字符的識(shí)別及時(shí)性和準(zhǔn)確率對(duì)整個(gè)燃?xì)獗頇z定系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

圖1 燃?xì)獗頇z定系統(tǒng)裝置圖

現(xiàn)階段絕大多數(shù)燃?xì)獗頇z定過程對(duì)燃?xì)獗肀肀P數(shù)字的識(shí)別均采用光標(biāo)掃描，掃描前要求檢定員調(diào)整光標(biāo)位置，此種方式浪費(fèi)人力，效率低，漏采率高。若采用攝像頭自動(dòng)采集方式，可大大提高效率，降低人力成本，為燃?xì)獗頇z定裝置系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、及時(shí)的信息。

2 圖像處理步驟

對(duì)于燃?xì)獗肀肀P字符的識(shí)別，采用HALCON軟件中的OCR(Optical Character Recognition)光學(xué)字符識(shí)別方法閱讀和識(shí)別符號(hào)信息。其基本步驟為：獲取圖像、圖像預(yù)處理、分割圖像、訓(xùn)練OCR、讀取圖片和顯示結(jié)果[2,3]。

2.1 獲取圖像

HALCON軟件中提供open_framegrabber算子，通過此算子可訪問圖像采集設(shè)備，后調(diào)用grab_image算子進(jìn)行圖像采集。采集到的圖像如圖2所示。

圖2 采集到的圖像

2.2 圖像預(yù)處理

2.2.1 圖像灰度化

由于攝像頭采集到的圖片是彩色的，所以要首先要進(jìn)行圖片的灰度化處理，改善畫質(zhì)，使圖像的顯示效果更加清晰。因此為了更好的進(jìn)行字符識(shí)別，圖像預(yù)處理第一步就是將圖像進(jìn)行灰度化處理。調(diào)用rgb1_to_gray算子對(duì)圖像進(jìn)行灰度圖轉(zhuǎn)化的結(jié)果如圖3所示。

圖3 灰度化后的圖像

2.2.2 灰度值調(diào)整

為了得到清晰的燃?xì)獗肀肀P數(shù)字，首先需要將表盤數(shù)字從背景中提取出來，以降低后續(xù)步驟的難度。調(diào)用threshold算子調(diào)節(jié)灰度值，得到如圖4所示的結(jié)果。

圖4 經(jīng)過閾值分割后的圖像

2.2.3 字符分割

首先調(diào)用connection算子將整個(gè)圖像的字符分割成獨(dú)立的個(gè)體；然后調(diào)用 select_shape對(duì)特征area，width以及hight進(jìn)行過濾選擇；最后調(diào)用sort_region對(duì)分割好的字符區(qū)域進(jìn)行區(qū)域歸類。圖5為字符分割后的圖像。

圖5 字符分割后的圖像

2.3 OCR光學(xué)字符識(shí)別

光學(xué)字符識(shí)別OCR的實(shí)質(zhì)即是根據(jù)分割所得的字符所提取的特征，與系統(tǒng)中的模板相比對(duì)，將置信度最大的值返回，以此達(dá)到識(shí)別的目的[4]。由于HALCON中自帶了多種字體模板，在許多情況下均可以直接使用，而且識(shí)別率高，所以本實(shí)驗(yàn)直接利用HALCON自帶的字符庫(kù)對(duì)處理后的字符進(jìn)行識(shí)別。

2.3.1 字符識(shí)別

字符識(shí)別步驟主要有以下兩點(diǎn)：首先，調(diào)用分類器算子read_ocr_class_mlp對(duì)HALCON自帶的字符庫(kù)進(jìn)行讀?。蝗缓罄盟阕觗o_ocr_multi_class_mlp將處理后的圖像與模板通過循環(huán)逐個(gè)匹配，最終返回結(jié)果和置信度。

2.3.2 識(shí)別結(jié)果顯示

利用for循環(huán)將由do_ocr_multi_class_mlp得到的字符串顯示在序號(hào)為WindowID的窗口上。圖6為利用HALCON自帶的OCR分類器識(shí)別的最終圖像結(jié)果。

for i :=0 to 4 by 1

disp_message(3600, Class1[i], ′window′, Row[i], Column[i], ′black′,′true′)

endfor

3 結(jié)束語(yǔ)

采用光標(biāo)掃描對(duì)燃?xì)獗頂?shù)據(jù)進(jìn)行采集，每次掃描前均要求檢定員調(diào)整光標(biāo)位置，此種方式浪費(fèi)人力，效率低，漏采率高，而且與上位機(jī)交接困難。采用機(jī)器視覺方法進(jìn)行此項(xiàng)工作則大幅度降低人工成本和人工讀數(shù)誤差，提高檢定效率和準(zhǔn)確率。

下一步工作將是在硬件選型和與上位機(jī)接口方面繼續(xù)深入研究，將此圖像處理技術(shù)用于開發(fā)便攜式的儀表讀數(shù)手抄器，推廣到燃?xì)夤?、自來水公司等需要大量快速讀取機(jī)械表頭示值的行業(yè)。

圖6 識(shí)別結(jié)果顯示

[1] Mori S.Historical review of OCR research and development[J].Proceedings of IEEE, 1992,80(7):1029-1058

[2] 孫懷遠(yuǎn),廖躍華,周夫之,黃憶君.基于HALCON的藥品包裝瓶批號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究[D].上海:上海理工大學(xué)，2008

[3] 彭曉輝.基于HALCON的IC卡噴碼符號(hào)識(shí)別技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2006

[4] 郭勇,吳樂南.行駛車輛的牌照識(shí)別系統(tǒng)[J].電子工程師，2000(11):37-41

[5]國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)的國(guó)際建議R137-1&2：2012氣體流量計(jì)(Gas Meters)

江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)〔2011〕6號(hào))

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.04