高哲 董文 趙健 畢也

摘 要：基于HALCON/NET開發(fā)了名片字符識別系統(tǒng)，通過實時采集名片圖片后預(yù)處理、透視投影校正、字符識別等步驟，實現(xiàn)了名片上電話號碼的自動輸入，減少人工管理大量名片的工作復(fù)雜度。結(jié)果準確率可達99.99%。

關(guān)鍵詞：HALCON/NET；圖像校正；號碼識別

在商務(wù)活動中，名片作為一個重要的身份信息載體，得到了十分廣泛的使用。但與此同時，大量的名片也給人們帶來管理上的麻煩。本文針對這個情況，基于HALCON/NET開發(fā)設(shè)計了名片電話自動識別軟件，大大提高了名片管理的效率，并且號碼錄入精度顯著優(yōu)于人工輸入。

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

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件主要包含兩大部分：PC機和圖像采集設(shè)備。PC機安裝windows操作系統(tǒng)，對采集到的名片圖像進行處理與識別，并自動顯示和保存識別結(jié)果；圖像采集設(shè)備與PC機相連，采集名片的圖像。因為在自然光下采集的名片圖像便比較清晰，識別率可達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HALCON 的圖像采集助手，便能夠設(shè)置當前的圖像采集設(shè)備，并且能夠設(shè)置設(shè)備的各項參數(shù).

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

3 圖像預(yù)處理

名片經(jīng)過圖像采集設(shè)備采集，存儲到電腦中的是數(shù)字圖像信息。在采集的過程中，名片的光潔度，油墨的深淺，環(huán)境光照的亮度等干擾，都會影響最終的成像質(zhì)量。所以，在進行字符識別之前，需要對這些干擾進行預(yù)處理，目的是突出需要被識別的主要字符，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)處理的進行。由于人眼對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

圖像在采集過程中，不可避免的會包含一定的噪聲干擾。因為本文中并未采用光源，而是直接使用自然光作為光源，所以相機的噪聲干擾更加明顯。在進行進一步處理之前，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的濾波技術(shù)，該方法的思路是把目標點周圍一定大小的區(qū)域內(nèi)的像素點的值進行排序，并且把排序在中位的值作為該點濾波后的值。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)換為二值圖像的過程，目的是把感興趣區(qū)域從整個圖像中分離開來。本文采用大津閾值法進行二值化分割。大津閾值法又叫做最大類間方差法，它是按照圖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，說明這兩部分的差別越大，那么分錯的概率也就最小[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，類間方差為g，那么有

在遍歷所有閾值后，得到最大類間方差的閾值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

由于拍攝過程中，名片和相機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存在圖2中所顯示的透視失真情況。投影失真的情況下，號碼角度是傾斜的，并且大小不一致，給識別精度帶來了影響，需要進行圖像的校正。

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)域作為目標區(qū)域；

（2）對目標區(qū)域提取凸包；

（3）提取凸包后，對凸包的邊緣進行合并，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和終點，這些點就是名片的四個角的位置；

（5）根據(jù)四個角點的坐標和根據(jù)已知名片尺寸所給出的目標點坐標，求取透視變換的校正矩陣；

（6）利用校正矩陣對名片區(qū)域進行校正。

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)的字符識別處理。

4 號碼識別

透視變換校正后，名片圖像變?yōu)樗椒胖玫囊粋€規(guī)則的矩形。此時，用鼠標拖拽出一個矩形來圈出所需要識別的目標區(qū)域，之后對圈出的區(qū)域內(nèi)的號碼進行識別。HALCON中包含了基于SVM和MLP的字符識別模塊，并且已經(jīng)訓練好了常見的字符識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)ΤＲ娮煮w的字符進行高精度和快速的識別[2]。

號碼識別的步驟如下：

（1）對目標矩形區(qū)域進行自動閾值二值化處理；

（2）對二值化圖像求聯(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）對待選區(qū)域從左到右進行排序；

（4）按照順序?qū)γ總€區(qū)域進行字符識別，若有字符的識別可信度低于我們設(shè)定的閾值，則會進行報警，提示用戶有字符識別效果不理想，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，各個區(qū)域分割清晰，無粘連現(xiàn)象。

5 利用HALCON生成C#代碼

C#作為一種面向?qū)ο蟮?、運行于.NET Framwwork之上的高級程序設(shè)計語言，有著“簡單、現(xiàn)代、通用”的優(yōu)點，十分適合開發(fā)基于Windows系統(tǒng)的桌面程序。而HALCON的集成開發(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開發(fā)的圖像處理軟件有著極為快速的開發(fā)速度和極高的穩(wěn)定性。

經(jīng)過測試，本系統(tǒng)的識別準確率可達到99.99%以上，識別速度在20ms以內(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，有著更高的準確率。

6 結(jié)束語

本文基于HALCON/NET開發(fā)設(shè)計了名片電話識別系統(tǒng)，在經(jīng)過圖像的采集、校正、識別過程后，準確得到電話號碼、傳真、手機號等，與人工操作相比，大大減輕了名片管理的工作量，并且提高了號碼輸入的精度。實際測試表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強、運行效率高、檢測精度高。

參考文獻

[1]郭平，張樺，武二永.基于形狀上下文的車牌字符識別[J].杭州電子科技大學學報，2012，（2）：32-35.

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

（作者單位：北方重工集團有限公司）