一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，包括以下步驟：第一步，對采集的槍械編號區(qū)域圖像預(yù)處理；第二步，對預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域定位；第三步，對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割；第四步，對字符分割后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符識(shí)別，通過以上步驟，即可以實(shí)現(xiàn)槍械編號的自動(dòng)識(shí)別。本發(fā)明針對采集的槍械編號區(qū)域圖像，提出了一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，該方法便于操作，不需要人工干預(yù)，自動(dòng)聚焦并檢測，對磨損較嚴(yán)重的槍械編號仍然可以正確識(shí)別；本發(fā)明具有檢測速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并已成功應(yīng)用在手持式槍械編號檢測設(shè)備上。
【專利說明】一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的特殊字符識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種槍械編號自動(dòng)識(shí) 別方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 槍械管理是部隊(duì)日常安全保衛(wèi)工作的重要任務(wù)。目前，槍械管理技術(shù)上主要采取 手工錄入、條形碼識(shí)別和射頻等三種主要方式。其中手工錄入由管理人員完成全部操作，不 僅操作過程繁瑣、耗時(shí)費(fèi)力、效率低下，而且非常容易出錯(cuò)，自動(dòng)化程度最低；條形碼識(shí)別技 術(shù)在所有槍械上粘貼條形碼，出入庫掃描錄入，簡單實(shí)用，但條形碼保護(hù)較難，槍械使用環(huán) 境復(fù)雜，常常導(dǎo)致識(shí)別錯(cuò)誤或條形碼丟失問題。近年來射頻技術(shù)在信息化管理方面應(yīng)用廣 泛，非接觸讀取，無源射頻芯片超薄超小，安裝維護(hù)方便，但無線信號易受干擾，易發(fā)生信息 泄露問題。
[0003] 有鑒于，計(jì)算機(jī)視覺的基本任務(wù)是從攝像機(jī)獲取的圖像信息出發(fā)來計(jì)算三維空間 中的物體信息，并由此重建或識(shí)別物體。本發(fā)明即通過對包含槍號的圖像進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí) 現(xiàn)槍械編號的自動(dòng)、實(shí)時(shí)、批量掃描識(shí)別。
[0004] 槍械編號由于其特殊性，有其獨(dú)立的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：一、在形狀上，槍 號字符屬于壓印字符，壓印字符與作為字符載體的槍械背景相比，是上凸或者下凹的，具有 一定的高度或者深度，屬于三維立體字符，而其他字符大都和背景處于同一平面上，屬于二 維平面字符；二、在顏色上，字符呈白色的槍號字符與呈灰黑色的槍身在顏色上有較大差 另IJ，便于字符識(shí)別，但是槍械編號字符屬于壓印字符很容易磨損，磨損后由于字符和背景的 材質(zhì)相同，與背景沒有顏色的差別，屬于無色差字符，給識(shí)別造成了一定難度。三、槍械編 號字符都是壓印到槍身的橢圓形凹槽內(nèi)的，雖然凹槽對槍號磨損有一定的減緩作用，但槍 械使用環(huán)境非常惡劣，沙塵和雨水沖刷等依然會(huì)造成槍號的磨損，似的槍械編號字符識(shí)別 困難；四、在結(jié)構(gòu)上，同一字模所形成字符的結(jié)構(gòu)和大小相對統(tǒng)一，只是在壓制成形時(shí)，由 于字模松動(dòng)或標(biāo)牌材質(zhì)等現(xiàn)場加工因素的影響，使形成的同一字符高度、形狀亦有所差別； 五、字符通常均是阿拉伯?dāng)?shù)字，同一批次出廠的前四位字符相同，表示槍械生產(chǎn)的時(shí)間和批 次，后四位字符，表示槍械的編碼。
[0005] 由于槍號字符存在上述特點(diǎn)，因此，盡管槍號字符識(shí)別也屬于光學(xué)字符識(shí)別的范 疇，但是不能將字符識(shí)別領(lǐng)域現(xiàn)有的研究成果直接用于槍號字符識(shí)別，必須針對其圖像特 點(diǎn)，研究與之相適應(yīng)的圖像處理和識(shí)別算法，方能達(dá)到較好的效果。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的在于針對槍械編號的自身特點(diǎn)及槍械日常管理的自動(dòng)化、信息化需 求，提供了一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0008] -種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，包括以下步驟：
[0009] 第一步：對采集的槍械編號區(qū)域圖像預(yù)處理，具體包括如下步驟：
[0010] 1)對采集的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行灰度化，得到灰度化的槍械編號區(qū)域圖像； [0011] 2)利用Canny算子進(jìn)行邊緣檢測，檢測出灰度化的槍械編號區(qū)域圖像的邊緣輪 廓；
[0012] 3)利用霍夫變換對灰度化的槍械編號區(qū)域圖像檢測直線，然后對圖像進(jìn)行傾斜 矯正，得到傾斜矯正后的槍械編號區(qū)域圖像，其中，在霍夫變換中，直線用如下方程表示：
[0013] p = xcos Θ +ysin θ (1)
[0014] 式中：P表示直線到圖像原點(diǎn)的距離，Θ表示圖像原點(diǎn)到直線的垂線與x軸的夾 角，通過Θ對圖像進(jìn)行傾斜矯正，X和y分別表示圖像上像素點(diǎn)到y(tǒng)軸和X軸的距離；
[0015] 4)利用高斯高通濾波器對傾斜矯正后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行增強(qiáng)，濾去圖像中 不低于70%的低頻信息，以增強(qiáng)圖像的邊緣細(xì)節(jié)信息，得到增強(qiáng)后的槍械編號區(qū)域圖像；
[0016] 5)對增強(qiáng)后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行頂帽變換，得到頂帽變換后的槍械編號區(qū)域 圖像；
[0017] 6)對頂帽變換后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行中值濾波，得到中值濾波后的槍械編號 區(qū)域圖像；
[0018] 第二步：對預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域定位，具體包括如下步 驟：
[0019] 1)對預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行差分處理，得到其灰度跳變圖；
[0020] 2)對灰度跳變圖進(jìn)行處理，在水平方向上對每一行的灰度跳變值進(jìn)行累加，如果 灰度跳變圖的某一行的灰度跳變數(shù)大于22,并且該行的上面和下面存在連續(xù)的25-55行都 滿足這個(gè)條件，同時(shí)這幾行的高度大于或等于槍號的高度，則認(rèn)為找到了槍械編號區(qū)域可 能的位置，則保存這一區(qū)域，即槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的水平位置基本確定；
[0021] 3)槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的水平位置找到后，進(jìn)行垂直方向定位，即確定槍械編 號區(qū)域的左右邊界；先對中值濾波后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行膨脹，然后對膨脹后的槍械 編號區(qū)域圖像進(jìn)行聯(lián)通域分析，得到槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的外接矩形；結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)得 到外接矩形的長寬比K，用槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的外接矩形的長寬比與K相比，當(dāng)外接矩 形的長寬比與K相差25%以上，則排除外接矩形的長寬比與K相差25%以上對應(yīng)的外接矩 形區(qū)域，得到最接近的一個(gè)外接矩形，即找到了字符區(qū)域的左右邊界，實(shí)現(xiàn)了對槍械編號區(qū) 域的精確定位；
[0022] 第三步：對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割，具體包括如 下步驟：
[0023] 1)對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行濾波，去除噪點(diǎn)干擾，然后進(jìn) 行分層二值化處理；
[0024] 2)對分層二值化處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割，其中，槍號是由一串 字符組成的，對槍號圖像進(jìn)行字符分割，將每個(gè)字符單獨(dú)提取出來，再對單個(gè)字符的圖像進(jìn) 行字符識(shí)別，將最終合成的字符串作為識(shí)別系統(tǒng)的輸出結(jié)果；
[0025] 第四步：對字符分割后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符識(shí)別，具體包括如下步驟：
[0026] 1)對字符分割后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符歸一化操作；
[0027] 2)對字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行ZS細(xì)化算法，ZS細(xì)化算法的具 體步驟如下：判斷字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像中所有點(diǎn)是否符合下列標(biāo)記條 件，滿足標(biāo)記條件的進(jìn)行標(biāo)記并刪除，令字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像中像素點(diǎn)P 的8鄰域?yàn)椋?br> 【權(quán)利要求】
1. 一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步：對采集的槍械編號區(qū)域圖像預(yù)處理，具體包括如下步驟： 1) 對采集的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行灰度化，得到灰度化的槍械編號區(qū)域圖像； 2) 利用Canny算子進(jìn)行邊緣檢測，檢測出灰度化的槍械編號區(qū)域圖像的邊緣輪廓； 3) 利用霍夫變換對灰度化的槍械編號區(qū)域圖像檢測直線，然后對圖像進(jìn)行傾斜矯正， 得到傾斜矯正后的槍械編號區(qū)域圖像，其中，在霍夫變換中，直線用如下方程表示： P = xcos Θ +ysin θ (1) 式中：P表示直線到圖像原點(diǎn)的距離，Θ表示圖像原點(diǎn)到直線的垂線與X軸的夾角，通 過Θ對圖像進(jìn)行傾斜矯正，X和y分別表示圖像上像素點(diǎn)到y(tǒng)軸和X軸的距離； 4) 利用高斯高通濾波器對傾斜矯正后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行增強(qiáng)，濾去圖像中不低 于70%的低頻信息，以增強(qiáng)圖像的邊緣細(xì)節(jié)信息，得到增強(qiáng)后的槍械編號區(qū)域圖像； 5) 對增強(qiáng)后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行頂帽變換，得到頂帽變換后的槍械編號區(qū)域圖 像； 6) 對頂帽變換后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行中值濾波，得到中值濾波后的槍械編號區(qū)域 圖像； 第二步：對預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域定位，具體包括如下步驟： 1) 對預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行差分處理，得到其灰度跳變圖； 2) 對灰度跳變圖進(jìn)行處理，在水平方向上對每一行的灰度跳變值進(jìn)行累加，如果灰度 跳變圖的某一行的灰度跳變數(shù)大于22,并且該行的上面和下面存在連續(xù)的25-55行都滿足 這個(gè)條件，同時(shí)這幾行的高度大于或等于槍號的高度，則認(rèn)為找到了槍械編號區(qū)域可能的 位置，則保存這一區(qū)域，即槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的水平位置基本確定； 3) 槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的水平位置找到后，進(jìn)行垂直方向定位，即確定槍械編號區(qū) 域的左右邊界；先對中值濾波后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行膨脹，然后對膨脹后的槍械編號 區(qū)域圖像進(jìn)行聯(lián)通域分析，得到槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的外接矩形；結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)得到外 接矩形的長寬比K，用槍械編號區(qū)域可能區(qū)域的外接矩形的長寬比與K相比，當(dāng)外接矩形的 長寬比與K相差25%以上，則排除外接矩形的長寬比與K相差25%以上對應(yīng)的外接矩形區(qū) 域，得到最接近的一個(gè)外接矩形，即找到了字符區(qū)域的左右邊界，實(shí)現(xiàn)了對槍械編號區(qū)域的 精確定位； 第三步：對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割，具體包括如下步 驟： 1) 對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行濾波，去除噪點(diǎn)干擾，然后進(jìn)行分 層二值化處理； 2) 對分層二值化處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割，其中，槍號是由一串字符 組成的，對槍號圖像進(jìn)行字符分割，將每個(gè)字符單獨(dú)提取出來，再對單個(gè)字符的圖像進(jìn)行字 符識(shí)別，將最終合成的字符串作為識(shí)別系統(tǒng)的輸出結(jié)果； 第四步：對字符分割后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符識(shí)別，具體包括如下步驟： 1) 對字符分割后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符歸一化操作； 2) 對字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行ZS細(xì)化，ZS細(xì)化算法的具體步驟如 下：判斷字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像中所有點(diǎn)是否符合下列標(biāo)記條件，滿足標(biāo) 記條件的進(jìn)行標(biāo)記并刪除，令字符歸一化操作后的槍械編號區(qū)域圖像中像素點(diǎn)P的8鄰域 為：
其中：N⑵是像素點(diǎn)P的鄰域點(diǎn)中非零的個(gè)數(shù)，S(P)是以像素點(diǎn)P2、P3、P4、P 5、P6、 p7、p8為序時(shí)這些點(diǎn)的值從〇到1變化的次數(shù)； 在一次迭代完成后，進(jìn)行下一次迭代，直到再也沒有像素點(diǎn)可以刪除時(shí)，ZS細(xì)化算法結(jié) 束； 3) 對ZS細(xì)化算法后的槍械編號區(qū)域圖像采用基于Gabor變換的方法對字符筆畫特征 進(jìn)行提?。? 4) 采用改進(jìn)后的學(xué)習(xí)速率自適應(yīng)調(diào)整的BP算法進(jìn)行字符識(shí)別，具體學(xué)習(xí)過程按如下 步驟進(jìn)行： a) 設(shè)定最大學(xué)習(xí)次數(shù)、初始學(xué)習(xí)速率、允許的最大學(xué)習(xí)速率和最小學(xué)習(xí)速率，初始化隱 含層與輸入層、輸出層與隱含層的連接權(quán)值和閾值； b) 將訓(xùn)練樣本輸入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)連接權(quán)值和閾值計(jì)算輸出層各單元的響應(yīng)； c) 計(jì)算輸出響應(yīng)與目標(biāo)向量的誤差并存儲(chǔ)； d) 判斷誤差是否小于預(yù)先設(shè)定的精度，如果是則結(jié)束訓(xùn)練，否則轉(zhuǎn)入下一步； e) 判斷誤差較上一次是否減小，如果沒有減小，取消本次學(xué)習(xí)，不對閾值和權(quán)值進(jìn)行調(diào) 整，如果誤差減小，根據(jù)誤差和學(xué)習(xí)速率調(diào)整權(quán)值和閾值； f) 利用誤差和學(xué)習(xí)速率，根據(jù)如下公式修正學(xué)習(xí)速率： nn+i = nn+(En_1-En)/En_ 1 (4) 其中：η為迭代次數(shù)； nn+1為第η+1次的學(xué)習(xí)速率； 為第η次的學(xué)習(xí)速率； Em為第η-1次的誤差； Εη為第η次的誤差； 判斷修正后的學(xué)習(xí)速率是否超出允許的學(xué)習(xí)速率范圍，如果超出，強(qiáng)令其回到設(shè)定的 范圍內(nèi)，而后返回步驟b)，繼續(xù)學(xué)習(xí)； 通過上述步驟訓(xùn)練生成相應(yīng)字符的分類器；再將各個(gè)字符均進(jìn)行分類識(shí)別后；通過將 分割后的槍號字符送入分類器識(shí)別，識(shí)別出相應(yīng)字符，即識(shí)別出槍械編號；至此，通過以上 步驟，即可以實(shí)現(xiàn)槍械編號的自動(dòng)識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，第一步的步驟1) 中，通過如下公式對采集的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行灰度化； gray = red*0. 114+green*0. 587+blue*0. 299 (5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，第二步的步驟1) 中，將預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像水平方向上的灰度出現(xiàn)跳變的像素和灰度保持基本恒 定的像素分別賦值，考察前一列的灰度值和后一列是否相等，如果不相等灰度值置為1，相 等則置為〇,得到預(yù)處理后的槍械編號區(qū)域圖像灰度跳變圖，計(jì)算公式如下： | I(x,>) - I(x, y -i-!) = 0, WiJ/(x,_y) = 0 ! /(x, >·) - /(x, >· +1) ^ 0, >·) = I ( 6 ) 式中：I (x，y)為表示灰度化的槍械編號區(qū)域圖像上位置（x，y)處的灰度值，（x，y)為該 像素點(diǎn)的像素坐標(biāo)；X，y分別表示該像素點(diǎn)到圖像兩坐標(biāo)軸的像素距離，X為像素的行值，y 為像素的列值，I(x，y+1)表示度化的槍械編號區(qū)域圖像上位置（x，y+l)處的灰度值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，第三步的步驟1) 中，對槍械編號區(qū)域定位后的槍械編號區(qū)域圖像分為三類：字符完好、一般磨損及重度磨 損，通過實(shí)驗(yàn)對三種圖像分別進(jìn)行灰度統(tǒng)計(jì)，得到各自的二值化閾值，對其進(jìn)行分層二值 化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槍械編號自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，第三步的步驟2) 中，對分層二值化處理后的槍械編號區(qū)域圖像進(jìn)行字符分割，具體實(shí)現(xiàn)方式如下： 利用槍號圖像在堅(jiān)直方向的投影圖影射的區(qū)間，將圖像分割為多個(gè)子區(qū)間； 計(jì)算出投影區(qū)間整體寬度及各個(gè)子區(qū)間的投影寬度；若子區(qū)間的投影寬度小于整體寬 度的3. 1%，則認(rèn)為是偽子區(qū)間，直接舍去；若子區(qū)間的投影寬度大于投影整體寬的8. 8%， 則認(rèn)為其是待識(shí)別字符區(qū)域；若子區(qū)間投影寬度在3. 1%與8. 8%之間，則可能為字符"1" 亦或干擾子區(qū)間，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)進(jìn)一步篩選； 由于字符"1"的子區(qū)間主要特征表現(xiàn)為區(qū)域較窄但峰值較高，針對這一特點(diǎn)，即在待篩 選子區(qū)間中，舍去像素值小于22的子區(qū)間，即實(shí)現(xiàn)了對槍械編號區(qū)域的字符分割。
【文檔編號】G06K9/66GK104112132SQ201410315490
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】王濤, 金廣智, 蘇延召, 劉浩, 馮國彥, 方浩, 姚良 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)