CN104992175B - 一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于树型关系的过度粘连钢坯号字符分割方法，在已知钢坯号字符的平均估计宽度，并已确定因过度粘连而形成超长字符的区域及该区域相应的二值化图像垂直投影的基础上，首先利用垂直投影曲线进行可靠波谷、非可靠波谷检测，并根据字符平均估计宽度和可靠波谷、非可靠波谷，根据不同情况搜索每个字符的可能分割位置；其次，获取对超长字符的所有前向和后向的可能分割情况；最后，通过对所有可能分割中字符宽度的方差计算，选取最小方差值对应的分割情况为超长字符分割的最终结果。本发明实现了对过度粘连的钢坯号字符进行有效分割，分割正确率高、可靠性高，并且能在实际钢厂钢坯生产线的复杂背景环境下实现应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，属于图像分析技术领域。
背景技术
随着钢铁工业及其信息化技术的迅速发展，人们对钢铁产品从生产到成品投放市场全过程的在线检测、产品质量跟踪以及永久性质量追溯的要求越来越高。钢铁厂在生产钢坯的过程中，会在钢坯的一侧喷上特定的数字序列等符号以表示特定的批次，根据不同的批次规定了不同的生产工序，但生产过程中不可避免的会发生喷涂模糊、字符粘连等现象。此外，由于钢坯号自动识别系统中常辅以较强的照明光源以削弱外界光线的干扰，且安装在辊道附近。而钢坯在辊道上行走时，与照明光源的距离会发生远近变化。当距离过近时可能会造成钢坯表面反光太强的情况，从而造成在摄像机端对钢坯号采集的图像过亮，图像对比度下降，图像经二值化处理后会造成字符粘连，甚至严重粘连。而在钢坯号自动识别系统中，字符分割是字符识别的基础，字符的粘连，影响字符分割的准确性，最终直接影响到钢坯号识别系统的识别率和可靠性。其中，尤其是三个以上字符的过度粘连，超长粘连的字符区域，即使知道粘连字符个数也很难做出准确的分割。这无疑极大地削弱了钢坯号自动识别系统的可用性。
因此，本发明针对钢坯字符过度粘连的情况提出一种基于树型关系的过度粘连钢坯字符分割方法，通过多种可能路径的选取和综合判断，获取最佳的分割路径，有效地克服过度字符粘连带来的影响，从而得到稳定可靠的字符分割结果，以提高钢坯号识别的准确率。
发明内容
目的：为了克服现有钢坯号自动识别系统中因钢坯号喷涂模糊、光照等因素造成的字符过度粘连等现象，本发明提出一种基于树型关系的过度粘连钢坯字符分割方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对已获得的超长粘连字符区域二值化图像的垂直投影曲线进行平滑处理，去除垂直投影曲线中存在的小毛刺；
步骤二：对平滑处理后的垂直投影曲线寻找波谷，并通过阈值设置，将所寻波谷分为可靠波谷和非可靠波谷；
步骤三：对超长粘连字符区域进行前向分割，从超长粘连字符区域的最左端开始，分割至超长粘连字符区域的最右端；在已知前一个字符的分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度，在前一个字符右侧边界向右平移一个字符平均估计宽度处的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置，从而确定分割路径并存放入前向树型分割路径中；
步骤四：对超长粘连字符区域进行后向分割，从超长粘连字符区域的最右端开始，分割至超长粘连字符区域的最左端；在已知前一个字符的分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度，在前一个字符左侧边界向左平移一个字符平均估计宽度处的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置，从而确定分割路径并存放入后向树型分割路径中；
步骤五：对前向树型分割路径和后向树型分割路径进行分析，对每条分割路径中的所有分割出的字符宽度计算方差值；取所有分割路径中最小方差值所对应的分割路径为最终分割路径，并将该分割路径中所有字符的分割位置作为最终的字符分割位置，实现过度粘连字符的分割。
所述平滑处理采用窗口长度为5个像素的中值滤波器对垂直投影曲线进行滤波。
所述阈值采用平滑处理后的垂直投影曲线的最大峰值的0.5倍。
所述步骤三中的确定PLcut、P0、PRcut的步骤如下：
3a.对超长粘连字符区域进行前向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在前一个字符右侧边界向右平移一字符平均估计宽度位置处设置为P0，在从P0-L0至P0+L0寻找可靠波谷、非可靠波谷，其中L0为寻找半径；
3b.通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索；左侧搜索对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1，右侧搜索对应的搜索区域为从P0+1至P0+L0；在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置为PLcut和PRcut；
3c.在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在；在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在；
3d.若前一字符右侧边界与超长粘连字符区域右侧边界距离小于L0-1个像素时，则定义PLcut和PRcut不存在。
所述步骤四中确定PLcut、P0、PRcut的步骤如下：
4a.对超长粘连字符区域进行后向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在前一个字符左侧边界向左平移一字符平均估计宽度位置处设置为P0，在从P0-L0至P0+L0寻找可靠波谷、非可靠波谷，其中L0为寻找半径；
4b.通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索；左侧搜索对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1，右侧搜索对应的搜索区域为从P0+1至P0+L0；在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置为PLcut和PRcut；
4c.在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在；在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在；
4d.若前一字符左侧边界与超长粘连字符区域左侧边界距离小于L0-1个像素时，则定义PLcut和PRcut不存在。
所述半径L0设置为字符平均估计宽度的0.35倍。
所述根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的具体规则如下表：
5a.表1为P0为可靠波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定；
5b.表2为P0为非可靠波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定；
5c.表3为P0为非波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定。
所述步骤五中对前向树型分割路径和后向树型分割路径进行分析时，当分割路径中可能分割位置不存在时，将该支路进行删除。
有益效果：本发明提供的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，有效地克服字符粘连带来的影响，提高字符分割的正确率，从而提升钢坯号自动识别系统的鲁棒性，以保障在曝光强以及背景复杂等环境下钢坯号自动识别系统的可靠性要求。
附图说明
图1为现场钢坯号字符的采集图像；
图2为预处理后的二值化图像；
图3为过度粘连字符的超长粘连字符区域二值化图像；
图4为超长粘连字符区域的垂直投影曲线示意图；
图5为平滑后的垂直投影曲线及可靠波谷、非可靠波谷标注示意图；
图6为超长粘连字符区域前向分割中P0处为非波谷时的可能分割位置确定示意图示例；
图7为前向分割和后向分割中所有可能树型分割路径，分割出的字符宽度标定和字符宽度的方差值(包含最佳分割路径标注)示意图；
图8为过度粘连字符的最终分割效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种基于树型关系的过度粘连钢坯字符分割方法，如图1-3所示，现场钢坯号字符的采集时，发现超长粘连字符区域图像中含过度粘连字符，首先对已获得的超长粘连字符区域二值化图像；如图4所示，再对二值化图像进行垂直投影曲线转化，图像大小为高53像素，宽169像素；如图5所示，对垂直投影曲线进行平滑处理，去除垂直投影曲线中存在的小毛刺，防止产生过多虚假的波谷，不利于后续可靠波谷、非可靠波谷的判断。去除毛刺时，可采用如窗口长度为5个像素的中值滤波器对垂直投影曲线进行滤波。
其次，对于平滑处理后的垂直投影曲线寻找可靠波谷、非可靠波谷。当波谷值大于预设阈值时，设置为非可靠波谷；当波谷值小于该预设阈值时，设置为可靠波谷。比如，该预设阈值可设置为平滑处理后的垂直投影曲线的最大峰值的0.5倍。并强制定义该垂直投影曲线上第一和最后一个函数样点为可靠波谷。
再此，如图6所示，对超长粘连字符区域进行前向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在该字符右侧边界向右平移一字符平均估计宽度处，位置为P0，的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，作为当前字符的可能分割位置，并将该可能分割位置存放至对应树型分割路径中。在此过程中，寻找范围为从P0-L0至P0+L0，其中L0为寻找半径。通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索，分别对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1和从P0+1至P0+L0。在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置PLcut和PRcut。在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在。在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在。此外，若前一字符右侧边界与超长字符区域右侧边界距离小于L0-1时，则定义PLcut和PRcut不存在。在此过程中，寻找半径L0可设置为字符平均估计宽度的0.35倍。
随后，对超长粘连字符区域进行后向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在该字符左侧边界向左平移一字符平均估计宽度处，位置为P0，的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，作为当前字符的可能分割位置，并将该可能分割位置存放至对应树型分割路径中。在此过程中，寻找范围为从P0-L0至P0+L0，其中L0为寻找半径。通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索，分别对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1和从P0+1至P0+L0。在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置PLcut和PRcut。在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在。在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在。此外，若前一字符左侧边界与超长字符区域左侧边界距离小于L0-1时，则定义PLcut和PRcut不存在。在此过程中，寻找半径L0可设置为字符平均估计宽度的0.35倍。
接着，对超长粘连字符区域分别进行前向和后向分割的过程中，在确定了候选分割位置PLcut和PRcut及该候选分割位置为可靠波谷、非可靠波谷或不存在的情况下，结合P0处垂直投影函数值是否为可靠波谷、非可靠波谷或非波谷的三种情况，进行当前字符的可能分割位置的确定，并将该可能分割位置存放至对应树型分割的左右路径中。
最后，对前向分割和后向分割所得的路径进行分析，当当前字符分割的路径中可能分割位置不存在时，将该支路进行删除，最终获得对超长粘连字符区域的前向分割和后向分割的所有可能树型分割路径。从每条树型分割路径中提取所有字符可能分割位置，通过前后两个可能分割位置的差值获取每个字符的字符宽度，并对该路径上所有字符的宽度计算方差。从分割出字符个数相同的所有树型分割路径中选出字符宽度方差最小的路径作为该字符个数下的最佳分割路径。
如图7所示，向上箭头、向下箭头分别表示树型关系的左路径、右路径，方框表示左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置，连线上方数字表示此时分割出字符的宽度。由于前向分割和后向分割中都存在可能树型分割路径和分割位置不存在时，被删除的分割路径；最后对比两条分割路径的方差，由于方差相同，所以都为最小方差路径，因此可任取其中一条为最佳分割路径。
如图8所示，最终实现过度粘连字符分割。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对已获得的超长粘连字符区域二值化图像的垂直投影曲线进行平滑处理，去除垂直投影曲线中存在的小毛刺；
步骤二：对平滑处理后的垂直投影曲线寻找波谷，并通过阈值设置，将所寻波谷分为可靠波谷和非可靠波谷；
步骤三：对超长粘连字符区域进行前向分割，从超长粘连字符区域的最左端开始，分割至超长粘连字符区域的最右端；在已知前一个字符的分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度，在前一个字符右侧边界向右平移一个字符平均估计宽度处的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置，从而确定分割路径并存放入前向树型分割路径中；
步骤四：对超长粘连字符区域进行后向分割，从超长粘连字符区域的最右端开始，分割至超长粘连字符区域的最左端；在已知前一个字符的分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度，在前一个字符左侧边界向左平移一个字符平均估计宽度处的附近寻找可靠波谷、非可靠波谷，根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置，从而确定分割路径并存放入后向树型分割路径中；
步骤五：对前向树型分割路径和后向树型分割路径进行分析，对每条分割路径中的所有分割出的字符宽度计算方差值；取所有分割路径中最小方差值所对应的分割路径为最终分割路径，并将该分割路径中所有字符的分割位置作为最终的字符分割位置，实现过度粘连字符的分割。
2.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述平滑处理采用窗口长度为5个像素的中值滤波器对垂直投影曲线进行滤波。
3.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述阈值采用平滑处理后的垂直投影曲线的最大峰值的0.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述步骤三中的确定PLcut、P0、PRcut的步骤如下：
3a.对超长粘连字符区域进行前向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在前一个字符右侧边界向右平移一字符平均估计宽度位置处设置为P0，在从P0-L0至P0+L0寻找可靠波谷、非可靠波谷，其中L0为寻找半径；
3b.通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索；左侧搜索对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1，右侧搜索对应的搜索区域为从P0+1至P0+L0；在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置为PLcut和PRcut；
3c.在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在；在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在；
3d.若前一字符右侧边界与超长粘连字符区域右侧边界距离小于L0-1个像素时，则定义PLcut和PRcut不存在。
5.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述步骤四中确定PLcut、P0、PRcut的步骤如下：
4a.对超长粘连字符区域进行后向分割时，在已知前一个字符的可能分割位置的前提下，根据字符平均估计宽度Lmean，在前一个字符左侧边界向左平移一字符平均估计宽度位置处设置为P0，在从P0-L0至P0+L0寻找可靠波谷、非可靠波谷，其中L0为寻找半径；
4b.通过寻找可靠波谷、非可靠波谷来确定可能分割位置过程可分为左侧搜索和右侧搜索；左侧搜索对应的搜索区域为从P0-L0至P0-1，右侧搜索对应的搜索区域为从P0+1至P0+L0；在左侧搜索和右侧搜索中，分别记录候选的分割位置为PLcut和PRcut；
4c.在左侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PLcut，若还无，则定义PLcut不存在；在右侧搜索中，优先寻找离P0距离最近的可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若无，则寻找离P0距离最近的非可靠波谷对应的位置为候选分割位置PRcut，若还无，则定义PRcut不存在；
4d.若前一字符左侧边界与超长粘连字符区域左侧边界距离小于L0-1个像素时，则定义PLcut和PRcut不存在。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述半径L0设置为字符平均估计宽度的0.35倍。
7.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述根据PLcut、P0、PRcut分别为可靠波谷、非可靠波谷、非波谷的不同组合，确定当前字符的可能分割位置，再分别确定左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的具体规则如下表：
5a.表1为P0为可靠波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定；
5b.表2为P0为非可靠波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定；
5c.表3为P0为非波谷时，可能分割位置、左路径存放的分割位置、右路径存放的分割位置的确定。
8.根据权利要求1所述的一种基于树型关系的过粘连钢坯字符分割方法，其特征在于：所述步骤五中对前向树型分割路径和后向树型分割路径进行分析时，当分割路径中可能分割位置不存在时，将分割位置不存在的支路进行删除。
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| CN1158465A (zh) * | 1995-12-13 | 1997-09-03 | 株式会社日立制作所 | 读取字符的方法和读取邮政地址的方法 |
| CN102222226A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-10-19 | 杭州电子科技大学 | 一种基于先验分析的迭代式车牌字符分割方法 |
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| CN104992175A (zh) | 2015-10-21 |
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