CN107741924B - 一种计算机处理复杂表单的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算机处理复杂表单的方法，执行如下步骤：步骤1，对表单图像进行预处理；步骤2，提取出表格区域中的所有表格单元格；步骤3，分析单元格内信息键值对的逻辑关系，基于ABNF范式设计规则；步骤4，根据步骤3中设计的规则使用开源词法分析器Lex和语法分析器Yacc构造编译器；步骤5，使用设计的语言描述表格单元格，通过解析描述语言得到表格单元格内逻辑结构。

Description

一种计算机处理复杂表单的方法
技术领域
本发明涉及一种版面分析方法，特别是一种计算机处理复杂表单的方法。
背景技术
随着信息时代的来临，数字信息已经成为人类最重要的资源。而表格是最常见的一种信息载体，如何将表格中的信息电子化、数字化，已经成为研究的热点之一。
表单版面分析作为表单文档电子化的重要部分，然而由于表单结构的多样性，很难通过一种单一的规则来分析表单中的逻辑结构，本发明对复杂表单的版面分析进行了深入的探讨。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种处理复杂表单的综合方法，实现了复杂表单的半自动化处理，节省了大量的人力和时间，提高了工作效率。
本发明公开了一种处理复杂表单的综合方法，执行如下步骤：
步骤1：对表单图像进行预处理；
步骤2：提取出表格区域中的所有表格单元格；
步骤3：分析单元格内信息键值对的逻辑关系，基于ABNF范式设计规则(引用文献：RFC 5234-Augmented BNF for Syntax Specifications:ABNF)；
步骤4：根据步骤3中设计的规则使用词法分析器Lex和语法分析器Yacc构造编译器(引用文献：ANSI C Yacc grammar，Lex–A Lexical Analyzer Generator)；
步骤5：使用设计的语言描述表格单元格，通过解析描述语言得到表格单元格内的逻辑结构，其中，设计的语言即为步骤3中定义的一组规则，描述语言即为符合规则的字符串
步骤1包括如下步骤：
步骤1-1，去除表单图像中红色的印章：遍历表单图像中的所有像素点，如果像素点红色通道值大于200且蓝色通道和绿色通道值均小于200，则判定该像素点是印章像素点，令该像素点各通道值均为255；
步骤1-2，对表单进行倾斜校正：提取出表单图像中所有线段，如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左上端点和右下端点，则判定该线段是顺时针偏转线段；如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左下端点和右上端点，则判定该线段是逆时针偏转线段；筛选出顺时针偏转线段和逆时针偏转线段，组成顺时针偏转线段组和逆时针线段组，计算顺时针线段组中线段偏转正弦值之和，记为：Clockwise，计算逆时针线段组中线段偏转正弦值之和，记为：Counterclockwise，通过如下公式计算线段的正弦值tan：
tan＝height/width，
其中，height为线段外接矩形的长度，width为线段外接矩形的宽度；
如果Clockwise大于Counterclockwise则选用顺时针线段组，判定表单顺时针方向倾斜，否则选用逆时针线段组，判定表单逆时针方向倾斜；假设选用的线段组的正弦值之和为tansum，选用线段组中线段个数为m，计算倾斜角度的正弦值tanaverage：
tanaverage＝tansum/m，
通过如下公式计算倾斜角度α：
α＝tan-1(tanaverage)*180/π，
如果表单逆时针方向倾斜，定义变换矩阵
Figure BDA0001448193210000021
如果表单顺时针方向倾斜，则定义变换矩阵
Figure BDA0001448193210000022
根据变换矩阵对表单作仿射变换，校正表单，对表单图像进行倾斜校正；
步骤1-3，利用Unsharp Mask锐化算法对表单图像进行锐化(引用文献：Imageenhancement via adaptive unsharp masking)；
步骤2包括如下步骤：通过图像形态学操作分别提取出水平线段图和竖直线段图，将水平线段图和竖直线段图转化为灰度图，对两个灰度图像中同一位置像素点进行与操作，通过与操作将两个灰度图像合并为表格图；其中，图像形态学方法引用文献：Imageanalysis and mathematical morphology；
步骤3包括如下步骤：
步骤3-1，根据单元格内逻辑结构将单元格分类：单元格内信息键值对只存在一种逻辑关系为简单单元格，单元格内信息键值对存在两种或两种以上的逻辑关系为复杂单元格；
步骤3-2，根据单元格内信息键值对的结构分类：单元格内只存在一组信息键值对，键的几何位置在值的几何位置的上方为单一上下逻辑关系；单元格内只存在一组信息键值对，键的几何位置在值的几何位置的左边为单一左右逻辑关系；单元格内存在两组或两组以上信息键值对，键的几何位置均在值的几何位置的上方为多重上下逻辑关系；单元格内存在两组或两组以上信息键值对，键的几何位置均在值的几何位置的左边为多重左右逻辑关系；
步骤3-3，根据复杂单元格的组成分为三类：第一类，复杂单元格由两个简单单元格组成，两个简单单元格为左右分布或者上下分布；第二类，复杂单元格递归的由一个简单单元格和一个复杂单元格组成，简单单元格和复杂单元格为左右分布或者上下分布；第三类，复杂单元格递归的由两个复杂的单元格组成，两个复杂单元格为左右分布或者上下分布；
步骤3-4，设计键的形式，符合正则表达式key[{},a-z]+的字符串认定为键；
其中，用方括号(“[”和“]”)括起来的成分表示可选的，“+”表示不定循环，表示方括号中可选字符可以循环1次或无穷次，a-z表示字符a到字符z之间的所有字符；
步骤3-5.设计值的形式，符合正则表达式value[{},a-z]+的字符串认定为键；
其中，用方括号(“[”和“]”)括起来的成分表示可选的，“+”表示不定循环，表示方括号中可选字符可以循环1次或无穷次，a-z表示字符a到字符z之间的所有字符；
步骤3-6，设计信息键值对的逻辑关系符号，“->”表示单一左右关系，“＝>”表示多重左右关系，“+>”表示单一上下关系，“++>”表示多重上下关系；
步骤3-7，设计复杂单元格中单元格分布符号，“++”表示两单元格左右分布，“--”表示两单元格上下分布；
步骤3-8，基于ABNF范式设计文法规则，规则包括定义单元格类型规则、定义简单单元格键值对逻辑关系规则，定义复杂单元格组成规则，定义键的规则，定义值的规则，定义键值对中逻辑关系规则，定义复杂单元格中单元格分布规则；
步骤5中，实际上是用ABNF文法定义了一种字符串模式规则，匹配符合语法的表格单元格描述语言；
有益效果：
本发明处理复杂表单方法具有如下优点：
对表格单元格内存在信息键值对这一类型表格区域，基于ABNF范式设计文法规则，使用设计的语言描述单元格，通过解析描述语言得到单元格内逻辑结构。这种方法有效解决了由于单元格内逻辑结构复杂多样，难以提取出结构化信息的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明处理复杂表单方法第一部分的流程图；
图2为本发明步骤3中简单单元格内单一上下逻辑关系；
图3为本发明步骤3中简单单元格内单一左右逻辑关系；
图4为本发明步骤3中简单单元格内多重上下逻辑关系；
图5为本发明步骤3中复杂单元格，单元格左半部分是单一上下逻辑关系，右半部分是多重的左右逻辑关系；
图6表示原图；
图7表示消除印章之后的图；
图8表示提取出来的线段；
图9是简单单元格；
图10是复杂单元格；
图11是复杂单元格；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，执行如下步骤：
步骤1：对表单图像进行预处理；
步骤2：提取出所有表格单元格；
步骤3：分析单元格内信息键值对的逻辑关系，基于ABNF范式设计规则；
步骤4：使用词法分析器Lex和语法分析器Yacc构造编译器；
步骤5：使用设计的语言描述表格单元格，通过解析描述语言得到表格单元格内的逻辑结构；
本发明步骤1中包括如下步骤：
除去表单中的红色印章，遍历表单图像中的所有像素，如果像素点红色通道值大于200且蓝色通道和绿色通道值均小于200，则认为该点是印章像素点，令该点像素通道值均为255。
图6表示原图，图7表示消除印章之后的图。
本实施例中，对表单进行倾斜校正，定义1×2的矩阵[1,100]对原图进行形态学闭运算，提取出单据中的线段，筛选出在X轴上投影长度大于表单宽度×0.5的线段。遍历线段组，如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左上端点和右下端点，则认为该线段是顺时针偏转线段；如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左下端点和右上端点，则认为该线段是逆时针偏转线段。分别筛选出顺时针偏转线段和逆时针偏转线段，分别遍历顺时针偏转线段组和逆时针线段组，统计两组线段偏转正弦值之和；线段的正弦值计算方法如下：
tan＝height/width
其中，tan为计算后的正弦值，height为线段外接矩形的长度，width为线段外接矩形的宽度。
选取正弦值之和较大的线段组，可以认定表单往该方向上倾斜，计算平均倾斜角度的正弦值：
tanaverage＝tansum/m
其中，tanaverage表示平均倾角的正弦值，tansum表示选取线段组的正弦值之和，m表示选取线段组的线段个数。
根据计算出的倾角正弦值，计算倾斜角度，倾斜角度计算方法如下：
angle＝tan-1(tanaverage)*180/π
其中，angle为倾斜角度。
根据计算出来的倾斜角度对单据进行倾斜校正。
利用Unsharp Mask锐化算法对原图进行锐化，提高OCR识别准确度。
图8表示提取出来的线段。
本发明步骤2中包括如下步骤：
定义1×2的矩阵[1,100]对原图进行形态学闭运算，提取出水平线段图，定义1×2的矩阵[100,1]对原图进行形态学闭运算，提取出竖直线段图，将两图转化为灰度图。对两灰度图像中同一位置像素点进行与操作，通过与操作将两图合并为表格图。
定义1×2的矩阵[1,25]对表格进行形态学闭运算连接水平方向断线，定义1×2的矩阵[20,1]对表格进行形态学闭运算连接竖直方向断线，完善表格框。
本发明步骤3中包括如下步骤：
本实施例中，根据表格单元格内信息键值对的逻辑关系，可将单元格分为两种类型：
简单单元格：单元格内信息键值对只有一种逻辑关系。
复杂单元格：单元格内信息键值对存在多种逻辑关系。
简单单元格内逻辑关系通常有四种，如图2～图5所示，分别是单一上下逻辑关系，单一左右逻辑关系，多重上下逻辑关系，多重左右逻辑关系。
描述复杂单元格时，如图5所示，存在两种情况：一种是可以看作由两个简单单元格组成；另一种可以递归的看作由一个复杂单元格和一个简单单元格组成。
设计文法之前需要考虑：信息键值对的逻辑关系，复杂单元格中简单单元格的分布，键值对中的键和值的描述；然后再根据ABNF范式设计文法，对每个单元格输入描述语言，通过解析语言得到单元格内逻辑结构。
如图9所示，单元格为简单单元格，“Address”“Post Code”“Area”与其对应的信息是单一上下关系。
如图10所示，单元格为复杂单元格，由左右分布的一个复杂单元格和一个简单单元格组成，左半部分复杂单元格又由上下分布的简单单元格组成，上半部分“Address”与其对应信息是单一上下关系，下半部分“Tel”“Fax”与其对应信息是多重左右关系；右半部分“Date”“Time”“Number”与其对应信息是多重左右关系。
如图11所示，单元格为复杂单元格，有上下分布的两个简单单元格组成，上半部分“Weather”“River”“Color”“Area”“City”与其对应信息是多重上下关系；下半部分“Height”“Address”“Mountain”“Sea”与其对应信息是多重左右关系。
本发明提供了一种计算机处理复杂表单的方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种计算机处理复杂表单的方法，其特征在于，执行如下步骤：
步骤1：对表单图像进行预处理；
步骤2：提取出所有表格单元格；
步骤3：分析单元格内信息键值对的逻辑关系，基于ABNF范式设计规则；
步骤4：根据步骤3中设计的规则使用词法分析器Lex和语法分析器Yacc构造编译器；
步骤5：使用设计的语言描述表格单元格，通过解析描述语言得到表格单元格内的逻辑结构；
步骤1包括如下步骤：
步骤1-1，去除表单图像中红色的印章：遍历表单图像中的所有像素点，如果像素点红色通道值大于200且蓝色通道和绿色通道值均小于200，则判定该像素点是印章像素点，令该像素点各通道值均为255；
步骤1-2，对表单进行倾斜校正：提取出表单图像中所有线段，如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左上端点和右下端点，则判定该线段是顺时针偏转线段；如果线段的左右端点分别是其外接矩形的左下端点和右上端点，则判定该线段是逆时针偏转线段；筛选出顺时针偏转线段和逆时针偏转线段，组成顺时针偏转线段组和逆时针线段组，计算顺时针线段组中线段偏转正弦值之和，记为：Clockwise，计算逆时针线段组中线段偏转正弦值之和，记为：Counterclockwise，通过如下公式计算线段的正弦值tan：
tan＝height/width，
其中，height为线段外接矩形的长度，width为线段外接矩形的宽度；
如果Clockwise大于Counterclockwise则选用顺时针线段组，判定表单顺时针方向倾斜，否则选用逆时针线段组，判定表单逆时针方向倾斜；假设选用的线段组的正弦值之和为tansum，选用线段组中线段个数为m，计算倾斜角度的正弦值tanaverage：
tanaverage＝tansum/m，
计算倾斜角度α：
α＝tan-1(tanaverage)*180/π，
如果表单逆时针方向倾斜，定义变换矩阵
Figure FDA0002214372320000011
如果表单顺时针方向倾斜，则定义变换矩阵
Figure FDA0002214372320000021
根据变换矩阵对表单作仿射变换，校正表单；
步骤1-3，利用Unsharp Mask锐化算法对表单图像进行锐化；
步骤2包括如下步骤：通过图像形态学操作分别提取出水平线段图和竖直线段图，将水平线段图和竖直线段图转化为灰度图，对两个灰度图像中同一位置像素点进行与操作，通过与操作将两个灰度图像合并为表格图；
步骤3包括如下步骤：
步骤3-1，根据单元格内逻辑结构将单元格分类：单元格内信息键值对只存在一种逻辑关系为简单单元格，单元格内信息键值对存在两种或两种以上的逻辑关系为复杂单元格；
步骤3-2，根据单元格内信息键值对的结构分类：单元格内只存在一组信息键值对，键的几何位置在值的几何位置的上方为单一上下逻辑关系；单元格内只存在一组信息键值对，键的几何位置在值的几何位置的左边为单一左右逻辑关系；单元格内存在两组或两组以上信息键值对，键的几何位置均在值的几何位置的上方为多重上下逻辑关系；单元格内存在两组或两组以上信息键值对，键的几何位置均在值的几何位置的左边为多重左右逻辑关系；
步骤3-3，根据复杂单元格的组成分为三类：第一类，复杂单元格由两个简单单元格组成，两个简单单元格为左右分布或者上下分布；第二类，复杂单元格递归的由一个简单单元格和一个复杂单元格组成，简单单元格和复杂单元格为左右分布或者上下分布；第三类，复杂单元格递归的由两个复杂的单元格组成，两个复杂单元格为左右分布或者上下分布；
步骤3-4，设计键的形式，符合正则表达式key[{}，a-z]+的字符串认定为键；
其中，用方括号[和]括起来的成分表示可选的，+表示不定循环，表示方括号中可选字符能够循环1次或无穷次，a-z表示字符a到字符z之间的所有字符；
步骤3-5，设计值的形式，符合正则表达式value[{},a-z]+的字符串认定为键，其中，a-z表示字符a到字符z之间的所有字符；
步骤3-6，设计信息键值对的逻辑关系符号，->表示单一左右关系，＝>表示多重左右关系，+>表示单一上下关系，++>表示多重上下关系；
步骤3-7，设计复杂单元格中单元格分布符号，++表示两单元格左右分布，--表示两单元格上下分布；
步骤3-8，基于ABNF范式设计文法规则，规则包括定义单元格类型规则、定义简单单元格键值对逻辑关系规则，定义复杂单元格组成规则，定义键的规则，定义值的规则，定义键值对中逻辑关系规则，定义复杂单元格中单元格分布规则。
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