CN110781901B - 基于bp神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像识别领域,公开了一种基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,包括如下步骤:获取数显仪表的彩色图像,并进行灰度化处理取得灰度图像,计算灰度图像的灰度级分布统计量,输入到BP神经网络,预测出理想的二值化全局阈值,并对灰度图像进行二值化,得到消除重影的二值图,再将二值图进行去除小连通域处理,创建二值图的最小外接矩形,计算出倾斜角度,并通过仿射变换实现倾斜矫正,采用投影分割法将矫正后的二值图分割成单个字符图像,将字符图像尺寸归一化到32×32,输入到LeNet‑5模型进行识别,取得数显仪表字符的识别结果。本发明基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,有效克服重影的影响,识别率高、识别速度快。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别领域,具体涉及一种基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法。
背景技术
电子测量仪器的精度对于测量至关重要,需定期检测其精确度。而传统的数显式仪表缺乏通信接口,无法直接获取仪表的测量值,只能通过双相机分别采集标准表和被测表在快速升压和降压过程中的图像,自动识别仪表读数,最后对比标准表和被测表的结果,以判定被测表的精确度。然而,在仪表数字变化时,部分仪表会出现严重重影,重影增加了图像的二值化难度。
常用的二值化方法主要分为两大类:全局阈值算法和局部阈值算法。全局阈值算法主要包括大律法(Otsu)、最大熵法、迭代法等,主要适用于光照均匀、灰度直方图有明显双峰的图片。局部阈值算法主要包括Sauvola算法、Niblack算法、Bernsen算法等,主要适用于光照不均的图片。以上算法都只能分离仪表图像的背景,无法分离数字重影。
另外,SVM、BP神经网络、模板匹配和KNN等算法被广泛应用于仪表字符识别,并都取得了不错的识别效果。但是上述算法的识别效果很大程度上依赖于提取特征的可区分性。而卷积神经网络可以自动提取合适的特征进行分类,克服了传统算法依赖特征的困难,适合仪表字符的识别。其中,LeNet-5是适用于手写字符识别的经典卷积神经网络,主要包括一个输入层、一个输出层、两个卷积层、两个池化层和三个全连接层,对于仪表字符的识别具有指导意义。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足,提供一种基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,有效克服重影的影响,识别率高、识别速度快。
为实现上述目的,本发明所设计的基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,包括如下步骤:
A)通过摄像头获取数显仪表的彩色图像;
B)对所述步骤A)中取得的彩色图像进行灰度化处理取得灰度图像;
C)计算所述步骤B)中取得的灰度图像的灰度级分布统计量,输入到BP神经网络,预测出理想的二值化全局阈值,并对灰度图像进行二值化,得到消除重影的二值图;
D)对所述步骤C)中取得的二值图进行去除小连通域处理,降低噪声的影响;
E)创建二值图的最小外接矩形,计算出倾斜角度,并通过仿射变换实现倾斜矫正;
F)采用投影分割法将矫正后的二值图分割成单个字符图像;
G)将所述步骤F)中取得的字符图像尺寸归一化到32×32;
H)将尺寸归一化的字符图像输入到LeNet-5模型进行识别,取得数显仪表字符的识别结果。
优选地,在所述步骤C)中,重复所述步骤A),取得训练样本图像,对训练样本图像进行灰度化,再提取其中的灰度级分布统计量,并取得理想的二值化全局阈值,将灰度级分布统计量作为输入,对应的理想的二值化全局阈值作为输出,对BP神经网络进行训练。
优选地,所述理想的二值化全局阈值的选取需符合二值化后图像不含有重影、分离重影后数字完整的标准,手动选取每个训练样本图像合理全局阈值的最大值和最小值,并求取合理全局阈值的平均值作为训练样本图像的理想的二值化全局阈值。
优选地,在所述步骤C)中,所述BP神经网络包括2个隐含层,各隐含层的节点数均为25,输入节点数与灰度级分布统计量维度对应,为256,输出节点数为1,所述BP神经网络的隐含层和输出层的节点转移函数为Tansig,训练函数为Traingdm。
优选地,所述步骤H)中的LeNet-5模型采用ReLU替换sigmoid函数,避免sigmoid激活函数会出现梯度消失且泛化能力差的问题,且收敛速度更快。
优选地,所述步骤H)中的LeNet-5模型采用RMSprop优化算法更新权重和偏置,避免梯度下降算法学习率选择困难和会陷入局部最小值的问题,且收敛速度更快。
优选地,所述步骤H)中,LeNet-5模型的训练为以训练样本分割并尺寸归一化后的单个字符图像作为输入,手动制作的对应标签作为输出。
优选地,所述步骤G)中,归一化方法为等比例缩放并居中,周围填充黑色。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:实现了仪表重影字符的识别,有效克服重影的影响,识别率高,识别速度快。
附图说明
图1为本发明基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法的流程图;
图2为摄像头获取的彩色图像;
图3为图2的灰度图;
图4为图3的二值图;
图5为倾斜矫正的流程图;
图6为投影分割的流程图;
图7为字符图像归一化后的示意图;
图8为LeNet-5模型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,如图1所示,包括如下步骤:
A)如图2所示,通过摄像头获取数显仪表的彩色图像;
B)如图3所示,对步骤A)中取得的彩色图像进行灰度化处理取得灰度图像;
C)计算步骤B)中取得的灰度图像的灰度级分布统计量,输入到BP神经网络,预测出理想的二值化全局阈值,并对灰度图像进行二值化,如图4所示,得到消除重影的二值图,;
D)对步骤C)中取得的二值图进行去除小连通域处理,降低噪声的影响;
E)创建二值图的最小外接矩形,计算出倾斜角度,并通过仿射变换实现倾斜矫正,如图5所示;
F)如图6所示,采用投影分割法将矫正后的二值图分割成单个字符图像;
G)如图7所示,将步骤F)中取得的字符图像尺寸归一化到32×32,归一化方法为等比例缩放并居中,周围填充黑色;
H)将尺寸归一化的字符图像输入到LeNet-5模型进行识别,如图8所示,取得数显仪表字符的识别结果。
本实施例中,在步骤C)中,重复步骤A),取得训练样本图像,对训练样本图像进行灰度化,再提取其中的灰度级分布统计量,并取得理想的二值化全局阈值,将灰度级分布统计量作为输入,对应的理想的二值化全局阈值作为输出,对BP神经网络进行训练,其中,理想的二值化全局阈值的选取需符合二值化后图像不含有重影、分离重影后数字完整的标准,手动选取每个训练样本图像合理全局阈值的最大值和最小值,并求取合理全局阈值的平均值作为训练样本图像的理想的二值化全局阈值。本实施例中,训练好的BP神经网络包括2个隐含层,各隐含层的节点数均为25,输入节点数与灰度级分布统计量维度对应,为256,输出节点数为1,BP神经网络的隐含层和输出层的节点转移函数为Tansig,训练函数为Traingdm。在训练好的BP神经网络中输入步骤B)中取得的灰度图像的灰度级分布统计量,即可预测出理想的二值化全局阈值。
本实施例中,步骤H)中的LeNet-5模型采用ReLU替换sigmoid函数,避免sigmoid激活函数会出现梯度消失且泛化能力差的问题,采用RMSprop优化算法更新权重和偏置,避免梯度下降算法学习率选择困难和会陷入局部最小值的问题,且收敛速度更快。在步骤H)中,LeNet-5模型的训练为以训练样本分割并尺寸归一化后的单个字符图像作为输入,手动制作的对应标签作为输出。
通过本发明基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,将摄像头获取的仪表图像,通过内部识别成仪表数字,实现了仪表重影字符的识别,有效克服重影的影响,识别率高,识别速度快。
Claims (8)
1.一种基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:包括如下步骤:
A)通过摄像头获取数显仪表的彩色图像;
B)对所述步骤A)中取得的彩色图像进行灰度化处理取得灰度图像;
C)计算所述步骤B)中取得的灰度图像的灰度级分布统计量,输入到BP神经网络,预测出理想的二值化全局阈值,并对灰度图像进行二值化,得到消除重影的二值图;
D)对所述步骤C)中取得的二值图进行去除小连通域处理;
E)创建二值图的最小外接矩形,计算出倾斜角度,并通过仿射变换实现倾斜矫正;
F)采用投影分割法将矫正后的二值图分割成单个字符图像;
G)将所述步骤F)中取得的字符图像尺寸归一化到32×32;
H)将尺寸归一化的字符图像输入到LeNet-5模型进行识别,取得数显仪表字符的识别结果。
2.根据权利要求1所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:在所述步骤C)中,重复所述步骤A),取得训练样本图像,对训练样本图像进行灰度化,再提取其中的灰度级分布统计量,并取得理想的二值化全局阈值,将灰度级分布统计量作为输入,对应的理想的二值化全局阈值作为输出,对BP神经网络进行训练。
3.根据权利要求2所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:所述理想的二值化全局阈值的选取需符合二值化后图像不含有重影、分离重影后数字完整的标准,手动选取每个训练样本图像合理全局阈值的最大值和最小值,并求取合理全局阈值的平均值作为训练样本图像的理想的二值化全局阈值。
4.根据权利要求3所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:在所述步骤C)中,所述BP神经网络包括2个隐含层,各隐含层的节点数均为25,输入节点数与灰度级分布统计量维度对应,为256,输出节点数为1,所述BP神经网络的隐含层和输出层的节点转移函数为Tansig,训练函数为Traingdm。
5.根据权利要求1所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:所述步骤H)中的LeNet-5模型采用ReLU替换sigmoid函数。
6.根据权利要求1所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:所述步骤H)中的LeNet-5模型采用RMSprop优化算法更新权重和偏置。
7.根据权利要求1所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:所述步骤H)中,LeNet-5模型的训练为以训练样本分割并尺寸归一化后的单个字符图像作为输入,手动制作的对应标签作为输出。
8.根据权利要求1所述基于BP神经网络预测阈值的仪表重影字符识别方法,其特征在于:所述步骤G)中,归一化方法为等比例缩放并居中,周围填充黑色。
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Application publication date: 20200211 Assignee: Nanjing Ruishijie Electronic Technology Co.,Ltd. Assignor: HUBEI University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980049595 Denomination of invention: Instrument Ghost Character Recognition Method Based on BP Neural Network Predicting Thresholds Granted publication date: 20230428 License type: Exclusive License Record date: 20231205 |