1、 1 毕业论文文献综述 计算机科学与技术 仪表字符二值化及分割技术研究 引言 在仪表实际使用中，由于受成本或使用环境的影响，会出现不能通过人工抄表方式获取表的读数，需要有一套能够即时、自动、准确的获取表读数的设备来辅助完成自动数据采集。该设备具有体积小、精度高、并具有无线通信能力。该设备被称为仪表伴侣，是和仪表结合使用，它集成了近距离成像技术、无线通信技术、图像识别等技术。图像识别技术包括图像初始化、字符分割、字符识别技术。字符分割是图像识别的重要组成，是实现仪表数据正确识别的重要前提。 由于受摄像头像素及成像环 境的影响，仪表识别画面存在着光照不均匀、字符成像不全、字符倾斜及扭曲等效果，这样
2、增加了字符分割的难度。本文通过图像预处理降低不理想光照、环境干扰而引起的图像偏差，突出图像感兴趣区域。通常使用的 HOUGH 直线检测完成倾斜纠正，通过投影法完成字符的分割，并且能够根据预先设定位置信息完成分割纠正。实验表明，该字符分割算法具有较强的准确性，具有一定的应用价值。 正文 随着现代社会信息技术的高速发展，现代社会生活和生产的重心也向着数字化、自能化和网络化等方面不断发展。机器视觉及图像处理技术在这和发展过程中发挥了重要作 用。图像是人们从客观世界获取信息的重要来源，更是人类视觉延伸的重要手段。在计算机及其相关研究领域的迅速发展，计算机的可视化、多媒体技术等研究与应用的兴起也成为了必
3、然。数字图像处理从一个专门领域的学科，发展成为了一种新型的科学研究和人机界面的工具。好的人机界面可以更好的提高图像处理。随着时代的进步，图像处理技术被广泛的应用到文件处理、医疗保健、航空航天、安全保卫、交通管理和军事侦察等领域。 经济发展和社会进步的基本因素主要是现代化信息产业和技术，在网络化、智能化和数2 字化方面都是其发展方向。图像识别、语音合成、 语音识别、文字识别等，这些作业是限制目前计算机应用和人机对话的主要原因，是智能化的主要内容。这是由于计算机的绝大多数信息都是从外部获取得，而不是由内部产生的。在外界信息的感知、处理、识别和适应的过程恰是智能化才能体现出来的。仪表图像处理技术是当
4、今精密测量领域发展的一个新趋势。伴随着检测装置和系统信息化、智能化、网络化等程度迅速的提高，将图像技术应用于仪器仪表领域日益成为一个广泛研究的课题。但是现如今主要是利用图像技术进行仪表读数的识别。数字图像处理科学无论在理论上还是实践中都存在巨大的潜力，也正是因为如此， 图像处理理论和技术受到各界的广泛重视，更促使科学研究者不懈努力，在己取得的令人瞩目成就的基础上，不断地向更加深入及更高的层次发展。 先用图像采集系统采集到图像，然后对图像进行图像预处理和仪表技术分析，之后对定位的图像进行自动识别仪表读数的过程称之为仪表自动识别系统。各种各样的仪表在工业和控制领域应用非常广泛，在仪表互联和集成上有
5、很大成效，使得自动测试系统的范围得到了扩展，在管控一体化技术和智能化管理水平上都上了一个台阶。因此仪表自动化识别的应用研究具有巨大的现实意义： （ 1）在当前已经安装并正在运作诸多系统 上、在一些危险测量现场，需要对这些系统的数字仪表读数进行采集，在自动化和信息化方面进行提高。基于计算机仪表图像的总成智能检测是对传统的仪器质量检测方法的一个根本改进，它将人工智能、仪表图像处理、计算机视觉技术引入仪器检测过程，在工业生产和检测过程中采用全自动技术，完全是一种全新尝试。有些测试现场必须人工完成，其操作环境往往是非常恶劣而且极其危险的 (如一些高辐射、高压、高温的环境 )。为了避免人工在此环境下作业
6、，减少意外事故发生，基于仪表图像处理的仪表自动识别系统成为了首选。 （ 2）在土木、机械、军用、医疗等各 行业中，所用的测量方法和仪器都应找到最适用的对象才能发挥应有的作用，如检测气体、液体参数的累计型非电子仪器因其本身所固有的优势 (如水表、流量计、气体表等 )。如今，信息技术已经融合进了各行各业。要使它们在一个自动化、现代化系统中与其它电子设备联合协作工作，发挥它们自身的作用，就需要解决它们与电子系统之间的通信问题。 （ 3）在人工对仪表进行读数记录，在一定程度上要受观测距离、观测角度等人的主观因素影响。这是一项非常复杂和繁琐的重复性劳动，效率低，工作的强度很大。可靠性不高、记录不稳定都是
7、人工问题，而且数据的处理 工作量大，使得人工检定效率低下。 计算机视觉技术是当今精密测量领域发展的一个新趋势。由于人工和环境等多方面的因3 素，使得人工作业在很多方面都存在着大量的问题。采用基于计算机视觉指针式仪表自动识别系统，实现仪表板图像自动采集、分析、处理与识别，可以解决目前人工判读的不足和环境等问题照成的不便，克服人工检测所造成的各种读数误差，大大提高仪表读数效率和准确性。恶劣的环境和人工成本的问题，正促使着仪表图像处理走向越来越成熟的阶段。 在现在生活中，图像都会因各种原因而变的模糊不清。使得图像处理过程中的提取难度大大提高， 有用信息减少甚至得到相驳的结论。因此，对降质的图像进行改
8、善也成为了必然。通常，对图像质量进行改善主要分为两种方法 :图像增强和图像复原。 从图像评价的观点来看，图像增强的主要目的是提高图像的可懂度。已有的图像增强包括图像结构增强、对比度增强等。图像的对比度也会跟图像上的物体边缘的整体强度有关，它假定边缘越强，图像的视觉效果越好。图像复原又称图像恢复技术，根据各种图像降质的根本原因，然后努力解决这一问题，尽可能的保证修改后的图像向原图像靠近。图像复原主要目的是提高图像的逼近度。利用不同的图像降噪和图像增强方法 对待噪仪表图像和光照不均匀的仪表图像进行处理。 图像在获取、传输和存储过程中不可避免地受到噪声的影响，对图像质量和后续处理有较大的影响。图像的
9、拍摄来源不同，噪声的性质也大不相同。图像降噪处理是图像处理过程中最重要的步骤之一。对噪声的性质和种类进行了解也是十分必要的。噪声主要分为以下几种：均匀噪声、高斯噪声、负指数噪声和盐椒噪声。但是实际图像信号往往还会受到祥光的噪声和各种其他分布噪声的影响。因此，严格的确定计算机噪声是不可能的。 由于不同的滤波器针对不同类型的噪声，同一副图像的不同区域的滤波强度也存在上下波 动。传统的滤波方法难以使用，所以根据图像的具体情况来确定滤波器的系数产生了自适应滤波方法。图像边缘和图像中的噪声都属于高频分量，它们在不同的尺度上特性不同，所以在不同尺度提取的抗噪性和边缘定位精度是可以互补的。这种算法在处理上比
10、上面的算法显得更为精妙，也更能够适应处理复杂的仪表图像。在尺度空间采用滤波方法，即在小尺度下精确定位，大尺度下抑制噪声，以识别可靠边缘，得到边缘的真实位置，从而产生小波滤波方法并应用到图像降噪中。 通过恰当的阈值选取，仍然可以获得反映图像局部特征和整体的二值化图像。在仪表图像处理中， 二值化占据非常重要的地位，因为图像的二值化有利于图像的进一步处理，使图像变得简单，而且数据量减小，能突显出感兴趣目标的轮廓。还使得图像处理过程变得简单、速度加快，降低了系统成本。 一般在处理或分析灰度图像时 , 首先，最初把图纸图像数字化后得到灰度图像。其次，4 把灰度图像二值化，变换成图像或文字部分具有 255
11、 的 255-像素，背景部分为具有值 0 的0-像素来表示的二值图像。这样的二值图像一般是多数个连接图形的集合，因此为了方便地进行对采集的图形或文字特征的提取和分析，要对其实行连接图形的变形操作和分析。例如，把连接 着的像素块看成一个整体，而对这些像素进行特殊标记的处理，或为使线的幅度为255 进行图形化的处理等，或把图像或文字的轮廓进行平滑处理。 在仪表图像采集时，摄像头位置容易发生偏移，不可避免的采集到倾斜图像，会对后期的字符识别产生重要的影响。所以，二值文本图像倾斜校正的目的是寻找二值文本图像的倾斜角，然后对文件图像进行倾斜校正，提高字符的识别率。 由于相机摆放的角度问题，一般图像的倾斜
12、角度不会太大，只会在预定的范围内左右倾斜 10 度左右。所以本文只考虑少量的角度倾斜纠正，也只是在 10 度左右的范围内研究算法来完善角度 纠正。 二值文本图像倾斜校正主要包括两个步骤：获取文本图像的倾斜角和二值文本图像旋转校正。由于文本图像倾斜校正在文本图像识别过程中起着重要的作用，因此，有众多学者都投身于这个领域。经历着多年的研究和实践，对于多样化的倾斜图像校正有了一定多年系统性。 仪表字符分割是字符处理和模式识别过程当中具有挑战性的和最难解决的一个步骤。字符分割的质量好坏，直接关系字符处理后续过程中特征提取和识别的质量。正是最艰难的、不容出错的阶段，所以从各个方面都要求着尽善尽美。从二值
13、图像中定位出仪表字符区域后，就可以根据该区域的坐标信 息在原图像中截取出对应的字符区域。先设定这片区域内有字符，根据下文运用字符分割算法对选中的字符进行分割。如果正确的从区域内分割出字符位置索引值，就可以将该区域分割出来的字符做下一步处理。如果不能正确的从该区域内分割出字符位置索引值，则就认为该候选区域为伪数字候选区域，从而将该区域抛弃。 垂直投影就是把一整幅图像的像素值在纵向上进行求和。通过分析垂直投影可以发现，在理想情况下，字符的中间应该是没有目标像素，投影值应该是零。而在有字符的地方，投影肯定会比较高。根据字符之间的投影情况来确定一个阈值，然后把每个字符 分割出来。在完全理想情况下，效果
14、好的二值图像，仪表中的两个字符之间是没有像素点的，中间的切分阈值是零。但是实际情况下，仪表字符会受到噪声的影响，所以字符之间肯定存有一些像素，用 0 作为阈值则没法正确将字符分开。 图像预处理是尽量去除噪音干扰，降低不理想光照而引起的图像二值化偏差，突出图像5 感兴趣区域。常用的图像预处理技术有图像的滤波，图像增强，直方图均衡化等方法。 在完成图像的预处理后，需要对图像进行二值化，并对二值化图像进行垂直投影，由于字体之间前景较少或者没有，则可以根据投影的波峰和波谷位置，完成字符的分 割，并根据字符大小等先验知识完成位置的调整。 总结 计算机视觉技术是当今精密测量领域发展的一个新趋势。将图像技术
15、应用于仪器仪表领域日益成为一个广泛研究的课题。由于图像检测可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，在现代自动化生产过程中，可广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。总之，随着图像检测技术自身的成熟和发展，可以预计它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。在各方的共同努力下，已经取得的大量的成果。市场上出现了许多成熟的实时图像处理系统，但是还存在着许 多问题有待解决。 参考文献 1 田自君 .数显仪表数字字符快速识别系统的研究 D.成都 :电子科技大学 ,2007. 2 周家玮 .基于图像处理的数字字符实时识别系统的设计 D.杭州 :浙江大学 ,
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