圖像處理技術在鋼板板號識別中應用

劉秀華

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

圖像處理技術是一種利用計算機對圖像進行處理的技術。為了使用計算機處理圖像，必須將圖像轉化為數值來表示。利用圖像處理技術能夠實現圖像的放大、縮小、旋轉以及圖像平移等效果的處理過程。圖像處理主要通過各種方法對圖像進行圖像糾正、圖像增強、圖像區域特征提取及分割等[1-3]。

目前某鋼鐵企業厚板生產單位鋼板過重環節需人工手動選取鋼板板號進行稱重，現場工作人員工作量大且容易出現錯誤，工作效率低，因此需搭建一種能夠自動識別鋼板號、實現鋼板自動稱重的系統。該系統通過攝像機拍攝鋼板板號區域照片，經軟件對圖像進行預處理、提取鋼板板號信息，再對板號字符進行識別，識別成功后觸發稱重系統進行稱重，以實現全流程自動計量。并能克服因現場工作環境等因素影響造成的采集圖像不清晰或位置傾斜等問題[4]，提高鋼板號識別率，促使計量業務有序進行。

1 圖像獲取及預處理

鋼板計量過程中借助過跨車運至秤體上進行稱重，在秤體上裝置高清攝像頭，通過增加高清攝像頭，用來自動識別鋼板噴號面標內容，將圖像識別信息連接到計量系統中，實現了板號與計量單號的自動匹配，過跨車停穩后，系統再自動采集數據。攝像機采集鋼板上的視頻圖像，當鋼板到達指定位置時，PLC 控制系統接收其觸發信號開始對板號進行識別，尋找板號區域所在并進行識別處理。鋼板板號的字符主要由字母和數字組成，采用噴涂格式。通過高清攝像頭自動識別鋼板噴號面標內容，并將圖像識別信息連接到計量系統中，實現板號與計量單號的自動匹配。

在實際生產中，往往由于鋼板位置變化或拍攝角度等原因會使鋼板板號上字符發生傾斜，或因現場光照不均勻導致圖像模糊不清，從而造成字符識別困難。為提高板號的字符分割準確率，必須對圖像進行預處理，去除干擾，使板號字符圖像更加清晰。預處理過程包括圖像傾斜校正、灰度變換、邊緣檢測、腐蝕、填充、形態濾波等[2]。預處理的效果對后期獲取板號區域信息有很大影響，所以應選擇可靠的預處理方法。

1.1 圖像傾斜校正

通過采用圖像處理技術，可以將數碼攝像機拍攝到的文字、圖像等信息轉化成其他信息形式輸出。由于現場設備或鋼板放置位置不同會造成攝像機拍攝圖像時或多或少會出現某種程度的傾斜[5]，即便肉眼都很難區分板號字符，因此傾斜圖像校正是板號能夠良好識別的前提，對鋼板板號識別率起著關鍵作用。通過旋轉傾斜角度和透視變換等方式對圖像進行校正，透視變換將圖像投影到一個新的視平面，所以也稱作投影映射，這就意味著本質上平行的線似乎在投影圖像中相交（圖1）。對于傾斜扭曲的圖像做矯正，需使用透視變換方法。

圖1 圖像傾斜校正前后對比

圖2 圖像增強前后對比

1.2 圖像增強處理

圖像增強是圖像預處理中一個重要環節。由于外界環境因素的影響，往往會使拍攝圖像質量降低，難以辨識，從而對后續的識別分析帶來影響。可以采用形態學開操作中的腐蝕或膨脹的方式，使原來不清晰圖像中的字體變粗、變大，還可以通過去除背景的方式來調整圖像的對比度。圖像增強的主要目的有：①改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；②將圖像轉換成一種更適合人類或機器進行分析處理的形式。由于現場操作廠房內光線昏暗，常年24 h 開燈，燈光打在鋼板上更容易反光，在某些情況下拍攝的板號對比度不足的現象，嚴重影響字符的識別率。

對比度不足的圖像必須先進行增強處理，可以采用基于點運算的圖像增強方法對圖像的灰度級進行變換，達到圖像增強的目的。糾正照明不均勻圖像的處理步驟為：①讀取圖像，使用im2bw生成二值圖像；②使用bwlable 函數生成標注矩陣；③通過標注矩陣使用regionprops 函數獲取原圖像的統計信息，具體代碼如下：

2 板號區域圖像分割

對鋼板板號有效信息區域圖像進行糾正及增強后，對圖像中有用區域進行裁剪。鋼板噴號區域中最有價值的信息就是鋼板板號部分，它是區分不同鋼板的唯一標識。因此，需要先提取特征圖像，可以采用圖像裁剪的方法，即將圖像中需要部分留下來、不需要的部分不予保留。圖像裁剪采用imcrop 函數，它有兩種調用方式，一是交互式的操作，即首先顯示一副圖像，然后執行命令選取圖像中感興趣的區域；二是通過rect 函數規定裁剪后的圖形區域。采用函數imcrop 對圖像進行裁切的具體實現過程如下：

根據獲得的行字符集、行內字符段進行字符的切割。由于字符與字符之間存在間隔，且有些鋼板板號圖像中存在油漆和光照引起的隨機干擾，這都會影響板號字符的分割效果。本文中字符分割采用垂直投影法，對于二值化后的圖像通過計算字符的平均字寬和兩字符左邊界之間的平均距離排除錯誤分割，而對于字寬小于平均字寬一定比例的字符則視為無效字符，前后兩字符距離小于平均距離且此距離與字寬之和不大于平均距離則可以合并為一個字符。字符切割的過程中需要考慮字符間的粘連，對字符中關鍵特征還要進行特征加強。粘連字符分割對字符行圖像分割單個字符使用的方法是投影法，但當字符存在粘連時，無法找到單字符的確切邊界。對粘連字符分割的方法具體為：

（1）通過先驗知識可知，鋼板噴號區域第三行為板號，該字符片段固定為13 個字符，因此可計算出單個字符寬度。投影法分割時若長度大于單字符的最大可能長度則認為存在粘連。

（2）獲取粘連字符區域的圖像拷貝，并不斷進行腐蝕操作直至字符分開，利用投影法確定其中的分割點。

（3）腐蝕時可能會使單個字符斷裂，因此對獲取的分割點進行判斷，若其與相鄰兩個分割的的間隔小于某臨界值則去除該分割點。根據獲取的分割點可從行圖像中分割出單個字符，完成粘連字符分割（圖3）。部分程序代碼如下：

圖3 圖像特征區域及字符分割

3 結論

圖像處理技術在鋼板板號識別應用中發揮重要作用。本文通過垂直投影法對傾斜的圖像進行矯正，并通過圖像增強的方式解決圖像光照原因造成的反光、不清晰問題，使圖像能夠滿足特征信息提取的條件。對鋼板板號信息進行特征提取，以便為板號字符分割做準備，采用模板匹配法能夠解決對圖像二值化后系統字符粘連等問題，同時用垂直投影法分割字符，能夠矯正拍攝變形的圖像并將其中的字符分割出來，為鋼鐵企業鋼板板號識別提供指引。