本发明涉及轧钢板热喷字符串识别与验证技术领域，特别是涉及一种轧钢板热喷字符串识别与验证系统及方法。
背景技术：
在我国的轧钢行业，热轧钢板的生产工艺流程基本上采用将钢锭加热至一定温度，经轧机轧制成轧钢板毛坯，在轧钢板表面喷印字符串。钢板表面上的喷印字符串是板材从生产加工到成品销售管理的唯一标识。目前，在国内的企业中轧钢板后续精整机械加工及品质检测的各个工位均依靠人工识别字符串，以此字符串在数据库中查询所对应的加工参数或工艺要求，生产出轧钢板成品，并对产品进行跟踪和管理。但依赖人工识别字符串时常出错，生产效率低，劳动力成本高。利用机器视觉技术自动识别字符串，可使轧钢企业减员增效。就应用于轧钢板生产线的机器视觉系统而言，在喷印设备工位点，实时识别所喷印的字符串并加以验证，对提高生产线各个工位点识别准确率至关重要。因此，生产中需要一个能够实时识别喷印字符，对喷印字符进行监测并记录以便查验的系统。
在现有技术中都是针对在单一工位的字符识别和验证，没有考虑后续其他工位字符识别的需求，或者仅识别喷印字符或在发现喷印存在问题后直接剔除存在喷印问题的产品，没有考虑不适合直接剔除产品的情况。在存在喷印问题时，会使字符结果识别出现错误，在无法直接剔除喷印错误的产品时，无法应对。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轧钢板热喷字符串识别与验证系统及方法，适用于无法剔除喷印有误产品的情况，有效提高生产自动化程度和生产效率。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
一种轧钢板热喷字符串识别与验证系统及方法，包括喷印工位和后续工位，所述喷印工位设有图像采集部分、预处理部分、字符提取部分、字符识别部分、字符验证与喷印质量检测部分，所述后续工位设有图像采集部分、预处理部分、字符提取部分、字符识别部分和字符判断部分；
所述图像采集部分，用于使用图像采集设备采集并储存产品图像；所述预处理部分，用于对有图像采集设备采集到的视频信息进行预处理，获取所需识别的字符的清晰图像；
所述字符提取部分，用于从预处理后的清晰图像中提取字符；
所述字符识别部分，用于对提取出的字符进行OCR识别；
所述字符验证与喷印质量检测部分，使用喷印时已知的所需喷印字符信息与字符识别结果对比，并将字符识别结果和字符图像保存到数据库中，使用标准的字符图像与采集到的字符图像对比，检测喷印质量，在出现喷印质量问题时予以提示；
所述字符判断部分，用于将字符识别结果在数据库中检索，取得字符识别结果的图像信息，依据字符图像相似程度做二次验证，选取字符图像相似程度最高的作为识别结果，并在存在字符图像差异过大时予以警示，并请求人工判断。
进一步地，所述图像采集部分使用工业摄像头进行采集，采集用于提取关键帧和训练分类器的原始图像。
进一步地，所述预处理部分包括彩色图像灰度化、滤波降噪、提取关键帧、形态学操作的处理，其中关键帧的处理使用边缘检测的方法获取含有完整字符串的帧。
进一步地，所述字符提取部分包括倾斜校正、形变校正、字符串定位、字符分割、字符大小归一化的处理，其中倾斜校正和形变校正通过对产品图像进行变换处理得到用于校正的相关参数。
进一步地，所述字符识别部分包括特征提取、设计和训练分类器、分类的处理，所述字符识别部分通过不同字符之间特征的差异将字符进行分类以实现识别。
进一步地，所述字符验证与喷印质量检测部分，针对笔画喷印缺失或多余的问题，对每个字符与标准字符做差分，并对差分图像进行水平方向的投影，当投影直方图在某一区间大量累积而相对其他区间较少时，则认为在该区间的笔画喷印出现缺失或多余的问题，并予以警示；针对笔画失真的问题，对识别错误的字符进行细化处理提取其骨架特征，检查是否出现交叉点数量异常，当确认异常则认为喷印笔画存在失真，并予以警示。
进一步地，所述字符判断部分中二次验证时采用对每个字符图像差分比较的方式，判断字符图像的差异；当差分图像差异点数量小于阈值时认为识别结果正确，而在该识别结果下有多个可能的图像时应对每个图像做判断，选取差异最小的图像作为识别结果。
采用权利要求1－7任一所述系统的轧钢板热喷字符串识别与验证方法，其特征在于：喷印工位包括以下步骤，
步骤S1，采集生产线上的钢材图像；
步骤S2，对钢材图像进行预处理，以得到所需识别的字符的清晰图像；
步骤S3，从清晰图像中提取出字符；
步骤S4，对提取的字符进行OCR识别，以识别字符；
步骤S5，验证识别出的字符，并将字符识别结果和字符图像保存到数据库中，使用标准的字符图像与采集到的字符图像对比，检测喷印质量，并在出现字符喷印质量问题时予以提示；
后续工位包括以下步骤，
步骤T1至T4与喷印工位步骤S1至S4相同；
步骤T5，在后续工位检测时，将字符识别结果通过比较数据库中字符喷印图像做二次判断。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种轧钢板热喷字符串识别与验证系统及方法，在已知喷印字符的时候对喷印字符进行识别、检测字符喷印是否有误，在喷印出现问题时提出警示并对喷印字符进行记录，以便后续工位的识别，实现在喷印后对喷印字符串的自动识别，喷印质量检测和监测，并在后续中生产流程中进行喷印字符串的识别，无需人眼观测，减轻人力劳动强度。
附图说明
图1是本发明在喷印工位的字符识别流程图；
图2是本发明在后续工位的字符识别流程图；
图3是本发明实施例中的钢材图像；
图4是本发明实施例的灰度化处理结果；
图5是本发明实施例的中值滤波处理结果；
图6是本发明实施例的提取关键帧；
图7是本发明实施例的二值化处理结果；
图8(a)是本发明实施例的辊道辊轴图像原图；
图8(b)是本发明实施例的霍夫变换检测得的直线；
图9(a)是本发明实施例的字符串原图；
图9(b)是本发明实施例的校正后结果；
图10(a)是本发明实施例的水平方向投影；
图10(b)是本发明实施例的垂直方向投影；
图11是本发明实施例的垂直方向分割示意图；
图12是本发明实施例的识别结果示例；
图13(a)是笔画缺失例图；
图13(b)是笔画缺失例水平方向投影直方图；
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1－2所示，本发明提供一种轧钢板热喷字符串识别与验证系统，包括喷印工位和后续工位，所述喷印工位设有图像采集部分、预处理部分、字符提取部分、字符识别部分、字符验证与喷印质量检测部分，所述后续工位设有图像采集部分、预处理部分、字符提取部分、字符识别部分和字符判断部分；所述图像采集部分，用于使用图像采集设备采集并储存产品图像；所述预处理部分，用于对有图像采集设备采集到的视频信息进行预处理，目的是取得有所需识别的字符的清晰图像；所述字符提取部分，用于从预处理后的图像中提取字符；所述字符识别部分，用于对提取出的字符进行OCR识别；所述字符验证与喷印质量检测部分，使用喷印时已知的所需喷印字符信息与字符识别结果对比，验证字符识别的准确性，并将字符识别结果和字符喷印图像保存到数据库中，使用标准的字符图像与采集到的字符图像对比，检测喷印质量，在出现喷印质量问题时予以提示；所述字符判断部分，用于将字符识别结果在数据库中检索，取得该识别结果的图像信息，依据图像相似程度做二次验证，选取图像相似程度最高的作为识别结果，并在存在图像差异过大时予以警示，并请求人工判断。由于在喷印工位处和后续工位需求不同，喷印工位需要对喷印字符进行识别，并检测喷印质量，在出现喷印质量问题时予以警示。在后续工位处，则仅需要进行喷印字符识别。使用本发明可以实现在喷印后对喷印字符串的自动识别，喷印质量检测和监测，并在后续中生产流程中进行喷印字符串的识别。无需人眼观测，降低人工劳动。
本实施例中，在喷印工位可分为以下部分：图像采集、预处理、字符提取、字符识别、字符验证与喷印质量检测。
(1)图像采集部分：使用图像采集设备采集并储存产品图像。可以使用工业摄像头进行采集，包括采集用于提取关键帧和训练分类器的原始图像。
(2)预处理部分：对有图像采集设备采集到的视频信息进行预处理，目的是取得有所需识别的字符串的清晰图像。根据生产中的实际情况，任意需要进行彩色图像灰度化、滤波降噪、提取关键帧、形态学操作等操作。
(3)字符提取部分：从预处理后的图像中提取字符。根据实际情况，任意需要进行倾斜校正、形变校正、字符串定位、字符分割、字符大小归一化等操作。
(4)字符识别部分：对提取出的字符进行OCR识别。通过不同字符之间特征的差异将字符进行分类，实现识别。包括特征提取、设计和训练分类器、分类等操作。
(5)字符验证与喷印质量检测部分：使用喷印时已知的所需喷印字符信息与字符识别结果对比，验证字符识别的准确性，并将识别结果和字符喷印图像保存到数据库中；使用标准的字符图像与采集到的字符图像对比，检测喷印质量等。在出现喷印质量问题时予以提示。
其中，预处理部分中的提取关键帧部分，可以使用边缘检测的方法获取含有完整字符串的帧。在选取的轧钢板区域图像的状态可以分为以下几种：只有辊道、没有钢板的状态，有钢板而钢板上没有字符串的状态，有钢板且钢板上有字符串的状态，以及以上几种状态之间的不稳定状态。在使用边缘检测之后，不同状态之间检测到的边缘点数量差异明显。因此，可以依据边缘点的数量提取出关键帧。
其中，字符提取部分中的倾斜和形变校正，可以通过对无钢板的辊道图像进行变换处理得到用于校正的相关参数。
其中，字符验证与喷印质量检测部分，根据热喷字符横向喷印的特点，提出使用方向投影和细化骨架提取来检测喷印质量。对于存在识别问题的字符串，提出使用图像对比的方法进行识别。具体如下：针对可能出现的喷印笔画问题，对每个字符与标准字符做差分，并对差分图像进行水平方向的投影。当投影直方图在某一区间大量累积而其他区间较少时，可以认为在该区间的笔画喷印出现缺失或多余的问题，应当予以警示。针对可能出现的笔画失真问题，对识别错误的字符进行细化处理提取其骨架特征，检查是否出现交叉点数量异常，如果有，则认为喷印笔画存在失真，应当予以警示。
在后续工位的识别中，图像采集、预处理和字符提取与识别工作与喷印工位相同。在识别后进行字符判断部分，即根据识别结果在数据库中检索，取得该识别结果的图像信息，依据图像相似程度做二次验证，选取图像相似程度最高的作为识别结果，并在存在图像差异过大时予以警示，并请求人工判断。
其中，二次验证时，可以采用对每个字符图像差分比较的方式，判断字符图像的差异。当差分图像差异点数量小于阈值时可以认为识别结果正确。在该识别结果下有多个可能的图像时应对每个图像做判断，选取差异最小的图像作为识别结果。
下面结合实施例对过程进行详细描述。本发明实施方法具体步骤如下：
(1)采集生产线上的钢材图像(图3)。
(2)根据实际需求进行图像预处理。本例中依次使用了灰度化(图4)、中值滤波降噪(图5)、提取关键帧(图6)、二值化(图7)。其中，提取关键帧时使用了边缘提取的方法，根据不同状态下边缘点数量的差异和相对稳定的状态判断是否是存在完整字符串的关键帧。
(3)倾斜校正。根据辊道的特征，校正由于摄像头位置和角度造成的倾斜和形变。本例中通过对同一位置辊道辊轴图像使用霍夫变换的方法测量图像倾斜角(图8(a)、图8(b))，使用双线性内插的方法进行插值处理实现倾斜校正(图9(a)、图9(b))。其他测量倾斜角的方法也有旋转投影法、直线拟合法等。
(4)字符串定位和字符分割。本例中使用了投影法定位和分割字符(图10(a)、图10(b)、图11)，同时也引用一般字符宽度的先验知识作为参考。其他方法也有边缘检测法等。
(5)字符识别。本例中使用Tesseract进行字符识别，识别结果如(图12)，但事先需对分类器进行参数调节训练。
(6)喷印质量检验。这里给出了存在字符笔画缺失时的实例(图13(a))，并做了差分图像的方向投影(图13(b))。可以看出投影直方图在某一区间内大量积累，并与其他位置差异较大，因此可以判断存在喷印问题。
(7)储存识别结果和喷印图像信息。
(8)在后续工位检测时，根据识别结果，通过比较图像做二次判断。例如识别结果为1 48 80－4时，检索得相关喷印图像。并依据各字符图像的相似度做二次检验。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。