专利名称：一种工业号码自动识别装置、系统及方法
技术领域：
本发明涉及号码识别技术，尤其涉及应用号码识别技术的工业号码自动识别装置、系统及方法。
背景技术：
号码识别技术广泛运用于车牌识别，将摄像头拍摄到的包含车辆牌照的图像通过视频卡输入计算机进行预处理，再由检索模块对牌照进行检索、检测、定位并分割出包含牌照字符的矩形区域，然后对牌照字符进行二值化处理，并将其分割成单个字符，规整后输入字符识别模块进行字符识别。然而，将运用于车牌识别的号码识别技术运用于工业钢坯或铸坯的号码识别，却存在着特殊的问题，即通常工业厂房环境光线差，钢坯或铸坯上号码常有遮挡、污损或断迹，且处于非常不规范的环境下；另外在工业高温、高湿的恶劣环境下，钢坯或铸坯周围所处的背景极为复杂，再加上钢坯或铸坯温度的影响以及其受侧光、顺光和逆光影响等，都会对字符图像的准确识别极为不利；因此如何在复杂背景中准确地确定受影响因素较多的钢坯或铸坯号码，尚是工业号码识别技术一个难攻的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工业号码自动识别系统、装置及方法，能够在恶劣的工业环境下准确地识别钢坯或铸坯的号码。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业号码自动识别装置，包括依次连接的检测前端和号码识别终端，其中检测前端，用于通过摄像头在闪光灯发出的补偿光线下拍摄钢坯或铸坯的号码图像帧，并数字化处理成对应的数字图像，输出给号码识别终端；号码识别终端，用于对输入的数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯的号码。优选地，检测前端的闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间经预先调整，使得摄像头在调整的曝光时间内闪光灯同步发出补偿光线下拍摄号码图像帧。优选地，检测前端除了包括摄像头及闪光灯外，还包括相互连接的图像采集单元和视频检测单元，其中图像采集单元，用于将摄像头拍摄的号码图像帧数字化处理成数字图像输出；视频检测单元，用于分析检测图像采集单元输出的数字图像，输出确认为钢坯或铸坯的数字图像。优选地，号码识别终端包括依次连接的定位单元、字符分割单元以及识别结果输出单元，其中定位单元，用于对检测前端输出的数字图像进行搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从侯选区中选定一个号码区域，并将选定的号码区域从数字图像中分离并输出；字符分割单元，用于将输入的号码区域分割成多个单个的字符图像并输出；识别结果输出单元，用于基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或单个的字符图像的局部区域进行二值化处理，并将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。优选地，识别结果输出单元在进行二值化处理后及将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还将二值化处理形成的字符进行语法校正处理。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用本发明的工业号码自动识别装置形成的工业号码自动识别系统，包括输送辊道、一个或多个推钢机、安装在一个或多个加热炉入口侧的一个或多个检测前端，还包括号码识别终端，其中输送辊道，用于将钢坯或铸坯输送到对准相应的加热炉位置处；推钢机，用于在推钢信号的控制下，将输送辊道输送到相应的加热炉位置处的钢坯或铸坯推向该加热炉入口侧的指定位置；检测前端，用于通过相应的摄像头在配备的闪光灯的补偿光线下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将拍摄的号码图像帧数字化处理成对应的数字图像，输出给号码识别终端；号码识别终端，用于对输入的数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯号码。优选地，检测前端的闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间经预先调整，使得摄像头在调整的曝光时间内闪光灯同步发出的补偿光线下拍摄号码图像帧。优选地，推钢机在将加热炉位置处的钢坯或铸坯推向该加热炉入口侧的指定位置时，向检测前端输出推钢结束信号；检测前端的摄像头在推钢结束信号的控制下，在调整的曝光时间内闪光灯同步发出的补偿光线下拍摄号码图像帧。优选地，检测前端除了包括摄像头及闪光灯外，还包括相互连接的图像采集单元和视频检测单元，其中图像采集单元，用于将摄像头拍摄的号码图像帧数字化处理成数字图像输出；视频检测单元，用于分析检测图像采集单元输出的数字图像，输出确认为钢坯或铸坯的数字图像。优选地，号码识别终端包括依次连接的定位单元、字符分割单元以及识别结果输出单元，其中定位单元，用于对检测前端输出的数字图像进行搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从侯选区域中选定一个号码区域，并将选定的号码区域从数字图像中分离并输出；字符分割单元，用于将输入的号码区域分割成多个单个的字符图像并输出；
识别结果输出单元，用于基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或单个的字符图像的局部区域进行二值化处理，并将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。优选地，识别结果输出单元在进行二值化处理后及将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还将二值化处理形成的字符进行语法校正处理。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用如本发明的工业号码自动识别装置的工业号码自动识别方法，包括检测前端的摄像头在闪光灯的光线补偿下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将号码图像帧数字化处理成对应的数字图像后输出；号码识别终端对检测前端输出的数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并从分割的字符识别出钢坯或铸坯号码。优选地，检测前端的摄像头在闪光灯的光线补偿下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧之前，还包括完成对检测前端的闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间的预先调整，使得摄像头能够在调整的曝光时间内闪光灯同步发出补偿光线下拍摄号码图像帧。优选地，号码识别终端从分割的字符识别出钢坯或铸坯号码，具体包括基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或单个的字符图像的局部区域进行二值化处理；将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中保存的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。优选地，在号码识别终端进行二值化处理后及将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还包括将二值化处理形成的字符进行语法校正处理。本发明通过将对钢坯或铸坯视频检测的摄像头配备闪光灯，让闪光灯在极短的曝光时间内发出的补偿光线足以使得钢坯或铸坯上的字符图像从背景图像中凸显出来，从而解决了工业号码识别的技术难题。另外，通过在号码识别的算法上增加模糊识别、语法自校正以及局部区域自适应二值化等处理，解决了铸坯号码在有遮挡和污损情况下影响号码识别的问题，并且大大提高了号码识别的准确度，降低了误判断。
图1为本发明的工业号码自动识别装置实施例的结构框图；图2为本发明的工业号码自动识别系统实施例的现场安装示意图；图3为本发明的工业号码自动识别方法实施例流程图。
具体实施例方式以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下例举的实施例仅仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。供的工业号码自动识别装置实施例如图1所示，包括依次连接的检测前端和号码识别终端，其中检测前端，用于通过摄像头经配备的闪光灯的光线补偿拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将号码图像帧数字化处理成对应的数字图像，该数字图像经检测确认后输出；由于背景光不同以及冷热钢坯自身亮度不同，造成摄像头的曝光时间和光圈难以确定，从而导致摄像头拍摄出的图像受背景光以及冷热钢坯的影响而模糊不清。因此，将摄像头的曝光时间与闪光灯的光线补偿结合，可将背景光以及冷热钢坯的影响降至极低。需要预先调整闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间，使得摄像头在极短的曝光时间 (仅零点几个微秒)内经闪光灯同步发出的光线补偿，足以将铸坯上的字符从周围背景中凸显。号码识别终端，用于对输入的钢坯或铸坯数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割出来，对分割的字符进行识别，输出识别的铸坯号码。图1中所示的检测前端除了包括一个或多个摄像头及配备的闪光灯外，还包括依次连接的图像采集单元和视频检测单元，其中图像采集单元，用于将检测前端输出的号码图像帧数字化处理成对应的数字图像；视频检测单元，用于检测分析图像采集单元输出的数字图像，输出确认的铸坯图像。图1中所示的号码识别终端进一步包括依次连接的定位单元、字符分割单元以及识别结果输出单元，其中定位单元，用于对检测前端采集的铸坯图像进行大范围搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从多个侯选区域中选定一个号码区域，并将其从铸坯图像中分离输出；字符分割单元，用于将号码区域分割成多个单个的字符图像并输出；字符分割单元譬如采用垂直投影法对号码区域进行字符分割。由于字符在垂直方向上的投影必然是在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值的位置，并且该位置满足号码的字符书写格式、字符尺寸限制等其它条件，因此利用垂直投影法对复杂背景下的铸坯图像中的字符分割具有较好的效果。识别结果输出单元，用于基于模板匹配算法将分割的单个字符图像和/或单个字符图像的局部区域进行二值化处理，并将二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小，然后与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为识别结果输出。识别结果输出单元针对字符图像的局部区域自适应地进行二值化处理，可使得输出的识别结果更准确，减少误识别。实际上，按照钢坯或铸坯喷号规则标准来看，号码字符的构成是有规可循的，如有的字符图像区域只可能是英文字母字符，不可能是数字字符，反之亦然；又如，有的字符图像区域只可能是0或1数字，不可能有其它数字或字母，等等。识别结果输出单元据此对经二值化处理形成的字符进行语法校正，以针对出现倾斜、遮挡、污损、断迹或模糊的铸坯号码进行模糊识别，避免对这些不完整的铸坯号码出现混乱的识别结果。识别结果输出单元还基于人工神经元网络算法对识别出的字符进行特征提取，然后用提取的特征来训练神经网络分配器，直至输出更准确的识别结果。由于摄像头的安装角度、号码挂放或喷印不规范以及钢坯或铸坯进入角度等，都会使得钢坯或铸坯号码在图像中表现出不规范性，出现倾斜、遮挡、污损、断迹或模糊的铸坯号码，这就要求号码自动识别装置能够针对此进行自动矫正的能力，确保识别结果准确。本发明将上述工业号码自动识别装置实施例应用到工业现场，形成图2所示的工业号码自动识别系统实施例，包括输送辊道、一个或多个推钢机、安装在一个或多个加热炉入口侧的检测前端，还包括号码识别终端，其中输送辊道，用于将钢坯或铸坯输送到对准相应的加热炉位置处；推钢机，用于在推钢信号的控制下将输送辊道相应的加热炉位置处的钢坯或铸坯推向该加热炉入口侧，当到达指定位置时向检测前端输出推钢结束信号；检测前端，用于在推钢结束信号的控制下通过相应的摄像头在配备的闪光灯的光线补偿下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将号码图像帧数字化处理成对应的数字图像，输出经检测确认的钢坯或铸坯数字图像；号码识别终端，用于对输入的钢坯或铸坯数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割出来，对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯号码。在检测前端中，需要预先调整闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间，使得闪光灯在摄像头极短的曝光时间内同步发出的补偿光线足以将铸坯上的字符从周围背景中凸显。由于背景光不同以及冷热钢坯或铸坯自身亮度不同，造成摄像头的曝光时间和光圈难以确定。而通过闪光灯照亮近处的钢坯或铸坯，且摄像头曝光时间又很短，这样，使得热坯和冷坯的发光或反光的影响变得很小。现场安装可将摄像头和闪光灯分别安装于两个不同的水冷套里，再将两个水冷套共同安装于一个保护外罩里；或者，可将摄像头和闪光灯集成为一体，安装在一个水冷套里。摄像头和闪光灯安装方式应该有更多方式，比如，闪光灯距离铸坯很近，一般距离铸坯2 5米左右，而摄像头稍远；或者，二者皆稍远。摄像头原则上应尽可能正对预设的拍摄区，一般与闪光灯平行安装。如果增加聚光装置，闪光灯距离铸坯可以更远一些。在号码识别终端中，通过依次连接的以下单元对钢坯或铸坯数字图像进行定位、 字符分割以及字符识别操作定位单元，对检测前端采集的钢坯或铸坯图像进行大范围搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从多个侯选区域中选定一个号码区域，并将其从钢坯或铸坯图像中分离输出；字符分割单元，将号码区域分割成单个字符图像并输出；识别结果输出单元，基于模板匹配算法将单个字符图像和/或单个字符图像的局部区域进行二值化处理，将处理后的字符的尺寸缩为字符模板的大小，然后与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配作为识别结果输出。识别结果输出单元在二值化处理后及将处理后的字符的尺寸缩为字符模板的大小之前，还根据钢坯或铸坯喷号规则标准对字符进行语法校正，以针对出现遮挡、污损、断迹或模糊的铸坯号码进行模糊识别，避免对这些不完整的钢坯或铸坯号码出现混乱的识别结果。
号码识别终端可安装在一操作室内。本发明针对上述装置和系统实施例，还相应地提出工业号码自动识别方法实施例，其流程如图3所示，包括如下步骤310:在完成检测前端的摄像头及其闪光灯的安装及各项参数匹配和系统信号耦合的调试后，启动工业号码自动识别装置工作；检测前端需要预先调整闪光灯的亮度和摄像头的曝光时间，使得闪光灯在摄像头极短的曝光时间(仅零点几个微秒)内同步发出的补偿光线足以将铸坯上的字符从周围背景中凸显。320:摄像头在推钢结束信号的控制下，经配备的闪光灯的光线补偿拍摄钢坯或铸坯端面的号码图像帧，并将号码图像帧数字化处理成对应的数字图像，输出经检测确认的钢坯或铸坯数字图像；实际上，推钢结束信号对于摄像头的拍摄的控制并不是唯一且必须的。摄像头是否进行拍摄也可以由检测前端通过摄像头获知到钢坯或铸坯到达的位置决定。330:对输入的钢坯或铸坯数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割出来，对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯号码；号码识别终端基于模板匹配算法将单个字符图像和/或单个字符图像的局部区域进行二值化处理，并将处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小，然后与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配作为识别结果输出。号码识别终端根据铸坯喷号规则标准在将处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小之前，还对二值化处理形成的字符进行号码语法校正，以针对出现遮挡、污损、断迹或模糊的铸坯号码进行模糊识别，避免对这些不完整的铸坯号码出现混乱的识别结果。340 分析铸坯号码识别结果准确度是否符合规定的要求，是则返回步骤320继续执行，否则执行下列步骤；350 停止工业号码自动识别装置工作，转步骤310执行。通过上述具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而具体实施方式
及所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
权利要求
1.一种工业号码自动识别装置，包括依次连接的检测前端和号码识别终端，其中所述检测前端，用于通过摄像头在闪光灯发出的补偿光线下拍摄钢坯或铸坯的号码图像帧，并数字化处理成对应的数字图像，输出给所述号码识别终端；所述号码识别终端，用于对输入的所述数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯的号码。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测前端的所述闪光灯的亮度和所述摄像头的曝光时间经预先调整，使得所述摄像头在调整的曝光时间内所述闪光灯同步发出所述补偿光线下拍摄所述号码图像帧。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述检测前端除了包括所述摄像头及所述闪光灯外，还包括相互连接的图像采集单元和视频检测单元，其中所述图像采集单元，用于将所述摄像头拍摄的所述号码图像帧数字化处理成所述数字图像输出；所述视频检测单元，用于分析检测所述图像采集单元输出的所述数字图像，输出确认为所述钢坯或铸坯的所述数字图像。
4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述号码识别终端包括依次连接的定位单元、字符分割单元以及识别结果输出单元，其中所述定位单元，用于对所述检测前端输出的所述数字图像进行搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从所述侯选区中选定一个号码区域，并将选定的所述号码区域从所述数字图像中分离并输出；所述字符分割单元，用于将输入的所述号码区域分割成多个单个的字符图像并输出；所述识别结果输出单元，用于基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或所述单个的字符图像的局部区域进行二值化处理，并将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，所述识别结果输出单元在进行所述二值化处理后及将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还将所述二值化处理形成的所述字符进行语法校正处理。
6.一种应用如权利要求1所述的工业号码自动识别装置形成的工业号码自动识别系统，包括输送辊道、一个或多个推钢机、安装在一个或多个加热炉入口侧的一个或多个所述检测前端，还包括所述号码识别终端，其中所述输送辊道，用于将钢坯或铸坯输送到对准相应的加热炉位置处；推钢机，用于在推钢信号的控制下，将所述输送辊道输送到相应的加热炉位置处的钢坯或铸坯推向该加热炉入口侧的指定位置；所述检测前端，用于通过相应的摄像头在配备的闪光灯的补偿光线下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将所述号码图像帧数字化处理成对应的数字图像，输出给所述号码识别终端；所述号码识别终端，用于对输入的所述数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并对分割的字符进行识别，输出识别的钢坯或铸坯号码。
7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述检测前端的所述闪光灯的亮度和所述摄像头的曝光时间经预先调整，使得所述摄像头在调整的曝光时间内所述闪光灯同步发出的所述补偿光线下拍摄所述号码图像帧。
8.按照权利要求7所述的系统，其特征在于，所述推钢机在将所述加热炉位置处的钢坯或铸坯推向该加热炉入口侧的指定位置时， 向所述检测前端输出推钢结束信号；所述检测前端的摄像头在所述推钢结束信号的控制下，在所述调整的曝光时间内所述闪光灯同步发出的所述补偿光线下拍摄所述号码图像帧。
9.按照权利要求6至8任一项所述的系统，其特征在于，所述检测前端除了包括所述摄像头及所述闪光灯外，还包括相互连接的图像采集单元和视频检测单元，其中所述图像采集单元，用于将所述摄像头拍摄的所述号码图像帧数字化处理成所述数字图像输出；所述视频检测单元，用于分析检测所述图像采集单元输出的所述数字图像，输出确认为所述钢坯或铸坯的所述数字图像。
10.按照权利要求6至8任一项所述的系统，其特征在于，所述号码识别终端包括依次连接的定位单元、字符分割单元以及识别结果输出单元，其中所述定位单元，用于对所述检测前端输出的所述数字图像进行搜索，找到符合号码特征的多个区域作为候选区，从所述侯选区域中选定一个号码区域，并将选定的所述号码区域从所述数字图像中分离并输出；所述字符分割单元，用于将输入的所述号码区域分割成多个单个的字符图像并输出；所述识别结果输出单元，用于基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或所述单个的字符图像的局部区域进行二值化处理，并将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。
11.按照权利要求10所述的系统，其特征在于，所述识别结果输出单元在进行所述二值化处理后及将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还将所述二值化处理形成的所述字符进行语法校正处理。
12.—种应用如权利要求1所述的工业号码自动识别装置的工业号码自动识别方法， 包括所述检测前端的摄像头在闪光灯的光线补偿下拍摄钢坯或铸坯上的号码图像帧，并将号码图像帧数字化处理成对应的数字图像后输出；所述号码识别终端对所述检测前端输出的所述数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并从分割的字符识别出钢坯或铸坯号码。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述检测前端的摄像头在闪光灯的光线补偿下拍摄钢坯或铸坯上号码图像帧之前，还包括完成对所述检测前端的所述闪光灯的亮度和所述摄像头的曝光时间的预先调整，使得所述摄像头能够在调整的曝光时间内由所述闪光灯同步发出所述补偿光线下拍摄所述号码图像帧。
14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述号码识别终端从分割的字符识别出钢坯或铸坯号码，具体包括基于模板匹配算法将每一单个的字符图像和/或所述单个的字符图像的局部区域进行二值化处理；将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小后，与数据库中保存的字符模板匹配，选定最佳匹配字符作为号码识别结果输出。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述号码识别终端进行所述二值化处理后及将所述二值化处理形成的字符的尺寸缩为字符模板的大小前，还包括 将所述二值化处理形成的所述字符进行语法校正处理。
全文摘要
本发明披露了一种工业号码自动识别装置、系统及方法，其中该装置包括依次连接的检测前端和号码识别终端，其中，检测前端通过摄像头在闪光灯发出的补偿光线下拍摄钢坯或铸坯的号码图像帧，并数字化处理成对应的数字图像，输出给所述号码识别终端；号码识别终端输入的数字图像定位其中的号码区域，将号码区域中的字符分割开，并从分割的字符识别出钢坯或铸坯的号码。检测前端的摄像头在极短的曝光时间内通过闪光灯发出的补偿光线使钢坯上的字符图像从背景图像中凸显，解决了工业号码识别的技术难题。通过语法校正以及局部区域自适应二值化处理，提高了识别的准确度。
文档编号G06K9/00GK102446266SQ20101029756
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者桑建伟, 潘剑峰, 王静钢, 马海超 申请人:北京中远通科技有限公司