摘 要： 針對(duì)帶有七段碼的數(shù)字液晶屏，設(shè)計(jì)了一種基于安卓手機(jī)的液晶屏數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)。通過(guò)手機(jī)拍照獲取液晶屏圖像，利用安卓本地接口功能調(diào)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，對(duì)圖像進(jìn)行處理；針對(duì)圖像的傾斜問(wèn)題，通過(guò)圖像預(yù)處理和霍夫變換取得圖像傾斜角，并進(jìn)行傾斜矯正；利用直方圖對(duì)數(shù)字字符進(jìn)行分割，以網(wǎng)格法提取字符的特征值，用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行液晶屏數(shù)字字符的識(shí)別。實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明識(shí)別率很高，而且識(shí)別速度很快，該系統(tǒng)基于安卓手機(jī)，使用方便，便于攜帶，可以實(shí)時(shí)操作。
0 引言
隨著我國(guó)信息化建設(shè)和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工程領(lǐng)域，利用數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)可以有效地加快自動(dòng)化、智能化進(jìn)程。液晶屏作為智能化設(shè)備的主要標(biāo)志，其識(shí)別已經(jīng)成為模式識(shí)別[1]領(lǐng)域的重要研究課題。帶有七段碼的數(shù)字液晶屏，其顯示精度高，易于讀取和設(shè)置，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。利用現(xiàn)有的圖像采集技術(shù)、圖像處理技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)液晶屏數(shù)字的識(shí)別，常用的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模版匹配，識(shí)別的時(shí)間、識(shí)別精度和系統(tǒng)的便攜性是識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵。
現(xiàn)有的識(shí)別系統(tǒng)大都是以計(jì)算機(jī)為載體，不能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地識(shí)別液晶屏的要求。近年以來(lái)，智能手機(jī)系統(tǒng)尤其是安卓系統(tǒng)[2]，以其開(kāi)放性、易開(kāi)發(fā)和基于Linux操作系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，獲得了大量的用戶。安卓系統(tǒng)提供本地接口（JNI）功能，使開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)接口調(diào)用庫(kù)文件，不僅可以使用Java語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而且可以使用輕量級(jí)且高效的C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)。安卓的本地接口功能為實(shí)現(xiàn)圖像處理提供了方便。通過(guò)調(diào)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)[3]文件，安卓開(kāi)發(fā)人員可以方便進(jìn)行圖像的處理和圖像的識(shí)別?；诖?，本文提出基于安卓手機(jī)的液晶屏數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)安卓手機(jī)拍照，獲取液晶屏圖像，利用圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，最后采用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，隨時(shí)隨地、快速、準(zhǔn)確地識(shí)別液晶屏圖像。
1 識(shí)別系統(tǒng)流程
圖像識(shí)別技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)采集物理對(duì)象，以圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，讓機(jī)器模仿人類視覺(jué)，自動(dòng)完成某些信息的處理功能，達(dá)到人類所具有的對(duì)視覺(jué)采集圖像進(jìn)行識(shí)別的能力，以代替人去完成圖像分類及識(shí)別的任務(wù)[5]。圖像模式識(shí)別系統(tǒng)通常由五個(gè)模塊組成，如圖1所示。
2 圖像預(yù)處理及特征提取
由安卓手機(jī)拍照成功后得到液晶屏圖像，這里選取拍照條件不是很理想的情況下獲取的照片，如下圖2所示。
由上圖2所示，得到的圖像是彩色圖像，由于光照強(qiáng)度等原因，液晶屏圖像中常有許多噪聲點(diǎn)。為了得到精確圖像，本文對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理、大津法[6]二值化處理和開(kāi)運(yùn)算處理。下圖3中（a）、（b）和（c）分別為灰度化處理、大津法二值化處理和開(kāi)運(yùn)算處理后的結(jié)果。
2.1 圖像傾斜矯正
在拍攝過(guò)程中由于拍攝角度等因素，導(dǎo)致圖像會(huì)有一定角度的傾斜，如圖3（c）所示。圖像的傾斜將會(huì)增加后續(xù)字符分割和特征提取的難度，甚至導(dǎo)致提取到的特征值是錯(cuò)誤的，進(jìn)而嚴(yán)重影響字符識(shí)別的精度。為了便于圖像后續(xù)處理，需要對(duì)圖像進(jìn)行傾斜矯正。
對(duì)于液晶屏圖像，考慮采用霍夫變換的方法求其傾斜角。通過(guò)霍夫變換，可以取得圖像中所有直線的端點(diǎn)。為了便于快速、高效地求取圖像的傾斜角，先對(duì)圖像進(jìn)行膨脹處理和邊緣檢測(cè)。
膨脹是指將圖像與核進(jìn)行卷積，核可以是任何形狀或大小。通過(guò)圖像的膨脹操作，可以將圖像中的高亮區(qū)域逐漸增加。對(duì)于圖3（c），先進(jìn)行反色處理，然后采用7×7的矩形內(nèi)核膨脹處理5次。膨脹處理后的圖像包含有許多直線，對(duì)膨脹處理圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。設(shè)定上下限閾值比為3：1，通過(guò)Canny邊緣檢測(cè)得到的邊緣圖像。圖4中（a）和（b）分別是對(duì)圖3（c）進(jìn)行膨脹和邊緣檢測(cè)后的結(jié)果。
由圖4（b）可以看出，經(jīng)膨脹處理和邊緣檢測(cè)后的圖像可以將液晶屏數(shù)字的輪廓勾勒出來(lái)。對(duì)圖4（b）進(jìn)行霍夫變換，可以獲取圖像中每條線段的端點(diǎn)，進(jìn)而可以求其反正切函數(shù)，即求得每條線段與橫軸之間的夾角。對(duì)其余傾斜角求取平均值，即認(rèn)為是圖3（c）的傾斜角度。
根據(jù)傾斜角將圖3（c）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)得圖5。
