一种激光扫描与自动识别雕刻字符的装置及识别方法

摘要

一种激光扫描与自动识别雕刻字符的装置和方法，它包括用于雕刻字符的激光扫描检测装置和识别方法。其中装置包括：一字线激光器、传送台、摄像机、图像处理与字符识别机、计算机控制系统和数据库。其扫描与自动识别方法包括：1）监测是否有待识别工件进入扫描区域；2）对工件上的字符进行扫描；3）采集雕刻字符扫描视频图像信号；4）监测工件是否离开扫描区域；5）对视频图像信号进行处理，得到字符图像，并对字符图像进行字符分割和字符识别；6）将识别结果存入数据库中。该装置和方法不易受外界环境光线字符颜色、材质的影响，速度快、识别率高、操作简单、自动化程度高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光扫描字符识别装置和方法，特别是一种用于雕刻字符识别的装置和方法。 

背景技术

雕刻字符常出现在一些标牌或铸件上，比如铁路货车摇枕和侧架上的工件号，实现雕刻字符的自动识别对提高制造业的信息化和自动化具有重要意义。传统识别方法有：人工读取和照相自动识别，铁路铸件还可以实现DR图像自动识别。 

人工读取字符方法速度慢，耗费人力资源高，而且长时间的工作易导致操作人员的疲劳引起人为的失误。 

照相自动识别就是先采用CCD照相机拍摄雕刻字符的照片，然后对照片转化所得数字图像进行处理，采用图像字符识别算法进行识别。此方法类似于印刷字符的识别，但其难度远大于印刷字符识别，主要原因是：雕刻字符颜色与背景颜色无明显差异，对比度低；通过“反光差”成像，字符本身灰度不一致；字符局部特征不明显；受光照和拍摄角度影响，相同字符局部特征变化大。因此很难将字符与背景分割开来，更谈不上识别字符。如发明申请公布号为CN102169541A的中国发明专利提供了一种采用光学定位的字符识别输入系统及其方法。它通过发射光束在文本表面形成光斑，图像采集模块摄像获取文本图像；图像处理模块将文本图像进行符号分割；最后识别文字和符号。此系统由于通过可见光来采集印刷字符图像再识别字符，不适合雕刻字符的识别。李建美等人研究了一种标牌凹凸字符的识别方法，他们提出了一种基于灰度图像和Gabor 变换的凹凸字符特征提取新方法。首先设计了一组Gabor 滤波器,然后对凹凸字符的灰度图像直接进行特征抽取，分别提取凹凸字符水平、竖直、左、右对角线等四个方向上的局部笔画特征，在此基础上建立一种不变Gabor 特征空间，实验证明这种方法可以提取并识别标牌上的凹凸字符（参见 李建美，路长厚，李国平. 基于Gabor变换的凹凸字符图像特征抽取新方法.系统仿真学报, 2008, 20(8): 2133-2136）。但这种方法对于识别更大尺寸的雕刻字符难度很大。 

铁路铸件通过X射线DR成像，也可以形成铸件上雕刻工件号的影像，但是X射线机的射线能量穿透能力有限，并且铸件本身厚度不均，使得某些字符影像模糊与背景对比度低，无法识别。 

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种激光扫描与自动识别雕刻字符的装置，它可以快速、准确地扫描采集雕刻字符图像，并对字符进行处理、识别和存储，速度快，操作简单，自动化程度高。 

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有传送台、红外传感器、一字线激光器、摄像机、图像处理与字符识别系统、计算机控制系统和数据库； 

传送台，传送待识别工件至检测区域，并匀速拖动待识别工件穿过检测区域；

红外传感器，用于监测待识别物体是否进入扫描区域，并将监测信号发送至计算机控制系统；

一字线激光器，在计算机控制系统的控制下发出一字形激光线，并从待识别工件正上方垂直照射到字符上；

摄像机，拍摄一字线激光器扫描的雕刻字符视频，发送至图像处理与字符识别系统和数据库；

图像处理与字符识别系统，采集摄像机视频并进行解码处理，获得雕刻字符的二值图像，利用模式识别算法识别字符图像，得到雕刻字符编码；

计算机控制系统，发出工作控制指令，接收并处理工作信号；

数据库，用于存储扫描视频和经字符识别系统识别后的雕刻字符编码。

进一步，所述装置还包括有安装在摄像机镜头前的红色滤光镜。 

进一步，所述一字线激光器所发射线形激光，在焦距50cm处的宽度为0.8mm，激光线从工件正上方垂直照射在工件上。 

进一步，所述摄像机位于传送台运动方向的上前方，以与一字线激光器所发出的激光线所在的面成 角，。 

本发明的一个目的就是提供一种激光扫描与自动识别雕刻字符的方法，它可以自动完成雕刻字符的扫描，并对扫描视频进行解码，然后将字符图片进行自动分割与识别，其识别不受色彩、表面材质和环境光线的影响，识别率高，操作简单，自动化程度高。 

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，其步骤如下： 

1）开启红外传感器，监测是否有待识别物体进入扫描区域，若无，则继续监测，若有，则转入步骤2）；

2）开启一字线激光器，激光线照射到在传送台上移动的物体上，摄像机拍摄扫描物体的视频； 

3）红外传感器监测物体是否离开扫描区域，若没有离开，则继续步骤2），若离开，则关闭一字线激光器并转向步骤4）；

4）图像处理与字符识别系统对采集的视频进行解码，获得时间连续的扫描图像，提取每幅图像中雕刻字符上的扫描线信息，把所有提取的扫描线图像纵向合并成一幅字符二值图像；

5）采用支持向量机SVM方法识别字符图像得到的字符编码；

6）将识别后的雕刻字符编码存入数据库中。

进一步，所述传送台的移动速度为11mm/s，摄像机的帧频为24帧每秒，在一字线激光器聚焦处激光的宽度为0.8mm，雕刻字符笔画的宽度为2～4mm，视频解码过程中确保每秒钟提取12帧图片。 

进一步，步骤4）中所述合并成一幅字符图像的具体步骤如下： 

4-1）一字线激光照射在字符上时，出现位于两个平面的激光线，非雕刻字符上的激光线位于同一平面，设为参考激光线，雕刻字符上的激光线位于同一平面；

 4-2）字符二值图像的合成，保持每帧图片中雕刻字符上的激光线的长度和宽度不变，将其按时间先后顺序纵向组合，相邻图片间组合距离紧密相邻，得到完整的雕刻字符二值图像；

4-3）采用平滑滤波器对图像进行滤波，减小图像噪声，采用数学形态法对图像进行处理，修复图像中拓扑结构不连续部分。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点： 

本发明不容易受到外界环境的干扰，采集图像不受色彩、表面材质和环境光线的影响，识别率高、自动化程度高、速度快、操作简单。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。 

附图说明

本发明的附图说明如下。 

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明工作状态示意图；

图3为一字线激光照射到雕刻字符时特征示意图；

图4为本发明的字符识别流程图；

图5为本发明的字符分割算法流程图。

图中：1. 一字线激光器；2. 摄像机；3. 红色滤光镜；4. 红外传感器；5. 计算机控制系统；6. 物体；7. 传送台。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

一种激光扫描与自动识别雕刻字符的装置，其特征在于：所述装置包括有传送台、红外传感器、一字线激光器、摄像机、图像处理与字符识别系统、计算机控制系统和数据库； 

传送台，传送待识别工件至检测区域，并匀速拖动待识别工件穿过检测区域；

红外传感器，用于监测待识别物体是否进入扫描区域，并将监测信号发送至计算机控制系统；

一字线激光器，在计算机控制系统的控制下发出一字形激光线，并从待识别工件正上方垂直照射到字符上；

摄像机，拍摄一字线激光器扫描的雕刻字符视频，发送至图像处理与字符识别系统和数据库；

图像处理与字符识别系统，采集摄像机视频并进行解码处理，获得雕刻字符的二值图像，利用模式识别算法识别字符图像，得到雕刻字符编码；

计算机控制系统，发出工作控制指令，接收并处理工作信号；

数据库，用于存储扫描视频和经字符识别系统识别后的雕刻字符编码。

如图2所示，对雕刻字符进行扫描之前，将红外传感器4监测传送台7上是否有待识别的物体6，当传送台7将待识别物体6送到扫描区域内时，计算机控制系统5启动一字线激光器1发出线形激光，激光线照射在物体6的雕刻字符上，摄像机2拍摄物体匀速运动的全过程，摄像机2采集视频，并对视频进行处理和字符识别，物体6离开时扫描完成，计算机控制系统5关闭一字线激光器1。 

本发明所述一种激光扫描与自动识别雕刻字符装置的软件模块包括有： 

激光发射控制模块，其作用是接受红外感应器的触发，根据触发信号类型发出相应的指令启动或关闭一字线激光器。

视频采集控制模块，其作用是发出指令启动摄像机拍摄视频，并执行视频采集作业，采集完毕后关闭一字线激光和摄像机，并停止采集。 

字符合成模块，其作用是将采集的视频解码，根据时间和位置坐标提取字符扫描线，合成一幅字符二值图像。 

图像预处理模块，其作用是图像去噪、修复字符的缺损部分。 

字符定位模块，其作用是确定字符在扫描图像中的位置和范围，并将其分割出来。 

字符分割模块，其作用是将字符分割成一个个单调的字符块，它的分割结果将直接影响字符识别的结果，分割得越准确，对识别的过程就越有好处。 

字符识别模块，其作用是执行识别算法识别图像中的字符，并把结果保存在物体检测数据库中。 

如图2所示，所述装置还包括有安装在摄像机2镜头前的红色滤光镜3。红色滤光镜3透射红光，降低其他光线的干扰，提高性噪比。 

为了降低干扰，拍摄的视频更清晰，所述装置还包括有安装在摄像机镜头前的红色滤光镜。 

所述一字线激光器所发射线形激光，在焦距50cm处的宽度为0.8mm，激光线从工件正上方垂直照射在工件上。 

所述摄像机位于传送台运动方向的上前方，以与一字线激光器所发出的激光线所在的面成角，。 

一种激光扫描与自动识别雕刻字符的方法，其步骤如下： 

1）开启红外传感器，监测是否有待识别物体进入扫描区域，若无，则继续监测，若有，则转入步骤2）；

2）开启一字线激光器，激光线照射到在传送台上移动的物体上，摄像机拍摄扫描物体的视频； 

3）红外传感器监测物体是否离开扫描区域，若没有离开，则继续步骤2），若离开，则关闭一字线激光器并转向步骤4）；

4）图像处理与字符识别系统对采集的视频进行解码，获得时间连续的扫描图像，提取每幅图像中雕刻字符上的扫描线信息，把所有提取的扫描线图像纵向合并成一幅字符二值图像；

5）采用支持向量机SVM方法识别字符图像得到的字符编码；

6）将识别后的雕刻字符编码存入数据库中。

所述传送台的移动速度为11mm/s，摄像机的帧频为24帧每秒，在一字线激光器聚焦处激光的宽度为0.8mm，雕刻字符笔画的宽度为2～4mm，因此确定每秒提取12帧图片为能组合出字符的最少图片。 

步骤4）中所述合并成一幅字符图像的具体步骤如下： 

4-1）一字线激光照射在字符上时，出现位于两个平面的激光线，非雕刻字符上的激光线位于同一平面，设为参考激光线，雕刻字符上的激光线位于同一平面； 

4-2）字符二值图像的合成，保持每帧图片中雕刻字符上的激光线的长度和宽度不变，将其按时间先后顺序纵向组合，相邻图片间组合距离紧密相邻，得到完整的雕刻字符二值图像；

4-3）采用平滑滤波器对图像进行滤波，减小图像噪声，采用数学形态法对图像进行处理，修复图像中拓扑结构不连续部分。

图片特征信息的提取，雕刻字符是与工件表面不在一个平面的字符，凹字符比工件表面低，凸字符比工件表面高，由于字符与工件表面高度的差别，当一字线激光照射在字符上时，就会出现一条起伏波动的激光线，工件表面非雕刻字符部分的激光线为参考线，字符部分的激光线波动在参考线的上方或都下方，如图3所示，雕刻字符凸起处显示的激光线用直线8表示，光滑处的激光线即参考线用直线9表示，提取每帧图片中直线8的激光线信息。 

步骤5）中识别雕刻字符图像的具体步骤如下： 

5-1）判断图像里是否有字符，若有字符则转入步骤5-2），若没有则等待下一个物体扫描图像；

5-2）采用纹理分析方法对字符进行定位；

5-3）利用Hough变换找到倾斜字符的倾斜角度，校正倾斜字符为水平方向，采用投影的方法进行字符分割，对字符图像作垂直投影，得到一维投影曲线，寻找曲线的波谷作为字符之间的分界线，按分界线分割字符；

5-4）采用支持向量基SUM的方法进行字符识别。

步骤5-4）中所述向量基SUM方法包括有SVM训练和SVM识别过程。 

所述SVM训练具体步骤如下： 

5-4-1-1）将分割后的字符经过归一化处理，并把像素值作归一化处理，作为SVM的输入特征向量；

5-4-1-2）将步骤5-4-1-1）中处理后的字符特征首尾相接按行排列，得到特征行向量；

5-4-1-3）把所有要训练的字符都上述两个步骤处理，然后相同的字符归为一类，生成字符的特征向量集合。

所述SVM识别的具体步骤为： 

5-4-2-1）对所要识别的字符进行图像大小的归一化和像素值的归一化处理，作为要识别的图片；

5-4-2-2）将步骤5-4-2-1）中得到的图像的像素值排列成行向量，作为SVM输入；

5-4-2-3）利用SVM训练过程中生成的字符进行识别，输入为行向量，输出字符的标志，与SVM训练过程中生成的字符进行一一比对识别。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。