基于MATLAB的图片中文字的提取及识别.docx

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基于MATLAB的图片中文字的提取及识别

基于MATLAB的图片中文字的提取及识别

基于MATLAB的图片中文字的提取及识别

邹浩，余龙，邹勇博，刘宇童，和振乔，李少梅

（西安电子科技大学电子工程学院，西安，710126）

摘要

随着现代社会的发展，信息的形式和数量正在迅猛增长。

其中很大一部分是图像，图像可以把事物生动地呈现在我们面前，让我们更直观地接受信息。

同时，计算机已经作为一种人们普遍使用的工具为人们的生产生活服务。

从图像中提取文字属于信息智能化处理的前沿课题，是当前人工智能与模式识别领域中的研究热点。

由于文字具有高级语义特征，对图片内容的理解、索引、检索具有重要作用，因此，研究图片文字提取具有重要的实际意义。

又由于静态图像文字提取是动态图像文字提取的基础，故着重介绍了静态图像文字提取技术。

关键词：

MATLAB图像处理文字提取文字识别

TextExtractionandRecognitioninImagesBasedonMATLAB

ZOUHao,YUlong,ZOUYongbo,LIUYutong,HEZhenqiao,LIShaomei

（XidianUniversityElectronicEngineeringCollege,Xi'an,710126）

Abstract

Withthedevelopmentofsociety,theformandquantityofimformationareincreasingquickly.Alargepartofthemareimages,whichcanmakethingsvividlypresentedinfrontofus,letusmoreintuitivetoacceptinformation.Atthesametime,thecomputerhasbeenasawidelyusedtoolforpeople'sproductionandlivingservices.Extractingtextfromimagebelongstothefrontierofintelligentinformationprocessing,anditisthecurrenthotresearchtopicinthefieldofartificialintelligenceandpatternrecognition.Asthetextwithhigh-levelsemanticfeatureandplaysanimportantroleonunderstanding,indexingandretrievalimagecontent.Therefore,thestudyonextractingtextsfromimageshaveimportantactualmeanings.Andbecauseextractingtextsfromstillimagesisthebasisforextractingtextsfromdynamicimages,thearticleemphaticallyintroducesthetechnologyofextractingtextsfromstillimages.

KeyWords:

MATLABimageprocessingwordextractionwordrecognition

一．引言

随着计算机科学的飞速发展，以图像为主的多媒体信息迅速成为重要的信息传递媒介，在图像中，文字信息（如新闻标题等字幕）包含了丰富的高层语义信息，提取出这些文字，对于图像高层语义的理解、索引和检索非常有帮助。

图像文字提取又分为动态图像文字提取和静态图像文字提取两种，其中，静态图像文字提取是动态图像文字提取的基础，其应用范围更为广泛，对它的研究具有基础性，所以本文主要讨论静态图像的文字提取技术。

静态图像中的文字可分成两大类:

一种是图像中场景本身包含的文字,称为场景文字；另一种是图像后期制作中加入的文字,称为人工文字，如右图所示。

场景文字由于其出现的位置、小、颜色和形态的随机性,一般难于检测和提取；而人工文字则字体较规范、大小有一定的限度且易辨认，颜色为单色,相对与前者更易被检测和提取，又因其对图像内容起到说明总结的作用,故适合用来做图像的索引和检索关键字。

对图像中场景文字的研究难度大，目前这方面的研究成果与文献也不是很丰富，本文主要讨论图像中人工文字提取技术。

二．静态图像中文字的特点

静态图像中文字（本文特指人工文字，下同）具有以下主要特征:

（1）文字位于前端,且不会被遮挡；

（2）文字一般是单色的；

（3）文字大小在一幅图片中固定，并且宽度和高度大体相同，从满足人眼视觉感受的角度来说，图像中文字的尺寸既不会过大也不会过小；

（4）文字的分布比较集中；

（5）文字的排列一般为水平方向或垂直方向；

（6）多行文字之间，以及单行内各个字之间存在不同于文字区域的空隙。

在静态图片文字的检测与提取过程中,一般情况下都是依据上述特征进行处理的。

三．文字提取、识别的一般流程

静态图像文字提取一般分为以下步骤：

文字区域检测与定位、文字分割与文字提取、文字后处理。

其流程如图1所示。

（图1）

四．文字提取、识别的详细步骤

1.在Matlab中调用i1=imread（'字符.jpg'），可得到原始图像，如图2所示：

（图2）

2.调用i2=rgb2gray（i1），则得到了灰度图像，如图3所示：

（图3）

调用a=size（i1）;b=size（i2）;可得到：

a=3,b=2即三维图像变成了二维灰度图像

3.调用i3=（i2>=thresh）;其中thresh为门限，在[0，255]之间

这里，i2_max=double（max（max（i2）））;%获取亮度最大值

i2_min=double（min（min（i2）））;%获取亮度最小值

thresh=round（i2_max-（（i2_max-i2_min）/3））;

得到二值图像，如图4所示：

（图4）

4.把二值图像放大观察，可看到离散的黑点

对其采用腐蚀膨胀处理，得到处理后的图像，如图5所示

（图5）

可见，腐蚀膨胀处理后的图像质量有了很大的改观。

横向、纵向分别的腐蚀膨胀运算比横向、纵向同时的腐蚀膨胀运算好上很多，图6可看出差别：

（图6）

5.对腐蚀膨胀后的图像进行Y方向上的区域选定，限定区域后的图像如图7所示：

扫描方法：

中间往两边扫

（图7）

纵向扫描后的图像与原图像的对照，如图8所示：

（图8）

6.对腐蚀膨胀后的图像进行X方向上的区域选定，限定区域后的图像如图9所示：

扫描方法：

两边往中间扫

（图9）

纵向扫描后的图像与原图像的对照，如图10所示：

（图10）

7.调用i8=（iiXY~=1），使背景为黑色（0），字符为白色

（1），便于后期处理。

背景交换后的图像如图11所示：

（图11）

8.调用自定义函数（字符获取函数）i9=getchar（i8），得到图像如图12所示：

（图9）

9.调用自定义的字符获取函数对图像进行字符切割，并把切割的字符装入一维阵列，切割过程如图12所示：

（图12）

10.调用以下代码，可将阵列word中的字符显示出来，如图13所示：

forj=1:

cnum%cnum为统计的字符个数

subplot（5,8,j）,imshow（word{j}）,title（int2str（j））;%显示字符

end

（图13）

可以看到，字符宽度不一致

11.调用以下代码，将字符规格化，便于识别：

forj=1:

cnum

word{j}=imresize（word{j},[4040]）;%字符规格化成40×40的

end

得到规格化之后的字符如图14所示：

（图14）

12.调用以下代码创建字符集：

code=char（'由于作者水平有限书中难免存在缺点和疏漏之处恳请读批评指正，。

'）;

将创建的字符集保存在一个文件夹里面，以供匹配时候调用，如图15所示：

（图15）

13.字符匹配采用模板匹配算法：

将现有字符逐个与模板字符相减，认为相减误差最小的现有字符与该模板字符匹配。

假设:

字符

，模板字符

，模板字符

也就是说，字符A与模板字符

更相似，我们可以认为字符集中的字符

就是字符A。

经模板匹配，可得字符信息如下：

由于读者书评有限书中难免存在缺点和纰漏之处，恳请读者批评指正。

效果如图16所示：

（图16）

14.调用以下代码，将字符放入newtxt.txt文本：

new=['newtxt','.txt'];

c=fopen（new,'a+'）;

fprintf（c,'%s\n',Code（1:

cnum））;

fclose（c）;

newtxt.txt文本内容如图17所示：

（图17）

五．反思与体会

1.算法具有局限性。

对于左右结构的字符（如：

川）容易造成误识别，“川”字将会被识别成三部分。

当图片中文字有一定倾斜角度时，这将造成识别困难。

2.模板匹配效率低。

对于处理大小为m×m的字符，假设有n个模板字符，则识别一个字符至少需要m×m×n×2次运算，由于汉字有近万个，这将使得运算量十分巨大！

此次字符识别一共花了2.838秒。

3.伸缩范围比较小。

对于受污染的图片，转换成二值图像将使字符与污染源混合在一起。

对于具体的图片，需反复选择合适的thresh进行二值化处理，甚至在处理之前必须进行各种滤波。

4.通过这次数字图象处理的学习和报告的撰写，我们小组发挥了团结友爱的协作精神，大量的资料查阅丰富了我们的视野，同时使我们对这么课更加感兴趣。

参考文献

[1]樊昀，王润生.从图像中提取文字[J].国防科技大学学报,2002,24

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59-62.

[2]王健,王晨.基于静态图片的文本提取技术的研究[J].延边大学学报（自然科学版）,2007,33

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124-128.

[3]夏莹,马少平,孙茂松等.计算机语言学方法在中文文字识别后处理中的应用[J].中文信息,1996,

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50-51.

[4]郑阿奇，曹戈，赵阳.MATLAB实用教程[M].北京：

电子工业出版社

[5]程卫国，冯峰，姚东，徐听.MATLAB5.3应用指南[M].北京：

人民邮电出版社

[6]陈杨.MATLAB6.X图像编程与图像处理[M].西安：

西安电子科技大学出版社

[7]阮秋琦.数字图像处理[M].电子工业出版社，2001年.

[8]徐建华.图像处理与分析[M].科学出版社，1999年.

附录

主程序源代码：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%%%%%%%%%%数字图象处理大作业%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%————————图片中文字的提取及识别————————%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

tic

I=imread（'字符.jpg'）;%打开图片

%figure

（1）;imshow（I）;title（'原始图像','color','b'）;

I=rgb2gray（I）;%RGB图片转化成灰度图像

%figure

（2）;imshow（I）;title（'灰度图像','color','b'）;

i_max=double（max（max（I）））;%获取亮度最大值

i_min=double（min（min（I）））;%获取亮度最小值

thresh=round（i_max-（（i_max-i_min）/3））;%计算灰度图像转化成二值图像的门限thresh

I=（I>=thresh）;%I为二值图像

%figure（3）;imshow（I）;title（'二值图像','color','b'）;

seY=[1;1;1];%构造结构元素

I=imdilate（I,seY）;%腐蚀图像

I=imerode（I,seY）;%膨胀图像

seX=[111];

I=imdilate（I,seX）;

I=imerode（I,seX）;

%figure（4）;imshow（I）;title（'腐蚀膨胀后的图像','color','b'）;

ii=double（I）;

[m,n]=size（ii）;%获取图像大小信息

%确定文字区域

%纵向扫描

countY=zeros（m,1）;

fori=1:

m

forj=1:

n

ifii（i,j）==0

countY（i,1）=countY（i,1）+1;

end

end

end

[maxYindexY]=max（countY）;

tempY1=indexY;

while（countY（tempY1,1）>3）&&（tempY1>1）

tempY1=tempY1-1;

end

tempY2=indexY;

while（countY（tempY2,1）>3）&&（tempY2

tempY2=tempY2+1;

end

tempY1=tempY1-1;

tempY2=tempY2+1;

iiY=I（tempY1:

tempY2,:

）;%确定了Y方向上的文字区域

%figure（5）;imshow（iiY）;title（'Y方向区域大致确定后的图像','color','b'）;

%横向扫描

countX=zeros（1,n）;

forj=1:

n

fori=tempY1:

tempY2

ifii（i,j）==0

countX（1,j）=countX（1,j）+1;

end

end

end

tempX1=1;

while（countX（1,tempX1）<3）&&（tempX1

tempX1=tempX1+1;

end

tempX2=n;

while（countX（1,tempX2）<3）&&（tempX2>1）

tempX2=tempX2-1;

end

tempX1=tempX1-1;

tempX2=tempX2+1;

iiXY=iiY（:

tempX1:

tempX2）;%确定了整体的文字区域

%figure（6）;imshow（iiXY）;title（'X、Y方向区域都大致确定后的图像','color','b'）;

ii=（iiXY~=1）;%黑色背景，白色字体

%figure（7）;imshow（ii）;title（'背景和文字交换颜色的图像','color','b'）;

ii=bwareaopen（ii,200）;%删除面积小于200的杂质图像

%figure（8）;imshow（ii）;title（'删除杂质干扰的图像','color','b'）;

myI=charslice（ii）;%限定文字区域

%figure（9）;imshow（ii）;title（'限定文字区域的图像','color','b'）;

y1=10;y2=0.25;flag=0;

maxnum=40;k=1;%maxnum为字符个数限定值，k用于统计实际字符个数

word=cell（1,maxnum）;%建立单元阵列，用于储存字符

figure（10）

whilesize（myI,2）>10%当myI的长度小等于10，可确定没有字符了

[word{k},myI]=getword（myI）;%获取字符

k=k+1;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

ifk==2

subplot（5,1,1）;imshow（myI）;title（'第一次切割后的图像','color','b'）;

end

ifk==3

subplot（5,1,2）;imshow（myI）;title（'第二次切割后的图像','color','b'）;

end

ifk==5

subplot（5,1,3）;imshow（myI）;title（'第四次切割后的图像','color','b'）;

end

ifk==16

subplot（5,1,4）;imshow（myI）;title（'第十五次切割后的图像','color','b'）;

end

end

subplot（5,1,5）;imshow（myI）;title（'最后一次切割后的图像','color','b'）;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

cnum=k-1;%实际字符总个数

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

figure（11）;

forj=1:

cnum

subplot（5,8,j）,imshow（word{j}）,title（int2str（j））;%显示字符

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

forj=1:

cnum

word{j}=imresize（word{j},[4040]）;%字符规格化成40×40的

end

figure（12）;

forj=1:

cnum

subplot（5,8,j）,imshow（word{j}）,title（int2str（j））;%显示字符

end

forj=1:

cnum

imwrite（word{j},[int2str（j）,'.jpg']）;%保存字符

end

defx=40;defy=40;

code=char（'由于作者水平有限书中难免存在缺点和疏漏之处恳请读批评指正，。

'）;%创建字符集

codenum=size（code,2）;%获取字符集中字符个数

fori=1:

cnum

ch=int2str（i）;%数字转化为字符

tempbw=imread（[ch'.jpg']）;%打开预匹配字符

ydiff=bottom-top;

xdiff=right-left;

y=imcrop（ii,[lefttopxdiffydiff]）;

getword（字符获取）函数源代码：

%字符获取

function[word,result]=getword（ii）

word=[];flag=0;y1=8;y2=0.5;

whileflag==0

[m,n]=size（ii）;

wide=0;

whilesum（ii（:

wide+1））~=0&&wide<=n-2

wide=wide+1;

end

temp=charslice（imcrop（ii,[11widem]））;

[m1,n1]=size（temp）;

ifwidey2

ii（:

1:

wide）=0;

ifsum（sum（ii））~=0

ii=charslice（ii）;%切割出最小范围

elseword=[];flag=1;

end

else

word=charslice（imcrop（ii,[11widem]））;

ii（:

1:

wide）=0;

ifsum（sum（ii））~=0;

ii=charslice（ii）;

flag=1;

elseii=[];

end

end

end

result=ii;