Mikel
来源： [转载]车牌识别及验证码识别的一般思路 – xiaotie – 博客园
1 /// <summary>
2 /// Minkowski 测度。
3 /// </summary>
4 public class MinkowskiMetric<TElement> : IMetric<TElement, Double>
5 {
6 public Int32 Scale { get; private set; }
7 public MinkowskiMetric(Int32 scale)
8 { Scale = scale; }
9
10 public Double Compute(SampleVector<TElement> v1, SampleVector<TElement> v2)
11 {
12 if (v1 == null || v2 == null) throw new ArgumentNullException();
13 if (v1.Dimension != v2.Dimension) throw new ArgumentException(“v1 和 v2 的维度不等.”);
14 Double result = 0;
15 for (int i = 0; i < v1.Dimension; i++)
16 {
17 result += Math.Pow(Math.Abs(Convert.ToDouble(v1[i]) – Convert.ToDouble(v2[i])), Scale);
18 }
19 return Math.Pow(result, 1.0 / Scale);
20 }
21 }
22
23 MetricFactory 负责生产各种维度的MinkowskiMetric：
24
25 public class MetricFactory
26 {
27 public static IMetric<TElement, Double> CreateMinkowskiMetric<TElement>(Int32 scale)
28 {
29 return new MinkowskiMetric<TElement>(scale);
30 }
31
32 public static IMetric<TElement, Double> CreateEuclideanMetric<TElement>()
33 {
34 return CreateMinkowskiMetric<TElement>(2);
35 }
36 }
37
MinkowskiMetric是普遍使用的测度。但不一定是最有效的量。因为它对于矢量V中的每一个点都一视同仁。而在图像识别中，每一个点的重要性却并不一样，例如，Q和O的识别，特征在下半部分，下半部分的权重应该大于上半部分。对于这些易混淆的字符，需要设计特殊的测量方法。在车牌识别中，其它易混淆的有D和0，0和O，I和1。Minkowski Metric识别这些字符，效果很差。因此，当碰到这些字符时，需要进行特别的处理。由于当时时间紧，我就只用了Minkowski Metric。
我的代码中，只实现了哪个最近，就选哪个。更好的方案是用K近邻分类器或神经网络分类器。K近邻的原理是，找出和待识别的图片（矢量）距离最近的K个样本，然后让这K个样本使用某种规则计算（投票），这个新图片属于哪个类别（C）；神经网络则将测量的过程和投票判决的过程参数化，使它可以随着样本的增加而改变，是这样的一种学习机。有兴趣的可以去看《模式分类》一书的第三章和第四章。
二、 变态字符的识别
有些字符变形很严重，有的字符连在一起互相交叉，有的字符被掩盖在一堆噪音海之中。对这类字符的识别需要用上特殊的手段。
下面介绍几种几个经典的处理方法，这些方法都是被证实对某些问题很有效的方法：
（1） 切线距离 （Tangent Distance）：可用于处理字符的各种变形，OCR的核心技术之一。
（2） 霍夫变换（Hough Transform）：对噪音极其不敏感，常用于从图片中提取各种形状。图像识别中最基本的方法之一。
（3） 形状上下文（Shape Context）：将特征高维化，对形变不很敏感，对噪音也不很敏感。新世纪出现的新方法。
因为这几种方法我均未编码实现过，因此只简单介绍下原理及主要应用场景。
（1） 切线距离
前面介绍了MinkowskiMetric。这里我们看看下面这张图：一个正写的1与一个歪着的1.
用MinkowskiMetric计算的话，两者的MinkowskiMetric很大。
然而，在图像识别中，形状形变是常事。理论上，为了更好地识别，我们需要对每一种形变都采足够的样，这样一来，会发现样本数几乎无穷无尽，计算量越来越大。
怎么办呢？那就是通过计算切线距离，来代替直接距离。切线距离比较抽象，我们将问题简化为二维空间，以便以理解。
上图有两条曲线。分别是两个字符经过某一形变后所产生的轨迹。V1和V2是2个样本。V’是待识别图片。如果用样本之间的直接距离，比较哪个样本离V’最近，就将V’当作哪一类，这样的话，就要把V’分给V1了。理论上，如果我们无限取样的话，下面那一条曲线上的某个样本离V’最近，V’应该归类为V2。不过，无限取样不现实，于是就引出了切线距离：在样本V1，V2处做切线，然后计算V’离这两条切线的距离，哪个最近就算哪一类。这样一来，每一个样本，就可以代表它附近的一个样本区域，不需要海量的样本，也能有效的计算不同形状间的相似性。
深入了解切线距离，可参考这篇文章。Transformation invariance in pattern recognition – tangent distance and tangent propagation (http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.32.9482)这篇文章。
（2） 霍夫变换
霍夫变换出自1962年的一篇专利。它的原理非常简单：就是坐标变换的问题。
如，上图中左图中的直线，对应着有图中k-b坐标系中的一个点。通过坐标变换，可以将直线的识别转换为点的识别。点的识别就比直线识别简单的多。为了避免无限大无限小问题，常用的是如下变换公式：
下面这张图是wikipedia上一张霍夫变换的示意图。左图中的两条直线变换后正对应着右图中的两个亮点。
通过霍夫变换原理可以看出，它的抗干扰性极强极强：如果直线不是连续的，是断断续续的，变换之后仍然是一个点，只是这个点的强度要低一些。如果一个直线被一个矩形遮盖住了，同样不影响识别。因为这个特征，它的应用性非常广泛。
对于直线，圆这样容易被参数化的图像，霍夫变换是最擅长处理的。对于一般的曲线，可通过广义霍夫变换进行处理。感兴趣的可以google之，全是数学公式，看的人头疼。
（3） 形状上下文
图像中的像素点不是孤立的，每个像素点，处于一个形状背景之下，因此，在提取特征时，需要将像素点的背景也作为该像素点的特征提取出来，数值化。
形状上下文（Shape Context，形状背景）就是这样一种方法：假定要提取像素点O的特征，采用上图（c）中的坐标系，以O点作为坐标系的圆心。这个坐标系将O点的上下左右切割成了12×5=60小块，然后统计这60小块之内的像素的特征，将其数值化为12×5的矩阵，上图中的（d），（e），（f）便分别是三个像素点的Shape Context数值化后的结果。如此一来，提取的每一个点的特征便包括了形状特征，加以计算，威力甚大。来看看Shape Context的威力：
上图中的验证码，对Shape Context来说只是小Case。
看看这几张图。嘿嘿，硬是给识别出来了。
Shape Context是新出现的方法，其威力到底有多大目前还未见底。这篇文章是Shape context的必读文章：Shape Matching and Object Recognitiom using shape contexts（http://www.cs.berkeley.edu/~malik/papers/BMP-shape.pdf）。最后那两张验证码识别图出自Greg Mori,Jitendra Malik的《Recognizing Objects in Adversarial Clutter:Breaking a Visual CAPTCHA》一文。
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附件：第一部分的代码（vcr.zip）. 3个dll文件，反编译看的很清晰。源代码反而没dll好看，我就不放了。其中，Orc.Generics.dll是几个泛型 类，Orc.ImageProcess.Common.dll 对图像进行处理和分割，Orc.PatternRecognition.dll 是识别部分。
这三个dll可以直接用在车牌识别上。用于车牌识别，对易混淆的那几个字符识别率较差，需要补充几个分类器，现有分类器识别结果为D ,O,0,I,1等时，用新分类器识别。用于识别验证码需要改一改。
有个ASP.NET的调用例子可实现在线上传图片识别，因为其中包含多张车牌信息，不方便放出来。我贴部分代码出来：
Global.asax:
void Application_Start(object sender, EventArgs e)
{
log4net.Config.XmlConfigurator.Configure();
Orc.Spider.Vcr.DaoConfig.Init();
Classifier.Update(Server);
}
DaoConfig:
using System;
using Castle.ActiveRecord;
using Castle.ActiveRecord.Framework;
using Castle.ActiveRecord.Framework.Config;
namespace Orc.Spider.Vcr
{
public static class DaoConfig
{
private static Boolean Inited = false;
public static void Init()
{
if (!Inited)
{
Inited = true;
XmlConfigurationSource con = new XmlConfigurationSource(AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory + @”\ActiveRecord.config”);
ActiveRecordStarter.Initialize
(con,
typeof(TrainPattern)
);
}
}
}
}
TrainPattern：// TrainPattern存在数据库里
[ActiveRecord(“TrainPattern”)]
public class TrainPattern : ActiveRecordBase<TrainPattern>
{
[PrimaryKey(PrimaryKeyType.Native, “Id”)]
public Int32 Id { get; set; }
[Property(“FileName”)]
public String FileName { get; set; }
[Property(“Category”)]
public String Category { get; set; }
public static TrainPattern[] FindAll()
{
String hql = “from TrainPattern ORDER BY Category DESC”;
SimpleQuery<TrainPattern> query = new SimpleQuery<TrainPattern>(hql);
return query.Execute();
}
}
Classifier：//主要调用封装在这里
public class Classifier
{
protected static Orc.PatternRecognition.KnnClassifier<Int32> DefaultChineseCharClassifier;
protected static Orc.PatternRecognition.KnnClassifier<Int32> DefaultEnglishAndNumberCharClassifier;
protected static Orc.PatternRecognition.KnnClassifier<Int32> DefaultNumberCharClassifier;
public static Int32 DefaultWidthSplitCount = 3;
public static Int32 DefaultHeightSplitCount = 3;
public static Int32 DefaultCharsCount = 7; // 一张图片中包含的字符个数
public static Int32 DefaultHeightTrimThresholdValue = 4;
public static ILog Log = LogManager.GetLogger(“Vcr”);
public static void Update(HttpServerUtility server)
{
TrainPattern[] TPList = TrainPattern.FindAll();
if (TPList == null) return;
DefaultChineseCharClassifier = new KnnClassifier<Int32>(DefaultWidthSplitCount * DefaultHeightSplitCount);
DefaultEnglishAndNumberCharClassifier = new KnnClassifier<Int32>(DefaultWidthSplitCount * DefaultHeightSplitCount);
DefaultNumberCharClassifier = new KnnClassifier<Int32>(DefaultWidthSplitCount * DefaultHeightSplitCount);
foreach (TrainPattern tp in TPList)
{
String path = server.MapPath(“.”) + “/VcrImage/” + tp.FileName;
using (Bitmap bitmap = new Bitmap(path))
{
TrainPattern<Int32> tpv = CreateTainPatternVector(bitmap, tp.Category.Substring(0, 1));
Char c = tpv.Category[0];
if (c >= ‘0’ && c <= ‘9’)
{
DefaultEnglishAndNumberCharClassifier.AddTrainPattern(tpv);
DefaultNumberCharClassifier.AddTrainPattern(tpv);
}
else if (c >= ‘a’ && c <= ‘z’)
DefaultEnglishAndNumberCharClassifier.AddTrainPattern(tpv);
else if (c >= ‘A’ && c <= ‘Z’)
DefaultEnglishAndNumberCharClassifier.AddTrainPattern(tpv);
else
DefaultChineseCharClassifier.AddTrainPattern(tpv);
}
}
}
protected static TrainPattern<Int32> CreateTainPatternVector(Bitmap bitmap, String categoryChars)
{
TrainPattern<int> tpv = new TrainPattern<int>( CreateSampleVector(bitmap), categoryChars);
tpv.XNormalSample = CreateXNormalSampleVector(bitmap);
tpv.YNormalSample = CreateYNormalSampleVector(bitmap);
return tpv;
}
protected static SampleVector<Int32> CreateSampleVector(Bitmap bitmap)
{
ImageSpliter spliter = new ImageSpliter(bitmap);
spliter.WidthSplitCount = DefaultWidthSplitCount;
spliter.HeightSplitCount = DefaultHeightSplitCount;
spliter.Init();
return new SampleVector<Int32>(spliter.ValueList);
}
protected static SampleVector<Int32> CreateYNormalSampleVector(Bitmap bitmap)
{
ImageSpliter spliter = new ImageSpliter(bitmap);
spliter.WidthSplitCount = 1;
spliter.HeightSplitCount = DefaultHeightSplitCount;
spliter.Init();
return new SampleVector<Int32>(spliter.ValueList);
}
protected static SampleVector<Int32> CreateXNormalSampleVector(Bitmap bitmap)
{
ImageSpliter spliter = new ImageSpliter(bitmap);
spliter.WidthSplitCount = DefaultWidthSplitCount;
spliter.HeightSplitCount = 1;
spliter.Init();
return new SampleVector<Int32>(spliter.ValueList);
}
public static String Classify(String imageFileName)
{
Log.Debug(“识别文件:” + imageFileName);
String result = String.Empty;
if (DefaultChineseCharClassifier == null || DefaultEnglishAndNumberCharClassifier == null) throw new Exception(“识别器未初始化.”);
using (Bitmap bitmap = new Bitmap(imageFileName))
{
BitmapConverter.ToGrayBmp(bitmap);
BitmapConverter.Binarizate(bitmap);
IList<Bitmap> mapList = BitmapConverter.Split(bitmap, DefaultCharsCount);
if (mapList.Count == DefaultCharsCount)
{
Bitmap map0 = BitmapConverter.TrimHeight(mapList[0], DefaultHeightTrimThresholdValue);
TrainPattern<Int32> tp0 = CreateTainPatternVector(map0, ” “);
String sv0Result = DefaultChineseCharClassifier.Classify(tp0);
Console.WriteLine(“识别样本: ” + tp0.Sample.ToString());
result += sv0Result;
for (int i = 1; i < mapList.Count; i++)
{
Bitmap mapi = BitmapConverter.TrimHeight(mapList[i], DefaultHeightTrimThresholdValue);
TrainPattern<Int32> tpi = CreateTainPatternVector(mapi, ” “);
Console.WriteLine(“识别样本: ” + tpi.Sample.ToString());
if (i < mapList.Count – 3)
result += DefaultEnglishAndNumberCharClassifier.Classify(tpi);
else
result += DefaultNumberCharClassifier.Classify(tpi);
}
}
return result;
}
}
/*
public static IList<Tuple<Double,String>> ComputeDistance(String imageFileName)
{
if (DefaultChineseCharClassifier == null) throw new Exception(“识别器未初始化.”);
using (Bitmap bitmap = new Bitmap(imageFileName))
{
ImageSpliter spliter = new ImageSpliter(bitmap);
spliter.WidthSplitCount = DefaultWidthSplitCount;
spliter.HeightSplitCount = DefaultHeightSplitCount;
spliter.Init();
SampleVector<Int32> sv = new SampleVector<Int32>(spliter.ValueList);
return DefaultChineseCharClassifier.ComputeDistance(sv);
}
}*/
}
作者：xiaotie , 集异璧实验室(GEBLAB)
出处：http://www.cnblogs.com/xiaotie/
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