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

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。

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：

2. 调用i2=rgb2gray(i1)，则得到了灰度图像，如图3所示：

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：

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

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：

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

纵向扫描后的图像与原图像的对照，如图8所示：

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

纵向扫描后的图像与原图像的对照，如图10所示：

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：

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：

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：

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：

for j=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

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：

for j=1:cnum

word{j}=imresize(word{j},[40 40]); %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：

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：

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：

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：

五、代码附录

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=[1 1 1];

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);

[maxY indexY]=max(countY);

tempY1=indexY;

while (countY(tempY1,1)>3) && (tempY1>1)

tempY1=tempY1-1;

end

tempY2=indexY;

while (countY(tempY2,1)>3) && (tempY2<m)

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);

end

tempX1=1;

while (countX(1,tempX1)<3) && (tempX1<n)

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');

figure(10)

while size(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;

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

if k==2

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

end

if k==3

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

end

if k==5

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

end

if k==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);

for j=1:cnum

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

end

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

for j=1:cnum

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

end

figure(12);

for j=1:cnum

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

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

for i=1:cnum

ch=int2str(i); %数字转化为字符

tempbw=imread([ch '.jpg']); %打开预匹配字符

for k=1:codenum

fname=strcat('C:\Users\Administrator\Desktop\数字图像处理\字符匹配库\',code(k),'.jpg'); %字符匹配库中的字符

sample=imread(fname);

subsam=abs(tempbw-sample); %作比较

count=sum(sum(subsam)); %匹配误差统计

err(k)=count;

end

erro=err(1:codenum);

minerror=min(erro); %找出误差最小的模板字符

findc=find(erro==minerror); %获取模板字符序号

Code(i)=code(findc); %将字符装入Code

end

figure(13);

imshow(ii);

tt=title(['文字信息: ', Code(1:cnum)],'Color','b'); %显示字符信息

set(tt,'fontsize',24); %设置字体

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

%将图片文字写入newtxt文本

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

c=fopen(new,'a+');

fprintf(c,'%s\n',Code(1:cnum));

fclose(c);

t=toc

charslice（字符分割）函数源代码：

%字符分割

function y=charslice(ii)

[m,n]=size(ii);

top=1;bottom=m;left=1;right=n;

while sum(ii(top,:))==0 && top<m

top=top+1;

end

while sum(ii(bottom,:))==0 && bottom>=1

bottom=bottom-1;

end

while sum(ii(:,left))==0 && left<n

left=left+1;

end

while sum(ii(:,right))==0 && right>=1

right=right-1;

end

ydiff=bottom-top;

xdiff=right-left;

y=imcrop(ii,[left top xdiff ydiff]);

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;

while flag==0

[m,n]=size(ii);

wide=0;

while sum(ii(:,wide+1))~=0 && wide<=n-2

wide=wide+1;

end

temp=charslice(imcrop(ii,[1 1 wide m]));

[m1,n1]=size(temp);

if wide<y1 && n1/m1>y2

ii(:,1:wide)=0;

if sum(sum(ii))~=0

ii=charslice(ii); % 切割出最小范围

else word=[];flag=1;

end

else

word=charslice(imcrop(ii,[1 1 wide m]));

ii(:,1:wide)=0;

if sum(sum(ii))~=0;

ii=charslice(ii);

flag=1;

else ii=[];

end

end

end

result=ii;