专利名称：一种激光扫描铸件工件号的识别装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种工件号的识别装置和方法，特别是一种基于激光扫描的工件号识别装置和方法。
背景技术：
目前，铁路铸件(如摇枕、侧架)大量采用X射线数字照相(DR)作无损检测。对铸件进行DR检测、分析和评价之后，需要在检测信息库中输入被检测铸件的出厂代号即工件号。工件号由字母和数字组成。传统输入方法有手动输入、DR图像自动识别和照相自动识别。手动输入就是操作人员从铸件上读取工件号，再人工输入到计算机中，这种方法存在费时费力、自动化程度低和易出错等缺点。由于铸件上的工件号是向外突起的，故在DR 图像上对应灰度较深的影像，继而DR图像的自动识别就成了灰度字符的自动识别。理性情况下，采用DR图像自动识别可以获取工件号，但是X射线机的射线能量穿透能力有限，有些铸件工件号位于铸件较厚的部位，射线很难穿透，图像上的字符模糊不清，使用现有方法无法识别。照相自动识别是采用CCD照相机抓取铸件工件号的照片，然后将数字图片输入到计算机，采用图片字符识别算法进行识别，这类似于工件号字符的识别，但其难度远远大于工件号字符识别，因为铸件工件号的颜色与铸件的颜色一致，因此在图像上很难区分字符和背景。而且铁路铸件检测工房的光照复杂，照片的亮度起伏不定，更增加了字符识别的难度。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计其方法。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图像并识别字符，因此只适合用于一般的印刷品或手写文本，而不适合用于识别铁路铸件上无颜色对比的工件号。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种激光扫描铸件工件号的识别装置，它可以快速、 准确的采集铁路铸件工件号图像，并对工件号进行自动识别和存储，测量准确度和自动化程度高，速度快，操作简单。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有红外传感器、激光二维扫描传感器、图像采集器、字符识别主机、计算机控制系统和数据库，
红外传感器，用于监测铸件是否进入检测区域，并向计算机控制系统发送铸件进入检测区域的判别信号；
激光二维扫描传感器，在计算机控制系统的控制下对铸件上的工件号进行扫描；
图像采集器，预处理激光二维扫描传感器所扫描到的工件号，并得到二值化工件号图字符识别主机，利用模式识别算法识别图像采集器处理后的工件号图像，得到铸件工件号并存入数据库内；
计算机控制系统，用于控制各个装置进行工作，接收并处理工作信号；
数据库，用于存储经字符识别主机识别后的铸件工件号。进一步，所述激光二维扫描传感器包括有激光发射器和激光感测器，激光发射器用于发射红外光信号，激光感测器用于接收并检测激光发射器发送的红外光信号。本发明的另一个目的就是提供一种激光扫描铸件工件号的方法，它可以采集铸件工件号的图像信息，对工件号进行自动识别并储存，其测量不受色彩、表面材质和环境光线的影响，测量精度高。本发的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下
1)开启红外传感器，监测是否有铸件进入检测区域，若无，则继续监测，若有，则转入步骤2)；
2)激光二维扫描传感器对铸件上的字符符号进行扫描；
3)图像采集器采集铸件工件号扫描图像，并对图像进行预处理；
4)红外传感器监测铸件是否离开检测区域，若没有离开则转向步骤2)，若离开则转向步骤5)；
5)关闭光辉二维扫描传感器，字符识别主机识别经过预处理的图像；
6)将识别后的铸件工件号存入数据库中。进一步，步骤3)中所述图像进行预处理的具体方法为
3-1)将采集到的图像数据转换成灰度级数字图像，使用最大最小中值滤波器对图像进行滤波，去除椒盐噪声和奇异数据；
3-2)采用平滑滤波器对图像进行滤波，进一步减小图像噪声。进一步，步骤5)中字符识别主机识别字符的具体方法如下
5-1)采用阈值分割方法对图像进行二值化，判断图像里是否有工件号，若有工件号则转入步骤5-2)，若没有则等待下一个铸件扫描图像；
5-2)采用纹理分析方法对工件号进行定位；
5-3)利用Hough变换找到倾斜工件号的倾斜角度，校正倾斜工件号为水平方向，采用投影的方法进行字符分割，对工件号图像作垂直投影，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SVM方法进行字符识别。进一步，步骤5-4)中所述向量基SVM方法包括有SVM训练和SVM识别过程。进一步,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，并把像素值归一化到
内，作为SVM 的输入特征向量；
5-4-1-2)把5-4-1-1)步骤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做上述两个步骤中的处理，然后相同的字符归为一类，分为“A-Z” 26个字母和“0-9” 10个数字，共36类特征向量集合，为每类特征字符编写 ASCII编码。进一步，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的输入； 5-4-2-3)利用SVM训练过程中生成的模型对字符进行识别，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。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点
通过激光扫描铸件工件号的识别装置和方法，不容易受到外界环境的干扰，测量数据不受色彩、表面材质和环境光线的影响，测量准确度高、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。
本发明的
如下。图I为本发明所述装置的结构示意图2为本扫描铸工件号的工作状态示意图3为本发明的工件号识别流程图4为本发明的字符分割算法流程图。图中1.激光发射器；2.透镜；3.轮廓线；4.镜片；5.激光感测器；6.图像采集器；7.计算机控制系统；8.红外传感器；9.铸件；10.载物小车。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。一种激光扫描铸件工件号的识别装置，它包括有红外传感器、激光二维扫描传感器、图像采集器、字符识别主机、计算机控制系统和数据库，
红外传感器，用于监测铸件是否进入检测区域，并向计算机控制系统发送铸件进入检测区域的判别信号；
激光二维扫描传感器，在计算机控制系统的控制下对铸件上的工件号进行扫描；
图像采集器，预处理激光二维扫描传感器所扫描到的工件号，并得到二值化工件号图
字符识别主机，利用模式识别算法识别图像采集器处理后的工件号图像，得到铸件工件号并存入数据库内；
计算机控制系统，用于控制各个装置进行工作，接收并处理工作信号；
数据库，用于存储经字符识别主机识别后的铸件工件号。所述激光二维扫描传感器包括有激光发射器和激光感测器，激光发射器用于发射红外光信号，激光感测器用于接收并检测激光发射器发送的红外光信号。如图2所示，对铸件工件号进行扫描之前，将红外传感器8安装在载物小车10轨道的两边，一边安装红外发射器，另一边安装红外接受器。红外传感器8的安装高度应与载物小车10上铸件9的高度相当。将激光二维扫描传感器安装在能扫描到铸件9工件号的一侧，激光二维扫描传感器的位置应在扫描量程范围之内，且所发出的激光能扫描到铸件9 上完整的工件号。将红外传感器8、激光二维传感器分别与计算机控制系统7相连。计算机控制系统7与字符识别主机11通过网线连接。载物小车10上装载着铸件9，沿轨道驶入检测室；当铸件9遮挡住红外传感器8 时，计算机控制系统7启动激光发射器I发出激光，经透镜2形成平面光幕，并在铸件9上形成一条轮廓线3，镜片4收集被物体反射回来的光并将其投影到一个激光感测器5上；图像采集器6采集数据组合成扫描图像，并将图像发送到字符识别主机11 ;载物小车驶离红外传感器后扫描完成，计算机控制系统7关闭激光二维扫描传感器和图像采集器6。本发明所述激光扫描铸件工件号装置的软件控制模块包括有
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激光发射器。图像采集控制模块，其作用是发出指令启动激光感测器，并执行信号采集作业，采集完毕后关闭激光感测器。数据组合模块，其作用是将采集的数据根据时间和位置坐标重新组合，形成一幅完整的扫描图像。图像预处理模块，其作用是执行图像的灰度化、灰度拉伸、图像去噪、图像的二值化等操作。工件号定位模块，其作用是确定工件号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，其作用是将工件号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工件号，并把结果保存在铸件检测数据库中。一种激光扫描铸件工件号的方法，具体步骤如下
1)开启红外传感器，监测是否有铸件进入检测区域，若无，则继续监测，若有，则转入步骤2)；
2)激光二维扫描传感器对铸件上的字符符号进行扫描；
3)图像采集器采集铸件工件号扫描图像，并对图像进行预处理；
4)红外传感器监测铸件是否离开检测区域，若没有离开则转向步骤2)，若离开则转向步骤5)；
5)关闭光辉二维扫描传感器，字符识别主机识别经过预处理的图像；
6)将识别后的铸件工件号存入数据库中。步骤3)中所述图像进行预处理的具体方法为
3-1)将采集到的图像数据转换成灰度级数字图像，使用最大最小中值滤波器对图像进行滤波，去除椒盐噪声和奇异数据；
3-2)采用平滑滤波器对图像进行滤波，进一步减小图像噪声。步骤5)中字符识别主机识别字符的具体方法如下
5-1)采用阈值分割方法对图像进行二值化，判断图像里是否有工件号，若有工件号则转入步骤5-2)，若没有则等待下一个铸件扫描图像；
5-2)采用纹理分析方法对工件号进行定位；
5-3)利用Hough变换找到倾斜工件号的倾斜角度，校正倾斜工件号为水平方向，采用投影的方法进行字符分割，对工件号图像作垂直投影，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SVM方法进行字符识别。步骤5-4 )中所述向量基SVM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，并把像素值归一化到
内，作为SVM 的输入特征向量；
5-4-1-2)把5-4-1-1)步骤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做上述两个步骤中的处理，然后相同的字符归为一类，分为“A-Z” 26个字母和“0-9” 10个数字，共36类特征向量集合，为每类特征字符编写 ASCII编码。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的输入； 5-4-2-3)利用SVM训练过程中生成的模型对字符进行识别，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。
权利要求
1.一种激光扫描铸件工件号的识别装置，其特征在于它包括有红外传感器、激光二维扫描传感器、图像采集器、字符识别主机、计算机控制系统和数据库，红外传感器，用于监测铸件是否进入检测区域，并向计算机控制系统发送铸件进入检测区域的判别信号；激光二维扫描传感器，在计算机控制系统的控制下对铸件上的工件号进行扫描；图像采集器，预处理激光二维扫描传感器所扫描到的工件号，并得到二值化工件号图字符识别主机，利用模式识别算法识别图像采集器处理后的工件号图像，得到铸件工件号并存入数据库内；计算机控制系统，用于控制各个装置进行工作，接收并处理工作信号；数据库，用于存储经字符识别主机识别后的铸件工件号。
2.如权利要求I所述的一种激光扫描铸件工件号的识别装置，其特征在于所述激光二维扫描传感器包括有激光发射器和激光感测器，激光发射器用于发射红外光信号，激光感测器用于接收并检测激光发射器发送的红外光信号。
3.利用如权利要求I或2所述装置进行激光扫描铸件工件号的方法，其特征在于，具体步骤如下.1)开启红外传感器，监测是否有铸件进入检测区域，若无，则继续监测，若有，则转入步骤2)；.2)激光二维扫描传感器对铸件上的字符符号进行扫描；.3)图像采集器采集铸件工件号扫描图像，并对图像进行预处理；.4)红外传感器监测铸件是否离开检测区域，若没有离开则转向步骤2)，若离开则转向步骤5)；.5)关闭光辉二维扫描传感器，字符识别主机识别经过预处理的图像；.6)将识别后的铸件工件号存入数据库中。
4.如权利要求3所述的一种激光扫描铸件工件号的方法，其特征在于，步骤3)中所述图像进行预处理的具体方法为.3-1)将采集到的图像数据转换成灰度级数字图像，使用最大最小中值滤波器对图像进行滤波，去除椒盐噪声和奇异数据；.3-2)采用平滑滤波器对图像进行滤波，进一步减小图像噪声。
5.如权利要求4所述的一种激光扫描铸件工件号的方法,其特征在于,步骤5)中字符识别主机识别字符的具体方法如下.5-1)采用阈值分割方法对图像进行二值化，判断图像里是否有工件号，若有工件号则转入步骤5-2)，若没有则等待下一个铸件扫描图像；.5-2)采用纹理分析方法对工件号进行定位；.5-3)利用Hough变换找到倾斜工件号的倾斜角度，校正倾斜工件号为水平方向，采用投影的方法进行字符分割，对工件号图像作垂直投影，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SVM方法进行字符识别。
6.如权利要求5所述的一种激光扫描铸件工件号的方法,其特征在于步骤5-4)中所述向量基SVM方法包括有SVM训练和SVM识别过程。
7.如权利要求6所述的一种激光扫描铸件工件号的方法,其特征在于,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，并把像素值归一化到
内，作为SVM 的输入特征向量；5-4-1-2)把5-4-1-1)步骤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做上述两个步骤中的处理，然后相同的字符归为一类，分为“A-Z” 26个字母和“0-9” 10个数字，共36类特征向量集合，为每类特征字符编写 ASCII编码。
8.如权利要求7所述的一种激光扫描铸件工件号的方法,其特征在于，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的输入；5-4-2-3)利用SVM训练过程中生成的模型对字符进行识别，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。
全文摘要
一种激光扫描铸件工件号的识别装置，它包括有红外传感器、激光二维扫描传感器、图像采集器、字符识别主机、计算机控制系统和数据库；一种激光扫描铸件工件号的方法，包括有6个步骤1)监测是否有铸件进入检测区域；2)对铸件上的字符符号进行扫描；3)采集铸件工件号扫描图像；4)监测铸件是否离开检测区域；5)识别图像；6)存入数据库中。通过激光扫描铸件工件号的识别装置和方法，不容易受到外界环境的干扰，测量数据不受色彩、表面材质和环境光线的影响，测量准确度高、自动化程度高、速度快、操作简单。
文档编号G06K9/62GK102609699SQ20121003639
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者刘明进, 吴永超, 王珏, 邹永宁 申请人:重庆大学