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一种字符识别方法、系统及工业智能网关

阅读：1037发布：2020-06-20

专利汇可以提供一种字符识别方法、系统及工业智能网关专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开公开了一种字符识别方法、系统及工业智能网关，包括：图像获取步骤：获取待识别的图像；图像缓存步骤：对获取的待识别图像进行缓存；图像处理步骤：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；图像展示步骤：将字符识别结果进行展示；其中，图像处理步骤中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。，下面是一种字符识别方法、系统及工业智能网关专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种字符识别方法，其特征是，包括：
图像获取步骤：获取待识别的图像；
图像缓存步骤：对获取的待识别图像进行缓存；
图像处理步骤：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；
图像展示步骤：将字符识别结果进行展示；
其中，图像处理步骤中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述对待识别的图像进行预处理；具体步骤包括：
对图像进行色度空间转换，即将RGB图像转换成灰度图像，其次对灰度图像进行图像增强，最后对图像进行二值化处理；
或者，
所述对预处理后的待识别图像进行剪切；具体步骤包括：
对预处理后的待识别图像，根据用户的选择指令，确定待识别区域；
或者，
所述将剪切后的待识别图像进行字符分割；具体步骤包括：
对待识别区域进行字符分割，将图像中的字符串分割成若干个字符；
或者，
所述将字符分割后的图像进行尺度缩放；具体步骤包括：
将所有的字符缩放为统一的尺寸；
或者，
所述将尺度缩放后的图像进行特征提取；具体步骤包括：提取出每个字符的纹理特征；
或者，
所述将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配；具体步骤包括：计算提取的特征与预构建模板库的字符特征的欧式距离，欧式距离最小值所对应的预构建模板库中的字符即为待识别字符的识别结果。
3.一种字符识别系统，其特征是，包括：
图像获取模块：获取待识别的图像；
图像缓存模块：对获取的待识别图像进行缓存；
图像处理模块：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；
图像展示模块：将字符识别结果进行展示；
其中，图像处理模块中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。
4.一种工业智能网关，其特征是，包括：中央处理器，所述中央处理器包括通过AXI-HP高速总线彼此连接的ARM和FPGA；
其中，所述ARM用于存储第一计算机指令，所述第一计算机指令被ARM运行时完成如权利要求1所述方法的图像获取步骤、图像缓存步骤和图像展示步骤；
所述FPGA用于存储第二计算机指令，所述第二计算机指令被FPGA运行时完成如权利要求1所述方法的图像处理步骤；
ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行预处理，并由FPGA根据字符识别算法，识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后，由ARM对字符识别结果进行展示。
5.如权利要求4所述的网关，其特征是，所述中央处理器中的FPGA将识别的字符通过高速总线反馈给ARM，ARM按照通讯协议要求，通过以太网模块或者无线通讯模块将识别的字符传输出去，上传到MES。
6.如权利要求4所述的网关，其特征是，所述中央处理器还与用户终端对接模块连接，用户终端对接模块还与用户认证模块连接，用户认证模块还与用户终端连接。
7.如权利要求6所述的网关，其特征是，所述用户终端对接模块为移动网络；所述用户终端使用APP与移动网络连接，接下来再建立工业智能网关和APP的连接，用户终端通过账号和密码、人脸或指纹登录APP与工业智能网关进行认证，若用户终端通过认证，建立工业智能网关和用户终端之间的通信连接，若用户终端没有通过认证，向用户终端发送认证失败的消息，具体采用的认证协议以及密钥此处不做限定。
8.如权利要求6所述的网关，其特征是，所述用户认证模块根据认证请求携带的用户账号和密码、人脸或者指纹对用户终端进行认证；若用户终端通过验证，建立工业智能网关和用户终端之间的通信连接，若用户终端没有通过验证，向用户终端发送认证失败消息。
9.如权利要求4所述的网关，其特征是，所述中央处理器还与设备对接模块连接，所述设备对接模块用于与第三方设备进行连接；所述中央处理器对第三方设备进行数据采集，并将识别的字符，通过无线通讯模块和以太网模块上传给制造执行系统MES。
10.如权利要求4所述的网关，其特征是，所述中央处理器还与监测报警模块连接；所述监测报警模块，当在数据采集和上传MES的过程中发生错误时，发出报警，通知工作人员及时处理；
所述监测报警模块，还用于对工业智能网关的工作状态进行监测，若工业智能网关发生故障，则监测报警模块通过无线通讯模块将故障信息第一时间发送给上位机，上位机发送给工作人员的移动终端。

说明书全文

一种字符识别方法、系统及工业智能网关

技术领域

[0001] 本公开涉及视觉检测技术领域，特别是涉及一种字符识别方法、系统及工业智能网关。

背景技术

[0002] 本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

[0003] 机器视觉检测的特点是提高生产的效率和自动化程度。在一些不适合人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产的过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。

[0004] 在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

[0005] 视觉检测有着庞大的市场价值，在视觉检测体系中重要的不仅仅是算法步骤，硬件设备也很重要，尤其是在嵌入式领域，而在字符识别领域，市场上大部分技术方案的使用成本高昂，同时算法步骤也较为复杂，不利于一般技术人员的常规更改参数等操作。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种字符识别方法、系统及工业智能网关；克服了传统字符识别系统中存在的技术原因带来的实时性差、效率低的问题，及因其自身体积大带来的资源浪费问题，可以保证对字符进行检测识别时的实时性及准确性的要求。

[0007] 第一方面，本公开提供了一种字符识别方法；

[0008] 一种字符识别方法，包括：

[0009] 图像获取步骤：获取待识别的图像；

[0010] 图像缓存步骤：对获取的待识别图像进行缓存；

[0011] 图像处理步骤：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；

[0012] 图像展示步骤：将字符识别结果进行展示；

[0013] 其中，图像处理步骤中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。

[0014] 第二方面，本公开还提供了一种字符识别系统；

[0015] 一种字符识别系统，包括：

[0016] 图像获取模块：获取待识别的图像；

[0017] 图像缓存模块：对获取的待识别图像进行缓存；

[0018] 图像处理模块：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；

[0019] 图像展示模块：将字符识别结果进行展示；

[0020] 其中，图像处理模块中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。

[0021] 第三方面，本公开提供了一种工业智能网关；

[0022] 一种工业智能网关，包括：中央处理器，所述中央处理器包括通过AXI-HP高速总线彼此连接的ARM(Advanced RISC Machine，RISC 微处理器)和FPGA(Field Programmable Gate Arrays，现场可编程逻辑门阵列)；

[0023] 其中，所述ARM用于存储第一计算机指令，所述第一计算机指令被ARM运行时完成实施例一的图像获取步骤、图像缓存步骤和图像展示步骤；

[0024] 所述FPGA用于存储第二计算机指令，所述第二计算机指令被FPGA运行时完成实施例一的图像处理步骤；

[0025] ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行预处理，并由FPGA根据字符识别算法，识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后，由ARM对字符识别结果进行展示。

[0026] 与现有技术相比，本公开的有益效果是：

[0027] 1利用ARM和FPGA组成的中央处理器，能够弥补ARM无法达到的实时性效果；

[0028] 2采用字符识别算法进行数据采集，鲁棒性好，准确率高，且可实时查看及对比；

[0029] 3监控系统设备小，且不需过多人为的干预和控制。附图说明

[0030] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0031] 图1为本公开实施例一的方法流程图；

[0032] 图2为本公开实施例一的工业智能网关结构示意图；

[0033] 图3为本公开实施例一的工业智能网关字符识别应用场景示意图。

具体实施方式

[0034] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0035] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0036] 实施例一，本实施例提供了一种字符识别方法；

[0037] 如图1所示，一种字符识别方法，包括：

[0038] S1：图像获取步骤：获取待识别的图像；

[0039] S2：图像缓存步骤：对获取的待识别图像进行缓存；

[0040] S3：图像处理步骤：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；

[0041] S4：图像展示步骤：将字符识别结果进行展示；

[0042] 其中，图像处理步骤中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。

[0043] 作为一个或多个实施例，所述对待识别的图像进行预处理；具体步骤包括：

[0044] 对图像进行色度空间转换，即将RGB图像转换成灰度图像，其次对灰度图像进行图像增强，最后对图像进行二值化处理。

[0045] 作为一个或多个实施例，所述对预处理后的待识别图像进行剪切；具体步骤包括：

[0046] 对预处理后的待识别图像，根据用户的选择指令，确定待识别区域。

[0047] 作为一个或多个实施例，所述将剪切后的待识别图像进行字符分割；具体步骤包括：

[0048] 对待识别区域进行字符分割，将图像中的字符串分割成若干个字符。

[0049] 作为一个或多个实施例，所述将字符分割后的图像进行尺度缩放；具体步骤包括：

[0050] 将所有的字符缩放为统一的尺寸。

[0051] 作为一个或多个实施例，所述将尺度缩放后的图像进行特征提取；具体步骤包括：提取出每个字符的纹理特征。

[0052] 作为一个或多个实施例，所述将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配；具体步骤包括：计算提取的特征与预构建模板库的字符特征的欧式距离，欧式距离最小值所对应的预构建模板库中的字符即为待识别字符的识别结果。

[0053] 所述预构建模板库，包括：已知的字符和对应已知字符的字符特征。

[0054] 应理解的，所述欧氏距离是指：

[0055]

[0056] 其中，X，Y为二维空间中的两个点，xi和yi为两个点中的数据。

[0057] 实施例二，本实施例提供了一种字符识别系统；

[0058] 一种字符识别系统，包括：

[0059] 图像获取模块：获取待识别的图像；

[0060] 图像缓存模块：对获取的待识别图像进行缓存；

[0061] 图像处理模块：对缓存的待识别的图像进行预处理；对预处理后的待识别图像进行剪切，将剪切后的待识别图像进行字符分割；将字符分割后的图像进行尺度缩放，将尺度缩放后的图像进行特征提取；将提取的特征与预构建模板库的字符特征进行匹配，输出字符识别结果；

[0062] 图像展示模块：将字符识别结果进行展示；

[0063] 其中，图像处理模块中，由ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行处理，并由FPGA识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后对字符识别结果进行展示。

[0064] 实施例三，本实施例提供了一种工业智能网关；

[0065] 如图2所示，一种工业智能网关，包括：中央处理器，所述中央处理器包括通过AXI-HP高速总线彼此连接的ARM(Advanced RISC Machine，RISC微处理器)和FPGA(Field Programmable Gate Arrays，现场可编程逻辑门阵列)；

[0066] 其中，所述ARM用于存储第一计算机指令，所述第一计算机指令被ARM运行时完成实施例一的图像获取步骤、图像缓存步骤和图像展示步骤；

[0067] 所述FPGA用于存储第二计算机指令，所述第二计算机指令被FPGA运行时完成实施例一的图像处理步骤；

[0068] ARM读取缓存图像，得到缓存图像后，将缓存图像传输给FPGA，由FPGA对图像进行预处理，并由FPGA根据字符识别算法，识别字符，FPGA将字符识别结果传输给ARM，最后，由ARM对字符识别结果进行展示。

[0069] 进一步地，ARM读取缓存图像，是指ARM从图像存储模块中读取缓存图像。图像存储模块中的图像是图像采集模块将采集到的图像存储到图像存储模块中的。

[0070] 进一步地，所述中央处理器中的FPGA将识别的字符通过高速总线发送给ARM，ARM按照通讯协议要求，通过以太网模块或者无线通讯模块将识别的字符传输出去，上传到MES。

[0071] 进一步地，所述中央处理器将字符识别结果通过图像显示模块进行显示。所述图像显示模块是由QT制作的显示界面，并在显示器上显示，显示传入的图像以及识别的字符，用户可自由选定待识别字符区域，最多可选择20处，通过字符识别算法将字符识别后，会在显示界面中的图像中显示识别的字符，可供用户对比查看。

[0072] 进一步地，所述中央处理器还与用户终端对接模块连接，用户终端对接模块还与用户认证模块连接，用户认证模块还与用户终端连接。

[0073] 所述用户终端对接模块为移动网络。所述用户终端使用APP(Application，应用程序)与移动网络连接，接下来再建立工业智能网关和APP的连接，用户终端通过账号和密码、人脸或指纹登录APP与工业智能网关进行认证，若用户终端通过认证，建立工业智能网关和用户终端之间的通信连接，若用户终端没有通过认证，向用户终端发送认证失败的消息，具体采用的认证协议以及密钥此处不做限定。

[0074] 所述用户认证模块根据认证请求携带的用户账号和密码、人脸或者指纹对用户终端进行认证；若用户终端通过验证，建立工业智能网关和用户终端之间的通信连接，若用户终端没有通过验证，向用户终端发送认证失败消息。

[0075] 进一步地，所述中央处理器还与设备对接模块连接，所述设备对接模块用于与第三方设备进行连接。所述中央处理器对第三方设备进行数据采集，并将识别的字符，通过无线通讯模块和以太网模块上传给MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)。所述第三方设备包括工控机、数控系统等。

[0076] 进一步地，所述中央处理器还与电源模块连接；所述电源模块为系统工作提供稳定的工作电源。

[0077] 进一步地，所述中央处理器还与无线通讯模块和以太网模块连接；

[0078] 进一步地，所述以太网模块，通过RJ45 接口能够实现数据的远距离传输，通过RJ45接口和USB接口的综合，提高了工业智能网关的适应性，既能解决网关与第三方设备的快速插接问题，又解决了工业智能网关与第三方设备之间，和工业智能网关与MES之间并行采集和远距离传输问题；

[0079] 所述无线通讯模块，WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)无线网卡采用满足IEEE802.11a/b/g/n及以上无线传输标准的高速网卡，提供稳定的WiFi无线网络，理论最快速度可以达到300Mbps，为整个网络提供网络支持；

[0080] 所述满足IEEE802.11a/b/g/n及以上无线传输标准的高速网卡通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口电路与中央处理器连接；

[0081] 进一步地，所述中央处理器还与设备协议库连接；其中，设备协议库包括第三方通讯协议和主机通讯协议；实现中央处理器与第三方设备之间的数据传输和信息通讯。

[0082] 所述主机通讯协议有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等；所述第三方通讯协议有CAN协议、Profibus协议、LonWork协议、工业以太网协议等。

[0083] 进一步地，所述中央处理器还与监测报警模块连接；

[0084] 所述监测报警模块，当在数据采集和上传MES的过程中发生错误时，发出报警，通知工作人员及时处理。

[0085] 所述监测报警模块，还用于对工业智能网关的工作状态进行监测，若工业智能网关发生故障，则监测报警模块通过无线通讯模块将故障信息第一时间发送给上位机，上位机发送给工作人员的移动终端，进而保证工作人员能够第一时间了解工业智能网关的工作状态，第一时间派遣专业的维修队伍前去维修。

[0086] 进一步地，所述ARM与FPGA之间通过AXI-HP高速总线连接。

[0087] 进一步地，所述ARM用于嵌入式Linux系统和显示界面的设计，以及进行图像数据采集的监控；

[0088] 进一步地，所述FPGA利用硬件并行的优势，打破了顺序执行的模式，实现了数据的并行处理，减少通道处理时间；

[0089] 图3为本发明提供的一种工业智能网关字符识别应用场景示意图，包括第三方设备、工业智能网关、通信网络和用户终端；嵌入式工业智能网关，分别与第三方设备和用户终端连接。

[0090] 所述用户终端包括移动终端(如智能手机)、触摸屏(如平板电脑)、PC(Personal Computer，个人电脑)等，实现对第三方设备的远程监测和控制，实时查看设备数据的采集和传输情况，当设备数据采集和传输出现问题时，所述的用户终端通过所述的工业智能网关向第三方设备发送更改信息和配置指令，或向所述监测报警模块发送报警信息，通知工作人员及时处理。

[0091] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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