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0 前言

这两年开始毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是

毕业设计 图像识别 深度学习 身份证识别系统

学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

• 难度系数：3分
• 工作量：3分
• 创新点：4分

选题指导, 项目分享：

https://gitee.com/dancheng-senior/project-sharing-1/blob/master/%E6%AF%95%E8%AE%BE%E6%8C%87%E5%AF%BC/README.md

1 实现方法

1.1 原理

1.1.1 字符定位

在Android移动端摄像头拍摄的图片是彩色图像，上传到服务器后为了读取到身份证上的主要信息，就要去除其他无关的元素，因此对身份证图像取得它的灰度图并得到二值化图。

对身份证图像的的二值化有利于对图像内的信息的进一步处理，可以将待识别的信息更加突出。在OpenCV中，提供了读入图像接口函数imread, 首先通过imread将身份证图像读入内存中：

id_card_img = cv2.imread(path_img)

之后再调用转化为灰度图的接口函数cvtColor并给它传入参数COLOR_BGR2GRAY,它就可以实现彩色图到灰度图的转换，代码如下

gray_id_card_img = cv2.cvtColor(color_img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
preprocess_bg_mask = PreprocessBackgroundMask(boundary)

转化为二值化的灰度图后图像如图所示：

转换成灰度图之后要进行字符定位，通过每一行进行垂直投影，就可以找到所有字段的位置，具体如下：

然后根据像素点起始位置，确定字符区域，然后将字符区域一一对应放入存放字符的列表中：

 vertical_peek_ranges = extract_peek_ranges_from_array(
                vertical_sum,
                minimun_val=40,
                minimun_range=1)
            vertical_peek_ranges2d.append(vertical_peek_ranges)

最后的效果图如图所示：

1.1.2 字符识别

身份证识别中，最重要的是能够识别身份证图像中的中文文字(包括数字和英文字母)，这里学长采用深度学习的方式来做：

1）身份证图像涉及个人隐私，很难获取其数据训练集。针对此问题，我采用获取身份证上印刷体汉字和数字的数据训练集的方法，利用Python图像库（PIL）将13类汉字印刷体字体转换成6492个类别，建立了较大的字符训练集；

2）如何获取身份证图片上的字符是在设计中一个重要问题。我采用水平和垂直投影技术，首先对身份证图像进行预处理，然后对图片在水平和垂直方向上像素求和，区分字符与空白区域，完成了身份证图像中字符定位与分割工作，有很好的切分效果；

3）在模型训练中模型的选择与设计是一个重要的环节，本文选择Lenet模型，发现模型层次太浅，然后增加卷积层和池化层，设计出了改进的深层Lenet模型，然后采用Caffe深度学习工具对模型进行训练，并在训练好的模型上进行测试，实验表明，模型的测试精度达到96.2%。

1.1.3 深度学习算法介绍

深度学习技术被提出后，发展迅速，在人工智能领域取得了很好的成绩，越来越多优秀的神经网络也应运而生。深度学习通过建立多个隐层的深层次网络结构，比如卷积神经网络，可以用来研究并处理目前计算机视觉领域的一些热门的问题，如图像识别和图像检索。

深度学习建立从输入数据层到高层输出层语义的映射关系，免去了人工提取特征的步骤，建立了类似人脑神经网的分层模型结构。深度学习的示意图如图所示

1.1.4 模型选择

在进行网络训练前另一项关键的任务是模型的选择与配置，因为要保证模型的精度，要选一个适合本文身份证信息识别的网络模型。

首先因为汉字识别相当于一个类别很多的图片分类系统，所以先考虑深层的网络模型，优先采用Alexnet网络模型，对于汉字识别这种千分类的问题很合适，但是在具体实施时发现本文获取到的数据训练集每张图片都是64*64大小的一通道的灰度图，而Alexnet的输入规格是224*224三通道的RGB图像，在输入上不匹配，并且Alexnet在处理像素较高的图片时效果好，用在本文的训练中显然不合适。

其次是Lenet模型，没有改进的Lenet是一个浅层网络模型，如今利用这个模型对手写数字识别精度达到99%以上，效果很好，在实验时我利用在Caffe下的draw_net.py脚本并且用到pydot库来绘制Lenet的网络模型图，实验中绘制的原始Lenet网络模型图如图所示，图中有两个卷积层和两个池化层，网络层次比较浅。

2 算法流程

3 部分关键代码

cv2_color_img = cv2.imread(test_image)
    ##放大图片
    resize_keep_ratio = PreprocessResizeKeepRatio(1024, 1024)
    cv2_color_img = resize_keep_ratio.do(cv2_color_img)    
    ##转换成灰度图
    cv2_img = cv2.cvtColor(cv2_color_img, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
    height, width = cv2_img.shape
    ##二值化  调整自适应阈值 使得图像的像素值更单一、图像更简单
    adaptive_threshold = cv2.adaptiveThreshold(
        cv2_img, ##原始图像
        255,     ##像素值上限
        cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C,  ##指定自适应方法Adaptive Method，这里表示领域内像素点加权和
        cv2.THRESH_BINARY,  ##赋值方法（二值化）
        11,  ## 规定领域大小（一个正方形的领域）
        2)   ## 常数C，阈值等于均值或者加权值减去这个常数
    adaptive_threshold = 255 - adaptive_threshold

    ## 水平方向求和，找到行间隙和字符所在行（numpy）
    horizontal_sum = np.sum(adaptive_threshold, axis=1)
    ## 根据求和结果获取字符行范围
    peek_ranges = extract_peek_ranges_from_array(horizontal_sum)
    vertical_peek_ranges2d = []
    for peek_range in peek_ranges:
        start_y = peek_range[0]  ##起始位置
        end_y = peek_range[1]    ##结束位置
        line_img = adaptive_threshold[start_y:end_y, :]
        ## 垂直方向求和，分割每一行的每个字符
        vertical_sum = np.sum(line_img, axis=0)
        ## 根据求和结果获取字符行范围
        vertical_peek_ranges = extract_peek_ranges_from_array(
            vertical_sum,
            minimun_val=40, ## 设最小和为40
            minimun_range=1)  ## 字符最小范围为1
        ## 开始切割字符
        vertical_peek_ranges = median_split_ranges(vertical_peek_ranges)
        ## 存放入数组中
        vertical_peek_ranges2d.append(vertical_peek_ranges)

    ## 去除噪音，主要排除杂质，小的曝光点不是字符的部分
    filtered_vertical_peek_ranges2d = []
    for i, peek_range in enumerate(peek_ranges):
        new_peek_range = []
        median_w = compute_median_w_from_ranges(vertical_peek_ranges2d[i])
        for vertical_range in vertical_peek_ranges2d[i]:
            ## 选取水平区域内的字符，当字符与字符间的间距大于0.7倍的median_w，说明是字符
            if vertical_range[1] - vertical_range[0] > median_w*0.7:
                new_peek_range.append(vertical_range)
        filtered_vertical_peek_ranges2d.append(new_peek_range)
    vertical_peek_ranges2d = filtered_vertical_peek_ranges2d


    char_imgs = []
    crop_zeros = PreprocessCropZeros()
    resize_keep_ratio = PreprocessResizeKeepRatioFillBG(
        norm_width, norm_height, fill_bg=False, margin=4)
    for i, peek_range in enumerate(peek_ranges):
        for vertical_range in vertical_peek_ranges2d[i]:
            ## 划定字符的上下左右边界区域
            x = vertical_range[0]
            y = peek_range[0]
            w = vertical_range[1] - x
            h = peek_range[1] - y
            ## 生成二值化图
            char_img = adaptive_threshold[y:y+h+1, x:x+w+1]
            ## 输出二值化图
            char_img = crop_zeros.do(char_img)
            char_img = resize_keep_ratio.do(char_img)
            ## 加入字符图片列表中
            char_imgs.append(char_img)
    ## 将列表转换为数组
    np_char_imgs = np.asarray(char_imgs)
 
    ## 放入模型中识别并返回结果
    output_tag_to_max_proba = caffe_cls.predict_cv2_imgs(np_char_imgs)

    ocr_res = ""
    ## 读取结果并展示
    for item in output_tag_to_max_proba:
        ocr_res += item[0][0]
    print(ocr_res.encode("utf-8"))

    ## 生成一些Debug过程产生的图片
    if debug_dir is not None:
        path_adaptive_threshold = os.path.join(debug_dir,
                                               "adaptive_threshold.jpg")
        cv2.imwrite(path_adaptive_threshold, adaptive_threshold)
        seg_adaptive_threshold = cv2_color_img

#        color = (255, 0, 0)
#        for rect in rects:
#            x, y, w, h = rect
#            pt1 = (x, y)
#            pt2 = (x + w, y + h)
#            cv2.rectangle(seg_adaptive_threshold, pt1, pt2, color)

        color = (0, 255, 0)
        for i, peek_range in enumerate(peek_ranges):
            for vertical_range in vertical_peek_ranges2d[i]:
                x = vertical_range[0]
                y = peek_range[0]
                w = vertical_range[1] - x
                h = peek_range[1] - y
                pt1 = (x, y)
                pt2 = (x + w, y + h)
                cv2.rectangle(seg_adaptive_threshold, pt1, pt2, color)
            
        path_seg_adaptive_threshold = os.path.join(debug_dir,
                                                   "seg_adaptive_threshold.jpg")
        cv2.imwrite(path_seg_adaptive_threshold, seg_adaptive_threshold)

        debug_dir_chars = os.path.join(debug_dir, "chars")
        os.makedirs(debug_dir_chars)
        for i, char_img in enumerate(char_imgs):
            path_char = os.path.join(debug_dir_chars, "%d.jpg" % i)
            cv2.imwrite(path_char, char_img)

4 效果展示

5 最后