YOLOv5车牌识别实战教程(五)字符分割与识别
作者：SYBH.
摘要：在本篇博客中，我们将介绍如何在YOLOv5车牌识别的基础上进一步实现字符分割与识别。我们将详细介绍字符分割方法，如投影法和轮廓法，以及字符识别方法，如CNN和LSTM等。
5.1 字符分割
在实际应用中，识别车牌的字符是很重要的。为了实现字符分割，我们可以采用以下方法：
1.投影法：
通过计算车牌图像在水平和垂直方向上的投影直方图，确定字符的边界。
以下是一个简单的投影法实现：
import cv2
import numpy as np
def projection_segmentation(plate_image, direction='horizontal'):
assert direction in ['horizontal', 'vertical'], 'Invalid direction'
gray_image = cv2.cvtColor(plate_image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
binary_image = cv2.adaptiveThreshold(gray_image, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv2.THRESH_BINARY_INV, 11, 2)
if direction == 'horizontal':
histogram = np.sum(binary_image, axis=1)
else:
histogram = np.sum(binary_image, axis=0)
threshold = np.max(histogram) * 0.5
peaks = np.where(histogram > threshold)[0]
start, end = peaks[0], peaks[-1]
if direction == 'horizontal':
return plate_image[start:end, :]
else:
return plate_image[:, start:end]2.轮廓法：
通过检测二值化车牌图像的轮廓，然后根据轮廓的位置和形状筛选出字符。
以下是一个简单的轮廓法实现：
import cv2
def contour_segmentation(plate_image):
gray_image = cv2.cvtColor(plate_image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
binary_image = cv2.adaptiveThreshold(gray_image, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv2.THRESH_BINARY_INV, 11, 2)
contours, _ = cv2.findContours(binary_image, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
chars = []
for cnt in contours:
x, y, w, h = cv2.boundingRect(cnt)
aspect_ratio = float(w) / h
if 0.2 < aspect_ratio < 1.0 and 20 < h < 80:
chars.append(plate_image[y:y + h, x:x + w])
return chars5.2 字符识别
在完成字符分割后，我们需要识别每个字符。
可以采用以下方法：
CNN：
使用卷积神经网络（CNN）对字符进行分类。可以使用预训练的模型，如LeNet、VGG等，或者自定义一个简单的CNN。
以下是一个简单的CNN实现：
import torch
import torch.nn as nn
class SimpleCNN(nn.Module):
def __init__(self, num_classes):
super(SimpleCNN, self).__init__()
self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, kernel_size=3, stride=1, padding=1)
self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2, padding=0)
self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1)
self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2, padding=0)
self.fc1 = nn.Linear(64 * 8 * 16, 128)
self.fc2 = nn.Linear(128, num_classes)
def forward(self, x):
x = self.pool1(F.relu(self.conv1(x)))
x = self.pool2(F.relu(self.conv2(x)))
x = x.view(-1, 64 * 8 * 16)
x = F.relu(self.fc1(x))
x = self.fc2(x)
return x
num_classes = 36 # 根据实际情况设置类别数
model = SimpleCNN(num_classes)LSTM：
使用长短时记忆网络（LSTM）对字符进行分类。可以在CNN的基础上添加一个LSTM层，以捕捉字符序列的时序信息。
以下是一个简单的LSTM实现：
import torch
import torch.nn as nn
class CNN_LSTM(nn.Module):
def __init__(self, num_classes):
super(CNN_LSTM, self).__init__()
self.cnn = SimpleCNN(128)
self.lstm = nn.LSTM(128, num_classes, num_layers=1, batch_first=True)
def forward(self, x):
batch_size, seq_len, c, h, w = x.size()
x = x.view(batch_size * seq_len, c, h, w)
x = self.cnn(x)
x = x.view(batch_size, seq_len, -1)
x, _ = self.lstm(x)
return x
num_classes = 36 # 根据实际情况设置类别数
model = CNN_LSTM(num_classes)在训练字符识别模型时，需要使用包含大量字符图像和对应标签的数据集。可以使用公开的字符识别数据集，或者自己构建数据集。训练完成后，即可使用模型对车牌中的字符进行识别。
5.3 预处理与后处理
为了提高字符识别的准确率，我们可以在字符识别之前对字符图像进行预处理，以及在识别完成后进行后处理。
预处理：
二值化：
将字符图像转化为二值图像，可以减少背景噪声的影响。可以使用OpenCV的adaptiveThreshold函数进行自适应阈值二值化。
import cv2
def binarize(char_image):
gray_image = cv2.cvtColor(char_image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
binary_image = cv2.adaptiveThreshold(gray_image, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv2.THRESH_BINARY_INV, 11, 2)
return binary_image
规范化：
将字符图像调整为统一的尺寸，以便输入到神经网络。
可以使用OpenCV的resize函数实现。
import cv2
def normalize(char_image, target_size=(32, 32)):
resized_image = cv2.resize(char_image, target_size, interpolation=cv2.INTER_AREA)
return resized_image
后处理：
置信度阈值：
在字符识别的结果中，可以根据置信度筛选最可能的字符。可以设置一个置信度阈值，仅保留置信度大于该阈值的字符。
def filter_by_confidence(predictions, confidence_threshold=0.5):
top_confidences, top_indices = torch.topk(predictions, 1)
top_confidences = top_confidences.squeeze().numpy()
top_indices = top_indices.squeeze().numpy()
filtered_indices = top_indices[top_confidences > confidence_threshold]
return filtered_indices
NMS：
对字符识别的结果进行非极大值抑制（NMS），以消除重复的字符。
def nms(predictions, iou_threshold=0.5):
boxes, scores = predictions[:, :4], predictions[:, 4]
indices = torchvision.ops.nms(boxes, scores, iou_threshold)
return predictions[indices]
通过这些预处理与后处理方法，可以进一步提高字符识别的准确率和鲁棒性。
总结：
本篇博客在之前的基础上，补充了字符分割与识别的预处理与后处理方法，包括二值化、规范化、置信度阈值筛选和非极大值抑制等。这些方法有助于提高车牌字符识别的性能，使车牌识别系统在实际应用中具有更高的可靠性。希望本教程对你在实际项目中实现车牌识别有所帮助。如有任何问题或建议，请在评论区交流。
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