OpenCV+Python识别机读卡

news2024/9/24 19:28:25

背景介绍

正常机读卡是通过读卡机读取识别结果的，目前OpenCV已经这么强大了，尝试着用OpenCV+Python来识别机读卡。要识别的机读卡长这样：

我们做以下操作：

1.识别答题卡中每题选中项结果。

不做以下操作：

1.不识别准考证号。（暂不识别，后面有需要再补充此部分）

2.不识别101-106题（这些题实际情况下经常用不到，如果要识别原理也一样）

实现思路

通过分析答题卡特征：

1.答题区域为整张图片最大轮廓，先找出答题区域。

2.答题区域分为6行，每行4组，第6行只有1组，我们暂不处理第6行，只处理前面5行。

3.给定每一行第一个选项中心点坐标，该行其余选项的中心点坐标可以推算出来。

4.通过找到每个选项中心点坐标，再加上选项宽高，就可以在答题区域绘出每个选项的范围。

5.通过计算每个选项范围图像里非0像素点个数：

   单选题非0像素点最少的既是答案。

   多选题结合阈值判断该选项是否选中。

6.输出完整答案。

实现步骤

1.图像预处理

将图片转灰度图、黑帽运算：移除干扰项、二值化突出轮廓、查找轮廓、找出答题区域。

import cv2
import numpy as np

# 1.读取图片并缩放
orginImg = cv2.imread("1.jpg")
size = ((int)(650*1.8), (int)(930*1.8))  # 尽可能将图片弄大一点，下面好处理
img = cv2.resize(orginImg, size)

#显示图像
def imshow(name,image):
    scale_percent = 50  # 缩放比例
    width = int(image.shape[1] * scale_percent / 100)
    height = int(image.shape[0] * scale_percent / 100)
    dim = (width, height)
    resized_image = cv2.resize(image, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)
    cv2.imshow(name, resized_image)

imshow("1.orgin", img)

# 2.转灰度图
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
imshow("2.gray", gray)

# 3.黑帽运算：移除干扰项
cvblackhat = cv2.morphologyEx(
    gray, cv2.MORPH_BLACKHAT, cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (15, 15)))
imshow("3.black", cvblackhat)

# 4.二值化突出轮廓，自动阈值范围 cv2.THRESH_BINARY|cv2.THRESH_OTSU
thresh = cv2.threshold(
    cvblackhat, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)[1]
imshow("4.thresh", thresh)

# 5.提取轮廓，并在图上标记轮廓
cnts, hierarchy = cv2.findContours(
    thresh.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
mark = img.copy()
cv2.drawContours(mark, cnts, -1, (0, 0, 255), 2)
imshow("5.contours", mark)

# 6.提取我们感兴趣的部分（这里我们只需要答题部分） img[y:y+h, x:x+w]
roi = None
for (i, c) in enumerate(cnts):
    (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(c)
    ar = w/float(h)
    if w > 500 and h > 500 and ar > 0.9 and ar < 1.1:
        roi = img[y:y+h, x:x+w]
        break
imshow("5.roi", roi)

运行结果

2.查找每个选项的中心点坐标

这里每行起始点坐标和每个选项宽高，都是写的固定值（手动量出来的，本来想通过图像提取轮廓来取每个选项中心坐标点的，可是由于机读卡填图不规范，可能会影响轮廓提取，不是很靠谱，暂时没想到更好的办法）


# 7.查找每个选项的中心点坐标
# 思路：
# 通过分析：
# 1.答题区域分为6行，每行4组，第6行只有1组，我们暂不处理第6行，只处理前面5行。
# 2.只要给定每一行第一个选项中心坐标，该行其余选项的中心坐标可以推算出来。
# 3.通过找到每个选项中心点坐标，再加上选项宽高，就可以在答题区域绘出每个选项的范围。
# 4.通过计算每个选项范围图像里非0像素点个数，结合阈值判断该选项是否选中。
# 5.结合题目个数，遍历每个选项，构造出最终答案。
item = [34, 20]  # 每个选项宽度（跟图形缩放有关系）
x_step = 44  # x方向行距（两个选项水平方向距离）
y_step = 28  # y方向行距（两个选项垂直方向距离）
blank = 92  # 每组间距(5个一组)水平方向距离
centers = []  # 每个选项的中心点坐标，用来框选选项
# 答题区域有5行多1组，这里只处理前面5行，最后一组暂不处理
startPonits = [(25, 44), (25, 216), (26, 392), (26, 566), (28, 744)]
for (i, p) in enumerate(startPonits):
    temp = []  # 暂存该组选项坐标
    start = list(p)  # 该行起始点坐标
    for g in range(0, 4, 1):  # 每行有4组
        if len(temp) > 0:
            startx = temp[len(temp)-1][0] + blank  # 最后一个选项的x坐标+每组间距
        else:
            startx = start[0]
        start[0] = startx
        for i in range(start[0], start[0]+5*x_step, x_step):  # 水平5个选项
            for j in range(start[1], start[1]+4*y_step, y_step):  # 垂直4个选项
                temp.append((i, j))
    for (i, c) in enumerate(temp):
        centers.append(c)

# 8.将选项绘制到答题区域
show = roi.copy()
for (i, (x, y)) in enumerate(centers):
    left = x-(int)(item[0]/2)
    top = y-(int)(item[1]/2)
    # 绘选项区域矩形
    cv2.rectangle(show, (left, top), (left +
                  item[0], top + item[1]), (0, 0, 255), -1)
    # 绘制序号标签
    cv2.putText(show, str(i+1), (left, top+10),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255, 0, 0), 2)
imshow("5.show", show)

运行结果

3.遍历每个选项,计算非0像素点个数

# 9.截取每个答题选项，并计算非0像素点个数
map = roi.copy()
map = cv2.cvtColor(map, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
map = cv2.threshold(map, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)[1]
points = []
for (i, (x, y)) in enumerate(centers):
    left = x-(int)(item[0]/2)
    top = y-(int)(item[1]/2)

    # 截取每个选项小图
    item_img = map[top:top+item[1], left:left+item[0]]
    count = cv2.countNonZero(item_img)
    points.append(count)
    cv2.imwrite("item/"+str(i+1)+"-"+str(count)+".jpg", item_img)

这里为了方便观看，将每个选项截取另存为成图像了，以索“引号+非0像素点个数”命名。实际过程中可以不另存为图像。

大概像这样：

4.整理答案

# 10.整理答案
answer = []  # 二维数组：保存每个题ABCD4个选项值
group = []  # 将点分组，每4个1组，对应每题的4个选项
for i in range(0, len(points), 1):
    group.append(points[i])
    if (i+1) % 4 == 0:
        answer.append(group)
        group = []

def printItem(i, optoins):
    question = {0: "A", 1: "B", 2: "C", 3: "D"}
    index = 0
    if i < 80:
        # 单选题（非0像素点最少的既是答案）
        an = min(optoins)
        index = optoins.index(an)
        print("第"+str(i+1)+"题"+question.get(index))
    else:
        # 多选题（根据阈值来判断是否选中）
        ans = ""
        for (j, p) in enumerate(options):
            if p < 400:
                index = optoins.index(p)
                ans += question.get(index)
        print("第"+str(i+1)+"题"+ans)

# 打印题目答案
for (i, options) in enumerate(answer):
    printItem(i, options)

输出结果：

完整代码

import cv2
import numpy as np

# 1.读取图片并缩放
orginImg = cv2.imread("1.jpg")
size = ((int)(650*1.8), (int)(930*1.8))  # 尽可能将图片弄大一点，下面好处理
img = cv2.resize(orginImg, size)

# 显示图像
def imshow(name, image):
    scale_percent = 50  # 缩放比例
    width = int(image.shape[1] * scale_percent / 100)
    height = int(image.shape[0] * scale_percent / 100)
    dim = (width, height)
    resized_image = cv2.resize(image, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)
    cv2.imshow(name, resized_image)

imshow("1.orgin", img)

# 2.转灰度图
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
imshow("2.gray", gray)

# 3.黑帽运算：移除干扰项
cvblackhat = cv2.morphologyEx(
    gray, cv2.MORPH_BLACKHAT, cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (15, 15)))
imshow("3.black", cvblackhat)

# 4.二值化突出轮廓，自动阈值范围 cv2.THRESH_BINARY|cv2.THRESH_OTSU
thresh = cv2.threshold(
    cvblackhat, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)[1]
imshow("4.thresh", thresh)

# 5.提取轮廓，并在图上标记轮廓
cnts, hierarchy = cv2.findContours(
    thresh.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
mark = img.copy()
cv2.drawContours(mark, cnts, -1, (0, 0, 255), 2)
imshow("5.contours", mark)

# 6.提取我们感兴趣的部分（这里我们只需要答题部分） img[y:y+h, x:x+w]
roi = None
for (i, c) in enumerate(cnts):
    (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(c)
    ar = w/float(h)
    if w > 500 and h > 500 and ar > 0.9 and ar < 1.1:
        roi = img[y:y+h, x:x+w]
        break
imshow("5.roi", roi)

# 7.查找每个选项的中心点坐标
# 思路：
# 通过分析：
# 1.答题区域分为6行，每行4组，第6行只有1组，我们暂不处理第6行，只处理前面5行。
# 2.只要给定每一行第一个选项中心坐标，该行其余选项的中心坐标可以推算出来。
# 3.通过找到每个选项中心点坐标，再加上选项宽高，就可以在答题区域绘出每个选项的范围。
# 4.通过计算每个选项范围图像里非0像素点个数，结合阈值判断该选项是否选中。
# 5.结合题目个数，遍历每个选项，构造出最终答案。
item = [34, 20]  # 每个选项宽度（跟图形缩放有关系）
x_step = 44  # x方向行距（两个选项水平方向距离）
y_step = 28  # y方向行距（两个选项垂直方向距离）
blank = 92  # 每组间距(5个一组)水平方向距离
centers = []  # 每个选项的中心点坐标，用来框选选项
# 答题区域有5行多1组，这里只处理前面5行，最后一组暂不处理
startPonits = [(25, 44), (25, 216), (26, 392), (26, 566), (28, 744)]
for (i, p) in enumerate(startPonits):
    temp = []  # 暂存该组选项坐标
    start = list(p)  # 该行起始点坐标
    for g in range(0, 4, 1):  # 每行有4组
        if len(temp) > 0:
            startx = temp[len(temp)-1][0] + blank  # 最后一个选项的x坐标+每组间距
        else:
            startx = start[0]
        start[0] = startx
        for i in range(start[0], start[0]+5*x_step, x_step):  # 水平5个选项
            for j in range(start[1], start[1]+4*y_step, y_step):  # 垂直4个选项
                temp.append((i, j))
    for (i, c) in enumerate(temp):
        centers.append(c)

# 8.将选项绘制到答题区域
show = roi.copy()
for (i, (x, y)) in enumerate(centers):
    left = x-(int)(item[0]/2)
    top = y-(int)(item[1]/2)
    # 绘选项区域矩形
    cv2.rectangle(show, (left, top), (left +
                  item[0], top + item[1]), (0, 0, 255), -1)
    # 绘制序号标签
    cv2.putText(show, str(i+1), (left, top+10),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255, 0, 0), 2)
cv2.imshow("5.show", show)

# 9.截取每个答题选项，并计算非0像素点个数
map = roi.copy()
map = cv2.cvtColor(map, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
map = cv2.threshold(map, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)[1]
points = []
for (i, (x, y)) in enumerate(centers):
    left = x-(int)(item[0]/2)
    top = y-(int)(item[1]/2)

    # 截取每个选项小图
    item_img = map[top:top+item[1], left:left+item[0]]
    count = cv2.countNonZero(item_img)
    points.append(count)
    cv2.imwrite("item/"+str(i+1)+"-"+str(count)+".jpg", item_img)

# 10.整理答案
answer = []  # 二维数组：保存每个题ABCD4个选项值
group = []  # 将点分组，每4个1组，对应每题的4个选项
for i in range(0, len(points), 1):
    group.append(points[i])
    if (i+1) % 4 == 0:
        answer.append(group)
        group = []

def printItem(i, optoins):
    question = {0: "A", 1: "B", 2: "C", 3: "D"}
    index = 0
    if i < 80:
        # 单选题（非0像素点最少的既是答案）
        an = min(optoins)
        index = optoins.index(an)
        print("第"+str(i+1)+"题"+question.get(index))
    else:
        # 多选题（根据阈值来判断是否选中）
        ans = ""
        for (j, p) in enumerate(options):
            if p < 400:
                index = optoins.index(p)
                ans += question.get(index)
        print("第"+str(i+1)+"题"+ans)

# 打印题目答案
for (i, options) in enumerate(answer):
    printItem(i, options)

cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

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