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Python身份证信息识别

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本篇文章使用OpenCV-Python和CnOcr来实现SFZ信息识别的案例。想要识别SFZ中的文本信息，总共分为三大步骤：一、通过预处理SFZ区域检测查找；二、SFZ文本信息提取；三、SFZ文本信息识别。下面来看一下识别的具体过程CnOcr官网。识别过程视频

前置环境

这里的环境需要安装OpenCV-Python，Numpy和CnOcr。本篇文章使用的Python版本为3.6，OpenCV-Python版本为3.4.1.15，如果是4.x版本的同学，可能会有一些Api操作不同。这些依赖的安装和介绍，我就不在这里赘述了，均是使用Pip进行安装。

识别过程

首先，导入所需要的依赖cv2，numpy，cnocr并创建一个show图像的函数，方便后面使用：

import cv2
import numpy as np
from cnocr import CnOcr
def show(image, window_name):
    cv2.namedWindow(window_name, 0)
    cv2.imshow(window_name, image)
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()
# 加载CnOcr的模型
ocr = CnOcr(model_name='densenet_lite_136-gru')

SFZ区域查找

通过对加载图像的灰度处理–>滤波处理–>二值处理–>边缘检测–>膨胀处理–>轮廓查找–>透视变换（校正）–>图像旋转–>固定图像大小一系列处理之后，我们便可以清晰的裁剪出SFZ的具体区域。

原始图像

使用OpenCV的imread方法读取本地图片。

image = cv2.imread('card.png')
show(image, "image")

在这里插入图片描述

灰度处理

将三通道BGR图像转化为灰度图像，因为一下OpenCV操作都是需要基于灰度图像进行的。

gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
show(gray, "gray")

在这里插入图片描述

中值滤波

使用滤波处理，也就是模糊处理，这样可以减少一些不需要的噪点。

blur = cv2.medianBlur(gray, 7)
show(blur, "blur")

在这里插入图片描述

二值处理

二值处理，非黑即白。这里通过cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU，使用OpenCV的大津法二值化，对图像进行处理，经过处理后的图像，更加清晰的分辨出了背景和SFZ的区域。

threshold = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
show(threshold, "threshold")

在这里插入图片描述

边缘检测

使用OpenCV中最常用的边缘检测方法，Canny，检测出图像中的边缘。

canny = cv2.Canny(threshold, 100, 150)
show(canny, "canny")

在这里插入图片描述

边缘膨胀

为了使上一步边缘检测的边缘更加连贯，使用膨胀处理，对白色的边缘膨胀，即边缘线条变得更加粗一些。

kernel = np.ones((3, 3), np.uint8)
dilate = cv2.dilate(canny, kernel, iterations=5)
show(dilate, "dilate")

在这里插入图片描述

轮廓检测

使用findContours对边缘膨胀过的图片进行轮廓检测，可以清晰的看到背景部分还是有很多噪点的，所需要识别的SFZ部分也被轮廓圈了起来。

binary, contours, hierarchy = cv2.findContours(dilate, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
image_copy = image.copy()
res = cv2.drawContours(image_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 20)
show(res, "res")

在这里插入图片描述

轮廓排序

经过对轮廓的面积排序，我们可以准确的提取出SFZ的轮廓。

contours = sorted(contours, key=cv2.contourArea, reverse=True)[0]
image_copy = image.copy()
res = cv2.drawContours(image_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 20)
show(res, "contours")

在这里插入图片描述

透视变换

通过对轮廓近似提取出轮廓的四个顶点，并按顺序进行排序，之后通过warpPerspective对所选图像区域进行透视变换，也就是对所选的图像进行校正处理。

epsilon = 0.02 * cv2.arcLength(contours, True)
approx = cv2.approxPolyDP(contours, epsilon, True)
n = []
for x, y in zip(approx[:, 0, 0], approx[:, 0, 1]):
    n.append((x, y))
n = sorted(n)
sort_point = []
n_point1 = n[:2]
n_point1.sort(key=lambda x: x[1])
sort_point.extend(n_point1)
n_point2 = n[2:4]
n_point2.sort(key=lambda x: x[1])
n_point2.reverse()
sort_point.extend(n_point2)
p1 = np.array(sort_point, dtype=np.float32)
h = sort_point[1][1] - sort_point[0][1]
w = sort_point[2][0] - sort_point[1][0]
pts2 = np.array([[0, 0], [0, h], [w, h], [w, 0]], dtype=np.float32)

# 生成变换矩阵
M = cv2.getPerspectiveTransform(p1, pts2)
# 进行透视变换
dst = cv2.warpPerspective(image, M, (w, h))
# print(dst.shape)
show(dst, "dst")

在这里插入图片描述

固定图像大小

将图像变正，通过对图像的宽高进行判断，如果宽<高，就将图像旋转90°。并将图像resize到指定大小。方便之后对图像进行处理。

if w < h:
    dst = np.rot90(dst)
resize = cv2.resize(dst, (1084, 669), interpolation=cv2.INTER_AREA)
show(resize, "resize")

在这里插入图片描述

检测SFZ文本位置

经过灰度，二值滤波和开闭运算后，将图像中的文本区域主键显现出来。

temp_image = resize.copy()
gray = cv2.cvtColor(resize, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
show(gray, "gray")
threshold = cv2.threshold(gray, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
show(threshold, "threshold")
blur = cv2.medianBlur(threshold, 5)
show(blur, "blur")
kernel = np.ones((3, 3), np.uint8)
morph_open = cv2.morphologyEx(blur, cv2.MORPH_OPEN, kernel)
show(morph_open, "morph_open")

在这里插入图片描述

极度膨胀

给定一个比较大的卷积盒，进行膨胀处理，使白色的区域加深加大。更加显现出文本的区域。

kernel = np.ones((7, 7), np.uint8)
dilate = cv2.dilate(morph_open, kernel, iterations=6)
show(dilate, "dilate")

在这里插入图片描述

轮廓查找文本区域

使用轮廓查找，将白色块状区域查找出来。

binary, contours, hierarchy = cv2.findContours(dilate, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
resize_copy = resize.copy()
res = cv2.drawContours(resize_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 2)
show(res, "res")

在这里插入图片描述

筛选出文本区域

经过上一步轮廓检测，我们发现，选中的轮廓中有一些噪点，通过对图像的观察，使用近似轮廓，然后用以下逻辑筛选出文本区域。并定义文本描述信息，将文本区域位置信息加入到指定集合中。到这一步，可以清晰的看到，所需要的文本区域统统都被提取了出来。

labels = ['姓名', '性别', '民族', '出生年', '出生月', '出生日', '住址', '公民SFZ号码']
positions = []
data_areas = {}
resize_copy = resize.copy()
for contour in contours:
    epsilon = 0.002 * cv2.arcLength(contour, True)
    approx = cv2.approxPolyDP(contour, epsilon, True)
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(approx)
    if h > 50 and x < 670:
        res = cv2.rectangle(resize_copy, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)
        area = gray[y:(y + h), x:(x + w)]
        blur = cv2.medianBlur(area, 3)
        data_area = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
        positions.append((x, y))
        data_areas['{}-{}'.format(x, y)] = data_area

show(res, "res")

在这里插入图片描述

对文本区域进行排序

发现文本的区域是由下到上的顺序，并且x轴从左到右的的区域是无序的，所以使用以下逻辑，对文本区域进行排序

positions.sort(key=lambda p: p[1])
result = []
index = 0
while index < len(positions) - 1:
    if positions[index + 1][1] - positions[index][1] < 10:
        temp_list = [positions[index + 1], positions[index]]
        for i in range(index + 1, len(positions)):
            if positions[i + 1][1] - positions[i][1] < 10:
                temp_list.append(positions[i + 1])
            else:
                break
        temp_list.sort(key=lambda p: p[0])
        positions[index:(index + len(temp_list))] = temp_list
        index = index + len(temp_list) - 1
    else:
        index += 1

识别文本

对文本区域使用CnOcr一一进行识别，最后将识别结果进行输出。

positions.sort(key=lambda p: p[1])
result = []
index = 0
while index < len(positions) - 1:
    if positions[index + 1][1] - positions[index][1] < 10:
        temp_list = [positions[index + 1], positions[index]]
        for i in range(index + 1, len(positions)):
            if positions[i + 1][1] - positions[i][1] < 10:
                temp_list.append(positions[i + 1])
            else:
                break
        temp_list.sort(key=lambda p: p[0])
        positions[index:(index + len(temp_list))] = temp_list
        index = index + len(temp_list) - 1
    else:
        index += 1

在这里插入图片描述

结语

通过以上的步骤，便成功的将SFZ信息进行了提取，过程中的一些数字参数，可能会在不同的场景中有些许的调整。
以下放上所有的代码：

代码

import cv2
import numpy as np
from cnocr import CnOcr

def show(image, window_name):
    cv2.namedWindow(window_name, 0)
    cv2.imshow(window_name, image)
    # 0任意键终止窗口
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()


ocr = CnOcr(model_name='densenet_lite_136-gru')

image = cv2.imread('card.png')
show(image, "image")
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
show(gray, "gray")
blur = cv2.medianBlur(gray, 7)
show(blur, "blur")
threshold = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
show(threshold, "threshold")
canny = cv2.Canny(threshold, 100, 150)
show(canny, "canny")
kernel = np.ones((3, 3), np.uint8)
dilate = cv2.dilate(canny, kernel, iterations=5)
show(dilate, "dilate")
binary, contours, hierarchy = cv2.findContours(dilate, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
image_copy = image.copy()
res = cv2.drawContours(image_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 20)
show(res, "res")
contours = sorted(contours, key=cv2.contourArea, reverse=True)[0]
image_copy = image.copy()
res = cv2.drawContours(image_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 20)
show(res, "contours")
epsilon = 0.02 * cv2.arcLength(contours, True)
approx = cv2.approxPolyDP(contours, epsilon, True)
n = []
for x, y in zip(approx[:, 0, 0], approx[:, 0, 1]):
    n.append((x, y))
n = sorted(n)
sort_point = []
n_point1 = n[:2]
n_point1.sort(key=lambda x: x[1])
sort_point.extend(n_point1)
n_point2 = n[2:4]
n_point2.sort(key=lambda x: x[1])
n_point2.reverse()
sort_point.extend(n_point2)
p1 = np.array(sort_point, dtype=np.float32)
h = sort_point[1][1] - sort_point[0][1]
w = sort_point[2][0] - sort_point[1][0]
pts2 = np.array([[0, 0], [0, h], [w, h], [w, 0]], dtype=np.float32)

M = cv2.getPerspectiveTransform(p1, pts2)
dst = cv2.warpPerspective(image, M, (w, h))
# print(dst.shape)
show(dst, "dst")
if w < h:
    dst = np.rot90(dst)
resize = cv2.resize(dst, (1084, 669), interpolation=cv2.INTER_AREA)
show(resize, "resize")
temp_image = resize.copy()
gray = cv2.cvtColor(resize, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
show(gray, "gray")
threshold = cv2.threshold(gray, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
show(threshold, "threshold")
blur = cv2.medianBlur(threshold, 5)
show(blur, "blur")
kernel = np.ones((3, 3), np.uint8)
morph_open = cv2.morphologyEx(blur, cv2.MORPH_OPEN, kernel)
show(morph_open, "morph_open")
kernel = np.ones((7, 7), np.uint8)
dilate = cv2.dilate(morph_open, kernel, iterations=6)
show(dilate, "dilate")
binary, contours, hierarchy = cv2.findContours(dilate, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
resize_copy = resize.copy()
res = cv2.drawContours(resize_copy, contours, -1, (255, 0, 0), 2)
show(res, "res")
labels = ['姓名', '性别', '民族', '出生年', '出生月', '出生日', '住址', '公民SFZ号码']
positions = []
data_areas = {}
resize_copy = resize.copy()
for contour in contours:
    epsilon = 0.002 * cv2.arcLength(contour, True)
    approx = cv2.approxPolyDP(contour, epsilon, True)
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(approx)
    if h > 50 and x < 670:
        res = cv2.rectangle(resize_copy, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)
        area = gray[y:(y + h), x:(x + w)]
        blur = cv2.medianBlur(area, 3)
        data_area = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
        positions.append((x, y))
        data_areas['{}-{}'.format(x, y)] = data_area

show(res, "res")

positions.sort(key=lambda p: p[1])
result = []
index = 0
while index < len(positions) - 1:
    if positions[index + 1][1] - positions[index][1] < 10:
        temp_list = [positions[index + 1], positions[index]]
        for i in range(index + 1, len(positions)):
            if positions[i + 1][1] - positions[i][1] < 10:
                temp_list.append(positions[i + 1])
            else:
                break
        temp_list.sort(key=lambda p: p[0])
        positions[index:(index + len(temp_list))] = temp_list
        index = index + len(temp_list) - 1
    else:
        index += 1
for index in range(len(positions)):
    position = positions[index]
    data_area = data_areas['{}-{}'.format(position[0], position[1])]
    ocr_data = ocr.ocr(data_area)
    ocr_result = ''.join([''.join(result[0]) for result in ocr_data]).replace(' ', '')
    # print('{}：{}'.format(labels[index], ocr_result))
    result.append('{}：{}'.format(labels[index], ocr_result))
    show(data_area, "data_area")

for item in result:
    print(item)
show(res, "res")

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