【卡号识别】基于matlab CNN银行卡数字识别【含Matlab源码 004期】-白红宇

【卡号识别】基于matlab CNN银行卡数字识别【含Matlab源码 004期】

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发布时间：2019-03-21

本文共 3002 字，大约阅读时间需要 10 分钟。

#CNN 基本原理与应用

一、CNN 简介

卷积神经网络（CNN，Convolutional Neural Network）是一种深度学习模型，广泛应用于图像处理和自然语言处理等领域。其核心设计理念是通过局部感知和参数共享机制，提取图像中的空间特征，从而减少了训练时间和模型复杂度。

1.1 CNN 的应用领域

CNN在以下几个方面有显著应用：

图像处理：图像识别、物体检测、图像生成等。

视频处理：视频分类、内容摘要等。

自然语言处理（NLP）：对话生成、机器翻译等。

其他领域：机器人控制、 Recommender 系统等。

1.2 CNN 的网络结构

CNN的网络结构主要包括输入层、卷积层、激活层、池化层、全连接层以及可能存在的批量归一化层（Batch Normalization Layer）。

与传统神经网络的异同点

网络功能：

CNN强调局部感知和参数共享，传统NN则是全连接结构。

激活函数：

CNN通常使用ReLU激活函数，传统NN常用Sigmoid或Tanh。

池化作用：

CNN通过池化层降低维度，提取图像的高频信息。

应用场景：

CNN在图像分类、物体识别等任务中表现优异。

1.3 CNN 的主要层次

输入层：

接收外部输入数据，通常需要进行预处理（如均值化、归一化等）。

卷积层（CONV Layer）：

通过固定大小的卷积核（filter），一种局部感知机制，实现图像的局部特征提取。

核心属性：参数共享、滑动窗口、重叠处理。

激活层（ReLU Layer）：

对卷积输出进行非线性映射，激活ReLU函数。

池化层（Pooling Layer）：

减小特征图的空间尺寸，压缩数据量通常采用Max Pooling或Average Pooling。

全连接层（FC Layer）：

作为CNN的输出阶段，整合前面提取的局部特征，完成分类或其他任务。

二、数据预处理

对于CNN的训练效果，数据预处理起着至关重要的作用。

预处理方法：

均值化：将数据集中心化到零区间。

归一化：在均值化基础上除以数据的方差。

PCA降维：提取低维表示。

白化：在PCA基础上对特征进行归一化。

实现代码示例：

x = x - np.mean(x, 0);  % 去均值
cov = np.dot(x.T, x) / x.shape[0];  % 计算协方差
u, s, v = np.linalg.svd(cov);  % SVD 分解
xrot = np.dot(x, u);  % 转置后的矩阵分解
x = np.dot(x, u[:, :2]);  %PCA 降维
x = xrot / np.sqrt(s + 1e-5);  % 白化

三、CNN 的优缺点

3.1 优势

高效特征提取：

局部感知机制和参数共享大幅减少了计算复杂度。

深度表达能力：

CNN能够捕捉图像的深层次特征，模型表达能力强。

自动特征学习：

无需手动选择特征，通过卷积核自动提取。

3.2 缺点

训练难度：

需要大量数据和长时间计算，通常采用GPU加速。

缺乏解释性：

每一层的输出难以解释其物理意义。

四、实际应用代码

以下为一个简单的CNN模型识别应用实例代码（基于MATLAB）：

% 定位银行卡号
clc; clear; close all; addpath('util/'); addpath('data/'); inputpath='data/'; fdir=dir(strcat(inputpath,'*.jpg'));
p = size(fdir);
method=2; % 定位方法
levelth=0.3; % 水平分割缩放阈值
for i=2:p
    im=imread(fdir(i).name); % 读取图片
    imtp=imresize(im,0.25); % 缩放图片
    % 灰度化
    if (length(size(im))>1)
        im=double(rgb2gray(im));
    else
        im=double(im);
    end
    im=imresize(im,0.25); % � 终灰度化并缩放
    th=graythresh(im); % 灰度阈值
    pt=size(im);
    
    % 提取上下位面
    if (method==1)
        im=GuassSmoothfilter(im)*255; % 平滑
        [Labels,BW]=KmeansSg(im,2); % K均值聚类
        [pMax,pMin]=Findline(BW); % Hough 变换
        downlevel=pMax.y-(pMax.y-pMin.y)*0.30; % 定位方法
        uplevel=pMin.y+(pMax.y-pMin.y)*0.55;
    else
        [pMax,pMin,pxMax,pxMin]=levelSg(im,levelth); % 水平集分割
        downlevel=pMax-(pMax-pMin)*0.29;
        uplevel=pMin+(pMax-pMin)*0.55;
    end
    
    imcrop=im(uplevel:downlevel,:); % 裁剪定位区域
    po=size(imcrop);
    imtpcrop=zeros(po(1),po(2),3);
    imtpcrop(1:po(1),:1)=imtp(uplevel:downlevel,:); % 红通道
    imtpcrop(1:po(1),:2)=imtp(uplevel:downlevel,:); % 绿通道
    imtpcrop(1:po(1),:3)=imtp(uplevel:downlevel,:); % 蓝通道
    figure; imshow(imcrop,[]); title('灰度切割');
    figure; imshow(imtpcrop,[]); title('彩色切割');
    srcyuv=rgb2yuv(imtpcrop); % 转换为YUV通道
    figure; imshow(srcyuv(:,:,2),[]); title('YUV-Y通道');
    edg=edge(srcyuv(:,:,3),'sobel'); % Canny 边缘检测
    figure; imshow(edg,[]); title('边缘检测');
    B=im2bw(uint8(imcrop),0.2); % 二值化
    figure; imshow(B,[]); title('二值图');
    % 提取联通区域
    [L,num]=bwlabel(~B,4);
    imwrite(uint8((~B)*255),'x.jpg');
    recognize; % 卡号识别
end