2024年第十四届MathorCup数学应用挑战赛B题解题思路

B题https://mbd.pub/o/bread/ZZ6Wm5dx

问题1:对于附件I(Pre_test文件夹)给定的三张甲骨文原始拓片图 片进行图像预处理，提取图像特征，建立甲骨文图像预处理模型，实现对 甲骨文图像干扰元素的初步判别和处理。

针对问题1，对于附件I中给定的三张甲骨文原始拓片图像，我们可以采取以下步骤进行图像预处理、特征提取和建立预处理模型，以实现对甲骨文图像干扰元素的初步判别和处理：

1.图像预处理：  weixin   dxjsj001  完整版本

2.使用数字图像处理技术对甲骨文原始拓片图像进行预处理，包括但不限于去噪、灰度化、二值化、边缘检测等，以准备后续的特征提取和分割处理。

3.特征提取：

4.从预处理后的图像中提取与甲骨文特征相关的信息，例如文字笔画的粗细、连通性、角度、曲率等特征，以及背景干扰元素的形状、大小、颜色等特征。

5.建立预处理模型：

6.基于提取的图像特征，建立一个预处理模型，可以是传统的机器学习模型，也可以是深度学习模型，用于对甲骨文图像中的干扰元素进行初步判别和处理。这个模型可以利用已标记的甲骨文图像进行训练，以学习并区分文字目标和干扰元素。

7.干扰元素判别和处理：

8.使用建立的预处理模型对新的甲骨文图像进行干扰元素的判别和处理，将识别出的干扰元素进行去除、修复或者标记，以准备后续的文字分割和识别处理。

9.模型评估和优化：

10.对建立的预处理模型进行评估，包括准确率、召回率、误判率等指标的评估，根据评估结果对模型进行优化，以提高对干扰元素的判别和处理能力。

通过以上步骤，我们可以建立一个甲骨文图像预处理模型，实现对甲骨文图像干扰元素的初步判别和处理，为后续的单字分割和识别任务奠定基础。

让我们以一张甲骨文原始拓片图像为例进行详细说明。

假设我们有一张甲骨文原始拓片图像，经过预处理后，我们得到了一张灰度化、二值化、去噪的图像。接下来，我们需要从这张图像中提取特征，并建立预处理模型来初步判别和处理干扰元素。

特征提取：

我们可以从预处理后的图像中提取以下特征：文字笔画的粗细：通过边缘检测算法，我们可以计算出文字笔画的粗细程度。

连通性：利用连通区域分析技术，我们可以确定文字之间的连通性，从而区分文字和干扰元素。

角度和曲率：通过曲率检测算法，我们可以获取文字笔画的角度和曲率信息，帮助区分文字和干扰元素。

干扰元素的形状、大小、颜色等特征：利用形态学处理和特征提取技术，我们可以获取干扰元素的形状、大小和颜色信息。

建立预处理模型：

基于提取的特征，我们可以建立一个预处理模型，例如使用支持向量机（SVM）或卷积神经网络（CNN）等机器学习模型。这个模型可以通过已标记的甲骨文图像进行训练，以学习并区分文字目标和干扰元素。模型训练的目标是使其能够准确地判别出甲骨文图像中的文字和干扰元素。

干扰元素判别和处理：

使用建立的预处理模型对新的甲骨文图像进行干扰元素的判别和处理。根据模型的预测结果，我们可以将识别出的干扰元素进行去除、修复或者标记。例如，可以利用图像分割算法将干扰元素从甲骨文图像中分割出来，并对其进行去除或修复，以保留文字目标的完整性。

模型评估和优化：

对建立的预处理模型进行评估，包括准确率、召回率、误判率等指标的评估。根据评估结果，我们可以对模型进行优化，例如调整模型参数、增加训练数据量或者采用其他更合适的机器学习算法，以提高对干扰元素的判别和处理能力。

通过以上步骤，我们可以建立一个甲骨文图像预处理模型，实现对甲骨文图像干扰元素的初步判别和处理，为后续的单字分割和识别任务奠定基础。

问题 2:对甲骨文原始拓片图像进行分析，建立一个快速准确的甲骨 文图像分割模型，实现对不同的甲骨文原始拓片图像进行自动单字分割， 并从不同维度进行模型评估。其中附件2(Train文件夹)为已标注分割的数据集。

针对这个问题，我们可以采取以下步骤：

1.数据预处理：

2.首先，我们需要对提供的已标注分割数据集进行分析和预处理。这可能包括图像尺寸的统一化、去除噪声、增强对比度等操作，以确保数据质量和一致性。

3.模型选择：

4.选择合适的图像分割模型，例如 U-Net、Mask R-CNN、FCN（Fully Convolutional Networks）等。这些模型在图像分割任务中表现较好，可以根据具体情况选择适合的模型。

5.模型训练：

6.使用预处理后的数据集对选定的模型进行训练。在训练过程中，可以采用数据增强技术来扩充数据集，以提高模型的泛化能力。

7.模型评估：

8.从不同维度对模型进行评估，包括但不限于：

9.准确率（Accuracy）：模型正确分割出的单字数量与总单字数量的比例。

10.精确率（Precision）：模型分割出的单字中，正确的单字数量与总分割出的单字数量的比例。

11.召回率（Recall）：模型分割出的单字中，正确的单字数量与标注数据集中的单字总数量的比例。

12.F1 分数（F1 Score）：精确率和召回率的调和平均数，综合考虑了模型的准确率和召回率。

13.IoU（Intersection over Union）：模型分割结果与标注结果之间的交集与并集的比值，用于衡量分割的重叠程度。

14.模型调优：

15.根据评估结果对模型进行调优，可能的调优方式包括调整模型架构、优化超参数、改进数据预处理方法等。

16.模型部署：公众号 大学竞赛君  微信  dxjsj001 各类竞赛辅导 群858811864

17.将训练好的模型部署到实际应用中，可以是作为一个独立的服务或集成到其他应用中，用于对甲骨文原始拓片图像进行自动单字分割。

通过以上步骤，我们可以建立一个快速准确的甲骨文图像分割模型，并从多个维度对其进行评估和调优，以满足自动单字分割的需求。

好让我们以U-Net模型为例来说明整个流程：

1.数据预处理：

2.我们首先对提供的甲骨文原始拓片图像进行统一尺寸化处理，可能是将它们调整为相同的尺寸以便于模型处理。然后，可以应用一些图像增强技术，如旋转、翻转、亮度调整等，以扩充数据集并增强模型的鲁棒性。

3.模型选择：

4.我们选择U-Net模型作为图像分割任务的基础模型。U-Net因其在医学图像分割等领域的良好表现而闻名，其编码器-解码器结构有助于捕获图像中的细节信息。

5.模型训练：

6.使用预处理后的数据集对U-Net模型进行训练。在训练过程中，我们采用交叉熵损失函数来度量模型预测与真实标签之间的差异，并使用梯度下降等优化算法来更新模型参数，以最小化损失函数。

7.模型评估：

8.我们使用准确率、精确率、召回率、F1 分数、IoU 等指标来评估训练好的模型在测试集上的表现。通过比较模型预测结果与真实标签之间的差异，我们可以得出模型的性能评估结果。

9.模型调优：

10.根据评估结果，我们可以调整U-Net模型的架构、超参数、数据预处理方法等，以提升模型的性能。可能的调优方式包括增加网络深度、调整学习率、改进数据增强策略等。

11.模型部署：

12.最后，我们将经过训练和调优的U-Net模型部署到实际应用中，例如一个自动单字分割的服务。用户可以将甲骨文原始拓片图像输入到该服务中，即可获得自动分割出的单字结果。

通过以上流程，我们可以建立一个快速准确的甲骨文图像分割模型，并将其应用于实际场景中。

问题3:利用建立的甲骨文图像分割模型对附件3(Test文件夹)中的200张甲骨文原始拓片图像进行自动单字分割，并将分割结果放在“Test_results.xlsx”中，此文件单独上传至竞赛平台。

对于这个任务，你可以按照以下步骤操作：

公众号 大学竞赛君  微信  dxjsj001 各类竞赛辅导 群858811864

1.加载模型：

2.首先，加载已经建立和训练好的甲骨文图像分割模型，确保它可以正确地对图像进行分割。

3.处理测试数据：

4.读取Test文件夹中的200张甲骨文原始拓片图像，并对它们进行预处理，使其符合模型的输入要求。这可能包括统一尺寸化处理、归一化等操作。

5.进行单字分割：

6.使用加载的模型对每张测试图像进行单字分割。这可以通过在图像上应用模型并获取分割结果来实现。

7.整理分割结果：

8.将每张图像的分割结果整理成可导出到Excel文件的格式。可能需要将分割出的单字位置坐标、图像编号等信息整理到一个数据结构中。

9.导出到Excel文件：公众号 大学竞赛君  微信  dxjsj001 各类竞赛辅导 群858811864

10.创建一个Excel文件（例如“Test_results.xlsx”），将整理好的分割结果写入到文件中。可以使用Python的库如openpyxl或pandas来实现将数据写入Excel文件的功能。

11.上传至竞赛平台：

12.最后，将生成的“Test_results.xlsx”文件上传至竞赛平台，以完成任务要求。

确保在整个过程中，对于每个步骤都进行适当的错误处理和日志记录，以确保任务能够顺利完成并且可以追溯到每个步骤的执行情况。

当涉及到编写代码来执行这个任务时，你可以使用Python，并结合一些常用的库和工具来完成。以下是一个可能的代码说明：

# 导入所需的库

import os

import cv2

import numpy as np

import pandas as pd

from model import SegmentationModel  # 假设有一个名为SegmentationModel的模型类

# 加载模型

model = SegmentationModel()

# 处理测试数据

test_folder = "Test"  # 测试图像文件夹路径

results_file = "Test_results.xlsx"  # 输出结果文件名

results_data = []  # 存储结果的列表

# 遍历测试文件夹中的图像文件

for filename in os.listdir(test_folder):

    if filename.endswith(".jpg") or filename.endswith(".png"):

        # 读取图像

        image_path = os.path.join(test_folder, filename)

        image = cv2.imread(image_path)

        # 对图像进行预处理（如尺寸调整、归一化等）

        # 进行单字分割

        segmentation_result = model.segment(image)

        # 将分割结果整理成需要的格式

        for segment in segmentation_result:

            # 提取单字位置坐标、图像编号等信息

            x, y, w, h = segment['bbox']

            image_number = filename.split('.')[0]

            character = segment['character']

            # 将结果存储到列表中

            results_data.append({'Image Number': image_number, 'Character': character, 'X': x, 'Y': y, 'Width': w, 'Height': h})

# 将结果写入Excel文件

results_df = pd.DataFrame(results_data)

results_df.to_excel(results_file, index=False)

# 提示任务完成

print("分割结果已保存至", results_file)

请注意，以上代码是一个简化版本，实际情况下可能需要根据你的具体需求进行适当的修改和扩展。例如，你可能需要添加更多的错误处理、性能优化、参数调整等。另外，需要确保方法能够正确地将图像进行分割，并且将结果按照指定格式整理出来。

问题4:基于前三问对甲骨文原始拓片图像的单字分割研究，请采用

合适的方法进行甲骨文原始拓片的文字识别，附件4(Recognize文件夹)

中给出了部分已标注的甲骨文字形(不限于此训练集，可自行查找其他资料，如使用外部资料需在论文中注明来源)，请对测试集中的50张甲骨文原始拓片图像进行文字自动识别，并以适当结果呈现。

针对甲骨文原始拓片的文字识别任务，通常可以采用以下步骤：

1.数据预处理：对原始图像进行预处理，包括灰度化、二值化、去噪等操作，以便提高后续文字识别的准确性。

2.单字分割：利用前面提到的单字分割方法，将甲骨文拓片中的文字分割成单个字符或单词。

3.文字识别：对每个分割出的单字进行文字识别，常用的方法包括基于深度学习的端到端识别模型（如CRNN）、基于特征的识别方法（如Tesseract OCR）等。

4.结果呈现：将识别结果与原始图像进行匹配，最终以适当的形式呈现识别结果，可以是文本文件、数据库记录、或者可视化展示。

针对甲骨文原始拓片图像的文字识别任务，你可以借助一些开源工具和库来实现。以下是一个基于 Python 的示例代码说明：import os

import cv2

import pytesseract

from pytesseract import Output

# 设置 Tesseract OCR 路径

pytesseract.pytesseract.tesseract_cmd = '/usr/bin/tesseract'

# 加载测试图像

test_folder = "Recognize"  # 测试图像文件夹路径

# 创建一个空列表来存储识别结果

results = []

# 遍历测试文件夹中的图像文件

for filename in os.listdir(test_folder):

    if filename.endswith(".jpg") or filename.endswith(".png"):

        # 读取图像

        image_path = os.path.join(test_folder, filename)

        image = cv2.imread(image_path)

        # 使用 Tesseract OCR 进行文字识别

        text_data = pytesseract.image_to_data(image, output_type=Output.DICT, lang='chi_sim')

        # 提取识别结果

        for i, text in enumerate(text_data['text']):

            # 忽略空文本和非文字内容

            if text.strip() != '' and text_data['conf'][i] > 0:

                x, y, w, h = text_data['left'][i], text_data['top'][i], text_data['width'][i], text_data['height'][i]

                text = text.strip()

                # 将识别结果存储到列表中

                results.append({'Image': filename, 'Text': text, 'Confidence': text_data['conf'][i], 'X': x, 'Y': y, 'Width': w, 'Height': h})

# 将识别结果写入文件或其他形式呈现

for result in results:

    print(f"图像: {result['Image']}, 文字: {result['Text']}, 置信度: {result['Confidence']}")

# 可以根据需要将结果保存到文件中

# 例如，将结果保存到 CSV 文件

import pandas as pd

df = pd.DataFrame(results)

df.to_csv('recognition_results.csv', index=False)

这段代码使用了 Tesseract OCR 来进行文字识别，并将识别结果存储在一个列表中。你可以根据需要将识别结果保存到文件中，如 CSV 文件，以便后续分析或展示。请注意，这只是一个简单的示例，实际应用中可能需要根据数据的特点进行更复杂的处理和后续分析。

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_51660995/article/details/137678444

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