Python图像识别+KNN求解数独的实现


Posted in Python onNovember 13, 2020

Python-opencv+KNN求解数独

最近一直在玩数独,突发奇想实现图像识别求解数独,输入到输出平均需要0.5s。

整体思路大概就是识别出图中数字生成list,然后求解。

输入输出demo

数独采用的是微软自带的Microsoft sudoku软件随便截取的图像,如下图所示:

Python图像识别+KNN求解数独的实现

经过程序求解后,得到的结果如下图所示:

Python图像识别+KNN求解数独的实现

程序具体流程

程序整体流程如下图所示:

Python图像识别+KNN求解数独的实现

读入图像后,根据求解轮廓信息找到数字所在位置,以及不包含数字的空白位置,提取数字信息通过KNN识别,识别出数字;无数字信息的在list中置0;生成未求解数独list,之后求解数独,将信息在原图中显示出来。

# -*-coding:utf-8-*-
import os
import cv2 as cv
import numpy as np
import time

####################################################
#寻找数字生成list
def find_dig_(img, train_set):
  if img is None:
    print("无效的图片!")
    os._exit(0)
    return
  _, thre = cv.threshold(img, 230, 250, cv.THRESH_BINARY_INV)
  _, contours, hierarchy = cv.findContours(thre, cv.RETR_TREE, cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
  sudoku_list = []
  boxes = []
  for i in range(len(hierarchy[0])):
    if hierarchy[0][i][3] == 0: # 表示父轮廓为 0
      boxes.append(hierarchy[0][i])
  # 提取数字
  nm = []
  for j in range(len(boxes)):  # 此处len(boxes)=81
    if boxes[j][2] != -1:
      x, y, w, h = cv.boundingRect(contours[boxes[j][2]])
      nm.append([x, y, w, h])
      # 在原图中框选各个数字
      cropped = img[y:y + h, x:x + w]
      im = img_pre(cropped)			#预处理
      AF = incise(im)				#切割数字图像
      result = identification(train_set, AF, 7)		#knn识别
      sudoku_list.insert(0, int(result))				#生成list
    else:
      sudoku_list.insert(0, 0)
      
  if len(sudoku_list) == 81:
    sudoku_list= np.array(sudoku_list)
    sudoku_list= sudoku_list.reshape((9, 9))
    print("old_sudoku -> \n", sudoku_list)
    return sudoku_list, contours, hierarchy
  else:
    print("无效的图片!")
    os._exit(0)

######################################################
#KNN算法识别数字
def img_pre(cropped):
  # 预处理数字图像
  im = np.array(cropped) # 转化为二维数组
  for i in range(im.shape[0]): # 转化为二值矩阵
    for j in range(im.shape[1]):
      # print(im[i, j])
      if im[i, j] != 255:
        im[i, j] = 1
      else:
        im[i, j] = 0
  return im


# 提取图片特征
def feature(A):
  midx = int(A.shape[1] / 2) + 1
  midy = int(A.shape[0] / 2) + 1
  A1 = A[0:midy, 0:midx].mean()
  A2 = A[midy:A.shape[0], 0:midx].mean()
  A3 = A[0:midy, midx:A.shape[1]].mean()
  A4 = A[midy:A.shape[0], midx:A.shape[1]].mean()
  A5 = A.mean()
  AF = [A1, A2, A3, A4, A5]
  return AF


# 切割图片并返回每个子图片特征
def incise(im):
  # 竖直切割并返回切割的坐标
  a = [];
  b = []
  if any(im[:, 0] == 1):
    a.append(0)
  for i in range(im.shape[1] - 1):
    if all(im[:, i] == 0) and any(im[:, i + 1] == 1):
      a.append(i + 1)
    elif any(im[:, i] == 1) and all(im[:, i + 1] == 0):
      b.append(i + 1)
  if any(im[:, im.shape[1] - 1] == 1):
    b.append(im.shape[1])
  # 水平切割并返回分割图片特征
  names = locals();
  AF = []
  for i in range(len(a)):
    names['na%s' % i] = im[:, range(a[i], b[i])]
    if any(names['na%s' % i][0, :] == 1):
      c = 0
    else:
      for j in range(names['na%s' % i].shape[0]):
        if j < names['na%s' % i].shape[0] - 1:
          if all(names['na%s' % i][j, :] == 0) and any(names['na%s' % i][j + 1, :] == 1):
            c = j
            break
        else:
          c = j
    if any(names['na%s' % i][names['na%s' % i].shape[0] - 1, :] == 1):
      d = names['na%s' % i].shape[0] - 1
    else:
      for j in range(names['na%s' % i].shape[0]):
        if j < names['na%s' % i].shape[0] - 1:
          if any(names['na%s' % i][j, :] == 1) and all(names['na%s' % i][j + 1, :] == 0):
            d = j + 1
            break
        else:
          d = j
    names['na%s' % i] = names['na%s' % i][range(c, d), :]
    AF.append(feature(names['na%s' % i])) # 提取特征
    for j in names['na%s' % i]:
      pass
  return AF


# 训练已知图片的特征
def training():
  train_set = {}
  for i in range(9):
    value = []
    for j in range(15):
      ima = cv.imread('E:/test_image/knn_test/{}/{}.png'.format(i + 1, j + 1), 0)
      im = img_pre(ima)
      AF = incise(im)
      value.append(AF[0])
    train_set[i + 1] = value

  return train_set


# 计算两向量的距离
def distance(v1, v2):
  vector1 = np.array(v1)
  vector2 = np.array(v2)
  Vector = (vector1 - vector2) ** 2
  distance = Vector.sum() ** 0.5
  return distance


# 用最近邻算法识别单个数字
def knn(train_set, V, k):
  key_sort = [11] * k
  value_sort = [11] * k
  for key in range(1, 10):
    for value in train_set[key]:
      d = distance(V, value)
      for i in range(k):
        if d < value_sort[i]:
          for j in range(k - 2, i - 1, -1):
            key_sort[j + 1] = key_sort[j]
            value_sort[j + 1] = value_sort[j]
          key_sort[i] = key
          value_sort[i] = d
          break
  max_key_count = -1
  key_set = set(key_sort)
  for key in key_set:
    if max_key_count < key_sort.count(key):
      max_key_count = key_sort.count(key)
      max_key = key
  return max_key


# 生成数字
def identification(train_set, AF, k):
  result = ''
  for i in AF:
    key = knn(train_set, i, k)
    result = result + str(key)
  return result



######################################################
######################################################
#求解数独
def get_next(m, x, y):
  # 获得下一个空白格在数独中的坐标。
  :param m 数独矩阵
  :param x 空白格行数
  :param y 空白格列数
  """
  for next_y in range(y + 1, 9): # 下一个空白格和当前格在一行的情况
    if m[x][next_y] == 0:
      return x, next_y
  for next_x in range(x + 1, 9): # 下一个空白格和当前格不在一行的情况
    for next_y in range(0, 9):
      if m[next_x][next_y] == 0:
        return next_x, next_y
  return -1, -1 # 若不存在下一个空白格,则返回 -1,-1


def value(m, x, y):
  # 返回符合"每个横排和竖排以及九宫格内无相同数字"这个条件的有效值。
 
  i, j = x // 3, y // 3
  grid = [m[i * 3 + r][j * 3 + c] for r in range(3) for c in range(3)]
  v = set([x for x in range(1, 10)]) - set(grid) - set(m[x]) - \
    set(list(zip(*m))[y])
  return list(v)


def start_pos(m):
  # 返回第一个空白格的位置坐标
  for x in range(9):
    for y in range(9):
      if m[x][y] == 0:
        return x, y
  return False, False # 若数独已完成,则返回 False, False


def try_sudoku(m, x, y):
  # 试着填写数独
  for v in value(m, x, y):
    m[x][y] = v
    next_x, next_y = get_next(m, x, y)
    if next_y == -1: # 如果无下一个空白格
      return True
    else:
      end = try_sudoku(m, next_x, next_y) # 递归
      if end:
        return True
      m[x][y] = 0 # 在递归的过程中,如果数独没有解开,
      # 则回溯到上一个空白格


def sudoku_so(m):
  x, y = start_pos(m)
  try_sudoku(m, x, y)
  print("new_sudoku -> \n", m)
  return m

###################################################
# 将结果绘制到原图
def draw_answer(img, contours, hierarchy, new_sudoku_list ):
  new_sudoku_list = new_sudoku_list .flatten().tolist()
  for i in range(len(contours)):
    cnt = contours[i]
    if hierarchy[0, i, -1] == 0:
      num = new_soduku_list.pop(-1)
      if hierarchy[0, i, 2] == -1:
        x, y, w, h = cv.boundingRect(cnt)
        cv.putText(img, "%d" % num, (x + 19, y + 56), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.8, (0, 0, 255), 2) # 填写数字
  cv.imwrite("E:/answer.png", img)


if __name__ == '__main__':
  t1 = time.time()
  train_set = training()
  img = cv.imread('E:/test_image/python_test_img/Sudoku.png')
  img_gray = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2GRAY)
  sudoku_list, contours, hierarchy = find_dig_(img_gray, train_set)
  new_sudoku_list = sudoku_so(sudoku_list)
  draw_answer(img, contours, hierarchy, new_sudoku_list )
  print("time :",time.time()-t1)

PS:

使用KNN算法需要创建训练集,数独中共涉及9个数字,“1,2,3,4,5,6,7,8,9”各15幅图放入文件夹中,如下图所示。

Python图像识别+KNN求解数独的实现

到此这篇关于Python图像识别+KNN求解数独的实现的文章就介绍到这了,更多相关Python KNN求解数独内容请搜索三水点靠木以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持三水点靠木!

Python 相关文章推荐
Python判断Abundant Number的方法
Jun 15 Python
Python单体模式的几种常见实现方法详解
Jul 28 Python
Python探索之自定义实现线程池
Oct 27 Python
Python实现利用163邮箱远程关电脑脚本
Feb 22 Python
老生常谈python中的重载
Nov 11 Python
对python中xlsx,csv以及json文件的相互转化方法详解
Dec 25 Python
Python进阶之@property动态属性的实现
Apr 01 Python
python文字和unicode/ascll相互转换函数及简单加密解密实现代码
Aug 12 Python
python+selenium 鼠标事件操作方法
Aug 24 Python
如何在Python3中使用telnetlib模块连接网络设备
Sep 21 Python
使用python画出逻辑斯蒂映射(logistic map)中的分叉图案例
Dec 11 Python
python 安全地删除列表元素的方法
Mar 16 Python
Django正则URL匹配实现流程解析
Nov 13 #Python
Django框架请求生命周期实现原理
Nov 13 #Python
python在地图上画比例的实例详解
Nov 13 #Python
python语言实现贪吃蛇游戏
Nov 13 #Python
Python使用struct处理二进制(pack和unpack用法)
Nov 12 #Python
python切割图片的示例
Nov 12 #Python
教你使用Sublime text3搭建Python开发环境及常用插件安装另分享Sublime text3最新激活注册码
Nov 12 #Python
You might like
一个从别的网站抓取信息的例子(域名查询)
2006/10/09 PHP
php 计算两个时间戳相隔的时间的函数(小时)
2009/12/18 PHP
windows下zendframework项目环境搭建(通过命令行配置)
2012/12/06 PHP
解析用PHP读写音频文件信息的详解(支持WMA和MP3)
2013/05/10 PHP
基于CakePHP实现的简单博客系统实例
2015/06/28 PHP
jQueryUI的Dialog的简单封装
2010/06/07 Javascript
19个很有用的 JavaScript库推荐
2011/06/27 Javascript
调用jQuery滑出效果时闪烁的解决方法
2014/03/27 Javascript
javaScript中slice函数用法实例分析
2015/06/08 Javascript
SpringMVC restful 注解之@RequestBody进行json与object转换
2015/12/10 Javascript
jQuery查找节点并获取节点属性的方法
2016/09/09 Javascript
jQuery编写网页版2048小游戏
2017/01/06 Javascript
javascript判断回文数详解及实现代码
2017/02/03 Javascript
史上最全JavaScript数组去重的十种方法(推荐)
2017/08/17 Javascript
javascript少儿编程关于返回值的函数内容
2018/05/27 Javascript
vue + typescript + 极验登录验证的实现方法
2019/06/27 Javascript
如何使用JavaScript检测空闲的浏览器选项卡
2020/05/28 Javascript
[59:08]DOTA2上海特级锦标赛C组小组赛#2 LGD VS Newbee第一局
2016/02/27 DOTA
[04:40]DOTA2-DPC中国联赛1月26日Recap集锦
2021/03/11 DOTA
通过python顺序修改文件名字的方法
2018/07/11 Python
django框架基于模板 生成 excel(xls) 文件操作示例
2019/06/19 Python
python调用pyaudio使用麦克风录制wav声音文件的教程
2019/06/26 Python
Django中密码的加密、验密、解密操作
2019/12/19 Python
Python任务调度利器之APScheduler详解
2020/04/02 Python
利用PyQt5+Matplotlib 绘制静态/动态图的实现代码
2020/07/13 Python
Python 添加文件注释和函数注释操作
2020/08/09 Python
Kent & Curwen:与大卫·贝克汉姆合作
2017/06/13 全球购物
日本乐天官方海外转运服务:Rakuten Global Express
2018/11/30 全球购物
Zipadee-Zip襁褓过渡毯:Sleeping Baby
2018/12/30 全球购物
医生自荐信
2013/10/11 职场文书
自荐信的格式
2014/03/10 职场文书
拒绝黄毒毒宣传标语
2014/06/26 职场文书
如何把新闻人物写得立体、鲜活?
2019/08/14 职场文书
nginx反向代理时如何保持长连接
2021/03/31 Servers
Django利用AJAX技术实现博文实时搜索
2021/05/06 Python
Redis 配置文件重要属性的具体使用
2021/05/20 Redis