Nghiên cứu phương pháp nhận dạng chữ quang học và ứng dụng nhận dạng thẻ bảo hiểm y tế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGÔ TẤN LÂM NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ QUANG HỌC VÀ ỨNG DỤNG NHẬN DẠNG THẺ BẢO HIỂM Y TẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Đà Nẵng, Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGÔ TẤN LÂM NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ QUANG HỌC VÀ ỨNG DỤNG NHẬN DẠNG THẺ BẢO HIỂM Y TẾ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 61.49.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS PHẠM ANH PHƢƠNG Đà Nẵng, Năm 2017 ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ DỰ KIẾN BỐ CỤC LUẬN VĂN CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG CHỮ QUANG HỌC 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 MƠ HÌNH NHẬN DẠNG CHỮ TỔNG QUÁT 1.2.1 Tiền xử lý 1.2.2 Khối tách chữ 1.2.3 Trích chọn đặc trƣng 1.2.4 Huấn luyện nhận dạng 10 1.2.5 Hậu xử lý 10 1.3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH TRONG NHẬN DẠNG 11 1.3.1 Các khái niệm 11 1.3.2 Một số kỹ thuật xử lý ảnh 13 1.3.3 Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân 20 1.3.4 Phép biến đổi Hough 22 1.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG 26 1.4.1 Đối sánh mẫu 26 1.4.2 Phƣơng pháp tiếp cận cấu trúc 27 1.4.3 Các phƣơng pháp thống kê 29 1.4.4 Máy véc tơ hỗ trợ (SVM) 29 iii 1.4.5 Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) 30 1.5 KẾT CHƯƠNG 31 CHƯƠNG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO 32 2.1 GIỚI THIỆU MẠNG NƠ-RON 32 2.1.1 Khái niệm 32 2.1.2 Mơ hình mạng nơ-ron nhân tạo 35 2.1.3 Khả ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo 38 2.2 MẠNG TRUYỀN THẲNG MỘT LỚP 40 2.2.1 Mạng perceptron lớp 40 2.2.2 Quá trình học mạng truyền thẳng lớp 41 2.3 MẠNG TRUYỀN THẲNG NHIỀU LỚP 42 2.3.1 Mạng perceptron nhiều lớp 42 2.3.2 Thuật toán học theo phương pháp lan truyền ngược sai số 42 2.3.3 Huấn luyện mạng theo thuật toán lan truyền ngược 43 2.3.4 Một số vấn đề sử dụng mạng MLP 45 2.4 KẾT CHƯƠNG 47 CHƯƠNG ỨNG DỤNG NHẬN DẠNG THẺ BHYT 48 3.1 BÀI TOÁN NHẬN DẠNG THẺ BẢO HIỂM Y TẾ 48 3.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 49 3.3 MƠ HÌNH NHẬN DẠNG THẺ BHYT 50 3.3.1 Thẻ BHYT 50 3.3.2 Tiền xử lý 55 3.3.4 Tách ký tự ảnh mã thẻ 58 3.3.5 Huấn luyện nhận dạng ký tự 59 3.3.6 Hậu xử lý 61 3.4 MÔI TRƯỜNG CÀI ĐẶT 61 3.5 GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH 61 3.5.1 Giao diện chương trình 61 3.5.2 Các chức chương trình 62 iv 3.6 KẾT CHƢƠNG 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Thuật ngữ ANN Artificial Neural Network BHYT Bảo hiểm y tế CGA Color Graphic Adaptor k-NN k-láng giềng gần HMM Hidden Markov Model – mơ hình Markov ẩn MLP Multilayer Perceptron OCR Optical Character Recognition SVM Support Vector Machine VGA Video Graphic Array vi DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống nhận dạng chữ 1.2 Nhị phân hóa ảnh 1.3 Nhiễu đốm nhiễu vệt 1.4 Chuẩn hóa kích thƣớc ảnh 1.5 Hiệu chỉnh độ nghiêng ảnh văn 1.6 Lƣợc đồ xám ảnh 14 1.7 Giãn độ tƣơng phản 15 1.8 Tách nhiễu phân ngƣỡng 16 1.9 Lọc trung bình ảnh nhị phân 18 1.10 Ảnh sau áp dụng lần lƣợt hai kỹ thuật “Giãn” “Co” 21 2.1 Cấu tạo tế bào nơ-ron sinh học 33 2.2 Mơ hình nơ-ron nhân tạo 34 2.3 Mạng nơ-ron nhân tạo có nút có phản hồi 36 2.4 Mạng nơ-ron truyền thẳng lớp 37 2.5 Mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp 37 2.6 Lan truyền tín hiệu theo phƣơng pháp lan truyền ngƣợc 43 2.7 Hàm sigmoid g ( x)  1/ (1  e x ) 45 3.1 Một số mẫu ký tự 49 3.2 Mẫu thẻ BHYT dùng để kiểm thử 49 3.3 Mơ hình nhận dạng thẻ BHYT 50 3.4 Thẻ bảo hiểm y tế 50 3.5 Ảnh trƣớc quay 56 3.6 Ảnh sau quay 56 vii Số hiệu Tên hình hình Trang 3.7 Ảnh trƣớc phân ngƣỡng 58 3.8 Ảnh sau phân ngƣỡng 58 3.9 Tách ký tự ảnh mã thẻ 59 3.10 Giao diện chƣơng trình 62 3.11 Chọn ảnh thẻ BHYT 62 3.12 Cắt mã thẻ BHYT 63 3.13 Kết cắt mã thẻ BHYT 63 3.14 Huấn luyện dựa mạng nơ-ron lớp perceptron 64 3.15 Kết nhận dạng thẻ BHYT 65 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong thời đại nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, toán nhận dạng lĩnh vực đƣợc quan tâm phát triển Bài tốn nhận dạng đóng vai trò quan trọng nhiều ứng dụng thực tế nhƣ: giám sát an ninh, giao thông, nhận dạng y học, nhận dạng đối tƣợng, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng chữ, nhận dạng tiếng nói, phát chuyển động, theo dõi chuyển động,… Cùng với thúc đẩy q trình tin học hóa lĩnh vực y tế, đầu tháng năm 2016, Bảo hiểm xã hội Việt Nam triển khai việc cấp phát thẻ BHYT theo cấu trúc mã thẻ có mã vạch chiều cho tất đối tƣợng tham gia BHYT dựa quy định Quyết định số 1351/QĐ-BHXH ngày 16 tháng 11 năm 2015 Bảo hiểm xã hội Việt Nam việc ban hành mã số ghi thẻ bảo hiểm y tế; việc sử dụng thẻ BHYT mã vạch chiều mang lại nhiều tiện ích cho sở khám chữa bệnh ngƣời dân tham gia BHYT khám chữa bệnh, đảm bảo xác thơng tin việc cấp phát thẻ BHYT cho bệnh nhân Tuy nhiên trình triển khai cịn gặp nhiều khó khăn nhƣ: việc đầu tƣ sở vật chất chƣa đồng bộ, cần có lộ trình kinh phí, trình độ tin học, công nghệ thông tin nhân viên sở khám chữa bệnh chƣa theo kịp đà phát triển cơng nghệ…, vấn đề khó khăn số thẻ phát hành bị mờ, mực in bị bong tróc, khơng rõ thơng tin, máy khơng đọc đƣợc mã vạch…gây khó khăn cho ngƣời dân lẫn sở khám chữa bệnh, nhiều ngƣời xa đến, không khám bảo hiểm đƣợc phải tự chi trả phải quay xin cấp lại thẻ, thời gian, khó khăn tốn cho ngƣời bệnh Xuất phát từ thực tiễn trên, Tôi ứng dụng sức mạnh công nghệ thông tin lĩnh vực máy học để thực đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp nhận dạng chữ quang học Ứng dụng nhận dạng thẻ bảo hiểm y tế” Nhận dạng thẻ BHYT chƣơng trình hỗ trợ việc quản lý BHYT, từ kết nhận dạng mã số thẻ BHYT giúp ngƣời quản lý tìm kiếm, trích xuất đƣợc thông tin ... m? ?y học để thực đề tài ? ?Nghiên cứu phƣơng pháp nhận dạng chữ quang học Ứng dụng nhận dạng thẻ bảo hiểm y tế? ?? Nhận dạng thẻ BHYT chƣơng trình hỗ trợ việc quản lý BHYT, từ kết nhận dạng mã số thẻ. .. lý thuyết lẫn ứng dụng thực tế Lĩnh vực nhận dạng chữ đƣợc chia làm hai loại: nhận dạng chữ in nhận dạng chữ viết tay, đƣợc gọi chung nhận dạng chữ quang học hay gọi nhận dạng ký tự quang học (OCR)... liệu, x? ?y dựng sở tri thức ứng dụng việc nhận dạng thẻ BHYT ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Các phƣơng pháp nhận dạng ảnh, nhận dạng ký tự quang học 3.2 Phạm vi nghiên cứu