基于机器视觉的二维码扫描设计

基于机器视觉的二维码检测系统设计

院系名称：电气工程学院

专业班级：自动化F1205

*名：***

学号：************

基于机器视觉的二维码检测系统设计 (1)

摘要 (3)

1绪论 (4)

1.1 二维码技术研究现状 (4)

2二维码识别技术中的图像处理技术 (6)

2.1 二维码技术概述 (6)

2.1.1 二维码技术的发展 (6)

2.1.2 二维码简介 (7)

2.1.3 二维码的识读 (8)

2.2 二维码图像预处理技术 (9)

2.2.1 二维码灰度图像的二值化处理 (9)

2.2.2 二维码图像的降噪实现 (10)

2.2.3 二维码数字图像的边缘检测 (14)

2.2.4 二维码图像的畸变矫正 (18)

2.3 本章小结 (18)

3总结和展望 (20)

参考文献 (21)

摘要

针对目前迅速发展的自动识别技术，二维码作为此技术最底层的信息存储载体之一，承载着它自己的优势（低成本、高存储密度、超高速识读、较强的纠错能力等），将在信息识别领域发挥着重要作用。本文针对于二维码识别的译码技术，通过深入研究其存在的不足及缺点，对其核心RS译码算法进行优化改进，改善其性能。

二维码的核心技术包括二维码图像预处理技术，编解码算法及纠错控制技术，加密技术等。本文首先探讨了二维码图像的预处理技术，并且提出了针对于二维码图像进行处理的最佳匹配算法，包括滤波去噪、边缘检测、定位矫正等内容，每步算法都有发挥最优性能的使用条件，同时对其进行了结果分析。其次本文重点研究了二维码识别技术中的RS纠错理论算法，在分析了传统的求解错误位置多项式BM迭代算法的基础上，提出了利用快速傅里叶变换进行计算，避免求解联立方程组和评估多项式的一种简化算法。此改进的BM算法简化了求解方程组的迭代过程，使译码性能更加优化，大大降低了译码的复杂度，同时通过软件仿真进行验证，对其译码时间进行了分析，并与目前存在的几种译码算法进行了比较。结果证明了此算法能够提高译码速率，很大程度上减少译码时间。因此，基于FT变换的BM迭代算法是一种有效的优化算法。本文还提出将基于此改进BM算法的RS译码技术应用于我国的汉信码识别中，并通过仿真观察其性能优势，但是其结果有待于进一步的研究。最后针对我国目前的二维码技术的应用水平，提出了二维码识别技术在矿井人机定位系统、医疗卫生等领域的应用理念。虽然其在某些行业有了初步应用，但在其他行业领域的应用探索还处于孕育阶段，需要更加成熟的二维码核心技术的支持。

关键词：自动识别技术；图像预处理；快速傅里叶变换；

1绪论

随着我国信息化技术的不断发展，自动识别技术逐步成熟起来，它将成为我们生产生活中不可或缺的一门重要技术。自动识别技术是指以计算机技术为基础，能够自动进行数据的采集，并且进行数据信息的实时交换的一门新兴技术。它可以实现与任何信息管理系统的连接，准确高效的实现数据的传输、查询、更改等功能。二维码识别技术作为此技术之一，其核心技术的研究发展将对自动识别技术起着重要作用。

1.1 二维码技术研究现状

二维码技术是目前国内外正在迅速发展的技术，从1999 年日本最先出现的二维码相关技术的发展到现在，二维码目前已经广泛的被应用于各个领域，极大地改善了人们的生活，同时也促进了社会现代化的发展。目前在国外尤其是日韩等国，手机二维码已经发展到一定的成熟阶段，而且它已经被广泛的应用在人们生产生活的各个方面[1]。日本90%的手机都兼有二维码识别技术，几乎所有的报刊都印有二维码，用户只需要对二维码图像进行微距拍照，就可以上网获得所需的信息例如商场中的优惠打折，新闻资讯等。手机二维码相关的业务在日本的增值服务市场已经发展的很成熟，主要是在电子凭证类业务上的应用，在日本应用非常广泛。在2007 年，日本最大的航空公司日航就已经推广使用了二维码移动票务业务[2]。同时二维码电子凭证类业务的应用让移动商务切实融入到消费者的日常生活中，大大的节省了物流费用、实现了物品信息的实时追踪，不但促进了日本移动电子商务的发展，同时也为日本运营商带来了极大的利润空间。然而在我国，高端手机、智能手机的普及率相当低，而且能够拍照摄像的手机有限且像素低，带有微距相机的几乎没有，支持二维码识别技术的手机普及率更低，因此我国手机二维码技术的发展仍然还有很长的一段路要走，仍有许多问题需要解决[3]。近来，我国的手机二维码相关业务经过长时间的市场孕育，尽管取得了一定的进展，但距离其高速发展还有很远的距离。

尤其是相关的产业链各方还需要共同努力，但是手机二维码的广泛应用将成为必然。针对于二维码的核心技术即编解码技术及纠错技术我国大多是采用的国外的标准，引进他们的技术，严格的专利保护，高昂的成本及在信息安全问题，使二维码在我国的应用受到了极大地限制。直到2007 年，经过我国技术人员的努力终于研究推出了一套具有自主知识产权的二维码标准—汉信码，它弥补了国外二维码只能识别记录很少的汉字的缺点。通过对现有二维码技术进行研究创新，最终研究出了满足我国实际需要的二维码技术标准。

2二维码识别技术中的图像处理技术

2.1 二维码技术概述

随着第三次世界信息化浪潮的兴起，无所不在的“物联网”成为了新一代信息技术产业中的核心名词[2]。2010 年我国的政府工作报告中首次明确提出了物联网的定义及其核心技术，同时将其作为国家新兴战略产业其技术领域将是新的经济增长点。2010 年，我国的政府工作报告中提出了对物联网的定义[5]：物联网指的是通过信息识别及传感仪器，按照制定好的统一协议，将任何物品与互联网进行连接，通过信息交换和通信，以此来实现自动识别、追踪、现场管理和监测控制的一种网络技术。物联网的技术领域涉及广泛，自动识别技术将作为其最底层的核心技术，起着重要的基础作用。日前我们最多应用的自动识别技术主要包括二维码和射频识别技术两种。因此二维码技术作为自动识别技术之一，也作为现代发展迅速的物联网技术的底层技术之一，将对高度发展的信息化社会起着举足轻重的作用。

2.1.1 二维码技术的发展

从上个世纪七十年代起，经过几十年的发展，条码技术作为一门重要的信息标识和信息采集技术，在世界范围内得到了快速发展。条码技术是目前应用最广的自动识别技术之一。随着社会需求的不断提高及应用的不断拓深，条码技术正处于一个良好的创新发展时期，是商品交易、产品追溯、物流追踪等领域的重要信息支撑技术[9]。条码技术最早产生于上世纪20 年代的美国，最初的条码技术只能实现较为简单的信息存储而且编码规则简单，完全依赖于后台数据库的支持。直到1949 年的一个专利文献中，第一次有了Norm Woodland 和Bernard Silver 创造的全方位条码的标识符号的相关记载，在这之前的专利文献都没有条码技术的相关记录，更没有投入实际应用的先例[10]。他们的理念是利用Kermode 和YOung 的垂直的“条”和“空”，使它弯曲成环的形状，非常像被射击的靶子。这样条码扫描器利用图形的中心，能够对条码标识符号进行译码，不需要考虑条码符号的具体方向[11]。与此同时，这种集光、电、计算机技术与一体的新兴条码技术迅速的