经典二维码识别技术详解-适合于初学者了解二维码

A B x B A x
对二值化图像进行的膨胀运算就是通过上式进行的。
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找到条码区域后，我们还要进一步区分到底是哪种矩 阵式条码。下面图形是几种常见的矩阵式条码：

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对图像进行二值化处理按下式进行：
255 gx, y 0
f x , y T f x , y T
其中，f(x,y)是点(x,y)处像素的灰度值，T为阈值 （自适应门限）。
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上面的步骤（2）中用到了数学形态学中的膨胀变换。 A用B来膨胀定义为：
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数据类型与容量：数字:７０８９个字符；字母： ４２９６；汉字：１８１７个字符 数据表示方法：深色模块表示二进制１；浅色模 块表示二进制０ 纠错能力：Ｌ级（７％）；Ｍ级（１５％）；Ｑ 级（２５％）；Ｈ级（３０％） 结构连接：最多１６个ＱＲ条码字符
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QR 码
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（1） PDF417条码符
数据 起始符
每个码词单元
(4个条 / 4个空)
共17个模块
90行
（1） PDF417条码符
终止符
34 列
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每一个PDF417符号由空白区包围的一序列层组成。每一层包 括：a.左空白区 b.起始符 c.左层指示符号字符 d.1到30个 数据符号字符 e.右层指示符号字符 f.终止符 g.右空白区
左空白区 起始
左层指示 符码词
数据区
右层指示 符码词
右空白区 终止
层1 层2 层3 层4 层5 层6
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每一个符号字符包括4个条和4个空，每一个条或空由1-6个模块组成。在一个 符号字符中，4个条和4个空的总模块数为17。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
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（9）多语言形式，可表示图像 二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的 机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码 的形式表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字 的条码。 （10）具有加密机制 可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示。 在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复 所表示的信息。
X=0.25mm 8.2mm sq. X=0.35mm 11.5mm sq. X=0.5mm 16.5mm sห้องสมุดไป่ตู้.
Data Matrix
X=0.25mm 8.0mm sq.
X=0.35mm 11.2mm sq.
X=0.5mm 16.0mm sq.
X=0.25mm 34.2mm亊15mm 30mm
PDF417 (level 3)
5
1
1
1
1
1
2
5
b1
5
5
b2
s1
1
1
b3
1
b4
1
1
s2
1
1
s3
1
1 2
2
s4
5
5
1
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2.PDF417条码的特性
项 目 特 性 可编码字符集 全ASCII字符或8位二进制数据，可表示汉字
类型
字符自校验功能 符号尺寸 双向可读 错误纠正码词数
最大数据容量（错 误纠正级别为0时）

Data Matrix是一种矩阵式二维条码。它有两种类型，即ECC000-140和 ECC200。ECC000-140具有几种不同等级的卷积纠错功能；而ECC200则使 用Reed-Solomon纠错。
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项目 可编码字符集 类型 符号宽度 符号高度
特性 全部ASCII字符及扩展ASCII字符 矩阵式二维条码 ECC000-140：9～49，ECC200：10～144 ECC000-140：9～49，ECC200：10～144
（1）超高速识读 QR Code码的超高速识读特性，使它适宜应用于工业自 动化生产线管理等领域。 （2）全方位识读 QR Code具有全方位（360°）识读特点。
（3）能够有效地表示中国汉字、日本汉字
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编码方式:矩阵式二维条码 超高速识读特性: 30个符号/秒(100字符/符 号)(较417提高近10倍;417:3个/秒) 全方位识读:360度(417:水平方向10度) 具有特定的汉字表示模式:13bit表示一个汉字(较 417提高20%;417:16bit(双字节)/汉字)
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成天驹 黑金龙 金艳涛 李振风
二维条形码简介 二维条形码分类 二维条形码识别 二维条形码应用
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第一部分：二位条形码简介（成天驹）
1920 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
最大数据容量
数据追加
2335个文本字符，3116个数字或1556个字节
允许一个数据文件使用最多16个条码符号表示
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码制
QR Code
Data Martix
PDF 417
符号结构
Denso Corp. (日本) I.D. Matrix Inc. (美国) Symbol Technolgies Inc (美国) 行排式 3个/秒 ±10° 条空宽度尺寸判别 16bit
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第四部分：二维码应用（李振风）
应用1-物流管理 应用2-优惠券 入场券等 应用3-火车票实名制 应用4-超市商品信息管理 应用5-海报广告 应用6-解析网址 应用7-购买产品 应用8-防伪
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（1）可靠性强
条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个 字符才会出现一个错误。
（2）效率高
条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。
（3）成本低
与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一小 张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。
（4）易于制作
20世纪20年代 约翰·科芒德 实现邮政单据自动分检方法
1949年美国乔·伍德兰德 、伯 尼·西尔沃发明了第一个条形码 丏利
60年代 西尔沃尼亚发明一 套条形码系统幵在北美铁路 系统成功应用 1988年 中国成立了中 国物品编码中心
1959年 吉拉德·费伊塞尔申 请了用条形码表示数字的丏利 70年代 UPC 码（Universal Product Code） 在北美超市 得到广泛应用 1997、2000年 确定了国家标准
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二维条码通常分为以下二种类型：
(1)行排式二维条码 （2D STACKED BAR CODE）又称：堆积式二 维条码或层排式二维条码，其编码原理是建立在一维条码基础之上， 按需要堆积成二行或多行。有代表性的行排式二维条码有：PDF417、 CODE49、CODE 16K等。 (2)矩阵式二维条码 （2D MATRIX BAR CODE） 又称：棋盘式二维 条码。有代表性的矩阵式二维条码有：QR Code 、Data Matrix、 Maxi Code、Code one 等。
果找不到待识别的条码，后面的工作就无法完成。

条码的定位就是找到条码符号的图像区域，对有明显 条码特征的区域进行定位。然后根据不同条码的定位 图形结构特征对不同的条码符号进行下一步的处理。
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实现条码的定位采用以下步骤：
（1）利用点运算的阈值理论将采集到的图象变为二值图像， 即对图像进行二值化处理； （2）得到二值化图像后，对其进行膨胀运算； （3）对膨胀后的图象进行边缘检测得到条码区域的轮廓； 下图是经过上述处理后得到的一系列图像。

a.位于左上角、左下角、右上角的三个定位图形 b.位于符号中央的三个等间距同心圆环（或称公牛眼） 定位图形 c.位于左边和下边的两条垂直的实线段
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边缘检测后条码区域的边界不是很完整，所以需要进一步的 修正边界，然后分割出一个完整的条码区域。 首先采用区域增长的方法对符号进行分割，以此修正条码边 界。其基本思想是从符号内的一个小区域（种子）开始，通 过区域增长来修正条码边界，把符号内的所有点都包括在这 个边界内。 然后通过凸壳计算准确分割出整个符号。 之后区域增长和凸壳计算交替进行，通常对那些密度比较大 的条码重复两次就足够了，而对于那些模块组合比较稀疏的 条码至少要重复四次。
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3.二维条码与一维条码的比较
项目
条码类型
信息密 度与信 息容量
错误校验 及纠错正 能力
垂直方向是 否携带信息
用途
对数据库 和通讯网 络的依赖
识读设备
一维条码
信息密 度低， 信息容 量较小
可通过校 验字符进 行错误校 验，没有 错纠能力 具有错误 校验和纠 错能力， 可根据需 求设置不 同的纠错 级别
X=0.35mm 47.9mm亊21mm
X=0.5mm 68.5mm亊
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通过图像的采集设备，我们得到含有条码的 图像，此后主要经过条码定位、分割和解码 三个步骤实现条码的识别（以矩阵式条码为 例）。
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条码的定位是实现条码识别的基础，在一幅图像中如
条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印刷， 被称作为“可印刷的计算机语言”。
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（5）构造简单 条形码识别设备的构造简单，使用方便。 （6）灵活实用 条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识 别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实 现整个系统的自动化管理。 （7）高密度 二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度， 而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真 正实现了用条码对信息的直接描述。 （8）纠错功能 二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形 码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。
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1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按 照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。 2.一维条码是由一组粗细不同、黑 白(或彩色)相间的条、空及其相应 的字符(数字字母)组成的标记，即 传统条码。 3.二维条码是用某种特定的几何图 形按一定规律在平面(二维方向)上 分布的条、空相间的图形来记录数 据符号信息。
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得到一幅标准的条码图像后，对该符号进行网格采 样，对网格每一个交点上的图像像素取样，并根据 阈值确定是深色块还是浅色块。构造一个位图，用 二进制的“1”表示深色像素， “0”表示浅色像素， 从而得到条码的原始二进制序列值，然后对这些数 据进行纠错和译码，最后根据条码的逻辑编码规则 把这些原始的数据位流转换成数据码字。
研制公司 码制分类
识读速度* 识读方向 识读方法 汉字表示
矩阵式
30个/每秒 2～3个/秒
全方位（360°） 深色/浅色模块判别 13bit 16bit
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数据密度
实例：80个字符组成的信息:
1234567890-123456720-123456-30-23456740ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80 QR code (M)
连续、多层
有 可变，高度3到90行，宽度90到583个模块宽度 是 2到512个
1850个文本字符或2710个数字或1108个字节
可选择纠错级别、可跨行扫描、宏PDF417条码、全球标记标识符等
附加属性
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QR Code是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码， 它除具有二维条码所具有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图象 多种信息、保密防伪性强等优点外，还具有以下特点：
不携带信息
对物品 的标识
多数应用 场合依赖 数据库及 通讯网络
可用线扫描 器识读，如 光笔、线阵 CCD、激光枪 等
二维条码
信息密 度高， 信息容 量大
携带信息
对物品 的描述
可不依赖 数据库及 通讯网络 而单独应 用
对于行排式二 维条码可用线 扫描器的多次 扫描识读；对 于矩阵式二维 条码仅能用图 像扫描器识读