二维条形码的识别

3.二值化以及改进的全局阈值方法
(2)在计算出各个掩膜中的局部局阈值之后，用这些局部 阈值来计算条码图像的全局阈值，计算方法如下
level(i)是前面计算得到的局部阈值，考虑到图像的主要 部分是PDF417条形码，而条形码图像的码字模块由条(黑) 和空(白)组成，按照条码中条、空的比例，计算得出的阈 值往往会偏大一些，使用参数k作为阈值的补偿，其中k取 0.93。 (3)在计算得到条玛图像的全局阈值glevel以后，我们就 可以使用公式 对条码图像进行二 值化处理。其中输入灰度图像函数为f(x,y)输出的二值图 像的函数为g(x,y)。
2. 条码图像灰度化和滤波
中值滤波具体操作步骤如下： (1)在图像中按照顺序移动掩膜，并将掩膜的中心 与图像中需要进行滤波处理的像素点的位置进 行重合； (2)读取掩膜下各个对应像素的灰度值； (3)将这些灰度值从小到大排列成一列； (4)找出排在中间的一个值； (5)将这个中间值赋给对应中心位置的像素； (6)将此操作遍历需要采用中值滤波操作的二维图 像，完成图像滤波。
2. 条码图像灰度化和滤波
任何一种颜色都可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)三 种颜色分量的组合来表示(每个分量的强度值的 取值范围是：0～255) 图像的灰度化就是如何将彩色图像中的红(R)、 绿(G)、蓝(B)的分量强度值映射为灰度图像中 的亮度信息。
2. 条码图像灰度化和滤波
图像滤波 为提高条码图像的可识别性．需要将图像中感 兴趣的特征做有选择的突出，并且衰减图像巾 的次要信息，即使用降噪技术对条码图像进行 增强。消除图像中的噪声成分并突出其有用特 性的处理方法又叫做图像的平滑化或滤波操作
二维条码的信息密度高，信息容量大可以
不依赖于数据库。传统的一维条码只有校验功 能没有纠错能力。二维条码具有错误校验和错
误纠正功能，即使条码符号有污点、残缺也能
被识出。
1.二维条形码和PDF417条码介绍
二维条码有许多不同的编码方法，或称码制。
就这些码制的编码原理而言，通常可分为以下两
种类型： 矩阵式二维条码：矩阵式二维条形码(又称棋盘式 二维条形码)它是在一个矩形空间通过黑、白像素 在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素 位置上，用点(方点、圆点或其他形状)的出现表 示二进制“1"，点的不出现表示二进制的“0”， 点的排列组合确定了矩阵式二维条形码所代表的 意义。
2. 条码图像灰度化和滤波
滤波的目的有两个： 一抽出对象的特征作为图像识别的特征模式 二为了适应图像处理的要求，消除图像数字化时 所混入的噪声 对滤波处理的要求有两条： 一 是不能损坏图像的轮廓及边缘等重要信息 二是使图像清晰视觉效果好。
2. 条码图像灰度化和滤波
中值滤波 中值滤波是一种局部平均平滑技术，它是一种 非线性滤波。 中值滤波可以克服线性滤波如平滑线性滤波等 所带来的图像边缘细节模糊不清，而且对过滤 脉冲干扰及图像扫描噪声非常有效 对某些细节多(特别是点，线，尖顶细节多的) 图像不宜采用中值滤波的方法 中值滤波的主要功能是使拥有不同灰度的点看 起来更接近它的临近值，它的基本原理就是把 数字图像或者数字序列中一点的值用该点的一 个邻域中各点值的中值代替。
图2.常用行堆叠式
1.二维条形码和PDF417条码介绍
作为最可靠的自动识别技术之一，PDF417条码 是目前应用最广泛的行排式二维条码。它在管理、
运输、POS系统、电子数据交换等方面得到广泛的应
用。由于PDF417条码信息容量大，不仅可以将数字 、字符等信息存入编码，而且可以将指纹、人脸、
虹膜等图像信息存入条码。因此PDF417条码可以应
3.二值化以及改进的全局阈值方法
分别用普通的全局阈值求取方法，Otsu全局阈值求 取方法和改进的图像全局阈值求取方法对普通亮度的 条码图像和高亮度的条码图像求取全局阈值，并进行 二值化处理．试验结果如下所示：
图5.（a）原始图像，（b）一般全局阈值， （c）Otsu,（d）改进的全局阈值
3.二值化以及改进的全局阈值方法
3.二值化以及改进的全局阈值方法
图4.图像掩模
3.二值化以及改进的全局阈值方法
， 分别是 从图3-7可以看出来 在当前掩膜下，相应位置的灰度值。选择2x3的掩膜有 如下三个原因： 1.这个掩膜足够小，可以保留PDF417条码的具体细节,而 在使用一般的全局阈值分割图像时，经常会因为阈值 选取问题而失去条码中的一个单元模块宽度的条、空 部分。 2.使用掩膜半部分和右半部分的平均值作为该区域阈值 可以很好地从水平和垂直方向削弱光照的影响。 3.使用这个大小的掩膜对条码图像进行处理时，时间复 杂度也在可以控制的范围内。
3.二值化以及改进的全局阈值方法
两种求取图像全局阈值的方法 直方图法图像阈值的求取：灰度直方图在图像分割技术 中应用广泛，但之前使用的条码图像只在自然光照下采 集的，没有考虑到强光照射或者光线昏暗等复杂工作环 境对条码采集的影响，而实际工作环境的复杂性使得采 用此方法时直方图往往十分粗糙、参差不齐，有可能形 成多个谷底。从而难以用既定的算法实现对不同类型图 像直方图谷底的搜索。 大律法：由Otsu 1978年提出的，其计算简单、稳定有效 一直广泛应用。Otsu法选取出来的阈值非常理想，对各 种情况的表现都较为良好。但是大津法致命的缺陷是当 目标物与背景灰度差不明显时，会出现无法忍受的大块 黑色区域，甚至会丢失整幅图像的信息，并且在运用该 法对二维图像进行灰度阈值求取时，由于算法的复杂度 高而使得效率相对低下。
3.二值化以及改进的全局阈值方法
图6.二值化后的条码图像
4.二维条码图像的旋转
倾斜的条码图像将造成后续条码信息识别 时的困难，因此我们必须采取有效的措施来弥 补码采集时候出现的倾斜角度的问题。 要校正条码图像，使之旋转至水平位置， 我们首先应该知道条码图像倾斜的角度。使用 Hough变换可以检测出图像中的直线信息，得到 直线的斜率,但是在进行Hough变换之前，首先 应该提取出图像的边缘。
图7.条码图像的边缘（经过反色处理）
4.二维条码图像的旋转
2.Hough变换检测直线 图像倾斜角检测的方法有：Hough变换、投影 特性法、傅立叶变换、数据拟合法。 投影特性法:就是对图像进行不同角度的投影测 试，提取最佳的投影结果，从而得到图像倾斜角。 此方法存在的问题是计算量大，且精度取决于进 行投影测试时的单位步长角度值。 傅立叶变换法:即傅立叶空间密度最高的方向就 是要求的倾斜角度，此方法也存在计算的空间和 时间的复杂度太高的问题。 数据拟合:是对于确定的边缘上的点来画出一条 直线Y=ax+b，来近似地表达出边缘。它在有噪声 干扰的情况下，明显劣于Hough变换，因此，本文 使用基于Hough变换的直线倾斜角检测算法。
图3.PDF417条码结构
2. 条码图像灰度化和滤波
灰度化 由彩色图像转化为灰度图像的过程称为灰度 化处理过程 由于采集到的PDF417条码图像是通过数码相机 、摄像头等摄入设备在自然环境下拍摄后得到 的，因此全部都是彩色图像。彩色图像包含大 量的颜色信息在内，在存储上开销很大，进行 图像处理的过程复杂而且运算量也比较大。因 此在对图像进行识别等处理前通常将彩色图像 转变为灰度图像，以减少后续运算和提高运算 效率。
y M ed
x 1 , x 2 , x 3 , , x n
2. 条码图像灰度化和滤波
主要原理是：首先确定一个以某个像素为中心 点的邻域，一般为方形，然后将邻域中的各个 像素的灰度值进行排序，取其中值作为中心点 像素灰度的新值。这里的邻域通常被称为掩膜 ，然后在图像中上下左右移动掩膜，利用上面 介绍的中值滤波算法可以很好地对图像进行平 滑处理。
1.二维条形码和PDF417条码介绍
具有代表性的矩阵式二维条形码有： ห้องสมุดไป่ตู้axiCode、QR Code、Data Matrix等。
图1.常用矩阵码
1.二维条形码和PDF417条码介绍
堆叠式二维条形码：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 性的行排式二维条形码有：Codel6K、Code49、 PDF417等。
二维条形码的识别技术
论文内容
1
2 3 4 5 二维条形码和PDF417条码介绍 条码图像灰度化和滤波
二值化以及改进的全局阈值方法
二维条码图像的旋转 符号字符的提取
1.二维条形码和PDF417条码介绍
二维条码是在传统的一维条码基础上发展
起来的，传统的一维条码由于受信息容量的限 制，必须依赖数据库。
4.二维条码图像的旋转
这里介绍两种简单的边缘检测算子Prewitt 算子和Sobel算子。 如果每个点的噪声相同，Prewitt算子检测， 如果靠近边缘的噪声是沿着边缘的2倍，Sobel算 子比较好。也就是算子的好坏取决于噪声的结构。 条码图像在进行平滑滤波后，图像噪声相对比较 少，所以采用Prewitt算子对条码图像进行边缘 提取。
2. 条码图像灰度化和滤波
取得的PDF417条码图像中存在的噪声污染，中 值滤波能够很好地去除噪声，并且他在去除噪 声污染的同时，可以很好地保留条码图像的边 缘，从而为后续的工作奠定了基础。因此，本 文使用中值滤波方法对二维条码图像进行滤波 处理。
3.二值化以及改进的全局阈值方法
二值化是图像处理中应用最广泛的图像分割技 术，二值化的目的就是在灰度图像中将图像特征 物从它的背景中提取出来，便于后期的处理。 二值化的方法很多，有全局阈值法，局部阈值 法和自适应阈值法。原理是相同的，就是检查每 一个像素点根据阈值判定是背景点还是特征点， 并进行处理。 最常用的全局阈值法就是在图像中找到一全局 阈值t，用t将灰度图像的数据分成两部分，即大 于阈值的象素群和小于阈值的像素群。全局阈值 法二值化包括求解阈值t和通过阈值把灰度图像 f(x，y)分为特征和背景的这两个部分。
2. 条码图像灰度化和滤波
一组数而X21，X2，X3，⋯，Xn，把n个数按 照大小顺序排列后X1≤ X2 ≤ X3≤⋯≤ Xn ，那么 这组数的中值y就是:
1 2 x n 1 xn 2 2 x 1 1 2
用于人事管理、证件识读等。
1.二维条形码和PDF417条码介绍
PDF417是一种多层、可变长的二维条码。它由一 系列垂直的3～90个对齐的条码行构成，每个条码行 最少包括一个条码字符(起始字符、终止字符除外)。 每个码字由4个条和4个空8个模块组成，每条(空)模 块的宽度在1～6个单位模块宽度之间，但是码字的总 宽度必为17个单位模块宽度，因此称之PDF417码。
边缘检测 Hough变换 图像旋转 双线性插 值
4.二维条码图像的旋转
1.边缘检测 边缘是指图像中周围像素灰度有阶跃变化或 屋顶变化的那些像素的集合。边缘往往具有以下 特征：(1)灰度突变； (2)是不同区域的边界； (3)具有方向性； 为了正确地得到图像的边缘信息，人们提出了 很多方法，如多尺度空间滤波、Facet模型检测边 缘、模板匹配、小波变换、人工神经网络、模糊推 理等算法。但这些方法绝大多数没有经典的算法精 简，要么难以获得合理的计算复杂度，要么需要人 为的调节各种参数，要么在提取边缘的同时引入了 噪声，有时甚至难以实时运行。
3.二值化以及改进的全局阈值方法
本文的重点是对摄像头采集到的条码图像进 行识别，不仅仅重视算法的抗干扰性，更重要的 是识别算法的实时性。 所以改进了一般的图像全局阈值求取方法来 对条码图像进行阈值分割，实验证明该算法不仅 在分割效果上可以满足条码识别的需要，而且算 法简单、复杂度低，很好地处理了效果和效率的 关系。该方法分为三个部分： (1)使用2x3的掩膜扫描整幅图像，并计算出该区 域中的阈值level(i)(i=1,2⋯n”)，如下图所示
图5(a)为原始的条码图像，可以看到，在使 用一般全局阈值来对图像进行值化处理时条码图 像损失了很多细节。相对而言，在普通光照下使 用Otsu法计算图像闻值效果最好，可以比较好的 保留条码图像的细节元素。而这里使用的改进的 全局阈值方法处理的效果也比较令人满意，因为 考虑到算法的时间复杂度，选择后者对条码图像 进行阈值求取。 在得到了条码图像的阈值以后，对整幅条码 图像进行二值化处理，得到的条码二值化图像如 下图所示：