基于游程編碼的QR碼圖像識(shí)別

1、收稿日期:2011-01-15基金項(xiàng)目:吉林省科技廳自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20101523作者簡介:侯阿臨(1972-,女,漢族,湖南臨澧人,長春工業(yè)大學(xué)副教授,博士,主要從事信號(hào)與信息處理、圖像工程與光電信息處理方向研究,E -m ail:houalin.第32卷第2期 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 Vo l 132N o.22011年04月 Jour nal of Chang chun U niver sity o f T echnolog y (N atur al Science Edition A pr 12011基于游程編碼的QR 碼圖像識(shí)別侯阿臨1, 馮 源1, 焦松林1, 郭云飛

2、1, 王樂樂2(1.長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春 130012;2.長春大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,吉林長春 130021摘 要:為進(jìn)一步提高二維條碼在實(shí)際應(yīng)用中的性能,利用游程編碼進(jìn)行圖像預(yù)處理,再對(duì)圖像解碼,取得了較好的效果。以工業(yè)相機(jī)采集的存在噪聲的QR 碼圖像為例,進(jìn)行二值化、尋像圖形檢測(cè)和定位校正等條碼圖像預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。討論了QR 碼數(shù)字圖像處理技術(shù)和識(shí)別算法,并進(jìn)行了在線檢測(cè)研究。關(guān)鍵詞:QR 碼;邊緣檢測(cè);尋像;圖像處理;識(shí)別中圖分類號(hào):TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-1374(201102-0152-04QR code image recogniti

3、on based on run -length codingHOU A -lin 1, FENG Yuan 1, JIAO Song -lin 1,GU O Yun -f ei 1, WAN G Le -le2(1.S chool of Computer S cience &En gineering,Chan gchun Un iversity of T echnology,C han gchun 130012,China;2.College of Computer S cien ce and T echnology,Changchu n U nivers ity,Changchun

4、130021,ChinaAbstract:T o im pro ve the pr actical applicatio n proper ty of the Quick Response (QRcode,here w e make an im ag e pr e -pro cessing and then decode the imag e which show s the g ood quality.With a noisy QR im age saved in an industrial camera as the ex ample,w e m ake the exper im ents

5、 of binarization,image seeking and localization adjustment.Also,the QR code image pr ocessing technolog y and recog nition methods are discussed and the online detection experiments are carr ied out.Key words:Q R code;edg e detectio n;image seeking ;im ag e processing ;recog nition.0 引 言近幾年,隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅

6、猛發(fā)展,條形碼的應(yīng)用越來越廣泛。特別是在票據(jù)條碼印刷、食品藥品條碼印刷方面一維條碼越來越難以滿足要求。一維條碼由于對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫過分依賴而很難進(jìn)行深入的推廣應(yīng)用。QR 碼即快速反應(yīng)的意思,來自英文/Quick Response 0的縮寫1。QR 碼比傳統(tǒng)的條碼能存儲(chǔ)更多的信息,不再需要像掃描傳統(tǒng)條碼一樣直線對(duì)準(zhǔn)掃描器。使用紅外光增強(qiáng)攝像頭取代了這方面的工作,直接對(duì)相機(jī)采集到的圖像中QR 碼圖像進(jìn)行軟件識(shí)別,所以降低了對(duì)反射角度的要求。然而QR 碼作為二維條碼的一種,它具有高密度、大容量糾錯(cuò)能力強(qiáng)等特點(diǎn),能高效地體現(xiàn)出漢字的特點(diǎn),因此在我國有廣泛的應(yīng)用前景2。在實(shí)際應(yīng)用中要對(duì)QR 碼圖

7、像進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、識(shí)別、檢測(cè)等工作,其中的過程引入一定規(guī)模的噪聲,使之應(yīng)用有了一定的限制,尤其給圖像的識(shí)別造成了一定的難度。二維條碼的識(shí)別是集機(jī)器視覺和模式識(shí)別、圖像處理技術(shù)于一體的智能系統(tǒng),是一個(gè)重要的研究課題。我們對(duì)QR 碼圖像識(shí)別的預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行深入研究,通過改進(jìn)濾波技術(shù)、增加定位塊檢測(cè)和定位校正等關(guān)鍵技術(shù),有效提高二維條碼譯碼的實(shí)用性、可靠性。文中以工業(yè)相機(jī)采集的QR 碼圖像為例,討論QR 碼的圖像處理與識(shí)別方法。1 QR 碼的圖像處理QR 碼是由日本Denso 公司于1994年9月研制的一種矩陣二維條碼符號(hào),每個(gè)QR 碼符號(hào)由正方形模塊組成的一個(gè)正方形陣列構(gòu)成,由編碼區(qū)域和包括尋像圖

8、形、定位圖形和校正圖形等功能圖形組成,其符號(hào)大小由版本決定。QR 碼符號(hào)共有40種版本,分別為版本1、版本2,版本403。版本l 的規(guī)格為21模塊21模塊,版本2的規(guī)格為25模塊25模塊,依此類推,每一版本比前一版本每一邊增加4個(gè)模塊,直到版本40,其規(guī)格為177模塊177模塊(模塊指每一個(gè)黑色或白色小正方形4。每個(gè)QR 碼都是由正方形模塊組成的一個(gè)正方形陣列構(gòu)成,分為編碼區(qū)和功能區(qū),功能區(qū)不能用于數(shù)據(jù)編碼,符號(hào)的周圍為空白區(qū)5。QR 碼的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 圖1 Q R 碼結(jié)構(gòu)1.1 QR 碼圖像處理的軟件流程圖在過去的幾年里,學(xué)者們對(duì)QR 碼已經(jīng)進(jìn)行了很多研究,但是在速度上的提高不是很大。

9、文中根據(jù)QR 碼圖形特點(diǎn),結(jié)合圖像的定位方法,提出一種快速檢測(cè)QR 碼的算法。QR 碼圖像處理流程主要包括圖像的尋像圖形檢測(cè)、圖像定位以及識(shí)別圖像,如圖2所示。圖2 Q R 碼圖像處理流程1.2 圖像的采集QR 碼圖像如圖3所示。(a原始圖像(b二值化后的圖像圖3 Q R 碼圖像在圖像處理過程中,圖像的采集是首要的步驟。文中采用工業(yè)用單色攝像頭對(duì)QR 碼圖像進(jìn)行采集,采集到QR 碼圖像為二維灰度圖像,見圖3(a。1.3 圖像的二值化圖像的二值化關(guān)鍵在于閾值的選取。二值化153第2期 侯阿臨,等:基于游程編碼的Q R 碼圖像識(shí)別閾值方法主要有直方圖雙峰法、微分直方圖法、最大類間方差法。在文中的Q

10、R 碼識(shí)別系統(tǒng)中,采集原圖像后,做出直方圖,再將直方圖經(jīng)過平滑后,呈現(xiàn)出明顯的雙峰特性6。這樣,使用簡單的直方圖雙峰法就可以快速地確定圖像的二值化閾值,處理結(jié)果見圖3(b。1.4 游程編碼形成圖形組件游程編碼是將信源符號(hào)中的相同字符轉(zhuǎn)換成一個(gè)計(jì)數(shù)字段,再加上一個(gè)重復(fù)字符標(biāo)志。這種方法對(duì)于二值圖像最為有效,所以在這里采用游程編碼這種方法。將圖像轉(zhuǎn)化為一串串由黑白相間的像素組成的碼流,相鄰行的碼流間有關(guān)聯(lián)的碼流劃分為同一個(gè)組件,從頭掃描圖像,這樣掃描下去,有關(guān)聯(lián)即為同一組件,這樣就把整個(gè)圖像的所有組成圖形顯示出來,而且速度較快。1.5 濾波做QR 碼圖像的直方圖,即x 軸方向投影,將邊緣處投影點(diǎn)數(shù)

11、小于整幅圖像像素點(diǎn)數(shù)1%的部分用濾波器濾除掉,以得到一幅去噪后的圖像,便于下一步定位尋像圖形。1.6 位置探測(cè)圖形圖形本身的特征信息有一種包含關(guān)系在里面,圖形中心小塊與整個(gè)尋像圖形之比為9B 49,將符合此特征的區(qū)域確定為尋像圖形。找到尋像圖形以后,按此規(guī)則繼續(xù)找到余下的2個(gè)尋像圖形,3個(gè)尋像圖形位置的確定就完成了整個(gè)QR 碼圖像的定位,根據(jù)校正圖形和定位圖形建立取樣網(wǎng)格7。A 點(diǎn)為左結(jié)合點(diǎn),B 點(diǎn)為右結(jié)合點(diǎn),兩點(diǎn)間的距離一定。位置探測(cè)圖形如圖4 所示。圖4 位置探測(cè)圖形掃描2 QR 碼的解碼由于在QR 碼符號(hào)中可能存在污損,導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤,因此在譯碼前,對(duì)得到的數(shù)據(jù)需進(jìn)行 糾錯(cuò),有了糾錯(cuò),

12、大大提高了QR 碼的可識(shí)讀性。通常Q R 碼采用Reed2Solom on 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)。Reed2Solom on 碼是一種擴(kuò)展的非二進(jìn)制BCH 碼,在伽羅華域中進(jìn)行運(yùn)算8。QR 碼解碼基本流程大致有以下幾個(gè)步驟: 1識(shí)讀格式。先進(jìn)行格式的提取,再提取版本信息,最后提取識(shí)別糾錯(cuò)等級(jí)和掩模圖形。 2去掩模。用掩模圖形對(duì)矩陣中的編碼區(qū)域進(jìn)行異或處理9。3碼字提取。從數(shù)據(jù)矩陣中,按照數(shù)據(jù)模板的排列方式,將0,1數(shù)據(jù)提取出來,得到數(shù)據(jù)碼字流和糾錯(cuò)碼字流,便于下一步進(jìn)行RS 糾錯(cuò)。 4RS 糾錯(cuò)。確定符號(hào)碼字,并根據(jù)符號(hào)版本和糾錯(cuò)等級(jí)需求,將碼字序列重新按塊排列。應(yīng)用檢測(cè)和糾錯(cuò)譯碼程序,糾正替代錯(cuò)誤

13、與拒讀錯(cuò)誤,直到規(guī)定的糾錯(cuò)容量。接著重新組配數(shù)據(jù)塊序列,恢復(fù)原始信息的位流,并將數(shù)據(jù)流分成若干塊,對(duì)每一段譯碼10。二進(jìn)制譯碼算法只需要找出錯(cuò)誤位置,在這里主要使用BM 迭代算法,迭代過程表見表1。表1 迭代過程表以下舉例說明此算法。我們隨機(jī)設(shè)置接收到的信息碼字為x 13+x 10+x 7+x 2+x +1,這個(gè)碼字具有普遍性,計(jì)算并不復(fù)雜,本原多項(xiàng)式為x 4+x +1,以(15,7為例,t 為可識(shí)別的錯(cuò)誤個(gè)數(shù),t =15-72=4。 表1中R (i為錯(cuò)誤位置多項(xiàng)式,d i 為i +1與i 步之間的差值,L i 為R (i的次數(shù)。BM 算法能夠快速根據(jù)伴隨多項(xiàng)式s 求出錯(cuò)誤位置多項(xiàng)式。當(dāng)位置多

14、項(xiàng)式根為A 5,A 14,那么說明發(fā)生錯(cuò)誤位置為A 14,A 5,即錯(cuò)誤發(fā)生在x 14和x 5上面。5數(shù)據(jù)解碼:對(duì)糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)按照使用的模式信息進(jìn)行解碼,得出數(shù)據(jù)字符并輸出結(jié)果。 QR 碼圖像識(shí)別如圖5所示。154長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第32卷圖5Q R碼圖像識(shí)別3結(jié)語通過對(duì)圖像的濾波、二值化、編碼等進(jìn)行圖像預(yù)處理,將游程編碼方法用于二值化的圖像,進(jìn)行QR碼圖像中組件圖形的選取,從實(shí)質(zhì)上解決了圖像處理的速度問題,也提高了圖像處理的質(zhì)量,正是由于速度的提高,使其在工程現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用成為可能,在條形碼檢測(cè)領(lǐng)域具有實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn):1Daniel Walsh,A drian E R after

15、y.A ccurate and eff-icient cur ve detection in images:the impo rtance sam-pling H oug h transfor mJ.Patter n Recog nitio n,2002,35(7:1421-143112陳媛媛,施鵬飛.二維條形碼的識(shí)別及應(yīng)用J.測(cè)控技術(shù),2006,25(12:17-1913萬菁.二維條碼的編解碼及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)D:碩士學(xué)位論文.上海:上海交通大學(xué),200714王新梅,肖國鎮(zhèn).糾錯(cuò)碼原理與方法M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,200115國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.快速響應(yīng)矩陣碼GB/T18284-2000S.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,20011 6章毓晉.圖像處理與分析