專利名稱：高性能二維條形碼解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于條形碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高性能二維條形碼解碼方法。
背景技術(shù)：
二維條形碼是實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、攜帶并自動(dòng)識(shí)讀功能一種理想方法。二維條形碼具 有如下特點(diǎn)高密度、大容量、高可靠性；具有糾錯(cuò)功能；可以表示多種語(yǔ)言和文字；可表示 圖像數(shù)據(jù)；可對(duì)引入加密機(jī)制等等。二維條形碼解碼設(shè)備通常由嵌入式處理器組成的機(jī)器 視覺系統(tǒng)，在嵌入式處理器內(nèi)置有可對(duì)二維條形碼進(jìn)行解碼的處理程序。由于二維條形碼 所具有的特點(diǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行辨析、識(shí)讀的過程變得極其復(fù)雜，解碼處理方法在速度、準(zhǔn)確 性、可靠性成了難以兼顧的三大關(guān)鍵要素。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種解碼速度快、準(zhǔn)確性及可靠性 高的高性能二維條形碼解碼方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
—種高性能二維條形碼解碼方法，包括以下步驟 (1)對(duì)包含有二維條形碼的數(shù)字圖像A進(jìn)行圖像下采樣處理，生成縮小的圖像B ; (2)對(duì)下采樣后的圖像B進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，得到增強(qiáng)圖像C ; (3)對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行低通濾波和局部閾值二值化處理，得到黑白圖像D ; (4)對(duì)黑白圖像D進(jìn)行分塊、排序并進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記處理； (5)對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣； (6)根據(jù)生成的網(wǎng)格矩陣進(jìn)行解碼和糾錯(cuò)，輸出數(shù)字圖像A所包含的二維條形碼 的解碼值。 而且，步驟(1)所生成的圖像B是數(shù)字圖像A的1/4或1/16。
而且，所述的增強(qiáng)圖像處理包括以下步驟
(1)求圖像B的直方圖； (2)根據(jù)圖像B的直方圖分別求出分布概率最大的極大值和極小值；
(3)對(duì)直方圖進(jìn)行拉伸處理后得到增強(qiáng)圖像C。 而且，所述的拉伸處理方法是將數(shù)字圖像A極大值和極小值之間的區(qū)域變換后 映射到整個(gè)亮度分布空間。 而且，所述整個(gè)亮度分布空間為0 255之間。
而且，所述的低通濾波和局部閾值二值化包括以下步驟 (1)低通濾波步驟采用3X3鄰域或5X5鄰域平滑濾波法對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行運(yùn) 算處理，濾去增強(qiáng)圖像C中的高頻分量，保留低頻分量，生成二值化所需的比對(duì)模板。
(2)局部閾值二值化步驟遍歷整幅數(shù)字圖像A，并逐像素同對(duì)比模板上的相應(yīng)像 素進(jìn)行比較，差值大于一定閾值的點(diǎn)為亮點(diǎn)，小于或等于閾值的點(diǎn)為暗點(diǎn)，生成一幅只包含黑色和白色兩種數(shù)值的的黑白圖像D。 而且，步驟(4)所述的標(biāo)記連通區(qū)域包括拷貝黑白圖像副本，在圖像副本上對(duì)暗 點(diǎn)集合進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，然后按照快速連通區(qū)域標(biāo)記算法標(biāo)記為獨(dú)立區(qū)域，并按照占有 像素?cái)?shù)量多少對(duì)獨(dú)立區(qū)域進(jìn)行排序。
而且，所述的對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣包括以下步驟 (1)計(jì)算仿射變換矩陣指定目標(biāo)圖像的大小，順序?qū)B通區(qū)域進(jìn)行查找區(qū)域邊
界，確定切變參數(shù)并生成切變矩陣，然后對(duì)排序的連通區(qū)域依次計(jì)算仿射變換矩陣； (2)生成目標(biāo)圖像E :根據(jù)切變矩陣變換原始全幅圖像生成目標(biāo)圖像E : (3)生成網(wǎng)格矩陣對(duì)目標(biāo)圖像提取CLOCK邊的特征內(nèi)容，初劃分網(wǎng)格，根據(jù)梯度
最大原則，尋找梯度最大點(diǎn)坐標(biāo)并根據(jù)該坐標(biāo)微調(diào)初劃分的網(wǎng)格，提取網(wǎng)格內(nèi)容，根據(jù)網(wǎng)格
包含區(qū)域的明暗對(duì)比特征確定網(wǎng)格矩陣的相應(yīng)位置的明暗特性，最后根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)的亮度分
布生成最終的網(wǎng)格矩陣。 而且，所述的切變參數(shù)包括圖像縮放系數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度及切變系數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是 1、本解碼方法包含有二維條形碼的數(shù)字圖像進(jìn)行局部閾值二值化及網(wǎng)格調(diào)整算 法，加快了對(duì)二維條形碼的解碼速度，其解碼速度可以達(dá)到60次/秒以上，提高了條形碼掃 描速度。 2、本解碼方法包含有二維條形碼的數(shù)字圖像進(jìn)行局部閾值二值化及網(wǎng)格調(diào)整算
法，具有良好的魯棒性，對(duì)于包含信息相同的不同數(shù)據(jù)碼流能夠保持一致的解碼結(jié)果，提高
了糾錯(cuò)處理能力，解碼的誤碼率小于六個(gè)西格瑪，保證了解碼的準(zhǔn)確性和可靠性。 3、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有解碼速度快、準(zhǔn)確性及可靠性高等特點(diǎn)，提高了解碼的性
能，對(duì)二維條形碼的解碼能力不受條形碼密度、尺寸和放置方向的影響，完全可以應(yīng)用于條
件較為苛刻以及對(duì)掃描速度要求較高的場(chǎng)合。
圖1是本發(fā)明的處理流程圖； 圖2是本發(fā)明所使用的二維條形碼采集及解碼處系統(tǒng)的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述 —種高性能二維條形碼解碼方法是在二維條形碼采集及解碼處系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的，如 圖2所示，該二維條形碼采集及解碼處系統(tǒng)包括對(duì)所采集區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)光的照明系統(tǒng)；能 夠手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)焦的光學(xué)對(duì)焦系統(tǒng)；耦合到對(duì)焦系統(tǒng)之后的有足夠分辨率的數(shù)字圖像傳感 器；同數(shù)字圖像傳感器相連的數(shù)字圖像采集通道；同數(shù)字圖像采集通道相銜接的圖像處理 系統(tǒng)，在圖像處理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有中央處理器；具有通信功能并與圖像處理系統(tǒng)相連接的數(shù)據(jù) 通訊系統(tǒng)。 高性能二維條形碼解碼方法是通過中央處理器內(nèi)置的二維條形碼解碼程序?qū)崿F(xiàn) 的。在中央處理器完成一些必要的初始化設(shè)置步驟后，數(shù)字圖像傳感器采集二維條形碼并 發(fā)送給本解碼程序，由本解碼程序?qū)ΧS條形碼進(jìn)行解碼處理。二維條形碼是由光學(xué)可讀寫符號(hào)構(gòu)成，光學(xué)可讀符號(hào)定義為具有一定分布規(guī)律的、具有亮單元和暗單元的、沿兩個(gè)正
交方向分布的，被一個(gè)具有特殊的可辨特征的區(qū)域圍繞的一組亮暗變化區(qū)域。 高性能二維條形碼解碼方法，如圖1所示，包括以下步驟 1、對(duì)包含有二維條形碼的數(shù)字圖像A進(jìn)行圖像下采樣處理，生成縮小的圖像B。
本步驟是對(duì)數(shù)字圖像傳感器采集包含有二維條形碼的數(shù)字圖像A進(jìn)行下采樣，生 成一幅分辨率為數(shù)字圖像1/4或1/16的圖像B，保存在內(nèi)存中。圖像下采樣處理的目的有 兩個(gè)一是為了減少后續(xù)圖像運(yùn)算的數(shù)據(jù)量，二是提高后續(xù)處理對(duì)圖像的訪問速度。
2、對(duì)下采樣后的圖像B進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，得到增強(qiáng)圖像C。
在本步驟中，增強(qiáng)圖像處理過程如下
(1)求圖像B的直方圖； (2)根據(jù)圖像B的直方圖分別求出分布概率最大的極大值和極小值；
(3)對(duì)直方圖進(jìn)行拉伸處理后得到增強(qiáng)圖像C，即根據(jù)極大值和極小值將數(shù)字圖 像A極大值和極小值之間的區(qū)域變換后映射到整個(gè)亮度分布空間，該亮度分布空間為0 255之間。 圖像增強(qiáng)處理的目的是為了給后續(xù)運(yùn)算提供亮度分布一致的圖像，圖像在亮度拉 伸后，更多的保留近深色區(qū)域的圖像細(xì)節(jié)。 3、對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行低通濾波和局部閾值二值化處理，得到黑白圖像D。
在本步驟中，低通濾波和局部閾值二值化處理過程如下 (1)低通濾波步驟采用3X3鄰域或5X5鄰域平滑濾波法對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行運(yùn) 算處理，濾去增強(qiáng)圖像C中的高頻分量，保留低頻分量，生成二值化所需的比對(duì)模板。
(2)局部閾值二值化步驟遍歷整幅數(shù)字圖像A，并逐像素同對(duì)比模板上的相應(yīng)像 素進(jìn)行比較，差值大于一定閾值的點(diǎn)為亮點(diǎn)，小于或等于閾值的點(diǎn)為暗點(diǎn)，生成一幅只包含 黑色和白色兩種數(shù)值的的黑白圖像D。 4、對(duì)黑白圖像D進(jìn)行分塊、排序并進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記處理。
本步驟的處理過程為拷貝黑白圖像副本，在圖像副本上對(duì)暗點(diǎn)集合進(jìn)行連通區(qū)
域標(biāo)記，然后按照快速連通區(qū)域標(biāo)記算法標(biāo)記為獨(dú)立區(qū)域，并按照占有像素?cái)?shù)量多少對(duì)獨(dú)
立區(qū)域進(jìn)行排序，將序號(hào)分配給每個(gè)連通區(qū)域。 5、對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣。
在本步驟中，對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣包括 (1)計(jì)算仿射變換矩陣對(duì)排序的連通區(qū)域依次計(jì)算仿射變換矩陣，其具體過程
為指定一個(gè)目標(biāo)圖像的大小，一般取100X100，然后順序?qū)B通區(qū)域進(jìn)行查找區(qū)域邊界，
確定圖像縮放系數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度及切變系數(shù)，生成切變矩陣，然后依次計(jì)算仿射變換矩陣； (2)生成目標(biāo)圖像E :根據(jù)切變矩陣變換原始全幅圖像生成目標(biāo)圖像E : (3)生成網(wǎng)格矩陣對(duì)目標(biāo)圖像提取CLOCK邊的特征內(nèi)容，初劃分網(wǎng)格，在網(wǎng)格附
近，根據(jù)梯度最大原則，尋找梯度最大點(diǎn)坐標(biāo)(真正的網(wǎng)格分界線所在坐標(biāo))，根據(jù)該坐標(biāo)
微調(diào)初劃分的網(wǎng)格，提取網(wǎng)格內(nèi)容，根據(jù)網(wǎng)格包含區(qū)域的明暗對(duì)比特征確定網(wǎng)格矩陣的相
應(yīng)位置的明暗特性，最后根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)的亮度分布生成最終的網(wǎng)格矩陣。 6、根據(jù)生成的網(wǎng)格矩陣進(jìn)行解碼和糾錯(cuò)，輸出數(shù)字圖像A所包含的二維條形碼的
解碼值。
通過上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)高性能二維條形碼解碼方法。 需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并 不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出 的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于包括以下步驟(1)對(duì)包含有二維條形碼的數(shù)字圖像A進(jìn)行圖像下采樣處理，生成縮小的圖像B；(2)對(duì)下采樣后的圖像B進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，得到增強(qiáng)圖像C；(3)對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行低通濾波和局部閾值二值化處理，得到黑白圖像D；(4)對(duì)黑白圖像D進(jìn)行分塊、排序并進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記處理；(5)對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣；(6)根據(jù)生成的網(wǎng)格矩陣進(jìn)行解碼和糾錯(cuò)，輸出數(shù)字圖像A所包含的二維條形碼的解碼值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于步驟(1)所生成的圖像B是數(shù)字圖像A的1/4或1/16。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述的增強(qiáng)圖像處理包括以下步驟(1) 求圖像B的直方圖；(2) 根據(jù)圖像B的直方圖分別求出分布概率最大的極大值和極小值；(3) 對(duì)直方圖進(jìn)行拉伸處理后得到增強(qiáng)圖像C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述的拉伸處理方法是將數(shù)字圖像A極大值和極小值之間的區(qū)域變換后映射到整個(gè)亮度分布空間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述整個(gè)亮度分布空間為0 255之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述的低通濾波和局部閾值二值化包括以下步驟(1) 低通濾波步驟采用3X3鄰域或5X5鄰域平滑濾波法對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行運(yùn)算處理，濾去增強(qiáng)圖像c中的高頻分量，保留低頻分量，生成二值化所需的比對(duì)模板。(2) 局部閾值二值化步驟遍歷整幅數(shù)字圖像A，并逐像素同對(duì)比模板上的相應(yīng)像素進(jìn)行比較，差值大于一定閾值的點(diǎn)為亮點(diǎn)，小于或等于閾值的點(diǎn)為暗點(diǎn)，生成一幅只包含黑色和白色兩種數(shù)值的的黑白圖像D。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于步驟(4)所述的標(biāo)記連通區(qū)域包括拷貝黑白圖像副本，在圖像副本上對(duì)暗點(diǎn)集合進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，然后按照快速連通區(qū)域標(biāo)記算法標(biāo)記為獨(dú)立區(qū)域，并按照占有像素?cái)?shù)量多少對(duì)獨(dú)立區(qū)域進(jìn)行排序。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述的對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣包括以下步驟(1) 計(jì)算仿射變換矩陣指定目標(biāo)圖像的大小，順序?qū)B通區(qū)域進(jìn)行查找區(qū)域邊界，確定切變參數(shù)并生成切變矩陣，然后對(duì)排序的連通區(qū)域依次計(jì)算仿射變換矩陣；(2) 生成目標(biāo)圖像E :根據(jù)切變矩陣變換原始全幅圖像生成目標(biāo)圖像E :(3) 生成網(wǎng)格矩陣對(duì)目標(biāo)圖像提取CLOCK邊的特征內(nèi)容，初劃分網(wǎng)格，根據(jù)梯度最大原則，尋找梯度最大點(diǎn)坐標(biāo)并根據(jù)該坐標(biāo)微調(diào)初劃分的網(wǎng)格，提取網(wǎng)格內(nèi)容，根據(jù)網(wǎng)格包含區(qū)域的明暗對(duì)比特征確定網(wǎng)格矩陣的相應(yīng)位置的明暗特性，最后根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)的亮度分布生成最終的網(wǎng)格矩陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能二維條形碼解碼方法，其特征在于所述的切變參數(shù)包括圖像縮放系數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度及切變系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能二維條形碼解碼方法，包括以下步驟(1)對(duì)包含有二維條形碼的數(shù)字圖像A進(jìn)行圖像下采樣處理，生成縮小的圖像B；(2)對(duì)下采樣后的圖像B進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，得到增強(qiáng)圖像C；(3)對(duì)增強(qiáng)圖像C進(jìn)行低通濾波和局部閾值二值化處理，得到黑白圖像D；(4)對(duì)黑白圖像D進(jìn)行分塊、排序并進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記處理；(5)對(duì)連通區(qū)域劃分網(wǎng)格并生成網(wǎng)格矩陣；(6)根據(jù)生成的網(wǎng)格矩陣進(jìn)行解碼和糾錯(cuò)，輸出數(shù)字圖像A所包含的二維條形碼的解碼值。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，具有解碼速度快、準(zhǔn)確性及可靠性高等特點(diǎn)，提高了解碼的性能，對(duì)二維條形碼的解碼能力不受條形碼密度、尺寸和放置方向的影響，完全可以應(yīng)用于條件較為苛刻以及對(duì)掃描速度要求較高的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101710385SQ20091024512
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者李丹, 李春鵬 申請(qǐng)人:天津優(yōu)尼萊博泰克電子科技發(fā)展有限公司