一種復(fù)雜環(huán)境下器件dpm二維碼識別系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著二維碼技術(shù)迅速發(fā)展、應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，二維碼自動(dòng)識別技術(shù)研究的持續(xù)深入，構(gòu)建起專屬于工業(yè)DPM (Direct Part Mark) 二維碼自動(dòng)識別系統(tǒng)并將其產(chǎn)業(yè)化的需求日益強(qiáng)烈。關(guān)鍵技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化的必要性主要體現(xiàn)在:
[0003](I) 二維碼技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展、圖像采集技術(shù)日臻成熟根據(jù)美國的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)VDC(Venture Development Corp.)的統(tǒng)計(jì),全球二維碼市場規(guī)模一直在持續(xù)穩(wěn)步增長。到2010年，全球二維碼技術(shù)裝備的市場規(guī)模達(dá)到195億美元，其中美洲地區(qū)年平均增長率將超過6%，歐洲、中東和非洲地區(qū)年平均增長率接近7%，亞太地區(qū)年平均增長率將達(dá)到12%。國際二維碼技術(shù)產(chǎn)業(yè)的前景方興未艾。
[0004]圖像采集技術(shù)的日臻成熟，圖像處理芯片的告訴發(fā)展為采用攝像頭采集二維碼圖像的方式增添了動(dòng)力。DPM 二維碼自動(dòng)識別系統(tǒng)可通過使用數(shù)字圖像處理技術(shù)來降低圖像噪聲、外部干擾等因素的影響。同時(shí)，數(shù)字圖像處理技術(shù)還可增加識別結(jié)果的可靠性、識讀方式的靈活性和保證識別速度和效率。
[0005](2) DPM 二維碼在行業(yè)中的不可替代性
[0006]傳統(tǒng)二維條碼基本上是使用印刷手段實(shí)現(xiàn)，鑒于印刷的紙制品容易磨損，模糊而變得不可讀、易丟失、不支持全生命周期追溯能力、無冗余等缺點(diǎn)。DPM 二維碼則是通過激光蝕刻、機(jī)打撞擊、電化學(xué)腐蝕等工業(yè)手段實(shí)現(xiàn)。這些手段反應(yīng)出DPM 二維碼的一個(gè)最大的特點(diǎn):永久性。永久性是指當(dāng)部件處于不利或惡劣環(huán)境條件下，直接部件打標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)永久性、全生命周期的部件跟蹤。對于工業(yè)產(chǎn)品而言，使用DPM 二維碼后產(chǎn)品屬性標(biāo)簽不再是臨時(shí)性的識別，而是終生識別。從長期成本效益看，與獨(dú)立物品標(biāo)簽相比，DPM 二維碼的全生命周期跟蹤擁有更高的成本效益。DPM 二維碼編碼具有唯一性、部件內(nèi)的“嵌入式”信息等優(yōu)點(diǎn)，能夠防止偽造，降低被山寨的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)DPM 二維碼可幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)庫存控制，提高實(shí)時(shí)可視性，以跟蹤部件和節(jié)約庫存。采用該方法與激光蝕刻、電化學(xué)腐蝕相比有初始成本低、可便攜性、以及永久性等特點(diǎn)，可規(guī)避激光蝕刻的成本高、尺寸大、不便攜帶以及電化學(xué)腐蝕永久性差、需要消耗耗材、僅適用于金屬器件等缺點(diǎn)。同時(shí)，機(jī)打撞擊編碼方式獲得的DPM 二維碼容易與背景中其它凹陷混淆，加劇了識別的難度。
[0007]因此與傳統(tǒng)二維碼相比較，DPM 二維碼在工業(yè)制造領(lǐng)域具有不可替代性，而研發(fā)出一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DPM 二維碼自動(dòng)識別系統(tǒng)將為企業(yè)提高成本效益、實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)自動(dòng)化管理、降低被偽造的風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)現(xiàn)國際化管理添磚加瓦。
[0008](3) DPM 二維碼背景復(fù)雜，識讀困難DPM 二維碼生成方法和使用材料的多樣性導(dǎo)致其二維碼圖像普遍存在對比度低、多噪聲干擾、背景復(fù)雜、采集過程中出現(xiàn)的光照不均等情況(圖1)，準(zhǔn)確快速的識別該類二維碼是一個(gè)難題。目前在學(xué)術(shù)研究上鮮見適于復(fù)雜背景、低對比度、可能變形的DPM識別算法。
[0009](4)相關(guān)產(chǎn)品少、價(jià)格昂貴
[0010]目前市場多常見基于印刷二維碼，對質(zhì)量較好、圖像清晰、對比度較高的印刷二維碼的識別技術(shù)算法已基本成熟，多采用單一的圖像處理算法即可達(dá)到要求二維碼識別商業(yè)應(yīng)用軟件，而專業(yè)用于工業(yè)DPM 二維碼識別研究和應(yīng)用較少。且相關(guān)產(chǎn)品多為國外產(chǎn)品，將識別算法集成在掃描器當(dāng)中，受專利保護(hù)不對外開放。產(chǎn)品對待識對象有方向、對比度等方面的嚴(yán)格要求，識讀率的指標(biāo)還模糊不定，且價(jià)格昂貴。國內(nèi)雖然有相關(guān)二維碼自動(dòng)識別企業(yè)，但基本上都是系統(tǒng)集成商。一些國內(nèi)知名的IT界的大企業(yè)，也對DPM 二維碼自動(dòng)識別技術(shù)有過大量投入，但最終未實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的自主化。如圖1所示惡劣條件下的DPM 二維碼，(a)為光照不均(b)為對比度低(c)為曝光過度(d)條碼模糊(e)為凹凸表面(f)為條碼污染
[0011]因此，深入研究DPM 二維碼自動(dòng)識別的關(guān)鍵技術(shù)的和并開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DPM 二維碼自動(dòng)識別系統(tǒng)對國內(nèi)的條形碼推廣應(yīng)用具有重大意義。本發(fā)明針對以上問題，組建起一套從由編碼設(shè)備、識別設(shè)備、識別算法等組成的自動(dòng)識別系統(tǒng)，并將計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、圖像處理等多學(xué)科跨領(lǐng)域算法相融合的方式來實(shí)現(xiàn)DPM 二維碼的圖像采集、自動(dòng)識別、糾錯(cuò)譯碼等一系列環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮各學(xué)科算法的優(yōu)勢，有針對性并重點(diǎn)的克服圖像中的光照不均、對比度低、圖像模糊、材質(zhì)粗糙、二維碼污損等不利條件，從而達(dá)到準(zhǔn)確、快速識讀DPM 二維碼的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明旨在建立一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)DPM 二維碼識別系統(tǒng)，由DPM編碼設(shè)備、基于Android系統(tǒng)的嵌入式自動(dòng)識別平臺(tái)和自動(dòng)識別算法三部分組成。主要
【發(fā)明內(nèi)容】
涉及以下幾個(gè)方面:
[0013](I)DPM 二維碼編碼設(shè)備
[0014]本發(fā)明獲取DPM 二維碼的方式采用機(jī)打撞擊的方法，其原理是通過步進(jìn)電機(jī)和電子控制器帶動(dòng)碳化鎢擊打針上下運(yùn)動(dòng)，以形成材料表面永久性的凹痕。本發(fā)明將搭建一套DPM 二維碼編碼設(shè)備，根據(jù)輸入內(nèi)容和國際編碼標(biāo)準(zhǔn)編寫控制步進(jìn)電機(jī)和打針運(yùn)動(dòng)算法，保證編碼的精度、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速編碼。
[0015](2)基于Android系統(tǒng)的嵌入式自動(dòng)識別平臺(tái)設(shè)計(jì)
[0016]本發(fā)明設(shè)計(jì)搭載Android系統(tǒng)的嵌入式硬件系統(tǒng)，用于DPM 二維碼的圖像采集、處理和顯示。ARM+Android系統(tǒng)+攝像頭可將算法用于智能終端中，符合目前流行趨勢，開發(fā)板成本較低，實(shí)用性好。
[0017](3) DPM 二維碼自動(dòng)識別算法研究
[0018]DPM 二維碼自動(dòng)識別算法是本發(fā)明研究的核心內(nèi)容，包括:
[0019]①DPM 二維碼區(qū)域定位方法研究
[0020]對于DPM 二維碼這種嵌在復(fù)雜背景中的待識別對象，準(zhǔn)確、快速的定位是識別技術(shù)當(dāng)中的核心點(diǎn)。從分析DPM 二維碼的特點(diǎn)入手，提出一種角點(diǎn)檢測與聚類算法相結(jié)合的方法來定位復(fù)雜背景下的DPM 二維碼區(qū)域。由于DPM 二維碼使用亮暗相間的矩形格承載信息，整個(gè)二維碼區(qū)域中直角點(diǎn)頻繁出現(xiàn)，而相比較于DPM 二維碼所處的復(fù)雜背景和周邊干擾物來說，后者的角點(diǎn)強(qiáng)度較弱，角點(diǎn)分布離散，角點(diǎn)聚集區(qū)形狀不定，與二維碼區(qū)域差異較大。因此將二維碼圖像的典型特征角點(diǎn)作為定位的信息源，同時(shí)針對圖像中的不利條件改進(jìn)角點(diǎn)檢測方法以加快算法速度和去除偽角點(diǎn)。DPM 二維碼圖像的角點(diǎn)以簇狀聚集，適合于聚類方法的使用，并結(jié)合DPM 二維碼圖像的外邊緣聚集特點(diǎn)協(xié)同完成DPM 二維碼區(qū)域的定位。
[0021 ] ②二維碼碼元識別算法研究
[0022]準(zhǔn)確定位二維碼區(qū)域后，需要精確劃分出二維碼最小單元一碼元，才能提取出其所包含的具體信息，完成二維碼內(nèi)容的識別。這一內(nèi)容主要涉及到二值化、傾斜校正、碼元的精確分割等算法的研究。二值化方法將采用全局二值化和局部二值化的方法有機(jī)結(jié)合的方式，集合兩種方法的優(yōu)勢，同時(shí)克服全局二值化不能解決光照不均和局部二值化方法塊效應(yīng)明顯的問題。由于在圖像采集過程當(dāng)中，圖像傾斜在所難免，因此采用邊緣梯度和雙線性差值方法糾正這一問題，保證二維碼碼元的精確分割和定位。碼元分割算法將充分利用DPM 二維碼邊緣定位符特征，采用網(wǎng)格法和中心點(diǎn)法計(jì)算碼元寬度和中心點(diǎn)劃分碼元，識別碼元內(nèi)容。
[0023]③譯碼糾錯(cuò)算法研究
[0024]譯碼糾錯(cuò)是二維碼識別的重要環(huán)節(jié)，本發(fā)明將提出改進(jìn)算法，以達(dá)到快速譯碼糾錯(cuò)的目的。目前，二維碼所采用的Reed-Solomon碼糾錯(cuò)算法計(jì)算較為復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長、多使用大量數(shù)學(xué)計(jì)算實(shí)現(xiàn)等問題，本發(fā)明提出了一種基于小波變換的Reed-Solomon碼的糾錯(cuò)方法，它對接收碼進(jìn)行小波變換，配合搜索規(guī)則來定位數(shù)字序列中碼元的錯(cuò)誤位置，進(jìn)而修改誤碼。算法本質(zhì)是將復(fù)雜的求解過程轉(zhuǎn)化到小波域，將Reed-Solomon碼的數(shù)字序列進(jìn)行小波域變換，從數(shù)據(jù)源頭降低求解錯(cuò)誤位置多項(xiàng)式的維數(shù)，達(dá)到降低計(jì)算量和復(fù)雜度的目的，能夠有效簡化傳統(tǒng)算法中復(fù)雜的計(jì)算步驟。
【附圖說明】
:
[0025]圖1是惡劣條件下的DPM 二維碼
[0026]圖2是DPM 二維碼自動(dòng)識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖
[0027]圖3是編碼設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)框圖
[0028]圖4是自動(dòng)識別平臺(tái)硬件框圖
[0029]圖5是自動(dòng)識別算法流程圖
[0030]圖6是碼元識別算法流程圖
[0031]圖7是糾錯(cuò)譯碼方法流程圖
【具體實(shí)