二维码识别的图像预处理

河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）1二维码识别的图像预处理摘要针对目前迅速发展的自动识别技术，二维码作为此技术最底层的信息存储载体之一，承载着它自己的优势（低成本、高存储密度、超高速识读、较强的纠错能力等），将在信息识别领域发挥着重要作用。本文针对于二维码识别的译码技术，通过深入研究其存在的不足及缺点，对其核心RS译码算法进行优化改进，改善其性能。二维码的核心技术包括二维码图像预处理技术，编解码算法及纠错控制技术，加密技术等。本文探讨了二维码图像的预处理技术，包括滤波去噪、边缘检测、定位矫正等内容。关键词：自动识别技术；图像预处理；去噪声；边缘检测河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）2QrcodeidentificationofimagepreprocessingABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsensornetworktechnology,thetwo-dimensionalcodeisoneoftheautomaticidentificationtechnology,carrycotsownadvantages(lowcost,highstoragedensity,ultra-high-speedreading,strongcorrectioncapability,etc.),whichwillplayapivotalroleandbecomeanewdrivingforceofChina'seconomicgrowth.Thispaper,withthecoretechnologyinthetwo-dimensionalcode,studin-depthofitsshortcomingsandweaknesses,optimizesandimprovesforitscorealgorithmic,nonperformance.Thecoretechnologyofthetwo-dimensionalcode,includesthetwo-dimensionalcodeimageore-processing,encodinganddecodingalgorithmsanderrorcorrectioncontroltechnology,encryptiontechnology.Thispaperfirstdiscussesthetwo-dimensionalcodeimageteleprocessing,andfindsreasonableprocessingalgorithms,includingofthefilterdenouncing,edgedetection,orientationcorrection.Keywords:Automaticidentificationtechnology；processing；removenoise；boundary河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）3目录第1章绪论.............................................11.１二维码技术研究现状......................................11.2本课题的研究意义.........................................1第2章二维码识别技术中的图像预处理技术..................22.1二维码技术概述...........................................22.2二维码图像的降噪实现.....................................6总结..................................................9参考文献.................................................10河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）11绪论随着我国信息化技术的不断发展，自动识别技术逐步成熟起来，它将成为我们生产生活中不可或缺的一门重要技术。自动识别技术是指以计算机技术为基础，能够自动进行数据的采集，并且进行数据信息的实时交换的一门新兴技术。它可以实现与任何信息管理系统的连接，准确高效的实现数据的传输、查询、更改等功能。二维码识别技术作为此技术之一，其核心技术的研究发展将对自动识别技术起着重要作用。1.１二维码技术研究现状二维码技术是目前国内外正在迅速发展的技术，从1999年日本最先出现的二维码相关技术的发展到现在，二维码目前已经广泛的被应用于各个领域，极大地改善了人们的生活，同时也促进了社会现代化的发展。目前在国外尤其是日韩等国，手机二维码已经发展到一定的成熟阶段，而且它已经被广泛的应用在人们生产生活的各个方面[1]。在2007年，日本最大的航空公司日航就已经推广使用了二维码移动票务业务[2]。同时二维码电子凭证类业务的应用让移动商务切实融入到消费者的日常生活中，大大的节省了物流费用、实现了物品信息的实时追踪，不但促进了日本移动电子商务的发展，同时也为日本运营商带来了极大的利润空间。然而在我国，高端手机、智能手机的普及率相当低，而且能够拍照摄像的手机有限且像素低，带有微距相机的几乎没有，支持二维码识别技术的手机普及率更低，因此我国手机二维码技术的发展仍然还有很长的一段路要走，仍有许多问题需要解决[3]。1.2本课题的研究意义我国由于对于二维码的核心技术及其相关技术掌握还不是很成熟，其应用发展还有很长的路要走。突破二维码的核心技术将是我国技术人员重点研究内容，最终实现二维码在我国各个领域的广泛应用，从而会推动信息自动识别技术的发展，促进物联网技术在世界技术领域中的发展。河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）22二维码识别技术中的图像预处理技术2.1二维码技术概述随着第三次世界信息化浪潮的兴起，无所不在的“物联网”成为了新一代信息技术产业中的核心名词[2]。物联网的技术领域涉及广泛，自动识别技术将作为其最底层的核心技术，起着重要的基础作用。日前我们最多应用的自动识别技术主要包括二维码和射频识别技术两种。因此二维码技术作为自动识别技术之一，也作为现代发展迅速的物联网技术的底层技术之一，将对高度发展的信息化社会起着举足轻重的作用。2.1.1二维码技术的发展从上个世纪七十年代起，经过几十年的发展，条码技术作为一门重要的信息标识和信息采集技术，在世界范围内得到了快速发展。条码技术是目前应用最广的自动识别技术之一。随着社会需求的不断提高及应用的不断拓深，条码技术正处于一个良好的创新发展时期，是商品交易、产品追溯、物流追踪等领域的重要信息支撑技术[4]。它解决了计算机采集物品信息困难的问题，能够实现信息的准确高效识读的功能。它实现了物流和信息流的同步传输，对当时快速发展的社会生产生活发挥了重要作用，促进了信息技术的发展。但是随着现在高速信息化、自动化技术的发展，一维条码的信息存储量远不能满足现在社会发展的需要。因而致力于自动识别技术的科研人们通过不断的努力，研究出了高密度、超高速识读、强大存储容量及抗干扰强的二维条码技术。1970年InterfaceMechanisms公司开发出了“二维码”之后，二维码技术的应用逐步迈向了成熟。美国的Symbol公司是目前世界上最大的条码设备生产商，其产品的销售额占据了国际份额的一半以上[4]。二维码识别技术的出现是整个条码历史上一个重要的里程碑，它从本质上提高了条码技术水平，拓宽了条码的应用范围，给社会的生产生活带了极大的便利。以条码技术为核心的自动识别技术已经成为国际信息化建设中的重要部分，是推动国际经济发展，增强竞争力的重要技术手段。对于二维条码技术的研究我国才刚刚起步，二维码条码的使用在我国仍处于初步阶段，未来几年二维码技术的应用推广对我国还是一个值得挑战的课题。但是我们相信随着现在信息化自动化技术的快速发展，二维码技术越来越被关注，其相关的技术也会日趋成熟，将推动信息化社会的进步。河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）32.1.2二维码简介二维码是利用某种特定的几何图形按一定的分布规则在二维方向上排列的黑白相间的图形进行记录数据信息[5]。二维条码技术大大降低了对计算机网络和数据库的依赖，依靠条码标签本身它只能表示字母和数字信息不能表达其他信息（例如汉字、图像等），且空间编码的利用率低，尤其是条码图像遭到破损后不能被识读，造成信息丢失。二维码除了表示基本的英文、汉字、数字信息外，还可以存储声音、指纹、照片及图像等各种信息。它已经广泛应用在交通运输、物流追踪、商场打折优惠、超市结账、医疗保险及政府管理等各个领域[6]。2.1.3常用二维码介绍国际上的二维码种类繁多，不同的二维码都有不同的编码规则。目前的二维条码主要有美国Symbol公司开发的MaxiCode、日本Defensive公司开发的一种二维条码——QR码、美国CiMatrix公司开发的DataMatrix码以及由美国UPS公司开发的PDF417码等三种[7]。下面就QR码、PDF417码及DataMatrix码作简要介绍。一、QR码“QR”是快速响应（QuickResponse）的缩写。QR码能存储更多的数据信息，包括对文字、网址链接和其他类型的数据等，同时还可以与加密技术融合提高信息的安全性[8]。它除了具有一般二维码的良好特点之外，还有如下的优点：超高速识读且保密防伪性强；360度全方位识读；能够较好地表示日本汉字，中文汉字等信息。它采用某种特定的数据压缩模式以此来提高汉字表示效率及信息的存储容量[9]。QR码的信息容量：表示数字达7,089字；各种中英文字母4,296字；二进位数(8bit)最多2,953位；日文汉字最多可达1,817字；中文汉字最多984字[10]。QR码的码图结构如下图2.2。河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）4QR码呈现正方形，仅有黑白两种颜色。深色模块表示二进中的“1”，浅色模块表示二进制中的“0”。在周围4个角上的其中3个像「回」字的正方形图案，它们是进行QR码图像进行译码定位的标志图形，使用者无需完全对准，扫描器无论以怎样的方位扫描此图像，其数据信息仍可被准确识读。整个QR码图像由编码区域和不同种类的功能图形构成。功能图形包括位置探测图形(寻像图形)、分隔符、定位图形和校正图形，它们都不用于数据编码。二、DataMatrix码DataMatrix由美国国际资料公司(InternationalDataMatrix，简称IDMatrix)在1989年发明。Data-Matrix二维条码也是一种矩阵式二维码，其主要的思想是能够在较小的条码空间内存储更多的信息容量。DataMatrix码的尺寸可以根据所需承载信息量的大小进行调节，这是其区别与其他二维码的最主要的特点。它的尺寸变化范围可以从1.3×10–6变化到0.009m2大小，是目前所有二维条码中体积最小的[11]。因而DataMatrix码更加适用在小零件的标识上，其可以直接印制在电路板的微小零件上。下图2.3为印制在机械零件上的DataMatrix码标识。河北大学工商学院2016届学年论文（课程设计）5DataMatrix码有两种不同的标准类型：ECC000-140与ECC200，ECC000-140标准具有四种不同等级的纠错能力，而ECC200则利用Reed-Solomon译码算法产生伴随多项式，计算出错误位置多项式和错误值，其尺寸大小可以根据要求印制成不同体积大小的标签，但采用的纠错码字序列应与其大小匹配，由于其译码算法较为简单，所以采用ECC200标准的DataMatrix码较为常见[12]。DataMatrix码字符号的信息编码区由排列整齐的正方形深浅色模块组成。数据编码区的周围是位置探测图形，探测图形的四周则是码的安全空白区，探测图形由一个模块宽度构成，是数据区域的边界部分，其中的两条邻边为暗实线，构成一个L型的边界线，用来限定