(完整版)二维码识别技术

201011010040成天驹201011010039黑金龙201011010055金艳涛201011010063李振风二维条形码简介二维条形码分类二维条形码识别二维条形码应用201011010040成天驹194019501960197019801949年美国乔·伍德兰德、伯尼·西尔沃发明了第一个条形码专利60年代西尔沃尼亚发明一套条形码系统并在北美铁路系统成功应用1959年吉拉德·费伊塞尔申请了用条形码表示数字的专利1988年中国成立了中国物品编码中心199070年代UPC码（UniversalProductCode）在北美超市得到广泛应用1997、2000年确定了国家标准20世纪20年代约翰·科芒德实现邮政单据自动分检方法20001920第一部分：二位条形码简介（成天驹）201011010040成天驹1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。2.一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的条、空及其相应的字符(数字字母)组成的标记，即传统条码。3.二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空相间的图形来记录数据符号信息。201011010040成天驹3.二维条码与一维条码的比较项目条码类型信息密度与信息容量错误校验及纠错正能力垂直方向是否携带信息用途对数据库和通讯网络的依赖识读设备一维条码信息密度低，信息容量较小可通过校验字符进行错误校验，没有错纠能力不携带信息对物品的标识多数应用场合依赖数据库及通讯网络可用线扫描器识读，如光笔、线阵CCD、激光枪等二维条码信息密度高，信息容量大具有错误校验和纠错能力，可根据需求设置不同的纠错级别携带信息对物品的描述可不依赖数据库及通讯网络而单独应用对于行排式二维条码可用线扫描器的多次扫描识读；对于矩阵式二维条码仅能用图像扫描器识读201011010040成天驹（1）可靠性强条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个字符才会出现一个错误。（2）效率高条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。（3）成本低与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。（4）易于制作条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。201011010040成天驹（5）构造简单条形码识别设备的构造简单，使用方便。（6）灵活实用条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。（7）高密度二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度，而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真正实现了用条码对信息的直接描述。（8）纠错功能二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。201011010040成天驹（9）多语言形式，可表示图像二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码的形式表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字的条码。（10）具有加密机制可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复所表示的信息。201011010040成天驹二维条码通常分为以下二种类型：(1)行排式二维条码（2DSTACKEDBARCODE）又称：堆积式二维条码或层排式二维条码，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码有：PDF417、CODE49、CODE16K等。(2)矩阵式二维条码（2DMATRIXBARCODE）又称：棋盘式二维条码。有代表性的矩阵式二维条码有：QRCode、DataMatrix、MaxiCode、Codeone等。201011010039黑金龙QR码201011010039黑金龙每个码词单元(4个条/4个空)共17个模块90行34列起始符数据终止符（1）PDF417条码符（1）PDF417条码符201011010039黑金龙每一个PDF417符号由空白区包围的一序列层组成。每一层包括：a.左空白区b.起始符c.左层指示符号字符d.1到30个数据符号字符e.右层指示符号字符f.终止符g.右空白区左空白区右空白区终止右层指示符码词数据区左层指示符码词起始层1层6层5层4层2层3201011010039黑金龙每一个符号字符包括4个条和4个空，每一个条或空由1-6个模块组成。在一个符号字符中，4个条和4个空的总模块数为17。511111251234567891011121314151617s1s2s3s451111125b1b2b3b451111125201011010039黑金龙项目特性可编码字符集全ASCII字符或8位二进制数据，可表示汉字类型连续、多层字符自校验功能有符号尺寸可变，高度3到90行，宽度90到583个模块宽度双向可读是错误纠正码词数2到512个最大数据容量（错误纠正级别为0时）1850个文本字符或2710个数字或1108个字节附加属性可选择纠错级别、可跨行扫描、宏PDF417条码、全球标记标识符等2.PDF417条码的特性201011010039黑金龙QRCode是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码，它除具有二维条码所具有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图象多种信息、保密防伪性强等优点外，还具有以下特点：（1）超高速识读QRCode码的超高速识读特性，使它适宜应用于工业自动化生产线管理等领域。（2）全方位识读QRCode具有全方位（360°）识读特点。（3）能够有效地表示中国汉字、日本汉字201011010039黑金龙201011010039黑金龙编码方式:矩阵式二维条码超高速识读特性:30个符号/秒(100字符/符号)(较417提高近10倍;417:3个/秒)全方位识读:360度(417:水平方向10度)具有特定的汉字表示模式:13bit表示一个汉字(较417提高20%;417:16bit(双字节)/汉字)201011010039黑金龙数据类型与容量：数字:７０８９个字符；字母：４２９６；汉字：１８１７个字符数据表示方法：深色模块表示二进制１；浅色模块表示二进制０纠错能力：Ｌ级（７％）；Ｍ级（１５％）；Ｑ级（２５％）；Ｈ级（３０％）结构连接：最多１６个ＱＲ条码字符201011010039黑金龙DataMatrix是一种矩阵式二维条码。它有两种类型，即ECC000-140和ECC200。ECC000-140具有几种不同等级的卷积纠错功能；而ECC200则使用Reed-Solomon纠错。201011010039黑金龙项目特性可编码字符集全部ASCII字符及扩展ASCII字符类型矩阵式二维条码符号宽度ECC000-140：9～49，ECC200：10～144符号高度ECC000-140：9～49，ECC200：10～144最大数据容量2335个文本字符，3116个数字或1556个字节数据追加允许一个数据文件使用最多16个条码符号表示201011010039黑金龙码制QRCodeDataMartixPDF417符号结构研制公司DensoCorp.(日本)I.D.MatrixInc.(美国)SymbolTechnolgiesInc(美国)码制分类矩阵式行排式识读速度*30个/每秒2～3个/秒3个/秒识读方向全方位（360°）±10°识读方法深色/浅色模块判别条空宽度尺寸判别汉字表示13bit16bit16bit201011010039黑金龙数据密度实例：80个字符组成的信息:1234567890-123456720-123456-30-234567-40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80QRcode(M)X=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm8.2mmsq.11.5mmsq.16.5mmsq.PDF417(level3)X=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm34.2mm亊15mm47.9mm亊21mm68.5mm亊30mmDataMatrixX=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm8.0mmsq.11.2mmsq.16.0mmsq.201011010039黑金龙通过图像的采集设备，我们得到含有条码的图像，此后主要经过条码定位、分割和解码三个步骤实现条码的识别（以矩阵式条码为例）。201011010055金艳涛条码的定位是实现条码识别的基础，在一幅图像中如果找不到待识别的条码，后面的工作就无法完成。条码的定位就是找到条码符号的图像区域，对有明显条码特征的区域进行定位。然后根据不同条码的定位图形结构特征对不同的条码符号进行下一步的处理。201011010055金艳涛实现条码的定位采用以下步骤：（1）利用点运算的阈值理论将采集到的图象变为二值图像，即对图像进行二值化处理；（2）得到二值化图像后，对其进行膨胀运算；（3）对膨胀后的图象进行边缘检测得到条码区域的轮廓；下图是经过上述处理后得到的一系列图像。201011010055金艳涛对图像进行二值化处理按下式进行：其中，f(x,y)是点(x,y)处像素的灰度值，T为阈值（自适应门限）。0255y,xgTy,xfTy,xf201011010055金艳涛上面的步骤（2）中用到了数学形态学中的膨胀变换。A用B来膨胀定义为：对二值化图像进行的膨胀运算就是通过上式进行的。ABxBAx201011010055金艳涛找到条码区域后，我们还要进一步区分到底是哪种矩阵式条码。下面图形是几种常见的矩阵式条码：201011010055金艳涛a.位于左上角、左下角、右上角的三个定位图形b.位于符号中央的三个等间距同心圆环（或称公牛眼）定位图形c.位于左边和下边的两条垂直的实线段边缘检测后条码区域的边界不是很完整，所以需要进一步的修正边界，然后分割出一个完整的条码区域。首先采用区域增长的方法对符号进行分割，以此修正条码边界。其基本思想是从符号内的一个小区域（种子）开始，通过区域增长来修正条码边界，把符号内的所有点都包括在这个边界内。然后通过凸壳计算准确分割出整个符号。之后区域增长和凸壳计算交替进行，通常对那些密度比较大的条码重复两次就足够了，而对于那些模块组合比较稀疏的条码至少要重复四次。201011010055金艳涛得到一幅标准的条码图像后，对该符号进行网格采样，对网格每一个交点上的图像像素取样，并根据阈值确定是深色块还是浅色块。构造一个位图，用二进制的“1”表示深色像素，“0”表示浅色像素，从而得到条码的原始二进制序列值，然后对这些数据进行纠错和译码，最后根据条码的逻辑编码规则把这些原始的数据位流转换成数据码字。201011010055金艳涛第四部分：二维码应用（李振风）应用1-物流管理应用2-优惠券入场券等应用3-火车票实名制应用4-超市商品信息管理应用5-海报广告应用6-解析网址应用7-购买产品应用8-防伪201011010063李振风应用1-物流管理201011010063李振风应用2-优惠券入场券等201011010063李振风应用3-火车票实名制火车票实名制是指乘客在购买火车票和乘坐火车时，需要登记、核查个人的真实姓名和身份的一种制度。从某种角度上讲，火车票实名制可以打击非法贩卖火车票的行为，对预防、减少和打击铁路沿线上的各种犯罪行为、保障乘客的人身安全、加强乘车管理都有一定的作用。火车票实名制的主要目的是为了解决售票难、买票难的问题。201011010063李振风应用4-超市商品信息管理将蔬菜、肉类、奶类等的生产厂家、生产日期、出厂日期、物流等信息生成二维码，贴在包装袋上。消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑码号发短信，即可随时随地查询产品源信息与质量认证等信息