基于游程编码的QR码图像识别

1、收稿日期:2011-01-15基金项目:吉林省科技厅自然科学基金资助项目(20101523作者简介:侯阿临(1972-,女,汉族,湖南临澧人,长春工业大学副教授,博士,主要从事信号与信息处理、图像工程与光电信息处理方向研究,E -m ail:houalin.第32卷第2期 长春工业大学学报(自然科学版 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基于游程编码的QR 码图像识别侯阿临1, 冯 源1, 焦松林1, 郭云飞

2、1, 王乐乐2(1.长春工业大学计算机科学与工程学院,吉林长春 130012;2.长春大学计算机科学技术学院,吉林长春 130021摘 要:为进一步提高二维条码在实际应用中的性能,利用游程编码进行图像预处理,再对图像解码,取得了较好的效果。以工业相机采集的存在噪声的QR 码图像为例,进行二值化、寻像图形检测和定位校正等条码图像预处理实验。讨论了QR 码数字图像处理技术和识别算法,并进行了在线检测研究。关键词:QR 码;边缘检测;寻像;图像处理;识别中图分类号:TP391.4 文献标志码:A 文章编号: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 言近几年,随着世界经济的迅

6、猛发展,条形码的应用越来越广泛。特别是在票据条码印刷、食品药品条码印刷方面一维条码越来越难以满足要求。一维条码由于对计算机网络、后台数据库过分依赖而很难进行深入的推广应用。QR 码即快速反应的意思,来自英文/Quick Response 0的缩写1。QR 码比传统的条码能存储更多的信息,不再需要像扫描传统条码一样直线对准扫描器。使用红外光增强摄像头取代了这方面的工作,直接对相机采集到的图像中QR 码图像进行软件识别,所以降低了对反射角度的要求。然而QR 码作为二维条码的一种,它具有高密度、大容量纠错能力强等特点,能高效地体现出汉字的特点,因此在我国有广泛的应用前景2。在实际应用中要对QR 码图

7、像进行采集、存储、识别、检测等工作,其中的过程引入一定规模的噪声,使之应用有了一定的限制,尤其给图像的识别造成了一定的难度。二维条码的识别是集机器视觉和模式识别、图像处理技术于一体的智能系统,是一个重要的研究课题。我们对QR 码图像识别的预处理技术进行深入研究,通过改进滤波技术、增加定位块检测和定位校正等关键技术,有效提高二维条码译码的实用性、可靠性。文中以工业相机采集的QR 码图像为例,讨论QR 码的图像处理与识别方法。1 QR 码的图像处理QR 码是由日本Denso 公司于1994年9月研制的一种矩阵二维条码符号,每个QR 码符号由正方形模块组成的一个正方形阵列构成,由编码区域和包括寻像图

8、形、定位图形和校正图形等功能图形组成,其符号大小由版本决定。QR 码符号共有40种版本,分别为版本1、版本2,版本403。版本l 的规格为21模块21模块,版本2的规格为25模块25模块,依此类推,每一版本比前一版本每一边增加4个模块,直到版本40,其规格为177模块177模块(模块指每一个黑色或白色小正方形4。每个QR 码都是由正方形模块组成的一个正方形阵列构成,分为编码区和功能区,功能区不能用于数据编码,符号的周围为空白区5。QR 码的结构如图1 所示。 图1 Q R 码结构1.1 QR 码图像处理的软件流程图在过去的几年里,学者们对QR 码已经进行了很多研究,但是在速度上的提高不是很大。

9、文中根据QR 码图形特点,结合图像的定位方法,提出一种快速检测QR 码的算法。QR 码图像处理流程主要包括图像的寻像图形检测、图像定位以及识别图像,如图2所示。图2 Q R 码图像处理流程1.2 图像的采集QR 码图像如图3所示。(a原始图像(b二值化后的图像图3 Q R 码图像在图像处理过程中,图像的采集是首要的步骤。文中采用工业用单色摄像头对QR 码图像进行采集,采集到QR 码图像为二维灰度图像,见图3(a。1.3 图像的二值化图像的二值化关键在于阈值的选取。二值化153第2期 侯阿临,等:基于游程编码的Q R 码图像识别阈值方法主要有直方图双峰法、微分直方图法、最大类间方差法。在文中的Q

10、R 码识别系统中,采集原图像后,做出直方图,再将直方图经过平滑后,呈现出明显的双峰特性6。这样,使用简单的直方图双峰法就可以快速地确定图像的二值化阈值,处理结果见图3(b。1.4 游程编码形成图形组件游程编码是将信源符号中的相同字符转换成一个计数字段,再加上一个重复字符标志。这种方法对于二值图像最为有效,所以在这里采用游程编码这种方法。将图像转化为一串串由黑白相间的像素组成的码流,相邻行的码流间有关联的码流划分为同一个组件,从头扫描图像,这样扫描下去,有关联即为同一组件,这样就把整个图像的所有组成图形显示出来,而且速度较快。1.5 滤波做QR 码图像的直方图,即x 轴方向投影,将边缘处投影点数

11、小于整幅图像像素点数1%的部分用滤波器滤除掉,以得到一幅去噪后的图像,便于下一步定位寻像图形。1.6 位置探测图形图形本身的特征信息有一种包含关系在里面,图形中心小块与整个寻像图形之比为9B 49,将符合此特征的区域确定为寻像图形。找到寻像图形以后,按此规则继续找到余下的2个寻像图形,3个寻像图形位置的确定就完成了整个QR 码图像的定位,根据校正图形和定位图形建立取样网格7。A 点为左结合点,B 点为右结合点,两点间的距离一定。位置探测图形如图4 所示。图4 位置探测图形扫描2 QR 码的解码由于在QR 码符号中可能存在污损,导致数据读取错误,因此在译码前,对得到的数据需进行 纠错,有了纠错,

12、大大提高了QR 码的可识读性。通常Q R 码采用Reed2Solom on 对数据进行纠错。Reed2Solom on 码是一种扩展的非二进制BCH 码,在伽罗华域中进行运算8。QR 码解码基本流程大致有以下几个步骤: 1识读格式。先进行格式的提取,再提取版本信息,最后提取识别纠错等级和掩模图形。 2去掩模。用掩模图形对矩阵中的编码区域进行异或处理9。3码字提取。从数据矩阵中,按照数据模板的排列方式,将0,1数据提取出来,得到数据码字流和纠错码字流,便于下一步进行RS 纠错。 4RS 纠错。确定符号码字,并根据符号版本和纠错等级需求,将码字序列重新按块排列。应用检测和纠错译码程序,纠正替代错误

13、与拒读错误,直到规定的纠错容量。接着重新组配数据块序列,恢复原始信息的位流,并将数据流分成若干块,对每一段译码10。二进制译码算法只需要找出错误位置,在这里主要使用BM 迭代算法,迭代过程表见表1。表1 迭代过程表以下举例说明此算法。我们随机设置接收到的信息码字为x 13+x 10+x 7+x 2+x +1,这个码字具有普遍性,计算并不复杂,本原多项式为x 4+x +1,以(15,7为例,t 为可识别的错误个数,t =15-72=4。 表1中R (i为错误位置多项式,d i 为i +1与i 步之间的差值,L i 为R (i的次数。BM 算法能够快速根据伴随多项式s 求出错误位置多项式。当位置多

14、项式根为A 5,A 14,那么说明发生错误位置为A 14,A 5,即错误发生在x 14和x 5上面。5数据解码:对纠错后的数据按照使用的模式信息进行解码,得出数据字符并输出结果。 QR 码图像识别如图5所示。154长春工业大学学报(自然科学版 第32卷图5Q R码图像识别3结语通过对图像的滤波、二值化、编码等进行图像预处理,将游程编码方法用于二值化的图像,进行QR码图像中组件图形的选取,从实质上解决了图像处理的速度问题,也提高了图像处理的质量,正是由于速度的提高,使其在工程现场的应用成为可能,在条形码检测领域具有实用价值。参考文献: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陈媛媛,施鹏飞.二维条形码的识别及应用J.测控技术,2006,25(12:17-1913万菁.二维条码的编解码及系统实现D:硕士学位论文.上海:上海交通大学,200714王新梅,肖国镇.纠错码原理与方法M.西安:西安电子科技大学出版社,200115国家质量技术监督局.快速响应矩阵码GB/T18284-2000S.北京:中国标准出版社,20011 6章毓晋.图像处理与分析