【正文】 提取 .............................................................................108 條碼 精定位 .................................................................................109 條碼 解 碼 .....................................................................................109 結 ...............................................................................................109 第六章 實驗結 果 ......................................................................................................111 實驗環(huán) 境及方法 ...................................................................................111 識讀 性能及 與國 外同 類產 品的比 較 ...................................................112 結 ...............................................................................................115 第七章 總結 和展望 ..................................................................................................117 論 文工作 總結 .......................................................................................117 來 工作展望 .......................................................................................119 參 考文 獻 ....................................................................................................................121 發(fā) 表 論 文和科 研 情 況說 明 ........................................................................................127 致 謝 ....................................................................................................................131 第一章緒論 條碼技術是在計算機應用實踐中形成的一種集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一體的新興的自動識別技術 [1]。我國于 70 年代末到 80 年代初開始研究，并在部分行業(yè)完善了條碼管理系統(tǒng)，如郵電、銀行、圖書館、交通運輸及各大企事業(yè)單位等。我們日常見到的印刷在商品包裝上的條碼是普通的一維條碼，這些一維條碼由于受到信息容量的限制和使用時對數據庫的依賴，在某些場合使用十分不方便，而且效率很低。一維條碼是指通常所說的傳統(tǒng)條碼，包括 39 碼、 ITF 碼、EAN 碼和 UPC 碼等。為了解決傳統(tǒng)條碼所存在的問題，出現(xiàn)了二維條碼技術，并且得到了廣泛的應用，國內不少公司也紛紛推廣自己研制的二維碼， 為二維碼的發(fā)展 起到了重要的促進作用。通常對于每一種物品，它的編碼是唯一的，對于普通的一維條碼來說，還要 通過數據庫建立條碼與商品信息的對應關系，當條碼的數據傳到計算機上時，由計算機上的應用程序對數據進行操作和處理。其中， EAN 碼是當今世界上廣為使用的商品條碼，已成為電子數據交換 (EDI)的基礎； UPC 碼主要為美國和加拿大使用；在血庫、圖書館和照像館的業(yè)務中， Codebar 碼被廣泛使用； Code39 碼和 Code128 碼為國內企業(yè)自定義碼制，可以根據需要確定條碼的長度和信息，主要應用于工業(yè)生產線領域、圖書管理等； Code93 碼與 Code39 碼類似但密度較大，可用來替代 Code39 碼。二維條碼是在二維空間上由具有特殊結構的幾何圖形元素按一定規(guī)律和順序組合 成的圖形，巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的 “ 0”、“ 1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息 [13]。二維條碼可以用掃描儀掃描或用攝像頭直接讀取，無需像一維條 碼那樣需要后臺數據庫支持，使用起來十分方便。目前，國外先進發(fā)達國家已將此項技術廣泛應用于國防、海關、稅務、公共安全、交通運輸等信息自動攜帶、傳遞、防偽領域 [1517]。但由于行數的增加，需要對行進行判定，其譯碼算法與軟件也不完全相同于一維條碼。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術、組合編碼原理等基礎上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。 (a)PDF417(b)MAXI CODE(c)QR Code(d)Data Matrix(e)漢信碼等。 ECC000140 具有幾種不同等級的卷積錯誤糾正功能，而 ECC200 則通過 ReedSolomon 算法利用生成多項式計算錯誤糾正碼，不同尺寸的 ECC200 符號應用不同數量的錯誤糾正碼。 Maxi Code條碼是一種固定尺寸、具有高容量和 糾錯能力的矩陣式二維條碼，共有 7 種模式（包括兩種作廢模式），可表示全部 ASCII 字符和擴展 ASCII 字符。每個 QR 碼符號由名義上的正方形模塊構成，組成一個正方形陣列。 PDF417 碼是由美國 Symbol Technologies 公司的美籍華人王寅君博士發(fā)明的。其條碼符號是一 個多行結構，符號的四周為空白區(qū)，上下空白區(qū)之間為多行結構，每行數據符號字符數相同，行與行左右對齊直接銜接。漢信碼是由中國物品編碼中心牽頭，于 20xx 年研發(fā)完成的我國擁有完全自主知識產權的新型二維條碼，是我國“十五”重要技術標準研究專項《二維條碼新碼制開發(fā)與關鍵技術標準研究》課題的研究成果。 二維條碼技術的發(fā)展和應用現(xiàn)狀 二維條碼作為一種高容量信息存儲、傳遞和識別的技術，自誕生之日起就得到了世界上許多國家的關注。 1999 年 3 月在北京舉行的全國人大第九屆三次全體會議和全國政協(xié)第九屆三次會議期間，在隨行人員證件、記者證、旁聽證上成功地應用了二維條碼技術，引起了與會代表和新 聞界的極大關注。其中技術標準包括碼制標準、系統(tǒng)一致性標準等幾個方面。二維條碼的應用標準由 ISO 相關應用領域標準化委員會負責組織制定，如包裝標簽二維條碼應用標準由國際標準化組織 ISO 包裝標準化技術委員會（ TC122）負責 制定，目前已完成包裝標簽標準的制定。目前，在消化國外相關技術資料的基礎上，中國物品編碼中心已經制定了 3 個二維條碼的國家標準： GB/T 171721997《四一七條碼》， GB/T 1828420xx《快速響應矩陣碼》與《漢信碼》國家標準。 國外在 Data Matrix 方面投入研發(fā)較早，技術也相當成熟，就目前國外應用來看，主要應用于電子、機械等制造業(yè)的產品和生產過程中，舉例如下： 在美國的波音、麥道公司，采用 Data Matrix 二維條碼刻在精密的機器零件上面用于識別零件信息，由于其刻印技術 可以使 Data Matrix 條碼在零件表面保留很長時間不至被損毀。 通用、雪弗蘭等一批著名的汽車生產公司將 Data Matrix 條碼廣泛應用其生產線上，提高產品生產率和合 格率。但是，由于 Data Matrix 二維條碼在電子產品、 IT 信息技術、機械和航天等領域的應用，能大大增加中國產品在國際上的競爭實力，能夠幫助減少生產成本，增強產品管理水平，開拓海外市場，因此該項技術受到了國家有關部門的高度重視，目前有關部門正在制定具體實施方案，盡快在國內的一些行業(yè)進行試點及推廣應用，國內的許多學者、科研人員也開始對 Data Matrix 進行廣泛深入的研究，發(fā)表了一些有關 Data Matrix 的論文 [21][22][23]，對 Data Matrix 的發(fā)展前景、應用領域、編 /解碼以 及識別方法進行了討論和研究。美國國防部在其新的軍人證上采用 PDF417 條碼作為機讀標準，已經在全球 700 多個美軍基地投入使用。此外，加拿大、新西蘭、哥倫比亞、南非、埃及、菲律賓、巴林、黎巴嫩等許多國家也已在身份證或駕駛證上采用二維條碼。發(fā)貨商將 發(fā)貨單據中的大量信息編成一張 PDF417 條碼標簽提交給貨運商，通過掃描條碼，信息立即傳入貨運商的計算機系統(tǒng)，使得整個運輸過程的效率大大提高。 資產跟蹤。 PDF417 條碼是目前在中國發(fā)展較好的二維條碼，這是由于 PDF417 屬于堆疊式條碼，可以作為傳統(tǒng)一維條碼的替代品， PDF417 已在國內的證件管理，海關、稅務、銀行等部門對各類報表和票據的管理，商業(yè)、交通運輸等部門對商品及貨物運輸的管理，郵政部門對郵政包裹的管理以及圖書，印刷等行業(yè)都有廣泛而深入的應用 [16][17]。 磁卡識別技術應用了物理學和磁力學的基本原理。另外其抗污染和抗干擾的 能力較差，使用壽命短。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點是不局限于視線，識別距離比光學系統(tǒng)遠，射頻識別卡具有可讀寫能力，可攜帶大量的數據，難以偽造和具有智能等。其他應用包括自動存儲和補充、工具識別、人員監(jiān)控、包裹和行李分類、車輛監(jiān)控和貨架識別。 論文的主要內容 課題的提出和意義 目前在國際上，條碼識讀設備是讀取各類條碼的主要設備，隨著二維條碼的推廣，社會對條碼識讀器的需求也越來越多，常見的條碼識讀器類型 [24][25]有： 線性 CCD 和線性圖像式識讀器 (Linear Imager)：可閱讀一維條碼和線性堆疊式二維條碼 (如 PDF417)，在閱讀二維條碼時候需要沿條碼的垂直方向掃過整個條碼，可稱之為“掃動式閱讀”。 攝像式識讀器 (Image Reader)：采用攝像方式將條碼圖像攝取后進行分析和譯碼，可閱讀一維條碼和所有類型的二維條碼，是一種高端設備。 (l)使用專用設備，造價高 (一萬元左右 )，且加密性受限于制造商。盡管是一個圖像采集器，由于各碼制識讀方法的專用性，不能達到一種硬件多種使用的目的。以 Data Matrix 條碼為例，不同版本的符號 (最大的 144x144 符號比 10x10大百倍 )，要用不同范圍的景深，而采用自動對焦裝置可以實現(xiàn)可變景深，但會造成造價過于昂貴，可靠性降低。論文針對 Data Matrix 等二維條碼識讀中的圖像預處理及條碼定位等關鍵技術，提出了多個核心算法 ，輔以條碼識讀所必須的幾何變換、譯碼和糾錯等算法，形成了一套完整的二維條碼自動識讀算法，并將其應用于產品設計，能有效完成二維條碼自動識讀任務。創(chuàng)新的識讀算法與獨自設計的硬件平臺共同構成了具有自主知識產權的二維條碼識讀終端，可以在不同環(huán)境條件下快速準確地 完成 Data Matrix、 PDF41 Code39 及 Code128 等多種二維條碼和一維條碼自動識讀任務，其識讀速度和精準度均達到國內領先和國際先進水平。該規(guī)則保留了現(xiàn)有小波域圖像融合規(guī)則融合圖像清晰的優(yōu)點，同時又引入了模糊推理，解決了圖像融合中的不確定性問題，克服了現(xiàn)有規(guī)則存在的信息不完全和易受噪聲干擾的缺點。實驗表明，這一方法能夠有效消除光照不均的影響，取得使用全局閾值法無法達到的二值化效果，同時又可以避免采用局部閾值法可能會出現(xiàn)的塊效應，具有較好的性能和實用性，計算量的增加也是完全可以接受的。 *提出了一種基于邊緣跟蹤和 Radon 變換相結合的 Data Matrix 條碼定位方法，克服了利用 Hough 變換或 Radon 變換檢測直線邊緣實現(xiàn) Data Matrix 條碼定位的方法難以在計算量和定位精度之間取得平衡的缺點。實驗結果證明，本文所提出的條碼精定位算法能夠準確定位 Data Matrix 條碼，且計算量大大減小，克服了單純依靠 Hough 變換或 Radon 變換進行定位時計算量過大的缺點。創(chuàng)新的識讀算法與獨自設計的硬件平臺共同構成了具有自主知識產權的二維條碼識讀終端，能同時快速準確地識讀 Data Matrix、 PDF41 Code39 及 Code128 等多種二維條碼和一維條碼，其識讀速度和精準度均達到國內領先和國際先進水平。 *在軟件方面，本文所開發(fā)的二維條碼識讀終端上運行的識讀軟件是基于上述提出的創(chuàng)新性的圖像預處理和條碼定位核心算法而自主開發(fā)的，并將針對多種不同碼制的一維條碼和二維條碼的譯碼算法整合到一起，能同時快速準確地識讀 Data Matrix、 PDF41 Code39 及Code128