【正文】 提取 .............................................................................108 條碼 精定位 .................................................................................109 條碼 解 碼 .....................................................................................109 結(jié) ...............................................................................................109 第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié) 果 ......................................................................................................111 實(shí)驗(yàn)環(huán) 境及方法 ...................................................................................111 識(shí)讀 性能及 與國(guó) 外同 類產(chǎn) 品的比 較 ...................................................112 結(jié) ...............................................................................................115 第七章 總結(jié) 和展望 ..................................................................................................117 論 文工作 總結(jié) .......................................................................................117 來(lái) 工作展望 .......................................................................................119 參 考文 獻(xiàn) ....................................................................................................................121 發(fā) 表 論 文和科 研 情 況說(shuō) 明 ........................................................................................127 致 謝 ....................................................................................................................131 第一章緒論 條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐中形成的一種集編碼、印刷、識(shí)別、數(shù)據(jù)采集和處理于一體的新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù) [1]。我國(guó)于 70 年代末到 80 年代初開(kāi)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(yùn)輸及各大企事業(yè)單位等。我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)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(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴，在某些場(chǎng)合使用十分不方便，而且效率很低。一維條碼是指通常所說(shuō)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(wèn)題，出現(xiàn)了二維條碼技術(shù)，并且得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)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(jìn)作用。通常對(duì)于每一種物品，它的編碼是唯一的，對(duì)于普通的一維條碼來(lái)說(shuō)，還要 通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立條碼與商品信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)條碼的數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)上時(shí)，由計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。其中， EAN 碼是當(dāng)今世界上廣為使用的商品條碼，已成為電子數(shù)據(jù)交換 (EDI)的基礎(chǔ)； UPC 碼主要為美國(guó)和加拿大使用；在血庫(kù)、圖書館和照像館的業(yè)務(wù)中， Codebar 碼被廣泛使用； Code39 碼和 Code128 碼為國(guó)內(nèi)企業(yè)自定義碼制，可以根據(jù)需要確定條碼的長(zhǎng)度和信息，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線領(lǐng)域、圖書管理等； Code93 碼與 Code39 碼類似但密度較大，可用來(lái)替代 Code39 碼。二維條碼是在二維空間上由具有特殊結(jié)構(gòu)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(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的 “ 0”、“ 1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)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(wú)需像一維條 碼那樣需要后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)支持，使用起來(lái)十分方便。目前，國(guó)外先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家已將此項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、海關(guān)、稅務(wù)、公共安全、交通運(yùn)輸?shù)刃畔⒆詣?dòng)攜帶、傳遞、防偽領(lǐng)域 [1517]。但由于行數(shù)的增加，需要對(duì)行進(jìn)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(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號(hào)自動(dòng)識(shí)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(jí)的卷積錯(cuò)誤糾正功能，而 ECC200 則通過(guò) ReedSolomon 算法利用生成多項(xiàng)式計(jì)算錯(cuò)誤糾正碼，不同尺寸的 ECC200 符號(hào)應(yīng)用不同數(shù)量的錯(cuò)誤糾正碼。 Maxi Code條碼是一種固定尺寸、具有高容量和 糾錯(cuò)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(kuò)展 ASCII 字符。每個(gè) QR 碼符號(hào)由名義上的正方形模塊構(gòu)成，組成一個(gè)正方形陣列。 PDF417 碼是由美國(guó) Symbol Technologies 公司的美籍華人王寅君博士發(fā)明的。其條碼符號(hào)是一 個(gè)多行結(jié)構(gòu)，符號(hào)的四周為空白區(qū)，上下空白區(qū)之間為多行結(jié)構(gòu)，每行數(shù)據(jù)符號(hào)字符數(shù)相同，行與行左右對(duì)齊直接銜接。漢信碼是由中國(guó)物品編碼中心牽頭，于 20xx 年研發(fā)完成的我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型二維條碼，是我國(guó)“十五”重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究專項(xiàng)《二維條碼新碼制開(kāi)發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究》課題的研究成果。 二維條碼技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀 二維條碼作為一種高容量信息存儲(chǔ)、傳遞和識(shí)別的技術(shù)，自誕生之日起就得到了世界上許多國(guó)家的關(guān)注。 1999 年 3 月在北京舉行的全國(guó)人大第九屆三次全體會(huì)議和全國(guó)政協(xié)第九屆三次會(huì)議期間，在隨行人員證件、記者證、旁聽(tīng)證上成功地應(yīng)用了二維條碼技術(shù)，引起了與會(huì)代表和新 聞界的極大關(guān)注。其中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括碼制標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)一致性標(biāo)準(zhǔn)等幾個(gè)方面。二維條碼的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由 ISO 相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)負(fù)責(zé)組織制定，如包裝標(biāo)簽二維條碼應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 包裝標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（ TC122）負(fù)責(zé) 制定，目前已完成包裝標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前，在消化國(guó)外相關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，中國(guó)物品編碼中心已經(jīng)制定了 3 個(gè)二維條碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 171721997《四一七條碼》， GB/T 1828420xx《快速響應(yīng)矩陣碼》與《漢信碼》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)外在 Data Matrix 方面投入研發(fā)較早，技術(shù)也相當(dāng)成熟，就目前國(guó)外應(yīng)用來(lái)看，主要應(yīng)用于電子、機(jī)械等制造業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程中，舉例如下： 在美國(guó)的波音、麥道公司，采用 Data Matrix 二維條碼刻在精密的機(jī)器零件上面用于識(shí)別零件信息，由于其刻印技術(shù) 可以使 Data Matrix 條碼在零件表面保留很長(zhǎng)時(shí)間不至被損毀。 通用、雪弗蘭等一批著名的汽車生產(chǎn)公司將 Data Matrix 條碼廣泛應(yīng)用其生產(chǎn)線上，提高產(chǎn)品生產(chǎn)率和合 格率。但是，由于 Data Matrix 二維條碼在電子產(chǎn)品、 IT 信息技術(shù)、機(jī)械和航天等領(lǐng)域的應(yīng)用，能大大增加中國(guó)產(chǎn)品在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，能夠幫助減少生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品管理水平，開(kāi)拓海外市場(chǎng)，因此該項(xiàng)技術(shù)受到了國(guó)家有關(guān)部門的高度重視，目前有關(guān)部門正在制定具體實(shí)施方案，盡快在國(guó)內(nèi)的一些行業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)及推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者、科研人員也開(kāi)始對(duì) Data Matrix 進(jìn)行廣泛深入的研究，發(fā)表了一些有關(guān) Data Matrix 的論文 [21][22][23]，對(duì) Data Matrix 的發(fā)展前景、應(yīng)用領(lǐng)域、編 /解碼以 及識(shí)別方法進(jìn)行了討論和研究。美國(guó)國(guó)防部在其新的軍人證上采用 PDF417 條碼作為機(jī)讀標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在全球 700 多個(gè)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(guó)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(jù)中的大量信息編成一張 PDF417 條碼標(biāo)簽提交給貨運(yùn)商，通過(guò)掃描條碼，信息立即傳入貨運(yùn)商的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使得整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程的效率大大提高。 資產(chǎn)跟蹤。 PDF417 條碼是目前在中國(guó)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(guó)內(nèi)的證件管理，海關(guān)、稅務(wù)、銀行等部門對(duì)各類報(bào)表和票據(jù)的管理，商業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)炔块T對(duì)商品及貨物運(yùn)輸?shù)墓芾?，郵政部門對(duì)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(yīng)用 [16][17]。 磁卡識(shí)別技術(shù)應(yīng)用了物理學(xué)和磁力學(xué)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(diǎn)是不局限于視線，識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)，射頻識(shí)別卡具有可讀寫能力，可攜帶大量的數(shù)據(jù)，難以偽造和具有智能等。其他應(yīng)用包括自動(dòng)存儲(chǔ)和補(bǔ)充、工具識(shí)別、人員監(jiān)控、包裹和行李分類、車輛監(jiān)控和貨架識(shí)別。 論文的主要內(nèi)容 課題的提出和意義 目前在國(guó)際上，條碼識(shí)讀設(shè)備是讀取各類條碼的主要設(shè)備，隨著二維條碼的推廣，社會(huì)對(duì)條碼識(shí)讀器的需求也越來(lái)越多，常見(jiàn)的條碼識(shí)讀器類型 [24][25]有： 線性 CCD 和線性圖像式識(shí)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(shí)候需要沿條碼的垂直方向掃過(guò)整個(gè)條碼，可稱之為“掃動(dòng)式閱讀”。 攝像式識(shí)讀器 (Image Reader)：采用攝像方式將條碼圖像攝取后進(jìn)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(shè)備。 (l)使用專用設(shè)備，造價(jià)高 (一萬(wàn)元左右 )，且加密性受限于制造商。盡管是一個(gè)圖像采集器，由于各碼制識(shí)讀方法的專用性，不能達(dá)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(hào) (最大的 144x144 符號(hào)比 10x10大百倍 )，要用不同范圍的景深，而采用自動(dòng)對(duì)焦裝置可以實(shí)現(xiàn)可變景深，但會(huì)造成造價(jià)過(guò)于昂貴，可靠性降低。論文針對(duì) Data Matrix 等二維條碼識(shí)讀中的圖像預(yù)處理及條碼定位等關(guān)鍵技術(shù)，提出了多個(gè)核心算法 ，輔以條碼識(shí)讀所必須的幾何變換、譯碼和糾錯(cuò)等算法，形成了一套完整的二維條碼自動(dòng)識(shí)讀算法，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能有效完成二維條碼自動(dòng)識(shí)讀任務(wù)。創(chuàng)新的識(shí)讀算法與獨(dú)自設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)共同構(gòu)成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二維條碼識(shí)讀終端，可以在不同環(huán)境條件下快速準(zhǔn)確地 完成 Data Matrix、 PDF41 Code39 及 Code128 等多種二維條碼和一維條碼自動(dòng)識(shí)讀任務(wù)，其識(shí)讀速度和精準(zhǔn)度均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)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(diǎn)，同時(shí)又引入了模糊推理，解決了圖像融合中的不確定性問(wèn)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(diǎn)。實(shí)驗(yàn)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(wú)法達(dá)到的二值化效果，同時(shí)又可以避免采用局部閾值法可能會(huì)出現(xiàn)的塊效應(yīng)，具有較好的性能和實(shí)用性，計(jì)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(jié)合的 Data Matrix 條碼定位方法，克服了利用 Hough 變換或 Radon 變換檢測(cè)直線邊緣實(shí)現(xiàn) Data Matrix 條碼定位的方法難以在計(jì)算量和定位精度之間取得平衡的缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文所提出的條碼精定位算法能夠準(zhǔn)確定位 Data Matrix 條碼，且計(jì)算量大大減小，克服了單純依靠 Hough 變換或 Radon 變換進(jìn)行定位時(shí)計(jì)算量過(guò)大的缺點(diǎn)。創(chuàng)新的識(shí)讀算法與獨(dú)自設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)共同構(gòu)成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二維條碼識(shí)讀終端，能同時(shí)快速準(zhǔn)確地識(shí)讀 Data Matrix、 PDF41 Code39 及 Code128 等多種二維條碼和一維條碼，其識(shí)讀速度和精準(zhǔn)度均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平。 *在軟件方面，本文所開(kāi)發(fā)的二維條碼識(shí)讀終端上運(yùn)行的識(shí)讀軟件是基于上述提出的創(chuàng)新性的圖像預(yù)處理和條碼定位核心算法而自主開(kāi)發(fā)的，并將針對(duì)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(shí)快速準(zhǔn)確地識(shí)讀 Data Matrix、 PDF41 Code39 及Code128