【正文】 其基本原理是利用光學(xué)鏡頭成像，將圖像信息轉(zhuǎn)化為時序光電信號，實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。近年來 CMOS 技術(shù)發(fā)展很快，圖像質(zhì)量與分辨率都有非常大的提高，并且性價比越來越高。 直接灰度變換是一種點操作，根據(jù)原始圖像中每個像素的灰度值，按照某種映射規(guī)則，將其轉(zhuǎn)化為另一灰度值，來達到圖像增強的目的。但如遇到環(huán)境極其惡劣，造成局部對比度極低，使得原本黑白分明的像素在圖像上無法分辨甚至毫無差別時，這兩類方法就無能為力了。二維條碼是通過各模塊的黑白來分別代表“ 1”“ 0”信息的，要正確識讀二維條碼就必須正確區(qū)分像素的黑白，因此能否正確地將圖像二值化，直接影響到識讀正確與否。簡單說來，條碼定位就是要在包含條碼的圖像中，準確找到二維條碼的位置。而 Data Matrix 條碼是一種很具有代表性的二維條碼，其最大特點就是“小”，信息容量大、密度高，被廣泛用于標(biāo)示集成電路、藥品 等小件物品，在制造業(yè)的流水線生產(chǎn)過程中應(yīng)用也很普遍，但在國內(nèi)的研究和應(yīng)用還比較少。 二維條碼識讀系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 二維條碼識讀系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括： 可識讀的碼制 通常二維條碼識讀系統(tǒng)的識讀碼制包括 Code3 Code128 等一維條碼和 PDF41 Data Matrix 等二維條碼。 本文所設(shè)計實現(xiàn)的二維條碼識讀系統(tǒng) 本文創(chuàng)新性地設(shè)計并實現(xiàn)了一種新型的基于 DSP 的高速二維條碼識讀終端。 第三章 二維條碼圖像預(yù)處理 二維條碼圖像預(yù)處理操作主要包括圖像對比度增強、圖像去噪和圖像二值化三步。]，則 （ 32） 圖 31 為線性變換示意圖，圖 32 則為變換前后對比圖。根據(jù)變換函數(shù)的形式，灰度變換可分為： (1) 線性變換。其最大圖像分辨率為 752*480，配備 RS232 接口與計算機通信，景深為 5~15cm，最小可分辯模塊寬度可達 3mil，識讀速度可達每秒 10 次以上，最高可達每秒 60 次，首讀率在 98%以上，達到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。首讀率 識讀系統(tǒng)對一組條碼進行一次性識讀，其中能夠正確識讀的概率。 按工作方式分類，可分為：在線式識讀系統(tǒng)，主要由光電掃描頭、光電轉(zhuǎn)換器和譯碼器組成，需要與計算機即時通信，通過串口、并口或 USB 等接口將掃描后的信息傳回計算機，不能脫離計算機使用；嵌入式識讀系統(tǒng)，以嵌入式微處理器為核心，具有數(shù)據(jù)存儲、信息處理、通信傳輸?shù)裙δ?，可以脫離計算機進行條碼掃描、識讀、信息的采集和處理，可編程。由于各種不同碼制的二維條碼符號有 著不同的形狀特征，具有各自不同的尋像圖形和定位圖形，所以具體的條碼定位方法也是隨著碼制的不同而不同的。 但大津法、最大熵法、最小錯誤概率法和迭代閾值法都屬于全局閾值法，使用單一閾值對整幅圖像進行二值化，對于光照不均或背景十分復(fù)雜的圖像效果不好。噪聲多體現(xiàn)為高頻干擾，因此為了抑制噪聲，最簡單的便是選用線性低通濾波，但由于邊緣輪廓中同樣含有大量高頻信息，所以在低通濾波濾除噪聲的同時，也必然使邊界變模糊。 直方圖修正方法是以概率論為基礎(chǔ)的圖像增強方法。為了解決上述問題，需要采用一些數(shù)字圖像處理的手段如對比度增強、圖像去噪、消除光照影響并二值化等對條碼圖像進行預(yù)處理以將這些問題對條碼識讀帶來的嚴重影響降到最小。與 CCD 一樣，是一種光電耦合器件，但其時序電路和 A/D 轉(zhuǎn)換是集成在芯片上的，無需輔助電路實現(xiàn)。所以本文主要研究攝像式識讀器，后面所介紹的所有識讀技術(shù)均針對攝像式識讀方式。掃描式識讀器逐行對堆疊式二維條碼掃描，將獲得的各行信息組合起來，完成堆疊式二維條碼的圖像采集。 本章小結(jié) 本章介紹了條碼技術(shù)、二維條碼與一維條碼的區(qū)別、典型的二維條碼碼制，二維條碼與其它自動識別技術(shù)的比較以及二維條碼的發(fā)展?fàn)顩r；闡述了課題的提出和意義，進而提出了一套成本低廉、適應(yīng)性好、性能良好的二維條碼識讀算法及相應(yīng)的識讀系統(tǒng)，該系統(tǒng)將攝像頭采集的條碼圖像通過所提出的二維條碼識讀算法進行識讀，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(wù)，其識讀速度和精準度均達到國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。同時由于浮點 DSP 進行浮點運算時的速度優(yōu)勢，系統(tǒng)所需要的芯片主頻大大降低，降低了輔助電路設(shè)計生產(chǎn)的難度，減小了硬件開銷，也削減了成本。 的角度范圍內(nèi)進行 Radon 變換即可完成條碼精定位，可大大減小計算量。該方法首先利用小波分解提取條碼圖像的低頻信息估計物體表面光照的近似分布；然后用圖像函數(shù)除以得到的近似光照分布函數(shù)消除光照不均的影響；最后再用大津法計算全局閾值并實現(xiàn)二值化。而識讀終端的軟件設(shè)計則基于上述提出的創(chuàng)新性的圖像預(yù)處理和條碼定位算法。 (4)使用不便。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。作為常用的自動識別技術(shù)，這幾種技術(shù)在一定程度上具有可替代性，但由于二維條碼具有的一些顯著優(yōu)點，也使其具有較大的市場競爭力。 射頻識別（ Radio Frequency Identification,RFID）技術(shù)的基本原理是電磁理論。除了條碼技術(shù)以外，常用的自動識別技術(shù)還包括：磁卡識別技術(shù)、接觸式 IC 卡識別技術(shù)及射頻識別技術(shù)等等。墨西哥也將 PDF417 條碼應(yīng)用在報關(guān)單據(jù)與證件上，從而防止仿造及犯罪。美國亞利桑那州等二十多個州的駕駛證、美國軍人證、軍人醫(yī)療證等幾年前就已采用了 PDF417 技術(shù)。 Data Matrix 二維條碼作為一種全新的二維條碼技術(shù)在我國還處于研究和推廣狀態(tài)，各種相關(guān)配套設(shè)施都還沒有到位，目前的應(yīng)用范圍還很狹隘，僅限于在少數(shù)電子、汽車等行業(yè)的企 業(yè)流水線中使用。這一切都使得 Data Matrix 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛 [22]。系統(tǒng)一致性方面的標(biāo)準已完成二維條碼符號印制質(zhì)量的檢驗（ ISO/IEC 15415）、二維條碼識讀器測試規(guī)范 （ ISO/IEC 154262）。目前，二維條碼技術(shù)已在我國的汽車行業(yè)自動化生產(chǎn)線、醫(yī)療急救服務(wù)卡、涉外專利案件收費、珠寶玉石飾品管理、高速公路收費管理及銀行匯票上得到了應(yīng)用。 漢信碼。 PDF417 碼。 Maxi Code 最初又稱為 UPS Code，是一種有美國 UPS 快遞公司專門為郵件系統(tǒng)設(shè)計的專用二維條碼，后由美國自動識別協(xié)會制定了統(tǒng)一的符號規(guī)格，正式稱為Maxi Code，也稱 USSMaxi Code(Uniform SymbologySpecificationMaxi Code)。下面將分別予以簡略介紹。它在編碼設(shè)計、校驗原理、識讀方式等方面繼承了一維條碼的一些特點，識讀設(shè)備與條碼印刷與一維條碼技術(shù)兼容。二維條碼可加密，具有很高的保密性，且糾錯能力很強，當(dāng)糾錯等級提高時污損 50%依然可以完整讀出信息。目前，國際廣泛使用的條碼種類有 EAN、 UPC 碼 (商品條碼，用于在世界 范圍內(nèi)唯一標(biāo)識一種商品，我們在超市中最常見的就是這種條碼 )、 Code39 碼、Code128 碼、 Code93 碼、交叉 25 碼 (在物流管理中應(yīng)用較多 )、 Codebar 碼 (多用于醫(yī)療、圖書領(lǐng)域 )等。另外，一維條碼表示漢字和圖像信息幾乎是不可能的，在很多場合的應(yīng)用效率很低。但是，隨著現(xiàn)代的發(fā)展和高新技術(shù)的進步，信息量出現(xiàn)爆炸式增長，人們迫切需 要用條碼在有限的幾何空間內(nèi)表示更多的信息來滿足千變?nèi)f化的信息需要。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。論文在條碼定位方面的創(chuàng)新也有兩點：其一，提出了基于Gabor 濾波和 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二維條碼區(qū)域提取方法 (GFBPNN)，解決了復(fù)雜背景下，完整準確地提取條碼區(qū)域的難題；其二，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 變換檢測直線邊緣實現(xiàn) Data Matrix條碼定位難以在計算量和定位精度之間取得平衡的缺點。論文工作深入地研究了二維條碼識讀技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于 DSP 的二維條碼識讀終端。 關(guān)鍵詞：二維條碼、條碼識讀、 Data Matrix、 DSP 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本 人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。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。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。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(shù)據(jù)庫建立條碼與商品信息的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)條碼的數(shù)據(jù)傳到計算機上時，由計算機上的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進行操作和處理。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)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的 “ 0”、“ 1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字數(shù)值信息 [13]。目前，國外先進發(fā)達國家已將此項技術(shù)廣泛應(yīng)用于國防、海關(guān)、稅務(wù)、公共安全、交通運輸?shù)刃畔⒆詣訑y帶、傳遞、防偽領(lǐng)域 [1517]。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。 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(yīng)用不同數(shù)量的錯誤糾正碼。每個 QR 碼符號由名義上的正方形模塊構(gòu)成，組成一個正方形陣列。其條碼符號是一 個多行結(jié)構(gòu)，符號的四周為空白區(qū)，上下空白區(qū)之間為多行結(jié)構(gòu)，每行數(shù)據(jù)符號字符數(shù)相同，行與行左右對齊直接銜接。 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、傳遞和識別的技術(shù)，自誕生之日起就得到了世界上許多國家的關(guān)注。其中技術(shù)標(biāo)準包括碼制標(biāo)準、系統(tǒng)一致性標(biāo)準等幾個方面。目前，在消化國外相關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，中國物品編碼中心已經(jīng)制定了 3 個二維條碼的國家標(biāo)準： GB/T 171721997《四一七條碼》， GB/T 1828420xx《快速響應(yīng)矩陣碼》與《漢信碼》國家標(biāo)準。 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。美國國防部在其新的軍人證上采用 PDF417 條碼作為機讀標(biāo)準，已經(jīng)在全球 700 多個美軍基地投入使用。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。 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(nèi)的證件管理，海關(guān)、稅務(wù)、銀行等部門對各類報表和票據(jù)的管理，商業(yè)、交通運輸?shù)炔块T對商品及貨物運輸?shù)墓芾?，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(yīng)用 [16][17]。另外其抗污染和抗干擾的 能力較差，使用壽命短。其他應(yīng)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。 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(shè)備。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。論文針對 Data Matrix 等二維條碼識讀中的圖像預(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(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計，能有效完成二維條碼自動識讀任務(wù)。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。 *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。創(chuàng)新的識讀算法與獨自設(shè)計的硬件平臺共同構(gòu)成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。 第五章詳細介紹了基于 DSP 的嵌入式二維條碼識讀終端的設(shè)計與實現(xiàn)。所以為了實現(xiàn)二維條碼識讀終端的通用性，本文主要研究攝像式識讀技術(shù)，對