【正文】 掃描式識(shí)讀方式僅進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 碼字生成及譯碼部分則完成將信號(hào)整形部分輸出的方波信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列，按照碼制規(guī)則轉(zhuǎn)換為相應(yīng)碼字并譯碼。 CCD 的優(yōu)點(diǎn)是像質(zhì)好，感光速度快，有許多高分辨率的芯片供選擇。目前，國(guó)際上開發(fā)的產(chǎn)品正在逐步采用該項(xiàng)技術(shù)。直接灰度變換可使圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍加大，擴(kuò)展圖像對(duì)比度，使圖像清晰、特征更加明顯。針對(duì)這種情況，本文提出了一種利用圖像融合的 方法對(duì)條碼圖像進(jìn)行增強(qiáng)的方案，將在第 節(jié)中詳細(xì)介紹。圖像二值化的關(guān)鍵是選取區(qū)分黑白像素的灰度閾值，灰度值大于等于閾值的像素為白像素，灰度值小于閾值的像素為黑像素。在不同的圖像中，條碼的大小，位置和方向都是不同的，加之實(shí)際應(yīng)用中圖像背景很復(fù)雜，使得精確確定條碼的位置和形態(tài)成了一件非常困難的事。所以本文就以 Data Matrix 為例，提出了相應(yīng)的定位算法，并對(duì)其解碼方法進(jìn)行了介紹，詳見第 4 章。 通訊接口 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)中的通訊接口主要用于將譯碼后的數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般有以下幾種： RS232， RS485，通用網(wǎng)絡(luò)接口， ，紅外線，藍(lán)牙等。該終端的硬件平臺(tái)包括以高性能浮點(diǎn) DSPTMS320C6713為核心的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和以 FPGA為控制中心的圖像采集子系統(tǒng)。 圖像對(duì)比度增強(qiáng) 常用的圖像對(duì)比度增強(qiáng)方法 圖像對(duì)比度增強(qiáng)主要可以通過(guò)直接灰度變換和直方圖修正兩大類方法完成 [26]。 (2)分段線性變換 分段線性變換是將原圖像灰度分布區(qū)間 [a, b]分隔成兩段或多段分別進(jìn)行線性變換，從而 突出用戶感興趣的目標(biāo)或灰度范圍，相對(duì)抑制用戶不感興趣的灰度范圍，使感。即 g (x ,y) =T [f (x ,y)] （ 31） 直接灰度變換可使圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍加大，擴(kuò)展圖像對(duì)比度，使圖像清晰、特征更加明顯 [27]。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。 分辨率在景深范圍內(nèi)可識(shí)讀的二維條碼符號(hào)的最小模塊尺寸。 按識(shí)讀原理分類，可分為：激光式識(shí)讀系統(tǒng)，使用時(shí)將掃描線對(duì)準(zhǔn)條碼，由光柵部件完成掃描，可識(shí)讀堆疊式二維條碼； CCD/CMOS 成像式識(shí)讀系統(tǒng)，采用 CCD/CMOS 成像方式獲取條碼圖像后進(jìn)行 圖像處理和譯碼，可識(shí)讀矩陣式和堆疊式二維條碼。粗定位就是在復(fù)雜的背景中，提取出大概的條碼區(qū)域?yàn)橄乱徊骄ㄎ蛔鰷?zhǔn)備；而精定位則是要找到條碼的精確位置以便于后續(xù)步驟中對(duì)條碼進(jìn)行幾何校正和譯碼。目前常用的閾值選取方法包括：大津法、最大熵法、最小錯(cuò)誤概率法、迭代閾值法和局部閾值法等，第 節(jié)將會(huì)一一予以詳細(xì)介紹。圖像獲取過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲是不可避免的，為了提高后續(xù)條碼的識(shí)別工作的準(zhǔn)確性，在預(yù)處理階段進(jìn)行去噪處理是必要的。根據(jù)變換函數(shù)的不同，常用的直接灰度變換方法包括：線性變換、分段線性變換和非 線性變換等。 條碼圖像預(yù)處理 二維條碼主要通過(guò)各模塊的黑白來(lái)表示相應(yīng)信息，而攝像式獲取的二維 條碼圖像難免會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度不高、噪聲較大、以及光照不均等問(wèn)題造成像素黑白不明產(chǎn)生誤判，尤其在工業(yè)應(yīng)用中，問(wèn)題更加嚴(yán)重。 CMOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度看，攝像式技術(shù)既能采集矩陣式二維條碼圖像，也能采集堆疊式二維條碼和一維條碼圖像，采用此方式將是一個(gè)必然的趨勢(shì)。因?yàn)槎询B式二維條碼可視為由多行一維條碼堆疊而成，所以對(duì)于二維條碼，掃描式識(shí)讀可以也僅能用于堆疊式二維條碼的識(shí)讀。 第七章對(duì)本文工作進(jìn)行總結(jié)，并給出未來(lái)工作展望。該處理器的使用保證了數(shù)據(jù)處理的精度，大大提高了條碼識(shí)讀成功的概率。 176。 *提出了一種先用小波分析估計(jì)光照分布來(lái)消除光照不均的影響再用大津法進(jìn)行二值化的方法，解決了工業(yè)應(yīng) 用中出現(xiàn)的由于光照不均或背景過(guò)于復(fù)雜造成圖像二值化效果差而影響解碼的問(wèn)題。該終端的硬件平臺(tái)包括以高性能浮點(diǎn) DSPTMS320C6713 為核心的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和以 FPGA 為控制中心的圖像采集子系統(tǒng)。對(duì)光照不均、幾何畸變、形變、散焦模糊等狀況下的條碼圖像識(shí)讀率不高。攝像式識(shí)讀器卻可以用于所有一維及二維條碼的識(shí)讀，但目前基于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的攝像式二維條碼識(shí)讀器處于發(fā)展階段，產(chǎn)品本身有很大的局限性，且被少數(shù)國(guó)外企業(yè)壟斷。表 12 給出了二維條碼與磁卡、IC 卡和射頻識(shí)別等技術(shù)的對(duì)比。接觸式 IC 卡應(yīng)用廣泛，如公共電話卡、現(xiàn)金卡、會(huì)員卡等等。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，近幾十年在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展。日本 Seimei 保險(xiǎn)公司的每個(gè)經(jīng)紀(jì)人在制作保單的同時(shí)將保單內(nèi)容編成一個(gè) PDF417 條碼，打印在單據(jù)上，這樣當(dāng)他們回到辦公室就可以使用二維條碼閱讀器掃描條碼將數(shù)據(jù)錄入主機(jī)，提高了數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性和速度。 AAMVA(美國(guó)機(jī)動(dòng)車管理局 )將 PDF417 條碼選定為所有駕駛員和機(jī)動(dòng)車管理的二維條碼標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)有關(guān)二維條碼的研究和應(yīng)用開始于 1993 年，相對(duì)一些發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，大部分技術(shù)及設(shè)備目前仍是從國(guó)外引進(jìn)，導(dǎo)致二維條碼使用成本較高，實(shí)際使用范圍較小，從而嚴(yán)重制約了二維條碼在我國(guó)的廣泛應(yīng)用。加之 Data Matrix 二維條碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，因此很適合應(yīng)用在條碼容易受損的場(chǎng)所，例如印在暴露于高熱、化學(xué)清潔劑、機(jī)械剝蝕等特殊環(huán)境的零件上。目前，已完成 PDF417， QR Code， Maxi Code， Data Matrix等二維條碼碼制標(biāo)準(zhǔn)的制定，另有 Aztec Code 等碼制標(biāo)準(zhǔn)正在研究制定中。 我國(guó)對(duì)二維條碼技術(shù)的研究開始于 1993 年。每一個(gè) PDF417 符號(hào)可以表示高達(dá) 1108 個(gè)字節(jié)、或 1850 個(gè) ASCII 字符或 2710 個(gè)數(shù)字的信息。符號(hào)四周有空白區(qū)包圍。 Maxi Code 碼。圖12 給出了幾種常見的二維條碼。 堆疊式二維條碼形態(tài)上是由多行短截的一維條碼堆疊而成，其編碼原 理是建立在一維條碼基礎(chǔ)之上，按需要將一維條碼堆積成二行或多行。二維條碼的編碼范圍非常廣泛，它不僅可以像一維條碼那樣保存英文、數(shù)字等符號(hào)信息，還可以保存中文、圖片、聲音、指紋、簽字等多種數(shù)據(jù)類型 [14]。世界上約有 225 種以上的一維條碼，每種一維條碼都有自己的一套編碼規(guī)格，規(guī)定每個(gè)字母 (可能是文字或數(shù)字或文數(shù)字 )是由幾個(gè)線條 (Bar)及幾個(gè)空白(Space)組成，以及字母的排列。在沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)的情況下，一維條碼的應(yīng)用受到了很大的限制有時(shí)甚至變得毫無(wú)意義。近年來(lái)，我國(guó)的條碼事業(yè)發(fā)展迅速，條碼技術(shù)在商品零售、物品追蹤、控制庫(kù)存、記錄時(shí)間和出勤、監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量控制、檢進(jìn)檢出、分類、訂單輸入等方面已得到了廣泛的應(yīng)用 [7][8]。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文在條碼圖像預(yù)處理方面的創(chuàng)新性工作包括：其一，提出了一種基于模糊推理的小波域圖像融合規(guī)則并設(shè)計(jì)了依據(jù)該規(guī)則進(jìn)行圖像融合的圖像增強(qiáng)算法，解決了實(shí)際應(yīng)用中因條碼圖像中的某些局部的對(duì)比度極低而難以正確解碼的問(wèn)題；其二，提出了一種先用小波分析估計(jì)光照分布來(lái)消除光照不均的影響再用大津法進(jìn)行二值化的方法，解決了工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的由于光照不均或背景過(guò)于復(fù)雜造成圖像二值化效果差而影響解碼的問(wèn)題。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，又輔以條碼識(shí)讀必須的幾何變換、譯碼 和糾錯(cuò)等算法，形成了一套完整的二維條碼識(shí)讀算法，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 1988 年我國(guó)成立了“中國(guó)物品編碼中心”，并于 1991年 4 月 19 日正式申請(qǐng)加入了國(guó)際編碼組織 EAN 協(xié)會(huì) [6]。由于受信息容量的限制，一維條碼只能充當(dāng)物品的代碼，而不能含有更多的物品信息，所以一維條碼的應(yīng)用不得不依賴數(shù)據(jù)庫(kù)的存在。因此，普通的一維條碼在使用過(guò)程中僅作為識(shí)別信息，它的意義是通過(guò)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的信息而實(shí)現(xiàn)的，由此，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)表現(xiàn)出很強(qiáng)的依賴。它在水平和垂直方向上存儲(chǔ)信息，是一種高密度編碼，比普通一維條碼信息容量高幾十倍以上。 典型的二維條碼碼制 二維條碼可以分為堆疊式二維條碼和矩陣式二維條碼。具有代表性的矩陣式二維條碼有： Data Matrix、 Maxi Code、 QR Code、漢信碼等?，F(xiàn)在的 Data Matrix 碼主要以對(duì) ECC200 碼的研究與應(yīng)用為主， ECC000140 的應(yīng)用很少，所以本文中，除特殊說(shuō)明外，Data Matrix 碼均特指 ECC200 碼。它由編碼區(qū)和包括尋像圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形在內(nèi)的功能圖形組成。其最小行數(shù)為 3，最大行數(shù)為 90。美國(guó)、德國(guó)、日本、墨西哥、埃及、哥倫比亞、巴林、新加坡、菲律賓、南非、加拿大等國(guó)，不僅已將二維條碼技術(shù)應(yīng)用于公安、外交、軍事等部門對(duì)各類證件的管理，而且 也將二維條碼應(yīng)用于海關(guān)、稅務(wù)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，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)I(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化管理等。 國(guó)際上，二維條碼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 與國(guó)際電工委員會(huì) IEC 成立的第 1 聯(lián)合委員會(huì) JTC1 的第 31 分委員會(huì)，即自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)分委員會(huì)（ ISO/IEC/JTC1/SC31）負(fù)責(zé)組織制定。 Data Matrix 的發(fā)展和應(yīng)用 Data Matrix 是現(xiàn)有條碼中信息密度最大的一種，由于 Data Matrix 是點(diǎn)陣式的符號(hào)結(jié)構(gòu)，因此它可以被印刷得非常小，整個(gè)符號(hào)最小可以小到 平方英寸以內(nèi)，是目前一維與二維條碼中尺寸最小的，非常適合在各種實(shí)體產(chǎn)品上或電路板的 零組件上進(jìn)行印刷、點(diǎn)陣刻印或激光刻印等。 著名手機(jī)生產(chǎn)公司，芬蘭的 Nokia 公司在其全系列的手機(jī)及其配件 (充電器、電池、耳機(jī)等 )均采用 Data Matrix 二維條碼作為產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。 身 份識(shí)別方面的應(yīng)用。 文件和表格應(yīng)用。 二維條碼技術(shù)與其它自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的比較 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是 指不使用鍵盤，即可將信息數(shù)據(jù)自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)、微處理器、邏輯控制器等信息系統(tǒng)的技術(shù)。 接觸式 IC 卡使用存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)信息，存儲(chǔ)容量大；存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可讀寫；屬于接觸式識(shí)讀，通過(guò)電路接口讀寫信息；具有數(shù)據(jù)保密性和智能性；有一定的抗環(huán)境污染和抗干擾能力；使用壽命長(zhǎng)，但成本較高。其缺點(diǎn)是成本高，而且一 般不能隨意扔掉，而多數(shù)條碼掃描壽命結(jié)束時(shí)即可扔掉。 上述的三種識(shí)讀器被廣泛應(yīng)用于條碼的識(shí)讀，其中前兩種識(shí)讀器 均屬于掃描式識(shí)讀，被廣泛應(yīng)用于一維條碼及堆疊式二維條碼的識(shí)讀，但是對(duì)于 Data Matrix 等矩陣式二維條碼則無(wú)能為力。 (3)識(shí)讀功能有局限性。此外，本文還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型的基于 DSP 的高速二維條碼識(shí)讀終端。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，基于模糊推理的小波域圖像融合規(guī)則更加有效的融合了源圖像的信息，具有更好的魯棒性，尤其在源圖像受到噪聲污染的情況下，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。該方法利用邊緣跟蹤檢 測(cè)“ L”形尋邊區(qū)外邊緣并僅在沿“ L”形尋邊區(qū)頂端和右端短邊緣的方向附近 177。 *在硬件方面，由于二維條碼的識(shí)讀過(guò)程中包含大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，所以為了保證條碼識(shí)讀的精度、成功率和速度，本文創(chuàng)新性地以德州儀器（ TexasInstruments， TI）公司的TMS320C6000 系列 的主頻僅為 225MHz 的浮點(diǎn) DSP： TMS320C6713 為核心處理器。 第六章給出了基于 DSP 的嵌入式二維條碼識(shí)讀終端的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及與國(guó)外同類產(chǎn)品的性能比較。 掃描式圖像采集 掃描式條碼識(shí)讀方法多用于一維條碼識(shí)讀。 攝像式圖像采集 攝像式識(shí)讀方式是通過(guò)光學(xué)透鏡將條碼成像在半導(dǎo)體傳感器上，再通過(guò)模 /數(shù)轉(zhuǎn)換或直接數(shù)字化得到數(shù)字圖像并輸出，經(jīng)后續(xù)圖像處理操作，包括預(yù)處理、條碼定位、失真校正 等，得到二維條碼攜帶的信息并譯碼，最終完成二維條碼圖像的采集和識(shí)讀工作。但其信號(hào)特性是模擬輸出，必須加入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，加上 CCD 本身要用時(shí)序和放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以硬件開銷很大，電路復(fù)雜，成本很高，且價(jià)格下降的空間已經(jīng)很小。本文所提出的二維條碼自動(dòng)識(shí)讀終端就選用了基于 CMOS 傳感器的攝像頭。其關(guān)鍵是根據(jù)增強(qiáng)要求設(shè)計(jì)映射規(guī)則或稱變換函數(shù)。 圖像去噪 圖像去噪，顧名思義，就是去除圖像中的噪聲。但圖像 的光照分布往往會(huì)影響閾值的選取，尤其是光照不均的情況下，閾值選取比較困難。二維條碼定位分為兩步：粗定位和精定位。 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng) 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)分類 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)可以按照識(shí)讀原理、工作方式、工作距離、設(shè)備功能、設(shè)備移動(dòng)性等方面分類。 景深 景深是指二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)讀取距離的范圍，與能夠識(shí)讀的條碼符號(hào)最小模塊尺寸以及識(shí)讀設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)有關(guān)。而識(shí)讀終端的軟件設(shè)計(jì)則基于本文所提出的創(chuàng)新性的圖像預(yù)處理和條碼定位算法。 灰度變換 直接灰度變換是一種最簡(jiǎn)單、有效的對(duì)比度增強(qiáng)方法，它是將原圖像灰度函數(shù) f (x, y)經(jīng)過(guò)一個(gè)變換函數(shù) g =T[ f]轉(zhuǎn)換為一個(gè)新的灰度函數(shù) g (x, y)