【正文】 灰度變換 直接灰度變換是一種最簡單、有效的對比度增強(qiáng)方法，它是將原圖像灰度函數(shù) f (x, y)經(jīng)過一個(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)。 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)。二維條碼定位分為兩步：粗定位和精定位。 圖像去噪 圖像去噪，顧名思義，就是去除圖像中的噪聲。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。 攝像式圖像采集 攝像式識(shí)讀方式是通過光學(xué)透鏡將條碼成像在半導(dǎo)體傳感器上，再通過模 /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。 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)果及與國外同類產(chǎn)品的性能比較。該方法利用邊緣跟蹤檢 測“ 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。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。 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，但是對于 Data Matrix 等矩陣式二維條碼則無能為力。 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，但成本較高。 文件和表格應(yīng)用。 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)。 國際上，二維條碼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 與國際電工委員會(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。其最小行數(shù)為 3，最大行數(shù)為 90?，F(xiàn)在的 Data Matrix 碼主要以對 ECC200 碼的研究與應(yīng)用為主， ECC000140 的應(yīng)用很少，所以本文中，除特殊說明外，Data Matrix 碼均特指 ECC200 碼。 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。因此，普通的一維條碼在使用過程中僅作為識(shí)別信息，它的意義是通過在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的信息而實(shí)現(xiàn)的，由此，它對網(wǎng)絡(luò)資源和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫表現(xiàn)出很強(qiáng)的依賴。 1988 年我國成立了“中國物品編碼中心”，并于 1991年 4 月 19 日正式申請加入了國際編碼組織 EAN 協(xié)會(huì) [6]。論文，針對 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)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。在沒有數(shù)據(jù)庫和網(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)甚至變得毫無意義。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]。圖12 給出了幾種常見的二維條碼。符號(hào)四周有空白區(qū)包圍。 我國對二維條碼技術(shù)的研究開始于 1993 年。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。 AAMVA(美國機(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)。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。表 12 給出了二維條碼與磁卡、IC 卡和射頻識(shí)別等技術(shù)的對比。對光照不均、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。 *提出了一種先用小波分析估計(jì)光照分布來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于復(fù)雜造成圖像二值化效果差而影響解碼的問題。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。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。 CMOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)是近年發(fā)展起來的新興技術(shù)。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。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。 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。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。 (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，相對抑制用戶不感興趣的灰度范圍，使感。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)。所以本文就以 Data Matrix 為例，提出了相應(yīng)的定位算法，并對其解碼方法進(jìn)行了介紹，詳見第 4 章。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。直接灰度變換可使圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍加大，擴(kuò)展圖像對比度，使圖像清晰、特征更加明顯。 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。所以為了實(shí)現(xiàn)二維條碼識(shí)讀終端的通用性，本文主要研究攝像式識(shí)讀技術(shù)，對掃描式識(shí)讀方式僅進(jìn)行簡單介紹。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)到國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進(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)。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。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。 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(bào)表和票據(jù)的管理，商業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)炔块T對商品及貨物運(yùn)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]。美國國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。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(gè)二維條碼的國家標(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》國家標(biāo)準(zhǔn)。 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家的關(guān)注。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。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。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)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息 [13]。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。 關(guān)鍵詞：二維條碼、條碼識(shí)讀、 Data Matrix、 DSP 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。論文在條碼定位方面的創(chuàng)新也有兩點(diǎn)：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(zhǔn)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(shí)現(xiàn) Data Matrix條碼定位難以在計(jì)算量和定位精度之間取得平衡的缺點(diǎn)。但是，隨著現(xiàn)代的發(fā)展和高新技術(shù)的進(jìn)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。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(shí)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。它在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理、識(shí)讀方式等方面繼承了一維條碼的一些特點(diǎn)，識(shí)讀設(shè)備與條碼印刷與一維條碼技術(shù)兼容。 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(jì)的專用二維條碼，后由美國自動(dòng)識(shí)別協(xié)會(huì)制定了統(tǒng)一的符號(hào)規(guī)格，正式稱為Maxi Code，也稱 USSMaxi Code(Uniform SymbologySpecificationMaxi Code)。 漢信碼。系統(tǒng)一致性方面的標(biāo)準(zhǔn)已完成二維條碼符號(hào)印制質(zhì)量的檢驗(yàn)（ ISO/IEC 15415）、二維條碼識(shí)讀器測試規(guī)范 （ ISO/IEC 154262）。 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。墨西哥也將 PDF417 條碼應(yīng)用在報(bào)關(guān)單據(jù)與證件上，從而防止仿造及犯罪。 射頻識(shí)別（ Radio Frequency Identification,RFID）技術(shù)的基本原理是電磁理論。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。而識(shí)讀終端的軟件設(shè)計(jì)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。 的角度范圍內(nèi)進(jìn)行 Radon 變換即可完成條碼精定位，可大大減小計(jì)算量。 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(dòng)識(shí)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(jìn)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(shí)讀算法及相應(yīng)的識(shí)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(shí)讀算法進(jìn)行識(shí)讀，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)到國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進(jìn)水平。所以本文主要研究攝像式識(shí)讀器，后面所介紹的所有識(shí)讀技術(shù)均針對攝像式識(shí)讀方式。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(qiáng)、圖像去噪、消除光照影響并二值化等對條碼圖像進(jìn)行預(yù)處理以將這些問題對條碼識(shí)讀帶來的嚴(yán)重影響降到最小。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(shí)，也必然使邊界變模糊。由于各種不同碼制的二維條碼符號(hào)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。首讀率 識(shí)讀系統(tǒng)對一組條碼進(jìn)行一次性識(shí)讀，其中能夠正確識(shí)讀的概率。根據(jù)變換函數(shù)的形式，灰度變換可分為： (1) 線性變換。 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(qiáng)、圖像去噪和圖像二值化三步。 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括： 可識(shí)讀的碼制 通常二維條碼識(shí)讀系統(tǒng)的識(shí)讀碼制包括 Code3 Code128 等一維條碼和 PDF41 Data Matrix 等二維條碼。簡單說來，條碼定位就是要在包含條碼的圖像中，準(zhǔn)確找到二維條碼的位置。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(shí)，這兩類方法就無能為力了。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(jià)比越來越高。