二维码采集与识别.docx

发布时间：2022-06-21 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.10M 资料格式：docx 举报版权申诉

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外发展状况

第2章二维码编码技术分析

2.1 引言

2.2 二维码数据编码技术

2.2.1 编码模式

2.2.2 编码模式转换

2.3 二维码纠错码构造方法

2.4 二维码掩模技术

2.5 小结

第3章二维码解码技术分析

3.1 引言

3.2 二维码图像预处理

3.2.1彩色图像灰度化

3.3.2 二维码图像平滑

3.2.3 二维码图像分割

3.3 二维码的定位于校正

3.3.1 二维码定位

3.3.2 二维码图像校正

将8个参数带入式（3.8），可以得到（u ,v）坐标点对应到转换前得原始图像坐标（x ,y），通过转

3.4 数据纠错

第4章基于图像处理的QR码解码算法改进与性能分析

4.1 引言

QR码是目前使用最广泛的二维码之一，所以本文选择QR码作为对象进行解码算法设计。第三章介绍了基于图像

4.2 算法总体设计

算法具体步骤：

图4.3 MBF图像预处理算法

图4.4 读取版本信息

4.5 算法性能分析

第5章总结

二维码的出现弥补了一维码容量有限的缺陷，提高了条码技术的性能使之能满足更多的应用领域，但是二维码的引

致谢

参考文献

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究）

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究）摘要随着二维码的日益普及，二维码的应用正在迅速扩大，条码及条码技术渗透人们的生活中，把人们从繁琐和重复的工作中全面解脱，二维码，又称二维条码，最早起源于日本，它是用特定的几何图形按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形，是所用信息的一把钥匙。二维码除了具备一维码的低成本、传播方便等优点外，还有具备信息容量大、可靠性高。可表示多种形式数据、保密防伪性强等优点。论文首先通过分析多种二维码编码标准，总结二维码编码技术的一般步骤，并对编码过程中的数据编码技术、纠错码生成和掩模技术进行详细的分析。然后分析了基于图像处理的二维码解码算法的一般过程，并对图像预处理、二维码的定位于校正以及数据纠错过程中涉及到的关键算法进行分析比较。针对快速响应矩阵码（QR code），详细设计基于图像处理的 QR 码解码的算法，并对算法改进后的执行效率以及容错性能进行分析，结合算法执行时间分析结果对关键算法进行优化。实验结果表明，改进 QR 码解码算法的执行效率较高且稳定，并且在光照不均，存在噪声以及图像变形等情况下均可正确解码。本文主要对二维码的采集与处理进行研究。关键词：二维码，数据编码，解码算法，快速响应矩阵码 I

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究） ABSTRACT With the increasing popularity of the two dimensional barcode applications are expanded rapidly , barcode and bar code technology permeates gradually to people’s life from trival and repetitive work. the two dimensional barcode, The two-dimensional code, also known as 2D barcode, originated in Japan, it is with specific geometric figures according to certain rules in the plane distribution of black and white graphics, is a key of information used. Barcode can be divided into one-dimensional(1D) barcode and two-dimensional (2D) barcode,1D barcode has a lot of advantage such as low cost and easy communication ,while 2D barcode has large information capacity , high reliability, ability to express various forms of data , strong security , etc . Firstly , by analyzing multiple 2D barcode standards , summarize , the general procedure of encoding technology , and detail analyze the data coding technology , error correcting code generation method and mask technology . Secondly , analyze the 2D barcode decoding algorithm that is based on image processing , compare the different algorithms in the process of image pre-processing , positioning &adjustment and data correction .Then detailed design be the decoding algorithm for QR code , improve the binarization algorithm for 2D barcode image and QR code positioning algorithm , and analyze the efficiency and fault tolerance of the improved QR code decoding algorithm . By analyzing the execution time of the decoding algorithm , find and optimize the key algorithms . The experimental results show that the improved QR code decoding algorithm is efficient and stable , and can identify the QR code image uneven illumination , with noise or deformation. This paper discussed the acquisition and processing of two-dimensional code. Key words: two-dimensional, data encoding ,decoding algorithm ,QR code II

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究）目录摘要 ..................................................................................................................................................I ABSTRACT .............................................................................................................................................II 目录 ................................................................................................................................................III 第 1 章绪论..................................................................................................................................... 4 1.1 研究背景......................................................................................................... 4 1.2 国内外发展状况............................................................................................. 5 第 2 章二维码编码技术分析.......................................................................................................... 6 2.1 引言................................................................................................................ 6 2.2 二维码数据编码技术.................................................................................... 7 2.3 二维码纠错码构造方法................................................................................ 9 2.4 二维码掩模技术.......................................................................................... 10 2.5 小结.............................................................................................................. 12 第 3 章二维码解码技术分析........................................................................................................ 13 3.1 引言.............................................................................................................. 13 3.2 二维码图像预处理...................................................................................... 14 3.3 二维码的定位于校正.................................................................................. 17 3.4 数据纠错...................................................................................................... 22 第 4 章基于图像处理的 QR 码解码算法改进与性能分析............................................................ 27 4.1 引言.............................................................................................................. 27 4.2 算法总体设计.............................................................................................. 28 4.3 基于 Bernsen 的二维码图像二值化算法改进..................................................30 4.4 QR 码定位算法改进.....................................................................................34 4.5 算法性能分析............................................................................................................. 39 第 5 章总结 ..................................................................................................................................... 47 致谢 ...............................................................................................................................................48 参考文献........................................................................................................................................... 49 III

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究）第 1 章绪论 1.1 研究背景一、二维条码技术的产生背景一维条码自出现以来，得到了人们的普遍关注，发展速度十分迅速。它的使用，极大地提高了数据采集和信息处理的速度，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化做出了很大贡献。由于受信息容量的限制，一维条码仅仅是对“物品”的标识，而不是对“物品”的描述。故一维条码的使用，不得不依赖数据库的存在。在没有数据库和不便联网的地方，一维条码的使用受到了较大的限制，有时甚至变得毫无意义。另外，要用一维条码表示汉字的场合，显得十分不方便，且效率很低。现代高新技术的发展，迫切要求用条码在有限的几何空间内表示更多的信息，从而满足千变万化的信息表示的需要。二维条码正是为了解一维条码无法解决的问题而产生的。因为它具有高密度、高可靠性等特点，所以可以用它表示数据文件(包括汉字文件)、图像等。二维条码是大容量、高可靠性信息实现存储、携带并自动识读的最理想的方法。二、二维条码的特性高密度目前，应用比较成熟的一维条码如 EAN／UPC 条码，因密度较低，故仅作为一种标识数据，不能对产品进行描述。我们要知道产品的有关信息，必须通过识读条码而进入数据库。这就要求我们必须事先建立以条码所表示的代码为索引字段的数据库。二维条码通过利用垂直方向的尺寸来提高条码的信息密度。通常情况下其密度是一维条码的几十到几百倍，这样我们就可以把产品信息全部存储在一个二维条码中，要查看产品信息，只要用识读设备扫描二维条码即可，因此不需要事先建立数据库，真正实现了用条码对“物品” 的描述。具有纠错功能一维条码的应用建立在这样一个基础上，那就是识读时拒读(即读不出)要比误读(读错)好。因此一维条码通常同其表示的信息一同印刷出来。当条码受到损坏(如污染，脱墨等)时，可以通过键盘录入代替扫描条码。鉴于以上原则，一维条码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管引入了校验字符的概念，但仅限于防止读错。二维条码可以表示数以千计字节的数据，通常情况下，所表示的信息不可能与条码符号一同印刷出来。如果没有纠错功能，当二维条码的某部分损坏时，该条码便变得毫无意义，因此二维条码引入错误纠正机制。这种纠错机制使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读(见图 1)。二维条码的纠错算法与人造卫星和 VCD 等所用的纠错算法相同。这种纠错机制使得二维条码成为一种安全可靠的信息存储和识别的方法，这是一维条码无法相比的。 4

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究） 1.2 国内外发展状况上世纪 80 年代末，美国、日本等国家企业，研究机构开始进行二维码的研究，1989 年美国国际资料公司发明了 Data Matrix[1],原名为 Data Code；PDF417 码[3,4]为 1991 年留美华人王寅敬（音）博士发明并有讯宝（Symbol）公司定制完成；1991 年美国知名 UPS（United Parcel Service）快递公司推出 UPS 码，即 Maxicode 二维码前身；1994 年日本 Denso 公司发明了 QR 码[2,5]（Quick Response Code）；2009 年微软推出一种新的二维码“Microsoft Tag”，增加了色彩维度，因此又称为彩色条码[8]，二维码标准化的国外研究机构主要有国际自动识别制造协会（AIMI）、美国标准化协会（ANSI）以及新成立的国际标准化组织/国际电工委员会第一联合委员会的条码自动识别技术委员会（ISO/IEC/JTCI/SC31），其中 AIMI 与 ANSI 已经完成了 PDF417、QR code、Code one、Code 16k、Code 49 等码制的符号标准，条码自动识别技术委员会（ISO/IEC/JTCI/SC31）已经制定包括 QR 码的国际标准 ISO/IEC 18004:2006 、 PDF417 码的国际标准 ISO/IEC 15438:2006、Data Matrix 的国际标准 ISO/IEC 16022:2006 等二维码的国际标准，并且不断完善。我国对二维码的研究是从 20 世纪 90 年代初开始的。最初是由中国物品编码中心对几种常用的二维码 PDF417、QR code、Code one、Code 16k、Code 49 的技术规范进行翻译和跟踪研究。2003 年上海龙贝信息科技推出了龙贝二维矩阵， 2005 年中国编码中心完成 3 了汉信码的研究[7]，深圳矽感科技公司分别于 2002 年和 2003 年研发具有自主知识产权的 CM 二维码和 GM 二维码[6]。国家质量监督局制定了相关的二维码国家标准，主要包括 GT/B 17172-1997《四一七条码》、 GB/T 18284-200《快速响应矩阵码》以及 GB/T 21049-2007《汉信码》。综上所述，标准化仍然是二维码技术的一个主要研究方向。我国的二维码技术的研究已经从学习国外标准发展到自主研发二维码标准的阶段，但是国内的二维码的标准化还不够完善。二维码现已被广泛的应用与各种领域，例如美国亚利桑利亚州等十多个州已经将二维码应用驾驶证、美国军人证、军人医疗证上；在日本，到处可见印制在报纸书刊上的二维码，用于发布新闻、广告信息；韩国已经出现了“地铁”超市：将手机作为“购物车”，二维码作为“购买通道”，直接通过网上支付购买，大大方便了日常生活。在我国，二维码主要应用与票务系统中，二维码首先出现了新一代火车票上，加速了我国火车票实名制的发展，中国南方航空和中国移动联合推出了二维码“手机电子登机牌”，登机牌信息会存储在二维码中，以彩信的形式发送到乘客的手机上，乘客可以直接通过机场的二维码识别器来打印登机牌。这是二维码在我们生活中的一些应用。 5

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究）第 2 章二维码编码技术分析 2.1 引言二维码的编码是借助相关技术用原始数据生成二维码的过程，二维码编码技术就是在编码过程中所用到的所有相关技术的集合，下面给出二维码的主要流程：（1）数据分析。对原始数据进行分析，确定数据类型，然后根据类型选择编码效率最高的编码类型；（2）数据编码。根据数据分析得到编码模式，将数据字转换为二进制位流；（3）纠错编码。采用纠错码技术生成相应的纠错码，如果数据较大，首先要对数据进行分块，然后生成每个数据块的纠错码，按照分块顺序合并作为最终的纠错码；（4）布置模块。首先组合数据码字和纠错码字，构成最终的数据码字，然后根据要求添加相应的版本、格式、定位结构，并根据定义好的规则在矩阵中布置模块；（5）掩码。用不同的掩模图形对编码区进行掩模处理，评价结果，选择掩模评估结果最好进行掩模。开始数据分析数据编码生成纠错码增加功能图形，在矩阵中布置模块添加掩模结束图 2.1 二维码编码的主要流程 6

中山大学南方学院 2014 届本科生毕业论文（研究） 2.2 二维码数据编码技术引入数据编码的目的在于提高数据压缩率和编码效率，增大了二维码可存储数据的范围。二维码的数据编码方法分为两步，首先根据数据分析的结果选择合适的编码模式，然后使用相应的编码模式进行数据编码，最终将原始数据转换为二维码进制流。 2.2.1 编码模式不同的二维码的编码模式的划分也不相同。PDF417 将数据编码模式主要包括字节模式、数字模式和文本模式，其中文本模式有可以分成小写字母、大写字母、标点以及混合模式[3,4]。Maxtrix 主要用于快递业务，所以 Maxicode 的数据编码模式基本上都是针对邮件信息的不同划分，这里不详细介绍。Data Matrix 二维码共有 6 种编码模式和 X12 种编码模式。前面几种的二维码的编码范围相对较小，编码数据主要为数字、大小写字母、符号以及一些特定应用的编码集，相比而言， QR 码的可编码内容更加丰富，下面在 QR 码模式的基础上分析二维码的一些常用编码模式[2,5]。  数字模式然后转换 2 进制作为最终的编码结果。  字母模式  字母数字模式 10 位二进制数来表示 3 个数字字符，将 3 个数字字符看成一个 3 位十进制数，数字模式是针对二进制数字 0~9（ASCII 值为 30HEX 至 39 HEX）编码，通常采用字母又可以分为大写字母 A~Z（ASCII 值为 41HEX 至 5A HEX）和小写字母 a~z 码，首先介绍 QR 码和 CM 码对这类数据的编码方法、QR 码对数字（0~9）、字母（A~Z）以及 9 个标点符号（空格、$、%、*、+、-、. 、/）共计 45 个字符进行混合编码，采用 11 位二进制数来表示 2 个字符；CM 码[7]的混合编码的编码范字母、数字以及常用标点符号常常组合使用，所以针对这类数据进行单独编（ASCII 值为 61HEX 至 7A HEX）,可以分别作为 5 位二进制数来表示。围包括了数字、小写字母、大写字母以及空格，共计 63 个字母，用六位二进制数来表示一个字符。但是如果同时包括数字、大小字母以及常用符号共计 71 个字符，以上两种编码模式不再适合，可以选择用 19 位二进制数表示 3 位字符。  8 位字节模式 7

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