专利名称：号牌反光膜二维条码识读设备及识读方法
技术领域：
本发明涉及一种条码识读设备，尤其是一种机动车号牌反光膜二维条码识读设备。
背景技术：
目前常见的二维条码识读设备一般由光源、光学透镜、图像传感器、图像处理单元和外壳构成。其基本原理是光源照射扫描面、反射光线经光学透镜后再由图像传感器成像，图像传感器采集扫描图像，然后由图像处理单元对图像上的二维条码进行定位识别并解码。通过研究得知，通用二维条码识读设备主要用于扫描纸质材料上方的黑白两色二维条码。识读号牌等彩色背景的二维条码存在如下缺点:
1、普通识读设备的图像传感器只能采集灰度图像。号牌反光膜的彩色背景转换成灰度图像后会产生干扰背景，无法满足二维条码识读静区的要求，导致二维条码难于正常识读。2、反光膜表面比较光滑，二维条码识读设备的光源或环境光源照射到反光膜上会引起反射光斑，扫描时需要不停调整识读设备角度和位置，避免二维条码图像被高亮反射光斑污染。3、小型汽车号牌反光膜被深蓝色油墨覆盖，其二维条码表现为黑色前景深蓝背景的二维条码，由于深蓝色和黑色差别太小，普通识读设备无法识读，带有彩色图像传感器的可识别彩色二维条码的识读设备也无法正常识别。
发明内容
本发明的目的是克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种号牌反光膜二维条码识读设备及应用此设备的识读方法，解决现有的号牌反光膜背景色干扰和反射光斑导致条码难于识读的难题，以实现小型汽车、大型汽车等机动车号牌反光膜上的二维条码的快速定位和高效识读。本发明采用的技术方案是:
一种号牌反光膜二维条码识读设备，包括外壳、顶盖、底盖，还包括通信接口、设置在外壳内部的控制电路单元、相机、红外光源、环形镜面、半透明圆锥形光罩；
所述底盖开有圆形开窗，半透明圆锥形光罩安装在外壳内部靠近底盖的一侧，其展开口面向底盖的圆形开窗并且其展开口直径与底盖的圆形开窗直径相同，半透明圆锥形光罩的展开口边缘固定在外壳的内壁上；环形镜面围绕半透明圆锥形光罩设置并固定在外壳的内壁上；所述红外光源设置在环形镜面和半透明圆锥形光罩的上方；所述相机设置在红外光源的上方，并且其镜头穿过红外光源中间的开口对准半透明圆锥形光罩的收缩口 ；
相机的输出连接控制电路单元，控制电路单元通过通信接口与PC上位机连接；控制电路单元连接红外光源。所述相机包括相机外壳、图像处理单元、图像传感器、镜头，在镜头与图像传感器之间设置有可见光截止透红外滤光片；图像传感器电连接图像处理单元，图像处理单元电连接控制电路单元；
图像传感器将采集到的红外反射光线进行成像并传给图像处理单元，图像处理单元处理并识别接收到的红外影像，并将识别结果发送至控制电路单元，控制电路单元通过通信接口将识别结果上传到PC上位机。所述红外光源为环型红外发光二极管阵列，其中间的圆形开口供镜头穿过。所述通信接口为USB通信接口，安装在顶盖上的一侧。所述外壳为长方体型。一种号牌反光膜二维条码识读方法，包含如下步骤:
步骤1，PC上位机软件发送指令，请求号牌反光膜二维条码识读设备识读二维条码；步骤2，控制电路单元接收到指令后，驱动红外光源发射红外光；发射的红外光部分直接照射到半透明圆锥形光罩，另外一部分红外光经环形镜面反射后照射到半透明圆锥形光罩，红外光经半透明圆锥形光罩的漫射后变成圆锥形面光源，均匀照射到号牌反光膜上；步骤3，红外光经号牌反光膜介质反射后进入相机镜头，随后经可见光截止透红外滤光片滤除可见光，然后所需的红外光在图像传感器成像；图像传感器将红外影像转换为数字信号，通过数据接口传输给图像处理单元；
步骤4，图像处理单元对红外影像进行滤波、二值化处理，然后进行二维条码的定位、识别和解码；
步骤5，图像处理单元将红外影像的识别结果发送至控制电路单元，控制电路单元通过通信接口将识别结果上传到PC上位机。本发明的优点:本方案使用了红外光源照明，并在相机中设有可见光截止透红外滤光片，消除环境可见光干扰，从而在相机中形成二维条码的红外影像，消除反光膜背景颜色干扰；此外，该方案还使用半透明锥形光罩，通过其漫射效应改善光源。上述识读设备及识读方法，具有不受环境影响、识别方法简单、识别率高等优点，可有效识别蓝色、黄色、白色号牌反光膜上的二维条码。
图1为本发明的号牌反光膜二维条码识读设备结构示意图。图2为本发明的相机结构示意图。图3为本发明的外壳示意图。图4为本发明的电路框图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1、图2所示:
一种号牌反光膜二维条码识读设备，包括外壳3、顶盖2、底盖9，还包括通信接口 1、设置在外壳3内部的控制电路单元4、相机5、红外光源6、环形镜面7、半透明圆锥形光罩8 ；所述底盖9开有圆形开窗，半透明圆锥形光罩8安装在外壳3内部靠近底盖9的一侧，其展开口面向底盖9的圆形开窗并且其展开口直径与底盖9的圆形开窗直径相同，半透明圆锥形光罩8的展开口边缘通过螺钉固定在外壳3的内壁上；环形镜面7围绕半透明圆锥形光罩8设置并通过螺钉固定在外壳3的内壁上；所述红外光源6设置在环形镜面7和半透明圆锥形光罩8的上方；所述相机5设置在红外光源6的上方，并且其镜头24穿过红外光源6中间的开口对准半透明圆锥形光罩8的收缩口。相机5的输出连接控制电路单元4，控制电路单元4通过通信接口 I与PC上位机连接；控制电路单元4连接红外光源6。所述相机5包括相机外壳20、图像处理单元21、图像传感器22、镜头24，在镜头24与图像传感器22之间设置有可见光截止透红外滤光片23 ;图像传感器22电连接图像处理单元21，图像处理单元21电连接控制电路单元4 ;可见光截止透红外滤光片23可以将号牌反光膜介质反射的可见光滤除。图像传感器22将采集到的红外反射光线进行成像并传给图像处理单元21，图像处理单元21处理并识别接收到的红外影像，并将识别结果发送至控制电路单元4，控制电路单元4通过通信接口 I将识别结果上传到PC上位机。所述红外光源6、图像传感器22、图像处理单元21、控制电路单元4、通信接口 I组成本装置的电路系统。电路原理框图参照图4。所述红外光源6为环型红外发光二极管阵列，其中间的圆形开口供镜头24穿过。所述通信接口 I为USB通信接口，安装在顶盖2上的一侧。所述外壳3为长方体型，如图3所示。本发明实施实例中的号牌反光膜二维条码识读方法，用于识读小型汽车、大型汽车等机动车号牌反光膜上的黑色二维条码，应用了上述号牌反光膜二维条码识读设备，具体包含如下步骤:
步骤1，PC上位机软件发送指令，请求号牌反光膜二维条码识读设备识读二维条码；步骤2，控制电路单元4接收到指令后，驱动红外光源6发射红外光；发射的红外光部分直接照射到半透明圆锥形光罩8，另外一部分红外光经环形镜面7反射后照射到半透明圆锥形光罩8，红外光经半透明圆锥形光罩8的漫射后变成圆锥形面光源，均匀照射到号牌反光膜上；
步骤3，红外光经号牌反光膜介质反射后进入相机镜头24，随后经可见光截止透红外滤光片23滤除无用的可见光，然后所需的红外光在图像传感器22成像；图像传感器22将红外影像转换为数字信号，通过数据接口传输给图像处理单元21 ；
步骤4，图像处理单元21对红外影像进行滤波、二值化处理，然后进行二维条码的定位、识别和解码；
步骤5，图像处理单元21将红外影像的识别结果发送至控制电路单元4，控制电路单元4通过通信接口 I将识别结果上传到PC上位机。从以上的号牌反光膜二维条码识读设备的构造和应用该识读设备进行二维条码识读的方法可以看出，本发明具有以下优点:
(I)使用红外光作为照明光源，有效消除彩色背景干扰。由于二维条码码元为黑色，吸收红外线，而蓝色、黄色、白色的反光膜背景反射红外线，且反射率相近，在红外环境下其背景均变为白色，因此，使用红外线照明，可有效消除反光膜的彩色背景干扰。(2)红外光直接或经过环形镜面7反射后透过半透明圆锥形光罩8，光源变为圆锥形面光源，从而使号牌反光膜介质得到均匀柔和的照明，避免反光膜上出现高亮反射光斑，影响条码识读。(3)使用可见光截止透红外滤光片23将可见光滤除，避免可见光进入图像传感器22形成背景干扰，提高成像质量。
权利要求
1.一种号牌反光膜二维条码识读设备，包括外壳(3)、顶盖(2)、底盖(9)，其特征在于:还包括通信接口(I)、设置在外壳(3)内部的控制电路单元(4)、相机(5)、红外光源￠)、环形镜面(7)、半透明圆锥形光罩(8)； 所述底盖(9)开有圆形开窗，半透明圆锥形光罩(8)安装在外壳(3)内部靠近底盖(9)的一侧，其展开口面向底盖(9)的圆形开窗并且其展开口直径与底盖(9)的圆形开窗直径相同，半透明圆锥形光罩(8)的展开口边缘固定在外壳(3)的内壁上；环形镜面(7)围绕半透明圆锥形光罩(8)设置并固定在外壳(3)的内壁上；所述红外光源(6)设置在环形镜面(7)和半透明圆锥形光罩(8)的上方；所述相机(5)设置在红外光源￠)的上方，并且其镜头(24)穿过红外光源(6)中间的开口对准半透明圆锥形光罩(8)的收缩口 ； 相机(5)的输出连接控制电路单元(4)，控制电路单元(4)通过通信接口(I)与PC上位机连接；控制电路单元(4)连接红外光源(6)。
2.如权利要求1所述的号牌反光膜二维条码识读设备，其特征在于:所述相机(5)包括相机外壳(20)、图像处理单元(21)、图像传感器(22)、镜头(24)，在镜头(24)与图像传感器(22)之间设置有可见光截止透红外滤光片(23);图像传感器(22)电连接图像处理单元(21)，图像处理单元(21)电连接控制电路单元⑷； 图像传感器(22)将采集到的红外反射光线进行成像并传给图像处理单元(21)，图像处理单元(21)处理并识别接收到的红外影像，并将识别结果发送至控制电路单元(4)，控制电路单元(4)通过通信接口(I)将识别结果上传到PC上位机。
3.如权利要求1或2所述的号牌反光膜二维条码识读设备，其特征在于:所述红外光源(6)为环型红外发光二极管阵列，其中间的圆形开口供镜头(24)穿过。
4.如权利要求1或2所述的号牌反光膜二维条码识读设备，其特征在于:所述通信接口⑴为USB通信接口，安 装在顶盖⑵上的一侧。
5.如权利要求1或2所述的号牌反光膜二维条码识读设备，其特征在于:所述外壳(3)为长方体型。
6.一种号牌反光膜二维条码识读方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，PC上位机软件发送指令，请求号牌反光膜二维条码识读设备识读二维条码； 步骤2，控制电路单元(4)接收到指令后，驱动红外光源(6)发射红外光；发射的红外光部分直接照射到半透明圆锥形光罩(8)，另外一部分红外光经环形镜面(7)反射后照射到半透明圆锥形光罩(8)，红外光经半透明圆锥形光罩(8)的漫射后变成圆锥形面光源，均匀照射到号牌反光膜上； 步骤3，红外光经号牌反光膜介质反射后进入相机镜头(24)，随后经可见光截止透红外滤光片(23)滤除可见光，然后所需的红外光在图像传感器(22)成像；图像传感器(22)将红外影像转换为数字信号，通过数据接口传输给图像处理单元(21)； 步骤4，图像处理单元(21)对红外影像进行滤波、二值化处理，然后进行二维条码的定位、识别和解码； 步骤5，图像处理单元(21)将红外影像的识别结果发送至控制电路单元(4)，控制电路单元(4)通过通信接口(I)将识别结果上传到PC上位机。
全文摘要
本发明提供一种号牌反光膜二维条码识读设备，包括外壳、顶盖、底盖，还包括通信接口、设置在外壳内部的控制电路单元、相机、红外光源、环形镜面、半透明圆锥形光罩；所述底盖开有圆形开窗，半透明圆锥形光罩安装在外壳内部靠近底盖的一侧，其展开口面向底盖的圆形开窗并且其展开口直径与底盖的圆形开窗直径相同，半透明圆锥形光罩的展开口边缘固定在外壳的内壁上；环形镜面围绕半透明圆锥形光罩设置并固定在外壳的内壁上；所述红外光源设置在环形镜面和半透明圆锥形光罩的上方；所述相机设置在红外光源的上方，并且其镜头穿过红外光源中间的开口对准半透明圆锥形光罩的收缩口。本发明用于车辆号牌防光膜上的二维条码的识读。
文档编号G03B17/12GK103150538SQ20131007577
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者黄金, 李小武, 虞力英, 蔡岗 申请人:公安部交通管理科学研究所