专利名称：简单工况背景下的Data Matrix二维条码快速识别方法
技术领域：
本发明涉及ー种ニ维条码快速识别方法，尤其是ー种简单エ况背景下的DataMatrix ニ维条码快速识别方法，具体地说是在简单エ况背景下通过エ业相机对含DataMatrix ニ维条码物品进行图片拍摄并在图片中快速定位条码位置并识别出条码内容的方法，属于Data Matrix ニ维条码识别的技术领域。
背景技术：
随着条码应用的加深，条码识别的设备也向小型化、安全可靠、多功能、经济适用、远距离、软硬件并举发展，出现了很多新型的设备。目前条码采集終端朝着集成多种通讯技术与网络技术一体化设备、便携性以及多功能综合的方向发展；条码的生成设备朝着小批量和专用性发展。具体表现有基于CDMA、GPRS的条码通讯识别条码和集数据采集、处理、交互、显示、认证等多功能一体的手机识读条码。国外的很多公司，已经很好地将条码技术 与机器视觉有机的结合起来，应用到エ业生产流水线的测量上，在欧美及日韩等国机器视觉的使用普及率已经相当高。2007年全球机器视觉市场总量约为90亿美元，并且以毎年10. 9%左右的速度迅速增长，到2012年将超过150亿美元。机器视觉技术发展最成熟而且使用量最大的地区主要集中在欧美和日本，知名厂商有PPTVision、Siemens、NI、Banner、しognex在实际的应用中，机器视觉一般很少作为ー个単独的系统，而是作为ー个自动化系统的一部分出现，在与数据采集、运动控制、逻辑控制和通讯网络相配合来实现其独特的优势。目前，条码技术已经应用到我国很多的领域，有上千家企业与科研院从事条码方面研究、应用工作。其中，中国物品编码中心发明了汉信码，深圳矽感公司发明了 GM码和CM码，这些自主知识产权的ニ维条码的研究已经打破国外科技公司在ニ维条码生成技术上的商业垄断。虽然国内在条码的生成与条码的识读算法方面取得了很大的进步，ー些公司结合国外公司先进的产品以及识读技术进行二次开发与应用，还自主研发了具有知识产权的识读设备，但是和发达国家相比，仍有很大的差距，国际上应用较多的ニ维条码的核心识读技术仍然掌握在国外的科技企业手中。陈媛媛等人提出利用投影图来对条码区域进行定位、提取。先对图像进行边缘检测，再对已经经过边缘处理的图像进行水平方向和垂直方向的投影，根据投影图中水平方向和垂直方向投影值比较大的区域来联合起来确定条码的大体位置，最后将条码区域提取出来。这种方法是假设条码区域的边缘非常密集和复杂，与此同时，其他的区域边缘点比较简单而且灰度比较平坦。这种方法对背景简单、条码区域周围无太多干扰图案的图像比较适用，但对复杂背景的图像，则效果会大大降低。目前ー些方法均将图像进行分块，对每块计算所有点的梯度值来获取图像边缘，通过各个边缘点的方向以及数量等来判断是否为可能的条码区域，再对可能区域进行连通合并等处理来提取条码的区域。此方法是利用条码本身的纹理特征来去除条码伪区域。不过此方法对设定块的大小很关键，当块设置太大时，得到的区域会很大，而且包含一部分条码四周的物体，比较难进行潜在区域的选择；当块设置太小时，很难体现出条码的纹理特征。吴佳鹏等提出基于Gabor滤波和BP神经网络的Data Matrix ニ维条码区域提取方法，其利用BP神经网络安装经Gabor滤波得到的图像纹理特征对像素进行分类，从而提取出条码区域。当背景比较复杂时，这种方法会将图像中灰度与条码区域相似的区域一同提取出来，形成大量伪区域，产生较高的虚警率。不过采用神经网络需要很多的训练样本，而且运行时间比较长，不太适合一般的日常的识别需要。ニ维条码技术是ー种全新的信息存储与传递技术，一直受到国际社会的重点关注。因其能提高信息的采集效率以及数据的处理速度而被广泛应用于信息化产业中。目前，ニ维条码几乎是在国外已经比较成熟，而国内仍处于研究阶段。尽管在条码的生成与识读技术方面取得了不小的进步，但与国外的条码技术水平仍存在较大的差距。制约我国发展ニ维条码技术主要有三方面原因(I)、自主研发的ニ维条码虽然打破了国外公司在ニ维条码生成技术上的商业垄断，但是自主研发的ニ维条码应用范围很小，不被国际标准所接受。目前国际上通用的ニ维条码仍都是具有国际标准的ニ维条码。(2)、对目前常用的ニ维条码识读核心技术并未完全掌握。识别算法的研究不是很透彻，很多是购买国外公司的识读软件开发包，未形成具有自主知识产权的识读算法。(3)、ニ维条码的识读设备比较昂贵。虽然国内一些企业也设计与生成ニ维条码的识读设备，但是其产品大多是基于美国Sybol公司产品的二次开发，价格也相对较高；自主研发的识读设备在识读效果上又很难达到满意的效果。因此，研究ニ维条码的识读技术、开发成本低的识读设备对推动ニ维条码技术在我国的发展、推进我国信息化的进程都有着非常重要的现实意义与长远意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供ー种简单エ况背景下的DataMatrix ニ维条码快速识别方法，其方法简单，计算量少，提高识别效率及识别精度，快速方便，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，ー种简单エ况背景下的Data Matrix ニ维条码快速识别方法，所述Data Matrix ニ维条码快速识别方法包括如下步骤a、采集包含有Data Matrix的灰度图像，并以所述灰度图像左上角为原点建立坐标系；利用Roberts边缘检测算子对所述灰度图像进行边缘检测，且利用最大类间方差法(OTSU)对已进行边缘检测后的灰度图像进行ニ值化；b、对上述得到的图像采用递归标记法进行区域标记；C、根据Data Matrix条码外部轮廓为矩形，并利用区域面积对上述标区域标记后的图像进行初步筛选，去除干扰区域后，初步获得包含Data Matrix条码区域的图像； d、根据Data Matrix条码定位图像为“L”型直线，按照形状因子以及球状性进行二次筛选，筛选获得Data Matrix条码区域的图像；e、对上述二次筛选获得Data Matrix条码区域的图像进行条码边界标记，并对获得的标记函数曲线进行求导，得到相应的导数曲线；根据导数曲线确定Data Matrix条码区域所需的旋转角度，以能根据旋转角度将Data Matrix条码区域旋转到水平正方位置。对上述旋转到水平正方位置的Data Matrix条码区域采用网格法进行数据提取。所述步骤a包括如下步骤al、采用Roberts边缘检测算子进行边缘检测吋，Roberts边缘检测算子的两个卷积核分别为
权利要求
1.一种简单工况背景下的Data Matrix 二维条码快速识别方法,其特征是,所述DataMatrix 二维条码快速识别方法包括如下步骤 (a)、采集包含有DataMatrix的灰度图像，并以所述灰度图像左上角为原点建立坐标系；利用Roberts边缘检测算子对所述灰度图像进行边缘检测，且利用最大类间方差法(OTSU)对已进行边缘检测后的灰度图像进行二值化； (b)、对上述得到的图像采用递归标记法进行区域标记； (C)、根据Data Matrix条码外部轮廓为矩形，并利用区域面积对上述标区域标记后的图像进行初步筛选，去除干扰区域后，初步获得包含Data Matrix条码区域的图像； (d)、根据DataMatrix条码定位图像为“L”型直线，按照形状因子以及球状性进行二次筛选，筛选获得Data Matrix条码区域的图像； (e)、对上述二次筛选获得DataMatrix条码区域的图像进行条码边界标记，并对获得的标记函数曲线进行求导，得到相应的导数曲线；根据导数曲线确定Data Matrix条码区域所需的旋转角度，以能根据旋转角度将Data Matrix条码区域旋转到水平正方位置。
2.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是对上述旋转到水平正方位置的Data Matrix条码区域采用网格法进行数据提取。
3.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是，所述步骤(a)包括如下步骤 (al)、采用Roberts边缘检测算子进行边缘检测时，Roberts边缘检测算子的两个卷积核分别为€ = JJ ;采用I范数梯度衡量幅值μ = Gx+~Gy-, (a2)、对上述边缘检测后的图像采用最大类间方差法阈值分割，剔除部分梯度较小的边缘点，以删除背景信息，保留前景目标信息。
4.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是，所述步骤(b)包括如下步骤 (bl)、对二值化后的图像从上往下、从左到右逐行逐列进行扫描，若在扫描时寻找到没有被标记过的点H,则给所述点H分配一个新的标记； (b2)、若点H的邻域有目标像素则递归分频同一标记； (b3)、将相互连接的像素全部进行标记，每个连通的区域采用同一的标记号，不同的连通区域采用不同的标记号； (b4)、重复上述(bl) (b3)的步骤，对图像中将未标记的目标点进行提前并对未标记目标点对应领域的目标点按照递归分配同一的标记号，直至图像中所有的目标点已经全部标记或寻找不到未标记的目标点。
5.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是所述步骤(c)中，计算步骤(b)中标记区域的相应面积，并将计算得到面积小于80个像素的区域筛除，初步获得包含Data Matrix条码区域的图像。
6.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是，所述步骤(d)包括如下步骤 (dl)、对初步获得包含Data Matrix条码区域的图像计算形状参数F，以获得若干类似于矩形的区域；(d2)、筛选形状参数F在[4/ π，7. 2/ π ]的区域，并在筛选后的区域中计算球状性参数S ； (d3)、筛选球状性参数S在[2/VT^,V^72]的区域，以获得Data Matrix条码区域的图像。
7.根据权利要求6所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是所述形状参数FSF= Il B Il 2/ (4 π A)，B为对应标记区域的周长，A为对应标记区 J-I K-I域的面积；面积六为3 = [[/&，>0 4(1，7)为对应标记区域内(x，y)的像素值，J为标记 x=0 ^=O区域水平方向的大小，K为标记区域垂直方向的大小；球状性参数SSS = T1Zrc, T1, rc分别表示标记区域对应内切圆、外接圆的半径；所述内切圆与外接圆的圆心均位于标记区域的重心上。
8.根据权利要求I所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是，所述步骤(e)包括如下步骤 (el)、采用距离为角度的函数对区域边界进行标记，标记函数为λ = Wsec Θ ;其中，W表示重心到水平虚线边的距离或者是重心到水平实线边的距离，Θ表示条码实线边上的点与重心间连接后的直线与水平方向的夹角，λ表示条码实线边上的点到重心的欧式距离；(e2)、对所述区域边界标记函数求导后，寻找导数函数为O的点，并判断导数函数为O点是否为连续点，以获得Data Matrix条码中两条实线边的角度，并根据两条实线边的角度得到Data Matrix条码区域需要旋转的角度。
9.根据权利要求8所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是，还包括步骤(e3)、沿着Data Matrix条码的实线边进行圆搜索，以得到DataMatr iX条码实线的端点，并根据Data Matr iX条码虚线边的交点，对Data Matr iX条码准确定位。
10.根据权利要求I或4所述的简单工况背景下的DataMatrix 二维条码快速识别方法，其特征是采用8邻域的递归标记法进行区域标记。
全文摘要
本发明提出一种简单工况背景下的Data Matrix二维条码快速识别方法；满足工业现场对条码实用性的要求，跳出传统方法中对Data Matrix定位图形的检测，将条码2-D的“L”形边界用1-D的距离为角度的函数来表达，避免了直线检测的相关问题；根据Data Matrix条码边界特性在边界函数中求取出边界的直线方程以及旋转的角度，避免传统方法中的计算量大以及时间的复杂性问题；并用圆搜索的方法减弱断裂直线对条码边界定位的影响，解决条码定位不准确和不完整的问题；联立虚线边直线方程来确定虚线边的交点，达到对条码区域准确定位的目的。跳出了传统的条码定位思路，仅仅根据边界的标记曲线来对条码进行准确定位，不仅计算量小，还提高了Data Matrix的识别效率。
文档编号G06K7/10GK102663337SQ201210069350
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者姚林昌, 白瑞林 申请人:江南大学