一种条码图像识别方法、系统及装置与流程

本发明涉及移动支付领域，特别涉及一种二维码、条形码等条码图像识别方法，本发明还提供了应用这种图像识别方法的系统，以及提供了在扫码支付下采用这种方法、系统的装置。

背景技术：

随着移动互联网技术和电子商务的兴起，扫码支付技术在移动支付领域得到了普及应用。为了提高扫码支付成功率，条码图像识别的准确性和快捷性是需要考虑的问题。现有技术采用的是内置感光元件传感器(主要感光元件如cmos或ccd传感器)采集系统，如cn201510652810.x。采集系统采用自动曝光模式进行图像采集，当处于较暗环境时，感光元件会自动增加曝光时间从而提高亮度。当处于较亮环境时，感光元件会自动减少曝光时间，避免过度曝光。

但现有的数字图像采集方法并不完全适应扫码支付的情形。经过发明人研究发现，扫码支付时还需要考虑如下问题：1、扫码支付时，二维码被形成于移动通信终端(如智能手机)的屏幕上，并被手握持着对准扫码装置。现有图像采集方法的曝光时间是由环境亮度决定的，环境亮度较低时曝光时间会被自动增加，而目标处于运动状态时，过长的曝光时间无法清晰捕捉运动目标。因此很多扫码支付失败的原因是计算曝光时间时仅考虑亮度，而没有考虑扫码目标的运动情况导致的。2、在实际应用中，二维码往往由移动终端屏幕显示，即使环境亮度不够的情况下，通过屏幕自带光源，在较少的曝光时间下也能够采集到理想的条码数字图像。

技术实现要素：

本发明弥补现有识别方法中采用自动曝光技术的不足，提供一种针对移动支付场合，特别是被扫码目标存在移动的情形下，也能保持较高识别成功率的条码图像识别方法。

这种条码图像识别方法由如下技术特征所形成：

获取至少两帧连续的条码图像信息；

提取所述两帧图像的特征向量；

根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；

当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光时间。

由于条码识别系统配置有限，因此如何设置算法以高效计算出曝光时间尤为重要。本发明同时还提供了上述方法的优选步骤：

其中，提取图像特征向量时，可将图像划分为多个图像块(如64*64的图像块)，计算每个图像块的灰度均值得到数组a，归一化处理后得到数组b，所述的数组b作为图像的特征向量。

然后，通过如下公式计算技术区别度值d

优选的，经过多组实验数据，在大多数的移动支付场景下，曝光时间范围为1ms-30ms可以满足目标识别准确的要求。

优选的，还根据区别度值匹配需要配置的曝光增益，所述区别度值与曝光增益值成正相关。

优选的，所述识别方法处于不断循环中，直至识别成功，或者到达识别终止条件。识别终止条件可以设定为当识别时间超过预定值，但没有识别成功的，判断到达终止条件。

本发明另一个目的在于提供应用上述方法的系统。

该系统包括：

图像获取模块，用于获取至少两帧连续的条码图像信息；

特征向量提取模块，用于提取所述两帧图像的特征向量；

区别度值计算模块，用于根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；

曝光时间计算模块，用于计算曝光时间，当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光时间。还包括曝光增益计算模块，当所述区别度值大于预定阈值时，还根据区别度值匹配需要配置的曝光增益，所述区别度值与曝光增益值成正相关。

本发明还提供了应用于上述方法和系统的装置，包括：

摄像头模块，用于拍摄条码图像信息；

中央处理单元，适用于实现各指令；

存储设备，适于存储多条指令，所述指令适用于由中央处理单元加载并执行：获取至少两帧连续的条码图像信息；提取所述两帧图像的特征向量；根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光时间；所述的摄像头模块按照计算的曝光时间被配置。

优选的方案中，该终端用于识别的条码图像被形成于具有自带光源的终端屏幕上，该装置计算获得的曝光时间范围为1ms-30ms。

优选的方案中，当所述区别度值大于预定阈值时，还根据区别度值计算需要配置的曝光增益，该区别度值与曝光增益成正相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光增益；所述的摄像头模块按照计算的曝光增益被配置。

本申请的有益效果在于：

基于扫码支付应用场景的特殊性，对配置曝光时间选择了一种更优化的方案。首先，通过提取并计算连续两帧图像的特征向量差值，判断两帧图像的区别幅度。当区别程度大于预定阈值时，认为识别目标处于较大的变化状态下，此时配置的曝光时间更小，避免无法获得更清晰的图像。在目前实际的应用场景中，被扫的运动目标往往是手机上的二维码，由于手机屏幕自带光源，即使较少的曝光时间也能采集到理想的二维码数字图像进行识别。但是，又不能无限的减少曝光时间，因为曝光时间减少后，传感器工作必须工作在高频状态下，单位时间里也必须采集更多的图片，增加了中央处理单元的工作负荷。因此，当区别程度小于或等于预定阈值时，即认为识别目标处于较小的变化状态，还是以图像亮度因素作为配置曝光时间的参数。本方法在扫码支付的应用场景下，具有识别成功率高和效率高的优点。

此外，由于该方法主要应用于移动支付领域，因此系统的配置是有限的，与可采用高配置的电脑主机不同。在提取特征向量和计算区别度上采用了独特的计算方法。以划分图像块和灰度计算的方法实现特征向量的提取和区别度计算。方法兼顾了系统效率和二维码识别度的问题。

为了进一步提高识别度，本方法还采用了通过区别度配置曝光增益的方法。由于本方法的曝光时间与区别度为反比例，意味着如果目标物体变化大，曝光时间少，进入的光线也少，尽管能够识别大部分二维码图像，但本方法同时提出可以适当增加曝光增益(即增加感光器材的光敏感度)以提高识别率的问题。应该说，在扫码支付的应用场景下，通过增加曝光增益，而不是优选增加曝光时间，往往更能够提高识别率。

附图说明

图1为本发明条码图像采集方法的流程图；

图2为本发明功能框图；

具体实施方式

以下将结合附图1-2对本发明的实施例进行说明。

本发明提供一种条码图像识别装置，包括摄像头模块和中央处理单元；摄像头模块包括镜头、感光元件cmos；中央处理单元用于处理提取的图像信息并计算摄像头模块的曝光时间，摄像头模块按照计算的曝光时间被配置。

条码信息被形成于移动终端，如智能手机或智能平板电脑。图像识别装置识别条码信息后，将识别信息加密，并通过手机基站或者通过路由器发送至结算服务器。结算服务器结算后，将反馈信息通过手机基站或路由器反馈回，最终完成移动支付的整个过程。

因此，如何清晰、高效的识别移动终端上的二维码是本发明的改进重点。

参阅图1，作为一种条码图像识别方法，包括：

获取至少两帧连续的条码图像信息；可以根据具体的应用场合调整获取的图像格式，一般情况下为灰度图像；

提取所述两帧图像的特征向量；

根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；

通过该区别度值，采用不同的策略配置曝光时间，以达到获取清晰图像的目的。

如果所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关。如果区别度值大于预定阈值，认为当前条码运动幅度大，因此不能以图像亮度计算曝光时间，而以区别度值作为计算依据。当区别度值大时，说明条码运动的幅度大，应该减少曝光时间，以确保图像的清晰度。

如果所述区别度值小于或等于预定阈值时，则认为条码的运动幅度不大，在可以正确识别的范围内，此时不以区别度值作为曝光时间配置的计算因素，而以图像亮度计算需要配置的曝光时间。

在大多数的移动支付场景下，曝光时间范围为1ms-30ms就可以满足目标识别准确性的要求。

作为一种优选实施例，为了高效计算出曝光时间，采用如下方法提取图像特征向量和计算区别度值。

将图像划分为多个图像块(如64*64的图像块)，计算每个图像块的灰度均值得到数组a，归一化处理后得到数组b，所述的数组b作为图像的特征向量。

提取连续两帧图像的特征向量b1和b2，计算b1与b2之间的相似度d，区别度值d计算公式如下，

作为一种优选实施例，当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值还可以计算需要配置的曝光增益。增加曝光增益可以增加感光器件对光的灵敏度。高感光度对低光照灵敏，同时对噪杂信号也灵敏，但可以利用图片软件降噪功能减轻或去除噪杂信号。

在具体实施例中，曝光增益值由一组可选的数值构成，这些可选的数值是由不同的感光元件cmos芯片生产厂家出厂时提供。由于不同的厂家的增益值数量和数值有所区别，因此，区别度值与增益值的对应关系可以通过实验获得，改变cmos芯片这个对应关系表也会随之改变。区别度值与增益值的对应关系被存储到系统存储单元中，被中央处理单元根据需要调取。

作为一种优选的实施例，还提供一种自动学习算法以生成区别度值与增益值的对应关系。包括：读取不同cmos芯片内设置的增益值数量，形成相同数量的集合区域，不同的集合区域以不同的增益数值被赋值。在每遇到一个新的区别度值时，逐步按照各个集合区域的增益数值去配置摄像头模块，记录在这种增益数值配置下的二维码识别结果和识别时间。根据概率计算识别结果和识别时间最优的配合方案，并把这种方案自动记录到存储器中。等到下一次遇到该区别度值时，直接调用上次的增益数值。

一般情况下，通过实验数据匹配和自动学习算法计算获得区别度值与增益数值成正相关。

参阅图2，本发明还包括一种条码图像识别，包括：

图像获取模块，用于获取至少两帧连续的条码图像信息；

特征向量提取模块，用于提取所述两帧图像的特征向量；

区别度值计算模块，用于根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；

曝光时间计算模块，用于计算曝光时间，当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光时间。

本发明一种常见的应用终端是移动扫码终端，但并不意味着只适用于移动扫码终端。更多的可能的应用方式，比如：包括与有线或无线pos机集成的支付终端，大型的支付结算机器，具有扫描需求的银行atm机，以及各种需要通过扫描二维码、条形码或未来的可能信息条码，以进行数据联通(包括支付结算功能或其他功能)的装置。

但作为一种优选的实施方案，本发明提供一种图像识别装置，包括：

摄像头模块，用于拍摄条码图像信息。该摄像头模块包括常规的具有快门的镜头模块、感光元件cmos芯片以及电路模块等。

中央处理单元，适用于实现各指令；

存储设备，适于存储多条指令，所述指令适用于由中央处理单元加载并执行：

以上部件实现如下指令：获取至少两帧连续的条码图像信息；提取所述两帧图像的特征向量；根据提取的特征向量计算前后两帧图像的区别度值；当所述区别度值大于预定阈值时，根据区别度值计算需要配置的曝光时间，该区别度值与曝光时间成负相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光时间；所述的摄像头模块按照计算的曝光时间被配置。

常规使用环境下，该终端用于识别的条码图像被形成于具有自带光源的终端屏幕上，该装置计算获得的曝光时间范围为1ms-30ms。在绝大部分情况下，该曝光时间范围下满足了二维码识别的需求，特别是在二维码具有变化状态下，该终端仍能保证较大的识别成功率。

本发明的装置也采用如下方法实现曝光增益的配置：当所述区别度值大于预定阈值时，还根据区别度值计算需要配置的曝光增益，该区别度值与曝光增益成正相关；当所述区别度值小于或等于预定阈值时，根据图像亮度计算需要配置的曝光增益；所述的摄像头模块按照计算的曝光增益被配置。

需要进一步说明的是，由于本方法下优先采用曝光时间与区别度为反比例的设计构思，即意味着如果目标物体运动变化大，则曝光时间少，进入的光线也少，尽管能够识别大部分二维码图像，但本方法同时提出可以适当增加曝光增益(即增加感光器材的光敏感度)以提高识别率的问题。应该说，在扫码支付的应用场景下，通过增加曝光增益，而不是优选增加曝光时间，往往更能够提高识别率。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。