一种商品条码图像采集装置的制作方法

本实用新型属于商品条码质量检测技术领域，具体涉及一种商品条码图像采集装置。

背景技术：

随着商品经济的飞速发展，商品条码的作用日益重要。为保证商品条码的正确使用，我国于2008年颁布了《商品条码零售商品编码与条码表示》(GB 12904-2008)，规范了商品条码的设计和使用；同时颁布了《商品条码条码符号印制质量的检测》(GB/T 18348-2008)，制定了商品条码印制质量的检验标准和检测方法，由国内各级条码检验机构进行检验和管理。

目前，国内条码检验机构进行商品条码印制质量检测时，主要采用专用条码检测仪器结合人工检测相结合的方式。目前常用的条码检测仪器，主要是采用激光扫描机制，过对待测条码照射红光(670nm±10nm)，通过检测条码符号的反射率来测定部分检测项数据。这类检测仪器存在检测样品范围受限，如无法检测硬质包装，并且其余检测项需要借助人工操作或其它方法完成，检测环节多，操作复杂，检测速度慢，检测效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种商品条码图像采集装置，解决了现有技术中存在的商品条码检测速度慢、检测环节多的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种商品条码图像采集装置，包括箱体，箱体内设置有样本夹具；样本夹具上表面设有采集窗口；采集窗口正上方设置有相机；样本夹具上方设置有光源；相机及光源固接于箱体的顶壁；相机与计算机连接；光源与控制器连接，控制器与电源连接。

本实用新型的特点还在于：

样本夹具包括基座；基座的四个边角处均设置有弹簧；还包括盖板；盖板固接于四个弹簧的顶端；还包括定位夹；定位夹为竖直固接于基座上表面两侧的方形框；两个方形框顶部均穿出盖板，且分别位于采集窗口两侧。

采集窗口位于箱体上表面中央。

光源为条形光源。

光源有两个，且分别位于相机两侧。

两个光源相互平行，且与箱体顶壁的夹角为45°。

相机为工业相机。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型商品条码图像采集装置，通过采集图像完成检测，非接触式，对样本材质、颜色无特殊限定，大大扩大了可检测范围；且本装置结合本申请中的检测方法，可实现一体化检测，采集依次条码图像即可完成全部检测，检测速度快、效率高。

附图说明

图1是本实用新型商品条码图像采集装置的结构示意图；

图2是本实用新型商品条码图像采集装置中样本夹具的结构示意图；

图3是本实用新型商品条码图像采集装置中检测方法中倾斜校正后的条码图像；

图4是本实用新型商品条码图像采集装置中检测方法中条码区域图像；

图5是本实用新型商品条码图像采集装置中检测方法中字符区域图像；

图6是本实用新型商品条码图像采集装置中检测方法中条码区域图像的水平投影图像；

图7是本实用新型商品条码图像采集装置中检测方法中条码区域图像的垂直投影图像。

图中，1.箱体，2.样本夹具，3.相机，4.光源，5.控制器，6.基座，7.弹簧，8.盖板，9.定位夹，10.采集窗口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型商品条码图像采集装置，包括箱体1，箱体1内设置有样本夹具2；样本夹具2上表面中央设有采集窗口10；采集窗口10正上方设置有工业相机3；相机3固接于箱体1的顶壁；相机3两侧均设置有条形光源4，这两个光源4相互平行，且与箱体1顶壁的夹角为45°；相机3与计算机连接；光源4与控制器5连接，控制器5与电源连接。

如图2所示，样本夹具2包括基座6；基座6的四个边角处均设置有弹簧7；还包括盖板8；盖板8固接于四个弹簧7的顶端；还包括定位夹9；定位夹9为竖直固接于基座6上表面两侧的方形框；两个方形框顶部均穿出盖板8，且分别位于采集窗口10两侧。

本实用新型商品条码图像采集装置的工作过程为：

将盖板8向下按压，将待测条码夹于两个定位夹9之间，松开盖板8，启动相机3进行图像采集；并保持待测商品条码区域端正且表面平整；然后进行计算分析；计算分析过程如下：

步骤1：系统标定，获取商品条码图像中像素值与商品条码实际物理尺寸的比例关系；

步骤1.1：制作标靶图像并标定；制作方形标靶图像，标靶图像由等大的黑白相间的方块组成；测量标靶图像中各黑色方块的边长，记为Mx(i,j)和My(i,j)；Mx(i,j)表示第i行第j个黑色方块的水平边长，My(i,j)表示i行第j个黑色方块的垂直边长，其数值单位为mm；

步骤1.2：采集标靶图像并标定；将步骤2.1中制作的标靶图像平铺于条码图像采集装置的采集窗口进行标靶图像采集；图像采集时，保持标靶图像端正且表面平整；运用Harris检测算法提取角点，得到各黑色方块的边长，记为Nx(i,j)和Ny(i,j)；Nx(i,j)表示第i行第j个黑色方块的水平边长，Ny(i,j)表示i行第j个黑色方块的垂直边长，其数值单位为像素；

步骤1.3：标定标靶图像实际物理尺寸与标靶图像中像素值之间的比例关系；计算公式如下：

式中，H表示水平方向黑块的个数；W表示垂直方向黑块的个数；Dx表示水平方向标靶图像中像素值与标靶图像实际物理尺寸之间的比例关系；Dy表示垂直方向标靶图像中像素值与标靶图像实际物理尺寸之间的比例关系；数值单位为mm/像素；该比例关系即为商品条码图像中像素值与商品条码实际物理尺寸的比例关系。

步骤2：将商品条码图像中的条码区域图像、字符区域图像分割出来；

步骤2.1：对待测图像采用大律法(Otsu)进行二值化处理；

步骤2.2：对步骤2.1处理后的条码图像进行边缘检测及梯度差计算；采用Sobel算子分别进行水平方向卷积运算和垂直方向卷积运算；

Gx(i,j)＝[f(i+1,j-1)+2f(i+1,j)+f(i+1,j+1)]-[f(i-1,j-1)+2f(i-1,j)+f(i-1,j+1)]

Gy(i,j)＝[f(i-1,j-1)+2f(i,j-1)+f(i+1,j-1)]-[f(i-1,j+1)+2f(i,j+1)+f(i+1,j+1)]

式中，f(i,j)表示原图像；Gx(i,j)表示水平方向的梯度值；Gy(i,j)表示垂直方向的梯度值；

二者之差即为梯度差，公式如下：

G(i,j)＝Gx(i,j)-Gy(i,j)

步骤2.3：对步骤2.2处理后的图像进行形态学处理；采用3列2行的矩形结构元素依次进行一次闭运算、两次腐蚀运算和九次膨胀运算，得到类矩形区域；

步骤2.4：对步骤2.3处理后的类矩形区域进行轮廓提取；通过轮廓跟踪，得到最小外界矩形；进行裁切，得到条码图像；

步骤2.5：对步骤2.4得到的条码图像进行倾斜校正；先运用Canny算子进行边缘检测；再通过Hough直线检测，得到条码边缘直线族；再测条码图像的倾斜角度；最后通过仿射变换和双线性内插算法进行旋转校正，得到端正的条码图像(如图3所示)；

步骤2.6：对步骤2.5得到的条码图像进行区域分割；对条码图像依次进行二值化、Canny边缘提取；对边缘图像做垂直投影，确定出条码区域图像的左右边界；对边缘图像做水平投影，确定出条码区域图像的上下边界；从条码图像中分割出条码区域图像(如图4所示)及字符区域图像(如图5所示)。

步骤3：分析条码区域图像，计算出相关检测项数据；

计算条码区域图像的结构尺寸参数及光学特性参数；

(1)结构尺寸参数的计算：对条码区域图像分别做水平投影(如图6所示)和垂直投影(如图7所示)，从水平投影图像中间位置向上扫描，得到上边界点Pa；向下扫描，得到下边界点Pb；从垂直投影图像中间位置向左扫描，得到左边界点P1，继续向左扫描，经过空白区，直至测得左侧空白区临界点P3；同理，从垂直投影图像的中间位置向右扫描，得到右边界点P2；继续向右扫描，经过空白区，直至测得右侧空白区临界点P4；

则实际待测商品条码的结构尺寸参数计算如下：

条宽：W＝(P2-P1)*Dx

Z尺寸：Z＝((P2-P1)/95)*Dx

左空白区宽度：WBL＝(P1-P3)*Dx

右空白区宽度：WBR＝(P4-P2)*Dx

条高：H＝(Pb-Pa)*Dy

(2)光学特性参数的计算：对条码区域图像高度在Pa与Pb之间的10％-90％区域内，在水平方向上均匀选取10条扫描线，对每条扫描线进行如下分析计算；

找出扫描线中反射率最低和最高的点；最小反射率记为Rmin；最高反射率记为Rmax；则阈值GT为：

GT＝(Rmax+Rmin)/2

以GT为阈值对该扫描线的反射率进行逐点比对，大于GT的点属于空区域，即空单元；小于GT的点属于条区域，即条单元；条单元反射率记为Rb；空单元反射率记为Rs；则该扫描线的反射率R为：

R＝(Rb+Rs)/2

取反射率为R的点的横坐标为相邻单元的边界；

对所有边界点找出其两侧Rb和Rs；则最小边缘反差ECmin为：

ECmin＝Rs-Rb

符号反差SC为：

SC＝Rmax-Rmin

调制比MOD为：

MOD＝ECmin/SC

单个单元内，最高反射率与最低反射率之差记为ERN；找出所有单元中的最大ERN，记为ERNmax；则缺陷度DEF为：

DEF＝ERNmax/SC

可译码度Vc为：

式中，ei表示条码区域图像中相邻两条单元相应的左或右边缘之间的距离，其中，中间分隔符i＝1,2,3,4，其余i＝1,2；

RTj为参考阈值，其中，j＝2,3,4，

P为字符宽度；

(3)获取参考译码：根据编码原理，采用相似边距离法对条码区域图像进行译码，记下译码数据。

步骤4：分析字符区域图像，计算出相关检测项数据；

针对字符区域图像，计算字符高度、字符数据；

(1)字符高度：对字符区域图像做水平投影，测其上、下边界点，两点间距离即为字符高度；

(2)字符数据：制作0-9十个数字固定大小的标靶图像，作为标准模板；对字符区域图像做垂直投影，依次分割出各字符；剔除分隔符，进行归一化处理；将各字符与标准模板进行逐一对比，完成字符识别；

将字符识别结果与译码数据进行比较，进行一致性检测；若二者一致，则结果为“译码正确”；若不一致，则结果为“译码错误”；若无法译码，则结果为“不能译码”。

步骤5：根据《商品条码条码符号印制质量的检验》对各检测项数据进行分析计算，形成检验结论；

根据《商品条码条码符号印制质量的检验》(GB/T 18348-2008)的标准对各检测项数据进行分析，计算等级，或进行单项判定，形成检验结论；根据需要，可完成检测报告的输出、打印；还可将检测数据、检测结论存入文档，以备数据存储或传输。

本实用新型商品条码图像采集装置的优点为：本装置通过采集图像完成检测，非接触式，对样本材质、颜色无特殊限定，大大扩大了可检测范围；且本装置结合本申请中的检测方法，可实现一体化检测，采集依次条码图像即可完成全部检测，检测速度快、效率高。