QR+Code二维条码的编码与图像处理技术的研究

所需积分/C币:10 2015-04-23 22:22:09 1.96MB PDF

1.提出的QR Codc二维条码编码技术的研究包括编码规则与纠错编码技术,完 成了OR码符号生成软件的设计,并在MATLAB的GUI平台上进行了仿真,为设计 能满足市场化要求的QR码生成软件和QR码译码技术打下了基础,对提高二维条码 的编码性能和使用性能具有重要意义; 2.提出了QR Codc二维条码图像预处理算法的研究,在研究OR码图像预处理 算法的过程中提出了一种新的条码二值化分割方法一阈值曲面拟合法,为二维条码 的准确识别打下了基础。
用,能够准确还原 OR Code二维条码符号。 4.在 OR Code二维条码的图像处理技术研究过程中,对各种传统算法的应用以 及对提出的新算法的验证都在 MATLAB中进行了仿真。通过这部分的研究,对确保 二维条码解码的正确性以及提高二维条码识别系统的识读辛和识读速度等重要指标 具有重要意义。 关键词:二维条码; QR Code;编码;图像预处理、QR码图像识别 ABSTRACT In order to satisfy the requirement of expressing more kinds of information in the limited geometry space, two-dimensional bar code was proposed in 1990s, which can make up the Baw of one dimension bar code that bave serious capacity limits about expressing information. Nowadays, widely used two-dimensional bar code has played an important role in various fields gradually. But the core technology of two-dimensional bar code is mostly mastered by the foreign companies who can uniquely manufacture key componeuts of two-dimensional bar code reader machine in the world, Only a few domestic companies have our national intellectual property rights of two-dimensional bar code, At present, there are quite a few kinds of two-dimensional bar codes and QR Code is one of them. QR Code has obtained widespread applications in the world because its merits sucb as quick redding speed, omnidirectional reading ability and specific data compression patten on expressing Chiness charters and Japaness characters. Because it is allowed to express Chiness character effectively, QR Code is specially welcomed in Chin Our country has already formulated the QR Code national standard( GB/T 18284-2000) In order to comply with the development of QR Code in our country and promote the design of encoding methods which will have national intellectual property rights, this paper has chosen the Q Code as researching object The purpose of this paper is to design the generator software of two-dimensional bar code by analyzing the symbol structure of QR Code and researching the encoding and error-correcting code of QR Code. The paper also has provided some algorithms for QR code image processing and QR code recognition This paper has mainly presented the investigation of encoding technology of Qr Code and image processing technology of QR Code. By the theory knowledge researching and sulation practicing, the researching work, researching results and its siginificance the paper has completed are as follows: 1. The investigation of encoding technology of QR Code presented by the paper including encoding rules and error-correcting code methods, and has completed the design of generator software of QR Code symbol, and has carried on the emulation of the desi on GUI platform of MATLAB. The research of this part in the paper has built a foundation of QR Code generator software design which will satisfy the market requirements, and results of the research will deeply enhance the capability of encoding and use of the two-dimensional bar 2. The investigation of bar code image preprocessing algorithms. During the researching process of OR Code preprocessing, we have proposed a new image binarization metho Threshold Curve Surface Fitting which has built the foundation of QR Code accurate recognition; 3. Based on the bar code image preprocessing, the QR Code recognition methods reaearch was carried on. In order to locate the QR Code symbol image correctly, we also have provided a Confidence Function Locating Method during the analyzing, and we can restore the distorted QR Code symbol by this locating method. 4. Both the traditional image processing algorithms which have mentioned in the paper and some new methods we aim to validate have emulated in the MATLAB. The research of QR Code image processing will ensure the correct decoding of two-dimensional bar code and it will also promote the reading rate of two-dimensional bar code recognition system significantly. Key word: Two-dimensional bar code; QR Code; Encoding; Image preprocessing; QR Code image recognition 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者签名洲娜 日期:2ep)年b月2日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即 技照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以允许采用影印、缩印、数字化或其它复制手 段保存学位论文;在不以赢利为目的的前提下,学校可以公开学位论文的部分或全部内容。 保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名: 刘书娜 日期:2007.6.2 指导教师签名: 个详 日期 第一章绪论 第一章绪论 11二维条码筒介 111条码的产生与发展 条码是一种可印刷的机器语言,它用二进制的概念,以“0和“1”表示编码的特 定组合单元,以规则排列的图形符号来表示数据。条码最早出现在40年代,但得到 实际应用和发展还是在70年代左右。现在世界上的各个国家和地区都己普遍使用条 码技术,而且它正在快速的向世界各地推广,其应用领域越来越广泛,并逐步渗透到 许多技术领域。辨识时,使用条码阅读机扫描,得到一组反射光信号,此信号经光电 转换后变为一组与线条、空白相对应的电子讯号,经解码后还原为相应的数字,再传 入电脑经由数据库查询相关信息。目前条码辨识技术已比较完善,是一种可靠性高、 输入快速、准确性高、成本低、应用面广的资料自动收集技术 然而一维条码虽然提高了资料收集与资料处理的速度,但由于受到资料容量的限 制,如EAN-13码仅能容纳13位阿拉伯数字,所以一维条码仅能标识物品,而不能 描述物品,无法脱离数据库而运行。另外,一维条码无法表示多国文字、图像等信息。 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。因此20世纪90年代左右二维条码被提出,并逐渐发 展并得到越来越广泛的应用 112二维条码的特性与应用 近年来,随着资料自动收集技术的发展,用条码符号表示更多资讯的要求与日俱 增,而一维条码最大资料长度通常不超过15个字元,故多用以存放关键索引值(Key 仅可作为一种资料标识,不能对产品进行描述,因此需通过网络或数据库来检索更多 的资料项目,所以在不能访问网络或数据库的状况下,一维条码便失去意义 1987年在把条码变小即在相同的面积内装入更多信息的努力中,符号设计专家 David allais博士提出一种称为Cod49的二维码,实际上是把一维条码的高度截短并 按行堆积,由2到8行构成,5位数字用3个字符表示,使用2字符为码词,是一种 多行连续型长度可变的条码,可使用现有的条码阅读设备和打印设备。Cod49具有 信息容量大和使用灵活等优点而受到学术界的重视,开创了进行二维条码研究的先例 湖北大学硕土学位论文 如今己经有众多的二维条码投入到实际应用中,常用的码制有PDF417码、Daa Matⅸ码、 Maxi Code码、 Aztec码、 OR Code码、Code49码等,主要分为堆叠式和 矩阵式、邮政码三种类型。 (1)堆叠式二维条码 堆叠式二维条码的编码原理建立在一维条码基础上,按需要堆积成多行。它在编 码设计、检验原理、识读方式等方面继承了一维条码的特点。识读设备、条码印刷与 维条码兼容。但由于行数的增加,行的鉴别,译码算法和软件与一维条码不完全相 同。典型的二维条码有code49,code16KPDF417等12 (2)矩阵式二维码 矩阵式二维条码以矩阵的形式组成。在矩阵相应元素位置上,用黑点的出现表示 二进制“1”,白点的不出现表示二进制的“0,点的排列组合确定了矩阵码所代表的意 义。矩阵码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符 号自动识读处理码制。具有代表性的矩阵码有 Maxi code, QR Code,DaaM等向 (3)邮政码 邮政码是通过不同长度的条进行编码,主要用于邮件编码,典型的码制如Pos net, BP042State 在国外二维条码的标准化也己经开始了十几年,例如PDF417,Code16K,Code 49, Maxi code与 Data matrix等二维条码已成为国际自动识别设备制造商协会(AM 与美国标准协会(ANSD的符合标准。欧洲标准化协会也起草了PDF417等条码的欧洲 标准。 SO/EC/JTCI/SC31(国际标准化组织与国际电工委员会的第一联合委员会的第 三十一分委员会)也起草了PDF417,Code16 K, Maxi code及 Data matrix四种二维条码 的SO标准,并于1997年6月完成。 113二维条码的研究现状 长久以来国际上掌握二维条码核心技术、能够生产制造二维条码识读器具关键部 件的厂家不多,绝大多数的二维条码是由国外进行研制的,主要有 SYMBOL(美国 DENO(日本)、HP(美因)、 Datalogic(意大利)和 TOCKEN(日本)等公司, 而近年来,国内在大力进行条码推广应用的同时也积极跟踪国外技术发展,进行条码 理论基础和关键技术的研究。中国物品编码中心条码高新技术研究立项进行二维条码 第一章绪论 研究工作。在二维条码设计、编码原理等方面进行了探索,提出了一种自动识别方位 进行校正的结构方案与中心符相结合的二维码制初步编码方案。同时国内一些企业也 提出了自主研发的二维条码如深圳矽感科技的CM码( Compact Matrix Code,GM码 ( Grid Matrix Code)和上海龙贝科技的“龙贝码” 目前虽然很多的二维条码己经成为国际的或者国内的标准,但是对各种二维条码 识别的关键技术仍然掌握在国外公司,这样条码的识读设备的制造就长期被国外公司 所垄断。尽管国内的少数几家公司或者研究机构也研发类似的二维条码的识读设备, 但是识读设备的性能,诸如识读率、识读速度等性能尚与国外的同类产品任有差距。 如今,在日本、韩国等国家,二维条码在日常生活消费领域的应用可谓无处不在, 中国移动目前也正在大力推广以QRco为代表的手机条码识别业务,这将为我国 对二维条码的应用注入了新的活力,未来二维条码将会有更深更广泛的应用。 12几种常见的二维条码特性分析 121PDF417 PDF417是美国符号科技( Symbol Technologies,lm)发明的二维条码2,发明人 是留美华人王寅君博士。PDF( Portable Data File)意为“便携数据文件”。因为组成条码 的每一个码字都是由4个条和4个空构成,并且4个条和4个空的宽度加起来总是 17个模块,所以称为PDF417码。目前在二维条码国际标准中,PDF417主要是应用 于运输包裹与商品资料标签( Burnel195)我国也已经制定了PDF417编码的国家标 准(GBT171721997 由于PDF417的容量较大,除了可将人的姓名、单位、地址、电话等基本资料进 行编码外,还可将人体的特征如指纹、视网膜扫瞄、及照片等个人纪录储存在条码中, 这样不但可以实现证件资料的自动输入,而且可以防止证件的伪造,减少犯罪。 PDF417已在美国、加拿大、新西兰的交通部门的执照年审、车辆违规登记、罚款及 定期检验上开始应用。美国并同时将PDF417应用在身份证、驾照、军人证上。此外 墨西哥也将PDF417应用在报关单据与证件上,从而防止了伤造及犯罪。我国对香港 地区恢复行使主权后,香港居民新发放的特区护照上采用的就是二维条码PDF417 PDF417是一个公开码,任何人皆可用其验算法而不必付费,因此是一个开放的 条码系统。PDF417是一个多行、连续性、可变长、包含大量数据的符号标识。每个 湖北大学硕士学位论文 条码有3~90行,每一行都分为五部分,从左向右分别是:起始部分、左标区、资料 区、右标区、终止部分。其中一个资料区可以存储130个资料字元。 除了起始码和结束码外,左标区、资料区和右标区的组成字元皆可称为码字 ( codeword),每一个字码由17个模块 Module所构成每一个码字又可分成4线条(或 黑线)及4空白(或白线),每个线条至多不能超过6个模块宽。每个PDF417码因资料 大小不同,其行数及每行的资料模块数与码字数都可以从1至30不等。 PDF47的字符集包括所有128个字符,可表示数字、字母或二进制数据,也可 表示汉字。一个PDP47条码最多可容纳1850个字符或1108个字节的二进制数据, 如果只表示数字则可容纳2710个数字,所以它不需要连接一个数据库,本身可存储 大量数据。PDF417的纠错能力分为9级,级别越高,纠正能力越强,其错误复原率 最高可达50%由于这种纠错功能,使得污损的PDF417条码也可以正确读识 1.2.2 QR Code OR Code( Quick Response Coc)是由日本 DENSO公司于19年研制的一种矩 阵式二维条码符号。因为具有识读速度快、可全方位识读、用特定的数据压缩模式表 示中国汉字和日本汉字等优点,获得了广泛的应用。特别因为它可以有效地表示中 汉字,所以在中国广受欢迎我国也已经制定了QR码的国家标准(GBT18284200 QR Code码符号共有40种规格,从版本1、版本2直到版本40。版本1的规格 为21模块ⅹ21模块、版本2为25模块x25模块。每一版本符号的长和高比前一版本 均增加4个模块,直达到版本40,规格为177模块x177模块。定位图形包括3个相 同形状的探测图形,分别位于符号的左上角、右上角和左下角。每个定位图形可以看 作是由3个重叠的同心的正方形组成,它们分别为7x7个深色模块、5×5个浅色模块 和3×3个深色模块。位置探测图形的模块宽度比为1131:1。 在每个位置探测图形和编码区域之间有宽度为一个模块的分隔符,全部由浅色模 块组成。水平和垂直定位图形分别为一个模块宽的一行和一列,由深色和浅色模块交 替组成,其开始和结尾都是深色模块。水平定位图形位于上部的两个位置探测图形之 间,符号的第6行。垂直定位图形位于左侧的两个位置探测图形之间,符号的第6 列。它们的作用是确定符号的密度和版本,提供决定模块坐标的基准位置 校正图形由3个同心正方形重叠而成,分别是一个5×5的深色模块,一个3 的浅色模块以及位于中心的一个深色模块。校正图形的位置数量视符号的版本号而

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