一種Grid Matrix二維條碼宏模塊提取方法技術

一種Grid?Matrix二維條碼宏模塊提取方法，包括：對圖像進行自適應的二值化；對二值化圖像中的輪廓進行連通體檢測，并按照逆時針順序排列輪廓上的點；根據輪廓上前后點的距離，提取其中的清晰線段，建立端點集合及有向線段與端點的映射關系表，通過有向線段的廣度優先搜索，檢測四邊的閉合環；最后用后處理排除閉合環中的錯誤檢測，以將檢測作為宏模塊輸出進而根據幾何關系采樣并譯碼。上述Grid?Matrix二維條碼模塊提取方法能快速得到模塊數據，且能適應條碼模塊被顯著遮擋和無損，提供高可靠性的譯碼數據。

【技術實現步驟摘要】
一種GridMatrix二維條碼宏模塊提取方法
本專利技術涉及二維條碼識別
，具體為一種GridMatrix二維條碼宏模塊提取方法。
技術介紹
GridMatrix二維條碼為作為我國具有自主知識產權的二維條碼技術，是信息與物體之間的智能設備媒介。相比于其他識別手段，二維條碼技術具有成本低、使用方便、可靠性高等優點。在迅速發展的社會需求下，傳統的一維條碼由于信息量小，呈現出很大的局限性。在此形勢下，信息容量更大、糾錯能力更高的各種二維條碼被相繼提出，其中各國都提出并發展了不同的二維條碼，并指定了標準；GridMatrix二維條碼為作為我國具有自主知識產權的二維條碼技術，對我國在信息化大發展的前景下，有深遠的戰略意義。另一方面，二維條碼識讀設備普遍摒棄了傳統的激光掃描方式，而采用更為低成本的基于可見光圖像技術的數字攝像頭。采用數字攝像機和數字圖像處理技術成為二維條碼圖像數據采集設備的低成本解決方案。近年來，二維條碼被逐漸重視，并開始應用于各種帶有視頻功能的智能終端設備；在信息傳播過程中，二維條碼作為信息的載體和傳輸接口，例如在物品的出庫、運輸、分發、存儲、轉移等等環節，可以通過掃描讀取物品對應的二維條碼快速的獲取相關信息。因此發展先進性的二維條碼技術對未來國民經濟和生活具有深遠影響。GridMatrix二維條碼是一種正方形的二維條碼碼制，該碼制的碼圖由正方形的白色宏模塊和黑色宏模塊組成，每個宏模塊由6乘6個正方形單元模塊組成(如圖1所示)。然而和所有二維條碼一樣，由于GridMatrix二維條碼在實際應用中會受到污損和遮擋的影響，雖然其在設計之初就考慮了通過增強定位信息的冗余性提高條碼的魯棒性。但通過算法可進一步增強處理能力對異常情況的適應，在關鍵情況下少許的改善即可將譯碼的成功率大幅提升。更需注意的是，國家標準僅僅定義了在標準的GridMatrix二維條碼圖形下的宏模塊提取方法，并未詳細解釋如何從真實的傳感器圖形轉換到分割圖像。而不標準的二維條碼分割圖形，將導致GridMatrix二維條碼無法被檢測。然而實際使用過程的環境復雜多變。因此，研制在在復雜情況下GridMatrix二維條碼的高可靠性宏模塊提取快速方法具有積極意義。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種基于數字圖像處理技術的GridMatrix二維條碼宏模塊的提取方法，以解決復雜的成像環境情況下檢測GridMatrix二維條碼和分割宏模塊圖形的問題。它能適應真實情況下的涂改、缺損、遮擋、折痕、扭曲、光照不均勻等等問題，并且處理速率更高。技術方案如下：一種GridMatrix二維條碼宏模塊提取方法，其特征在于，按以下步驟進行：1)讀取GridMatrix二維條碼圖像；2)對上述圖像做二值化處理；3)對二值化圖像求逆運算，使黑白色翻轉；4)使用連通體檢測算法計算翻轉后的二值化圖像中的白色連通體區域；5)遍歷每個連通體像素，按照逆時針順序記錄連通體區域邊界上的點，生成邊界點鏈表；6)對邊界點鏈表進行簡化；7)建立輪廓上清晰線段的線段集和清晰線段端點的端點集，以及該線段集與端點集的元素間映射關系；8)對線段集中的端點坐標信息進行融合；9)遍歷端點集，刪除不屬于任何線段的端點；10)搜尋線段集中每個有向線段，記錄該有向線段的后續線段及其與該有向線段之間的連接角度是否為凸；11)遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凸且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊逆時針閉合環，記錄該4條后續線段及相對應端點，生成4邊逆時針閉合環的鏈表，該鏈表對應白色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；12)遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凹且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊順時針閉合環，記錄該4條后續線段及相對應端點，生成4邊順時針閉合環的鏈表，該鏈表對應黑色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；13)判斷上述白色宏模塊和黑色宏模塊各自的連通性并建立起各自的相對幾何坐標；14)將連通的4邊逆時針閉合環和4邊順時針閉合環及其相對坐標和圖像區域傳遞給譯碼模塊進行譯碼；將譯碼結果輸出。進一步的，上述對圖像做二值化處理的方法為：a)對圖像進行預處理，包括去噪聲和平滑濾波；b)將處理后的圖像轉換為灰度圖像；c)使用laplace算子計算灰度圖像中的邊緣；d)計算邊緣圖形的積分圖；e)將圖像分割成若干塊，并對每塊子圖像計算其中的邊緣數量之和；f)遍歷所有子圖像，若子圖像中邊緣數量和大于設定閾值，則認為該區域是二維碼圖形區域，設置對應的判別矩陣的值為1；否則設定為0；g)提升子圖像的分辨率一倍，同樣子圖像的尺度縮小為原來的一半，利用預先獲取的積分圖重新計算判別矩陣中邊緣對應的子圖像中邊緣數量和；h)若分辨率達到最大分辨率，則轉入下一步，否則返回上一步；i)對判別矩陣中為1的位置用Otsu算法計算其自適應分割值；j)擴張判別矩陣；k)利用判別矩陣分割圖像，即圖像中的像素灰度值若大于判別矩陣對應值，則設置為255；否則設置為0。更進一步的，上述對邊界點鏈表簡化的方法為：若某點位于其前后兩點所構成的直線上，則從邊界點鏈表中刪除該點。更進一步的，上述線段集和端點集建立的方法為：按照逆時針方向遍歷簡化后的邊界點鏈表，依次計算連續兩邊界點的距離，若距離超過預先設置的閾值，則該兩點屬于輪廓上的清晰線段的端點，保留該清晰線段和相對應的端點，生成線段集和端點集；若距離小于預先設置的閾值，則刪除該線段。更進一步的，上述線段集中的端點坐標信息進行融合的方法為：遍歷線段集中的每一個端點，若線段集中的其他端點與該端點坐標的歐氏距離小于預先設定的閾值，則將兩個端點的幾何均值替換兩個端點；若兩點間的歐氏距離大于設定閾值，則不做處理。更進一步的，上述判斷宏模塊的連通性及建立起相對幾何坐標的方法為：將所述4邊逆時針閉合環鏈表中的第一個4逆時針邊閉合環的坐標設置為相對幾何坐標系的原點(0,0)；讀取與其相鄰的8個4邊閉合環；按照空間關系給予每個新讀取的閉合環以坐標值，并再如此迭代地訪問新讀取的閉合環的領域，讀出連通的4邊閉合環之間坐標相對關系；并且從最小最大x和y坐標指導連通管4邊閉合環的范圍。本專利技術的有益效果在于：1、本專利技術可以最大程度的提高對GridMatrix二維條碼宏模塊圖形的提取能力，不受版本、印刷尺寸和顏色的影響，且具有較高的抗噪聲、抗污損的能力；2、本專利技術的宏模塊提取方法可同時提取黑白模塊，而無需像傳統方法那樣要同時提取黑白模塊需分兩次處理；3、本專利技術的處理流程面向一維的有向線段，比面向二維圖像的傳統方法的處理速率更高；4、本專利技術采用可見光視頻，比基于激光掃描的方法成本更低。附圖說明圖1為GridMatrix二維條碼外觀的示意圖。圖2為本專利技術處理流程圖。圖3為本專利技術的處理過程示意圖，按照從左至右從上至下的順序分別表示了GridMatrix二維條碼原圖、自適應二值化圖像、逆運算之后的圖像、連通體輪廓、有向線段連接情況和提取的宏模塊區域的情況。圖4為本專利技術完成處理后提取宏模塊內容獲取的標準化GridMatrix二維條碼。圖5為本專利技術對有向線段的方向性說明，其中黑色宏模塊的有向線段構成的四邊形是逆時針方向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Grid?Matrix二維條碼宏模塊提取方法，其特征在于，按以下步驟進行：1）讀取Grid?Matrix二維條碼圖像；2）對上述圖像做二值化處理；3）對二值化圖像求逆運算，使黑白色翻轉；4）使用連通體檢測算法計算翻轉后的二值化圖像中的白色連通體區域；5）遍歷每個連通體像素，按照逆時針順序記錄連通體區域邊界上的點，生成邊界點鏈表；6）對邊界點鏈表進行簡化；7）建立輪廓上清晰線段的線段集和清晰線段端點的端點集，以及該線段集與端點集的元素間映射關系；8）對線段集中的端點坐標信息進行融合；9）遍歷端點集，刪除不屬于任何線段的端點；10）搜尋線段集中每個有向線段，記錄該有向線段的后續線段及其與該有向線段之間的連接角度是否為凸；11）遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凸且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊逆時針閉合環，記錄該4個線段及相對應端點，生成4邊逆時針閉合環的鏈表，該鏈表對應白色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；12）遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凹且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊順時針閉合環，記錄該4個線段及相對應端點，生成4邊順時針閉合環的鏈表，該鏈表對應黑色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；13）判斷上述白色宏模塊和黑色宏模塊的連通，性并建立起相對幾何坐標；14）將連通的4邊逆時針閉合環和4邊順時針閉合環及其相對坐標和圖像區域傳遞給譯碼模塊進行譯碼；將譯碼結果輸出。...

【技術特征摘要】
1.一種GridMatrix二維條碼宏模塊提取方法，其特征在于，按以下步驟進行：1）讀取GridMatrix二維條碼圖像；2）對上述圖像做二值化處理；3）對二值化圖像求逆運算，使黑白色翻轉；4）使用連通體檢測算法計算翻轉后的二值化圖像中的白色連通體區域；5）遍歷每個連通體像素，按照逆時針順序記錄連通體區域邊界上的點，生成邊界點鏈表；6）對邊界點鏈表進行簡化；7）建立輪廓上清晰線段的線段集和清晰線段端點的端點集，以及該線段集與端點集的元素間映射關系；8）對線段集中的端點坐標信息進行融合；9）遍歷端點集，刪除不屬于任何線段的端點；10）搜尋線段集中每個有向線段，記錄該有向線段的后續線段及其與該有向線段之間的連接角度是否為凸；11）遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凸且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊逆時針閉合環，記錄該4條后續線段及相對應端點，生成4邊逆時針閉合環的鏈表，該鏈表對應白色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；12）遍歷線段集中的所有線段：對任一線段逐次遞歸地找連接角度為凹且順次連接的4條后續線段，若其最后一條線段與當前線段重合，則形成4邊順時針閉合環，記錄該4條后續線段及相對應端點，生成4邊順時針閉合環的鏈表，該鏈表對應黑色宏模塊；否則繼續遍歷直至完成；13）判斷上述白色宏模塊和黑色宏模塊各自的連通性并建立起各自的相對幾何坐標；14）將連通的4邊逆時針閉合環和4邊順時針閉合環及其相對坐標和圖像區域傳遞給譯碼模塊進行譯碼；將譯碼結果輸出。2.根據權利要求1所述的一種GridMatrix二維條碼宏模塊提取方法，其特征在于，對圖像做二值化處理的方法為：a)對圖像進行預處理，包括去噪聲和平滑濾波；b)將處理后的圖像轉換為灰度圖像；c)使用laplace算子計算灰度圖像中的邊緣；d)計算邊緣圖形的積分圖；e)將圖像分割成若干塊，并對每塊子圖像計算其中的邊緣數量之和；f)遍歷所有子圖像，若子圖像中邊緣數量和大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王俊峰，唐鵬，陳懿，高志剛，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51