基于圖像分析的攝像頭識(shí)別條形碼的算法①

孫江濤 孫珊珊 趙健飛

(1.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083;2.華北科技學(xué)院電信學(xué)院，北京東燕郊 101601))

基于圖像分析的攝像頭識(shí)別條形碼的算法①

孫江濤1②孫珊珊2趙健飛2

(1.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083;2.華北科技學(xué)院電信學(xué)院，北京東燕郊 101601))

隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，信息采集無處不在，人們對(duì)信息采集的成本也要求越來越低，攝像頭采集條碼是目前采集條碼的一種趨勢，它由于低成本和攜帶方便的特點(diǎn)開始受到人們關(guān)注，本文介紹了攝像頭和PC機(jī)相連采集條碼的算法，為攝像頭識(shí)別條碼提供了雛形。

圖像分析;EAN-13

0 引言

1 條形碼的編碼規(guī)則

商品條形碼是指由一系列排列規(guī)則的條、空及其字符組成的標(biāo)識(shí)，它是用以代表一定的商品的符號(hào)。一般條為深色、空為白色，條空帶便的含義與所表示的字符信息是一致的。目前商品包裝上的通用商品條形碼是EAN-13，它是由國際物品編碼協(xié)會(huì)制定，通用于世界各地，是目前國際上使用最廣泛的一種商品條形碼。我國目前商品所使用的條形碼也是這種條形碼。

EAN-13條形碼共有13位，一般由前綴部分、制造廠商代碼、商品代碼和校驗(yàn)碼幾部分構(gòu)成組成。每一位數(shù)據(jù)字符都由7個(gè)模塊構(gòu)成，7個(gè)模塊用不同寬度的條和空組成，每個(gè)條河空的寬度在1～4個(gè)模塊之間，總共7個(gè)模塊分為2個(gè)條和2個(gè)空。EAN-13條形碼從左到右依次是空白區(qū)，起始符、左側(cè)數(shù)據(jù)符、中間分隔符、右側(cè)數(shù)據(jù)符、校驗(yàn)符、終止符、空白區(qū)組成［1］。

在編碼的時(shí)候，通常用二進(jìn)制“1”表示條的模塊，用二進(jìn)制“0”表示空的模塊。那么EAN-13商品條碼規(guī)定起始符、終止符各占三個(gè)模塊，用二進(jìn)制表示均為“101”，中間分隔符占五個(gè)模塊，其二進(jìn)制表示為“01010”。其他的數(shù)據(jù)字符的編碼的二進(jìn)制表示有三個(gè)子集，如表1:

表1 EAN-13編碼

在EAN-13的條碼中條碼字符中左側(cè)數(shù)據(jù)符不包括相應(yīng)的數(shù)字信息的前置碼，他們選用表1中的A，B子集進(jìn)行表示，選取子集取決于前置碼的數(shù)值，具體關(guān)系見表2。而右側(cè)數(shù)據(jù)符及校驗(yàn)符的編碼均用C子集表示。

EAN-13商品條碼中校驗(yàn)符的作用是檢驗(yàn)前12個(gè)字符的正確性。每次讀入條碼時(shí)，都會(huì)計(jì)算前十二位的的校驗(yàn)符再與其13位進(jìn)行對(duì)比來查看其正確性。校驗(yàn)符的計(jì)算方法是將前12個(gè)數(shù)據(jù)符從左起先將所有的奇數(shù)位相加得出一個(gè)數(shù)N1，再將所有的偶數(shù)位相加得出一個(gè)數(shù)并將其乘以3得到N2，然后將N2與N1相加得到數(shù)N3，用10減去數(shù)N3的個(gè)位數(shù)，如果結(jié)果不為10則檢驗(yàn)符為結(jié)果本身，如果為10則檢驗(yàn)符為0。

表2 EAN-13左側(cè)字符集選擇表

2 條形碼的圖像識(shí)別算法

條形碼的識(shí)別過程分為圖像采集、圖像處理、條碼識(shí)別三部分，如圖1所示。

圖1 條形碼識(shí)別過程

通過圖像的采集，得到圖像后，需要把圖像進(jìn)行一定的處理才能實(shí)現(xiàn)圖像的識(shí)別，主要有圖像灰度化、圖像的二值化、條碼條空信息縱向投影、條碼基礎(chǔ)寬度計(jì)算幾步［2］。本文是建立在圖像采集后對(duì)已存在條碼的圖像進(jìn)行分析的階段實(shí)施的仿真。

當(dāng)前，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度是水資源管理工作的重中之重。“實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是對(duì)傳統(tǒng)增長方式的革命性變革，需要全社會(huì)共同努力。”陳雷部長對(duì)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度提出具體要求：

2.1 圖像灰度化

現(xiàn)實(shí)中的彩色圖像是由紅綠藍(lán)三原色組成，圖像在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)也是按照這種格式，每一個(gè)像素的色彩都有三個(gè)分量R、G、B，三個(gè)分量的值分別從0～255，通過取值的不同來表示不同的顏色。因此，我們?cè)谟?jì)算機(jī)中存儲(chǔ)圖像的時(shí)候，可以將圖像信息設(shè)定為一個(gè)3維數(shù)組。對(duì)于條碼來說，黑白圖像只占有一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)就可以了，從0到255，我們僅在區(qū)域定位時(shí)使用了各個(gè)顏色分量的取值來判斷條碼區(qū)域，而對(duì)條碼的取值我們不需要具體的色彩值，為了節(jié)省存儲(chǔ)加速處理速度，我們要對(duì)圖像做灰度化。

定義V表示當(dāng)前像素點(diǎn)的灰度值，R、G、B分別為當(dāng)前像素點(diǎn)紅綠藍(lán)分量的值，我們可以得到:

通過上述公式對(duì)原彩色圖像的所有像素做變換，得到只有一個(gè)信息V來存儲(chǔ)的灰度圖像，V的取值為0～255。

圖2 灰度化處理結(jié)果

圖3 二值化處理結(jié)果

2.2 圖像的二值化

圖象的二值化是對(duì)灰度圖象的進(jìn)一步處理，二值圖象顧名思義圖像的表示只有兩個(gè)取值，即象素要么全黑要么全白。條形碼本質(zhì)上是由兩種顏色組成。所以我們可以根據(jù)上述得到的灰度圖像進(jìn)一步處理，對(duì)條碼圖像做二值化。圖像二值化的關(guān)鍵是找到一個(gè)臨界值，找臨界值的方法，我們可以將整個(gè)圖的所有象素值相加去一個(gè)平均值，將這個(gè)平均值作為臨界值，低于平均值的變?yōu)?，高于平均值的變255。于是我們可以得到條碼圖像二值化的算法:

設(shè)圖像X點(diǎn)的灰度值為E(X)，全圖平均灰度為a，則:

通過上述運(yùn)算，條碼圖像的灰度圖像就變成二值化后的黑白圖像了。

2.3 條形碼條空信息縱向投影

條碼由于各種因素邊緣變得毛糙，不夠平滑。這樣的圖像直接識(shí)別有可能造成誤差。分析條碼我們可以得出，條形碼代表的信息和條和空的橫向數(shù)據(jù)信息有關(guān)系，而與條碼的高度沒有關(guān)系。根據(jù)這個(gè)特性，我們?cè)诖怪狈较驅(qū)l形碼的各個(gè)像素值做計(jì)數(shù)累加，如果是毛糙的邊緣點(diǎn)，則它的縱向累加的像素?cái)?shù)量必然較少，通過這樣的方式就可以排除較少的點(diǎn)，最后得到的就是條碼橫向的寬度信息。

設(shè)條碼圖像中橫坐標(biāo)x點(diǎn)的黑色點(diǎn)數(shù)量累加為 N(x)，x，y 位置像素的值為 v(x，y)，橫坐標(biāo)為x的所有黑點(diǎn)的數(shù)量為N(x)，條碼圖像的頂部為yl底部為y2。則:

通過上面的公式，我們可以計(jì)算出縱向累加的各個(gè)x位置的黑色像素點(diǎn)的數(shù)量N(x)。然后我們可以進(jìn)一步分析排除雜質(zhì)，因?yàn)殡s質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量肯定是少數(shù)，數(shù)據(jù)總量也不會(huì)超過1/2的條線高度，根據(jù)這個(gè)特征，我們認(rèn)為縱向累加得到的黑色像素?cái)?shù)量N(x)較少的對(duì)應(yīng)的x點(diǎn)存在雜質(zhì)點(diǎn)，然后對(duì)圖像進(jìn)行下一步的去雜質(zhì)處理。

找出最大的N(x)值:

取中間值m=M/2

通過公式重新調(diào)整N(x)集合:

這樣最終得到的圖像就不含毛糙點(diǎn)了。

圖4 條碼縱向投影

3 條碼的識(shí)別算法

根據(jù)條碼的含義我們可以知道條碼圖像是由單位寬度的條或空的整數(shù)倍組合成的，我們可以利用這個(gè)特征來計(jì)算出單位條或者空的寬度，將這個(gè)寬度稱為基礎(chǔ)寬度。

計(jì)算方式為橫向掃描圖像像素點(diǎn)，得到白色連續(xù)寬度值，把它計(jì)入集合LEN(W)，再次掃描圖像像素點(diǎn)得到黑色連續(xù)寬度值，計(jì)入集合為LEN(B)，因?yàn)闂l和空的都是單位寬度的整數(shù)倍，而且條和空的單位寬度一樣。則我們可以得到條碼基礎(chǔ)寬度BLen=min{LEN(W)，LEN(B)}。

找到了條碼的基礎(chǔ)寬度后，以此寬度為最小單位，再次橫向掃描圖像計(jì)算出每個(gè)連續(xù)白色占多少基礎(chǔ)寬度，每個(gè)連續(xù)黑色占多少基礎(chǔ)寬度。具體譯碼步驟如下:

1)確定掃描的區(qū)域。我們把掃描到的101作為圖像的開始，對(duì)于再次遇到101作為圖像的結(jié)束，而且計(jì)算空數(shù)為59則，選擇區(qū)域正確，否則放棄。

2)計(jì)算出每一個(gè)條空的寬度。根據(jù)我們計(jì)算的基礎(chǔ)寬度，把檢測到的條空計(jì)算出寬度，具體如下，設(shè)基礎(chǔ)寬度為W，條空的寬度為Wa，則條空的計(jì)算Wg由下式確定:

3)根據(jù)第二步得到的寬度，列出條碼的二進(jìn)制編碼。

4)根據(jù)條碼的定義，識(shí)別處左側(cè)字符區(qū)域，并根據(jù)左側(cè)數(shù)據(jù)區(qū)的奇偶性確定前置碼，如表1。

5)由前置碼來識(shí)別出左側(cè)的字符，右側(cè)字符自動(dòng)在C子集中識(shí)別查找，完成條碼的翻譯。

6)對(duì)條碼實(shí)行校驗(yàn)來確定其準(zhǔn)備性，根據(jù)條形碼的校驗(yàn)規(guī)則得到校驗(yàn)數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)和第13位進(jìn)行比較，如果一直，則譯碼成功，否則當(dāng)前識(shí)別失敗［3］。

圖5 條碼的識(shí)別結(jié)果

4 結(jié)論

本文模擬了攝像頭采集圖像后對(duì)圖像的處理的算法和條碼識(shí)別的算法。由于算法的縱向投影解決了在圖像二值化中產(chǎn)生的圖像的誤差，所以本算法能較準(zhǔn)確的識(shí)別出條碼所表示的具體數(shù)字。但是與攝像頭的鏈接仍然在研究之中，如何真正實(shí)現(xiàn)攝像頭對(duì)條碼的識(shí)別，仍需要進(jìn)一步努力。

［1］ 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.條碼國家標(biāo)準(zhǔn)匯編［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004

［2］ 鐘若丹.基于數(shù)字圖像處理的條形碼識(shí)別方法［M］.西安工業(yè)大學(xué)，2010

［3］ 龔亞歡，王超，胡晨.EAN-13碼的圖像識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)2009(22):106-109

On thecamera identification barcode algorithm based on image analysis

SUN Jiangtao1，SUN Shanshan2，ZHAO Jianfei2

(1.Beijing Forestry University，Beijing 100083;2.School of Telecommunication，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East 101601)

With the development and progress of science and technology，information exists everywhere and the requirements for the cost of information collection are getting lower and lower.Camera collection barcode is a trend of collection barcode，which arouses people’s attention because of its characteristics of low-cost and being easy to carry.In this paper，the author introduces the algorithm of collection barcode of the camera connected to PC，which provides a embryo for the camera identification barcode.

image analysis;EAN-13

TP391.41

A

1672-7169(2012)03-0076-04

2012-05-14。

孫江濤(1990-)，男，河北廊坊人，北京林業(yè)大學(xué)學(xué)生。