計算機圖像分析算法的探究

摘要：隨著數字信息的發展，現在人們對計算機對圖像的識別與處理越來越關注。本文通過分析計算機對EAN_13商品條形碼的解析，來闡述計算機對圖像分析的一般步驟和一些關鍵算法。

關鍵詞：EAN_13 圖像處理

1 EAN_13條形碼概述

EAN_13條形碼是一種常用的商品條形碼，目前大多數商品上標有的條形碼就是此種碼制。改條形碼是由一系列條、空及字符組成，調和空有序排列，蘊含著數字信息。而特定的數字代表著特定的商品編號。

EAN-13條形碼由深色的條和白色的空組成。條碼一共有13位，13位的含義分別為前綴、制造廠商代碼、商品代碼和校驗碼。其中條碼直接表示12個數字，12個數字分為兩組，由前面的三個“條”和“空”代表101開始，之后24個“條”和“空”表示6個數字，中間由五個“條”和“空”表示中間分隔符，用“01010”來表示，分隔符后面是后面6個數字，由24個“條”和“空”表示，最后是結束符，由3個“條”和“空”表示。如果用0表示“空”，用1來表示“條”，則開始符、中間分隔符、結束符的“條”和“空”都是單位長度，其余的12個數字，每個數字由4個“條”和“空”組成，這4個“條”和“空”共有7個單位長度，每個條和空的寬度在1～4之間，分為2個條和2個空[1]。在編碼的時候，EAN-13商品條碼的起始符、終止符均為 “101”，中間分隔符為“01010”。其他的數據字符的編碼的二進制表示有三個子集，如表1，而括號中表示1和0的個數：

EAN-13商品條碼的第2-7為數字，從遵守A、B子集的排列，第8-13位遵循C子集的第一位條形碼隱藏在前6位數字中，取決于前6位數字在AB子集的順序。而右側數據符及校驗符的編碼均用C子集表示，EAN-13商品條碼中第13位是校驗碼2 條形碼圖像解析探究

了解EAN_13商品條形碼的含義，就為條形碼的圖像解析奠定了基礎。計算機解析條形碼圖像主要是識別出條和空的寬度，然后對其進行譯碼編碼。而對圖形的分析，主要是可以分為二值化、濾波、邊緣檢測、圖像分割、圖像提取、譯碼幾部分。下面，分別概括各種算法。

2.1 二值化 圖片在計算機中存儲是按照RGB三元素存儲的。由于計算機采集到的圖像受包裝、光照等各方面影響，所以處理圖片的信息非常困難。而且條碼的研究，只需要條和空的寬度即可，所以不需要其他的顏色信息，所以講顏色多彩的圖像，進行二值化處理，讓計算機存儲的數據，只保留純黑和純白兩種顏色，這就叫做二值化處理。二值化處理的方式是，先計算圖像的灰度值Y=0.299R+0.587G

+0.114B。然后去一個中間值X，當改點像素點大于X，則將其像素值設為255，小于改值，則為0。此時，可以設置一個圖像的地圖數組，將黑色存為1，白色存為0。

2.2 濾波 因為圖像受到光照、角度等各方面的影響，所以二值化后的圖像存在一定的毛躁點。中值濾波可以有效地去掉毛躁點，讓誤差縮減到最低。由于條碼的特殊性，因為它的圖像是豎直方向上一致，所以可以采取取每一列五個點，將五個點排序，來得到中間數值的為改點的取值。本算法可以基于上面的地圖數組來計算，會非常方便。

2.3 邊緣檢測 邊緣檢測是計算出改點是否為圖像的邊緣。這個算法為后面的圖像分割提取做了準備。按照條碼圖像的特殊性，我們可以取一個2*5的數組的圖像，即5行2列的圖像，如果這兩列的圖像中第一列和下一列至少存在4行元素發生像素改變，則證明改點為邊緣點。

2.4 圖像提出 因為拍攝到的圖像存在著含有其他圖像的邊緣，或者是條碼圖像位置不居中等各種情況，要順利地譯出條碼就需要將條碼圖像從原圖像中提取出來。對條碼圖像的提取，主要是上下分割和左右分割。

上下分割比較簡單，可以通過邊緣檢測，從圖像的中間位置開始，分別向上和向下掃描，假如檢測到圖像的邊緣小于59，則認為其不是條碼圖像，記錄圖像的上端和下端。

左右分割，根據顯示中商品的條碼位置，經過反復試驗，我們可以發現，無論圖像中拍攝其他邊緣還是沒有拍攝，當圖像邊緣由0變為1時，恰好是條碼邊緣的開始。以此特征來，我們可以得出條碼左右分割的方法：①從圖像中部開始，從左向右掃描圖像，記錄第一個從0到1轉變的邊緣位置，本步也要通過邊緣檢測，以免誤用于毛躁點。②圖像向上和向下掃描，記錄上下分割后，圖像全部從0到1轉變的邊緣位置。③計算獲得邊緣的傾斜多，如果大于10°，則影響圖像效果，建議重新采集圖像；如果傾斜度小于10°，則圖像可用。④對所有邊緣進行微調，將偏差過于大的圖像邊緣進行處理，讓其與其他邊緣的差別變小。⑤以此方法，查找下一個由條變空的邊緣，然后將其位置值與前面的邊緣值之差作為第一個寬度值，記錄到數組中。⑥排序全部第一寬度值得到的數組，取得其中間值。⑦判斷此中間值與排序之中的上下兩個值的差別如果大于2，則獲取圖像失敗；如果小于等于1，則圖像獲取正確，將此中間值保存在最終的寬度數組中，作為第一個寬度以備譯碼使用。⑧按上述步驟，將全部59個條和空的寬度全部找出。則最后的一點的位置，將是圖像的右邊緣，而經過查找右邊緣的過程，圖像的條和空的寬度也記錄在了數組中。

3 譯碼

在條碼圖像提取出來之后，就可以進行譯碼了。譯碼的理論依據就是條形碼的含義。因為條形碼包含著3+6*7+5+6*7+3=95個單位長度，所以我們可以把上面圖像提取的時候計算的全部長度相加，然后計算出單位長度。因為單位每一步都可能存在誤差，下面的譯碼也不能絕對的相等。計算出單位長度之后，主要譯碼步驟按照下面：①取出前三個寬度，看其長度是在0.6-1.4個單位長度之間，如果正確，則為開始標志，繼續譯碼；若為錯誤，說明圖像采集錯誤。②循環取六次寬度，每次取出4個寬度。比較寬度與單位寬度的比值取整，得到一個四位的編碼，在A子集和B子集中尋找此四位編碼對應的數字信息，并同時記錄這六個數字信息所在的A子集或者B子集。③越過5個寬度（中間分隔符），取后面6次的連續的4個寬度，在C子集中查找相應的數值信息。④按照前6個數字得到的AB子集的順序，查找其前置碼的數值。⑤驗證譯碼結果，將前12位數字的奇數位相加，偶數位相加乘以3，兩個結果之和相加后，個位數減去10得到的模的個位即是校驗結果，與第13位進行比較，如果正確，則譯碼成功。

4 結論

本文主要描述了計算機下處理條形碼圖像的圖像分析算法。算法的創新點主要是圖像的左右分割步驟和圖像譯碼過程。對于計算機處理其他的圖形奠定了基礎。

參考文獻：

[1]孫江濤，孫珊珊，趙健飛.基于圖像分析的攝像頭識別條形碼的算法[J].華北科技學院學報，2012（3）.

[2]龔亞歡，王超，胡晨.EAN-13碼的圖像識別系統設計與實現[J].現代電子技術，2009（22）：106-109.

[3]康牧.圖像處理中幾個關鍵算法的研究[D].西安電子科技大學，2009.

基金項目：中央高校基本科研業務費資助（DX2013B01）。