（信号与信息处理专业论文）基于机器视觉的印刷条码质量检测系统研究.pdf

摘要 论文题目：基于机器视觉的印刷条码质量检测系统研究 学科专业：信号与信息处理 研究生：陈琛 指导教师：张二虎教授 摘要 签 签 名：医盗 名：埠扯 条码具有广泛的应用领域。然而，在条码的印刷过程中，由于印刷机械精度和工艺 等原因，印刷条码符号常会出现各种质量问题。传统的离线印制条码质量检测方法已经不 能满足生产和市场的需要，利用机器视觉技术对e i j a i j 条码的质量进行自动检测已成为必然 趋势。 本文针对条码技术的应用和印刷企业的实际生产需要，把机器视觉、条码自动识别、 图像处理等技术与印刷生产相结合，对印刷条码质量检测系统进行了较全面的基础性研 究。首先分析研究了印制条码质量在线检测系统与通用印品缺陷在线检测系统在硬件、软 件实现中的异同，确定了系统的实现方案。重点分析了几种用于条码图像识别检测的经典 图像处理算法，并提出了一种基于条码边缘特征的识别检测方法，实现了对大部分条码印 刷质量检测项目的在线检测。开发了以模拟印刷实验平台为硬件平台、v i s u a lc + + 6 0 为 软件平台的印刷条码质量在线检测系统。该系统能实时对印刷过程中的条码符号进行外观 缺陷、空白区尺寸、条高、放大系数、译码正确性等7 个检测项目的自动检测，并能对检 测结果进行分析统计，发出警报信息。 本文设计的印刷条码质量检测系统基本满足了实时性要求，系统功能较全，操作简单 方便，具有一定的实用价值。 关键词：印刷条码、条码质量检测、条码识别、图像分割、边缘检测 西安理工大学硕士学位论文 t i t l e ：r e c h e a r c ho ft h eq u a l i t y - c h e c k i n gs y s t e mo ft h e p r i n t e db a rc o d eb a s e do nm a c h i n ev i s i o n m a j o r ：s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g n a m e ：c h e nc h e n s i g n a t u r e ：( 盈鲣幽 s u p e r v i s o r ：p r o f e r h uz h a n g s i g n a t u r e ： a b s t r a c t b a rc o d ei su s e di nv a d o u sf i e l d s h o w e v e r , i nt h ep r o c e s so fp r i n t i n gb a rc o d e ，t h e r ea r e d i f f e r e n tk i n d so fq u a l i t yp r o b l e m sd u et ot h ea c c u r a c yo fm a c h i n e sa n dt e c h n i q u e s s i n c et h e t r a d i t i o n a lw a yo fq u a l i t y - c h e c k i n gc a l ln o ts a t i s f yt h en e e d so fp r o d u c t i o na n dt h em a r k e t ，a n e ww a yb a s e do nm a c h i n ev i s i o nh a sb e c o m eap o p u l a rt r e n d i nt h i st h e s i s ，a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ln e e d so fs o m ep r i n t i n ge n t e r p r i s e sa n dt h e a p p l i c a t i o no fb a rc o d et e c h n i q u e s ，t h ea u t h o rc o m b i n e st e c h n i q u e s o fm a c h i n ev i s i o n , a u t o m a t i cb a rc o d er e c o g n i t i o n , i m a g ep r o c e s s i n gw i t hp r i n t i n gt og i v eac o m p l e t ea n db a s i c s t u d yo ft h eq u a l i t y - c h e c k i n gs y s t e mo fp r i n t e db a rc o d e f i r s t ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h eo n l i n ec h e c k i n gs y s t e mo fp r i n t i n gb a rc o d ea n dt h eo n l i n ec h e c k i n g s y s t e mo f t h ec o m m o np r i n t i n gd e f i c i e n c yi nt h ep r a c t i c a lr i s eo f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h e n ， i ts e t su pap l a nt or e a l i z et h es y s t e m i tp u t sg r e a te m p h a s i so nt h ea n a l y s i so fs e v e r a lc l a s s i c i m a g e - p r o c e s s i n gm e t h o d su t i l i z e di n t h ei n s p e c t i o no fb a rc o d er e c o g n i t i o na n dd e s i g n sa c h e c k i n ga n dr e c o g n i t i o ns y s t e mb a s e do nt h ef e a t u r e so fb a rc o d ee d g e t h i sh e l p st or e a l i z e t h eo n l i n eq u a l i t y - c h e c k i n go f m o s tb a rc o d ea n dd e v e l o p sa no n l i n eq u a l i t yc h e c k i n gb a s e d0 1 1 t h eh a r d w a r ep l a t f o r mo fv i r t u a lp r i n t i n ge x p e r i m e n ta n dt h es o t t w a r ep l a t f o r mo fv i s u a l c 抖6 。0 t h i ss y s t e mc a na u t o m a t i c a l l yi n s p e c tt h ea p p e a r a n c ed e f e c t , s i z eo fc l e a ra r e a ，s i z eo f t h eb a r s ，e n l a r g e m e n ti n d e x ，a n dt h ea c c u r a c yo fr e c o g n i t i o nc o d ea ta n yt i m ei nt h ep r i n t i n g p r o c e s s b e s i d e s ，i t c a r la l s oa n a l y z e st h ei n s p e c t i o ni - e s u l t sa n dc a r r i e so u ta l a r m i n g i n f o r m a t i o n t h eq u a l i t y - c h e c k i n gs y s t e mo ft h ep r i n t e db a rc o d ed e s i g n e di n t h i st h e s i ss a t i s f i e st h e i n s t a n tn e e d so fp r o d u c t i o n , a n di th a sf a i r l yp r e f e c tf u n c t i o na n ds i m p l ep e r f o r m a n c e t h u s ，i t i so f p r a c t i c a lr i s e k e yw o r d s ：p r i n t e db a rc o d e ；q u a l i t yi n s p e c t i o no fb a rc o d e ；b a rc o d er e c o g n i t i o n ；i m a g e s e g m e n t a t i o n ；e d g ed e t e c t i o n 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申蹦：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，沦文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同意对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致鲥。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：医逐印年j 月巧日 学位论文使用授权声明 本人垂墼在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在函安理工大学申涛博士硕士学位。本人作为学位沦文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：瑶畦导师签名：z 每三坠= 刀年；月砖_ 日 绪论 1 绪论 自动化数据采集( a u t o m a t i cd a t ac a p t u r e ) 技术是信息采集和处理的关键技术，条 码技术在自动化数据采集中占重要地位“1 。随着条码技术自身发展、与其它技术相互渗透、 促进，推动了相应的自动识别装备向多功能、远距离、小型化、软件硬件并举等方面发展， 出现了许多适用于不同场合的新型技术装备“”。在印刷生产中，传统的条码质量检测 方法已经不能满足市场的要求，也越来越不能与不断提高的印刷速度相适应。因此，开发 专门应用于实时检测条码印刷质量的新型检测设备，成为广大印刷企业的迫切需求。 1 1 课题研究的目的及意义 条码技术是在计算机应用和实践中产生并发展起来的一种广泛应用于商业、邮政、 图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域的自动识别技术，具有输入速度快、准 确度高、成本低、可靠性好等优点。在工业发达国家，条码作为一种及时、准确、可靠、 经济的数据输入手段已普及应用，成为商品独有的世界通用的“身份证”“，。 在流通领域中，一种商品的不同个体都具有相同的编码，并被同一条码符号标识。 由于这类条码标识具有数量大、标签格式固定、内容相同的特点，因此大多数制造商采用 传统印刷设备进行大批量非现场印刷复制的方法印制带有条码标识的印刷品。通常，这些 条码标识位于商品包装、书刊杂志封面、票据等图案复杂且细节繁多的印刷品上，不但要 求印刷精美，而且要保证条码识别装置能够顺畅读出条码的正确信息。这样，对条码标识 这类特殊的印刷产品质量的检测和控制成为印刷生产过程中的重要环节，也对印刷品质量 的检测和控制提出了新的要求。 在印刷过程中不仅要准确的判断条码出现的各种印刷缺陷，还要针对条码符号特有的 质量标准进行检测，并把得到的信息及时反馈给印刷机并调整印刷机，实现对印刷过程的 实时控制和条码印刷质量的在线检测。为与印刷生产和印品质量检测的自动化相适应，为 得到稳定的条码符号印刷质量，需要开发条码印刷质量在线检测系统。 虽然一些发达国家的工业检测水平已具有较高水平，针对条码印刷品质量的在线检测 技术也有不同程度的应用。然而，在国内许多印刷企业仍然依靠人工离线检测的方法对印 刷条码进行质量检测。这种传统检测方法造价高、效率低，容易漏检，已经不能与印刷生 产和质量检测的自动化相适应。条码是一种数据载体，它在信息传输过程中起着重要的作 用。如果条码出现印刷质量问题，物品信息通讯被中断，不仅给印刷企业造成经济损失， 还会给流通领域带来更严重的后果。制造商和条码使用商都希望能够对条码的印刷质量进 行有效控制，确保条码符号在流通链上被正确识别，而印刷条码质量检测系统则是实现此 目的的有效工具，因此，对印刷条码质量检测系统的研究具有十分重要的研究和应用价值。 西安理工大擘硕士学位论文 1 2 条码及其印刷质量检测技术现状 条码技术的核心是条码符号。本课题是以印刷条码符号为研究对象，涉及条码的检测 技术、识读技术和印制技术，以有效控制并检测印刷条码质量为目的。本节将简单介绍条 码技术和条码印刷质量检测技术现状。 1 2 1 条码技术 条码技术诞生于2 0 世纪4 0 年代，但得到实际应用和迅速发展还是在近2 0 年间。欧 美、日本等国家已经普遍使用条码技术，而且还在世界各地迅速推广普及，其应用领域还 在不断扩大。在中国，条码技术的研究始于2 0 世纪7 0 年代，当时的主要工作是学习和跟 踪世界先进技术。随着计算机应用技术的普及，条码技术在我国的邮电、仓储、图书管理 及生产过程的自动控制等领域得到初步应用。自1 9 9 1 年中国物品编码中心代表我国加入 国际物品编码协会( e a n ) 以来，中国商品条码系统成员数量迅速增加，条码技术在各领 域的应用不断深入，目前，条码技术已广泛应用于我国国民经济的众多领域。 条码技术是在计算机、光电技术和通信技术的基础上发展起来的- - f 综合科学技术， 是多项技术相结合的产物，也是目前应用最广的一种自动识别技术“”。条码技术包括编 码技术、符号技术、识读技术、印制技术以及检测技术 8 1 0 在自动识别技术中，条码技术 具有如下特点n ，： ( 1 ) 简单。条码符号制作容易，扫描操作简单。 ( 2 ) 信息采集速度快。无论采用普通计算机的键盘录入还是利用条码扫描设备录入 信息的速度都非常快。 ( 3 ) 可靠性高。上述信息录入方式误码率低，数据录入可靠性高。 ( 4 ) 灵活、实用。条码符号作为一种识别手段不但可以单独使用，还可以与其它相 关设备联系，实现更多的系统功能。同时，在没有条码扫描设备的情况下，键 盘输入也能实现数据的录入。 ( 5 )自由度大。识别装置与条码标签相对位置的自由度大。 ( 6 ) 条码自动识别系统所涉及的识别符号成本以及设备成本都非常低。 条码按照不同的分类方法、不同的编码规则可以分成许多种。条码可分为一维条码和 二维条码。一维条码是通常我们说的传统条码。一维条码按应用又可分为商品条码和物流 条码。目前使用频率较高的一维码制有：f a n 、u p c 、f a n l 2 8 码、交插2 5 码和3 9 码。其 中e a n 码和u p c 码是商品条码，e a n l 2 8 码、交插2 5 码和3 9 码是物流条码。本课题以一 维条码为研究对象，对印刷条码质量检测系统硬件构成、软件的实现进行研究，重点针对 条码印刷缺陷的检测算法、条码主要技术参数的检测以及条码识别算法的改进和实现进行 实验分析，力图为印刷条码在线检测技术的进一步完善提供一定的理论基础和应用方法。 2 绪论 1 2 2 条码印刷质量检测技术现状 在印刷质量检测方面，欧美及日本等国家都已经取得了很大的进步。目前能提供全自 动印刷品质量检测设备的有瑞士的b o b s t 、美国的p r o i m a g e 、日本的d a c 和t o k i m e c 1 。 国内在此领域的研究相对较少，虽然少数企业已经开发了专门用于印刷生产现场的条码质 量在线检测系统，但技术还不很成熟，需要进一步完善。 目前，国内许多印刷企业仍然采用脱机式人工检测的方法对印刷条码进行质量检测。 这种传统检测方法需要工人使用检测工具( 如：反射率测量仪、较高精度钢板尺、条码检 测仪等) 对随机抽取的条码进行测量，得到被检测条码的质量检验结果“。虽然在理论上， 这种传统的检测方法能够对每一枚条码符号做出质量评价，但在实际生产中，传统的条码 检测方法不但需要条码检测仪等检测工具，还存在以下缺陷和不足： ( 1 ) 条码检测仪等仪器并不能检测条码符号所有的指标要求。条码符号有无明显缺 陷等项目的检测需要人工目视检查 ( 2 ) 速度慢，需要占用大量人力物力资源。人工使用条码检测仪等工具对条码符号 进行抽样检测，不仅费时费力，耗费大量物力，还不能避免漏检的发生，容易将有质量问 题的不能被顺利识读的条码符号流入社会。 ( 3 ) 传统的条码检测方法是离线进行的，检测控制周期长，造成印刷材料的浪费， 生产效率低，不符合现代印刷发展趋势的要求“”。 如何在生产过程中及时地进行条码印刷质量检测和控制，达到不漏检一枚条码，不让 一枚不符合质量要求的条码流入市场呢? 印刷企业需要种安装在印刷设备上的，能够对 设备印刷出的条码符号进行实时监控，并对主要的参数进行连续的分析，自动将柏关指令 反馈给机器以提高条码印刷质量的检测设备。本文提出的基于机器观觉的印刷条石j 5 质量硷 测系统_ e 是对这种设备的研究和探索。 1 3 课题研究内容及论文结构安排 本课题在对机器视觉技术及其在工业现场检测的应用分析的基础上，结合国家通用商 品条码标准g b1 2 9 0 4 2 0 0 3 “”、国家商品条码符号印制质量标准g b 1 1 8 3 4 8 - - 2 0 0 1 “”、 条码符号印制质量的检验标准g b 1 1 4 2 5 8 - - 1 9 9 3n 3 1 等相关国家标准，针对印刷条码的各 种质量问题，研究印刷条码质量在线检测系统。旨在寻求能有效检测印刷条码质量的方法， 并在模拟环境下，实现印刷条码质量在线检测。课题的主要内容如下： ( 1 ) 分析模拟印刷实验台构造及工作原理，并构建适用于印刷条码的基于机器视觉 的质量检测系统； ( 2 ) 对条码缺陷检测算法和识别算法进行研究，设计检测方案，以v c + + 6 0 为软件 平台，实现条码缺陷检测算法和识别算法； 3 西安理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 在模拟印刷实验台上实现对条码缺陷检测和识别，并对印刷条码质量在线检测 系统进行实验研究，对检测算法、识别算法结果以及印刷条码质量在线检测系统效率进行 分析。 本论文在结构上总共分为6 个部分，各部分具体安排如下： 第l 章，绪论，介绍本课题的研究意义和条码印刷质量检测技术现状，以及本课题的 研究内容；第2 章，简要介绍条码基础知识；第3 章，介绍条码印刷质量检测项目要求， 及各项目的检测算法的原理和实现；第4 章，条码识别算法的研究以及实验结果分析；第 5 章，介绍检测系统的硬件构成和软件开发；第6 章，总结与展望，就本文进行总结，分 析本文的不足和将来的研究方向。 4 条码基础知识 2 条码基础知识 条码作为本课题的研究对象，也为了在以后的章节中便于说明，本章将介绍一些与课 题密切联系的条码基础知识。 2 1 条码的基本概念和符号结构 一个完整的条码是由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符( 可选) 和终止 符以及供人识读字符组成“，如图2 - 1 所示。 宅白隧 ，础捌孚符、 “ 2 8 随一 。1 一一：，? 。? 15 、。一 l i i i i i i i i i i i i i i i l l l l l l l l l l ，2 6 8 4 j 。、 乞贻字符?供乙字符磊骏字毒磊。二卒 结合图2 1 ，并引自中华人民共和国国家标准g b t 1 2 9 0 5 - 2 0 0 0 条码术语 1 4 1 对课 题涉及的条码的基本概念作如下介绍： ( 1 ) 条码( b a rc o d e ) 由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，用以表示一定的信息。 ( 2 ) 条( b a r ) 条码中反射率较低的部分。 ( 3 ) 空( s p a c e ) 条码中反射率较高的部分。 ( 4 ) 空白区( c l e a ra r e a ) 条码起始符、终止符两端外侧与空的反射率相同的限定区域。 ( 5 ) 起始符( s t a r tc h a r a c t e r ；s t a r tc i p h e r ：s t a r tc o d e ) 位于条码起始位置的若干条与空。 ( 6 ) 终止符( s t o pc h a r a c t e r ；s t o pc i p h e r ：s t o pc o d e ) 位于条码终止位置的若干条与空。 ( 7 ) 中间分隔符( c e n t r a ls e p a r a t i n gc h a r a c t e r ) 西安理工大学硕士学位论文 位于条码中间位置用来分隔数据段的若干条与空。 ( 8 ) 条码字符( b a rc o d ec h a r a c t e r ) 表示一个字符的若干条与空。 ( 9 ) 条宽( b a rw i d t h ) 条码字符中条的宽度尺寸。 ( 1 0 ) 空宽( s p a c ew i d t h ) 条码字符中空的宽度尺寸。 ( 1 1 ) 条码长度( b a rc o d el e n g t h ) 从条码起始符前缘到终止符后缘的长度。 ( 1 2 ) 模块( m o d u l e ) 模块组配编码法组成条码字符的基本单位。 ( 1 3 ) 单元( e l e m e n t ) 构成条码字符的条或空。 ( 1 4 ) 条码字符集( b a rc o d ec h a r a c t e rs e t ) 某种条码所能表示的条码字符集合。有些码制仅能表示1 0 个数字字符；0 9 ，如 e a n u p c 码、交插2 5 码；有些码还能表示其它字符及一些特殊字符。 ( 1 5 ) 供人识别字符( h u m a nr e a d a b l ec h a r a c t e r ) 位于条码符的下方，与相应的条码字符相对应的、用于供人识别的字符。 ( 1 6 ) 码制 条码符号的类型，每种类型的条码符号都是由符合特定编码规则的条和空组合而成。 常用的一维码制包括：e a n 码、交插2 5 码、u p c 码、3 9 码、1 2 8 码及库德巴码等。 ( 1 7 ) 商品条码( b a rc o d ef o rc o m m o d i t y ) 由国际物品编码协会( e a n ) 和统一代码委员会( u c c ) 规定的、用于表示商品标是代 码的条码，包括e a n 商品条码( e a n 1 3 码和e a n 一8 码) 和u p c 码( u p c - a 码和u p c e 码) 。 2 2 条码的编码方法 条码是利用条纹和间隔或宽窄条纹( 间隔) 构成二进制的“0 ”和“1 0 并以它们的 组合来表示某个数字或字符，反映某种信息。不同码制的条码在编码方式上也有所不同。 本节将举例说明两类不同的编码方法。 2 2 1 宽度调节法一2 5 码 按宽度调节法编码的条码，是以窄元素( 条或空) 表示逻辑值“0 ”，宽元素( 条或空) 表示逻辑值“1 ”。通常，宽元素的尺寸是窄元素的2 3 倍。3 9 码、库德巴码及常用的2 5 6 条码基础知识 码和交插2 5 码均属于宽度调节型条码。下面就以2 5 码为例，来说明宽度调节型条码的编 码方法“1 。 2 5 码是一种只有条表示信息的条码。每个条码字符都由按规则排列的5 个条构成， 其中包括2 个宽单元，其余的条和空，以及字符间隔都是窄单元。通常宽单元的宽度是窄 单元的3 倍，宽单元表示“1 ”，窄单元则表示“0 ”。2 5 码可表示1 0 个数字字符：0 9 ， 其字符集的二进制表示如表4 3 所示。2 5 码字符集中“3 ”由二进制码串“1 1 0 0 0 ”表示， 其字符结构如图2 - 2 所示。 字符间隔 二进制 i!旦!旦i 字符为“3 ” 图2 - 2 字符为“3 ”的2 5 码结构 f i g 2 2t h es t r u c t u r eo f 3 o f b a rc o d e 2 5 2 2 2 模块组合法e a n 一13 码 按模块组合法编码的条码符号中，条与空是由标准宽度的模块组合而成。一个标准 宽度的条模块表示二进制的“1 ”，一个标准宽度的空模块表示二进制的“0 ”。通用商品条 码( e a n 码和u p c 码) 均属模块组合型条码“1 。下面就以e a n 一1 3 码为例说明模块组合法 条码字符的构成，如图2 - 3 所示。 e a n 一1 3 码中的每一条码字符由2 个条和2 个空组成，每一条或空由l 4 个模块组成， 每一条码字符的总模块数为7 。它可以表示1 0 个数字字符：0 9 ，其字符集的二进制表示 如表4 1 所示。e a n 一1 3 码字符集中“l ”和“8 ”分别由二进制码串“0 0 1 1 0 0 1 ”和“0 1 1 0 1 1 1 ” 表示，字符“1 8 ”的字符结构如图2 3 所示。 搿 i ： i i ! 十 十 二进制 i 殳q!殳! i !里! l 字符“l ”字符“8 ” 图2 3e a n - 1 3 码字符a 子集中“1 ”“8 ”的字符结构 f i g 2 - 3t h es t r u c t u r eo f 1 & 8 o f b a rc o d ee a n 一1 3 嘲凹圆圆 西安理工大学硕士学位论文 按照模块组合法和宽度调节法这两种编码方式编码的不同码制的条码，在对它们进行 质量检测时，外观缺陷检测、条高、供人识别数字高度以及空白区尺寸等项目的检测方法 基本相同，而在条码译码正确性的检测方法上，却有各自的特点。详细的内容将在后面的 章节中介绍。 s 条码印刷质量检测 3 条码印刷质量检测 条码( b a rc o d e ) 是由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，用以表示 定的信息。它的属性决定了印制条码与印制其他产品不尽相同。首先，条码作为印刷品， 在印刷过程中，印刷机械和印刷材料的不完善以及不可避免的各种随机因素，都会导致条 码印品出现存在于其他印刷品中的各种缺陷。常见的印刷品缺陷主要有：飞墨、针孔、偏 色、漏印、墨点、刮擦、套印不准等l i f t | 。其次，条码作为一种传递信息的特殊图形，它 的固有特性决定了印制条码与印制其它产品不同。条码符号必须符合国家条码标准中对光 学特性、尺寸精度的要求，才能顺利地在各种条码阅读器上正确扫描识读。因此，印刷条 码质量的检测也不同于普通印刷品。 本章结合条码检测的有关技术规范和标准，说明其中所规定的条码印刷质量检验项目 及要求，并着重讨论如何基于图像处理技术，实现条码印刷质量的自动检测。 3 1 条码印刷质量检验项目及要求“幻m 1 条码检测的目的是对条码质量进行有效控制，确保条码符号在整个供应链上能够被正 确识读。条码检测的主要任务是“1 ： ( 1 ) 使符号印制者对产品进行检查，以便根据检查的结果调整、控制生产过程。 ( 2 ) 预测条码的扫描识读性能。 我国g b t1 4 2 5 8 - - 1 9 9 3 条码符号印制质量的检验中规定的检验项目共l l 项。具 体内容如下： ( 1 ) 外观 外观是条码检测项目的首项内容。有些条码存在严重的印刷缺陷( 脱墨、污点、断线、 条的边缘发毛、有虚晕和弯曲变形等) ，仅从外观质量超标，就可判为不合格。 ( 2 ) 条( 空) 反射率、印刷对比度( p c s 值) 条( 空) 反射率是量度条( 空) 对扫描光反射程度的物理量。 条( 空) 反射率r = 罢 ( 3 1 ) 式中：o 。条( 空) 反射通量； m 。对应条( 空) 绝对反射通量。 由条( 空) 反射率可以得到p c s 值。 p c s ：墨! 二生( 3 2 ) r 9 西安理工大学硕士学位论文 式中：r ，空与空白区的反射率； r 。条的反射率。 p c s 值又叫做印刷对比度，是描述条码条、空反射率差值的物理量。 ( 3 ) 条( 空) 尺寸误差 条( 空) 尺寸误差范围是指条( 空) 印刷实际尺寸与对应的标准尺寸之间偏差中最大值 m 与最小值n 组成的值域k ，”】，它反映条码印刷尺寸精度是否满足规范要求。 ( 4 ) 空白区尺寸 空白区尺寸是指条码左右两侧与空反射率相同的限定区域的实际尺寸。其作用是提示 扫描器回零，准备开始阅读。空白区不够常会引起误读。 ( 5 ) 条高 条高是构成条码字符的条的二维尺寸中的纵向尺寸。条码的识读是通过扫描器横向扫 描条码进行的。条高上的信息是冗余的，但由于应用领域中采用的识读器五花) k l l ，因此 条高尺寸对保证条码正确识读是有影响的。 ( 6 ) 数字、字母的尺寸 数字、字母尺寸是指供人眼识别用的条码数据符的实际尺寸。 ( 7 ) 校验码 校验码是用来检验代码和条码字符正确性而设立的。校验码通过一种特定的算术运算 而得到。 ( 8 ) 译码正确性 译码正确性是指条码在扫描后，译码显示的条码数据符与实际条码数据符是否 吻合，它与条码印刷质量及扫描器有关。 ( 9 ) 放大系数 放大系数是指条码符号长度尺寸与标准尺寸的比值。一般来说，条码的放大系数在一 定范围内是可变的，但受识读设备及印刷质量的影响。为了保证识读，过大或过小的条码 是不允许的。 ( 1 0 ) 印刷厚度 印刷厚度是指条码符号的条与空的涂层厚度差。条码印刷厚度对条码的正确识读有影 响，当条与空不处在同一平面上时，会因条的油墨厚度过大而使空的反射率相对减小，给 空的尺寸测量带来误差，影响识读。 ( 1 1 ) 印刷位置 印刷位置是商品条码包装实物的一项检验内容。 在以上1 1 个项目的检验中，外观、条( 空) 反射率、p c s 值、条( 空) 尺寸误差与译 码正确性是关键性检验项目。 i o 条码印刷质量捡测 3 2 基于图像投影技术的条码印刷质量检测 本课题中对印刷条码主要技术参数检测是通过对从印刷现场采集得到的条码图像进 行的一系列处理实现的。本节将以e a n 1 3 码为实例，对条码质量检测主要参数检测的实 现方法作具体介绍。 3 2 1 基于图像投影的条码图像分割m ”8 1 实际生产中，基于条码的应用特点，它并非布满整幅印品，只分布在整幅印品的某些 固定的已知的位置，且只占版面中很小的面积。版面上条码以外的内容对于条码检测是不 需要的。如果不加选择的对整幅采集，则必须使用模板匹配等算法进行复杂背景中的条码 图像分割。1 2 l l 势必要增加系统在时间等资源上的开销。鉴于实时检测系统对速度的要 求，可以利用对印品的丰富先验知识只对条码图像部分进行高分辨率采集。这样，既减少 了运算量，又提高了条码图像的分辨率，从两方面都增强了系统的运算速度和检测精度。 下面通过一个具体的例子来说明条码图像的投影。图3 1 是通过线阵c c d 摄像头拍摄 的高速运动中的印刷条码图像，利用投影法，可以从图3 一l 中自动检测到水平方向上条码 的位置。 图3 一le a n - 1 3 码实例 f i g 3 1a ne x a m p l eo f b a rc o d ee a n 一1 3 仔细观察这幅条码图像，可以发现，图像中条和供人识读的数字部分的像素灰度都差 不多，并且与空和空白区的像素灰度有明显差距。可以选取合适的阈值( 这里选取4 0 到 1 4 0 ) ，将条码图像二值化，就可以把条和供人识读数字部分突出显示出来。如图3 - 2 所示。 图3 - 2 对图3 - 1 二值化 f i g 3 - 2t h eb i n a r yi m a g eo f f i g 3 1 西安理工大学硕士学位论文 从图3 2 中可以看到条码图像的显著特征。图像中条码所在的行上的黑像素点个数相 差不多，并且与供人识读数字所在行的黑像素点的数量有相当差距。把图3 - 2 在水平方向 做投影，得到如图3 3 所示结果：其中每行上黑色线条的长度代表该行上黑像素点的个数。 图中上部，由长度较长的黑线组成的类似矩形的区域就是条码图像中条码所在的位置，而 在条码下方长度较短的黑线需所处部分就是供人识读数字所在区域，这就是图像投影法。 将投影法和阂值化一起使用，可以得到较好的效果。 供人识别 数字区域 图3 - 3 条码水平方向投影图 f i g 3 - 3t h eh o r i z o n t a lp r o j e c t i o np i c t u r eo f b a rc o d e 进一步对通过上述阈值化和投影法处理得到的条码图像进行分析，利用水平方向投影 的行上的黑像素数量，以及行之间的黑像素数量之差，就可从图3 一l 所示的图像中分割出 不含供人识读数字的条码图像，以便对条码中的外观、空白区尺寸、条高、供人识读数字 尺寸、放大系数五个项目进行自动检测。 3 2 2 条码高度的检测 通过对图3 - 3 图像中每行上的黑点数i b l a c k n u m b e r 和该行在图像中的位置f 记录下 来，并设定行间黑点数量差阈值m 。然后，从图像的1 2 高度i h e i g h t 2 处开始向上、向 下逐行扫描，计算相邻两行黑点个数之差n ，和栉。，直到第一次出现满足 i 和 l l d w m 的行就结束扫描，并标记这两行所在高度妒和d o w n 。那么，高度u p 和d o w n 之 间的区域就是条码区域，它们的高度差就是条高。通过这种方法短条高度的计算公式为： 日h = u p - d o w n ( 3 3 ) 不但从采集图像中分割出不含供人识别数字的条码图像，而且实现了对条高尺寸的检测。 同时，高度d o w n 所在行也是供人识别数字的起始位置，为检测供人识别数字尺寸提 供了条件。分割后的不含供人识别数字的条码如图3 4 所示。 1 2 图3 4 经投影分割出的只含条符号的图像 f i g 3 _ 4t h ei m a g eo n l yh a v eb a rc o d ec h a r a c t e r s 码域条区 | | 一 条码印刷质量检测 同理，对水平投影图像从0 高度，即图像最底行开始向上逐行扫描，记录第一次出现 满足 ，的高度b o t t o m ，则由高度d o w n 到高度b o t t o m 之间的区域，就是供人识别数字 所在区域，而它们的高度差也就是供人识别数字的高度，即： h m = d o w n - b o t t o m ( 3 4 ) 这里，得到的条高、供人识别数字高度都是通过对采集的条码图像进行处理得到的， 都是以像素为单位的，而在实际生产中需要以毫米为单位来描述它们的高度尺寸。这样， 系统就需要把像素数描述的条高、供人识别数字高度按照采集图像与实际条码标签之间的 尺寸比例，换算成以毫米为单位的实际尺寸。 3 2 3 脱墨及污点的检测 作为印刷产品的条码符号，因为生产过程中的种种原因，不可避免的会出现脱墨、污 点、漏印、蹭脏等印刷缺陷，针对这些缺陷，印刷条码质量检测系统通过对采集条码图像 的处理，检测其外观，将外观质量超标的条码判为不合格。 印刷条码质量检测系统是以采集到的条码图像为处理对象，将有缺陷条码的图像与外 观合格的条码图像进行比较后发现：它们经过相同的二值化削波处理和水平方向投影后的 结果有明显不同，如图3 5 所示。 ( a ) 脱墨或漏印( b ) 污点或蹭脏 ( c )图( a ) - - 值化水平投影( d )图( b ) 二值化水平投影 ( e )图( a ) 分割的条码( f ) 图( b ) 分割的条码 图3 - 5 缺陷条码检测 f i g 3 5t h ed e f e c ti n s p e c t i o no f b a rc o d e 下面，对图3 5 中的实验结果进行详细分析： 图( a ) 是一个有脱墨缺陷条码的采集图像，将( a ) 图像进行二值化削波和水平投影处 1 3 西安理工夫学硕士学住论文 理得到图( c ) ，( a ) 图像中的脱墨缺陷在( c ) 图中表现为，在缺陷处对应高度上的几行的黑 像素点数比其他高度的行黑像素数少，进而由对水平投影图像( c ) 进行逐行扫描寻找向上、 向下第一个黑像素数量跳变点，分割出的条码图像高度，即条高，比无缺陷条码高度小很 多。 带有污点的条码采集图像经过同样的处理，也得到了相似的结果，如图( b ) 、( d ) 、( f ) 所示。而污点与脱墨的差别表现在，带有污点的条码图像二值化水平投影后，缺陷所在几 行的黑像素数量要多于正常区域行。受缺陷所在的位置以及缺陷的形状影响，图( f ) 得 到的分割条码高度较短。 条码图像本身有其明显的方向特征，条和空有规则的交替排列在水平方向上。所以， 在图像的行上像素点的分布，以及对应点的像素值都有几乎相同的分布。对条码进行外观 缺陷检测正是利用条码图像的这个特点，通过对条高的进一步检测来达到检测外观缺陷的 目的。外观缺陷检测步骤如下： ( 1 ) 通过实验结合有关标准，归纳出由像素数描述的合格的，放大系数为1 0 的条码 符号的标准条高日。，； o ( 2 ) 设定阈值k = 云日渐； 1 u ( 3 ) 比较被检测条码条高h 。和阈值z k 。如果。 瓦。，则判定该条码有外观缺 陷；否则为外观合格。 这样就实现了针对脱墨、污点、漏印以及蹭脏缺陷的印刷条码符号外观的自动检测。 实验中，采用线阵c c d 摄像头与条码标签条垂直的方向进行条码图像采集，因此，步骤( 1 ) 中标准条高日。，的确定，要根据采集条码图像的纵向分辨率，即由设备的采集频率确定。 设备的采集频率过低，在单位时间内采集的图像行数过少，条码图像的纵向分辨率过低， 则归纳出的合格条码符号标准条高值就较小，就会导致条码外观缺陷的检测精度低的后 果。反之，在一定范围内，设备的采集频率越高，在单位时间内采集的图像行数越多，那 么条码图像的纵向分辨率就越高，归纳出的合格条码符号标准条高值就越大。对待检测条 码外观缺陷的检测精度也就越高。但过犹不及，一味的追求过高的纵向分辨率不但不能不 断的提高缺陷检测精度，反而会增加数据运算量，降低运算速度、检测速度，得不偿失。 所以，应选择合适的设备采集频率，合理分配资源，令其发挥最大的作用，得到良好的检 测效果。 3 2 4 放大系数的检测 条码符号的放大系数是由所处印刷版面所能容纳的条码印刷面积及承印厂的技术水 平决定的。为了保证识读，商品条码的放大系数一般在0 8 0 2 0 0 的范围内选择，这样 有助于条码符号识读成功。条码符号随放大系数的变化而放大或缩小。由于条高的截短会 影响条码符号的识读，因此不应随意截短条高。随着放大系数的改变，所对应的条高、模 1 4 条码印刷质量检测 块宽度以及条码符号长度都按放大系数增大或减小。e a n 一1 3 码不同放大系数所对应的条 高、模块宽度以及条码符号长度如表3 1 所示。 表3 - ie a n 一1 3 码放大系数与模块宽度、条码符号主要尺寸对照表“” 单位：毫米 t a b l e 3 一lt h em o d u l ew i d t ha n ds o m ei m p o r t a n ts i z e so f b a rc o d ec o n t r a s tw i t he n l a r g e m e n ti n d e xu n i t ：r a m 放大系致模块宽度条码符号长度8条高b放大系数模块宽度条码符号长度a条高b 0 8 00 2 6 42 9 8 3 1 8 2 81 柏 0 4 6 2 5 2 2 l 3 1 9 9 o 8 5o 2 8 l 3 1 7 0 1 9 4 21 5 00 4 9 55 5 9 4 3 4 2 8 0 9 00 2 9 73 3 5 62 0 5 71 6 00 5 2 85 9 6 63 6 5 6 i 0 00 3 3 03 7 2 92 2 8 5t 7 00 5 6 1 6 3 3 9 3 8 8 5 l r l o0 3 8 34 1 0 12 5 1 41 | 8 00 5 9 46 7 1 24 1 1 3 1 2 00 3 9 64 4 ，7 52 7 4 2l ，9 00 6 2 77 0 8 54 3 4 2 1 3 00 4 2 9 4 4 8 4 8 2 9 7 12 0 00 6 6 07 4 5 8 4 5 7 0 a 条码符号长度为从条码起始符左边缘到终止符右边缘的距离以及左、右侧空白区的最小宽度之和 b 条高位条码的短条高度。 课题根据检