（计算机应用技术专业论文）基于symbian平台的datamatrix识别技术研究及实现.pdf

南京航空航天大学硕+ 学位论文 摘要 随着信息技术的不断发展，二维条码技术自问世以来，作为一种高效的编解码手段， 逐渐在各个行业得到了广泛的应用。传统的条码图像采集是通过扫描仪或工业摄像头，然 而随着嵌入式设备在功能上的不断完备，通过嵌入式设备自带的摄像头进行二维条码的采 集已经成为一种流行趋势，而这又大大促进了手机二维条码的发展应用。本文研究的目的， 就是在s y m b i a n 嵌入式平台上检测和识别d a t a m a t r i x 二维条码。 本文首先探讨了二维条码图像的预处理技术。通过预处理，可以有效的对图像进行增 强，并将图像转化为二值图像，有利丁二后续的解码工作。 其次，本文根据d a t a m a t r i x 二维条码的特点，使用基于链码跟踪的条码检测算法来进 行二维条码的识别检测。 接着，针对因为使用嵌入式设备进行条码图像采集，而无法控制拍摄角度等因素造成 的透视效果存在的问题，本文使用经典反透视算法来进行图像矫正，并使用三次卷积法进 行插值计算。 然后，本文对s y m b i a n 系统进行了介绍，以及讨论了在s y m b i a n 系统下进行编程所需 注意的一些技术问题。 最后，本文采用s y m b i a n 公司提供的s y m b i a ns d k 开发平台，设计并实现了一个基 于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 二维条码识别解码系统，并调用自动对焦等功能，实现了条 码图像的实时获取，解码快速准确。该系统在多个s y m b i a n 版本平台上进行过运行测试， 在实时性以及稳定性上均表现良好。本项目在解码之后，还可以进行进一步的扩展应用， 比如，可以进行将解码所得的信息通过短信方式进行发送或连接到解码所得网址上进行浏 览等操作。 关键词：二维条码，条码识别，d a t a m a t r i x ，链码跟踪，反透视变换，s y m b i a n ，自动对焦 基于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 a b s t r a c t s i n c et h ei n v e n t i o no ft h et w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d et e c h n o l o g y ，a sah i g he f f i c i e n tc o d e d e c o d e m e t h o d ，i th a sb e e nw i d e l yu s e di nv a r i o u sf i e l d s b a rc o d ei m a g e sa l ec a p t u r e db ys c a n n e ro r i n d u s t r i a lc a m e r at r a d i t i o n a l l y ，h o w e v e r ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e dd e v i c e s ，c a p t u r i n gb a r c o d ei m a g e st h r o u g hc a m a r e sw i t h i ne m b e d d e dd e v i c e sh a sb e c o m eap o p u l a rt r e n d ，a n dt h i st r e n d p r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to ft h em o b i l et w o d i m e n s i o n a lb a rc o d e t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri s d e t e c t i n ga n dr e c o g n i z i n gd a t a m a t r i xt w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d ei m a g e sc a p t u r e do ns y m b i a n e m b e d d e dd e v i c e sp l a t f o r m f i r s t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e di m a g ep r e - p r o c e s st e c h n o l o g yi nt w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d e t h r o u g h t h ei m a g ep r e - p r o c e s s ，b a rc o d ei m a g ec a nb ee n h a n c e d ，a n dt r a n s f e r r e di n t ot w o - v a l u ei m a g e ，w h i c h i sb e n e f i tf o rt h ed e c o d ep r o c e s sn e x ts t e p f o l l o w i n g ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dd a t a m a t r i xt w o d i m e n s i o n a lb a rc o d e sc h a r a c t e r i s t i c s u s i n gt h e a l g o r i t h mo fd e t e c t i n gd a t a m a t r i xb a rc o d eb a s e0 1 1c h a i n - c o d et r a c k i n gt od e t e c ta n dr e c o g n i z et h e b a rc o d e t h e n ，t h e r ea r ep e r s p e c t i v ep h e n o m e n o n si nb a rc o d ei m a g e s ，d u et ou n c o n t r o l l a b l ec p u t u r i n g a n g l ec a u s e db ye m b e d d e dd e v i c e s t h i sp a p e ru s e sc l a s s i ca n t i - p e r s p e c t i v ea l g o r i t h mt oa d j u s ti a m g e ， a n du s i n gc u b i cc o n v o l v em e t h o dt oc a l c u l a t et h ei n t e r p o l a t i o n f i n a l l y ，w eu s es y m b i a ns d k t od e s i g na n di m p l e m e n tab a rc o d ed e c o d i n gs y s t e mb a s eo n s y m b i a np l a t f o r mw i t ha u t of o c u sf u n c t i o nw h i c hc a nc a p t u r eb a rc o d ei m a g e si nr e a l - t i m e ，a n dt h i s s y s t e mc a nd e c o d eb a rc o d e sf a s ta n da c c u r a t e l y t h es y s t e mh a sb e e nt e s t e di nd i f f e r e n tv e r s i o n so f s y m b i a np l a t f o r ma n dt h er e s u l t sc e r t i f yt h eg o o ds t a b i l i t ya n dr e a l - t i m ec h a r a c t e r a f t e rd e c o d i n g ，w e a l s oc a nc a l t yo na d v a n c e da p p l i c a t i o n f o re x a m p l e ，w ec a ns e n dt h ed e c o d e di n f o r m a t i o nv i as m s s y s t e mo rc o n n e c tt ot h ew e bs i t ec o n t a i n e di nt h ei n f o r m a t i o nd i r e c t l y k e y w o r d s ：t w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d e ，b a rc o d er e c o g n i t i o n ，d a t a m a t r i x ，c h a i n - c o d et r a c k i n g ， a n t i p e r s p e c t i v et r a n s f o r m a t i o n ，s y m b i a n ，a u t of o c u s 南京航空航天大学硕士学位论文 图清单 图1 1 常见二维条码种类2 图2 1d a t a m a t r i x 二维条码的外观一8 图2 2 各种d a t a m a t r i x 条码形式9 图2 3 单字节码字摆放顺序一1 4 图2 4 码字放置顺序。1 4 图2 53 2 x 3 2 校止图形模块1 4 图3 1 灰度化实验结果1 7 图3 2 中值滤波实验结果18 图3 3 二值化处理后条码图像2 0 图3 4 边缘检测实验结果2 2 图3 5 线段子元2 3 图3 6 八邻域边界链码2 3 图3 7f r e e m a n 准则直线检测流程图一2 5 图3 8 直线段检测斤图像一2 6 图3 9 定位图形“l ”检测结果2 7 图3 1 0 定位图形“l ”的基准点2 7 图3 1 1 寻找条码的第四个点2 8 图3 1 2 具有透视效果的d a t a m a t r i x 条码2 8 图3 1 3 反透视变换示意图3 0 图3 1 4 三次卷积插值算法的数学模型3 l 图3 15 反透视实验结果3 2 图5 1s y m b i a n 手机d m 码的识别和解码流程一4 2 图5 2 程序启动界面51 图5 3 程序启动摄像头解码5 1 图5 4 显示解码信息5 2 图5 5 选择连接方式5 2 基t - s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 表清单 表1 1 二维条码和一维条码的比较4 表2 1d a t a m a t r i x 条码编码模式l o 表2 2b a s e 2 5 6 编码规则1 2 表2 3r s 纠错符号说明。1 3 表3 1 条码检测算法比较3 3 表3 2 条码识别耗时3 3 表3 3 算法识别率3 3 承诺书承话吊 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：窆叠丝 日 期：兰坐星j 目幽 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 概述 条码( b a rc o d e ) 技术最早产生于上世纪二十年代，诞生于w e s t i n g h o u s e 的实验室里，由 j o h n k e r m o d e 发明，最初的目的是为了对邮政单据实现自动分检。随着技术的发展和条码技术 的应用需求不断扩大，到目前为l ：，世界上出现了大约2 2 5 种以上的一维条码，同时一维条码 也被应用于很多场合。 自从一维条码技术出现以来，条码技术得到了飞速发展，它的使用大大地缩短了信息采集 和信息处理的时间，提高了t 作效率，为信息化和现代化做出了很大的贡献。但是传统的一维 条码由于信息容量的限制，仅仅是对物品的“标识”，而不是对物品的“描述”，一维条码的使 用，不得不依赖数据库，使得应用受到很大限制。 上世纪九十年代，二维条码的出现人大改进了一维条码的缺点。它不但具有一维条码的优 点，同时还有信息量人、可靠性高、保密防伪性强等优点。二维条码依靠其庞大的信息携带量， 能够把过去使用一维条码时存储于后台数据库中的信息包含在条码中，可以直接通过阅读条码 得到相麻的信息，并且二维条码还有错误修正技术及防伪功能，增加了数据的安全性。二维条 码可把照片、指纹编制丁其中，可有效地解决证件的可机读和防伪问题。 近几年，随着信息技术和信息服务产业飞速发展以及计算机在性能上日臻完善，超大规模 集成电路和超高速计算机技术的突匕猛进，为了改变手一r ：输入，提高输入质量和输入速度，条 码技术越来越成为人们关注的焦点。条码技术是以计算机、光电技术和通讯技术的发展为前提 的一项综合性技术，是信息自动识别、输入的重要方法。可以预见，二维条码以其独特的优势 必将在各个领域得到推广和应用。 1 2 二维条码简介 二维条码就是用某种特定的儿何图形按一定规律在平面( 二维方向上) 分布的黑白相间的 图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0 ”、“1 ” 比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设 备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有条码技术的一些共性：每种码制有其 特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信 息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。二维条码能够在横向和纵向两个方位同时表达 信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息 目前二维条码主要有p d f 4 1 7 码【l 】、q r 码【2 】、d a t am a t r i x 码【3 1 、m a x i c o d e 码【4 1 等，主要分 为堆叠行排式和棋盘矩阵式两大类5 】【6 】。如图1 1 所示。 1 基rs y m b i a n 平台的d a t a m a t r l x 识别技术研究及实现 ( 1 ) 堆替式行排式一维条码( 又称堆积式一维条码或层捧式一维条码) ，其编码原理是建 立在一维条码基础之上，按需要堆积成两打或多行。它在编码设计、校验原理、识读方式博古 面继承了一维条码的些特点，识读设备与条码印刷与一维条码技术兼容。但由丁行数的增加， 需要对行进彳亍判定，其泽码算法与软件也不完全相同干一维条码。有代表性的行排式一维条码 有：c o d e1 6 k 、c 础4 9 、p d f 4 1 7 等。 ( 2 ) 矩阵式二二维条码( 叉称棋盘式一维条码) 它是在一个矩形空间通过黑、白像桑在矩阵 中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，| j 点( 方点、圆点或其他形状) 的山现表示 进制1 ，点的不出现表示二进制的0 ，点的排列组合确定了矩阵式二维条码所代表的意 义。矩阵式二雄条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倒形符 号自动识读处理码制。具有代表性的矩阵式| 维条码有：c o d e o n e 、m a x i c o d e 、q r c o d e 、d a t a m a m x 等。 雌黧鬻 d a t a 、n 2 t = 维码0 r = 堆码、l a x l c o d e = 镕日 偶删勰 蚓i1 常见一维条码种类 一维条码和维条码相比，有请多特性： 1 高密度 一维条码，网密度较低，故仅作为一种标识数据，不能对产品进行描述。找们要知道产品 的有关信息必须通过识读条码而进入数据库。遮就要求我们必须事先建立以条码所袁示的代 码为索引字段的数据库。 二维条码通过利刑乖直方向的堆积来提高条码的信息密度。而且采用高密度幽形表示，通 常情况r 其密度是一维条码的几十到儿百倍，这样我们就可以把信息全部存储在个二维条码 中要查看信息，只要片 识读设各扫描二维条码即可，田此不需要事先建立数据库，真正实现 r 崩条码对信息进行直接描述。 2 具有纠惜功能 一维条码的应用建立在这样一个基础上，邢就是识凄时拒读( 即读不出) 要比误读( 读错) 盯。 南京航空航天大学硕士学位论文 冈此一维条码通常同其表示的信息一同印刷出来。当条码受到损坏( 如污染，脱墨等) 时，可以 通过键盘录入代替扫描条码。鉴丁以上原则，一维条码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管 引入了校验字符的概念，但仅限于防止读错。 二维条码可以表示数以千计字节的数据，通常情况下，所表示的信息不可能与条码符号一 同印刷出来。如果没有纠错功能，当二维条码的某部分损坏时，该条码便变得毫无意义，冈此 二维条码引入错误纠正机制。这种纠错机制使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照 样可以正确得到识读。这种纠错机制使得_ 二维条码成为一种安全可靠的信息存储和识别的方法， 这是一维条码无法相比的。 3 可以表示多种语言文字 多数一维条码所能表示的字符集不过是1 0 个数字，2 6 个英文字母及一些特殊字符。条码 字符集最大的c o d e1 2 8 条码，所能表示的字符个数也不过是1 2 8 个a s c i i 符。冈此要用一维条 码表示其它语言文字( 如汉字、日文等) 是不可能的。 二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的机制。我们知道，不论何种语言 文字，它们在计算机中存储时以机内码的形式表现，而内部码都是字节码。这样我们就可以设 法将各种语言文字信息转换成字节流，然后再将字。肖流用二维条码表示，从而为多种语言文字 的条码表示提供了一条前所未有的途径。 4 可表示图像数据 既然二维条码可以表示字节数据，而图像多以字1 了形式存储，因此使图像( 如照片、指纹等) 的条码表示成为可能。二维条码编码范围广，可以将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等 凡可数字化的信息进行编码。 5 可引入加密机制 加密机制的引入是二维条码的又一优点。比如我们用二维条码表示照片时，我们可以先用 一定的加密算法将图像信息加密，然后再用_ 二维条码表示。在识n - - 维条码时，再加以一定的 解密算法，就可以恢复所表示的照片。这样便可以防i ：各种证件、卡片等的伪造。 6 容易制作且成本低 利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏热转印、制卡机等打印技术，即可在纸张、卡片、p v c 、 甚至金属表面上印出二维条码。由此所增加的费用仅是油墨的成本，因此人们义称- 二维条码是 “零成本”技术。 如表1 1 所示： 3 基- ps y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 表1 1 二维条码和一维条码的比较 羞异点 类型 信息量校验和纠错表示信息保密性 密度低，信只有校验功能，数字，字符等加密防伪 一维条码 息量小无纠错功能a s c i i 码能力弱 密度高，信即有校验功能， 任何字节流，可 加密防伪 二维条码以表示图像和 息量大也有纠错功能能力强 多国语言 1 3 二维条码应用与国内外研究现状 1 3 1 二维条码的应用 由于二维条码具有储存量大、保密性高、 性使得二维条码比较适用于很多方面，例如： 备份等。 追踪性高、抗损性强、成本便宜等特性，这些特 表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料 1 证件管理 由于二维条码可以对照片或指纹进行编码，有效地解决了证件的可机读及防伪等问题，因 此可广泛地应用在护照、身份证、驾驶证、暂住证、行车证、军人证、健康医疗证、保险砖、 学生证等任何需要唯一识别个人身份的证件上。 2 执照年检 行车证、驾驶证的年审，各种上商营业执照、税务登记证、卫生检疫证、企事业代码证、统 计登记证等各种政府部门登记证件的年检，可以通过采用二维条码，解决年检登记的计算机录入 问题，节约了政府| t 作人员的时间，为企事业单位提供了良好的服务，还有利于改善政府的服务 和公众形象。 3 报表管理 海关报关单、税务报表、银行票据、保险登记表、医疗保健卡等任何需重复录入或禁止伪 造、删改的表格，都可以将表中填写的信息编在二维条码中，实现表格的自动录入并能防止篡 改表中内容。 4 新闻出版 利用二维条码可以对汉字或图片进行编码的特性，可以很容易地将图书在版编目数据、版权 信息、内容提要、防伪信息，甚至封面图案、作者照片及指纹等一切可以数字化地信息编入二维 条码中，有效地解决了图f 5 信息的可机读及真伪辨别问题。在图书管理、销售、收藏等单位的计 算机上录入出版物编目数据等信息时，只需几秒钟就可准确地完成，不仅： 了约了图书登记、图书 4 南京航空航天人学硕士学位论文 管理人员的宝贵时间，还避免了人- t 录入较易发生的差错，确保其图书信息的可靠性，因此可广 泛地应用于各类出版物。 5 货物的集装运输和包裹邮递 随着条码技术的不断发展，条码在包裹、货物运输上扮演了越来越重要的角色，特别是近 几年来，许多国家的运输公司纷纷采用一维条码和二维条码相结合的标签，来实现货物运输中 的条码跟踪和信息传递。 二维条码信息容量大，可以储存包裹、货物的详细信息，且容易打印，还可以根据需要进 行加密，从而有效地防止了数据的1 = 法篡改。此外，由于二维条码具有很强的自动纠错能力， 冈此在实际的包裹运输中，即使条码标签受到一定的污损，二维条码依然可以正确地识读。二维 条码这些突出的特点，使之迅速被很多国家广泛地应用于邮政、铁路、机场、水运码头等货物运 输上，以此实现了货物运输的全过程跟踪，消除了数据的重复录入，加快了货物运输的数据处 理速度，降低了对计算机网络的依赖程度，从而实现了物流管理和信息流管理的完美结合。 6 机电产品的流水生产线 如汽车总装线、电子产品总装线，采用_ 二维条码实现数据的自动识别和交换。 1 3 2 国内外研究现状 条码的识别技术是条码应用的关键。边缘检测是简单有效的条码识别技术7 1 ，然而当条码 密度较大时，光学系统的降晰将严重影响条码的识别。经过光学系统点扩展函数的卷积作片j 后， 相临近的边界相互干扰，将出现边界位置偏移甚至消火的现象，影响条码的识读。针对边界信 号模糊问题，j o s e p h 等人【8 ，9 1 分析了光学系统的高斯降晰模型对条码信号的影响，求解条码信号 的一阶导数和二阶导数，计算得到模糊函数的方差，对条码信号进行补偿。s h e l l h a m m e r t l 0 1 等人 提出了基于选择性采样的条码边界处理技术计算条码的边缘强度，根据边缘强度进行选择性采 样除去伪边界，再用拉普拉斯变换增强条码边界。o k o l n i s h n i k o v a 1 1 1 研究了多项式级算法的条 码识别，利用回归迭代的方法识别条码。t u r i n 1 2 1 提出了利用e m ( e x p e c t a t i o nm a x i m i z a t i o n ) 算法的条码识别技术，提高了条码阅读的景深。b o i e 1 3 1 和m a r o m 1 4 1 等人研究了噪声对条码识别 的影响，建立了常见的几种光学系统噪音的数学模型，并针对常见的噪音设计了反噪音的算法。 k r e s i c - j u r i c 1 5 3 6 1 等人利用隐马尔科夫模犁对模糊的条码信号进行处理，并进行边缘检测。二维 条码的识别涉及直线检测算法，史册等【1 7 1 提出的实时图像处理中一种快速的直线检测算法有效 加快了检测直线的速度。刘宁钟等人研究了基于傅立叶变换的二维条码识别【1 8 】，基于波形分析 的二维条码识别1 9 】，综合利用投影算法和相似距离算法的二维条码识别【2 0 1 ，基于中点检测的二 维条码识别【2 1 1 。 5 基丁s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 在编码理论方面，w a n g 2 2 1 等人分析了条码的容错特性，研究了条码信息容量和容错能力 的关系，研究了根据容错能力设计条码的方法。v a n g i l s 2 3 从信息论的角度研究了二维条码编码 理论的一些特性，研究二维条码信息编码方式，二维条码扫描模式，二维条码应用特性等一系列 二维条码的关键技术。p a v l i d i s l 5 , 6 1 等人系统地研究了条码的信息理论，研究了条码编码技术，条 码信息密度，条码码距，条码编码容量，条码设计原则等问题，为二维条码的设计提供了理论基 础。 1 4 本文的主要工作和组织结构 本文在江苏省自然科学基金项目，高维条码识别技术和编码理论的研究( 项目编号： b k 2 0 0 7 5 8 8 ) 资助下，结合d a t a m a t r i x 二维条码的编解码技术和s y m b i a n 嵌入式开发技术，分 析研究了s y m b i a n 嵌入式设备上实时解码的算法，包括二维条码的图像预处理算法、二维条码 的检测算法、反透视算法，在此基础上研发了s y m b i a n 智能手机端二维条码解码系统。 本文的主要工作和研究结果包括： ( 1 ) 研究了二维条码编码技术，介绍了d a t a m a t r i x 二维条码的图形符号特征、编码模式、 r e e d - s o l o m o n 纠错编译码的原理以及码字流的标准摆放过程。 ( 2 ) 研究了二维条码解码系统的流程，通过对嵌入式设备得到的图像进行预处理，使得图 像清晰，更有利于后面的解码上作。 ( 3 ) 根据d a t a m a t r i x 条码图像的特点，使用链码跟踪方法，快速有效地实现条码的定位。 ( 4 ) 针对摄像头采集图像时普遍存在的透视现象，使用反透视算法，配合使用三次卷积法 进行插值来进行图像的矫正，可有效的得到规范的条码图像。 ( 5 ) 利用动态链接库技术，将条码图像的预处理、检测和识别技术封装成d l l 库，这样在 实际的平台上可以直接调用使用。 ( 6 ) s y m b i a n 平台上识别系统的实现。结合图像预处理技术以及条码检测和识别技术，实 现了一套基于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 条码解码系统，具有良好的识别效果。该系统支持自 动对焦功能，具有将条码所得信息自动链接到网址、以短信息形式发送解码信息等多种应用方 式。 本文组织结构如f ： 第一章：绪论。介绍了_ 二维条码的研究背景、研究意义和国内外研究现状，提出了本文的 主要工作以及论文的组织结构。 第二章：d a t a m a t r i x 二维条码码制标准及介绍。主要讨论了d a t a m a t r i x 的码制标准，对 d a t a m a t r i x 图形符号以及编解码原理进行了分析研究，探讨了r s 纠错编码原理、译码算法。 第三章：d a t a m a t r i x 条码识别技术探讨与分析。首先讨论了条码图像预处理算法。其次探 6 南京航空航天大学硕+ 学位论文 讨了d a t a m a t r i x 条码的检测技术，重点结合链码跟踪技术。再次研究了条码的透视现象，使用 反透视算法来解决这一问题。 第四章：s y m b i a n 平台中系统的介绍。介绍了在嵌入式手持设备上广泛应用的s y m b i a n 操 作系统的架构、开发原理和一些特性。 第五章：基于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 解码系统设计和实现。介绍了解码系统的运行流 程，利用s y m b i a ns d k 实现了对摄像头的操作，调用自动对焦功能，完成了在s y m b i a n 设备 上的实时采集图像功能，并调用封装好的二维条码解码d l l 米进行d a t a m a t r i x 二维条码的识 别检测和解码在s y m b i a n 平台上实现了一套基于s y m b i a n 平台的完整的条码识别解码系统。 第六章：总结与展望。对本文主要工作进行总结，并展望了二维条码的发展前景和面对的 新问题。 7 基于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 第二章d a t a m a t r i x 二维条码介绍及其码制标准 2 1d a t a m a t r i x 简介 d a t a m a t r i x 二维条码原名d a t a c o d e ，由美国国际资料公司( i n t e r n a t i o n a ld a t am a t r i x ，简称 i dm a t r i x ) 于1 9 8 9 年发明3 】【2 4 1 。它是一种矩阵式二维条码，其外观看起来是由黑自两色组成的 点阵组合，每一个相同大小的黑色或者白色方格称为一个数据单位，深色代表“1 ”，浅色代 表“0 ”，再利用成串( s t r i n g ) 的浅色与深色方格来描述特殊的字元资讯，这些字串再列成一个 完整的矩阵式码，形成d a t a m a t r i x 二维条码，再以不同的印表机印在不同材质表面上，广泛应 用丁j 【：业领域。其外观如图2 1 所示。 图2 1d a t a m a t r i x 二二维条码的外观 d a t a m a t r i x 采用了复杂的纠错码技术，使得该编码具有超强的抗污染能力，即使编码部分 破损，同样不会影响读出全部信息。它有两种类型即e c c0 0 0 1 4 0 和e c c2 0 0 ，e c c0 0 0 1 4 0 具有几种不同等级( e c c0 5 0 、e c c 0 8 0 、e c c1 0 0 、e c c1 4 0 ) 的卷积错误纠正功能；而e c c 2 0 0 则透过r e e d s o l o m o n 演算法产生多项式计算出错误纠正码，其尺寸可以依照需求印成不同 大小，但采用的错误纠正码应与尺寸配合，由于其演算法较为容易，且尺寸较有弹性，故一般 以e c c2 0 0 较为普遍。另一方面，d a t a m a t r i x 码存储效率高，因此特别适合印在电路板的零部 件、集成电路、药品等小物件上。对于新的应用，推荐使用e c c2 0 0 。本文研究的d a t a m a t r i x 条码就是e c c2 0 0 。 2 2d a t a m a t r i x 图形结构 d a t a m a t r i x 二维条码符号有三种形式( 如图2 2 所示) ，它是由规则排列的方形模组构成的 资料区组成，资料区的四周由定位图形( f i n d e rp a t c e m ) 所包围，定位图形的四周则由空白区包 围，资料区再以排位图形( a l i g n m e n tp a r e r n s ) 加以分隔。 定位图形是资料区域的一个周界，为一个模组宽度。其中两条邻边为暗实线，主要用于限 8 南柬航宅航大人学颂1 = 学位论文 定物理m 寸，定位利符号失真。爿阿祭郜边“j 交替的深色干浅色模组组成 的单元结构，但也能帮助确定物理尺寸及火真。 【a ) 白色背景( b ) 黑色背景( c ) 打 方式 图2 2 各种d a t a m a h h x 条码形式 23d a t a m a t r i x 码制标准 d a t a m a ”i x _ 二维条码码制标准简舟如下1 ： i 可编字符集 i s 0 6 4 6 美国版本定义的数值0 - i2 7 ，即1 2 8 个a s c i i 字符。 i s 0 8 8 5 9 - i 定义的数值1 2 8 2 5 5 即所有的扩腱a s c i i 字符。 2 数据表示 深色模块表币一进制1 ，浅色模块表不一进制0 ，井且可咀根据生产要求进行模块逆转 3 符号尺寸 e c c2 0 0 ：1 0 1 0 到1 4 4 1 4 4 的偶数盯列。 e c c0 0 0 1 4 0 ：9 9 到4 9 4 9 的奇数 ，列。 符号容量( e c c2 0 0 最人尺寸符号) ： 存放字母数据展人存放2 3 5 个。 存放8 位二进制数据：最人存放1 5 5 6 个。 存放数字数据昂大存放3 1 1 6 个。 4 纠惜： e c c2 0 0 ：r e e d s o l o m o n 纠错。 e c c0 0 0 1 4 0 ：四个并级的卷积纠错或者可选盼仅检测错误。 5 符号类犁： 矩阵型。 6 定位独立性： d a l a m a t r i x 具有定位的独立性。 基丁s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 d a t a m a t r i x 除了以上所述的一些基本特性以外，还有一些可选的特性。 2 4d a t a m a t r i x 编码模式 二维条码编码就是一个把原始信息经过压缩编码，转换成码字的过程。d a t a m a t r i x 二维条 码编码总共有以下六种编码模式：a s c i i 压缩模式、c 4 0 压缩模式、t e x t 压缩模式、x 1 2 压缩 模式、e d i f a c t 压缩模式、b a s e 2 5 6 压缩模式。 d a t a m a t r i x 条码常用的六种编码模式如表2 1 ： i o 表2 1d a t a m a t r i x 条码编码模式 编码模式字符集压缩规则位数据 将双位数字编码为一个字 4 双位数字 节 a s c i i a s c i i 码o 1 2 7 不压缩 8 将一个扩展字符编码为两 1 6 a s c i i 码l2 8 2 5 5 个字节 将三个字符编码为两个字 5 3 3 人写字母数字 ：i i 了 c 4 0 小写字母数字及特将二个字符编码为两个字 1 0 6 6 殊字符节并使用一个控制字符 小写字母数字及特将三个字符编码为两个字 5 3 3 殊字符 节 t e x t 将三个字符编码为两个字 1 0 6 6 大写字母数字 节并使用一个控制字符 a n s ix 1 2e d i 数据 将三个字符编码为两个字 5 3 3 x 1 2 集 节 将四个字符编码为三个字 6 e d i f a c t a s c i i 码3 2 9 4 节 b a s e 2 5 6a s c i i 码0 - 2 5 5不压缩 8 南京航空航天大学硕+ 学位论文 编码方案简介如下： 1 a s c i i 编码规则如卜： a ) 对于基本字符0 - - 1 2 7 ，基本a s c i i 字符编码规则为a s c i i 值加1 ，数据编码为1 1 2 8 。例 如，a s c i i 值为9 9 ，字符编码后码字为1 0 0 。 b ) 针对a s c i i 扩展字符1 2 8 2 5 5 ，前面加大写s h i f t 转移字符( a s c i i 码值2 3 5 ) ，该字符a s c i i 码值减1 2 7 。 c ) 对于两位数数字0 ( 0 9 9 ，码字数值加1 3 0 。 当a s c i i 编码对没有规律性的字符串进行编码时，并不能进行压缩编码；但是如果针对完 全数字的编码，则将双位数字编码为一个字节，压缩率为5 0 。 2 c 4 0 编码方式 c 4 0 编码和a s c i i 编码可以互相转换，从a s c i i 编码转到到t e x t 编码需要在码字流中加入 码字2 3 0 ，反之需要加入码字2 5 4 。 c 4 0 对这个字符集中的字符进行编码，每一对码字是一个1 6 位值，第一个码字表示最高8 位， 第二个码字代表低8 位。三个c 4 0 值( c 1 ，c 2 ，c 3 ) 按照如下公式进行编码：1 6 0 0 c 1 + 4 0 c 2 + c 3 + 1 ，该公式的产生值范闱从l 到6 4 0 0 0 。 在c 4 0 字符集中，有一个b a s i c 集，三个s h i f t 子集。b a s i c 集对应有大写字母a z ，数字 0 - 9 和空格，每一个字符对应一个c 4 0 值；s h i f t 子集中有各种其他字符，每个字符都必须用两 个c 4 0 值表示，其中第一个值是在s h i f t l ，s h i f t 2 或者s h i f t 3 集合中对应的值，第二个值是该字符 所在行对应c 4 0 的b a s i c 集中的c 4 0 值。 3 t e x t 编码模式，x 1 2 编码模式 编码规则同c 4 0 编码模式，t e x t 编码模式针对基本小写字母数字的文本可以得到很好的压 缩率，x 1 2 编码模式针对字符集为a s c i i 码值为1 3 、4 2 、6 2 、3 2 、4 8 5 7 、6 5 - 9 0 的字符，与c 4 0 、 t e x t 编码模式仅在字符集上不同。 4 e d i f a c t 编码 e d i f a c t 编码和a s c i i 编码可以互相转换，从a s c i i 编码切换到e d i f a c t 编码需要在码 字流中加入码字2 4 0 ，反之需要加入码字2 5 4 。 e d i f a c t 编码主要对a s c i i 值从3 2 9 4 的字符进行编码，将四个字符值看成一个四元组 ( c 1 ，c 2 ，c 3 ，c 4 ) ，取各个元素二进制中八位数值中的低6 位，得到的6 位二进制值即为e d i f a c t 二进制值，组合排列成2 4 位的二进制位串，然后按照二进制生成三个字节的数值。 5 b a s e 2 5 6 编码模式 在b a s e 2 5 6 编码模式中，数据长度由( a 1 1 ) 或( d l ，d 2 ) 两个码字来决定，具体算法如表2 2 所 示。 基于s y m b i a n 平台的d a t a m a t r i x 识别技术研究及实现 表2 2b a s e 2 5 6 编码规则 数据长度d l ，d 2 值 d l ，d 2 值范围 l 2 4 9 d l = l e n g t hd l 【1 , 2 4 9 d l = ( 1 e n g t h 2 5 0 ) + 2 4 9d l 2 5 0 ，2 5 5 】 2 5 0 1 5 5 5 d 2 = l e n g t h m o d2 5 0d 2 0 ，2 4 9 】 b a s e 2 5 6 编码模式将原始信息看成字节数，对其应用2 5 5 - s t a t er a n d o m i z i n g 算法，即可得到 d a t a m a t r i x 码字。 2 5d a t a m a t r i x 纠错算法 2 5 1 伽罗华域运算 伽罗华域2 5 1 上两个主要运算是“模加”和“模乘”，这些运算与实数域上的运算不同，其 运算规则与域元素的表示方式相对应： 1 )域中的加法运算被称为伽罗华加( o ) ，它将两个操作数逐比特做异或运算( x o r ) 。 2 )域中的乘法运算被称为伽罗华乘( 圆) ，它是用生成元的幂次表示的方法来定义的，如： 彳：以，b ：a j 习b 么c = ao b = 口( “j ) m o d 2 ”一1 。 2 5 2r e e d s o l o m o n 码 r e e d s o l o m o n 码简称r s 码【2 6 1 ，是一种特殊的循环码，是一种多元b c h 码【2 7 , 2 8 。其码元 符号全部取白伽罗华域g f ( 2 小) ，这时码元符号可以表示成相应的二元数组，与通常所用的二 进制序列相对应。g f ( 2 ) 域中有2 ”个元素，除o 、l 之外的2 ”一2 个元素由本原多项式p ( x ) 生成。本原多项式p c x ，的特性是! ；妄得到的余式等丁