（计算机应用技术专业论文）面向手机的二维条码识别技术的研究与应用.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 面向手机的二维条码识别技术的研究与应用 摘要 现如今，人们对手机的要求已经不仅仅局限于通话本身，而更关注于将越来越多的 应用集成在一起。从通话、短消息到上网、收发e m a i l ，再到今天的照相、摄像，手机 的功能已经越来越强大，人们的需求也就越来越多。在国外，已经开始了通过手机对物 品条码识别的研究。本文的目的就是通过手机对二维条码进行识别以获取物品的相关信 息。 由于一维条码的信息容量很小，仅仅是对“物品”的标识，而不是对“物品”的描 述。故一维条码的使用不得不依赖数据库的存在，在没有数据库和不便联网的地方，一 维条码的使用就受到了局限。二维条码是不依赖计算机网络和数据库存储、转移信息的 一种方法，是信息的另一种表示形式，是信息携带、信息自动传递、信息防伪的理想手 段。p d f 4 1 7 条码是应用最为成功的二维条码。 本文的主要内容是面向手机的二维条码识别技术。首先，在p c 机上，初步建立一 个面向嵌入式设备的p d f 4 1 7 二维条码识别应用软件，为建立二维条码中间件产品打好 基础。其中，使用到了图像识别的算法，包括中值滤波、阈值分割、h o u g h 变换、倾斜 校正、双线性插值、边缘检测和投影等。然后，将p d f 4 1 7 二维条码识别软件移植到以 s y m b i a n 为平台的手机( 如n o k i a 手机) 上，作为一个独立的手机应用软件。其中，程 序的框架和u i 都是依据s y m b i a n 平台来设计的，最后还通过i b m r a t i o n a l t e s t r e a l t i m e 测试工具进行了测试，并对识别程序进行了优化。本文基本内容如下： 首先，介绍二维条码识别技术的相关知识。包括二维条码识别技术的背景和意义及 二维条码的分类。 其次，介绍二维条码识别技术在p c 机上的研究与应用。 然后，介绍二维条码识别技术向s y m b i a n 平台移植。 最后是工作总结与展望。 关键词：手机；嵌入式系统；二维条码；识别；p d f 4 1 7 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no f t w o d i m e n s i o n b a r c o d er e c o g n i t i o no fm o b i l ep h o n e a b s t r a c t n o w a d a y s ，p e o p l e sr e q u i s i t i o n s f o rm o b i l ep h o n e sa r en o t m e r e l yc o n f i n e d t o c o n v e r s a t i o ni t s e l f ；t h e yp a ym u c hc l o s ea t t e n t i o nt oi n t e g r a t i n gm o r ea n dm o r ea p p l i c a t i o n s f r o mc o n v e r s a t i o n ，s h o r tm e s s a g et ow e bb r o w s e r , s e n do rr e c e i v ee m a i le v e nt oc a m e r a , v i d e ot o d a y , t h ef u n c t i o no fm o b i l ep h o n ei sm o r ea n dm o r es t r o n g e r , t h er e q u i s i t i o n so f p e o p l ei sm o r et h a nb e f o r e o v e r s e a s ，i th a sb e g u nt h a tr e c o g n i z et h eb a r c o d et h r o u g hm o b i l e p h o n e n l ep u r p o s eo ft h e s i si st or e c o g n i z et h et w o - d i m e n s i o nb a r c o d et h r o u g hm o b i l e p h o n e 1 1 1 ei n f o c a p a c i t yo f o n e - d i m e n s i o ni ss m a l l ；i ti sn o tt h ed e s c r i p t i o no f t h eg o o d sb u tt h e i d e n t i f i e ro ft h e m s o ，t h eu s eo fo n e - d i m e n s i o nb a r c o d eh a st or e l yo nt h ee x i s t e n c eo f d a t a b a s e ，i tw i l lb ec o n f i n e dw h e nt h e r ei sn o td a t a b a s eo ro u to fw e b t w o - d i m e n s i o n b a r c o d ei sa n o t h e ri n f o r m a t i o ne x p r e s sf o r m a tt h a ti si n d e p e n d e n to fw e ba n dd a t a b a s e p d f 4 1 7t w o d i m e n s i o nb a r c o d ei so n eo f t h em o s ts u c c e s s f u la p p l i c a t i o n sa m o n gt h e m t h ec o n t e n to ft h ep a p e ri st w o - d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o no fm o b i l ep h o n e f i r s t ， e s t a b l i s hp d f 4 1 7t w o d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o na p p l i c a t i o ns o f t w a r ef a c e de m b e d d e d d e v i c e ，g r o u n d f o rt w o d i m e n s i o nb a r c o d em i d d l e w a r ep r o d u c t a l g o r i t h m sf o ri m a g e r e c o g n i t i o na r eu s e d ，s u c h a sm e d i u mf i l t e r i n g , t h r e s h o l d i n g ，h o u g ht r a n s f o r m a t i o n ， d e c l i n a t i o nc o r r e c t i o n ，b i l i n e a ri n t e r p o l a t i o n ，e d g ed e t e c t i o na n dp r o j e c t i o n t h e n ，t r a n s p l a n t p d f 4 1 7t w o - d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o n a p p l i c a t i o ns o f t w a r et o m o b i l ep h o n eo n s y r n b i a np l a t f o r m ，a si n d e p e n d e n tm o b i l ep h o n ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e t h ea r c h i t e c t u r ea n d u 1a r ed e s i g n e db a s e do ns y m b i a np l a t f o r m ，i t st e s t e db yi b mr a t i o n a lt e s tr e a l t i m ea n d o p t i m i z e da tt h ee n d t h ec o n t e n to f t h e s i si sa sf o l l o w s ： f i r s t ，i n t r o d u c et w o - d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o n i n c l u d et h eb a c k g r o u n d ，m e a n i n g a n dt h ec l a s s i f i c a t i o no f t w o d i m e n s i o nb a r c o d e s e c o n d ，i n t r o d u c er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f t w o d i m e n s i o nb a r c o d eo np c 1 1 1 i r d i n t r o d u c et r a n s p l a n tt os y m b i a np l a t f o r mo f t w o d i m e n s i o nb a r c o d e t h ee n ds u m m a r i z et h ep a p e ra n dp r o s p e c tt h ef o r e g r o u n d k e y w o r d s ：m o b i l ep h o n e ；e m b e d d e ds y s t e m ；t w o d i m e n s i o nb a r c o d e ；r e c o g n i t i o n ；p d f 4 1 7 - n l - 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：际枷 日期：枷j 年期，8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学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、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章引言 第一章引言 1 1 研究背景 条码是将线条与空白按照一定的编码规则组合起来的符号，用以代表一定的字母、 数字等资料。从二十世纪四十年代的美国发明的第一个条码起，条码技术迄今已有六十 多年的历史。条码在七十年代至八十年代发达国家中得到了广泛的应用。随着条码技术 的发展和应用推广，我国于七十年代末开始研究，并在部分行业完善了条码管理系统， 如邮电、银行、连锁店、图书馆、交通运输及各大企事业单位等。 条码技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的一门容编码、印刷、识别、 数据采集和处理于一身的新兴技术。人们日常见到的印刷在商品包装上的条码，是普通 的一维条码，作为一项自动识别技术，一维条码自上世纪七十年代初期问世以来，由于 其识读快速、准确、可靠、制作成本低等优点，很快受到了人们的青睐，被广泛应用在 商业、图书管理、仓储、邮电、交通和工业控制等领域。 一维条码自出现以来，季导到了人们的普遍关注，发展速度十分迅速。它的使用，极 大地提高了数据采集和信息处理的速度，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化 作出了很大贡献。由于一维条码的信息容量很小，仅仅是对“物品”的标识，而不是对 “物品”的描述。故一维条码的使用不得不依赖数据库的存在，在没有数据库和不便联 网的地方，一维条码的使用就受到了局限，有时甚至变得毫无意义。另外，要用一维条 码表示汉字的场合，显得十分不方便，且效率很低。现代高新技术的发展，迫切要求用 条码在有限的几何空间内表示更多的信息，从而满足千变万化的信息表示的需要。二维 条码正是为了解决一维条码无法解决的问题而产生的。二维条码是不依赖计算机网络和 数据库存储、转移信息的一种方法，是信息的另一种表示形式，是信息携带、信息自动 传递、信息防伪的理想手段。p d f 4 1 7 条码是应用最为成功的一种二维条码，它的出现 是条码技术的一次革新，它具有高密度、高信息容量、纠错能力强、成本低等特点。 1 2 研究意义 条码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。条码技术具有以下几个方面的 优点： ( 1 ) 输入速度快：与键盘输入相比，条码输入的速度是键盘输入的5 倍，并且能实现 “即时数据输入”。 ( 2 ) 可靠性高：键盘输入数据出错率为三酉分之一，利用光学字符识别技术出错率为 万分之一，而采用条码技术误码率低于百万分之一。 ( 3 ) 采集信息量大；利用传统的一维条码次可采集几十位字符的信息，二维条码更 可以携带数千个字符的信息，并有一定的自动纠错能力。 ( 4 ) 灵活实用：条码标识既可以作为一种识别手段单独使用，也可以和有关识别设各 东北大学硕士学位论文 第一章引言 组成一个系统实现自动化识别，还可以和其他控制设备连接起来实现自动化管 理。另外，条码标签易于制作，对设备和材料没有特殊要求，识别设备操作容易， 不需要特殊培训，且设备也相对便宜。 在一维条码的基础上发展起来的二维条码有着一维条码无法相比的优点，作为一种 便携式数据文件，虽然它在我国的研究还处于刚刚起步阶段，但在不断完善的市场经济 和快速发展的信息技术的推动下，再加上二维条码其独具的特点，国内对二维条码这一 新技术的需求与日俱增。二维条码在信息载体的成本、信息量、保密性、抗污染和抗干 扰及标准化等方面具有明显的优势，有着良好的推广应用前景。二维条码的特点有如下 几点： ( 1 ) 采用二维条码的单证成本低，具有很好的实用价值。 ( 2 ) 采用二维条码的单证容错性好，使用寿命长。 ( 3 ) 对主系统和网络的依赖性降低，从而降低了费用，提高了可靠性。 ( 4 ) 实现了证件的机读功能。 ( 5 ) 提高了证件的防伪能力。 二维条码的这些特点适合我国人口众多、经济不发达、尤其是经济发展不平衡、网 络建设水平不高、计算机普及率较低的国情，所以，二维条码这一高新技术在我国极具 推广应用价值。 1 3 研究目标 本文研究目标是要在基于s y m b i a n 平台的手机上实现二维条码识别软件。手机上的 二维条码识别软件可以帮助用户快速识别二维条码信息而不必依赖数据库和其他硬件， 在用户的日常使用中提供了极大的方便。识别程序的框架见图1 1 。 首先，在p c 机上，初步建立一个面向嵌入式设备的二维条码识别应用软件，为建 立二维条码中间件产品打好基础。 然后，将二维条码识别软件移植到以s y m b i a a 为平台的手机( 如n o k i a 手机) 上， 作为一个独立的手机应用软件。 同时，为了进行识别模块的测试，还需要实现基于p c 机的后台调试用s c r v e r 和二 维条码的生成模块。 图1 1 二维条码识别程序框架图 f i g 1 1 f r a m eo f t w o - d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o n 2 东北大学项士学位论文第一章引言 1 4 论文的组织与安排 根据研究过程中所涉及到的实现步骤与关键算法，论文分为以下几个部分： 第一章：介绍条码出现的背景及条码的意义，提出课题的研究目标及论文的组织结 构。 第二章：条码识别技术的应用综述。包括一维条码的使用及弊端，二维条码的优越 性及应用前景，二维条码与一维条码的比较，以及二维条码在国内外的研究情况。 第三章：详细介绍以p d f 4 1 7 为例的二维条码的识别技术。首先按步骤分析识别过 程，然后分析识别过程中的内存管理，最后突出分析识别过程中的技术难点。 第四章：详细介绍以p d f 4 1 7 为例的二维条码的识别向s y m b i a n 平台移植。首先介 绍s y m b a i n 平台，然后是s y m b i a n 平台上的应用程序的生成过程；关键是识别过程的代 码移植到s y m b i a n 平台上的过程，最后是如何将应用程序安装到手机上。 第五章：性能测试与优化。首先介绍测试的工具r t r t ，然后说明性能指标的分类； 说明了具体优化过程后，进行优化前后的性能指标对照。 第六章：结束语。对自己的工作予以总结，并指出课题可以发展的方向。 第六章：结束语。对自己的工作予以总结，并指出课题可以发展的方向。 3 东北大学硕士学位论文 第二章二维条码识别技术的应用 第二章二维条码识别技术的应用 2 1 一维条码的使用及其弊端 2 1 1 一维条码的种类及使用 多条宽度不同的条空按一定规律平行排列组成的条码为一维条码。应用普通的一维 条码，还需通过数据库简历条码与商品信息的对应关系。当条码的数据传到计算机上时， 由计算机上的应用程序对数据进行操作和处理。因此，普通条码在使用过程中仅作为识 别信息，它的意义需要通过在计算机系统的数据库中提取相应的信息而实现。 1 7 1 前使用频率最高的一维条码包括e a n 码、3 9 码、交叉2 5 码、u p c 码、1 2 8 码、 9 3 码及c o d a b a r ( 库德巴码) 等。不同的码制有它们各自的应用领域： ( 1 ) e a n 码是国际通用的符号体系，是一种长度固定、无含义的条码，所表达的信 息全部为数字，主要应用于商品标识。 ( 2 ) 3 9 码和1 2 8 码为目前国内企业内部自定义码制，可以根据需要确定条码的长度和 信息，它编码的信息可以是数字、也可以包含字母，主要应用于工业生产线领域、 图书管理等。 ( 3 ) 9 3 码是一种类似于3 9 码的条码，它的密度较高，能够替代3 9 码。 ( 4 ) 2 5 码只应用于包装、运输以及国际航空系统的机票顺序编号等。 ( 5 ) c o d a b a r 码应用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理。 2 1 2 一维条码的弊端 ( 1 ) 一维条码必须通过连接数据库提取信息才能明确条码所表达的信息含义，因此在 没有数据库或者不便联网的地方，一维条码的使用就受到了限制。 ( 2 ) 一维条码只能表示字母和数字，而不能表达汉字和图像，在一些需要应用汉字的 场合，一维条码便难以很好的满足要求。 ( 3 ) 某些场合下，大信息容量的一维条码通常受到标签尺寸的限制，也给产品的包装 和印刷带来了不便。 2 2 二维条码的优越性及应用前景 2 2 1 二维条码的分类 为了能存储更大的信息量和信息密度，把一系列可独立扫描的一维条码作为基本编 码的行堆积成长高不等的矩形符号，构成二维条码。 二维条码按结构可以分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码两种，见图2 1 。 4 东北大学硕士学位论文 第二章二雏条码识别技术的应用 ( a )( b ) 图2 1 二维条码的种类 ( a ) 堆叠式：p d f 4 1 7 ( b ) 矩阵式：q rc o d e f i g 2 1c a t e g o r yo f t w o - d i m e n s i o nb a r c o d e ( a ) s t a c k e dm o o d ：p d f 4 1 7 ( b ) m a t r i xm o o d ：q rc o d e ( 1 ) 堆叠式二维条码形态上是由多行短截的一维条码堆叠而成。具有代表性的堆叠式 二维条码有p d f 4 1 7 、c o d e4 9 、c o d e1 6 k 等。堆叠式二维条码中包含附加的格式 信息，信息容量可以达到1 k 。 ( 2 ) 矩阵式二维条码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用点的出现表示二进 制“l ”，空的出现表示二进制“0 ”，由点的排列组合确定了代码表示的含义。有 代表性的矩阵式二维条码包括c o d eo n e 、a z t e c 、d a t am a t r i x 、q rc o d e 等。 2 2 2 二维条码的优越性及应用前景 如前所述，二维条码具有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、 成本便宜等特性，这些特性特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料 备援等方面，见图2 2 。 图2 2 二维条码的特性及应用 f i g 2 2 c h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a t i o n so f t w o d i m e n s i o nb a r c o d e ( 1 ) 表单应用：公文表单、商业表单、进出口报单、舱单等资料之传送交换，减少人 5 东北大学硕士学位论文 第二章二维条码识别技术的应用 工重复输入表单资料，避免人为错误，降低人力成本。 ( 2 ) 保密应用：商业情报、经济情报、政治情报、军事情报、私人情报等机密资料之 加密及传递。 ( 3 ) 追踪应用：公文自动追踪、生产线零件自动追踪、客户服务自动追踪、邮购运送 自动追踪、维修记录自动追踪、危险物品自动追踪、后勤补给自动追踪、医疗体 检自动追踪、生态研究( 动物、鸟类) 自动追踪等。 ( 4 ) 证照应用：护照、身份证、挂号证、驾照、会员证、识别证、连锁店会员证等证 照之资料登记及自动输入，发挥“随到随读”，“立即取用”的资讯管理效果。 ( 5 ) 盘点应用：物流中心、仓储中心、脸勤中心之货品及固定资产之自动盘点，发挥 “立即盘点、立即决策”的效果。 ( 6 ) 备援应用：文件表单的资料若不愿或不能以磁碟、光碟等电子媒体储存备援时， 可利用二维条码来储存备援，携带方便，不怕折叠，保存时间长，又可影印传真， 做更多备份。 2 3 二维条码与一维条码的比较 一维条码和二维条码是根据其信息密度和所承载信息量的不同来划分的。 二维条码与一维条码应用处理的比较见图2 3 。 一维条码 ( 1 ) 条码符号扫描 二维条码 ( i ) 条码符号扫插 栅瓣 ( 2 ) 条码瓷料 条码是遥达羹料库的关键值 需要外接壹料来获得完整费讯 ( 3 ) 赉料库检索 ( 2 ) 全部赉料 受互 一 条码包含全部资辩 不需鞭外壹料库 ( 3 ) 应用处理 ( 4 ) 厦用处理 图2 3 二维条码与一维条码应用处理的比较 f i g 2 3 c o m p a r i s o nb c t w m f lt w o - d i m e n s i o nb a r c o d ea n do n e - d i m e n s i o nb a r c o d e 虽然二维条码和一维条码的原理都是用符号来携带资料，达成资料的自动辨识。但 是，从应用的观点来看，一维条码偏重于“标识”商品，而二维条码偏重于“描述”商 品。因此，相较于一维条码，二维条码不仅只存关键值，并可将商品的基本资料编入二 维条码中，进一步提供许多一维条码无法达成的应用。此外，一维条码稍有磨损即会影 响条码阅读效果，故较不适用于工厂型行业。除了这些问题外，二维条码还可有效解决 6 东北大学硕士学位论文第二章二维条码识别技术的应用 许多一维条码无法解决的问题。 一维条码与二维条码的差异可以从资料容量与密度、错误侦测能力及错误纠正能 力、主要用途、资料库依赖性、识读设备等项目看出，见表2 1 。 表2 1 一维条码与二维条码的差异 t a b l e 2 1 d i s p a r i t yb e t w e e no n e - d i m e n s i o nb a r c o d ea n dt w o - d i m e n s i o nb a r c o d e 项甘迭亟壅型 一维条码二维条码 资料密度与容量密度低，容量小密度高容量大 错误侦测及自我纠正能力可以检查码进行错误侦有错误检验及错误纠正能力，并可 测，但没有错误纠正能力根据实际应用设置不同的安全等级 垂直方向的资料 不储存资料，垂直方向的 携带资料，因对印刷缺陷或局部损 高度是为识读方便，并弥坏等可咀用错误纠正机制恢复资料 补印刷缺陷或局部损坏 主要用途主要用于对物品的标识用于对物品的描述 资料库与网络依赖性多数场合须依赖资料库可不依赖资料库及通讯网络的存在 及通讯网络的存在而单独应用 识读设备可用线扫描器识读，如光对于堆叠式可用线型扫描器的多次 笔、线型c c d 、镭射枪扫描，或可用图像扫描仪识读。矩 阵式则仅能用图像扫描仪识读 2 4 二维条码在国内外的研究情况 2 4 1 二维条碍在国外的研究情况 目前，国外先进发达国家已将此项技术广泛应用于银行、国防、海关、税务、公共 安全、交通运输、民用商品等领域。美国、加拿大等国家在驾驶证、身份证、车辆年检、 海关报关单以及汽车、电子产品的组装上应用二维条码；国际民航组织也在推行二维条 码在国际旅游证件( 护照、签证及其他旅游证件) 上的应用。 2 4 2 二维条码在国内的研究情况 我国是国际条码组织的成员国，随着对二维条码优越性认识的提高及应用需求的扩 大，必将使二维条码在我国得到广泛的应用。例如，在公安部门管理的暂住证、护照、 行车证等各类证件防伪需求方面；海关、税务、工商、保险、货物运输等信息需随机自 带、自动录入方面；以及大型企业生产流水线上都有着很高的应用价值。 由于二维条码这种新兴的自动识别技术有着其它自动识别技术无法比拟的优势，它 一出现便受到我国条码管理部门和有关政府部门的重视。中国物品编码中心自1 9 9 3 年 便开始了对二维条码技术的研究，现已出版了我国第一本有关二维条码技术的专著4 - - 维条码技术。为了对二维条码技术开展全面研究并开辟应用试点，中国物品编码中心 的课题二维条码技术研究与应用试点已列入国家科委“九五”重点攻关项目，该课 题将从基础研究、标准制定、设备开发和试点建立方面开展工作，旨在推动二维条码在 我国的应用进程。 7 东北大学项士学位论文第二章二维条码识别技术的应用 2 4 3 国内外研究情况综合比较 二维条码在西方发达国家目前已经进入系统应用阶段，他们的应用领域、使用方法 在很大程度上引导着国内二维条码的发展方向。国内的一些行业或单位也已开始应用二 维条码。但与国外先进国家相比，我国在二维条码应用方面还存在一定的差距。国外先 进国家的应用经验已经比较成熟，而且目前在国内应用比较零散，没有形成明显的规模 和趋势。但是，二维条码在国内应用试点的成功已经引起了众多用户群体的兴趣，再加 上国外的二维条码应用方向的引导，目前，国内许多厂商与经销商开始致力于二维条码 的研究、设备开发与应用系统的推广应用、培育新的市场。 2 5 二维条码之p d f 4 17 条码 2 5 1p d f 4 1 7 条码简介 p d f 4 1 7 二维条码是一种堆叠式二维条码，目前应用最为广泛。p d f 4 1 7 条码是由美 国s y m b o l 公司发明的。p d f ( p o r t a b l ed a t a f i l e ) 意思是“便携数据文件”。组成条码 的每一个条码字符由4 个条和4 个空共1 7 个模块构成，故称为p d f 4 1 7 条码。见图2 4 。 图2 4p d f 4 1 7 二维条码 f i g 2 4 p d f 4 1 7t w o , l i m c n s i o nb a r c o d e p d f 4 1 7 条码可表示数字、字母或二进制数据，也可表示汉字。一个p d f 4 1 7 条码 最多容纳1 8 5 0 个字符或1 1 0 8 个字节的二进制数据，如果只表示数字则可容纳2 7 1 0 个 数字。p d f 4 1 7 的纠错能力分为9 级，级别越高，纠正能力越强。由于这种纠错功能， 使得污损的p d f 4 1 7 条码也可以正确读出【l 】。 2 5 2p d f 4 1 7 条码的特点 p d f 4 1 7 条码是一种高密度、高信息含星的便携式数据文件，是实现证件及卡片等 大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读螅理想手段。p d f 4 1 7 条码 具有如下特点： ( 1 ) 信息容量大 根据不同的条空比例，每平方英寸可以容纳2 5 0 到1 1 0 0 个字符。在国际标准的证 卡有效面积上( 相当于信用卡面积的2 3 ，约为7 6 m m * 2 5 m m ) ，p d f 4 1 7 条码可以容纳 1 8 4 8 个字母字符或2 7 2 9 个数字字符，约5 0 0 个汉字信息。这种二维条码比普通条码信 8 东北大学硕士学位论文第二章二维条码识别技术的应用 息容量高几十倍。 ( 2 ) 编码范围广 p d f 4 1 7 条码可以将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等凡可数字化的信息进 行编码。 ( 3 ) 保密、防伪性能好 p d f 4 1 7 条码具有多重防伪特性，它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的 信息如指纹、照片等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能。 ( 4 ) 译码可靠性高 普通译码的译码错误率约为百万分之二左右，而p d f 4 1 7 条码的误码率不超过千万 分之一，译码可靠性极高。 ( 5 ) 修正错误能力强 p d f 4 1 7 条码采用世界上最先进的数学纠错理论，如果破损面积不超过5 0 ，条码 由于沾污、破损等所丢失的信息，可以照常破译出丢失的信息。 ( 6 ) 容易制作且成本很低 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 、甚至金属表面上引出p d f 4 1 7 二维条码。由此所增加的费用仅是油墨的成本， 因此人们又称p d f 4 1 7 条码是“零成本”技术。 ( 7 ) 条码符号的形状可变 同样的信息量，p d f 4 1 7 条码的形状可以根据载体面积及美工设计等进行自我调整。 2 5 3p d f 4 1 7 条码与l c 卡及磁卡技术的比较 在证卡技术的应用上，p d f 4 1 7 条码卡及i c 卡、磁卡技术比较如下： ( 1 ) 磁卡 优点：可读可写，成本略高于p d f 4 1 7 二维条码卡； 缺点：信息容量小，常依赖于外界的数据库：保密防伪性差；可靠性低，易受电磁 场干扰而损毁信息；寿命短( 1 年) 。 ( 2 ) i c 卡 优点：信息容量大，可读可写； 缺点：成本高，i c 卡的成本通常是p d f 4 1 7 条码卡的3 5 倍；寿命短( 2 3 年) ， 易于拆毁；可靠性差，易受外界强磁场干扰而损毁信息；保密防伪性相对较差，信息可 改写既是i c 卡的优点，同时亦成为i c 卡的缺点，为伪造信息留下契机。 ( 3 ) p d f 4 1 7 二维条码卡 优点：信息容量大、保密防伪性强、可靠性高；成本低，按照材料的不同选用载体， 一张p d f 4 1 7 条码卡，价格最多几元钱人民币，甚至几角几分即可实现；寿命长，p d f 4 1 7 二维条码卡的寿命可达8 、9 年( p v c 卡) 。 缺点：信息不可改写。这点恰恰增强了二维条码卡的防伪能力。 。9 东北大学硕士学位论文 第二章二维条码识别技术的应用 通过上述分析，可以看出，二维条码卡几乎包容了磁卡和i c 卡的所有优点。唯一 的缺点是不可改写，而如果为了增强证卡的保密防伪性，对于证照等不许经常改写的应 用场合，信息不可改写恰恰增强了证卡的保密防伪性能。 - l o 东北大学硕士学位论文第三章p d f 4 1 7 二维奈码识别设计与实现 第三章p d f 4 17 二维条码识别设计与实现 3 1p d f 4 17 二维条码识别算法流程 p d f 4 1 7 二维条码是一种堆叠式二维条码，目前应用最为广泛。组成条码的每一个 条码字符由4 个条和4 个空共1 7 个模块构成，故称为p d f 4 1 7 条码峨 根据p d f 4 1 7 二维条码的特点，对其的识别过程大致分为如下几步，见图3 1 。 二维条码生成 同同同 之多 画画 僦圃同 t 。 ( 2 ) 合并文本区段 合并原则：b ( = 1 ) t ( = 5 ) = t ；t t ( = 5 ) = t ： t ( = 5 ) b ( = 1 ) = t ：t ( = 5 ) t = t 。 ( 3 ) 合并二值区段 合并原则：b t ( b ；t ( b 。 ( 4 ) 检查所有数字 合并原则：t ( = 8 ) = n ；t i e n ，i = 0 ，l e n g t h ( t ) 。 每进行一次优化后，重新扫描优化后的数据，按照以上原则继续进行优化，直到不 能再进行优化为d - t 2 。 3 。2 3 编码 p d f 4 1 7 条码有三种数据压缩模式：文本压缩模式，数字压缩模式，字节压缩模式。 应用模式锁定，转移码字可在4 1 7 条码符号中应用多种模式表示数据”】。 3 2 3 1 文本压缩模式( t c ) ( 1 ) 根据字符，判断文本类型t 并且获得文本值v 。 ( 2 ) 当前状态默认为a l p h a 。若文本类型t 与当前状态相同，则存储文本值v 。 1 2 东北大学硕士学位论文第三章p d f 4 17 二维条码识别设计与实现 ( 3 ) 否则： ( a ) 若文本类型t 为单个一个二进制，则进行如下步骤转换： a ) 判断前面文本长度，若为单数个，则末位填充p s ( 标点模式下填充a 1 ) 补 成偶数个，若为偶数个则不变。 b ) 进行临时状态转换转换到字节压缩模式，存储9 1 3 + 文本值v 。 ( b ) 其他情况见表3 1 ： 表3 1 文本压缩模式编码表 t a b l e 3 1e n c o d eo f t e x tc o m p r e s s i o n 当前类型工冲，t 型1操作存储 a l p h a l o w e r 通过1 l 锁定为小写字母型子模式 1 1 ( 2 7 ) + v m i x e d 通过m 1 锁定为混合型子模式 m l ( 2 8 ) + v 连续两个以上的先通过m l 锁定为混合型子模式 m l ( 2 8 ) + p l ( 2 5 ) + v p u n c t u a t i o n 再通过p l 锁定为标点型子模式 一个p u n c t u a t i o l l 通过p s 转移为标点型子模式p s ( 2 9 ) + v l o w e r 连续两个以上的 先通过m l 锁定为混合型子模式 m 1 ( 2 8 ) + a l ( 2 8 ) + v a l p h a再通过a l 锁定为大写字母型子模式 一个a l p h a 通过a s 转移为大写字母型子模式 船( 2 7 ) + v m i x e d 通过m l 锁定为混合型子模式 m l ( 2 8 ) + v 连续两个以上的先通过m 1 锁定为混合型子模式 m l ( 2 8 ) + p l ( 2 5 ) + v p u n c t u a t i o n 再通过p l 锁定为标点型子模式 ap u n c t u a t i o n 通过p s 转移为标点型子模式p s ( 2 9 ) + v m i x e dl o w e r 通过1 1 锁定为小写字母型子模式l l ( 2 7 ) + v a l p h a通过a i 锁定为大写字母型子模式 a l ( 2 8 ) + v 连续两个以上的 通过p l 锁定为标点型子模式p l ( 2 5 ) + v p u n c t u a t i o n 爪p u n c t u a t i o n 通过p s 转移为标点型子模式p s ( 2 9 ) + v p u n c t u a t i o n a l p h a通过a l 锁定为大写字母型子模式 a l ( 2 9 ) + v 3 2 3 2 数字压缩模式( n c ) 数字压缩模式是指从基1 0 至基9 0 0 的数据压缩。 ( 1 ) 将数字序列从左向右每4 4 位分为一组，最后一组包含的数字位可少于4 4 个。 ( 2 ) 对每一组数字，在数字序列前加一位有效数字l ( 即前导位) ，然后执行基1 0 至 基9 0 0 的转换。 3 2 3 3 字节压缩模式( b c ) 字节压缩模式通过基2 5 6 至基9 0 0 的转换，将字节序列转换为码字序列。对于字节 压缩模式，有两个模式锁定( 9 0 1 ，9 2 4 ) 。当所要表示的字节总数不是6 的倍数时，用 模式锁定9 0 1 ；当所要表示的字节总数为6 的倍数时，用模式锁定9 2 4 。 ( 1 ) 将字节总数分组，每组6 个：最后一组可少于6 个。 1 3 东北大学硕士学位论文 第三章p d f 4 1 7 二维条码识别设计与实现 ( 2 ) 对于每组的6 个字节，通过基2 5 6 至基9 0 0 的转换，将字节序列转换为码字序列。 ( 3 ) 对于被6 整除后所剩余的字节应每个字节对应一个码字，逐字节用码字来表示。 3 3 预处理 3 3 1 中值滤波 3 3 1 1 功能 功能：有效地去除二维条码图像中的随机噪声和椒盐噪声。 输入项：原始的二维条码图像。 输出项：去除噪声后的二维条码图像。 3 3 1 2 算法介绍 中值滤波是一种非线性的信号处理方法，与其对应的中值滤波器当然也就是一种非 线性的滤波器。中值滤波在一定的条件下可以克服线性滤波器如最小均方滤波，均值滤 波等带来的图像细节模糊，而且对滤除脉冲干扰及图像扫描噪声最为有效。由于在实际 运算过程中不需要图像的统计特征，因此这也带来不少方便。但是对于一些细节多，特 别是点、线、尖顶细节多的图像不宜采用中值滤波1 3 l 。见图3 3 。 原信号均值滤波中值滤波 山山i |剑山l划山l 血# 二( d ) 双脉冲 i ：i l ：! | j l 喝七舻上上-( e ) 三角形 图3 3 中值滤波和均值滤波比较示例 f i g 3 3 c o m p a r i s o nb e t w e e nm e d i u mf i l t e r i n ga n da v e r a g ef i l t e r i n g 1 4 东北大学硕士学位论文 第三章p d f 4 1 7 二维条码识别设计与实现 中值滤波一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，将窗口中各点灰度值的中值来替 代指定点( 一般是窗口的中心点) 的灰度值。对于奇数个元素，中值是指按大小排序后， 中间的数值；对于偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的平均值。 对于一维情况，见图3 3 。它是用内含5 个元素( 1 5 ) 的窗口对离散阶跃函数、 斜坡函数、脉冲函数以及三角形函数进行中值滤波和均值滤波的示例。 从图3 - 3 中可以看出，在一维情况下，中值滤波器不影响阶跃函数和斜坡函数，并 可以有效地消除单、双脉冲，使三角函数的顶端变平。 对于二维情况，中值滤波的窗口形状和尺寸对滤波器效果影响很大。不同图像内容 和不同应用要求往往选用不同的窗口形状和尺寸。常用的二维中值滤波窗口形状有线 状、方形、圆形、十字形等。 3 3 1 3p d f 4 1 7 二维条码识别过程 经过中值滤波的二维条码图像见图3 4 。 ( b ) 图3 4 二维条码识别过程一中值滤波 ( a ) 原始的二维条码( b ) 中值滤波后的二维条码 f i g 3 4 p r o c e s so f t w o - d i m e n s i o nb w c o d er e c o g n i t i o n - - m e d i u mf i l t e r i n g ( a ) o r i g i n a lb a r c o d e ( b ) b a r c o d ea f t e rm e d i u mf i l t e r i n g 1 5 东北大学硕士学位论文 第三章p d f 4 1 7 二维条码识别设计与实现 3 3 2 阈值分割 3 3 2 1 功能 功能：将二维条码图像分割成二值图像。 输入项：去除噪声后的二维条码图像。 输出项：二值化的二维条码图像。 3 3 2 2 算法介绍 图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部 分提取出来，其有意义的特征包括图像中物体的边缘、区域等，这是进一步进行图像识 别、分析和理解的基础1 4 j 。 图像分割技术是图像处理中的一种重要技术，其中比较常用的一种是利用阈值对图 像进行分割。图像闽值分割主要利用图像中要提取的目标物体与背景在灰度上的差异， 把图像分为具有不同灰度级的目标区域和背景区域的组合。 利用阈值对图像进行分割时，关键是找到恰当的阈值，利用阈值将图像中的物体和 背景区分开来。当图像目标物体与背景灰度相差较大时，找到一个全局阂值对图像进行 分割可取得比较满意的效果。当图像比较复杂；图像背景或物体灰度变化较大，或者图 像物体和背景灰度比较接近时，利用全局阙值对图像进行分割可能会把图像的局部细节 忽略，此时可以考虑采雁动态阙值进行分割。但是采用动态阙值分割图像时，由于我们 人为地对图像分块，比较容易产生阴影和人为边界，在这种情况下一般把动态闽值与全 局阈值结合起来，以改善图像分割效