PDF417条码识别方法的研究

论文摘要

条码作为一种信息存储和信息传播的手段,广泛地应用于社会生产和生活的各个领域。近年来物联网概念的白热化,给条码技术的发展带来了新的契机。传统的一维条码由于容量限制已不能满足应用需求,各种二维条码应运而生。其中PDF417条码以信息容量大、编码信息范围广、译码可靠性高等诸多优点得到了用户的青睐,在产业界得到了广泛的应用。但是市面上已有的一些PDF417条码识读器,或者技术被国外垄断,或者只能处理理想条件下的条码识别。对于各种复杂情况,如高噪、扭曲、低对比度等条件下的PDF417条码识别,还有很多值得研究的问题。本文从PDF417条码的形状、纹理特点以及编码规则、纠错原理出发,深入研究了各种复杂情况下的条码定位识别问题。本文工作的主要创新点总结如下:1、针对各种复杂条件,如背景噪声干扰、低对比度、光照不均等情况下PDF417条码识别率低的问题,提出了一种基于数学形态学和边缘检测的条码定位方法(MMED)。该方法首先对输入图像进行预处理,再通过边缘检测和数学形态学运算将离散的条码区域膨胀成一片联通的区域,检测矩形轮廓以实现粗定位;然后采用线扫描策略,进行模式搜索和区域精确化处理定位出PDF417条码的四个顶点。实验结果表明该方法具有较好的鲁棒性,能够解决各种复杂情况下的条码定位。2、针对图像中扭曲条码难定位难识别的问题,提出了一种扭曲条码定位方法。该方法基于MMED定位方法,通过预处理后提取凸四边形轮廓,并改进模式搜索策略,精确定位条码区域,解决了扭曲条码的定位问题;提出了条码矩形度的概念来区分条码的平面旋转变形和空间旋转变形,对于平面旋转变形的条码采用仿射变换逆旋转相应的角度进行矫正,对于空间旋转变形的条码采用透射变换和双线性插值的方法进行矫正。实验结果表明,本文提出的方法能够有效识别并矫正各种扭曲条码图像,且具有较高的实时性。3、针对传统的基于Sobel边缘检测后投影的行列分割方法存在的问题,提出了一种基于投影和波形分析的条码行列切分算法。对于列切分,算法基于PDF417条码列边界的特点,通过竖直方向黑点数目投影后阈值分割,提取峰值,然后进行等距测试,剔除噪声点,实现列边界点提取;对于行切分,首先进行行差统计,然后加工滤波,通过提取峰值实现行分割。实验结果证明了该算法的有效性。4、设计并实现了一个完整的PDF417条码识别系统。该系统采用模块化结构设计,具有良好的可扩展性;基于OpenCV库实现,具有较高的实时性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 条码技术简介
• 1.1.2 PDF417 条码结构
• 1.1.3 PDF417 条码特点
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 条码定位
• 1.2.2 扭曲矫正
• 1.2.3 行列切分
• 1.2.4 条码译码
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究成果
• 1.5 论文结构
• 第二章 基于数学形态学和边缘检测的条码定位
• 2.1 引言
• 2.1.1 数学形态学
• 2.1.2 边缘检测
• 2.2 条码定位算法
• 2.2.1 算法基本思想
• 2.2.2 图像预处理
• 2.3.3 条码区粗定位
• 2.3.4 条码精确定位
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 参数设置
• 2.3.2 样本选取
• 2.3.3 实验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 扭曲条码定位和矫正
• 3.1 引言
• 3.2 扭曲条码定位
• 3.2.1 算法基本思想
• 3.2.2 算法描述
• 3.3 扭曲条码矫正
• 3.3.1 条码矩形度
• 3.3.2 双线性插值
• 3.3.3 矫正算法
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 参数设置
• 3.4.2 样本选取
• 3.4.3 扭曲条码定位实验结果分析
• 3.4.4 条码矫正实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于投影和波形分析的行列切分
• 4.1 引言
• 4.2 列切分算法
• 4.2.1 算法基本思想
• 4.2.2 算法描述
• 4.3 行切分算法
• 4.3.1 算法基本思想
• 4.3.2 算法描述
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 列切分算法实验结果分析
• 4.4.2 行切分算法实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 PDF417 条码识别系统设计与实现
• 5.1 系统结构设计
• 5.1.1 人机交互模块
• 5.1.2 条码定位模块
• 5.1.3 扭曲矫正模块
• 5.1.4 行列切分模块
• 5.1.5 条码译码模块
• 5.2 系统功能演示及性能分析
• 5.2.1 系统功能演示
• 5.2.2 条码识别系统性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录一 复杂背景下PDF417 条码识别
• 附录二 扭曲PDF417 条码识别