經(jīng)典二維碼識(shí)別技術(shù)詳解-適合于初學(xué)者了解二維碼

1、 201011010040 成天駒 201011010039 黑金龍 201011010055 金艷濤 201011010063 李振風(fēng)二維條形碼簡(jiǎn)介二維條形碼分類二維條形碼識(shí)別二維條形碼應(yīng)用201011010040成天駒194019501960197019801949年美國(guó)喬伍德蘭德 、伯尼西爾沃發(fā)明了第一個(gè)條形碼專利60年代 西爾沃尼亞發(fā)明一套條形碼系統(tǒng)并在北美鐵路系統(tǒng)成功應(yīng)用1959年 吉拉德費(fèi)伊塞爾申請(qǐng)了用條形碼表示數(shù)字的專利1988年 中國(guó)成立了中國(guó)物品編碼中心199070年代 UPC 碼（Universal Product Code） 在北美超市得到廣泛應(yīng)用 1997、2000年

2、確定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20世紀(jì)20年代 約翰科芒德實(shí)現(xiàn)郵政單據(jù)自動(dòng)分檢方法20001920（成天駒）201011010040成天駒1.條形碼(barcode)是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符。2.一維條碼是由一組粗細(xì)不同、黑白(或彩色)相間的條、空及其相應(yīng)的字符(數(shù)字字母)組成的標(biāo)記，即傳統(tǒng)條碼。3.二維條碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向)上分布的條、空相間的圖形來(lái)記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息。201011010040成天駒3.二維條碼與一維條碼的比較 項(xiàng)目項(xiàng)目條碼類型條碼類型信息密信息密度與信度與信息容量息容量錯(cuò)誤校驗(yàn)錯(cuò)誤校驗(yàn)及糾錯(cuò)正及糾錯(cuò)正能

3、力能力垂直方向是垂直方向是否攜帶信息否攜帶信息用途用途對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和通訊網(wǎng)和通訊網(wǎng)絡(luò)的依賴絡(luò)的依賴識(shí)讀設(shè)備識(shí)讀設(shè)備一維條碼一維條碼信息密信息密度低，度低，信息容信息容量較小量較小可通過(guò)校可通過(guò)校驗(yàn)字符進(jìn)驗(yàn)字符進(jìn)行錯(cuò)誤校行錯(cuò)誤校驗(yàn)，沒(méi)有驗(yàn)，沒(méi)有錯(cuò)糾能力錯(cuò)糾能力不攜帶信息不攜帶信息對(duì)物品對(duì)物品的標(biāo)識(shí)的標(biāo)識(shí)多數(shù)應(yīng)用多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合依賴場(chǎng)合依賴數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)及通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)可用線掃描可用線掃描器識(shí)讀，如器識(shí)讀，如光筆、線陣光筆、線陣CCDCCD、激光槍、激光槍等等二維條碼二維條碼信息密信息密度高，度高，信息容信息容量大量大具有錯(cuò)誤具有錯(cuò)誤校驗(yàn)和糾校驗(yàn)和糾錯(cuò)能力，錯(cuò)能力，可根據(jù)需可根據(jù)需求設(shè)置不求設(shè)置

4、不同的糾錯(cuò)同的糾錯(cuò)級(jí)別級(jí)別攜帶信息攜帶信息對(duì)物品對(duì)物品的描述的描述可不依賴可不依賴數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)及通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)而單獨(dú)應(yīng)而單獨(dú)應(yīng)用用對(duì)于行排式二對(duì)于行排式二維條碼可用線維條碼可用線掃描器的多次掃描器的多次掃描識(shí)讀；對(duì)掃描識(shí)讀；對(duì)于矩陣式二維于矩陣式二維條碼僅能用圖條碼僅能用圖像掃描器識(shí)讀像掃描器識(shí)讀201011010040成天駒（1）可靠性強(qiáng)條形碼的讀取準(zhǔn)確率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人工記錄，平均每15000個(gè)字符才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤。（2）效率高條形碼的讀取速度很快，相當(dāng)于每秒40個(gè)字符。（3）成本低與其它自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)相比較，條形碼技術(shù)僅僅需要一小張貼紙和相對(duì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的光學(xué)掃描儀，成本相當(dāng)?shù)土?。?）易于制

5、作條形碼制作：條形碼的編寫很簡(jiǎn)單，制作也僅僅需要印刷，被稱作為“可印刷的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”。201011010040成天駒（5）構(gòu)造簡(jiǎn)單條形碼識(shí)別設(shè)備的構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。（6）靈活實(shí)用條形碼符號(hào)可以手工鍵盤輸入，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，還可和其他控制設(shè)備聯(lián)系起來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。 （7）高密度二維條碼通過(guò)利用垂直方向的堆積來(lái)提高條碼的信息密度，而且采用高密度圖形表示，因此不需事先建立數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了用條碼對(duì)信息的直接描述。（8）糾錯(cuò)功能二維條形碼不僅能防止錯(cuò)誤，而且能糾正錯(cuò)誤，即使條形碼部分損壞，也能將正確的信息還原出來(lái)。201011010040成天駒（9）多語(yǔ)言形式

6、，可表示圖像二維條碼具有字節(jié)表示模式，即提供了一種表示字節(jié)流的機(jī)制。不論何種語(yǔ)言文字它們?cè)谟?jì)算機(jī)中存儲(chǔ)時(shí)以機(jī)內(nèi)碼的形式表現(xiàn)，而內(nèi)部碼都是字節(jié)碼，可識(shí)別多種語(yǔ)言文字的條碼。（10）具有加密機(jī)制可以先用一定的加密算法將信息加密，再用二維條碼表示。在識(shí)別二維條碼時(shí)，再加以一定的解密算法，便可以恢復(fù)所表示的信息。201011010040成天駒二維條碼通常分為以下二種類型：二維條碼通常分為以下二種類型： (1)(1)行排式二維條碼行排式二維條碼 （2D STACKED BAR CODE）又稱：堆積式二又稱：堆積式二維條碼或?qū)优攀蕉S條碼，其編碼原理是建立在一維條碼基礎(chǔ)之上，維條碼或?qū)优攀蕉S條碼，其編碼

7、原理是建立在一維條碼基礎(chǔ)之上，按需要堆積成二行或多行。有代表性的行排式二維條碼有：按需要堆積成二行或多行。有代表性的行排式二維條碼有：PDF417、CODE49、CODE 16KCODE 16K等。等。 (2)(2)矩陣式二維條碼矩陣式二維條碼 （2D MATRIX BAR CODE） 又稱：棋盤式二維又稱：棋盤式二維條碼。有代表性的矩陣式二維條碼有：條碼。有代表性的矩陣式二維條碼有：QR Code 、Data Matrix、Maxi Code、Code one 等。等。201011010039黑金龍QR 碼碼 201011010039黑金龍 每個(gè)碼詞單元每個(gè)碼詞單元(4(4個(gè)條個(gè)條 / /

8、4 4個(gè)空個(gè)空) )共共1717個(gè)模塊個(gè)模塊 90 90行行 34 34 列列起始符起始符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)終止符終止符（1） PDF417條碼符（1 1） PDF417PDF417條碼符條碼符201011010039黑金龍每一個(gè)每一個(gè)PDF417PDF417符號(hào)由空白區(qū)包圍的一序列層組成。每一層包符號(hào)由空白區(qū)包圍的一序列層組成。每一層包括：括：a.a.左空白區(qū)左空白區(qū) b.b.起始符起始符 c.c.左層指示符號(hào)字符左層指示符號(hào)字符 d.1d.1到到3030個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)字符數(shù)據(jù)符號(hào)字符 e.e.右層指示符號(hào)字符右層指示符號(hào)字符 f. f.終止符終止符 g.g.右空白區(qū)右空白區(qū)左左空空白白區(qū)區(qū)右右空空白白

9、區(qū)區(qū)終終止止右右層層指指示示符符碼碼詞詞數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)區(qū)區(qū)左左層層指指示示符符碼碼詞詞起起始始層層1 1層層6 6層層5 5層層4 4層層2 2層層3 3201011010039黑金龍每一個(gè)符號(hào)字符包括每一個(gè)符號(hào)字符包括4 4個(gè)條和個(gè)條和4 4個(gè)空，每一個(gè)條或空由個(gè)空，每一個(gè)條或空由1-61-6個(gè)模塊組成。在一個(gè)個(gè)模塊組成。在一個(gè)符號(hào)字符中，符號(hào)字符中，4 4個(gè)條和個(gè)條和4 4個(gè)空的總模塊數(shù)為個(gè)空的總模塊數(shù)為1717。 5 1 1 1 1 1 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 s1 s2 s3 s4 b1 b2 b3 b4 201011010

10、039黑金龍項(xiàng)項(xiàng) 目目特特 性性可編碼字符集可編碼字符集全全ASCIIASCII字符或字符或8 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可表示漢字位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可表示漢字類型類型連續(xù)、多層連續(xù)、多層字符自校驗(yàn)功能字符自校驗(yàn)功能有有符號(hào)尺寸符號(hào)尺寸可變，高度可變，高度3 3到到9090行，寬度行，寬度9090到到583583個(gè)模塊寬度個(gè)模塊寬度雙向可讀雙向可讀是是錯(cuò)誤糾正碼詞數(shù)錯(cuò)誤糾正碼詞數(shù)2 2到到512512個(gè)個(gè)最大數(shù)據(jù)容量（錯(cuò)最大數(shù)據(jù)容量（錯(cuò)誤糾正級(jí)別為誤糾正級(jí)別為0 0時(shí)）時(shí)）18501850個(gè)文本字符或個(gè)文本字符或27102710個(gè)數(shù)字或個(gè)數(shù)字或11081108個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)附加屬性附加屬性可選擇糾錯(cuò)級(jí)別、可跨

11、行掃描、宏可選擇糾錯(cuò)級(jí)別、可跨行掃描、宏P(guān)DF417PDF417條碼、全球標(biāo)記標(biāo)識(shí)符等條碼、全球標(biāo)記標(biāo)識(shí)符等2.PDF4172.PDF417條碼的特性條碼的特性201011010039黑金龍 QR CodeQR Code是由日本是由日本DensoDenso公司于公司于19941994年年9 9月研制的一種矩陣式二維條碼，月研制的一種矩陣式二維條碼，它除具有二維條碼所具有的它除具有二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖象信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖象多種信息、保密防偽性強(qiáng)多種信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)： （1 1）超高速識(shí)讀超高速識(shí)

12、讀 QR CodeQR Code碼的超高速識(shí)讀特性，使它適宜應(yīng)用于工業(yè)自碼的超高速識(shí)讀特性，使它適宜應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線管理等領(lǐng)域。動(dòng)化生產(chǎn)線管理等領(lǐng)域。（2 2）全方位識(shí)讀全方位識(shí)讀 QR CodeQR Code具有全方位（具有全方位（360360）識(shí)讀特點(diǎn)。）識(shí)讀特點(diǎn)。（3 3）能夠有效地表示中國(guó)漢字、日本漢字能夠有效地表示中國(guó)漢字、日本漢字201011010039黑金龍201011010039黑金龍編碼方式編碼方式: :矩陣式二維條碼矩陣式二維條碼超高速識(shí)讀特性超高速識(shí)讀特性: 30: 30個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)/ /秒秒(100(100字符字符/ /符符號(hào)號(hào))()(較較417417提高近提高近

13、1010倍倍;417:3;417:3個(gè)個(gè)/ /秒秒) )全方位識(shí)讀全方位識(shí)讀:360:360度度(417:(417:水平方向水平方向1010度度) )具有特定的漢字表示模式具有特定的漢字表示模式:13bit:13bit表示一個(gè)漢字表示一個(gè)漢字( (較較417417提高提高20%;417:16bit(20%;417:16bit(雙字節(jié)雙字節(jié))/)/漢字漢字) )201011010039黑金龍數(shù)據(jù)類型與容量：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)類型與容量：數(shù)字: :個(gè)字符；字母：個(gè)字符；字母：；漢字：個(gè)字符；漢字：個(gè)字符數(shù)據(jù)表示方法：深色模塊表示二進(jìn)制；淺色模數(shù)據(jù)表示方法：深色模塊表示二進(jìn)制；淺色模塊表示二進(jìn)制塊表示二進(jìn)制糾

14、錯(cuò)能力：級(jí)（）；級(jí)（）；糾錯(cuò)能力：級(jí)（）；級(jí)（）；級(jí)（）；級(jí)（）級(jí)（）；級(jí)（）結(jié)構(gòu)連接：最多個(gè)條碼字符結(jié)構(gòu)連接：最多個(gè)條碼字符201011010039黑金龍Data MatrixData Matrix是一種矩陣式二維條碼。它有兩種類型，即是一種矩陣式二維條碼。它有兩種類型，即ECC000-140ECC000-140和和ECC200ECC200。ECC000-140ECC000-140具有幾種不同等級(jí)的卷積糾錯(cuò)功能；而具有幾種不同等級(jí)的卷積糾錯(cuò)功能；而ECC200ECC200則使則使用用Reed-SolomonReed-Solomon糾錯(cuò)。糾錯(cuò)。201011010039黑金龍項(xiàng)目項(xiàng)目特性特性可編

15、碼字符集可編碼字符集全部全部ASCIIASCII字符及擴(kuò)展字符及擴(kuò)展ASCIIASCII字符字符類型類型矩陣式二維條碼矩陣式二維條碼符號(hào)寬度符號(hào)寬度ECC000-140ECC000-140：9 94949，ECC200ECC200：1010144144符號(hào)高度符號(hào)高度ECC000-140ECC000-140：9 94949，ECC200ECC200：1010144144最大數(shù)據(jù)容量最大數(shù)據(jù)容量23352335個(gè)文本字符，個(gè)文本字符，31163116個(gè)數(shù)字或個(gè)數(shù)字或15561556個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)追加數(shù)據(jù)追加允許一個(gè)數(shù)據(jù)文件使用最多允許一個(gè)數(shù)據(jù)文件使用最多1616個(gè)條碼符號(hào)表示個(gè)條碼符號(hào)表示20

16、1011010039黑金龍碼制碼制QR CodeQR CodeData MartixData MartixPDF 417PDF 417符號(hào)結(jié)構(gòu)符號(hào)結(jié)構(gòu) 研制公司研制公司Denso Corp.Denso Corp.( (日本日本) )I.D. Matrix Inc.I.D. Matrix Inc.( (美國(guó)美國(guó)) )Symbol Technolgies Symbol Technolgies IncInc( (美國(guó)美國(guó)) )碼制分類碼制分類矩陣式矩陣式行排式行排式識(shí)讀速度識(shí)讀速度* *3030個(gè)個(gè)/ /每秒每秒2 23 3個(gè)個(gè)/ /秒秒3 3個(gè)個(gè)/ /秒秒識(shí)讀方向識(shí)讀方向全方位（全方位（36036

17、0）1010識(shí)讀方法識(shí)讀方法深色深色/ /淺色模塊判別淺色模塊判別條空寬度尺寸判別條空寬度尺寸判別漢字表示漢字表示13bit13bit16bit16bit16bit16bit201011010039黑金龍實(shí)例：實(shí)例：8080個(gè)字符組成的信息個(gè)字符組成的信息: : 1234567890-123456720-123456-30-234567-40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80 QR code QR code (M) X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 8.2mm sq. 11.5mm sq. 16.5mm sq. PDF417 PD

18、F417 (level 3) X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 34.2mm亊15mm 47.9mm亊21mm 68.5mm亊30mm Data MatrixData Matrix X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 8.0mm sq. 11.2mm sq. 16.0mm sq.201011010039黑金龍通過(guò)圖像的采集設(shè)備，我們得到含有條碼的圖像，此后主要經(jīng)過(guò)條碼定位、分割和解碼三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)條碼的識(shí)別（以矩陣式條碼為例）。201011010055金艷濤條碼的定位是實(shí)現(xiàn)條碼識(shí)別的基礎(chǔ)，在一幅圖像中如果找不到待識(shí)別的條碼，后面的工作就無(wú)法完成。條碼的定位就是找

19、到條碼符號(hào)的圖像區(qū)域，對(duì)有明顯條碼特征的區(qū)域進(jìn)行定位。然后根據(jù)不同條碼的定位定位圖形結(jié)構(gòu)特征圖形結(jié)構(gòu)特征對(duì)不同的條碼符號(hào)進(jìn)行下一步的處理。201011010055金艷濤實(shí)現(xiàn)條碼的定位采用以下步驟：（1）利用點(diǎn)運(yùn)算的閾值理論將采集到的圖象變?yōu)槎祱D像， 即對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理；（2）得到二值化圖像后，對(duì)其進(jìn)行膨脹運(yùn)算；（3）對(duì)膨脹后的圖象進(jìn)行邊緣檢測(cè)得到條碼區(qū)域的輪廓；下圖是經(jīng)過(guò)上述處理后得到的一系列圖像。 201011010055金艷濤對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理按下式進(jìn)行：其中，f(x,y)是點(diǎn)(x,y)處像素的灰度值，T為閾值（自適應(yīng)門限）。0255y, xgTy, xfTy, xf2010110

20、10055金艷濤上面的步驟（2）中用到了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的膨脹變換。 A用B來(lái)膨脹定義為： 對(duì)二值化圖像進(jìn)行的膨脹運(yùn)算就是通過(guò)上式進(jìn)行的。ABxBAx 201011010055金艷濤找到條碼區(qū)域后，我們還要進(jìn)一步區(qū)分到底是哪種矩陣式條碼。下面圖形是幾種常見(jiàn)的矩陣式條碼：201011010055金艷濤a.位于左上角、左下角、右上角的三個(gè)定位圖形b.位于符號(hào)中央的三個(gè)等間距同心圓環(huán)（或稱公牛眼）定位圖形c.位于左邊和下邊的兩條垂直的實(shí)線段 邊緣檢測(cè)后條碼區(qū)域的邊界不是很完整，所以需要進(jìn)一步的修正邊界，然后分割出一個(gè)完整的條碼區(qū)域。首先采用區(qū)域增長(zhǎng)的方法對(duì)符號(hào)進(jìn)行分割，以此修正條碼邊界。其基本思想是從符

21、號(hào)內(nèi)的一個(gè)小區(qū)域（種子）開始，通過(guò)區(qū)域增長(zhǎng)來(lái)修正條碼邊界，把符號(hào)內(nèi)的所有點(diǎn)都包括在這個(gè)邊界內(nèi)。然后通過(guò)凸殼計(jì)算準(zhǔn)確分割出整個(gè)符號(hào)。之后區(qū)域增長(zhǎng)和凸殼計(jì)算交替進(jìn)行，通常對(duì)那些密度比較大的條碼重復(fù)兩次就足夠了，而對(duì)于那些模塊組合比較稀疏的條碼至少要重復(fù)四次。201011010055金艷濤得到一幅標(biāo)準(zhǔn)的條碼圖像后，對(duì)該符號(hào)進(jìn)行網(wǎng)格采樣，對(duì)網(wǎng)格每一個(gè)交點(diǎn)上的圖像像素取樣，并根據(jù)閾值確定是深色塊還是淺色塊。構(gòu)造一個(gè)位圖，用二進(jìn)制的“1”表示深色像素， “0”表示淺色像素，從而得到條碼的原始二進(jìn)制序列值，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)和譯碼，最后根據(jù)條碼的邏輯編碼規(guī)則把這些原始的數(shù)據(jù)位流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)碼字。201011010055金艷濤（李振風(fēng)）應(yīng)用1-物流管理應(yīng)用2-優(yōu)惠券 入場(chǎng)券等應(yīng)用3-火車票實(shí)名制應(yīng)用4-超市商品信息管理應(yīng)用5-海報(bào)廣告應(yīng)用6-解析網(wǎng)址應(yīng)用7-購(gòu)買產(chǎn)品應(yīng)用8-防偽201011010063