基于圖像分析的攝像頭識別條形碼的算法①

孫江濤 孫珊珊 趙健飛

(1.北京林業大學，北京 100083;2.華北科技學院電信學院，北京東燕郊 101601))

基于圖像分析的攝像頭識別條形碼的算法①

孫江濤1②孫珊珊2趙健飛2

(1.北京林業大學，北京 100083;2.華北科技學院電信學院，北京東燕郊 101601))

隨著科技的發展和進步，信息采集無處不在，人們對信息采集的成本也要求越來越低，攝像頭采集條碼是目前采集條碼的一種趨勢，它由于低成本和攜帶方便的特點開始受到人們關注，本文介紹了攝像頭和PC機相連采集條碼的算法，為攝像頭識別條碼提供了雛形。

圖像分析;EAN-13

0 引言

1 條形碼的編碼規則

商品條形碼是指由一系列排列規則的條、空及其字符組成的標識，它是用以代表一定的商品的符號。一般條為深色、空為白色，條空帶便的含義與所表示的字符信息是一致的。目前商品包裝上的通用商品條形碼是EAN-13，它是由國際物品編碼協會制定，通用于世界各地，是目前國際上使用最廣泛的一種商品條形碼。我國目前商品所使用的條形碼也是這種條形碼。

EAN-13條形碼共有13位，一般由前綴部分、制造廠商代碼、商品代碼和校驗碼幾部分構成組成。每一位數據字符都由7個模塊構成，7個模塊用不同寬度的條和空組成，每個條河空的寬度在1～4個模塊之間，總共7個模塊分為2個條和2個空。EAN-13條形碼從左到右依次是空白區，起始符、左側數據符、中間分隔符、右側數據符、校驗符、終止符、空白區組成［1］。

在編碼的時候，通常用二進制“1”表示條的模塊，用二進制“0”表示空的模塊。那么EAN-13商品條碼規定起始符、終止符各占三個模塊，用二進制表示均為“101”，中間分隔符占五個模塊，其二進制表示為“01010”。其他的數據字符的編碼的二進制表示有三個子集，如表1:

表1 EAN-13編碼

在EAN-13的條碼中條碼字符中左側數據符不包括相應的數字信息的前置碼，他們選用表1中的A，B子集進行表示，選取子集取決于前置碼的數值，具體關系見表2。而右側數據符及校驗符的編碼均用C子集表示。

EAN-13商品條碼中校驗符的作用是檢驗前12個字符的正確性。每次讀入條碼時，都會計算前十二位的的校驗符再與其13位進行對比來查看其正確性。校驗符的計算方法是將前12個數據符從左起先將所有的奇數位相加得出一個數N1，再將所有的偶數位相加得出一個數并將其乘以3得到N2，然后將N2與N1相加得到數N3，用10減去數N3的個位數，如果結果不為10則檢驗符為結果本身，如果為10則檢驗符為0。

表2 EAN-13左側字符集選擇表

2 條形碼的圖像識別算法

條形碼的識別過程分為圖像采集、圖像處理、條碼識別三部分，如圖1所示。

圖1 條形碼識別過程

通過圖像的采集，得到圖像后，需要把圖像進行一定的處理才能實現圖像的識別，主要有圖像灰度化、圖像的二值化、條碼條空信息縱向投影、條碼基礎寬度計算幾步［2］。本文是建立在圖像采集后對已存在條碼的圖像進行分析的階段實施的仿真。

當前，落實最嚴格水資源管理制度是水資源管理工作的重中之重。“實行最嚴格水資源管理制度是一項極為復雜的系統工程，是對傳統增長方式的革命性變革，需要全社會共同努力?！标惱撞块L對實行最嚴格水資源管理制度提出具體要求：

2.1 圖像灰度化

現實中的彩色圖像是由紅綠藍三原色組成，圖像在計算機中的存儲也是按照這種格式，每一個像素的色彩都有三個分量R、G、B，三個分量的值分別從0～255，通過取值的不同來表示不同的顏色。因此，我們在計算機中存儲圖像的時候，可以將圖像信息設定為一個3維數組。對于條碼來說，黑白圖像只占有一個字節存儲就可以了，從0到255，我們僅在區域定位時使用了各個顏色分量的取值來判斷條碼區域，而對條碼的取值我們不需要具體的色彩值，為了節省存儲加速處理速度，我們要對圖像做灰度化。

定義V表示當前像素點的灰度值，R、G、B分別為當前像素點紅綠藍分量的值，我們可以得到:

通過上述公式對原彩色圖像的所有像素做變換，得到只有一個信息V來存儲的灰度圖像，V的取值為0～255。

圖2 灰度化處理結果

圖3 二值化處理結果

2.2 圖像的二值化

圖象的二值化是對灰度圖象的進一步處理，二值圖象顧名思義圖像的表示只有兩個取值，即象素要么全黑要么全白。條形碼本質上是由兩種顏色組成。所以我們可以根據上述得到的灰度圖像進一步處理，對條碼圖像做二值化。圖像二值化的關鍵是找到一個臨界值，找臨界值的方法，我們可以將整個圖的所有象素值相加去一個平均值，將這個平均值作為臨界值，低于平均值的變為0，高于平均值的變255。于是我們可以得到條碼圖像二值化的算法:

設圖像X點的灰度值為E(X)，全圖平均灰度為a，則:

通過上述運算，條碼圖像的灰度圖像就變成二值化后的黑白圖像了。

2.3 條形碼條空信息縱向投影

條碼由于各種因素邊緣變得毛糙，不夠平滑。這樣的圖像直接識別有可能造成誤差。分析條碼我們可以得出，條形碼代表的信息和條和空的橫向數據信息有關系，而與條碼的高度沒有關系。根據這個特性，我們在垂直方向對條形碼的各個像素值做計數累加，如果是毛糙的邊緣點，則它的縱向累加的像素數量必然較少，通過這樣的方式就可以排除較少的點，最后得到的就是條碼橫向的寬度信息。

設條碼圖像中橫坐標x點的黑色點數量累加為 N(x)，x，y 位置像素的值為 v(x，y)，橫坐標為x的所有黑點的數量為N(x)，條碼圖像的頂部為yl底部為y2。則:

通過上面的公式，我們可以計算出縱向累加的各個x位置的黑色像素點的數量N(x)。然后我們可以進一步分析排除雜質，因為雜質點的數量肯定是少數，數據總量也不會超過1/2的條線高度，根據這個特征，我們認為縱向累加得到的黑色像素數量N(x)較少的對應的x點存在雜質點，然后對圖像進行下一步的去雜質處理。

找出最大的N(x)值:

取中間值m=M/2

通過公式重新調整N(x)集合:

這樣最終得到的圖像就不含毛糙點了。

圖4 條碼縱向投影

3 條碼的識別算法

根據條碼的含義我們可以知道條碼圖像是由單位寬度的條或空的整數倍組合成的，我們可以利用這個特征來計算出單位條或者空的寬度，將這個寬度稱為基礎寬度。

計算方式為橫向掃描圖像像素點，得到白色連續寬度值，把它計入集合LEN(W)，再次掃描圖像像素點得到黑色連續寬度值，計入集合為LEN(B)，因為條和空的都是單位寬度的整數倍，而且條和空的單位寬度一樣。則我們可以得到條碼基礎寬度BLen=min{LEN(W)，LEN(B)}。

找到了條碼的基礎寬度后，以此寬度為最小單位，再次橫向掃描圖像計算出每個連續白色占多少基礎寬度，每個連續黑色占多少基礎寬度。具體譯碼步驟如下:

1)確定掃描的區域。我們把掃描到的101作為圖像的開始，對于再次遇到101作為圖像的結束，而且計算空數為59則，選擇區域正確，否則放棄。

2)計算出每一個條空的寬度。根據我們計算的基礎寬度，把檢測到的條空計算出寬度，具體如下，設基礎寬度為W，條空的寬度為Wa，則條空的計算Wg由下式確定:

3)根據第二步得到的寬度，列出條碼的二進制編碼。

4)根據條碼的定義，識別處左側字符區域，并根據左側數據區的奇偶性確定前置碼，如表1。

5)由前置碼來識別出左側的字符，右側字符自動在C子集中識別查找，完成條碼的翻譯。

6)對條碼實行校驗來確定其準備性，根據條形碼的校驗規則得到校驗數據，把此數據和第13位進行比較，如果一直，則譯碼成功，否則當前識別失敗［3］。

圖5 條碼的識別結果

4 結論

本文模擬了攝像頭采集圖像后對圖像的處理的算法和條碼識別的算法。由于算法的縱向投影解決了在圖像二值化中產生的圖像的誤差，所以本算法能較準確的識別出條碼所表示的具體數字。但是與攝像頭的鏈接仍然在研究之中，如何真正實現攝像頭對條碼的識別，仍需要進一步努力。

［1］ 中國標準出版社.條碼國家標準匯編［M］.北京:中國標準出版社，2004

［2］ 鐘若丹.基于數字圖像處理的條形碼識別方法［M］.西安工業大學，2010

［3］ 龔亞歡，王超，胡晨.EAN-13碼的圖像識別系統設計與實現［J］.現代電子技術2009(22):106-109

On thecamera identification barcode algorithm based on image analysis

SUN Jiangtao1，SUN Shanshan2，ZHAO Jianfei2

(1.Beijing Forestry University，Beijing 100083;2.School of Telecommunication，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East 101601)

With the development and progress of science and technology，information exists everywhere and the requirements for the cost of information collection are getting lower and lower.Camera collection barcode is a trend of collection barcode，which arouses people’s attention because of its characteristics of low-cost and being easy to carry.In this paper，the author introduces the algorithm of collection barcode of the camera connected to PC，which provides a embryo for the camera identification barcode.

image analysis;EAN-13

TP391.41

A

1672-7169(2012)03-0076-04

2012-05-14。

孫江濤(1990-)，男，河北廊坊人，北京林業大學學生。