云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)技術(shù)研究

宋惠蘭

摘 要： 圖書(shū)館中圖書(shū)排列變動(dòng)大，不利于進(jìn)行圖書(shū)檔案信息管理，為了克服上述情況，設(shè)計(jì)云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)，進(jìn)行條碼計(jì)算與管理、通信與圖像采集。系統(tǒng)使用的條碼分類(lèi)技術(shù)通過(guò)對(duì)條碼圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹、重建實(shí)現(xiàn)粗分類(lèi)，再通過(guò)開(kāi)運(yùn)算和開(kāi)重建進(jìn)行精分類(lèi)，最后輸出分類(lèi)結(jié)果。條碼查詢(xún)技術(shù)以解碼技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)條碼圖像上的掃描圖形進(jìn)行掃描和定位，獲取條碼掃描寬度，依照?qǐng)D書(shū)檔案計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)條碼查詢(xún)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)的分類(lèi)與查詢(xún)誤差小，查詢(xún)效率高，在復(fù)雜條件下也能實(shí)現(xiàn)條碼的高效、準(zhǔn)確查詢(xún)。

關(guān)鍵詞： 云計(jì)算； 圖書(shū)館； 條碼； 分類(lèi)查詢(xún)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）13?0130?04

Abstract： The big variation of books arrangement in the library is bad for the management of book archive information. In order to overcome the above situation， the library barcode classification and query system under cloud computing was designed to perform the barcode calculation and management， communication， and image acquisition. The barcode classification technology is used in the system to realize the rough classification for the barcode image after corrosion， expansion and reconstruction， and perform the fine classification for the barcode image after open operation and reconstruction to output the classification results. The barcode query technology is based on the decoding technology to scan and locate the scanning pattern on the scanning image to acquire the scanning width of the barcode. The barcode is queried according to the computing formula of book archives. The test results show that the system classification and query errors are small， the query efficiency is high， and can query the barcode efficiently and accurately under complex conditions.

Keywords： cloud computing； library； barcode； classification query

0 引 言

條碼技術(shù)[1]是在信息技術(shù)上興盛起來(lái)的，它集合解編碼、數(shù)據(jù)識(shí)別、數(shù)據(jù)采集與控制等技術(shù)，使用時(shí)不受時(shí)間與地點(diǎn)的約束，信息錄入效率高、成本低、可靠性好，越來(lái)越多的領(lǐng)域受益于條碼技術(shù)。條碼技術(shù)發(fā)展至今，出現(xiàn)了一維條碼和二維條碼兩種類(lèi)別。一維條碼的存儲(chǔ)量小、顯示效果不佳，已逐漸被淘汰。二維條碼的功能具有多樣性，使用更加廣泛，但采集過(guò)程中容易出現(xiàn)噪聲干擾，因此，對(duì)二維條碼的深度研究具有十分重要的意義。

信息化時(shí)代的來(lái)臨，使得圖書(shū)館圖書(shū)檔案的管理難度大幅度降低，將條碼技術(shù)與圖書(shū)檔案結(jié)合起來(lái)，更是使檔案索引效率得到明顯提升。圖書(shū)館的客戶(hù)流動(dòng)性大，圖書(shū)排列順序每天都會(huì)發(fā)生大變動(dòng)，利用條碼技術(shù)管理圖書(shū)檔案的難點(diǎn)在于如何對(duì)條碼進(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)和高效查詢(xún)[2]，為客戶(hù)提供更好的服務(wù)。2006年，云計(jì)算[3]被首次提出，近年來(lái)，云計(jì)算以其安全性能高、資源消耗少、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)受到了廣泛重視。在圖書(shū)館圖書(shū)檔案管理中，采用云計(jì)算對(duì)條碼分類(lèi)與查詢(xún)技術(shù)進(jìn)行研究是一項(xiàng)新興課題，且極具發(fā)展前景。

為了克服當(dāng)前存在的不足，設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)，結(jié)果表明，該系統(tǒng)的分類(lèi)與查詢(xún)效率高。

1 云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)

1.1 云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)架構(gòu)

采用云計(jì)算作為圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)的底層架構(gòu)，管理進(jìn)行分類(lèi)與查詢(xún)的計(jì)算硬件，對(duì)硬件資源進(jìn)行虛擬仿真和計(jì)算，為圖書(shū)館圖書(shū)管理員提供條碼分類(lèi)功能，為客戶(hù)提供條碼查詢(xún)功能，增強(qiáng)圖書(shū)條碼的管理靈活性。云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，云計(jì)算下系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，分別是服務(wù)器層、數(shù)據(jù)通信層和應(yīng)用層。系統(tǒng)分為私有云和公有云[4]，基礎(chǔ)架構(gòu)相同，但私有云的使用對(duì)象是圖書(shū)管理員，公有云面向全體客戶(hù)，既保證了圖書(shū)的統(tǒng)一管理與服務(wù)，又維護(hù)了圖書(shū)條碼分類(lèi)秩序。

服務(wù)器層進(jìn)行條碼計(jì)算與管理任務(wù)。管理中心通過(guò)云計(jì)算虛擬化功能管理計(jì)算硬件，并向數(shù)據(jù)通信層和應(yīng)用層傳達(dá)虛擬資源。計(jì)算硬件中包含多種虛擬儀器，如開(kāi)放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器和VMware虛擬機(jī)等，共同進(jìn)行條碼分類(lèi)處理。

數(shù)據(jù)通信層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，為防止通信干擾，組建了網(wǎng)絡(luò)防火墻。網(wǎng)絡(luò)接口有兩種：一種是GUI接口[5]，中文釋義為圖形用戶(hù)接口；另一種是B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）結(jié)構(gòu)接口[6]。GUI接口與傳統(tǒng)的命令接口相比，更適合進(jìn)行條碼管理，在云計(jì)算的支持下，GUI接口的管理能力也得到了提升。B/S結(jié)構(gòu)提供給客戶(hù)通過(guò)瀏覽器對(duì)圖書(shū)檔案進(jìn)行接收的功能，可對(duì)基礎(chǔ)計(jì)算資源進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

應(yīng)用層的移動(dòng)終端對(duì)條碼圖像進(jìn)行采集，以手持為主，便于圖書(shū)管理員巡視圖書(shū)館。條碼圖像上傳至云端，采用云計(jì)算進(jìn)行分類(lèi)和解碼，根據(jù)解碼結(jié)果進(jìn)行條碼查詢(xún)。云計(jì)算解碼軟件安裝在移動(dòng)終端上，其以面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，解碼準(zhǔn)確率高、抗干擾性能強(qiáng)，為條碼查詢(xún)提供了便利。

1.2 云計(jì)算下的條碼分類(lèi)

圖書(shū)館中圖書(shū)條碼分類(lèi)的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，要求高效且準(zhǔn)確[7]。特定時(shí)間內(nèi)的條碼分類(lèi)數(shù)量取決于條碼分類(lèi)技術(shù)的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，將分類(lèi)流程分為粗分類(lèi)和精分類(lèi)兩段進(jìn)行條碼處理，可減少時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。圖2是條碼分類(lèi)技術(shù)處理流程。

如圖2所示，設(shè)條碼圖像結(jié)構(gòu)元素集合的尺度序列為未分類(lèi)前的圖像表示為經(jīng)腐蝕處理去掉圖像色彩變?yōu)榛疑珗D像，表示為與的關(guān)系式為：

條碼圖像中存在大片空白相接區(qū)域，條空比例[8]表示空白區(qū)域與噪聲區(qū)域的連續(xù)比值。以條空比例11513為例，其中的1表示噪聲像素點(diǎn)，5和3表示空白區(qū)域。條空比例表示的像素點(diǎn)1中有可能存在多個(gè)像素點(diǎn)，與1相接的相同數(shù)值越多，噪聲越大。在過(guò)濾中的噪聲像素點(diǎn)時(shí)，以與1相接的相同數(shù)值數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為直徑進(jìn)行濾波，排除噪聲，增大條碼圖像空白區(qū)域的相接面積。設(shè)空白區(qū)域相接面積為其最大值為為膨脹倍數(shù)，則：

式（2）的計(jì)算過(guò)程即為尺寸結(jié)構(gòu)元素的膨脹過(guò)程，將條碼圖像中所有都進(jìn)行一次膨脹，得到條碼圖像重建結(jié)果。當(dāng)膨脹倍數(shù)趨于無(wú)窮大時(shí)，條碼圖像會(huì)發(fā)生收縮而非膨脹[9]，由此可以看出，的取值并非越大越好，但過(guò)小的值對(duì)噪聲的排除具有不利影響，至少應(yīng)保證膨脹倍數(shù)大于腐蝕強(qiáng)度，故令如此便可在條碼圖像正常膨脹的基礎(chǔ)上最大限度地排除噪聲干擾，并保留高精度的實(shí)時(shí)分類(lèi)性能。

為保證分類(lèi)精度，條碼圖像重建過(guò)程至少進(jìn)行2次，將相鄰的兩幅重建圖像進(jìn)行對(duì)比，直到獲取到兩幅相同的相鄰圖像，函數(shù)關(guān)系為。之后進(jìn)入精分類(lèi)，精分類(lèi)分為開(kāi)運(yùn)算和開(kāi)重建兩步進(jìn)行[10]，開(kāi)運(yùn)算的處理過(guò)程如下：

圖書(shū)館中每本圖書(shū)都有不同的開(kāi)重建的作用就是提供一個(gè)條碼分類(lèi)規(guī)則，將同類(lèi)型的進(jìn)行匯總和排列，最后輸出條碼分類(lèi)結(jié)果。由于只需進(jìn)行條碼分類(lèi)，因此沒(méi)必要對(duì)粗分類(lèi)的膨脹過(guò)程進(jìn)行收縮，以節(jié)省分類(lèi)時(shí)間。

1.3 云計(jì)算下的條碼查詢(xún)

圖書(shū)館條碼查詢(xún)技術(shù)的基礎(chǔ)是解碼技術(shù)，對(duì)解碼結(jié)果進(jìn)行顯示可獲取條碼中圖書(shū)檔案信息的查詢(xún)結(jié)果，解碼流程為：

（1） 提取條碼圖像中像素色度的兩端極限值，設(shè)極限值的平均值為分界值，將圖像像素全部替換為深淺兩種色度。

（2） 條碼圖像四個(gè)邊角上存在三個(gè)掃描圖形，經(jīng)第（1）步處理后，掃描圖形的色度應(yīng)為深淺相間，清楚地觀察到掃描線，如圖3所示，點(diǎn)是掃描線與掃描圖形邊界的交點(diǎn)，同時(shí)，同比例上下移動(dòng)和90°翻轉(zhuǎn)移動(dòng)兩點(diǎn)，直到掃描圖形被完全掃描，獲取三個(gè)掃描圖形的中心點(diǎn)。

（3） 定位掃描圖形，獲取條碼上方兩個(gè)掃描圖形的寬度和以及兩個(gè)掃描圖形中心點(diǎn)之間的距離如圖4所示。

當(dāng)時(shí)，將所得結(jié)果與圖書(shū)檔案標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)條碼查詢(xún)；當(dāng)時(shí)，設(shè)為條碼的云計(jì)算虛擬尺寸，如果落在條碼像素的深色區(qū)域內(nèi)，若落在淺色區(qū)域，

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 數(shù)據(jù)集

在條碼分類(lèi)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，使用多功能條碼在線生成器生成500個(gè)圖書(shū)條碼，條碼中記錄的圖書(shū)類(lèi)型包括理學(xué)類(lèi)、文學(xué)類(lèi)、工學(xué)類(lèi)、體育類(lèi)和外文類(lèi)，每種類(lèi)型均生成100個(gè)條碼。對(duì)比DNA條碼分類(lèi)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化條碼分類(lèi)技術(shù)和本文系統(tǒng)的條碼分類(lèi)技術(shù)，在相同時(shí)間限制下獲取500個(gè)圖書(shū)條碼的正確分類(lèi)數(shù)量，得出本文系統(tǒng)的條碼分類(lèi)性能。為同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)分類(lèi)性，將時(shí)間限制設(shè)置在最小時(shí)間采集點(diǎn)上，超出采集點(diǎn)的分類(lèi)數(shù)據(jù)均視作無(wú)效。

2.2 結(jié)果與分析

表1中記錄了三種條碼分類(lèi)技術(shù)的分類(lèi)結(jié)果準(zhǔn)確率，由表1可知：理學(xué)類(lèi)和工學(xué)類(lèi)的圖書(shū)條碼分類(lèi)準(zhǔn)確率最低，造成這種現(xiàn)象的原因主要是理學(xué)和工學(xué)之間存在一部分的信息共通點(diǎn)。外文類(lèi)圖書(shū)條碼的分類(lèi)效果最佳，這點(diǎn)毋庸置疑，但標(biāo)準(zhǔn)化條碼分類(lèi)技術(shù)仍存在2%的外文類(lèi)分類(lèi)誤差，縱觀其所有類(lèi)型的分類(lèi)準(zhǔn)確率，都未能進(jìn)行有效分類(lèi)。DNA條碼分類(lèi)技術(shù)在對(duì)理學(xué)和工學(xué)的條碼分類(lèi)上性能不高，其原因有可能是條碼圖像噪聲過(guò)濾不徹底或者分類(lèi)效率低。本文系統(tǒng)的條碼分類(lèi)技術(shù)僅存在微小的分類(lèi)誤差，分類(lèi)性能非常好，也間接體現(xiàn)了其高效性。

使用條碼生成器生成如圖5所示的4個(gè)二維條碼，分別錄入阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母、數(shù)字+字母、數(shù)字+字母+中文四種形式的圖書(shū)檔案信息，不同組合形式下的信息量均相同。利用本文系統(tǒng)的條碼查詢(xún)技術(shù)、快速響應(yīng)矩陣查詢(xún)技術(shù)以及輪廓擬合查詢(xún)技術(shù)測(cè)試圖5中的圖書(shū)條碼，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和表3。由表2和表3可知，本文系統(tǒng)的查詢(xún)性能最好，查詢(xún)準(zhǔn)確率和查詢(xún)效率都很高。

對(duì)圖5（a），圖5（b）進(jìn)行條碼污染，對(duì)圖5（c），圖5（d）中的某一處進(jìn)行擦除形成殘缺，再次進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4和表5所示。本文系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果無(wú)較大變化，快速響應(yīng)矩陣查詢(xún)技術(shù)和輪廓擬合查詢(xún)技術(shù)的查詢(xún)性能則明顯下降，表明本文系統(tǒng)能夠在復(fù)雜條件下進(jìn)行正常條碼查詢(xún)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文將條碼技術(shù)與圖書(shū)檔案結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了云計(jì)算下的圖書(shū)館條碼分類(lèi)與查詢(xún)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的條碼分類(lèi)技術(shù)和條碼查詢(xún)技術(shù)進(jìn)行研究和測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，本文系統(tǒng)的分類(lèi)結(jié)果和查詢(xún)結(jié)果誤差小，查詢(xún)效率高，在條碼殘缺的情況下也能正常查詢(xún)到圖書(shū)檔案信息。

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