高噪聲環境下的快遞包裹條形碼的快速定位分割識別

王寧　姜全春　蔣林華

摘? 要： 隨著國內物流行業的快速發展，人們對于快遞包裹派送信息的快速查詢的需求日益迫切，快遞單號的自動化獲取有望解決該問題。該文針對復雜環境下的包裹單掃描件圖像中的條形碼/二維碼定位分割識別問題，提出了一套條形碼區域定位分割識別算法，將原始圖像從RGB空間轉換成HSV空間，之后使用MSRCR算法進行增強處理。整個算法在實際快遞單掃描件圖像中進行了充分測試，結果顯示本算法快速、準確、誤碼率低，具有很強的實用價值。

關鍵詞： 快遞掃描件;MSRCR;HSV色彩空間

中圖分類號： TP391.41? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.07.014

【Abstract】： With the rapid development of the domestic logistics industry， the demand for quick inquiry of express parcel delivery information is becoming more and more urgent， and the automatic acquisition of express delivery number is expected to solve this problem. This paper proposes a bar code region location segmentation recognition algorithm for bar code/QR code location segmentation recognition in a single scan image of a parcel in a complex environment. The original image is converted from RGB space to HSV space， and then MSRCR algorithm is used. Enhance processing. The whole algorithm is fully tested in the actual express single scan image. The results show that the algorithm is fast， accurate and has low bit error rate， and has strong practical value.

【Key words】： Scanned express form; MSRCR; HSV color space

0? 引言

隨著國內物流與快遞產業的不斷發展[1]，人們對包裹派送信息快速查詢的需求與日俱增。傳統的基于手工輸入與查詢的辦法已經遠遠不能滿足當今市場的迫切需求。目前多數物流及快遞公司都已具有快速掃描包裹單據的設備，因此，利用圖像處理與機器視覺技術[2]進行快遞單掃描件的條形碼/二維碼定位分割識別具有重要意義。通過工業攝像頭抓

拍傳送帶上高速運動的快遞包裹，存在運動模糊，獲取的原始圖像亮度低，不清晰，圖像旋轉等現象。這些問題為后續的識別解碼帶來了困難，加之分揀和識別過程對實時性要求又高，因此快速、魯棒性強的快遞單圖像處理算法研究得到了越來越多的關注[3]。

1? 實驗場景

快遞包裹分揀流水線，快遞包裹以40 cm/s的速度從檢測通道上通過安檢設備，在安檢通道上方

設置一到兩臺高速攝像頭，通過光電傳感器觸發攝像頭實現對快遞包裹自動拍照，攝像頭通過網絡接口連接到本地計算機，獲取從通道上經過的快遞包裹圖像，包裹通過時其貼有快遞單的一面朝上。保存包裹圖像并對快遞圖像進行分割定位[4]，隨后識別出快遞單上的條形碼、二維碼等信息，并識別出包裹的大致形狀。之后對條形碼/二維碼進行解碼操作，將解碼得到的快遞單號信息保存到本地數據庫，以便于后續的快遞包裹物流信息的查詢。

2? Retinex理論

Retinex始于Edwin Herbert Land提出的一種被稱為色彩恒常的理論[5]，并基于此理論的圖像增強算法。Retinex這個詞是由兩個單詞合成的一個詞語，分別是retina和cortex，y意思是視網膜和皮層，表明Land他也不清楚視覺系統的特性究竟取決于這兩個生理結構中的哪一個，或者是兩者都有關系。Retinex的基礎理論是物體的顏色是由物體對長波（紅色）、中波（綠色）、短波（藍色）光線的反射能力來決定的，而不是由反射光強度的絕對值來決定的，物體的顏色不受光照非均勻性的影響，具有一致性。與傳統的線性、非線性變換、圖像銳化等方法只能增強圖像某一類特征的方法相比，Retinex可以在動態范圍壓縮、邊緣增強和顏色恒常這三個方面達到一定的平衡，因此適合對各種不同類型的圖像進行自適應增強，在諸多領域到了廣泛應用。Retinex算法發展歷程是從單尺度Retinex算法[6]，改進成多尺度加權平均的MSR算法[7]，在發展成MSRCR算法[8-9]。

由于R是對數域的輸出，需要轉換成數字圖像，必須將他們量化為[0，255]的數字圖像范疇，對于這個量化的算法，有著極為重要的意義，他的好壞直接決定了最終輸出的圖像的質量。

3? 條形碼定位分割識別算法

要定位首先要檢視這種條形碼的特點，這種圖像在X方向上的梯度肯定很明顯。同時，Y方向的梯度就沒這么明顯，所以第一步，我們應該將圖像的灰度圖像分別計算梯度，用X方向梯度減去Y方向梯度，這樣可以保留X方向特征并且去除Y方向的干擾。二維碼對一維碼的定位形成了干擾，但是二維碼的空間漏洞相對一維碼多很多，于是我們進行一次模糊并且二值化[10]。條形碼區域出現了黑色的縫隙，不利于定位完整區域，需要進行一些形態學操作，去除黑色縫隙，使用閉運算[11]。二維碼的區域連接面積還是很大，對于后面我們計算區域面積有影響，但是二維碼的連接區域明顯要比一維碼的連接區域要細很多，我們通過腐蝕操作斷開二維碼的連接，同時還保存一維碼的連接，然后在膨脹回來，二維碼的連接斷開就不會有大塊的區域連接了，同時膨脹和腐蝕的次數應當是一致的，保證得到結果區域的準確性，本文選擇膨脹腐蝕四次。二維碼的影響基本消除了，現在我們需要先查找輪廓，然后計算圖像中每個輪廓的面積，選出面積最大的那個輪廓，計算這個輪廓的最小外包矩形，就能找到相應的圖像區域，條形碼位置定位分割識別算法的流程：

（1）形態學梯度運算，忽略Y方向梯度，主要針對X方向梯度。

（2）圖像模糊化，便于后期的圖像連接。

（3）圖像閾值化，加速算法處理，并合理使用模糊化的效果。

（4）形態學去除黑洞，閉運算。

（5）膨脹腐蝕，斷開二維碼連接。

（6）查找輪廓，計算輪廓最大面積，擬合輪廓矩形，得到最終結果。

條形碼識別，可以使用zbar識別庫，識別出條形碼對應的字符串，然后就可以調用網絡，數據庫等手段快速進行后續操作。

4? 實驗結果以及分析

4.1? 實驗環境

本文實驗是基于VS2015+Opencv 2.4.10+Zbar- 0.10編程實現的，選用通過攝像頭獲取的500張原始圖像作為測試圖像。原始圖像的大小為2448像素× 2048像素且是bmp格式的圖像，進行預處理之前需要先將圖像進行壓縮成jpg格式的圖像。

4.2? 算法過程

（1）獲取原始圖像

可以看出，實際的圖像并不理想，為了獲取清晰的運動圖像，必須通過改變攝像頭相關系數來實現，導致獲取的原始圖像亮度偏低，需要相應的預

處理算法進行增強。為了提高低亮度條件和背光條件下拍攝圖像的效果，嘗試了各種常規的數字圖像處理方法，包括線性變換、對數變換、直方圖均衡等，這些方法一定的效果，但是缺點也很明顯，色度恢復不夠，處理后的圖像泛白，色度飽和度降低，之后我們找到了帶顏色恢復的多尺度視網膜增強算法MSRCR（Multi-Scale Retinex with Color Restoration）。

（2）基于HSV空間的MSRCR增強算法

首先將原始圖像從RGB色彩空間轉換到HSV色彩空間[12]，之后對HSV圖像進行MSRCR增強。傳統的MSRCR算法可以明顯增強亮度，但是圖片

會泛灰，基于HSV空間的MSRCR增強算法可以明顯提高亮度，同時增強圖片對比度和細節，有助于后續的條碼定位識別處理。傳統的MSRCR算法增強效果圖和基于HSV空間的MSRCR算法增強效果圖2如下。

（3）條形碼定位分割識別算法

對增強后的圖像進行條形碼定位分割識別處理，可以將條形碼的具體位置框出，之后對框內的條碼信息進行解讀，可以解析出一串字符串，即為快遞單號，可用于物流信息的快速查詢。如圖3所示為條形碼定位分割示意圖以及識別結果。

5? 結論

本文根據HSV色彩空間和MSRCR增強算法的特點，提出了一種基于HSV空間的MSRCR增強算法。相較于傳統的MSRCR算法，可以明顯增強圖像對比度和細節，能改善傳統算法的圖像泛灰的問題，使圖像更加符合人眼視覺效果。我們下一步要做的是去除圖像中的光暈現象，減少后續條碼定位識別過程中的干擾。

參考文獻

[1] 陳文. 物流信息技術 第2版[M]. 北京： 北京理工大學出版社， 2017. 06.

[2] 帕科爾. 圖像處理與計算機視覺算法及應用[M]. 2版. 景麗， 譯， 北京： 清華大學出版社， 2012.

[3] 范永法， 郭艷萍. 條碼圖像處理及識別的軟件開發[J]. 計算應用研究， 2003（2）： 119-121.

[4] 劉鳴， 徐光柱， 何艷. 快遞單掃描圖像中的用戶手寫信息區域的定位與處理[J]. 電腦知識與技術， 2012， 8（32）： 7819-7821.

[5] E H， Land， JJ， McCann.Lightness and Retinex Theory[J]. Journal of the Optical Society of America， 1967， 57（1）： 1-11.

[6] Jobson D， Rahman Z， Woodell GA. Properties and Performance of a Center/Surround Retinex. IEEE Trans. on Image Processing， 1997， 6（3）： 451?462.

[7] Jobson D， Rahman Z， Woodell G A. A multi scale retinex for

bridging the gap between color images and the human observation of scenes. IEEE Trans. on Image Processing， 1997， 6（7）： 965?976.

[8] Rahman Z， Jobson DJ， Woodell G A. Multi-scale Retinex for Color Image Enhancement. Proc. of International Conference on Image Processing. Lausanne， Switzerland， 1996. 1003? 1006.

[9] Land EH. An alternative technique for the computation of the designator in the retinex theory of color vision. Proc. of the National Academy of Science of the United States of Amer?ica， 1986， 83（10）： 3078?3080.

[10] （美）岡薩雷斯. 數字圖像處理 第2版[M]. 北京： 電子工業出版社， 2007. 08.

[11] 王一丁， 李琛， 王蘊紅. 數字圖像處理[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2015. 08.

[12] 趙謙， 侯媛彬， 鄭茂全. 智能視頻圖像處理技術與應用[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2016. 09.