CN103177416A - 一种基于最小二乘法的qr码图像定位方法 - Google Patents

一种基于最小二乘法的qr码图像定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于最小二乘法的QR码图像定位方法。该方法的步骤为：二值化、QR码区域获取、QR码轮廓获取、建立坐标系、计算QR码的最小外接矩、初始直线确定、直线平移、直线平移终止判断、下边界获取和左右边界获取。本发明基于最小二乘法的QR码边界拟合算法克服了基于Hough变换直线拟合带来的额外误差，能快速、精确的确定QR码的四条边，从而定位QR码。

Description

一种基于最小二乘法的QR码图像定位方法
技术领域
本发明涉及一种二维条码的图像处理方法，尤其是涉及一种基于最小二乘法的QR码图像定位方法。
背景技术
QR码是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码，也叫快速响应(Quick Response)码，它除具有一维条码及其它二维条码所有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图像多种文字信息、保密防伪性强等优点外，还具有超高速识读、全方位识读、能够有效地表示汉字等特点。国标GB/T18284-2000详细记载了QR码的标准。
QR条码的定位与校正方法一般是在轮廓图像的基础上，先通过Hough变换获取QR码的四个顶点。然后通过反透视变换进行图像的校正。(李军.QR码的图像恢复和识别技术研究与实现，江苏大学2010)
但是在实际操作过程中，对二值化图像通过Hough变换之后。拟合出来的边界直线有时候不唯一，如图1中，最下方拟合出了两条直线，分析其原因，因为Hough变换是一种类似投票机制的算法，在(r,θ)相近似的情况下无法将直线分离出来。同时也不能直接对原始图像进行Hough变换，因为QR码中没有明显的长直线。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于最小二乘法的QR码图像定位方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是，该方法的步骤如下：
步骤①二值化：对QR码图像进行二值化，得到QR码图像的二值图像；
步骤②获取QR码区域：对QR码图像的二值图像进行对图像进行数学形态学上的闭包运算，获取QR码的闭包图像，得到QR码区域图像；
步骤③获取QR码轮廓：使用Canny算子对QR码区域图像进行边缘提取，得到QR码轮廓图和轮廓点个数N；
步骤④建立坐标系：将图像的左上角设为坐标原点，水平方向为X轴方向，垂直方向为Y方向，建立直角坐标系；
步骤⑤计算QR码的最小外接矩：对QR码轮廓图进行最小外接矩计算，得到QR码的最小外接矩的四个顶点A、B、C、D，其中点A是最小外接矩的四个顶点中离坐标原点的欧式距离最近的点，点B、C、D按照逆时针顺序命名；
步骤⑥初始直线确定：利用线段AB和CD的中点M1和N1建立初始直线方程L1:y=ax+b；
步骤⑦直线平移：对四边形区域AM1N1D内的图像轮廓点进行最小二乘直线拟合，得到拟合直线L2：y=a1x+b1，直线L2与QR码的最小外接矩相交于点M2和N2，计算坐落在四边形区域AM2N2D内的图像轮廓点个数N′；
步骤⑧直线平移终止判断：如果N'/N>5%，则将点M1和点N1移至点M2和点N1处，重复步骤⑦，如果满足不等式N'/N≤5%，则将直线L2作为是QR码的1条边界；
步骤⑨下边界获取：获得另外一个四边形区域M1BCN1，对四边形区域M1BCN1进行步骤⑦-⑧的处理，以获得另一条边界；
步骤⑩左右边界获取：以线段AD的中点P1和线段BC点Q1为顶点，分别得到2个四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD，对四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD分别步骤⑦-⑨进行处理，获得QR码的另外两条边界。
本发明具有的有益的效果是：
本发明基于最小二乘法的QR码边界拟合算法克服了基于Hough变换直线拟合带来的额外误差，能快速、精确的确定QR码的四条边，从而定位QR码。
附图说明
图1是Hough变换拟合的直线图。
图2是梯形畸变失真的QR码图像图。
图3是图2的二值图像图。
图4是对图3处理后得到的QR码区域图像图。
图5是从图4提取的QR码轮廓图。
图6是轮廓图像的最小外接矩有abcd图。
图7是最小二乘法直线拟合的流程图。
图8是第一次最小二乘法拟合的直线图。
图9是第二次最小二乘法拟合的直线图。
图10是第三次最小二乘法拟合的直线图。
图11是最终的直线精确拟合图像图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
以下结合图7，详细说明如何实现基于最小二乘法的QR码图像定位算法。下面针对一张实际拍摄获得的QR码图像进行精确定位，原图如图2所示。该方法的步骤如下：
步骤①二值化：对图2进行二值化，得到如图3所示的二值图像。
步骤②获取QR码区域：对如图3所示的二值图像进行对图像进行数学形态学上的闭包运算，获取QR码的闭包图像，得到如图4所示的QR码区域图像。
步骤③获取QR码轮廓：使用Canny算子对如图4所示的QR码区域图像进行边缘提取，得到如图5所示的QR码轮廓图和轮廓点个数N。
步骤④建立坐标系：将图像的左上角设为坐标原点，水平方向为X轴方向，垂直方向为Y方向，建立直角坐标系。
步骤⑤计算QR码的最小外接矩：如图6所示，对图5所示的QR码轮廓图进行最小外接矩计算，得到QR码的最小外接矩的四个顶点A、B、C、D，其中点A是最小外接矩的四个顶点中离坐标原点的欧式距离最近的点，点B、C、D按照逆时针顺序命名。
步骤⑥初始直线确定：利用线段AB和CD的中点M1和N1建立初始直线方程L1:y=ax+b；
步骤⑦直线平移：如图8和图9所示，对四边形区域AM1N1D内的图像轮廓点进行最小二乘直线拟合，得到拟合直线L2：y=a1x+b1，直线L2与QR码的最小外接矩相交于点M2和N2，计算坐落在四边形区域AM2N2D内的图像轮廓点个数N′；
步骤⑧如果N'/N>5%，则将点M1和点N1移至点M2和点N1处，重复步骤⑦，如果满足不等式N'/N≤5%，则将直线L2作为是QR码的1条边界,图10为获取的图2中QR码的第1条边界。
步骤⑨下边界获取：获得另外一个四边形区域M1BCN1，对四边形区域M1BCN1进行步骤⑦-⑧的处理，以获得另一条边界。
步骤⑩左右边界获取：以线段AD的中点P1和线段BC点Q1为顶点，分别得到2个四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD，对四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD分别步骤⑦-⑨进行处理，获得QR码的另外两条边界。
图11是本发明所获取的图2所示的QR码的4条边界。

Claims (1)

1.一种基于最小二乘法的QR码图像定位方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
步骤①二值化：对QR码图像进行二值化，得到QR码图像的二值图像；
步骤②获取QR码区域：对QR码图像的二值图像进行对图像进行数学形态学上的闭包运算，获取QR码的闭包图像，得到QR码区域图像；
步骤③获取QR码轮廓：使用Canny算子对QR码区域图像进行边缘提取，得到QR码轮廓图和轮廓点个数N；
步骤④建立坐标系：将图像的左上角设为坐标原点，水平方向为X轴方向，垂直方向为Y方向，建立直角坐标系；
步骤⑤计算QR码的最小外接矩：对QR码轮廓图进行最小外接矩计算，得到QR码的最小外接矩的四个顶点A、B、C、D，其中点A是最小外接矩的四个顶点中离坐标原点的欧式距离最近的点，点B、C、D按照逆时针顺序命名；
步骤⑥初始直线确定：利用线段AB和CD的中点M1和N1建立初始直线方程L1:y=ax+b；
步骤⑦直线平移：对四边形区域AM1N1D内的图像轮廓点进行最小二乘直线拟合，得到拟合直线L2：y=a1x+b1，直线L2与QR码的最小外接矩相交于点M2和N2，计算坐落在四边形区域AM2N2D内的图像轮廓点个数N′；
步骤⑧直线平移终止判断：如果N'/N>5%，则将点M1和点N1移至点M2和点N1处，重复步骤⑦，如果满足不等式N'/N≤5%，则将直线L2作为是QR码的1条边界；
步骤⑨下边界获取：获得另外一个四边形区域M1BCN1，对四边形区域M1BCN1进行步骤⑦-⑧的处理，以获得另一条边界；
步骤⑩左右边界获取：以线段AD的中点P1和线段BC点Q1为顶点，分别得到2个四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD，对四边形区域ABQ1P1和P1Q1CD分别步骤⑦-⑨进行处理，获得QR码的另外两条边界。
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