CN104636701A - 一种基于图像修复的激光二维码识别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于图像修复的激光二维码识别方法，属于图像处理技术领域。它包括对采集到的金属件激光二维码图像进行预处理、利用图像形态学得到二维码的外轮廓、利用Soble算子检测得到二维码图像的外边缘、对二维码进行粗定位和准确定位、二维码图像分割、修复及识别等。本发明通过采用上述技术，得到重新绘制更满意的二维码图像，从而实现二维码图像的修复和识别，解决了目前很多金属产品因标刻时的化学反应以及采集时的光照、油污等原因，金属件上的激光二维码图像常常不清晰或有缺损，由此导致现有识别方法难以提取到正确的二维码数据的问题，适于推广应用。

Description

一种基于图像修复的激光二维码识别方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及用于金属件标识的基于图像修复的激光二维码识别方法。

背景技术

直接零件标识表示一种印刷技术，可以不经过如标签这样的中间载体，直接为产品做标识。在当前所有国内外制造业中，用户对于为组件、机械部件、零配件或者印刷电路板做上永久的标识，以便能够进行机械阅读，即可以从数据技术上进行处理。目前可以对金属件进行直接标识的方法有激光标刻技术、喷墨打码技术、气动式打标技术。对于喷墨打码技术是运用带电的墨水微粒，由高压电场偏转的原理，在各种物体表面上喷印上图案文字和数码。在金属件的使用过程中会出现高强度的摩擦或者撞击，喷墨直接标刻方法所标刻的信息在金属件运作时被磨损，导致数据丢失。对于气动式打标技术是打标机的打印针在压缩空气作用下做高频冲击运动，从而在工件上打印出美观的标记。在制造业中，工件的加工和制造必须要达到高精度，甚至不能有丝毫的误差，利用气动式打标技术会破坏金属件的完整性，减低了加工金属件的精度。对于激光打标技术是利用高能量密度的聚焦激光束，按预设的轨迹或者形状作用于需要进行标记的金属件表面，使表层材料达到瞬间汽化或者发生化学变化而改变颜色，刻蚀出具有一定深度或者颜色包含信息的图案，从而在金属工件表面留下永久的标记。激光标刻技术既能在保证不损坏金属工件的完整性的同时又刻蚀出可以永久保留的信息图案，这种技术在高精度需求的制造业中非常适用。

随着国内外物联网产业和制造业的蓬勃发展，二维码技术因其本身强大的纠错能力在制造业领域的金属件标识中逐渐得到应用。为提高企业管理效率，激光二维码作为解决金属件标识问题的有效技术之一得到广泛应用，即：首先通过对金属件统一编码后分别赋予它们唯一的身份识别码，然后使用激光打标机在金属工件的表面直接标刻保存对应信息的二维码。但是当前利用激光直接标刻技术所刻蚀在金属件表面的二维码很难准确识别，原因有：(1) 金属工件的外表面不是全平面型，导致在激光直接标刻时，二维码图像是有弧度的；(2) 金属工件本身的材质各式各样，有的金属件表面反光、有的材质颜色灰暗、有的材质易氧化，加大了准确识别二维码的难度；(3) 金属工件的材质不同，在激光直接标刻的过程中，不能直接标刻以黑色为前景色的二维码，这与标准的二维码恰好相反；(4) 在给金属工件进行二维码标刻时，激光打码机的内部因素和外界因素导致在刀具表面所呈现的二维码不规则。

为解决采用激光直接标刻在金属件上的二维码识别问题，国内外的相关领域对此提出了许多解决方案，其中与本发明最接近的技术方案包括：王伟（标刻在金属零件上的二维条码数据提取方法[J]。计算机辅助设计与图形学学报，2012）中提出一种基于原图灰度图像小区域相邻模块对比提取二维条码数据的算法，其主要思路是基于原灰度图像利用遗传算法提取二维码信息，但是在该算法中需要对图像进行多次的迭代才有可能提取到相应的数据信息，不但计算量大并且本算法只是对很有规则的二维码进行数据提取，没有考虑在弧面金属件上数据提取的问题，同时，若二维码图像因反光、油污等导致图像质量较差时，无法提取二维码数据；苏军（二维条码退化图像的复原问题研究[D]。南京航天航空大学，2011）中分析了由于一些外界的因素导致二维码的不规则或者不清晰，提出通过观测分析二维条码图像的频谱图，利用算法卷积递归恢复原图，然而该二维码条码恢复算法很大层度上都要依托于一些经验参数值，这导致在图像复原时会出现很大的误差，即不能准确的恢复原图；王佳婧（基于图像拼接技术的缺损二维条码恢复算法[J]。计算机与数字工程，2013）提出针对于刀具表面二维条码由于弧度问题产生扭曲变形，提出了基于图像拼接技术来恢复二维条码图像，该方案可以在很大程度上提高二维码的识别准确度，但该方法仍然无法解决图像不清晰、有缺损的激光二维码识别问题。

综上所述，激光二维码在金属件上进行标刻时会发生化学反应，同时采集二维码图像时因光照、油污等原因无法得到标准的二维码图像，由此导致现有识别方法难以正确提取到二维码信息，为此，本发明提一种基于图像修复的激光二维码识别方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于图像修复的激光二维码识别方法。它解决的技术问题是因标刻时的化学反应以及采集时的光照、油污等原因，金属件上的激光二维码图像常常不清晰或有缺损，由此导致现有识别方法难以提取到正确的二维码数据。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，包括以下步骤：

1）对采集到的金属件激光二维码图像进行预处理：对图像进行灰度处理、反相输出图像、中值滤波去噪处理并对图像进行二值化处理；

2）利用图像形态学的处理方法，对二维码二值化图像进行闭运算，得到二维码所在的连通区域和其它噪声干扰所在的连通区域，利用连通域面积大小进行判断处理，去除二维码以外的其它连通区域，即可得到二维码的整体外轮廓；

3）利用Soble算子                                                、，分别纵向和横向与步骤2）中得到的图像作平面卷积，检测得到二维码图像的外边缘；

4）通过遍历根据步骤3）中得到的二值化图像，确定二维码外边缘的四个夹角的坐标点，以此来对二维码进行粗定位；

5）根据步骤4）中得到的粗定位二维码图像，寻找图像二维码图像中的三个位置探测图形并获得三个中心坐标点，根据三角形来对二维码图像进行旋转校正，由二维码的三个位置探测图形的图形特征黑白条即黑色:白色:黑色:白色:黑色，准确定位二维码；

6） 将步骤5）中得到准确定位的二维码图像分割为3+6个正方形图形，其中3个是二维码图像中的三个位置定位图像，6个是去除三个位置定位符以外，均分剩余的图像所得；

7） 根据步骤6）中得到的6个等面积的小图像，再将它们均分为n个面积均等的小正方形图像；

8）遍历步骤(7)中得到的分割得到的图像，分别统计每个小正方形图像中黑色像素点所占的面积比例，通过面积比例判断其对应的位置是否应该被填充，若应该被填充则为1，否则为0，最终得到一串0-1编码，通过这串编码重新绘制并修复原有的二维码图像。

9）扫描步骤8）得到的修复后的二维码图像，实现二维码识别。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤1）中的二值化采用OSTU算法。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤2）中的处理方法具体为：先通过膨胀操作将二维码二值化图像边缘填充并扩散成连通区域，再通过腐蚀操作去除其他的噪声小块，最后遍历图像中所有连通区域，利用连通域面积去除二维码图像以外的干扰连通域，得到二维码的外轮廓。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤5）中所述的三个中心坐标点构成一个等腰直角三角形。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤5）中黑色:白色:黑色:白色:黑色=1:1:3:1:1。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤7）和步骤8）中的小正方形的分割，通过计算每个小正方形的黑色像素所占比，判断是否应被修复。

所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤8）中由每一块小正方形中黑色像素的面积比得到一串0-1编码，以此对二维码进行修复。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明通过利用图像形态学的方法，对金属件二维码二值化图像进行膨胀和腐蚀得到二维码图像的外轮廓，粗定位金属件激光二维码，利用二维码图像本身的三个位置探测图形得到中心点坐标，以此可以对二维码图像进行更精确的定位并对图像进行旋转校正，最终得到比较好的二维码图像，利用二维码的图像特征，将图像分割为多个小正方形图像，分别对每个小正方形图形进行处理，统计小方块中黑色像素所占的面积比，得到一串0-1编码，用以重新绘制更满意的二维码图像，从而实现二维码图像的修复和识别，解决了目前很多金属产品因标刻时的化学反应以及采集时的光照、油污等原因，金属件上的激光二维码图像常常不清晰或有缺损，由此导致现有识别方法难以提取到正确的二维码数据的问题，适于推广应用。

附图说明

图1 为本发明的识别原理框图示意图；

图2为本发明实施例中金属件激光二维码原图像；

图3为本发明实施例中二值化后的金属件激光二维码图像；

图4为图3经过修复后得到的标准二维码图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图4所示，本发明的基于图像修复的激光二维码识别方法具体采取了如下步骤：

1）对采集到的金属件激光二维码图像进行预处理，即对图像进行灰度处理、反相输出图像、中值滤波去噪处理并对图像进行二值化处理得到二值化图像B。本实例中选用OSTU算法进行二值化。本实施例中，图2为实施例中金属件激光二维码原图像，图3为实施例中二值化后的金属件激光二维码图像B；

2）对二值化图像B进行形态学闭运算，，从而得到图像，其中E为结构元素， Lu为对图像B处理后得到图像中的第u个连通区域，为图像C中的连通区域个数，运算符“”为闭操作，运算符“”为膨胀操作，运算符“”为腐蚀操作。即先通过膨胀操作将二维码二值化图像边缘填充并扩散成连通区域，再通过腐蚀操作去除其他的噪声小块，最后遍历图像中所有连通区域，利用连通域面积去除二维码图像以外的干扰连通域，得到二维码的外轮廓；

3）利用Soble算子、，分别纵向和横向与步骤(2)中得到的图像C作平面卷积得到，以此计算边缘点的灰度值，最终检测得到二维码图像的外边缘；

4）通过遍历根据步骤3）中得到的二值化图像，确定二维码外边缘的四个夹角的坐标点，以此来对二维码进行粗定位；

5）根据步骤4）中得到的粗定位二维码图像，寻找图像二维码图像中的三个位置探测图形并获得三个中心坐标点P1、P2、P3，根据三个坐标点构成的三角形，通过坐标变换保证该三角形是一个等腰直角三角形，以此对二维码图像进行旋转校正。由二维码的三个位置探测图形的图形特征黑白条即黑色:白色:黑色:白色:黑色，准确定位二维码。在本实施例中，所采用的二维码为QR码，根据其结构特性，其位置探测图形的特征为：黑色:白色:黑色:白色:黑色=1:1:3:1:1；

6）将步骤5）中得到准确定位的二维码图像分割为3+6个正方形图形，其中3个是二维码图像中的三个位置定位图像，6个是去除三个位置定位符以外，均分剩余的图像所得；

7）根据步骤6）中得到的6个等面积的小图像，再将它们均分为n个面积均等的小正方形图像。本实施例中，6个等面积的小图像被分为7行7列即n=7*7=49个面积均等的小正方形图像；

8）遍历步骤(7)中得到的分割得到的图像，分别统计每个小正方形图像中黑色像素点所占的面积比例，通过面积比例判断其对应的位置是否应该被填充，若面积比大于50%则应该被填充为1，否则为0，最终得到一串0-1编码，通过这串编码重新绘制并修复原有的二维码图像。本实施例中，图4为针对图3修复得到的标准二维码图像；

9）扫描步骤8）得到的修复后的二维码图像，实现二维码识别。

      实施本发明后，可有效克服因标刻时的化学反应以及采集时的光照、油污等原因导致金属件上的激光二维码图像不清晰或有缺损而难以识别的问题，实现金属件上激光二维码的有效识别。

Claims (7)

1.一种基于图像修复的激光二维码识别方法，包括以下步骤：

1）对采集到的金属件激光二维码图像进行预处理：对图像进行灰度处理、反相输出图像、中值滤波去噪处理并对图像进行二值化处理；

2）利用图像形态学的处理方法，对二维码二值化图像进行闭运算，得到二维码所在的连通区域和其它噪声干扰所在的连通区域，利用连通域面积大小进行判断处理，去除二维码以外的其它连通区域，即可得到二维码的整体外轮廓；

3）利用Soble算子 、，分别纵向和横向与步骤2）中得到的图像作平面卷积，检测得到二维码图像的外边缘；

4）通过遍历根据步骤3）中得到的二值化图像，确定二维码外边缘的四个夹角的坐标点，以此来对二维码进行粗定位；

5）根据步骤4）中得到的粗定位二维码图像，寻找图像二维码图像中的三个位置探测图形并获得三个中心坐标点，根据三角形来对二维码图像进行旋转校正，由二维码的三个位置探测图形的图形特征黑白条即黑色:白色:黑色:白色:黑色，准确定位二维码；

6） 将步骤5）中得到准确定位的二维码图像分割为3+6个正方形图形，其中3个是二维码图像中的三个位置定位图像，6个是去除三个位置定位符以外，均分剩余的图像所得；

7） 根据步骤6）中得到的6个等面积的小图像，再将它们均分为n个面积均等的小正方形图像；

8）遍历步骤(7)中得到的分割得到的图像，分别统计每个小正方形图像中黑色像素点所占的面积比例，通过面积比例判断其对应的位置是否应该被填充，若应该被填充则为1，否则为0，最终得到一串0-1编码，通过这串编码重新绘制并修复原有的二维码图像；

9）扫描步骤8）得到的修复后的二维码图像，实现二维码识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤1）中的二值化采用OSTU算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤2）中的处理方法具体为：先通过膨胀操作将二维码二值化图像边缘填充并扩散成连通区域，再通过腐蚀操作去除其他的噪声小块，最后遍历图像中所有连通区域，利用连通域面积去除二维码图像以外的干扰连通域，得到二维码的外轮廓。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤5）中所述的三个中心坐标点构成一个等腰直角三角形。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤5）中黑色:白色:黑色:白色:黑色=1:1:3:1:1。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤7）和步骤8）中的小正方形的分割，通过计算每个小正方形的黑色像素所占比，判断是否应被修复。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像修复的激光二维码识别方法，其特征在于步骤8）中由每一块小正方形中黑色像素的面积比得到一串0-1编码，以此对二维码进行修复。