CN105069394A - 二维码加权平均灰度法解码方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二维码加权平均灰度法解码方法及系统，所述方法为：将接收到的二维码图像划分为一个比特数据的比特区域；预设偏移阀值，将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；对二值化后的二维码图像进行解码。充分考虑了与比特区域有重叠面积的像素点对所述比特区域平均灰度值的影响，解码准确率和成功率高。

Description

二维码加权平均灰度法解码方法及系统

技术领域

本发明涉及二维码技术领域，特别涉及一种二维码加权平均灰度法解码方法及系统。

背景技术

基于图像处理的二维码解码算法大体上可分为六个步骤：获取图像、图像预处理、定位与校正、读取数据、纠错以及译码。图像预处理基本步骤是灰度变换、图像滤波、阀值分割、边缘检测，二值化是包括在阀值分割里的。将获得的灰度图形经过对比度适应、亮度调节等增强算法后，利用二值化算法实现图像中背景和目标物的分割，将图片转化为只有黑白两种颜色的图像，以备解码使用。

但是，由于二维码依附的介质不同，所处的光照环境不同，以及成像系统不同等因素，会导致通过二维码识读设备抓取到的二维码图像千差万别，噪声的影响、图像光照不均、对比度过大过小等都会使得二维码图像转化为二值化图像变得很复杂，而图像的二值化过程的效果优劣又直接关乎二维码的识读效果。现有技术中的二值化方法应对复杂背景时有些不足，无法很好的处理较暗、光照不均、对比度过大或过小等问题，也就无法获得良好的二值化效果。

公开号为CN104517089A的中国发明专利公开了一种二维码解码系统及其方法，所述解码方法为：对二维码图像进行二值化处理得到二值化图像，所述二值化处理包括：将二维码图像进行切割得到若干分块区域；获取每一分块区域的所有像素点的灰度值，并根据所述所有像素点的灰度值获得每一分块区域的灰度值；根据每一分块区域所在的预定范围的平均灰度值，确定该分块区域的灰度阀值；根据每一分块区域对应的灰度阀值对该分块区域中的像素点进行二值化处理，得到二值化图像；对所述二值化图像进行解码，得到二维码所包含的信息内容。在对码图像进行二值化处理时，通过对码图像进行分块操作，对每一个分块区域内的像素点在码图像被还原的过程中是判定为黑还是判定为白是考虑该像素点所在分块区域的预定范围的平均灰度值，对二维码图像的分块只说包括n*n个分块区域，其中n>1，对于某一分块区域的灰度值是根据某一分块区域中最大灰度值和最小灰度值的差值与所述对比度因子的关系并结合与该分块区域相邻的其他分块区域的灰度值来确定的，其中对比度因子仅考虑了分块区域内所有像素点的灰度值总和、最大灰度值、最小灰度值和像素点个数，没有考虑分块区域的面积因素，而分块区域的面积与分块区域的划分方式有关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种图像划分区域平均灰度取值更准确的二维码加权平均灰度法解码方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种二维码加权平均灰度法解码方法：

将接收到的二维码图像划分为一个比特数据的比特区域；

预设偏移阀值，将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

对二值化后的二维码图像进行解码。

本发明的有益效果在于：通过将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离来寻找与所述比特区域有关联的所有像素点，通过将像素点与所述比特区域的重叠面积作为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值来降低二维码解码的误差，消除由于拍照光线、角度等环境因素引起的二维码图像变形、灰度对比不明显等情况造成的解码困难，避免由于没有像素点完全落在所述比特区域内造成所述比特区域没有灰度值的情况，解码成功率高。

一种二维码加权平均灰度法解码系统，包括：

划分模块，用于将接收到的二维码图像划分为只包含一个比特数据的比特区域；

移动模块；用于将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

计算模块，用于以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

二值化模块，用于根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

解码模块，用于对二值化后的二维码图像进行解码。

本发明的有益效果在于：将接收到的二维码图像划分为比特数据对应的比特区域，然后对所述比特区域进行二值化，方便二维码图像的快速解码；将对所述比特区域的灰度值有影响的像素点的寻找范围扩大到距离所述比特区域的四个原始边界线在偏移阀值范围内的区域，避免由于所述比特区域内没有像素点引起的解码不成功；以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，可以消除图像变形以及拍照灯光、角度等环境因素对二维码图像的影响，解码准确率和成功率高。

附图说明

图1为本发明实施例的二维码加权平均灰度法解码方法流程图；

图2为本发明实施例一的二维码图像的比特区域加权平均算法示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：以像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法求所述比特区域的平均灰度值，考虑了与所述比特区域有重叠面积的所有像素点的灰度值对所述比特区域的平均灰度值的影响，可消除环境因素对所述比特区域的平均灰度值的影响，提高二维码图像的解码成功率。

本发明涉及的技术术语解释见表1：

表1

请参照图1，本发明的具体实施方式为：

一种二维码加权平均灰度法解码方法：

将接收到的二维码图像划分为一个比特数据的比特区域；

预设偏移阀值，将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

对二值化后的二维码图像进行解码。

进一步的，所述偏移阀值小于等于一个像素点的宽度。

由上述描述可知，若像素点落在所述比特区域外，则对所述比特区域的平均灰度值没有影响，因此所述偏移阀值应该小于等于一个像素点的宽度。

进一步的，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积的求解方法为：

寻找四个预设边界线中的所有像素点；

在所述像素点中选取一个选定点，并记录所述选定点的坐标及与像素点边界线的位置关系；

计算所述选定点到所述比特区域四个原始边界线的距离及位置关系；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积的长和宽；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积。

由上述描述可知，通过在像素点中选取一选定点，先计算出所述选定点与比特区域四个原始边界线的距离及位置关系，然后计算像素点与所述比特区域的重叠面积，将区域与区域的重叠面积的计算转化为点到线的距离的计算，简化了数据处理步骤，提高了运算效率和准确率。

进一步的，所述选定点为所述像素点中的任意一个点。

由上述描述可知，所述选定点如果选择为所述像素点的角点，则具有计算简便的优点，当然所述选定点可以为所述像素点中的任意一点，只要能确定所述选定点与所述像素点的边界线之间的位置关系，也可比较容易找出所述像素点的边界线，进而计算出像素点与比特区域的重叠面积。

进一步的，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，具体为：

假设k表示四个预设边界线中的像素点的个数，P_i表示像素点，则i＝1,2,…,k，S_i表示像素点P_i与所述比特区域的重叠面积，S表示所述比特区域的面积，Gp_i表示像素点P_i的灰度值，Gave表示所述比特区域的平均灰度值，则所述比特区域的平均灰度Gave为：

$Gave=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{Gp}}_i*S_i/S.$

由上述描述可知，用像素点的灰度值作为观测值，像素点与比特区域的重叠面积为权数，各观测值与权数的乘积的和再除以比特区域的面积得到所述比特区域的平均灰度值，采用加权平均法得到比特区域的平均灰度值，充分考虑了每个像素点的灰度值对比特区域的平均灰度值的影响，提高解码成功率。

进一步的，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，具体为：

用k表示四个预设边界线中的像素点的个数，用P_i表示像素点，则i＝1,2,…,k，用S_i表示像素点P_i与所述比特区域的重叠面积，用Gp_i表示像素点P_i的灰度值，用Gave表示所述比特区域的平均灰度值，则所述比特区域的平均灰度Gave为：

$Gave=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{Gp}}_i*S_i}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{S}_i}.$

由上述描述可知，用像素点的灰度值作为观测值，像素点与比特区域的重叠面积为权数，各观测值与权数的乘积的和再除以所有重叠面积的和得到所述比特区域的平均灰度值，采用加权平均法得到比特区域的平均灰度值，充分考虑了每个像素点的灰度值对比特区域的平均灰度值的影响，提高解码成功率。

进一步的，根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化，具体为：

根据所述比特区域的平均灰度值采用最大类间方差法计算出二维码图像的灰度阀值；

根据所述的灰度阀值对所述比特区域进行二值化得到二维码图像的二值化。

由上述描述可知，采用最大类间方差法计算二维码图像的灰度阀值具有可降低背景色与前景色错分的概率，提高二维码图像解码正确率。

进一步的，根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化，具体为：

根据所述比特区域的平均灰度值采用平均值法计算出二维码图像的灰度阀值；

根据所述的灰度阀值对所述比特区域进行二值化得到二维码图像的二值化。

由上述描述可知，对于深色区域和浅色区域面积相同的二维码图像，采用平均值法计算二维码图像的灰度阀值具有计算快速便捷的优点。

请参照图1至图2，本发明的实施例一为：

一种二维码加权平均灰度法解码方法，

将接收到的二维码图像划分为一个比特数据的比特区域；

预设偏移阀值，将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线，所述偏移阀值小于等于一个像素点的宽度；

请参照图2，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，具体为：

找四个预设边界线中的所有像素点，假设找到四个像素点；

在所述像素点中选取左上角的角点作为选定点，分别为P₀、P₁、P₂、P₃，并记录所述选定点的坐标及与像素点边界线的位置关系，假设每个像素点的长度和宽度均为1；

计算所述选定点到所述比特区域四个原始边界线的距离及位置关系，具体为：

假设四个原始边界线所在的直线为l₀、l₁、l₂、l₃，计算P₀点到四个原始边界线l₀、l₁、l₂、l₃的距离：

计算P₀点到l₀的距离x1，其中若P₀点在l₀的左侧，所得结果取负数，若P₀点在l₀的右侧，所得结果取正数；

将与直线l₀相交且距离点P₀较近的直线l₂平移使平移后的直线l₂经过点P₀，设平移后的直线l₂与直线l₀相交点为点Q，计算P₀、Q两点的距离d即为P₀点到l₀的距离；

假设直线l₀的直线方程为y＝kx+b，将点的坐标带入r＝y-k*x-b求r的值，若r>0，则P₀点在l₀的右侧，x1＝d；若r＝0，则P₀点在l₀的上，x1＝0；若r<0，则P₀点在l₀的左侧，x1＝-d；

采用类似方法计算P₀点与直线l₀平行的直线到l₃的距离x2；

采用类似方法计算P₀点与直线l₀垂直的直线到l₂的距离y1；

采用类似方法计算P₀点与直线l₂平行的直线到l₄的距离y2；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积的长fx和宽fy，具体为:

若x1<＝-1，fx＝0；

若-1<x1<0且x2<＝-1，fx＝1+x1；

若-1<x1<0且x2>-1，fx＝x1-x2；

若x1>＝0且x2<＝-1，fx＝1；

若x1>＝0且-1<x2<0，fx＝x2；

若x1>＝0且x2>＝0，fx＝0；

若y1<＝-1，fy＝0；

若-1<y1<0且y2<＝-1，fy＝1+y1；

若-1<y1<0且y2>-1，fy＝y1-y2；

若y1>＝0且y2<＝-1，fy＝1；

若y1>＝0且-1<y2<0，fy＝y2；

若y1>＝0且y2>＝0，fy＝0；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积S₀＝fx*fy；

采用上述方法计算S₁、S₂、S₃；

用S表示所述比特区域的面积，则S＝S₀+S₁+S₂+S₃，Gp_i表示像素点P_i的灰度值，Gave表示所述比特区域的平均灰度值，则所述比特区域的平均灰度Gave为：

$Gave=\underset{i=0}{\overset{3}{\&Sigma;}}{\mathrm{Gp}}_i*S_i/S;$

采用上述方法计算所有比特区域的平均灰度值；

根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化，具体为：

根据所述比特区域的平均灰度值采用最大类间方差法计算出二维码图像的灰度阀值；

根据所述的灰度阀值对所述比特区域进行二值化得到二维码图像的二值化；

对二值化后的二维码图像进行解码。

一种二维码加权平均灰度法解码系统，包括：

划分模块，用于将接收到的二维码图像划分为只包含一个比特数据的比特区域；

移动模块；用于将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

计算模块，用于以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

二值化模块，用于根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

解码模块，用于对二值化后的二维码图像进行解码。

本发明的实施例二为：

一种二维码加权平均灰度法解码系统，包括：

划分模块，用于将接收到的二维码图像划分为只包含一个比特数据的比特区域；

移动模块；用于将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

计算模块，用于以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

二值化模块，用于根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

解码模块，用于对二值化后的二维码图像进行解码。

综上所述，本发明提供的二维码加权平均灰度法解码方法及系统，通过将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离来寻找与所述比特区域有重叠面积的所有像素点，通过将像素点与所述比特区域的重叠面积作为权数，以像素点的灰度值为观测值采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，采用最大类间方差法或者平均值法求二维码图像二值化的灰度阀值，来降低二维码解码的误差，所述方法可消除由于拍照光线、角度等环境因素引起的二维码图像变形、灰度对比不明显等情况造成的解码困难，避免由于没有像素点完全落在所述比特区域内造成所述比特区域没有灰度值的情况，所述系统解码正确率和成功率高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，

将接收到的二维码图像划分为一个比特数据的比特区域；

预设偏移阀值，将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

对二值化后的二维码图像进行解码。

2.根据权利要求1所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，所述偏移阀值小于等于一个像素点的宽度。

3.根据权利要求1所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积的求解方法为：

寻找四个预设边界线中的所有像素点；

在所述像素点中选取一个选定点，并记录所述选定点的坐标及与像素点边界线的位置关系；

计算所述选定点到所述比特区域四个原始边界线的距离及位置关系；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积的长和宽；

计算像素点与所述比特区域的重叠面积。

4.根据权利要求3所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，所述选定点为所述像素点中的任意一个点。

5.根据权利要求3所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，具体为：

假设k表示四个预设边界线中的像素点的个数，P_i表示像素点，则i＝1,2,…,k，S_i表示像素点P_i与所述比特区域的重叠面积，S表示所述比特区域的面积，Gp_i表示像素点P_i的灰度值，Gave表示所述比特区域的平均灰度值，则所述比特区域的平均灰度Gave为：

6.根据权利要求3所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值，具体为：

用k表示四个预设边界线中的像素点的个数，用P_i表示像素点，则i＝1,2,…,k，用S_i表示像素点P_i与所述比特区域的重叠面积，用Gp_i表示像素点P_i的灰度值，用Gave表示所述比特区域的平均灰度值，则所述比特区域的平均灰度Gave为：

7.根据权利要求1所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化，具体为：

根据所述比特区域的平均灰度值采用最大类间方差法计算出二维码图像的灰度阀值；

根据所述的灰度阀值对所述比特区域进行二值化得到二维码图像的二值化。

8.根据权利要求1所述的二维码加权平均灰度法解码方法，其特征在于，根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化，具体为：

根据所述比特区域的平均灰度值采用平均值法计算出二维码图像的灰度阀值；

根据所述的灰度阀值对所述比特区域进行二值化得到二维码图像的二值化。

9.一种二维码加权平均灰度法解码系统，其特征在于，包括：

划分模块，用于将接收到的二维码图像划分为只包含一个比特数据的比特区域；

移动模块；用于将所述比特区域的四个原始边界线向外移动偏移阀值的距离得到四个预设边界线；

计算模块，用于以四个预设边界线中的像素点与所述比特区域的重叠面积为权数采用加权平均法计算所述比特区域的平均灰度值；

二值化模块，用于根据所述比特区域的平均灰度值对二维码图像进行二值化；

解码模块，用于对二值化后的二维码图像进行解码。