CN107392283A - 柱面变形条码的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱面变形条码的生成方法及系统，在获取条码的原图像后；对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；获取柱面条码的参数；根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。通过上述方式，本发明能够定量化生成不同参数的柱面变形条码，且可重复的制作，并呈现于不同条码介质上，灵活度高。

Description

柱面变形条码的生成方法及系统

技术领域

本发明涉及条码识别技术领域，尤其是涉及一种柱面变形条码的生成方法及系统。

背景技术

柱面变形条码指的是粘贴于圆柱形状物体表面(外表面或内表面)的条码，这种条码可显示在显示屏上，而屏幕条码介质一般是具备显示屏(包括液晶、LED、CRT等)用于显示字符、图案的设备(或装置)，包括但不限于智能手机、平板电脑、专用设备、电脑、电视机及电子书等。当前，技术人员在制作柱面变形条码时，往往是通过人工的方式在圆柱形状物体(如瓶子、易拉罐等)表面上粘贴纸质条码而成。

这种方法存在以下主要缺陷：

(1)无法定量化，柱面变形参数(弯曲弧度、透视变形程度)具有随机性，要获取各种弧度的圆柱形状物体很困难；

(2)可重复性差，这种方法制作的柱面变形条码如需要重复制作时，则需提供规格一致的圆柱形状物体作为载体，局限性大，无法制作多个相同规格的柱面变形条码；

(3)无法制作或打印柱面变形的屏幕条码；更不能在显示屏上呈现柱面变形的屏幕条码；

(4)灵活性差，这种方法制作的柱面变形条码，其粘贴于圆柱形状物体表面的纸质条码尺寸要与物体尺寸相匹配，制作上不够灵活。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种柱面变形条码的生成方法及系统，可定量化制作不同参数的柱面变形条码，且重复性强，能呈现在不同显示介质上，灵活性高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种柱面变形条码的生成方法，至少包括如下步骤：

S1：获取条码的原图像；

S2：对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

S3：获取柱面条码的参数；

S4：根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。

其中，步骤S2具体为：

S21：遍历所述原图像，利用灰度公式计算所述原图像上每个像素点的灰度值，其中灰度公式为：

gray＝0.2126*r+0.7152*g+0.0722*b；其中gray为像素点的灰度值，r为原图像RGB三基色的红色分量值，g为RGB三基色的绿色分量值，b为RGB三基色的蓝色分量值；

S22：将计算出的灰度值大于128的像素点设为白点，将计算出的灰度值小于等于128的像素点设为黑点，以获得标准图像；

S23：遍历所述标准图像，分别比较每个黑点的横坐标值及纵坐标值；

S24：分别根据每个黑点的横坐标值及纵坐标值中的最大值及最小值，确定条码的4个角点，即左下角点、右下角点、左上角点及右上角点。

其中，所述柱面条码的参数包括柱面类型、弯曲弧度及柱面的变形弧度；所述柱面类型包括外柱面及内柱面，所述变形弧度包括外柱面的凸起弧度及内柱面的凹陷弧度。

其中，步骤S4中柱面投影变换具体为：

S40：在内存中生成白色背景、与标准图像尺寸相同的bmp格式临时图像；

S41：根据标准条码的角点，计算标准条码的宽度，并设为柱面变形条码圆弧的弧长；

S42：根据所述圆弧的弧长及弯曲弧度，获得该圆弧的曲率半径；

S43：根据弯曲弧度和曲率半径，计算圆弧的弦长，所述弦长为柱面变形条码投影后的宽度；

S44：根据标准条码的角点，获得该圆弧中点的横坐标值；

S45：根据所述圆弧中点的横坐标值及圆弧弦长，获得柱面变形条码的左右边界角点的横坐标值，所述左右边界角点的纵坐标值为标准条码对应角点的纵坐标值；

S46：遍历柱面变形条码，获取柱面变形条码上任一点的横坐标值及纵坐标值，并通过与所述圆弧中点的横坐标值，计算该点的半弦长；

S47：根据所述半弦长与曲率半径，获得该点与圆弧中点的半弧度值以及半弧长；

S48：根据该点的半弧长及纵坐标值，获得标准条码上对应点的横坐标值及纵坐标值，从而确定该对应点；

S49：将该点的像素值设为该对应点的像素值，并生成柱面变形条码。

其中，步骤S4中透视变形具体为：

S50：在内存中生成白色背景、与标准图像尺寸相同的bmp格式临时图像；

S51：根据步骤S43获得的圆弧弦长及变形弧度，计算在柱面透视变形时的圆弧半径；

S52：遍历柱面变形条码的每一列，根据所述圆弧半径及圆弧中点的横坐标值及纵坐标值，计算该列上任一点的坐标值及该列的相对高度值；

S53：根据该列的相对高度值及标准条码的高度，计算该列的缩放比，以及该列两端端点的坐标值；

S54：根据该列任一点的坐标值，确定该点在标准条码上的对应点，并将对该点的像素值设为对应点的像素值。

其中，步骤S52具体为：

S521：遍历柱面变形条码的每一列，根据所述圆弧半径及圆弧中点的横坐标值，计算该列上任一点的横坐标值及半弦长；

S522：根据圆弧半径及该点的半弦长，获得该点的弦高；

S523：根据标准条码的高度及该点的弦高，计算该点的相对高度值；

S524：根据该点的相对高度值，确定该点的纵坐标值；

S525：遍历该列上任一点的纵坐标值，确定该列的相对高度值。

其中，步骤S1具体为：

通过扫描、拍照或条码生成软件获取条码的原图像。

其中，所述条码为一维条码或二维码；其中：

一维条码的类型为Code39、Code93、Code128、Codabar、EAN-13、EAN-8、UPC-A、ISBN-13、GS1-128及ITF-14中的一种；

二维码的类型为PDF417、QR、Data Matrix、Grid Matrix及汉信码中的一种。

其中，还包括步骤S5：将柱面变形条码保存为bmp格式文件，并通过屏幕显示为屏幕码或打印成纸质码。

为解决上述问题，本发明还提供一种柱面变形条码的生成系统，包括：

获取模块，用于获取条码的原图像；

预处理模块，用于对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

参数模块，用于获取柱面条码的参数；

变形模块，用于根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明基于自主研发的算法，可用电脑编程的方式来模拟柱面变形条码在平面上的投影，在对原图像进行二值化处理后，根据柱面条码的参数，对图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。通过上述方式，本发明可定量化生成不同参数的柱面变形条码，且可重复的制作，并呈现于不同条码介质上，灵活度高。

附图说明

图1为本发明柱面变形条码的生成方法的流程示意图；

图2为本发明具体实施例中的柱面条码参数示意图一；

图3为本发明具体实施例中的柱面条码参数示意图二；

图4为本发明具体实施例中的柱面变形条码与标准条码的对应数学关系示意图；

图5为本发明具体实施例中的柱面投影变换后的效果图；

图6为本发明具体实施例中的外柱面透视变形后的效果图；

图7为本发明具体实施例中的内柱面透视变形后的效果图；

图8为本发明具体实施例中的外柱面透视变形的数学关系示意图；

图9为本发明具体实施例中的内柱面透视变形的数学关系示意图；

图10为本发明具体实施例中的条码测试卡的外观结构示意图；

图11为本发明具体实施例中的条码测试卡贴上条码的效果示意图；

图12为本发明具体实施例中的多条码测试卡的外观结构示意图；

图13为本发明具体实施例中的多条码测试卡贴上条码的效果示意图；

图14为本发明的柱面变形条码的生成系统结构示意图。

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。

请参照图1～图14，本发明提供一种柱面变形条码的生成方法，至少包括如下步骤：

S1：获取条码的原图像；

S2：对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

S3：获取柱面条码的参数；

S4：根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。

区别于现有技术，本发明基于自主研发的算法，可用电脑编程的方式来模拟柱面变形条码在平面上的投影，在对原图像进行二值化处理后，根据柱面条码的参数，对图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。通过上述方式，本发明可定量化生成不同参数的柱面变形条码，且可重复的制作，并呈现于不同条码介质上，灵活度高。

在一个具体实施例中，其包括如下详细步骤：

1、获取标准条码图片(即条码的原图像)，其中一维条码可以包括：

Code39、Code93、Code128、Codabar、EAN-13、EAN-8、UPC-A、ISBN-13、GS1-128及ITF-14等，二维码可以包括：PDF417、QR、Data Matrix、Grid Matrix和汉信码等。

而获取标准条码图片的方式主要有以下三种：

(1)通过扫描的方式获取标准条码图片；

(2)通过拍照的方式获取标准条码图片；

(3)通过条码生成软件生成标准条码图片。

2、将上述图像进行预处理，步骤如下：

(1)对条码图像进行二值化处理。具体地：遍历全图，利用灰度公式：gray＝0.2126*r+0.7152*g+0.0722*b计算每个像素点的灰度值，与阈值128进行比较，gray＞128的像素点转为白色(赋值为255)，gray≤128的像素点转为黑色(赋值为0)，其中gray为像素点的灰度值，r为RGB三基色的红色分量，g为RGB三基色的绿色分量，b为RGB三基色的蓝色分量。

(2)定位图像中的条码位置。由于数据库中的条码图像比较规则，并且已去除了无关信息，本发明可采用以下方法进行定位：遍历全图，判断出现的每个黑色像素点，其纵坐标最小时为下边界，最大时为上边界，横坐标最小时为左边界，最大时为右边界。如此，即标记出条码4个角点，即左下角点(bcleft，bcbottom)、右下角点(bcright，bcbottom)、左上角点(bcleft，bctop)、右上角点(bcright，bctop)的位置。

3、输入柱面条码的参数，包括柱面类型(外柱面或内柱面)，弯曲弧度α，透视变形造成的凸起或凹陷弧度β(即变形弧度β)，其中，为方便在输入时α和β采用角度单位，本发明在输入上述参数后由程序转换为弧度，因此本发明所述的弯曲弧度α和变形弧度β的单位均为弧度，如图2和图3所示。其中，在一个具体的实施例中，这个步骤可以与步骤1同时进行，只需在进行柱面变形前完成即可。

4、柱面变形，可分为两步骤进行，先进行柱面的平面投影变换，然后再进行上下边界的凸起或凹陷的透视变形。具体地：

4.1、柱面的投影变换

(1)在内存中生成背景为白色、尺寸为原图大小的bmp临时图像，由于jpg格式的文件为压缩形式，在实际操作中，无法被识别，因此本发明将图像保存为bmp格式的临时图像，以下操作均在该格式的临时图像下进行。

(2)根据条码的宽度bw＝bcright-bcleft，将条码宽度bw设为条码弯曲后的弧长L，可计算出圆弧的曲率半径为r＝L/α，如图2所示；

(3)根据弯曲弧度α和曲率半径r计算圆弧的弦长K＝2*r*sin(α/2)，K即为条码投影后的宽度；

(4)计算圆弧的中点的横坐标m＝(bcleft+bcright)/2；

(5)计算新条码区域的左右边界，也就是圆弧在平面上的投影坐标，左边界newbcleft＝m-K/2，右边界newbcright＝newbcleft+K(或newbcright＝m+K/2)，上下边界保持不变。

(6)新图(柱面变形条码)与原图(标准条码的临时图像)的对应关系，也就是弯曲条码在平面上的投影关系，如图4所示，柱面变形条码上的任一点(x′，y′)可通过半弦长e求得半弧长f，半弧长展开即可得到原始条码的x坐标与圆弧中点的距离，进而得到x坐标。求半弧长的方法为：先求图4中的弧度θ＝arcsin(e/r)，再求半弧长f＝θ*r。综合可得求半弧长公式为：f＝r*arcsin(e/r)。

(7)遍历新图条码区域，对于新图中的点(x′，y′)，newbcleft≤x′≤newbcright，根据上述半孤长公式，以及e＝m-x′，可得到原始条码的x坐标为：x＝m-r*arcsin((m-x′)/r)，y＝y′；取原图(x，y)点的像素值，即为新图(x′，y′)点的像素值。处理后的效果如图5所示，原图上的点(x，y)经过投影处理后变为新图的点(x′，y′)。

4.2、透视变形

对于外柱面，条码中间的高度维持不变，左右两端的高度缩小(如图6所示)，对于内柱面，则左右两端的高度维持不变，中间的高度缩小(如图7所示)，且该步骤是在步骤4.1(1)投影变换生成的临时图像的基础上进行。具体步骤如下：

(1)在内存中生成背景为白色、尺寸为原图大小的bmp图像。

(2)计算内、外柱面透视时圆弧半径r1＝(K/2)/sin(β/2)，K为变形后的条码宽度(与步骤4.1(3)的K相等)，如图3所示。

(3)如图8所示，当柱面类型为外柱面时，其透视变形的计算方法如下：

a)计算(x′，y′)处的半弦长a＝m-x′；

b)计算弦高c＝r1-b，其中b＝sqrt(r1*r1-a*a)；

c)得到h2＝h1-c*2，其中h1为原条码高度(即标准条码的高度)；h2为透视变形后的柱面变形条码的相对高度值；

(4)如图9所示，当柱面类型为内柱面时，其变形计算方法如下：

a)计算(x′，y′)处的半弦长a＝m-x′，计算中点处的半弦长a1＝K/2，K为变形后的条码宽度(与步骤4.1(3)的K相等)；

b)计算c＝b-b1，其中b＝sqrt(r1*r1-a*a)，b1＝＝sqrt(r1*r1-a1*a1)；

c)得到h2＝h1-c*2，其中h1为原条码高度(即标准条码的高度)；h2为透视变形后的柱面变形条码的相对高度值；

(5)遍历条码的每一列，对每一列按上述(3)或(4)的方法计算每列的h2值，并计算该列的缩放比zoom＝h2/h1，以及变形后该列的起始点纵坐标y1＝bcbuttom+c，终点坐标y2＝y1+h2；

(6)对(5)中的每一列，对于变形后的每一点坐标(x′，y′)，求其对应的原图坐标(x，y)，具体地：遍历y′＝from y1 to y2，y＝(y′-y1)/zoom+bcbottom，x＝x′。取原图像素点(x，y)的灰度值，即为新图像素点(x′，y′)的灰度值。在图8和图9中，原图的点(x，y)经处理后变换为新图的点(x′，y′)。

以上步骤即可根据输入的柱面条码的参数，生成对应的柱面条码，且操作性便捷，可重复使用。

为了应用柱面变形条码，本发明将新图为保存bmp图片，通过屏幕显示为屏幕码，或打印为纸质码。

为了验证利用本发明所述方法制作柱面变形条码的有效性，在一个具体实施例中，制作测试卡进行测试，测试卡的制作方法有如下2种：

(1)条码测试卡(如图10所示)：

a、材质可以是塑料、PVC、金属或其他材质；

b、测试卡分为定位区、贴条码区；

c、定位区分布四个相同半径的圆孔，作为机器人手抓夹持区域；

d、贴条码区印刷上“米”字线条，其作用是贴条码时定位条码，“米”字线条为非必须。

最后，将打印好的纸质柱面变形条码贴在条码测试卡上，如图11所示，条码贴于中间方框处。

(2)多条码测试卡(如图12所示)：

a、材质可以是塑料、PVC、金属或其他材质；

b、测试卡分为定位区、贴条码区；

c、定位区分布四个相同半径的圆孔，作为机器人手抓夹持区域；

d、贴条码区划分为m行n列子区域(m≥1，n≥1)，每个子区域均可黏贴条码作为一个测试条码区。

随后，打印不同参数的纸质柱面变形条码，将这些条码黏贴在多条码测试卡的测试区上，其中条码数量介于[1，m*n]之间，且不同参数柱面变形条码的顺序不限，其制作好的多条码测试卡如图13所示，每个方框内的框即为贴条码处。

在实际显示柱面变形条码时，可将新图片打印到不同介质上，介质可为不同类型的纸质、金属、塑料、PVC材料等。

或可将新图片在屏幕介质上显示。屏幕介质可以是电脑、手机、PDA等设备的屏幕以及电子油墨屏。可以采用不同分辨率的屏幕，也可以调节屏幕处于不同亮度，以此增加图片的多样性和全面性。

其中，条码图片的排列可为以下任意组合。

A、单个条码；

B、多个条码组成m行n列的矩阵(m行n列，m＞1，n＞1)。

对应地，如图14所示，本发明还提供一种柱面变形条码的生成系统，包括：

获取模块100，用于获取条码的原图像；

预处理模块110，用于对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

参数模块120，用于获取柱面条码的参数；

变形模块130，用于根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。

综上，本发明主要解决柱面变形条码(纸质条码及屏幕条码)制作方式的问题，为评价条码识读设备的识读性能提供用于测试的标准物质：

(1)、通过该方式可定量化地制作出不同参数(弯曲弧度、透视变形程度)的柱面变形条码；

(2)、通过该方式可重复地制作出任意数量的相同规格的柱面变形条码。

(3)、通过该方式制作的柱面变形条码，可以呈现在不同的条码介质上，形成纸质条码及屏幕条码，用于不同的测试场合。

(4)、该制作方式灵活性高，可制作不同分辨率的柱面变形条码，其柱面变形范围：-150°～+150°，精度：±1°。

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 (10)

1.一种柱面变形条码的生成方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

S1：获取条码的原图像；

S2：对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

S3：获取柱面条码的参数；

S4：根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。

2.根据权利要求1所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21：遍历所述原图像，利用灰度公式计算所述原图像上每个像素点的灰度值，其中灰度公式为：

gray＝0.2126*r+0.7152*g+0.0722*b；其中gray为像素点的灰度值，r为原图像RGB三基色的红色分量值，g为RGB三基色的绿色分量值，b为RGB三基色的蓝色分量值；

S22：将计算出的灰度值大于128的像素点设为白点，将计算出的灰度值小于等于128的像素点设为黑点，以获得标准图像；

S23：遍历所述标准图像，分别比较每个黑点的横坐标值及纵坐标值；

S24：分别根据每个黑点的横坐标值及纵坐标值中的最大值及最小值，确定条码的4个角点，即左下角点、右下角点、左上角点及右上角点。

3.根据权利要求1所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，所述柱面条码的参数包括柱面类型、弯曲弧度及柱面的变形弧度；所述柱面类型包括外柱面及内柱面，所述变形弧度包括外柱面的凸起弧度及内柱面的凹陷弧度。

4.根据权利要求2所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，步骤S4中柱面投影变换具体为：

S40：在内存中生成白色背景、与标准图像尺寸相同的bmp格式临时图像；

S41：根据标准条码的角点，计算标准条码的宽度，并设为柱面变形条码圆弧的弧长；

S42：根据所述圆弧的弧长及弯曲弧度，获得该圆弧的曲率半径；

S43：根据弯曲弧度和曲率半径，计算圆弧的弦长，所述弦长为柱面变形条码投影后的宽度；

S44：根据标准条码的角点，获得该圆弧中点的横坐标值；

S45：根据所述圆弧中点的横坐标值及圆弧弦长，获得柱面变形条码的左右边界角点的横坐标值，所述左右边界角点的纵坐标值为标准条码对应角点的纵坐标值；

S46：遍历柱面变形条码，获取柱面变形条码上任一点的横坐标值及纵坐标值，并通过与所述圆弧中点的横坐标值，计算该点的半弦长；

S47：根据所述半弦长与曲率半径，获得该点与圆弧中点的半弧度值以及半弧长；

S48：根据该点的半弧长及纵坐标值，获得标准条码上对应点的横坐标值及纵坐标值，从而确定该对应点；

S49：将该点的像素值设为该对应点的像素值，并生成柱面变形条码。

5.根据权利要求4所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，步骤S4中透视变形具体为：

S50：在内存中生成白色背景、与标准图像尺寸相同的bmp格式临时图像；

S51：根据步骤S43获得的圆弧弦长及变形弧度，计算在柱面透视变形时的圆弧半径；

S52：遍历柱面变形条码的每一列，根据所述圆弧半径及圆弧中点的横坐标值及纵坐标值，计算该列上任一点的坐标值及该列的相对高度值；

S53：根据该列的相对高度值及标准条码的高度，计算该列的缩放比，以及该列两端端点的坐标值；

S54：根据该列任一点的坐标值，确定该点在标准条码上的对应点，并将对该点的像素值设为对应点的像素值。

6.根据权利要求5所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，步骤S52具体为：

S521：遍历柱面变形条码的每一列，根据所述圆弧半径及圆弧中点的横坐标值，计算该列上任一点的横坐标值及半弦长；

S522：根据圆弧半径及该点的半弦长，获得该点的弦高；

S523：根据标准条码的高度及该点的弦高，计算该点的相对高度值；

S524：根据该点的相对高度值，确定该点的纵坐标值；

S525：遍历该列上任一点的纵坐标值，确定该列的相对高度值。

7.根据权利要求1所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，步骤S1具体为：

通过扫描、拍照或条码生成软件获取条码的原图像。

8.根据权利要求1或7所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，所述条码为一维条码或二维码；其中：

一维条码的类型为Code39、Code93、Code128、Codabar、EAN-13、EAN-8、UPC-A、ISBN-13、GS1-128及ITF-14中的一种；

二维码的类型为PDF417、QR、Data Matrix、Grid Matrix及汉信码中的一种。

9.根据权利要求1所述柱面变形条码的生成方法，其特征在于，还包括步骤S5：将柱面变形条码保存为bmp格式文件，并通过屏幕显示为屏幕码或打印成纸质码。

10.一种柱面变形条码的生成系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取条码的原图像；

预处理模块，用于对所述原图像进行二值化处理，获得标准图像，并确定条码位置；

参数模块，用于获取柱面条码的参数；

变形模块，用于根据所述标准图像及柱面条码的参数，对标准图像进行柱面投影变换及透视变形，以生成柱面变形条码。