CN108009461A - 一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法 - Google Patents

一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,通过扫描圆形二维识别码圆心发出的直线与其他圆形二维识别码圆心之间的位置关系,实现了判断多个圆形二维识别码之间相互关系的功能,本发明特别适用于需要同时快速扫描相互配合的多个产品的物联网应用场景。

Description

一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法
技术领域
本发明涉及一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,属于物联网领域,更具体来说属于计算机图像智能分析领域。
背景技术
在物联网的产业链中,感知技术是核心基础技术,而二维码则是感知技术的重要组成内容。当前,二维码技术对物联网产业的发展具有明显的推动作用。
二维码是指在一维码的基础上扩展出另一维度的具有计算机可读性的条码,其通常使用黑白图案,被相应设备扫描后即可识别其中所包含的数据信息。常见的二维码包括QR码(快速响应矩阵图码)、PDF417条码、汉信码等。
现有技术中的二维码以QR码最为常见。QR码具有定位点和容错机制,使得其在即使没有辨识到全部的二维码图案、或是二维码有污损时,也可以正确地还原二维码上的信息。
然而现有技术的QR码存在以下缺点:1)识别算法较为复杂,导致扫码速度较慢,识别时间较长;2)图案占用面积较大,产品较小时二维码难以印刷在其上;3)扫描分辨率较低(例如640*480)时无法使用;4)不能在同一画面中同时扫描识别多个二维码。
鉴于此,本发明人发明了一种圆形二维识别码(CN201810080993.6),其图案简单,能够印刷在面积较小的产品上,也能在较低扫描分辨率的情况下使用,还能在同一画面中同时识别多个圆形二维识别码,特别适用于需要同时快速扫描多个产品的物联网应用场景。
然而,在某些实际应用场景中,某些零件之间有相互配合的关系而另一些零件之间没有配合关系,扫描时需要识别出上述零件之间的相互关系;而上述圆形二维识别码在扫描时,无法判断各个圆形二维识别码之间的相互关系。故该技术仍存在不足之处。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处,本发明提供了一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法。
一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:
步骤1:将一张含有多个圆形二维识别码的图片文件通过摄像头拍摄、或直接输入计算设备;步骤2:计算设备将所述图片文件灰度化,并识别其中的所有深色的封闭内圆环(10)图案;步骤3:计算设备扫描每一个内圆环(10)外周的外圆环(40),识别所述外圆环(40)的深浅色交界处;
步骤4:计算设备从上述深浅色交界处起将每一个所述外圆环(40)等分分割为13个扇区(40a-40m),并识别每个扇区的灰度;若深色扇区的数量等于8、或浅色扇区的数量等于5,则认定该图案为正确的圆形二维识别码,并将深色扇区记为0、浅色扇区记为1,按逆时针或顺时针顺序将上述的13个扇区(40a-40m)排列为一个13位的二进制数据,并继续进入下一步骤;若深色扇区的数量不等于8、或浅色扇区的数量不等于5,则认定该图案不是圆形二维识别码,不再对其作进一步处理;
步骤5:将每一个上述13位二进制数据分别进行移位操作,所述移位操作为:将二进制数据的首位数字挪至末位,或将二进制数据的末位数字挪至首位;对每一个13位二进制数据分别循环进行12次移位操作,每个二进制数据产生12个移位后的二进制数据,而后在上述12个移位后的二进制数据和未经移位的初始的二进制数据中,对其中首位为0且末位为1的二进制数据进行保存,其他数据不保存,再而后在上述所有保存的二进制数据中取最小值,该最小值的即为一个圆形二维识别码所存储的二进制数据;如此循环往复得到每一个圆形二维识别码所存储的二进制数据;
步骤6:针对每一个圆形二维识别码,根据步骤3中深浅色交界处的位置以及步骤5中移位操作的次数能够确定出一角度,从该圆形二维识别码的圆心处以上述角度引出一条直线,判断其他圆形二维识别码的圆心是否在该直线上,从而判断多个圆形二维识别码之间的相互关系。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆形二维识别码由深色的封闭内圆环(10)和位于所述内圆环(10)外周、且与所述内圆环(10)相分离的深色圆弧(20、21)组成,所述圆弧(20、21)与所述内圆环(10)具有同一圆心(30),所述圆形二维识别码的其余部分为浅色;所述圆弧(20、21)是开口圆弧,其是以所述圆心(30)为圆心、以圆弧(20、21)的半径为半径的外圆环(40)的一部分。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:步骤6中判断圆形二维识别码的圆心是否在直线上的方法为:计算圆心与直线之间的距离,若距离小于一阈值,则认为上述圆心在上述直线上。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆弧(20、21)为1段圆弧,或为相互分离的2段、3段、4段或5段圆弧,全部所述圆弧(20、21)的周向长度之和是所述外圆环(40)周长的8/13。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述内圆环(10)的宽度与所述圆弧(20、21)的宽度相等,且所述圆弧(20、21)的半径是所述内圆环(10)半径的两倍。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:圆形二维识别码图案不小于25*25像素。
根据上述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆形二维识别码所存储的二进制数据为如下二进制数据中的一个:0000000011111、0000000101111、0000000110111、0000000111011、0000000111101、0000001001111、0000001010111、0000001011011、0000001011101、0000001100111、0000001101011、0000001101101、0000001110011、0000001110101、0000001111001、0000010001111、0000010010111、0000010011011、0000010011101、0000010100111、0000010101011、0000010101101、0000010110011、0000010110101、0000010111001、0000011000111、0000011001011、0000011001101、0000011010011、0000011010101、0000011011001、0000011100011、0000011100101、0000011101001、0000011110001、0000100001111、0000100010111、0000100011011、0000100011101、0000100100111、0000100101011、0000100101101、0000100110011、0000100110101、0000100111001、0000101000111、0000101001011、0000101001101、0000101010011、0000101010101、0000101011001、0000101100011、0000101100101、0000101101001、0000101110001、0000110000111、0000110001011、0000110001101、0000110010011、0000110010101、0000110011001、0000110100011、0000110100101、0000110101001、0000110110001、0000111000101、0000111001001、0000111010001、0001000100111、0001000101011、0001000101101、0001000110011、0001000110101、0001000111001、0001001000111、0001001001011、0001001001101、0001001010011、0001001010101、0001001011001、0001001100011、0001001100101、0001001101001、0001010001011、0001010001101、0001010010011、0001010010101、0001010011001、0001010100011、0001010100101、0001010101001、0001011001001、0001100011001、0001100100101、0001100101001、0001101001001、0010010010011、0010010010101、0010010100101。
通过上述方案和手段,本发明提供了一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其能判断各个圆形二维识别码之间的相互关系,特别适用于需要同时快速扫描相互配合的多个产品的物联网应用场景。
附图说明
图1是本发明圆形二维识别码的印刷图案。
图2是本发明圆形二维识别码的原理图。
图3是本发明圆形二维识别码的扫描原理图。
图4是本发明圆形二维识别码组合的扫描原理图。
附图标记:10、内圆环;20、圆弧;21、圆弧;30、中心点;40、外圆环;40a至40m:扇区;51-53:圆形二维识别码。
具体实施方式
下面介绍本发明圆形二维识别码的图案。
图1示出了本发明f形二维识别码的印刷图案,其由内部的内圆环10和外周的圆弧20、21组成。
图2为上述圆形二维识别码的原理示意图。内圆环10为封闭的圆环,其圆心为中心点30,该中心点30即为整个圆形二维识别码图案的中心点。圆弧20和21具有相同的圆心和半径,即圆弧20和21位于同一外圆环40上,且外圆环40的圆心即为中心点30;外圆环40的半径为内圆环10的两倍;外圆环40被等分为13段,每一段为一个扇区,形成扇区40a至40m。图2中连续的六个扇区40a、40m、401、40k、40j和40i为黑色,形成了圆弧20;连续的两个扇区40g和40f也为黑色,形成了圆弧21。剩余的五个扇区40b、40c、40d、40e和40h未被涂色,为原始的白色。13个扇区40a至40m代表一个13位二进制码,其中黑色扇区编码为0、白色扇区为1。如图2的图案,扇区40a至40m按顺序形成的二进制码为“0111100100000”。
由此可见,本发明圆形二维识别码图案简单,因此适合印刷在面积较小的产品上,且即使在较低扫描分辨率的情况下也能被识别。本发明的圆形二维识别码图案最小可在25*25像素的情况下被识别。
需要说明的是:图1和图2仅为本发明圆形二维识别码的一个示例,根据13个扇区40a至40m不同的黑白组合,本发明的圆形二维识别码可以形成多种不同的图案,每种图案对应唯一一种二进制码;此外,本发明圆形二维识别码并不要求一定是黑白两色,仅要求是经灰度化后能够明显区分出明暗的深色和浅色即可。
进一步地,本发明圆形二维识别码共有99个不同的图案,对应99个不同的二进制码,编码表如下:
如前所述,图2中扇区40a至40m形成的二进制码为“0111100100000”,但若改变扇区的排序,从40a开始逆时针排序,即按照40a、40m、401、40k、40j、40i、40h、40g、40f、40e、40d、40c、40b的顺序,则相应的二进制码为“0000001001111”,由此可见其与上表中编号6的二进制码相对应。
上述99个二进制码是经过特别设计编制而成,其具有如下特点:1)每个二进制码中“1”的数目总计均为五个、“0”的数目总计均为八个;2)每个二进制码的首位均为“0”、末位均为“1”;3)若对编码表中的任意一个二进制码进行移位操作(即将首位数字挪至末位、或将末位数字挪至首位),形成的其他首位为“0”、末位为“1”的二进制码中,没有一个二进制码会比上述编码表中的二进制码数值更小。
下面介绍圆形二维识别码组合的扫描识别方法。参见附图3至图4。
S1.获取图片
计算机通过摄像头拍摄图像,获取图片;或输入一张现有的图片。参见附图4,本实施例的图片包含3个圆形二维识别码,附图标记分别为51、52、53。
S2.识别图片中的封闭圆环
计算机逐行扫描图片,对图片进行灰度化,并识别出图片中所有深色的封闭内圆环图案。此处识别封闭圆环的算法可以采用现有技术中的常用算法,如霍夫变换法、最小二乘椭圆检测法等。由于识别存在误差以及容错要求,总计将识别到n个封闭内圆环(n≥3),在此将封闭的内圆环图案依次标记为C1、C2……Cn;并计算出每个封闭内圆环的圆心位置O1、O2……On、宽度W1、W2……Wn和内圆环外周半径R1、R2……Rn。上述圆心位置O1、O2……On以直角坐标系表示。参见附图3、4,图片的上边沿为x轴,左边沿为y轴。
S3.扫描封闭圆环的外周圆环图案
首先以圆心O1为中心点,扫描其半径范围为2R1-W1至2R1之间的外周圆环图案,从x轴方向沿逆时针扫描,识别上述外周圆环图案中灰度突然变化的位置,该位置即为图案中深浅色交界处,在此将该外周圆环图案标记为Z1、灰度突然变化的位置和圆心O1连线与x轴形成的夹角标记为α1,参见附图3;而后以圆心O2为中心点,扫描其半径范围为2R2-W2至2R2之间的外周圆环图案,识别上述外周圆环图案中灰度突然变化的位置,在此将该外周圆环图案标记为Z2、灰度突然变化的位置和圆心O2连线与x轴形成的夹角标记为α2;如此循环,分别以圆心O3、O4……On为中心点,扫描其半径范围为2R3-W3至2R3、2R4-W4至2R4……2Rn-Wn至2Rn之间的外周圆环图案,上述外周圆环图案为Z3、Z4……Zn、灰度突然变化的位置与x轴形成的夹角为α3、α4……αn
S4.校验外周圆环图案的二进制数据
首先以从圆心O1与x轴成α1角射出的直线为起始位置,将外周圆环图案Z1等分分割为13个扇区,并检测每个扇区的灰度,令深色扇区数值为0、浅色扇区数值为1,计算上述数值之和,若上述数值之和为5,则表明外周圆环为合法的(即符合上述编码表规律的)二进制数据,并按逆时针顺序将上述的13个扇区排列为一个13位的二进制数据进行保存,如图3,其外周圆环Z所保存的二进制数据为1001111000000;然后继续校验下一个外周圆环图案Z2;若上述数值之和不为5,则表明外周圆环不含合法数据,不再对该图案作进一步处理,不保存任何数据,继续校验下一个外周圆环图案;如此循环校验所有的外周圆环图案Z1、Z2……Zn,经校验,总共识别到3个浅色扇区数值之和为5的外周圆环图案,将它所对应的合法二进制数据分别标记为Y1、Y2、Y3
S5.读取圆形二维识别码所存储的二进制数据
将二进制数据Y1进行移位操作,即将首位数字挪至末位;然后对移位后的数据再次进行移位操作,如此循环总计移位12次;包括未移位的二进制数据在内共得到13个二进制数据,对其中首位为0且末位为1的二进制数据进行保存,其他数据不保存;在所有保存的首位为0且末位为1的数据中,选取二进制值最小的数据,在此将最小的二进制数据标记为X1,上述二进制数据X1即为图片中圆形二维识别码51存储的二进制数据,并记录获得上述二进制数据X1所经历的移位操作的次数N1,如图3,经N=7次移位操作后得到二进制数据X=0000001001111。如此循环读取圆形二维识别码52和53的二进制数据X2和X3以及相应的移位次数N2和N3。图4的实施例中,X1=0000001001111、X2=0000000011111、X3=0000001100111,N1=7、N2=0、N3=0,α1=π/3、α2=0、α3=0。
S6.识别圆形二维识别码组合
首先计算圆形二维识别码与x轴的夹角,对于圆形二维识别码51,该夹角为α1+N1·2π/13;以上述夹角为斜率、以圆心P1为起点做一条直线61,该直线为y=ax+b,其中,a和b可通过上述夹角α1+N1·2π/13和圆心P1的坐标计算得出。然后判断该直线上是否存在其他圆心,若存在其他圆心,则其他圆心所对应的圆形二维识别码与圆形二维识别码51为同一组圆形二维识别码;圆心与直线之间的最短距离公式为:|(ax+b-y)/sqrt(a2+1)|,其中x和y为圆心坐标,当上述距离小于一定阈值时,则可判断圆心在直线上,所属阈值设定较小时判定准确,阈值设定较大时能够增加容错性,本领域技术人员根据实际情况能够自行调整。本实施例中:圆心P2在直线61上,即圆形二维识别码52与圆形二维识别码51为同一组圆形二维识别码;圆心P3不在直线61上,即圆形二维识别码53与圆形二维识别码51不为同一组圆形二维识别码。接下来,对于圆形二维识别码52,以其圆心P2为起点、以α2+N2·2π/13的角度射出一条直线62,判断该直线上是否存在其他圆心;如此循环进一步判断圆形二维识别码53射出的直线上是否存在其他圆心,从而得到所有圆形二位识别码相互之间的组合关系,如图4中,圆形识别码51与52形成一个组合,圆形识别码53分别与51、52都没有形成组合。
在实际应用场景中,圆形二维识别码51和52分别印刷在相互配合的两个零件A、B上,而圆形二维识别码53印刷在另一无配合关系的零件C上,如此一来,在对上述三个零件同时扫描时,即可判断出零件A、B之间具有配合关系而零件C不存在配合关系。
通过上述方案和手段,本发明提供了一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其能判断各个圆形二维识别码之间的相互关系,特别适用于需要同时快速扫描相互配合的多个产品的物联网应用场景。

Claims (7)

1.一种圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:
步骤1:将一张含有多个圆形二维识别码的图片文件通过摄像头拍摄、或直接输入计算设备;
步骤2:计算设备将所述图片文件灰度化,并识别其中的所有深色的封闭内圆环(10)图案;
步骤3:计算设备扫描每一个内圆环(10)外周的外圆环(40),识别所述外圆环(40)的深浅色交界处;
步骤4:计算设备从上述深浅色交界处起将每一个所述外圆环(40)等分分割为13个扇区(40a-40m),并识别每个扇区的灰度;若深色扇区的数量等于8、或浅色扇区的数量等于5,则认定该图案为正确的圆形二维识别码,并将深色扇区记为0、浅色扇区记为1,按逆时针或顺时针顺序将上述的13个扇区(40a-40m)排列为一个13位的二进制数据,并继续进入下一步骤;若深色扇区的数量不等于8、或浅色扇区的数量不等于5,则认定该图案不是圆形二维识别码,不再对其作进一步处理;
步骤5:将每一个上述13位二进制数据分别进行移位操作,所述移位操作为:将二进制数据的首位数字挪至末位,或将二进制数据的末位数字挪至首位;对每一个13位二进制数据分别循环进行12次移位操作,每个二进制数据产生12个移位后的二进制数据,而后在上述12个移位后的二进制数据和未经移位的初始的二进制数据中,对其中首位为0且末位为1的二进制数据进行保存,其他数据不保存,再而后在上述所有保存的二进制数据中取最小值,该最小值的即为一个圆形二维识别码所存储的二进制数据;如此循环往复得到每一个圆形二维识别码所存储的二进制数据;
步骤6:针对每一个圆形二维识别码,根据步骤3中深浅色交界处的位置以及步骤5中移位操作的次数能够确定出一角度,从该圆形二维识别码的圆心处以上述角度引出一条直线,判断其他圆形二维识别码的圆心是否在该直线上,从而判断多个圆形二维识别码之间的相互关系。
2.根据权利要求1所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆形二维识别码由深色的封闭内圆环(10)和位于所述内圆环(10)外周、且与所述内圆环(10)相分离的深色圆弧(20、21)组成,所述圆弧(20、21)与所述内圆环(10)具有同一圆心(30),所述圆形二维识别码的其余部分为浅色;所述圆弧(20、21)是开口圆弧,其是以所述圆心(30)为圆心、以圆弧(20、21)的半径为半径的外圆环(40)的一部分。
3.根据权利要求1所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:步骤6中判断圆形二维识别码的圆心是否在直线上的方法为:计算圆心与直线之间的距离,若距离小于一阈值,则认为上述圆心在上述直线上。
4.根据权利要求1或2所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆弧(20、21)为1段圆弧,或为相互分离的2段、3段、4段或5段圆弧,全部所述圆弧(20、21)的周向长度之和是所述外圆环(40)周长的8/13。
5.根据权利要求1-3所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述内圆环(10)的宽度与所述圆弧(20、21)的宽度相等,且所述圆弧(20、21)的半径是所述内圆环(10)半径的两倍。
6.根据权利要求1-4所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:圆形二维识别码图案不小于25*25像素。
7.根据权利要求1-5所述的圆形二维识别码组合的扫描识别方法,其特征在于:所述圆形二维识别码所存储的二进制数据为如下二进制数据中的一个:0000000011111、0000000101111、0000000110111、0000000111011、0000000111101、0000001001111、0000001010111、0000001011011、0000001011101、0000001100111、0000001101011、0000001101101、0000001110011、0000001110101、0000001111001、0000010001111、0000010010111、0000010011011、0000010011101、0000010100111、0000010101011、0000010101101、0000010110011、0000010110101、0000010111001、0000011000111、0000011001011、0000011001101、0000011010011、0000011010101、0000011011001、0000011100011、0000011100101、0000011101001、0000011110001、0000100001111、0000100010111、0000100011011、0000100011101、0000100100111、0000100101011、0000100101101、0000100110011、0000100110101、0000100111001、0000101000111、0000101001011、0000101001101、0000101010011、0000101010101、0000101011001、0000101100011、0000101100101、0000101101001、0000101110001、0000110000111、0000110001011、0000110001101、0000110010011、0000110010101、0000110011001、0000110100011、0000110100101、0000110101001、0000110110001、0000111000101、0000111001001、0000111010001、0001000100111、0001000101011、0001000101101、0001000110011、0001000110101、0001000111001、0001001000111、0001001001011、0001001001101、0001001010011、0001001010101、0001001011001、0001001100011、0001001100101、0001001101001、0001010001011、0001010001101、0001010010011、0001010010101、0001010011001、0001010100011、0001010100101、0001010101001、0001011001001、0001100011001、0001100100101、0001100101001、0001101001001、0010010010011、0010010010101、0010010100101。
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