CN108174217B - 一种图像码的生成与解析方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像码的生成方法，包括图像分块，信息编码，图像调制，生成图像码，根据输入的目标维度数对图像进行分块，对待融入信息进行信源信道编码，将编码信息埋入图像块，对加密图像块进行调制，将定位信息置入调制图像生成图像码；本发明涉及一种图像码的解析方法；本发明还涉及电子设备与可读存储介质，用于执行一种图像码的生成方法和一种图像码的解析方法；本发明通过在调制图像的一组邻边置入定位实线，另一组邻边置入定位虚线，去除了传统二维码四个角上的矩形定位图形，解决了传统二维码在视觉上无法传达人类可读信息的问题，提高了视觉效果，提高了图像码解码的鲁棒性。

Description

一种图像码的生成与解析方法、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像码的生成与解析方法、电子设备及存储介质。
背景技术
随着移动互联网的迅猛发展，二维码在移动支付、电子票务、产品防伪、延伸阅读等领域得到了极其广泛的应用，但是由于传统的二维码只有在特定解码装置的解析下，用户才能看懂其表达的信息，在没有解析前，对于用户是不可读的，这大大降低了二维码对用户的吸引力和二维码在广告上的表达能力。针对二维码的确定，已有相关研究将图像和二维码融合在一起来弥补二维码的缺点，但是由于二维码具有固定的三个定位模块和对齐模块，对融合后得到的图像美观造成了很大的影响，如果将这些模块去除，会对二维码解码的鲁棒性造成很大的影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种图像码的生成与解析方法，解决了传统二维码在视觉上无法传达人类可读信息的问题，提高了二维码解码的鲁棒性。
本发明提供一种图像码的生成方法，包括以下步骤：
图像分块，根据输入的目标维度数对图像进行分块，获得图像块；
信息编码，对待融入信息进行信源信道编码，获得编码信息，将所述编码信息埋入所述图像块，获得加密图像块；
图像调制，对所述加密图像块进行调制，获得调制图像；
生成图像码，将定位信息置入所述调制图像生成图像码。
进一步地，所述目标维度数为每个维度的模块数量，所述步骤图像分块具体为根据输入的每个维度的模块数量将所述图像划分成2D网格，每个所述2D 网格对应一个图像块，所述图像块由N*N个像素组成。
进一步地，所述步骤图像调制包括以下步骤：
划分像素块，将所述加密图像块像素分为第一像素块和第二像素块，所述第一像素块由所述加密图像块中间区域的(N-2K)*(N-2K)个像素组成，所述第二像素块由所述加密图像块四周区域的N*N-(N-2K)*(N-2K)个像素组成；
评估对比度，对所述第一像素块和所述第二像素块的对比度分别进行评估，获得第一像素块对比度和第二像素块对比度；
计算自适应强度参数，根据所述第一像素块对比度和所述第二像素块对比度分别计算第一像素块自适应强度参数和第二像素块自适应强度参数；
计算像素密度，根据所述第一像素块自适应强度参数和所述加密图像块的比特值计算第一像素块像素密度，根据所述第二像素块自适应强度参数和所述加密图像块的比特值计算第二像素块像素密度；若所述第一像素块像素密度大于所述第二像素块像素密度，则所述加密图像块被调制为1，若所述第一像素块像素密度小于所述第二像素块像素密度，则所述加密图像块被调制为0。
进一步地，所述步骤信息编码具体为采用Reed-Solomon算法对所述待融入信息进行编码。
进一步地，定位信息包括定位实线和定位虚线，所述定位实线宽度和所述定位虚线粒度分别与所述调制图像的图像块长度相等，所述调制图像的一组邻边置入所述定位实线，所述调制图像的另一组邻边置入所述定位虚线。
一种图像码的解析方法，包括以下步骤：
图像预处理，对彩色图像码进行灰度变换，获得灰度图像码，对所述灰度图像码进行二值化处理，获得二值图像；
图像码切分，查找所述二值图像的定位信息，根据所述定位信息确定所述二值图像区域，对所述二值图像区域进行切分，获得图像块；
图像码解调，对所述图像块进行解调，获得解调图像，对所述解调图像进行信源信道解码，获得融入信息。
进一步地，所述步骤图像码切分包括以下步骤：
拐角检测，根据粗角之间的连接线估计所述二值图像尺寸，根据所述二值图像尺寸和拐角结构设计滤波器，所述滤波器对所述二值图像角落区域信息进行匹配过滤，获得细角位置，所述粗角为定位实线与定位实线连接形成的角，所述拐角为定位信息之间连接形成的角，所述细角为定位虚线与定位虚线连接形成的角；
切分图像码，根据所述细角位置识别定位虚线，根据所述定位虚线对所述二值图像区域进行切分，获得图像块，所述虚线粒度与所述图像块的长度相等。
进一步地，所述步骤图像码解调包括以下步骤：
划分像素块，将所述图像块像素分为第一像素块和第二像素块，所述第一像素块由所述图像块中间区域的像素组成，所述第二像素块由所述图像块四周区域的像素组成，所述第一像素块和所述第二像素块的像素之和等于所述图像块像素总数量；
评估对比度，对所述图像块的对比度进行评估，获得图像块对比度，对所述图像块的第一像素块和第二像素块的对比度进行评估，获得图像块的第一像素块对比度和第二像素块的对比度；
解调图像，根据所有所述图像块对比度的平均对比度、所述图像块对比度、所述第一像素块对比度和所述第二像素块对比度解调所述二值图像，对解调结果进行信源信道解码，获得融入信息。
一种电子设备，包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行上述一种图像码的生成方法或一种图像码的解析方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述一种图像码的生成方法或一种图像码的解析方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种图像码的生成方法，包括图像分块，信息编码，图像调制，生成图像码，根据输入的目标维度数对图像进行分块，对待融入信息进行信源信道编码，将编码信息埋入图像块，对加密图像块进行调制，将定位信息置入调制图像生成图像码；本发明涉及一种图像码的解析方法；本发明还涉及电子设备与可读存储介质，用于执行一种图像码的生成方法和一种图像码的解析方法；本发明通过在调制图像的一组邻边置入定位实线，另一组邻边置入定位虚线，去除了传统二维码四个角上的矩形定位图形，解决了传统二维码在视觉上无法传达人类可读信息的问题，提高了视觉效果，提高了图像码解码的鲁棒性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种图像码的生成方法流程图；
图2为本发明实施例待编码的初始图像示意图；
图3为本发明实施例图像块的像素块示意图；
图4为本发明实施例图像块的像素块另一示意图；
图5为本发明实施例生成的图像码示意图；
图6为本发明的一种图像码的解析方法流程图；
图7为本发明实施例的第一滤波器模板示意图；
图8为本发明实施例的第二滤波器模板示意图；
图9为本发明实施例的第三滤波器模板示意图；
图10为本发明实施例的第四滤波器模板示意图；。
图中：1、图像块；11、第一像素块；12、第二像素块。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种图像码的生成方法，如图1所示，包括以下步骤：
图像分块，图2为待编码的初始图像，根据输入的目标维度数对待编码的初始图像进行分块，获得图像块；优选地，目标维度数为每个维度的模块数量，步骤图像分块具体为根据输入的每个维度的模块数量将图像划分成2D网格，每个2D网格对应一个图像块，图像块由N*N个像素组成。
信息编码，为提高融入信息的效率和健壮性，对待融入信息进行信源信道编码，获得编码信息，将编码信息埋入图像块，获得加密图像块，优选地，步骤信息编码具体为采用Reed-Solomon算法对待融入信息进行编码，根据待融入信息的长度或自适应调整码率，待融入信息越短，码率越小，为保证融入信息解码的鲁棒性，最大码率设置为5/6，确保能够纠正每12个字节中的一个错误字节。
图像调制，对加密图像块进行调制，获得调制图像；在YUV颜色空间中对图像进行调制，将色度和亮度单独处理，为了使图像的原始色彩和调制色彩之间的感知差异最小化，在色彩渲染过程中，两个色度分量U和V保持与原始色度分量相同，调整亮度分量Y，优选地，步骤图像调制包括以下步骤：
划分像素块，将加密图像块像素分为第一像素块和第二像素块，第一像素块由加密图像块中间区域的(N-2K)*(N-2K)个像素组成，第二像素块由加密图像块四周区域的N*N-(N-2K)*(N-2K)个像素组成，第一像素块和第二像素块的像素之和等于加密图像块像素总数量，2K的范围为2至(N-2)。本实施例中，以加密图像块尺寸为4×4像素为每个加密图像块的最小印刷或显示尺寸，实际的加密图像块大小自适应于图像的分辨率和每个维度条形码模块的数量，如图3和图4所示，将加密图像块像素1被分为第一像素块11和第二像素块12，第一像素块11包括中间区域的2*2个像素，第二像素块12为第一像素块11外部区域的所有像素。
评估对比度，对第一像素块和第二像素块的对比度分别进行评估，获得第一像素块对比度和第二像素块对比度，本实施例中，从第i行、第j列的第I0个图像块开始，评估图像块的对比度。
计算自适应强度参数，根据第一像素块对比度和第二像素块对比度分别计算第一像素块自适应强度参数和第二像素块自适应强度参数，具体计算公式如下：
Figure BDA0001496870510000071
其中，η为值为0.1的常数，λ为质量参数，λ默认值为25，λ提供图像码解码鲁棒性和视觉效果的权衡，C为对比度，∈I为第一像素块的平均修剪强度值，∈O为第二像素块的平均修剪强度值，ΔI为自适应强度参数，上述公式中第一个分式为第一像素块自适应强度参数计算公式，第二个分式为第二像素块自适应强度参数计算公式。
计算像素密度，根据第一像素块自适应强度参数和加密图像块的比特值计算第一像素块像素密度，根据第二像素块自适应强度参数和加密图像块的比特值计算第二像素块像素密度，像素密度计算公式如下：
Figure BDA0001496870510000072
其中，Ie(i,j)为像素密度，B(i,j)为像素块的比特值，R为第一像素块与第二像素块调制强度值的比值，Io为第i行、第j列的第I0个图像块的亮度，上述公式中第一个分式为第一像素块像素密度计算公式，第二个分式为第二像素块像素密度计算公式。
若第一像素块像素密度大于第二像素块像素密度，则加密图像块被调制为 1，若第一像素块像素密度小于第二像素块像素密度，则加密图像块被调制为0，如图3所述，第一像素块11像素密度小于第二像素块12像素密度，则加密图像块被调制为0，如图4所示，第一像素块11像素密度大于第二像素块12像素密度，则加密图像块被调制为1。
生成图像码，将定位信息置入调制图像生成图像码，图5为生成的图像码，优选地，定位信息包括定位实线和定位虚线，定位实线宽度和定位虚线粒度分别与调制图像的图像块长度相等，调制图像的一组邻边置入定位实线，调制图像的另一组邻边置入定位虚线，本实施例中，图像码左边和下边置入定位实线，右边和上边置入定位虚线。
一种图像码的解析方法，如图6所示，包括以下步骤：
图像预处理，对彩色图像码进行灰度变换，获得灰度图像码，对灰度图像码进行二值化处理，获得二值图像；
图像码切分，查找二值图像的定位信息，根据定位信息确定二值图像区域，对二值图像区域进行切分，获得图像块；优选地，步骤图像码切分包括以下步骤：
拐角检测，根据粗角之间的连接线估计二值图像尺寸，根据二值图像尺寸和拐角结构设计滤波器，滤波器对二值图像角落区域信息进行匹配过滤，获得细角位置，如图5所示，粗角为定位实线与定位实线连接形成的角，拐角为定位信息之间连接形成的角，细角为定位虚线与定位虚线连接形成的角，首先识别二值图像的粗角，根据粗角定位左边定位实线和右边定位实线，根据左边定位实线和右边定位实线估计二值图像尺寸，因二值图像的拐角不同，根据四个拐角结构设计四个滤波器对二值图像角落区域信息进行匹配过滤，如二值图像的左下角为粗角，图5中为黑色模块，相应的，此角落区域的滤波器被设计成与粗角具有相同的模式，具体为图7中的滤波器模板，图8至图10为其他三个角的滤波器模板。
切分图像码，根据细角位置识别定位虚线，因定位虚线粒度与二值图像的图像块长度相等，根据定位虚线对二值图像区域进行切分，获得图像块，虚线粒度与图像块的长度相等。
图像码解调，对图像块进行解调，获得解调图像，对解调图像进行信源信道解码，获得融入信息。
优选地，步骤图像码解调包括以下步骤：
划分像素块，将图像块像素分为第一像素块和第二像素块，第一像素块由图像块中间区域的像素组成，第二像素块由图像块四周区域的像素组成，第一像素块和第二像素块的像素之和等于图像块像素总数量；
评估对比度，本实施例中，对每个图像块采用双线性插值重新采样到8×8 像素，8×8像素是本实施例的解调算法所需最小尺寸，对图像块的对比度进行评估，获得图像块对比度，对图像块的第一像素块和第二像素块的对比度进行评估，获得图像块的第一像素块对比度和第二像素块的对比度；
解调图像，根据所有图像块对比度的平均对比度、图像块对比度、第一像素块对比度和第二像素块对比度解调二值图像，对解调结果进行信源信道解码，获得融入信息，具体为若图像块对比度在平均对比度的50％至150％之间，则采用基于对比度的解调算法，解调公式如下：
Figure BDA0001496870510000091
其中，(m,n)为图像块的索引，
Figure BDA0001496870510000092
为解调后的比特值，
Figure BDA0001496870510000093
为第一像素块的像素平均值，
Figure BDA0001496870510000094
为第二像素块的像素平均值，若第一像素块的像素平均值高于第二像素块的像素平均值，则比特“1”被解调，否则比特“0”被解调；
若图像块对比度小于平均对比度的50％，则采用滤波解调算法，解调公式如下：
Figure BDA0001496870510000095
其中，(k,l)为图像块中像素的索引，ST为模板，ST表示归一化为零均值的(m， n)模块中目标像素的强度等级，
Figure BDA0001496870510000101
表示归一化为零均值的(m，n)模块中目标像素的强度，
Figure BDA0001496870510000102
为匹配模板，若幅度最大的响应为正，则比特“1”被解调，若幅度最大的响应为负，则比特“0”被解调。
若图像块对比度大于平均对比度的150％，则采用基于梯度的解调算法，由于图像块由具有高亮度变化的图像结构决定时，如锐利的边缘和角落，第一像素块和第二像素块的强度应当局部比较，解调公式如下：
Figure BDA0001496870510000103
Figure BDA0001496870510000104
为第一像素块的强度级向量，
Figure BDA0001496870510000105
为第二像素块的强度级向量，Λ(·)为多数投票操作，解调的比特由多数投票决定，根据梯度的总和作出决定。
一种电子设备，包括：处理器；存储器；以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行上述一种图像码的生成方法或一种图像码的解析方法；一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行上述一种图像码的生成方法或一种图像码的解析方法。
本发明提供一种图像码的生成方法，包括图像分块，信息编码，图像调制，生成图像码，根据输入的目标维度数对图像进行分块，对待融入信息进行信源信道编码，将编码信息埋入图像块，对加密图像块进行调制，将定位信息置入调制图像生成图像码；本发明涉及一种图像码的解析方法；本发明还涉及电子设备与可读存储介质，用于执行一种图像码的生成方法和一种图像码的解析方法；本发明通过在调制图像的一组邻边置入定位实线，另一组邻边置入定位虚线，去除了传统二维码四个角上的矩形定位图形，解决了传统二维码在视觉上无法传达人类可读信息的问题，提高了视觉效果，提高了图像码解码的鲁棒性。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种图像码的生成方法，其特征在于包括以下步骤：
图像分块，根据输入的目标维度数对图像进行分块，获得图像块；
信息编码，对待融入信息进行信源信道编码，获得编码信息，将所述编码信息埋入所述图像块，获得加密图像块；
图像调制，对所述加密图像块进行调制，获得调制图像；
生成图像码，将定位信息置入所述调制图像生成图像码；定位信息包括定位实线和定位虚线，所述定位实线宽度和所述定位虚线粒度分别与所述调制图像的图像块长度相等，所述调制图像的一组邻边置入所述定位实线，所述调制图像的另一组邻边置入所述定位虚线；
所述步骤图像调制包括以下步骤：
划分像素块，将所述加密图像块像素分为第一像素块和第二像素块，所述第一像素块由所述加密图像块中间区域的(N-2K)*(N-2K)个像素组成，所述第二像素块由所述加密图像块四周区域的N*N-(N-2K)*(N-2K)个像素组成；
评估对比度，对所述第一像素块和所述第二像素块的对比度分别进行评估，获得第一像素块对比度和第二像素块对比度；
计算自适应强度参数，根据所述第一像素块对比度和所述第二像素块对比度分别计算第一像素块自适应强度参数和第二像素块自适应强度参数；
计算像素密度，根据所述第一像素块自适应强度参数和所述加密图像块的比特值计算第一像素块像素密度，根据所述第二像素块自适应强度参数和所述加密图像块的比特值计算第二像素块像素密度；若所述第一像素块像素密度大于所述第二像素块像素密度，则所述加密图像块被调制为1，若所述第一像素块像素密度小于所述第二像素块像素密度，则所述加密图像块被调制为0。
2.如权利要求1所述的一种图像码的生成方法，其特征在于：所述目标维度数为每个维度的模块数量，所述步骤图像分块具体为根据输入的每个维度的模块数量将所述图像划分成2D网格，每个所述2D网格对应一个图像块，所述图像块由N*N个像素组成。
3.如权利要求1所述的一种图像码的生成方法，其特征在于：所述步骤信息编码具体为采用Reed-Solomon算法对所述待融入信息进行编码。
4.一种图像码的解析方法，其特征在于包括以下步骤：
图像预处理，对彩色图像码进行灰度变换，获得灰度图像码，对所述灰度图像码进行二值化处理，获得二值图像；
图像码切分，查找所述二值图像的定位信息，根据所述定位信息确定所述二值图像区域，对所述二值图像区域进行切分，获得图像块；
所述步骤图像码切分包括以下步骤：
拐角检测，根据粗角之间的连接线估计所述二值图像尺寸，根据所述二值图像尺寸和拐角结构设计滤波器，所述滤波器对所述二值图像角落区域信息进行匹配过滤，获得细角位置，所述粗角为定位实线与定位实线连接形成的角，所述拐角为定位信息之间连接形成的角，所述细角为定位虚线与定位虚线连接形成的角；
切分图像码，根据所述细角位置识别定位虚线，根据所述定位虚线对所述二值图像区域进行切分，获得图像块，所述虚线粒度与所述图像块的长度相等；
图像码解调，对所述图像块进行解调，获得解调图像，对所述解调图像进行信源信道解码，获得融入信息；
所述步骤图像码解调包括以下步骤：
划分像素块，将所述图像块像素分为第一像素块和第二像素块，所述第一像素块由所述图像块中间区域的像素组成，所述第二像素块由所述图像块四周区域的像素组成，所述第一像素块和所述第二像素块的像素之和等于所述图像块像素总数量；
评估对比度，对所述图像块的对比度进行评估，获得图像块对比度，对所述图像块的第一像素块和第二像素块的对比度进行评估，获得图像块的第一像素块对比度和第二像素块的对比度；
解调图像，根据所有所述图像块对比度的平均对比度、所述图像块对比度、所述第一像素块对比度和所述第二像素块对比度解调所述二值图像，对解调结果进行信源信道解码，获得融入信息。
5.一种电子设备，其特征在于包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1-3任意一项所述的方法或权利要求4所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行权利要求1-3任意一项所述的方法或权利要求4所述的方法。
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