CN111191480B - 一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法，包括：根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；根据包络线函数公式画出边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；识别上包络线中每一段上升区域的最大值，并将最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；识别下包络线中每一段下降区域的最小值，并将最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界；本发明通过对原始数据进行一阶差分方式再去利用包络线搜索边界，以解决现有技术条码边界搜索中使用原始数据的上下包络线搜索边界造成部分边界信息丢失的技术问题，从而通过极值来确定图像的边界，进而提高了条码边界搜索的准确性。

Description

一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法及装置
技术领域
本发明涉及条码边界搜索技术领域，尤其涉及一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法及装置。
背景技术
条形码在国际上如今被统称为条码，条码的形成是将多条粗细不等的黑线和空白处相结而组成，同时按照编码规则统一排列，人们常见的条形码是由黑色与白色排列而成的平行线图案，条形码输出的内容涵盖商品的生产国家、制造厂家、商品名称、生产日期，图书分类号、类别、邮件起止地点，日期等许多信息，因此条码在商品领域、邮政管理、银行系统、食品安全及图书管理各个方面得到了广泛的应用。
目前被广泛使用的条码包括一维条码及二维条码。一维条码又称线形条码是由平行排列的多个“条”和“空”单元组成，条形码信息靠条和空的不同宽度和位置来表达。一维条码只是在一个方向表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，因为信息容量及空间利用率低，并且在条码损坏后即无法识别。
二维条码是由按一定规律在二维方向上分布的黑白相间的特定几何图形组成，其可以在二维方向上表达信息，因此信息容量及空间利用率较低，并具有一定的校验功能。二维码可以分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码。堆叠式二维条码是由多行短截的一维条码堆叠而成的，代表性的堆叠条码包括PDF417、Code 49、Code 16K等。矩阵式二维码是按预定规则分布于矩阵中的黑、白模块组成，代表的矩阵式二维条码包括Codeone、Aztec、DateMatriX、QR等。
条形码的优越性体现在：1、真实可靠性强，条码读取的准确率远远超过人工的记录水平，据了解平均每15000个字符才会有一个错误发生；2、操作效率高，条形码扫描器读取信息速度相当快，大约每秒40个字符；3、低成本，条码与其他的自动化识别技术相对比较，它仅仅只需要一小张贴纸与相对构造成简单的光学扫描仪即可，成本低，可靠性强，这是一个很大的优势；4、制作简单；5、设备构造简单，条码的识别设备的构造简单，小巧、方便携带；6、管理灵活使用，条码符号可以手工键盘输入，在有利的情况下可以与有关设备组成识别系统实现自动化识别，与此同时还可以和相关的控制设备联系起来实现整个科学系统化管理。
在现有技术的条码解码过程中往往需要通过包络线对条码边界进行搜索。包络线原理为：在几何学，某个曲线族的包络线，是跟该曲线族的每一条线都有至少一个点相切的一条曲线如图1所示，假如f(x,a)为曲线族，则Φ(a)为包络线，包络定理是比较静态的研究工具，记最优化问题dΦ＝max(f(x,a))，该最大值问题是在a为某一固定值时寻找适当的x*，使得函数f(x,a)达到最大，且两函数在该点处的导数是相等的，所以利用公式，便可以求出包络线。在条码边界搜索过程中，现有技术是通过对采集到的原始数据利用上面讲到的包络原理计算出上下包络线，如图2所示上下的红色线条分别是上包络和下包络。然后计算出上包络每一段上升区域的最大值，和下包络线每一段下降区域的最小值，这两个值即是要搜索的边界。但我们可以看出图2中四个圆圈标出来的地方，如果利用上述方法去找边界的话，很明显发现该点处的信息丢失了，这几个点的边界均被忽略，所以该方法在实际应用过程中会存在误差。
发明内容
本发明提供了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法，通过对原始数据进行一阶差分方式再去利用包络线搜索边界，以解决现有技术条码边界搜索中使用原始数据的上下包络线搜索边界造成部分边界信息丢失的技术问题，从而通过上包络线和下包络线的极值来确定图像的边界，进而实现提高了条码边界搜索的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法，包括：
根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；
根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；
识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；
识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界。
作为优选方案，所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)；其中，y(a)为原始数据，f(a)为一阶差分函数。
作为优选方案，所述包络线函数公式为：
作为优选方案，所述将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：
当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值。
作为优选方案，所述将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：
当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值。
本发明实施例还提供了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的装置，包括：
一阶差分模块，用于根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；
包络线函数模块，用于根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；
第一边界模块，用于识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；
第二边界模块，用于识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界。
作为优选方案，所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)；其中，y(a)为原始数据，f(a)为一阶差分函数。
作为优选方案，所述包络线函数公式为：
作为优选方案，所述第一边界模块用于将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：
当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值。
作为优选方案，所述第二边界模块用于将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：
当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上述任一项所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明通过对原始数据进行一阶差分方式再去利用包络线搜索边界，以解决现有技术条码边界搜索中使用原始数据的上下包络线搜索边界造成部分边界信息丢失的技术问题，从而通过上包络线和下包络线的极值来确定图像的边界，进而实现提高了条码边界搜索的准确性。
附图说明
图1：为现有技术包络定理的证明及推广应用示意图；
图2：为现有技术中在原图像上搜索边界的示意图；
图3：为利用本发明实施例中获得的上包络线的示意图；
图4：为利用本发明实施例中获得的下包络线的示意图；
图5：为本发明基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图5，本发明优选实施例提供了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法，包括：
S1，根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；在本实施例中，所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)；其中，y(a)为原始数据，f(a)为一阶差分函数。
S2，根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；在本实施例中，所述包络线函数公式为：
S3，识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；在本实施例中，所述将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值。
S4，识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界。在本实施例中，所述将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值。
此时我们第一数组A_up和第二数组A_down中存放的值即为条码的边界，其中第一数组A_up中的值是由白色渐变到黑色的边界，第二数组A_down中的值是由黑色渐变到白色的边界。
本发明通过对原始数据一阶差分后得到的梯度图找出上下包络线的极值，来确定边界，以便防止小信号的丢失，从而提高了条码边界搜索的准确性。
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进行详细说明。
首先对采集到的原始条码数据进行一阶差分，画出梯度图。具体来说，将采集到的原始数据y(a)上的每一个a值进行一阶差分f(a)＝y(a+1)-y(a)计算，便可得到该原始数据的边缘强度梯度图像f(x,a)。
随后，计算梯度图像的上下包络线。具体来说，在几何学，某个曲线族的包络线，是跟该曲线族的每一条线都有至少一个点相切的一条曲线如图1所示，包络定理是比较静态的研究工具，记最优化问题dΦ＝max(f(x,a))，在图1中，Φ(a)是上包络线，f(x,a)是一阶差分的图像，该最大值问题是在a为某一固定值时寻找适当的x*，使得函数f(x,a)达到最大，且两函数在该点处的导数是相等的，所以利用公式，便可以求出梯度图像f(x,a)的上包络线f_up(a)如图3所示和下包络线f_down(a)如图4所示；
接着，找出上包络线每一上升区域的极大值。具体来说，在条码进行边界搜索前，产生一个一维数组A_up，随后，在条码边界搜索过程中，找出如图3红色线条中的每一段上升区域的最大值，此时应符合f_up(a)>f_up(a-2)且f_up(a)>f_up(a+2)条件，将该值的x轴坐标存入A_up数组中。
接着，找出下包络线每一下降区域的极小值。具体来说，在条码进行边界搜索前，产生一个一维数组A_down，随后，在条码边界搜索过程中，找出如图4红色线条中的每一段下降区域的最小值，此时应符合f_down(a)<f_down(a-2)且f_down(a)<f_down(a+2)条件，并将该值的x轴坐标存入A_down数组中。
随后，我们得到的数组A_up和A_down中存放的值即为条码的边界，其中数组A_up中的值是由白色渐变到黑色的边界点，数组A_down中的值是由黑色渐变到白色的边界点。
相应地，本发明实施例还提供了一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的装置，包括：
一阶差分模块，用于根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；在本实施例中，所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)。
包络线函数模块，用于根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；在本实施例中，所述包络线函数公式为：
第一边界模块，用于识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；在本实施例中，所述第一边界模块用于将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值。
第二边界模块，用于识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界。在本实施例中，所述第二边界模块用于将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，所述终端设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序、计算机程序)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法，其特征在于，包括：
根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；
根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；
识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；
识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界；
其中，所述将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：
当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值；
所述将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：
当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值；
所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)；其中，y(a)为原始数据，f(a)为一阶差分函数；
所述包络线函数公式为：其中，f＝f(x,a)，f为一阶差分的图像，a为x轴位置值，x为一阶差分的图像中a对应的像素值；dΦ＝max(f(x,a))，dΦ为一阶差分图像的最大值；x*为在固定点a处，f(x,a)取最大值时的x值。
2.一种基于一阶差分的包络线搜索条码边界的装置，其特征在于，包括：
一阶差分模块，用于根据一阶差分公式对采集到的原始条码数据进行计算得到边缘强度梯度图像；
包络线函数模块，用于根据包络线函数公式画出所述边缘强度梯度图像的上包络线和下包络线；
第一边界模块，用于识别所述上包络线中每一段上升区域的最大值，并将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中，得到第一边界；
第二边界模块，用于识别所述下包络线中每一段下降区域的最小值，并将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中，得到第二边界；
其中，所述第一边界模块用于将所述最大值的x轴位置记录存放在第一数组中的具体步骤为：
当f_up(a)>f_up(a+2)并且f_up(a)>f_up(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_up(a)为上包络线函数，a值为最大值的x轴位置值；
所述第二边界模块用于将所述最小值的x轴位置记录存放在第二数组中的具体步骤为：
当f_down(a)<f_down(a+2)并且f_down(a)<f_down(a-2)时，记录下所有的a值；其中，f_down(a)为下包络线函数，a值为最小值的x轴位置值；
所述一阶差分公式为：f(a)＝y(a+1)-y(a)；其中，y(a)为原始数据，f(a)为一阶差分函数；
所述包络线函数公式为：其中，f＝f(x,a)，f为一阶差分的图像，a为x轴位置值，x为一阶差分的图像中a对应的像素值；dΦ＝max(f(x,a))，dΦ为一阶差分的图像的最大值；x*为在固定点a处，f(x,a)取最大值时的x值。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
4.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的基于一阶差分的包络线搜索条码边界的方法。
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