KR100944272B1 - Apparatus and method for restoring bar code image - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바코드 영상 복원 장치 및 방법에 관한 것으로, 바코드 영상을 복원할 때 바코드 디블러링과 함께 비균일 조도 예측을 결합적으로 수행하는 바코드 영상 복원 장치 및 방법을 제안한다. The present invention relates to a bar code image reconstruction apparatus and method, and to propose a bar code image reconstruction apparatus and method for performing a non-uniform illumination prediction in combination with a bar code deblur when reconstructing a bar code image.

본 발명에 따른 바코드 영상 복원 장치는, 입력되는 바코드 영상을 관측하는 관측부; 소정의 바코드 영상, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널 및 비균일 조도를 나타내는 각각의 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링하는 모델링부; 및 상기 모델링된 바코드 영상과 상기 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 복원부를 포함하여, 바코드 영상을 정확하게 복원할 수 있다. Bar code image restoration apparatus according to the present invention, the observation unit for observing the input bar code image; A modeling unit for modeling a predetermined barcode image by including a predetermined barcode image, a blurring kernel causing distortion in the predetermined barcode image, and respective functions representing non-uniform illuminance as components; And a reconstruction unit configured to restore the observed barcode image by optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the observed barcode image.

바코드 영상, 비균일 조도, 블러링, 이진 영상 Barcode image, non-uniform illumination, blurring, binary image

Description

바코드 영상 복원 장치 및 방법{Apparatus and method for restoring bar code image}Apparatus and method for restoring bar code image}

본 발명은 바코드 영상 복원 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 바코드 영상을 정확하게 복호화하기 위한 바코드 영상 복원 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for restoring a barcode image, and more particularly, to an apparatus and method for restoring a barcode image accurately.

바코드 영상의 정보를 복호화하기 위해서는 바(bar)와 스페이스(space) 패턴의 에지들을 정확히 복원하여 그 간격을 측정하여야 한다. 바코드 영상을 CCD(Charged Coupled Device) 카메라와 같은 영상 입력 장치로 읽어보면, 바코드 인쇄시 잉크의 번짐, 조명의 불균일함, 렌즈 왜곡 등의 영향으로 바코드 영상이 블러링되어 있고 잡음이 더해져 있는 경우가 대부분이다. 따라서, 바코드 영상을 복원할 때 블러링된 영상을 사용하면 잘못된 에지들을 검출하게 되어 복호화에 실패하는 경우가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 바코드 영상을 디블러링하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. In order to decode the information of the barcode image, the edges of the bar and space patterns must be accurately restored and the gap thereof is measured. When reading barcode images with a video input device such as a CCD (Charged Coupled Device) camera, barcode images are blurred and noise is added due to the effects of ink smear, uneven lighting, and lens distortion. Mostly. Therefore, when the blurred image is used to restore the barcode image, false edges are detected and decoding fails. In order to solve this problem, various methods for deblocking barcode images have been studied.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 블러링과 비균일 조도를 고려하여 바코드 영상을 복원함으로써 바코드 영상을 효과적으로 복호화하기 위한 바코드 영상 복원 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a barcode image restoration apparatus and method for effectively decoding a barcode image by reconstructing the barcode image in consideration of blurring and non-uniform illumination.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 블러링된 바코드 영상을 모델링할 때 블러링 커널뿐만 아니라 비균일 조도를 동시에 추정하여 바코드 신호를 복원하기 위한 장치 및 방법을 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention proposes an apparatus and method for reconstructing a barcode signal by estimating non-uniform illumination as well as a blurring kernel when modeling a blurred barcode image.

보다 구체적으로는 본 발명의 일 양상에 따르면, 전술한 목적은 입력되는 바코드 영상을 관측하는 관측부; 소정의 바코드 영상, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널 및 비균일 조도를 나타내는 각각의 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링하는 모델링부; 및 상기 모델링된 바코드 영상과 상기 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치에 의해 달성된다.More specifically, according to an aspect of the present invention, the above object is an observation unit for observing the input bar code image; A modeling unit for modeling a predetermined barcode image by including a predetermined barcode image, a blurring kernel causing distortion in the predetermined barcode image, and respective functions representing non-uniform illuminance as components; And a reconstruction unit for reconstructing the observed barcode image by optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the observed barcode image.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 전술한 목적은 소정의 바코드 영상, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널 및 비균일 조도를 나타내는 각각의 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링하는 단계; 및 상기 모델링된 바코드 영상과 실제 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법에 의해 달성된다. In addition, according to another aspect of the present invention, the above object is a predetermined barcode including a predetermined barcode image, a blurring kernel causing distortion to the predetermined barcode image and respective functions representing non-uniform illumination as components. Modeling the image; And restoring the observed barcode image by optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the actually observed barcode image.

본 발명에 따르면, 바코드 영상의 디블러링 및 비균일 조도 예측을 결합적으로 수행하여 비균일 조도에서의 에러가 디블러링에서의 에러에 영향을 미치는 문제를 극복함으로써 정확하게 바코드 영상을 복원할 수 있다. According to the present invention, it is possible to accurately reconstruct the barcode image by overcoming the problem that the error in the non-uniform illuminance affects the error in the deblurring by combining the deblurring and non-uniform illuminance prediction of the barcode image. have.

또한, 본 발명에 따르면, 블러링 커널 및 비균일 조도를 결합적으로 예측하여 바코드 영상을 복원할 때, 조도가 공간 도메인에서 서서히 변한다는 사실을 이용함으로써 바코드 영상을 더욱 정확하게 복원할 수 있다. In addition, according to the present invention, when reconstructing the barcode image by combining the blurring kernel and the non-uniform illuminance, the barcode image can be more accurately reconstructed by utilizing the fact that the illuminance gradually changes in the spatial domain.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 비균일 조도하의 바코드 영상을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a barcode image under non-uniform illumination.

도 1의 (a) 및 (b)는 비균일 조도하에서 획득된 2개의 바코드 영상을 나타낸다. 도 1의 (a)에서 영상의 중간부의 조도는 영상의 외측부 둘레보다 더 밝다. 도 1의 (b)에서 조도는 영상의 좌측이 우측보다 더 밝다. 도 1의 (c) 및 (d)는 각각 도 1의 (a) 및 (b)로부터 스캐닝된 1차원 신호를 나타낸다. 도 1의 (c) 및 (d)를 참조하면, 비균일 조도로 인하여 바코드 영상이 왜곡됨을 알 수 있다. (A) and (b) of FIG. 1 show two barcode images obtained under non-uniform illumination. In FIG. 1A, the illuminance of the middle portion of the image is brighter than the outer periphery of the image. In FIG. 1B, the illuminance is brighter than the right side of the image. (C) and (d) of FIG. 1 show one-dimensional signals scanned from (a) and (b) of FIG. 1, respectively. Referring to (c) and (d) of FIG. 1, it can be seen that the barcode image is distorted due to non-uniform illumination.

그러나, 종래에는 바코드 영상을 모델링할 때 통상적으로 블러링 커널(blurring kernel)만을 고려했으며, 이와 같은 부정확한 모델에 기반하여 바코드 영상을 복원하게 되어 바코드 복원 성능이 열화되는 문제가 있었다. However, conventionally, only a blurring kernel was considered when modeling a barcode image, and there is a problem in that the barcode restoration performance is degraded because the barcode image is restored based on such an incorrect model.

한편, 이러한 비균일 조도로 인한 바코드 영상의 왜곡을 완화하기 위하여 바코드 스캐너에 대한 조명 장치를 개선하기 위한 시도가 있었으나, 비균일 조도는 완전하게 제거될 수 없다. 또한, 바코드 판독 장치로서 디지털 카메라를 구비하는 이동전화와 같이 범용 핸드 헬드 장치가 이용되고 있으므로 개선된 조명 장치를 이러한 핸드 헬드 장치에 적용하는 것은 무리가 있었다. On the other hand, attempts have been made to improve the illumination device for the barcode scanner in order to alleviate distortion of the barcode image due to such non-uniform illumination, but non-uniform illumination cannot be completely removed. In addition, since a general-purpose handheld device is used as a bar code reader such as a mobile phone having a digital camera, it has been difficult to apply the improved lighting device to such a handheld device.

따라서, 본 발명에서는 바코드 영상을 모델링할 때 통상적으로 고려되는 블러링 커널(blurring kernel) 뿐만 아니라 비균일 조도를 고려하여 바코드 영상 모델링을 수행함으로써 개선된 바코드 영상 모델에 기반하여 바코드 영상 복원 성능을 개선하는 장치 및 방법을 제안한다. Therefore, the present invention improves the barcode image reconstruction performance based on the improved barcode image model by performing barcode image modeling in consideration of non-uniform illumination as well as a blurring kernel generally considered when modeling a barcode image. An apparatus and method are provided.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 복원 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a barcode restoration apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 복원 장치는 관측부(210), 모델링부(220) 및 복원부(230)를 포함한다. Bar code restoration apparatus according to an embodiment of the present invention includes an observation unit 210, the modeling unit 220 and the restoration unit 230.

관측부(210)에서 바코드 영상이 입력되어 관측된다. 모델링부(220)는 소정 의 바코드 영상, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널 및 비균일 조도를 각각 나타내는 함수를 구성요소로 포함하도록 소정의 바코드 영상을 모델링한다. 복원부(230)는 모델링부(220)에서 모델링된 바코드 영상과 관측부(210)에서 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 바코드 영상을 복원한다. 복원된 바코드 영상은 정보 해석부(도시되지 않음)에 입력되어, 디지털 정보가 해석되어 출력될 수 있다. The bar code image is input and observed by the observer 210. The modeling unit 220 models a predetermined barcode image to include a function of indicating a predetermined barcode image, a blurring kernel causing distortion in the predetermined barcode image, and non-uniform illuminance, respectively. The reconstructor 230 restores the barcode image by optimizing the modeled barcode image such that the similarity between the barcode image modeled by the modeling unit 220 and the barcode image observed by the observer 210 increases. The restored bar code image may be input to an information analyzer (not shown), and digital information may be interpreted and output.

모델링부(220)는 블러링된 바코드 영상과 공간적으로 변화하는 조도 필드를 곱하여 바코드를 모델링한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부가적인 노이즈 및 미지의 일정한 배경값을 더 고려하여 바코드 영상을 모델링한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 모델링된 바코드 영상은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. The modeling unit 220 models the barcode by multiplying the blurred barcode image by the spatially varying illuminance field. According to an embodiment of the present invention, the barcode image is modeled by further considering additional noise and unknown constant background value. A barcode image modeled according to an embodiment of the present invention may be expressed as in Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112008014242038-pat00001
Figure 112008014242038-pat00001

여기에서, t는 1차원 공간 위치, *는 컨볼루션 오퍼레이터를 나타낸다. I(t)는 미지의 조도, G(t)는 블러링 커널, x(t)는 클린(clean) 바코드 신호를 나타낸다. Here, t denotes a one-dimensional space position, and * denotes a convolution operator. I (t) represents an unknown illuminance, G (t) represents a blurring kernel, and x (t) represents a clean barcode signal.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 바코드 신호에서 에지의 개수 K가 알려져 있다는 가정에 기초하여, 클린 바코드 신호를 다음의 수학식 2와 같이 파라미터화할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, based on the assumption that the number K of edges in the barcode signal is known, the clean barcode signal may be parameterized as in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112008014242038-pat00002
Figure 112008014242038-pat00002

여기에서, e=[e1, e2, ...ek]는 ei +1>ei를 만족하는 에지들의 위치를 나타내며, u(t)는 단위 계단 함수이다. Here, e = [e 1 , e 2 , ... e k ] represent positions of edges satisfying e i +1 > e i , and u (t) is a unit step function.

또한, 미지의 표준 편차(deviation) σ>0인 가우션 함수를 이용하여 클린 바코드 신호에 블러링을 일으키는 블러링 커널을 다음의 수학식 3과 같이 파라미터화할 수 있다. In addition, a blurring kernel that causes blurring of a clean barcode signal may be parameterized by using a Gaussian function having an unknown standard deviation σ> 0 as shown in Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112008014242038-pat00003
Figure 112008014242038-pat00003

실제(true) 블러링 커널은 공간에 불변하지도 않고 정확한 가우션 함수도 아니지만, 공간 불변 가우션 모델이 블러링 커널을 모델링하는데 효과적으로 이용되어왔다. Although the true blurring kernel is neither space invariant nor accurate Gaussian function, the spatial invariant Gaussian model has been effectively used to model the blurring kernel.

또한, 공간적으로 변화하는 조도, 즉 비균일 조도는 공간 도메인에서 균일하게 위치되는 3차 B-스플라인 함수를 이용하여 다음의 수학식 4와 같이 모델링될 수 있다.In addition, spatially varying illuminance, that is, non-uniform illuminance, may be modeled as in Equation 4 using a third-order B-spline function uniformly located in the spatial domain.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112008014242038-pat00004
Figure 112008014242038-pat00004

여기에서, β3(t)는 0으로 집중되는 3차 B-스플라인 함수이며, L은 B-스플라인 함수의 개수이고, b=[b1,...,bL]은 B-스플라인 함수의 계수를 나타내고, lj,j=1,...,L은 B-스플라인 함수의 균일하게 분포된 센터 위치들을 나타낸다. Where β 3 (t) is the third-order B-spline function centered at zero, L is the number of B-spline functions, and b = [b 1 , ..., b L ] is the B-spline function Coefficients, l j , j = 1, ..., L represent uniformly distributed center positions of the B-spline function.

바코드 영상, 비균일 조도, 블러링 커널을 각각 상술한 바와 같은 함수로 모델링하는 것은 본 발명의 일 실시예일 뿐이며, 바코드 영상, 비균일 조도, 블러링 커널은 다른 형태로 모델링될 수 있다. Modeling the barcode image, the non-uniform illuminance, and the blurring kernel with the functions as described above, respectively, is only an embodiment of the present invention, and the barcode image, the non-uniform illuminance, and the blurring kernel may be modeled in other forms.

수학식 1 내지 수학식 4에서의 모델들을 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 바코드 영상의 비균일 조도 예측 및 디블러링의 결합적 수행의 목표는 y(t)로부터 e, b, c 및 σ를 정확하게 예측하여 원래의 바코드 영상을 복원하는 것이다. e 의 정확한 예측은 바코드 영상의 정확한 복호로 충분하지만, b, c, 및 σ의 정확한 예측은 e의 정확한 예측을 위해서도 필요하다. 파라미터 b, c, 및 σ들이 정확하게 예측되지 않으면, 비정확하게 예측된 파라미터들을 가진 e의 예측은 부정확한 신호 모델에 기초한 예측과 같아지게 된다. Using the models in Equations 1 to 4, in accordance with an embodiment of the present invention, the objective of the combined performance of non-uniform illuminance prediction and deblur of a barcode image is obtained from y (t) to e , b , c. And accurately predict σ to restore the original barcode image. Accurate prediction of e is sufficient for accurate decoding of the barcode image, but accurate prediction of b , c, and σ is also necessary for accurate prediction of e . If the parameters b , c, and σ are not predicted correctly, then the prediction of e with inaccurately predicted parameters becomes equal to the prediction based on an incorrect signal model.

이와 같은 문제는 최적 설계의 문제로서 파라미터 벡터

Figure 112008014242038-pat00005
를 예측하는 문제가 된다. 여기에서, 파라미터 벡터의 개수 N은 σ>0, ei +1>ei, c>0이고 bj>0와 같은 제약에 종속하는 관찰된 신호 y(ti), i=1,...M의 샘플들로부터 N=K+2+L이 될 것이다. 이 문제를 해결하기 위한 효과적인 방법 중 하나는 관측된 신호와 제약조건을 만족하는 모델 사이의 제곱 에 러(square error)가 최소로 되는 파라미터 벡터 θ를 결정하는 것이다. This problem is a parametric vector for optimal design.
Figure 112008014242038-pat00005
It is a problem to predict. Here, the number N of parameter vectors is the observed signal y (t i ), i = 1,... Which is σ> 0, e i + 1 > e i , c> 0 and is subject to constraints such as b j > 0. N = K + 2 + L will be from samples of .M. One effective way to solve this problem is to determine a parameter vector θ that minimizes the square error between the observed signal and the model that satisfies the constraint.

즉, 복원부(230)는 전술한 바와 같이 모델링된 바코드 영상과 관측부(210)에서 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 바코드 영상을 복원한다. 이를 위하여 복원부(230)는 모델링된 바코드 영상과 관측된 바코드 영상의 제곱 에러가 최소화하는 파라미터 e, b, c 및 σ를 추정한다. That is, the restoration unit 230 restores the barcode image by optimizing the modeled barcode image such that the similarity between the barcode image modeled as described above and the barcode image observed by the observer 210 increases. To this end, the restoration unit 230 estimates the parameters e , b , c, and σ that minimize the square error of the modeled barcode image and the observed barcode image.

이와 같이, 모델링된 바코드 영상과 관측된 바코드 영상의 제곱 에러가 최소화하는 파라미터 e, b, c 및 σ를 예측하는 것은 제약적(constrained) 최적화 문제가 된다. 그러나, 대부분의 실제 바코드 신호들은 초기 예측이 최적 파라미터 벡터에 근접하는 경우 전술한 바와 같은 제약을 위반하지 않으므로, 문제는 비제약적 최적화 문제로 된다. 비제약적 최적화 프레임워크에서 가장 일반적인 방법은 비선형 제곱의 합을 최소화하는 예측자

Figure 112008014242038-pat00006
를 결정하는 것이다. As such, predicting the parameters e , b , c and sigma minimized by the squared error between the modeled barcode image and the observed barcode image becomes a constrained optimization problem. However, since most real barcode signals do not violate the constraints described above when the initial prediction is close to the optimal parameter vector, the problem is a non-constrained optimization problem. In the nonconstrained optimization framework, the most common method is a predictor that minimizes the sum of nonlinear squares.
Figure 112008014242038-pat00006
To determine.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112008014242038-pat00007
Figure 112008014242038-pat00007

여기에서 목적 함수

Figure 112008014242038-pat00008
는 다음의 수학식 6과 같이 정의된다.Objective function here
Figure 112008014242038-pat00008
Is defined as in Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112008014242038-pat00009
Figure 112008014242038-pat00009

여기에서,

Figure 112008014242038-pat00010
는 모델링된 바코드 영상과 관측된 바코드 영상의 차이로서 다음과 같이 정의된다 .From here,
Figure 112008014242038-pat00010
Is the difference between the modeled barcode image and the observed barcode image.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112008014242038-pat00011
Figure 112008014242038-pat00011

여기에서, ti는 샘플 위치를 나타내고,

Figure 112008014242038-pat00012
는 표시의 단순화를 위한 것으로
Figure 112008014242038-pat00013
을 나타낸다. 비선형 최소 제곱의 문제의 해를 구하기 위하여 가우스-뉴튼 방법이 이용될 수 있다. 이때, 대부분의 바코드 영상들에 대하여 위배되지 않는, σ>0, ei +1>ei, i=1, ...K, c>0이고 bj>0, j=1,...L라는 제약하에서 비선형 최소 제곱의 문제의 해를 구할 수 있다. Where t i represents the sample location,
Figure 112008014242038-pat00012
Is to simplify the display
Figure 112008014242038-pat00013
Indicates. The Gauss-Newton method can be used to solve the problem of nonlinear least squares. At this time, σ> 0, e i + 1 > e i , i = 1, ... K, c> 0 and b j > 0, j = 1, ... which do not violate most barcode images. Under the constraint of L, we can solve the problem of nonlinear least squares.

그러나, 수학식 5에서 비선형 최소 제곱 문제의 해가 유일하지 않을 수 있어 해결될 수 없는 문제가 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면 복원부(230)는 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하기 위하여 공간 도메인에서 조도가 서서히 변한다는 사실에 기초하여 관측된 바코드 영상을 복원한다.However, in Equation 5, the solution of the nonlinear least-squares problem may not be unique and thus may not be solved. In order to solve this problem, according to the present invention, the restoration unit 230 restores the observed barcode image based on the fact that the illuminance gradually changes in the spatial domain in order to optimize the modeled barcode image.

이를 수학식으로 나타내면, 거칠기 벌칙 함수(roughness penalty function)을 포함하여 수학식 8과 같은 새로운 목적 함수를 설계하는 것이 된다.If this is expressed as an equation, it is to design a new objective function such as Equation 8 including a roughness penalty function.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112008014242038-pat00014
Figure 112008014242038-pat00014

여기에서 λ>0은 정규화 파라미터이고 거칠기 벌칙 함수

Figure 112008014242038-pat00015
는 다음과 같이 정의된다. Where λ> 0 is a normalization parameter and the roughness penalty function
Figure 112008014242038-pat00015
Is defined as

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112008014242038-pat00016
Figure 112008014242038-pat00016

여기에서 R은 거칠기 벌칙 함수의 행렬 형식을 나타낸다. 수학식 9에서의 벌칙 함수는 이웃 B-스플라인 계수들의 변화에 대하여 벌칙 적용함(penalize)으로써 예측된 조도가 평탄해지도록 한다. 여기에서 L은 2개의 이웃 B-스플라인 계수들 사이의 거리이다. 수학식 8에서의 목적 함수에서의 첫번째 항은 관측된 바코드 영상과 모델링된 바코드 영상 사이의 에러가 작아지도록 하는 한편, 두번째 항은 예측된 조도가 평탄해지도록 촉진한다. 정규화 파라미터 λ는 관찰되는 데이터에 대한 충실도와 조도의 평탄화 사이의 비율을 조절하는 파라미터이며, 수동적으로 결정될 수 있다. Where R represents the matrix form of the roughness penalty function. The penalty function in Equation 9 allows the predicted roughness to be flattened by penalizing the change in neighboring B-spline coefficients. Where L is the distance between two neighboring B-spline coefficients. The first term in the objective function in Equation 8 causes the error between the observed barcode image and the modeled barcode image to be small, while the second term promotes flattening the predicted roughness. The normalization parameter [lambda] is a parameter that adjusts the ratio between the fidelity of the observed data and the flattening of the illuminance and can be determined manually.

한편, 수학식 8에서의 목적 함수의 효과적인 최소화를 위해서는 정확한 초기 예측이 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초기 에지 위치(e)는 관찰된 신호의 웨이블렛 기반 디노이징(wavelet-based denosing) 후에 획득된 신호의 국소 최대값과 최소값들을 이용하여 추정될 수 있다. 또한, 공간 도메인에서 마지막 국소 최대값에서 마지막 국소 최소값까지 거리를 이용하여 σ가 초기화된다. 조도의 크기는 관찰된 신호의 최대값과 최소값 사이의 거리를 이용하여 예측된다. 조도가 균일에 가깝다는 가정에 기반하여, 예측된 조도의 크기에 의해 모든 B-스플라인 계 수들을 초기화한다. On the other hand, accurate initial prediction is important for effective minimization of the objective function in Equation (8). According to one embodiment of the invention, the initial edge position e may be estimated using local maximum and minimum values of the signal obtained after wavelet-based denosing of the observed signal. In addition, σ is initialized using the distance from the last local maximum to the last local minimum in the spatial domain. The magnitude of the illuminance is estimated using the distance between the maximum and minimum values of the observed signal. Based on the assumption that the illuminance is near uniform, all B-spline coefficients are initialized by the predicted magnitude of illuminance.

실제 조도가 균일하고 실제 σ가 매우 작은 경우, 초기의 조도는 실제 조도에 가깝게 예측될 것이다. 또한, 예측된 조도의 크기로 관찰된 신호의 최소값을 나눔으로써 일정한 배경값 c의 초기값이 획득될 수 있다.If the actual illuminance is uniform and the actual sigma is very small, the initial illuminance will be predicted close to the actual illuminance. In addition, an initial value of a constant background value c may be obtained by dividing the minimum value of the observed signal by the predicted intensity of illumination.

정리하면, 복원부(230)는 모델링된 바코드 영상과 상기 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상의 상기 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 블러링 커널을 나타내는 함수 및 상기 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 바코드 영상의 특징값은 상기 바코드 영상의 에지의 위치를 나타내는 값(e)이고, 상기 블러링 커널의 특징값은 상기 바코드 영상에 왜곡의 정도를 나타내는 값(σ)이고, 상기 비균일 조도의 특징값은 상기 비균일 조도를 나타내는 함수의 계수(b)이다. 그런 다음, 복원부(230)는 추정된 각각의 특징값에 기초하여 바코드 영상을 복원할 수 있다. In summary, the restoration unit 230 may include a function representing the barcode image of the modeled barcode image, a function representing the blurring kernel, and the non-uniform illuminance such that the similarity between the modeled barcode image and the observed barcode image increases. Estimate each feature value needed to determine the function represented. According to an embodiment of the present invention, a feature value of a predetermined barcode image is a value representing the position of an edge of the barcode image, and a feature value of the blurring kernel is a value representing a degree of distortion in the barcode image. (σ), and the feature value of the nonuniformity roughness is a coefficient b of a function representing the nonuniformity roughness. Then, the reconstructor 230 may reconstruct the barcode image based on each estimated feature value.

또한, 복원부(230)는 관측부(210)에서 관측된 바코드 영상으로부터 상기 각각의 특징값의 초기값을 추정한 다음, 추정된 각각의 특징값의 초기값에 기초하여, 상기 관측된 바코드 영상과 유사도가 가장 높도록 각각의 특징값을 추정한다. In addition, the reconstructor 230 estimates an initial value of each feature value from the barcode image observed by the observer 210 and then based on the estimated initial value of each feature value, the observed barcode image. Each feature value is estimated to have the highest similarity with.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 복원 방법을 나타내는 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a barcode restoration method according to an embodiment of the present invention.

소정의 바코드 영상, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널 및 비균일 조도를 나타내는 각각의 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링한다(S 310). A predetermined barcode image is modeled by including a predetermined barcode image, a blurring kernel causing distortion in the predetermined barcode image, and respective functions representing non-uniform illumination as components.

모델링된 바코드 영상과 실제 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 바코드 영상이 복원된다(S 320) The barcode image is reconstructed by optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the actually observed barcode image (S 320).

바코드 영상을 복원할 때(S 320), 모델링된 바코드 영상과 실제 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 하는 모델링된 바코드 영상의 최적화는 공간 도메인에서 조도가 서서히 변한다는 사실에 기초하여 수행될 수 있다.When reconstructing the barcode image (S 320), the optimization of the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the actually observed barcode image may be performed based on the fact that the illuminance gradually changes in the spatial domain. .

또한, 상기 바코드 영상을 복원하는 단계(S 320)는, 모델링된 바코드 영상과 실제 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록, 모델링된 바코드 영상의 상기 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 블러링 커널을 나타내는 함수 및 상기 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정하고, 추정된 각각의 특징값에 기초하여 바코드 영상을 복원하는 과정을 거쳐 수행된다. In addition, the restoring of the barcode image (S 320) may include: a function representing the barcode image of the modeled barcode image and a function of indicating the blurring kernel such that the similarity between the modeled barcode image and the actually observed barcode image is increased. And estimating each feature value required to determine a function representing the non-uniform illuminance, and restoring a barcode image based on the estimated feature values.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 바코드 영상의 특징값은 바코드 영상의 에지의 위치를 나타내고, 블러링 커널의 특징값은 바코드 영상의 왜곡의 정도를 나타내고, 비균일 조도의 특징값은 비균일 조도를 나타내는 함수의 계수이다. According to an embodiment of the present invention, the feature value of a predetermined barcode image represents the position of the edge of the barcode image, the feature value of the blurring kernel represents the degree of distortion of the barcode image, and the feature value of the non-uniform illuminance is non- The coefficient of the function representing the uniform roughness.

또한, 모델링된 바코드 영상의 상기 바코드 영상을 나타내는 함수, 블러링 커널을 나타내는 함수 및 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정하기 위하여, 관측된 바코드 영상으로부터 각각의 특징값의 초기값이 추정된다. 추정된 각각의 특징값의 초기값에 기초하여, 실제 관측된 바코드 영상과 유사도가 가장 높도록 각각의 특징값이 추정될 수 있다. Further, in order to estimate the respective feature values required to determine the function representing the barcode image, the function representing the blurring kernel, and the function representing the non-uniform illuminance of the modeled barcode image, The initial value is estimated. Based on the initial value of each estimated feature value, each feature value may be estimated to have the highest similarity with the actually observed barcode image.

도 4는 종래의 바코드 영상 복원 방법과 비교하여 본 발명의 일 실시예에 따 른 바코드 영상 복원 방법에 따른 바코드 영상 복원 결과를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating a barcode image restoration result according to a barcode image restoration method according to an embodiment of the present invention, compared to a conventional barcode image restoration method.

도 4의 (a)는 바코드 영상이 이진 파형인 점을 고려하지 않고 에지들의 초기 예측을 이용하여 바코드 신호를 복호화하는 에지 기반 방법으로 도 1의 (c)에 도시된 실제 바 코드 신호에 대하여 예측된 패턴

Figure 112008014242038-pat00017
을 나타낸다. 도 4의 (b)는 균일 조도 모델을 가지고 비선형 최소 제곱 방법을 이용한 방법(NLS-UI)으로 도 1(c)에 도시된 실제 바 코드 신호에 대하여 예측된 패턴
Figure 112008014242038-pat00018
을 나타낸다. 도 4의 (c)는 본 발명에 따른 비균일 조도 모델을 가지고 비선형 최소 제곱 방법으로 도 1(c)에 도시된 실제 바 코드 신호에 대하여 예측된 패턴
Figure 112008014242038-pat00019
을 나타낸다. FIG. 4 (a) is an edge-based method of decoding a barcode signal using initial prediction of edges without considering the fact that the barcode image is a binary waveform and predicting the actual barcode code shown in FIG. Pattern
Figure 112008014242038-pat00017
Indicates. Figure 4 (b) is a method (NLS-UI) using a non-linear least square method with a uniform illuminance model, the predicted pattern for the actual bar code signal shown in Figure 1 (c)
Figure 112008014242038-pat00018
Indicates. Figure 4 (c) is a pattern predicted with respect to the actual bar code signal shown in Figure 1 (c) in a nonlinear least squares method with a non-uniform roughness model according to the present invention
Figure 112008014242038-pat00019
Indicates.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 에지 기반 방법은 바 코드를 정확하게 복호하지 못했다. 예를 들어, 에지 기반 방법에서

Figure 112008014242038-pat00020
(길이 2)는
Figure 112008014242038-pat00021
(길이 1)보다 작다. 유사하게, NLS-UI 방법은 신호를 정확하게 복호화하지 못했다. 예를 들어,도 4의 (b)에서
Figure 112008014242038-pat00022
(실제 바 코드에서 길이 1)은
Figure 112008014242038-pat00023
Figure 112008014242038-pat00024
(길이 2)보다 더 크다. 또한,
Figure 112008014242038-pat00025
(길이 3)은
Figure 112008014242038-pat00026
(길이 2)보다 더 작다. 기존의 방법들과 비교하면, 제안된 방법은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 더 정확하게 패턴들의 길이들을 예측할 수 있었다. 바코드가 도 4의 (c)에 도시된 바와 같은 문턱값들을 이용하여 정확하게 예측될 수 있음은 명확하다. As shown in Fig. 4A, the conventional edge-based method did not correctly decode the bar code. For example, in the edge based method
Figure 112008014242038-pat00020
(Length 2) is
Figure 112008014242038-pat00021
Is less than (length 1) Similarly, the NLS-UI method did not correctly decode the signal. For example, in Figure 4 (b)
Figure 112008014242038-pat00022
(Length 1 in the actual bar code) is
Figure 112008014242038-pat00023
And
Figure 112008014242038-pat00024
Is greater than (length 2). Also,
Figure 112008014242038-pat00025
(Length 3) is
Figure 112008014242038-pat00026
Smaller than (length 2) Compared with the existing methods, the proposed method could predict the lengths of patterns more accurately as shown in (c) of FIG. It is clear that the barcode can be accurately predicted using the thresholds as shown in Fig. 4C.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 비균일 조도하의 바코드 영상을 나타내는 도면이고,1 is a diagram showing a bar code image under non-uniform illumination.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 복원 장치의 구성을 나타내는 블록도이고,2 is a block diagram showing the configuration of a barcode restoration apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 복원 방법을 나타내는 흐름도이고,3 is a flowchart illustrating a barcode restoration method according to an embodiment of the present invention;

도 4는 종래의 바코드 영상 복원 방법과 비교하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바코드 영상 복원 방법에 따른 바코드 영상 복원 결과를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating a barcode image restoration result according to a barcode image restoration method according to an exemplary embodiment of the present invention as compared with a conventional barcode image restoration method.

Claims (12)

바코드 영상을 관측하는 관측부; Observation unit for observing a barcode image; 관측될 소정의 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널을 나타내는 함수 및 비균일 조도를 나타내는 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링하는 모델링부; 및 A modeling unit for modeling a predetermined barcode image by including a function indicating a predetermined barcode image to be observed, a function indicating a blurring kernel causing distortion in the predetermined barcode image, and a function indicating a non-uniform illuminance; And 상기 모델링된 바코드 영상과 상기 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하고, 상기 최적화되도록 모델링된 바코드 영상을 이용하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치.And a reconstruction unit for optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the observed barcode image, and reconstructing the observed barcode image using the optimized barcode image. Bar code image restoration device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복원부는 공간 도메인에서 조도가 서서히 변한다는 사실에 기초하여 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치. And the reconstructor restores the observed barcode image by optimizing the modeled barcode image based on the fact that the illuminance gradually changes in the spatial domain. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복원부는, The restoration unit, 상기 모델링된 바코드 영상의 상기 소정의 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 블러링 커널을 나타내는 함수 및 상기 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정하고, Estimating respective feature values required to determine a function representing the predetermined barcode image of the modeled barcode image, a function representing the blurring kernel, and a function representing the non-uniform illuminance, 상기 추정된 각각의 특징값에 기초하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치. And reconstructing the observed barcode image based on the estimated respective feature values. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 각각의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값을 포함하고, Wherein each feature value includes a feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniform illuminance, 상기 소정의 바코드 영상의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 에지의 위치를 나타내고, 상기 블러링 커널의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 왜곡의 정도를 나타내고, 상기 비균일 조도의 특징값은 상기 비균일 조도를 나타내는 함수의 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치. The feature value of the predetermined barcode image indicates the position of the edge of the predetermined barcode image, the feature value of the blurring kernel indicates the degree of distortion of the predetermined barcode image, and the feature value of the non-uniform illumination is Bar code image reconstruction apparatus, characterized in that the coefficient of the function indicating the non-uniform illumination. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 복원부는 상기 관측된 바코드 영상으로부터 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값 각각의 초기값을 추정하고,The reconstructor estimates an initial value of each feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniform illuminance from the observed barcode image, 상기 추정된 각각의 초기값에 기초하여, 상기 관측된 바코드 영상과 유사도가 가장 높도록 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값을 추정하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치. Estimating a feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniformity roughness such that the similarity with the observed barcode image is the highest based on each estimated initial value. Bar code image restoration device characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모델링부는 미지의 일정한 배경값을 더 포함하여 상기 소정의 바코드 영상을 모델링하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 장치. The modeling unit further includes an unknown background value to model the predetermined bar code image, characterized in that the bar code image reconstruction device. 관측될 소정의 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 소정의 바코드 영상에 왜곡을 유발하는 블러링 커널을 나타내는 함수 및 비균일 조도를 나타내는 함수를 구성요소로 포함하여 소정의 바코드 영상을 모델링하는 단계; Modeling a predetermined barcode image including a function representing a predetermined barcode image to be observed, a function representing a blurring kernel causing distortion to the predetermined barcode image, and a function representing a non-uniform illuminance; 바코드 영상을 관측하는 단계; 및 Observing a barcode image; And 상기 모델링된 바코드 영상과 상기 관측된 바코드 영상의 유사도가 커지도록 상기 모델링된 바코드 영상을 최적화하고, 상기 최적화되도록 모델링된 바코드 영상을 이용하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. And optimizing the modeled barcode image to increase the similarity between the modeled barcode image and the observed barcode image, and reconstructing the observed barcode image by using the barcode image modeled to be optimized. Bar code image restoration method. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 바코드 영상을 복원하는 단계에서,In the step of restoring the barcode image, 상기 모델링된 바코드 영상의 최적화는 공간 도메인에서 조도가 서서히 변한다는 사실에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. Optimization of the modeled barcode image is performed based on the fact that the illuminance gradually changes in the spatial domain. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 바코드 영상을 복원하는 단계는, Restoring the barcode image, 상기 모델링된 바코드 영상의 상기 소정의 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 블러링 커널을 나타내는 함수 및 상기 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정하는 단계; 및 Estimating respective feature values required to determine a function representing the predetermined barcode image of the modeled barcode image, a function representing the blurring kernel, and a function representing the non-uniform illuminance; And 상기 추정된 각각의 특징값에 기초하여 상기 관측된 바코드 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. And restoring the observed barcode image based on each of the estimated feature values. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 각각의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값을 포함하고, Wherein each feature value includes a feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniform illuminance, 상기 소정의 바코드 영상의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 에지의 위치를 나타내고, 상기 블러링 커널의 특징값은 상기 소정의 바코드 영상의 왜곡의 정도를 나타내고, 상기 비균일 조도의 특징값은 상기 비균일 조도를 나타내는 함수의 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. The feature value of the predetermined barcode image indicates the position of the edge of the predetermined barcode image, the feature value of the blurring kernel indicates the degree of distortion of the predetermined barcode image, and the feature value of the non-uniform illumination is Bar code image reconstruction method characterized in that it represents the coefficient of the function representing the non-uniform illumination. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 모델링된 바코드 영상의 상기 바코드 영상을 나타내는 함수, 상기 블러링 커널을 나타내는 함수 및 상기 비균일 조도를 나타내는 함수를 결정하는데 필요한 각각의 특징값을 추정하는 단계는, Estimating each feature value required to determine a function representing the barcode image of the modeled barcode image, the function representing the blurring kernel and the function representing the non-uniform illuminance, 상기 관측된 바코드 영상으로부터 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값 각각의 초기값을 추정하는 단계; 및Estimating an initial value of each feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniformity illuminance from the observed barcode image; And 상기 추정된 초기값에 기초하여, 상기 실제 관측된 바코드 영상과 유사도가 가장 높도록 상기 소정의 바코드 영상의 특징값, 상기 블러링 커널의 특징값 및 상기 비균일 조도의 특징값을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. Estimating a feature value of the predetermined barcode image, a feature value of the blurring kernel, and a feature value of the non-uniform illuminance such that the similarity with the actual observed barcode image is highest based on the estimated initial value; Bar code image restoration method comprising the. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 모델링된 바코드 영상은 미지의 일정한 배경값을 더 포함하여 모델링되는 것을 특징으로 하는 바코드 영상 복원 방법. The modeling bar code image is a bar code image reconstructing method characterized in that it is further modeled by including an unknown constant background value.
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