[发明专利]一种服装的快速响应矩阵二维码识别方法

摘要

本发明公开了一种服装的快速响应矩阵二维码识别方法，包括如下步骤：a.采集服装原料上贴的二维码图像；b.对图像进行灰度化、快速中值滤波、二值化处理；d.对二值化图像进行边缘提取；e.分离出边缘提取QR码的两块侧边区域；f.采用哈夫变换检测侧边虚线得到QR码偏移角度；g.双线性插值法旋转二值化图像，初步校正；h.对QR码定位，确定三个寻像图形的顺序，用图像矩阵转置翻转的方法把QR码调整到正确的方位；i.根据国家二维码标准进行解码。本发明采用投影裁剪与哈夫变换结合的方法能快速、准确得到QR码偏移角度，同时能克服采集的图像中噪声污染、光照不均的问题，转换成易识别的二维码图像。

主权项

一种服装的快速响应矩阵二维码识别方法，其特征是包括以下步骤：a)CCD摄像头采集服装原料上贴的快速响应矩阵二维码图像；b)将所采集的待识别快速响应矩阵二维码的彩色图像转换为256色灰度图像，并用快速中值滤波法滤去上述灰度图像的背景噪声点；c)采用最大类间方差法找到最佳的分割阈值，原理是，当被阈值分开的前景和背景两个像素群方差的加权和达到最小时，该阈值即为最佳的分割阈值；d)根据最佳的分割阈值，将上述灰度图像的每一个像素的灰度值与阈值相比较，若大于阈值，则赋值1，若小于阈值，则赋值0，得到二值化图像；e)采用Sobel边缘检测算子对二值化图像做边缘提取，两个具有不同灰度值的相邻区域之间总存在灰度边缘，灰度边缘是灰度值不连续的结果，这种不连续通常利用求导数方便地检测到；e1)Sobel边缘检测算子是一种梯度算子，它使用两个模板，一个是水平的，另一个是垂直的，两个都是3*3模版，每一个模板逼近一个偏导数，分别用水平模板和垂直模板对图像进行卷积，得到两个矩阵，它们分别表示图像在相同位置处的两个偏导数；e2)把这两个矩阵对应位置的两个数的最大值作为输出，得到二维码图像的边缘；f)采用自适应的基于直方图投影裁剪法分离出快速响应矩阵二维码的两块侧边区域；f1)对边缘提取后的图像进行水平方向即X轴方向的投影，统计X＝i直线上灰度值为255的像素点的个数，存入数组xProjection[i]中；从i＝0开始从左往右扫描，若条件(xProjection[i]＝＝0)&&(xProjection[i+1]>0)&&(xProjection[i+2]>1)为真，则认为找到快速响应矩阵二维码的一个顶点的横坐标，定义该点为A点，得到x_A＝i+1；然后从上往下扫描直线X＝x_A，找到第一个灰度值为255的像素点，该点的纵坐标为A的纵坐标，即得到A点的坐标为若条件(xProjection[i]>1)&&(xProjection[i+1]>0)&&(xProjection[i+2]＝＝0)为真，则认为找到快速响应矩阵二维码的另一个顶点的横坐标，定义该点为C点，得到x_C＝i+1；然后从下往上扫描直线X＝x_C，找到第一个灰度值为255的像素点，该点的纵坐标为C的纵坐标，即得到C点坐标为f2)对边缘提取后的图像进行垂直方向即Y轴方向的投影，统计Y＝j直线上灰度值为255的像素点的个数，存入数组yProjection[j]中，然后从j＝0开始从左往右扫描，若条件(yProjection[j]＝＝0)&&(yProjection[j+1]>0)&&(yProjection[j+2]>1)为真,则认为找到快速响应矩阵二维码的第三个顶点的纵坐标，定义该点为D点，得到y_D＝j+1，然后从右往左扫描直线Y＝y_D，找到第一个灰度值为255的像素点，该点的横坐标为D的横坐标，即得到D点的坐标为若条件(yProjection[j]>1)&&(yProjection[j+1]>0)&&(yProjection[j+2]＝＝0)为真，则认为找到快速响应矩阵二维码的第四个顶点的纵坐标，定义该点为B点，得到y_B＝j+1，然后从左往右扫描直线Y＝y_B，找到第一个灰度值为255的像素点，该点的横坐标为B的横坐标，即得到B点坐标为f3)分析D点和B点坐标位置，设定一个偏移方向判定准则：当x_D≥x_B时判定快速响应矩阵二维码图像是向左偏，当x_D＜x_B时判定QR码图像是向右偏；f4)根据上述判定准则所得的快速响应矩阵二维码偏移方向，自动选择裁剪方式：当判定快速响应矩阵二维码向左偏时，具体表现为D点的横坐标x_D大于等于B点的横坐标x_B，把直线X＝x_B的右侧区域和直线Y＝y_A的下方的区域的交集区域裁剪掉；当判定快速响应矩阵二维码向右偏时，具体表现为D点的横坐标x_A比B点的横坐标x_B小，把直线X＝x_B的左侧区域和Y＝y_A的上方区域的交集区域裁剪掉，分离出快速响应矩阵二维码的两块侧边区域；上述偏移方向判定准则和对应偏移方向的裁剪方式的规定是为了最大程度地裁剪掉快速响应矩阵二维码内部区域，得到狭长的两块侧边区域，减少哈夫变换检测侧边线时的计算量，同时也避免了二维码内部线段对检测侧边线的干扰；g)采用哈夫变换算法检测侧边虚线得到快速响应矩阵二维码偏移角度；g1)初始化一个极坐标ρ，θ空间的数组，ρ方向上的量化数目为图像对角线方向的像素数其中N₁和N₂分别为图像的宽和高，θ方向上的量化数目为1800，角度从0°～180°，每格0.1°；g2)建立一个累加器A(ρ,θ)，并置初始元素为0；g3)顺序搜索图像上的每一个灰度值为255的像素点(x_i,y_i)建立方程ρ＝x_i cos(θ)+y_i sin(θ)，对θ参数的每一个离散值计算ρ值，得到该像素点(x_i,y_i)在极坐标上的一条正弦曲线，如果曲线经过小格(ρ,θ)内，该累加器A(ρ,θ)加1；g4)找出累加器A(ρ,θ)上面的局部最大值，该值即为图像共线点的共线参数，它的极坐标θ即为侧边虚线的偏移角度；h)采用双线性插值法旋转图像，初步校正快速响应矩阵二维码图像；h1)找到上述二值化图像的中心点(a，b)，确定旋转后的中心坐标为(c，d)，按照逆旋转变换矩阵表达式：对图像进行旋转，把点(x₀,y₀)旋转θ角度变成点(x₁,y₁)，其中(x₀,y₀)是未旋转前图像中的任意一点，(x₁,y₁)是由点(x₀,y₀)以(a，b)为旋转中心旋转θ角度得到的点；h2)对图像进行双线性插值，图像通过旋转变换后(x₁,y₁)所对应的(x₀,y₀)的坐标不一定是整数，找到(x₀,y₀)的附近四个像素点(x,y)，(x+1,y)，(x,y+1)，(x+1,y+1)，根据双线性插值公式，在水平和垂直两个方向上对其插值，公式为：其中α＝x₀‑x，β＝y₀‑y，得到点(x₀,y₀)的灰度值f(x₀,y₀)，该值就是点(x₁,y₁)的灰度值；i)对快速响应矩阵二维码定位，确定三个寻像图形的顺序，提出一种用图像矩阵转置翻转的方法把快速响应矩阵二维码调整到正确的方位，实现快速响应矩阵二维码的校正；i1)先从左往右水平扫描快速响应矩阵二维码图像，记录下符合(1:1:3:1:1)寻像图形比例特征的线段，对每一个像素点的宽度允有0.5的偏差，最重要的是记录下该线段的起始点P_r和终点P_l，寻像图形的中心坐标的横坐标即为然后沿着直线从垂直方向扫描，记录下满足1:1:3:1:1的这样的线段，得到寻像图形的中心坐标的纵坐标；按照这种对图像进行水平和垂直两个方向扫描的方式记录下满足1:1:3:1:1的这样的线段，就能依次得到三个寻像图形的中心点坐标；i2)把三个寻像图形的中心点连接起来，构成一个等腰直角三角形，规定左侧的寻像图形是位于等腰直角三角形直角上的那个寻像图形；通过计算边长和三角形角度确定左侧寻像图形在图像中的位置；i3)用图像矩阵转置翻转的方法把快速响应矩阵二维码调整到正确的方位，以顺时针方向为准，若左侧寻像图形在图像左上角，判定快速响应矩阵二维码是正确的方位，无需校正；若左侧寻像图形在图像右上角，判定快速响应矩阵二维码偏移了90度，通过图像矩阵转置(i,j)→(j,i)和上下行对调(i,j)→(n+1‑i,j)，校正快速响应矩阵二维码至正确方位；若左侧寻像图形在图像右下角，判定快速响应矩阵二维码偏移了180度，通过(i,j)→(m+1‑j,n+1‑i)矩阵元素转置变换，校正快速响应矩阵二维码至正确方位；若左侧寻像在图像左下角，判定快速响应矩阵二维码偏移了270度，通过图像矩阵转置(i,j)→(j,i)和左右列对调(i,j)→(i,m+1‑j)，校正快速响应矩阵二维码至正确方位；j)对校正至正确方位的快速响应矩阵二维码，按照国家标准GB/T 18284‑2000进行解码，实现服装的快速响应矩阵二维码识别。