1、論文題目：視覺技術(shù)在瓶裝飲 料生產(chǎn)線上的應(yīng)用 條形 碼檢測,答 辯 人：,指導(dǎo)老師：,專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化,選題的意義： 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，條碼技術(shù)是信息數(shù)據(jù)自動識別、輸入的重要方法和手段,現(xiàn)已應(yīng)用到了商業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。 對于生產(chǎn)流水線或物流傳送帶上的物體條碼識別，傳統(tǒng)的掃描器識別方法受條碼印刷技術(shù)、印制材料以及條碼本身的運(yùn)動速度和角度的影響，基本上無法識別。 然而，應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)可以成功地解決流水線上運(yùn)動條碼的識別問題，因而，具有非常重要的理論與實(shí)踐價值。,論文的基本框架,在已有的條件下，如何實(shí)現(xiàn)流水線上條碼的自動檢測,首先學(xué)習(xí)條碼和視覺圖像處理的知

2、識，然后是條碼圖像的如何識別與譯碼,本課題主要是解決條碼圖像的預(yù)處理，如何定位以及怎樣被譯碼的,如何實(shí)現(xiàn)流水線上條碼的自動檢測,在生產(chǎn)線上機(jī)器視覺技術(shù)與條形碼技術(shù)相結(jié)合來檢測商品條碼是否符合出廠要求的應(yīng)用越來越廣泛了。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)流水線的條碼檢測過程中，為了提高檢測的效率，可以先設(shè)定好動態(tài)采集條碼圖像的機(jī)械手（如右圖所示的發(fā)光的采集設(shè)備），讓它采集到的條碼圖像不需要幾何校正，圖像噪聲較少以及初步分割出條碼。只有這樣，不僅減少了條碼識別編程程序的易讀簡潔性，也大大提高了條碼被識別的效率。,初識ean-13碼,標(biāo)準(zhǔn)條碼符號,ean-13碼的模塊組成,113個模塊,其中左空11，起3，左數(shù)42，中5，

3、右數(shù)35，校驗(yàn)符7，終止符3，右空7,一個完整的條碼是由兩側(cè)空白區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗(yàn)字符和終止符以及供人識讀符組成，如左上圖所示。 條碼 :由一組規(guī)則排列的條、空及其對應(yīng)字符組成的標(biāo)記,用以表示一定的信息； 空白區(qū):條碼起始符、終止符兩端外側(cè)與空的反射率相同的限定區(qū)域 條 :條碼中反射率較低的部分； 空:條碼中反射率較高的部分； 起始符:位于條碼起始位置的若干條與空； 終止符:位于條碼終止位置的若干條與空； 中間分隔符:位于條碼中間位置用來分隔數(shù)據(jù)段的若干條與空； 供人識別字符:位于條碼符的下方，與相應(yīng)的條碼字符相對應(yīng)的、用 于供人識別的字符； 商品條形碼的條和空組合部分成為條形碼符號

4、，對應(yīng)符號部分由一組阿拉伯?dāng)?shù)字組成，稱為代碼。條形碼符號和條形碼相對應(yīng)，表示的信息一致。商品條形碼就是商品的“身份證”，是商品流通于國際市場的“共同語言”。,ean-13碼的編碼規(guī)則,按模塊組合法編碼的條碼符號中，條與空是由標(biāo)準(zhǔn)寬度的模塊組合而成。一個標(biāo)準(zhǔn)寬度的條模塊用二進(jìn)制的“1”表示，一個標(biāo)準(zhǔn)寬度的空模塊用二進(jìn)制的“0”表示。通用商品條碼（ean-13碼）均屬模塊組合型條碼。 ean-13 碼中的每一條碼字符由2個條和2個空組成，每一個條或空由 14個模塊組成，每一條碼字符的總模塊數(shù)為7。它可以用10個數(shù)字字符表示：09,其字符集的二進(jìn)制表示如右表 所示?！?”和“2”的字符如右圖所示。,

5、論文的主要內(nèi)容,由于攝像式獲取的條形碼圖像難免會出現(xiàn)失真、光照不均、模糊等問題，需要采用圖像處理將這些對條碼識讀帶來影響的外界因素降到最小，提高條碼的識讀能力。條碼圖像處理需要以下幾個處理過程：圖像灰度化，中值去噪，圖像二值化，邊緣銳化處理等。,ean-13碼圖像處理方框圖,條碼的預(yù)處理過程主要有如下五個部分。,輸入條碼圖像,圖像預(yù)處理,灰度處理,終止去噪,二值化,邊緣分割及重構(gòu),邊緣銳化,灰度處理,位圖是采用位映像方法顯示和存儲的圖像，其中灰度圖是指只含亮度信息，不含色彩信息的圖像。所有顏色都可以由紅綠藍(lán)(r、g、b)三原色組合而成。當(dāng)一幅圖中每個像素被賦予不同的rgb值時，就能呈現(xiàn)五彩繽紛

6、的顏色。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用調(diào)色板技術(shù)，將256色位圖轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D，灰度與rgb值的對應(yīng)關(guān)系如下：y=0.299r+0.587g+0.114b 這樣，按照上式便可將256色調(diào)色板轉(zhuǎn)換成灰度調(diào)色板。如右圖所示。,中值去噪,中值濾波法是一種非線性信號處理方法，與其對應(yīng)的中值濾波器在一定條件下，可以克服線性濾波器如最小均方濾波，平均值濾波等所帶來的圖像細(xì)節(jié)模糊問題。而且對濾除脈沖干擾及圖像掃描噪聲最為有效。處理前后的對照圖如右所示。,二值化處理,在數(shù)字圖像處理中，二值化處理占有非常重要的地位。二值化圖像的方法有很多，其中最關(guān)鍵的因素就是找到合適的閾值。 圖像二值化主要有兩個步驟: 1，確定需要分割

7、的閾值；2，將分割閾值與像素點(diǎn)的灰度值比較，分割出圖像的像素。實(shí)際中常希望能盡可能減少誤分割的概率，而選取最優(yōu)閾值是一種常用的方法。最優(yōu)閾值是指能使誤分割率達(dá)到最小的分割閾值。二值化處理后的圖像如右。,邊緣銳化處理,條碼銳化處理主要用于增強(qiáng)其邊緣及灰度跳變部分，條碼圖像中條的邊緣就是必須要銳化增強(qiáng)的特征信息。條碼圖像的模糊相當(dāng)于圖像被平均或被積分，那么，對圖像的銳化就是其反運(yùn)算“微分”，增強(qiáng)高頻分量的作用，使圖像輪廓清晰。 經(jīng)試驗(yàn)分析可知，條碼圖像采集的質(zhì)量越好，其邊緣銳化處理的效果越好。所以銳化的力度要依據(jù)邊緣檢測的具體情況而定。,邊緣檢測,為保證識別正確率和識別速度，必須提高所用特征的“質(zhì)

8、量”。條碼圖像中相鄰的條與空之間的邊界是圖像的最本質(zhì)特征。對條碼圖像的邊緣檢測是識別條碼的必由之路。 本課題利用條碼圖像像素灰度分布特點(diǎn)，提出了一種基于條碼邊緣特征的邊緣檢測方法。 所采集得到的條碼圖像像素灰度都服從如右圖所示的分布。,結(jié)合條碼圖像的特點(diǎn)，灰度值分布在50,100的像素點(diǎn)就是條碼的“條”，而灰度值分布在150,210的像素點(diǎn)就是條碼的 “空”。水平方向上，“條”和“空”的邊緣兩側(cè)的像素點(diǎn)的灰度發(fā)生了跳變，灰度值相差很大。而在豎直方向上，位于“條”中像素點(diǎn)所在列上的點(diǎn)的灰度值都在50,100內(nèi)變化，同理，位于“空”中像素點(diǎn)所在列上的點(diǎn)的灰度值都在150,210內(nèi)。 對條碼圖像按以

9、下步驟進(jìn)行邊緣檢測： 步驟一:先求出二值化條碼圖像，其中的閾值 th 和 td 由直方圖灰度統(tǒng)計(jì)得出，其經(jīng)驗(yàn)值分別為th，td； 步驟二:累計(jì)并記錄圖像列像素值數(shù)列； 步驟三:計(jì)算并記錄相鄰兩列列像素值之差數(shù)列； 步驟四:設(shè)置閾值，將圖像中滿足兩列列像素值之差小于閾值的列標(biāo)記為不可能邊緣列。 這樣，就把條碼圖像的邊緣檢測問題轉(zhuǎn)化成為，求解列像素灰度值差信號局部極大值點(diǎn)的問題。,對條碼圖像譯碼的基本原理：先從條碼圖像中獲取每個條和空的寬度，再將量化后的條和空的寬度信息轉(zhuǎn)換成模塊數(shù)量信息，還必須建立模塊數(shù)量信息與該碼制條碼字符集之間的映射關(guān)系，根據(jù)映射關(guān)系識讀出條碼數(shù)據(jù)。 按模塊組合法編碼的條碼，

10、究其本質(zhì)，是以特定寬度的條或空代表二進(jìn)制的“1”或者“0”，這些二進(jìn)制的“1”和“0”本身并不表示任何字符信息，要將這些“1”和“0”按照一定的規(guī)則組合起來，才能表示對應(yīng)字符集里的字符。,邊緣重構(gòu),以商品ean-13 碼為例，它的條碼中共有30 個條，條碼圖像中的條空邊界數(shù)是該條碼“條”的數(shù)量的2倍。所以，只要確定了一種碼制的條碼中“條”的數(shù)量，也就得出了該碼制的所有條碼圖像中的條空邊界數(shù)。所以，所有的 ean-13 碼的圖像中都會有 60個條空邊界。 本課題中，采用將數(shù)列 a(j) 中元素按數(shù)值從大到小的順序排序，選取前60個元素所在列作為條碼邊緣就完成了條碼的邊緣重構(gòu)。先進(jìn)行基于條碼邊緣特

11、征的邊緣檢測，再按上述算法邊緣重構(gòu)。,ean-13碼譯碼算法流程,條碼字符分類,各數(shù)據(jù)符條和空寬度 （像素數(shù)）計(jì)算,條和空包含的 模塊數(shù),與字符集 匹配,條碼號碼,條碼寬度 （像素數(shù)）,單位模塊平均 像素數(shù)寬度,將數(shù)列描述的條空寬度信息按ean-13碼字符集選擇規(guī)則與對應(yīng)字符集進(jìn)行匹配就完成了條碼的譯碼。ean-13碼字符集的二進(jìn)制表示見表右上。 ean-13碼的前置碼不用條碼字符表示，不包括在左側(cè)數(shù)據(jù)符內(nèi)。右側(cè)數(shù)據(jù)符均用字符集c子集表示，左側(cè)數(shù)據(jù)符選用a子集還是b子集取決于前置碼的數(shù)值,見表右下。,條空模塊數(shù)與字符集相匹配,條碼識別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),本識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遵循以下設(shè)計(jì)原則： (1)數(shù)

12、據(jù)結(jié)構(gòu)條理清晰、便于訪問 (2)優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，方便用戶訪問 (3)充分考慮應(yīng)用軟件在編制、修改、調(diào)試、運(yùn)行和升級方面的方便 (4)豐富軟件功能，簡化硬件設(shè)計(jì)，降低成本。,存在的問題及展望 到這里為止，由于自己的知識有限以及時間的限制，本課題研究的成果并不能有效地投放到生產(chǎn)流水線上，只能識別像素較高的的ean-13條形碼。 本文主要研究了ean13碼的自動識別的一部分，對于下一步的工作，可以在以下幾個方面進(jìn)行： 優(yōu)化硬件系統(tǒng)，將外界環(huán)境對使圖像采集的影響減少到更小，得到更為清晰有效的條碼圖像，有利于提高讀碼效率。 優(yōu)化算法，增強(qiáng)實(shí)時性，以及提高識別正確率。 建立碼制數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)不同碼制的條碼識別。尤其ean-13碼的識別。 希望后人能夠在此基礎(chǔ)上把一套實(shí)用的系統(tǒng)建立起來，從而用來解決實(shí)際問題，將是一件十分有意義的事情。,主要收獲及致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們知識運(yùn)用能力的一次全面的考核，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立地分析問題和解決問題