二維條碼圖像處理算法及其VLSI設(shè)計(jì)研究.pdf

1、二維條碼具有便捷、靈活、成本低、信息量大、可靠性高、保密性好等優(yōu)勢，正廣泛的應(yīng)用于證件數(shù)據(jù)保管，物流數(shù)據(jù)保存，零售行業(yè)，資料保密防偽等諸多領(lǐng)域。目前以圖像處理為基礎(chǔ)的二維條碼識(shí)別技術(shù)還不完善，需要在兩個(gè)方面進(jìn)行改善：
　　1、為了降低光照不均、幾何畸變、形變、散焦模糊等外部因素對條碼圖像識(shí)別的影響，需要對二維條碼圖像處理算法進(jìn)行優(yōu)化和改善。
　　2、目前的條碼解碼設(shè)備都是由ARM，DSP或其它通用控制器組成，使用專用的針對二

2、維條碼圖像處理芯片可以通過減小控制器周邊的輔助元件有效避免目前由通用控制器構(gòu)成的二維條碼解碼設(shè)備體積大，功耗高，價(jià)格貴等缺點(diǎn)。本論文以此為背景，對二維條碼的圖像處理算法及其芯片設(shè)計(jì)做了下面幾個(gè)方面的研究。
　?。ㄒ唬┨岢隽艘环N光照均衡算法。在二維條碼采集過程中，由于光源位置、角度的差異，獲得的條碼圖像一般都具有一定程度的非均衡光照現(xiàn)象，這種非均衡光照現(xiàn)象給二維條碼識(shí)別帶來極大的困難。為了提高二維條碼的識(shí)別率，必須采用特殊的算法消除

3、這種不均勻光照現(xiàn)象。本論文分別采用四種不同形狀的結(jié)構(gòu)元素對二維條碼進(jìn)行WTH（white top-hat）變換，然后將四種處理結(jié)果進(jìn)行融合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法不但能保護(hù)圖像細(xì)節(jié)，也消除了二維條碼圖像的非均衡光照現(xiàn)象。
　　（二）提出了一種邊緣保持的濾波算法。攝像頭采集的條碼圖像主要受離散脈沖、椒鹽噪聲的影響，為了減小噪聲對圖像的影響，本論文提出了一種自適應(yīng)濾波算法，該算法首先判斷一個(gè)濾波窗口中是否有中值存在，在中值存在的情況下，再

4、對濾波窗口的中心點(diǎn)像素進(jìn)行噪聲檢測，如果不是噪聲，則將濾波窗口的中值進(jìn)行輸出，否則通過構(gòu)建包含窗口中心像素的八個(gè)不同邊緣走向子窗口來對窗口的中心點(diǎn)進(jìn)行檢測，最后選擇離散度最小的子窗口中值為最終輸出值。如果濾波窗口中沒有中值，則直接將圖像中心點(diǎn)的像素值進(jìn)行輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法能在保護(hù)圖像邊緣的同時(shí)有效去除二維條碼的噪聲。
　　（三）提出了一種二維條碼圖像的定位算法。條碼定位是二維條碼識(shí)別中必須解決的技術(shù)難點(diǎn)。本論文提出的算法首先

5、用尺寸逐漸增大的結(jié)構(gòu)元素對原始圖像進(jìn)行腐蝕，然后通過數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)重建得到連通度大于某尺寸的子圖，通過與前一次獲得的子圖進(jìn)行比較，當(dāng)兩次相鄰的子圖相同時(shí)，子圖就為粗定位結(jié)果圖。最后，為了消除噪聲對條碼邊緣的影響，對粗定位圖像進(jìn)行開、重建操作，得到精細(xì)的提取圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法能夠?qū)Σ煌N類，不同尺度的二維條碼圖像進(jìn)行定位。
　　（四）提出了一種圖像校正算法。由于成像系統(tǒng)本身的幾何誤差以及人為因素造成的誤差，在三維場景由透鏡轉(zhuǎn)換為二

6、維圖像的過程中存在線性和非線性等多種失真，這些失真對二維條碼圖像校正精度產(chǎn)生巨大的影響。為獲得條碼圖像包含的真實(shí)信息，必須將失真后的圖像進(jìn)行校正即將形變后的圖像進(jìn)行復(fù)原。本論文采用先掃描后擬合的方法，通過分多次刪除離散度較大的點(diǎn)，得到精確的邊緣直線，并通過直線的兩兩相交得到精確的圖像校正定位點(diǎn)，同時(shí)，為了減小算法的計(jì)算量，在二維條碼的校正算法中，采用了先反透視變換，后仿射變換的兩步式圖像校正算法。
　?。ㄎ澹┰O(shè)計(jì)了一款可配置的基于

7、二維條碼的圖像處理芯片。首先，針對二維條碼圖像處理流程中的灰度變換、光照均衡、去噪聲、二值化、定位、校正等處理算法，分別采用ver ilo g硬件描述語言進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，并結(jié)合處理單元之間的互連總線及SRAM控制單元的設(shè)計(jì)完成了一款面向二維條碼圖像處理的可配置邏輯電路；其次，采用FPGA驗(yàn)證平臺(tái)對硬件邏輯進(jìn)行了功能驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所提出的算法對復(fù)雜背景下的二維條碼具有較好的處理效果，最后，在功能驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，采用SMIC0.13μm的工