Data Matrix二維碼圖像處理與應(yīng)用
出處：hhh275 發(fā)布于：2007-04-09 15:21:33
2 用MIL識(shí)別Data Matrix碼 Meteor-II Standard是Matrox公司的一塊圖像采集卡，通過(guò)攝像頭采集外界圖像，然后實(shí)時(shí)地傳輸給主機(jī)內(nèi)存。MIL函數(shù)開發(fā)包是一個(gè)獨(dú)立于硬件的32位圖像處理函數(shù)庫(kù)，其中有大量基本的圖像處理函數(shù)。 2.1 基本過(guò)程 Data Matrix識(shí)別的基本過(guò)程如圖2所示。通過(guò)MIL提供的函數(shù)采集圖像，并將采集的圖像以數(shù)字化方式存儲(chǔ)在圖像緩沖區(qū)中；對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，提高圖像的識(shí)別準(zhǔn)確率。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)平滑濾波方法，減少圖像噪聲，很好地解決了采集金屬零件的Data Matrrix碼時(shí)，由于碼符號(hào)邊沿亮度過(guò)亮影響圖像分割問(wèn)題；然后對(duì)圖像進(jìn)行直方圖均衡化，擴(kuò)大對(duì)比度的動(dòng)態(tài)范圍，解決由于光照或攝像頭的原因，造成采集的圖像偏暗，對(duì)比度不夠顯著，引起圖像中明暗模糊不清的問(wèn)題。 由于采集后的圖像有很多無(wú)用背景，Data Matrix符號(hào)所在區(qū)域只占整個(gè)圖像很上的比重。采用遮罩的方法，用一個(gè)固定位置的子緩沖區(qū)限制圖像處理區(qū)域，忽略區(qū)域外的圖像，實(shí)現(xiàn)Data Matrix的符號(hào)提取。用MIL函數(shù)直接譯碼，并將譯碼結(jié)果放在指定的字符串中，用顯示語(yǔ)句在屏幕上打印結(jié)果。 2.2 Data Matrix符號(hào)的膨賬 金屬零件上的Data Matrix碼是氣動(dòng)打印而成的成點(diǎn)陣式，與標(biāo)準(zhǔn)的Data Matrix符號(hào)不完全一樣，其點(diǎn)間空隙大。如對(duì)這種碼毫無(wú)處理地進(jìn)行識(shí)別，則識(shí)別率會(huì)很低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的膨脹算法。為了提高識(shí)別準(zhǔn)確度，可以將Data Matrix符號(hào)膨脹若干次，縮小數(shù)據(jù)單位之間的空隙。這樣，計(jì)算機(jī)在“尋找”Data Matrix的“L”型尋邊區(qū)時(shí)就容易準(zhǔn)確得多。 
2.3 偽實(shí)時(shí)識(shí)別的實(shí)現(xiàn) 由于MIL本身不支持圖像的實(shí)時(shí)處理，所以要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)識(shí)別需要用一種叫做比緩沖的方法實(shí)現(xiàn)偽實(shí)時(shí)的圖像處理，CPU每次處理的圖像其實(shí)是攝像頭采集的上一幀圖像。 雙緩沖區(qū)使一邊采集圖像一邊處理圖像成為可能，如圖3所示。攝像頭將圖像采集到圖像緩沖區(qū)1中等待處理，與此同時(shí)CPU利用這段時(shí)間處理圖像緩沖區(qū)2中（上一幀）的圖像，完畢后兩個(gè)緩沖區(qū)的職能交換；CPU處理緩沖區(qū)1中采集的前一時(shí)刻的圖像，而此時(shí)緩沖區(qū)2中的圖像已被處理完畢，可以接收攝像頭下一幀的采集圖像。如此往復(fù)，兩個(gè)緩沖區(qū)互換，不間斷地運(yùn)動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)偽實(shí)時(shí)處理。在處理環(huán)節(jié)上加Data Matrix識(shí)別功能，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)識(shí)別Data Matrix。采集圖像和處理圖像正好相差一幀，所以是“偽”實(shí)時(shí)的，但是假如計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度足夠快，時(shí)間延遲的影響便可忽略。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是既實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性，又將采集和處理這兩項(xiàng)進(jìn)程分開，讓CPU和攝像頭分別獨(dú)立并行地處理，充分利用了空閑時(shí)間。 3 識(shí)別結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析 通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬上的Data Matrix碼進(jìn)行識(shí)別，并統(tǒng)計(jì)了總的采集幀數(shù)（f）、幀率（f/s）、識(shí)別成功的總幀數(shù)、識(shí)別率等信息。實(shí)驗(yàn)證明在攝像頭焦距以及光源都相當(dāng)理想的情況下，識(shí)別率很高。 Data Matrix識(shí)別的成功率與很多因素有關(guān)，首先是Data Matrix符號(hào)本身，打印在紙上與打印在金屬零件上的點(diǎn)陣式Data Matrix差異很大；其次是檢測(cè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)失真，會(huì)影響識(shí)別成功率；再次是背景圖像的影響，Data Matrix符號(hào)與背景色反差越大，背景中干擾圖像越少，識(shí)別成功率越高；光源、符號(hào)的旋轉(zhuǎn)等都會(huì)對(duì)識(shí)別造成影響。 
3.1 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的影響 Data Matrix檢測(cè)常用在流水線上，這時(shí)需要考慮攝像頭與被檢測(cè)零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)識(shí)別的影響。在實(shí)驗(yàn)中用固定零件、移動(dòng)攝像頭的方法來(lái)模擬流水線中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，記錄每次檢測(cè)時(shí)攝像頭的運(yùn)動(dòng)速度，以此找出零件上的Data Matrix能夠被識(shí)別的相對(duì)運(yùn)行速度。 現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得20組數(shù)據(jù)，以6mm%26;#215;6mm的Data Matrix為考慮對(duì)象，結(jié)果如表1所示。 上結(jié)果，在光照和攝像頭焦理想的情況下，識(shí)別的相對(duì)速度為2.00cm/s，比該速度再快可能會(huì)因運(yùn)動(dòng)失真導(dǎo)致Data Matrix無(wú)法識(shí)別。 3.2 干擾圖像的影響 在相同條件下，背景干擾少的圖像識(shí)別率較高，尤其當(dāng)北京具有與Data Matrix類似矩形狀圖形時(shí)。在光照較好的條件下，測(cè)試金屬零件上的Data Matrix識(shí)別率。在有背景干擾的情況和用子緩沖區(qū)屏蔽一些背景干擾的情況各測(cè)得10組數(shù)據(jù)，分別如表2所示。 表1 待測(cè)Data Matrix與攝像頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)識(shí)別的影響 速度（cm/s） 1.04 1.06 1.41 1.56 1.69 1.70 1.75 2.00 2.03 2.09 能否識(shí)別 √ √ √ √ √ √ √ √ %26;#215; √ 速度（cm/s) 2.14 2.23 2.32 2.38 2.52 2.52 2.63 2.64 2.70 2.71 能否識(shí)別 √ √ %26;#215; %26;#215; %26;#215; %26;#215; √ %26;#215; %26;#215; %26;#215; 表2 背景干擾對(duì)識(shí)別的影響 有干擾 83% 84% 62% 81% 68% 92% 85% 60% 87% 74% 屏蔽干擾 97% 88% 87% 84% 92% 90% 99% 83% 85% 90% 可見，用于緩沖區(qū)屏蔽一些無(wú)用的背景圖像后，識(shí)別效果總體上要略好于未屏蔽。 3.3 光源的影響 光源對(duì)識(shí)別成功率的影響反映在圖像整體的明暗對(duì)比度上。對(duì)金屬零件上的Data Matrix而言，其更多的是影響符號(hào)的清晰程度。光源位置如果選取不得當(dāng)，由于金屬的反光特性，金屬表面會(huì)形成一片亮度特別大的鏡面反射區(qū)，給Data Matrix圖像造成強(qiáng)烈的干擾。 一種比較好的方法是用側(cè)光的方法。由于金屬零件上的Data Matrix碼是氣動(dòng)打印產(chǎn)生的，打印處會(huì)有高低起伏，這些區(qū)域的反光是溫反射，不同于其他區(qū)域的鏡面反射光，側(cè)光助于把點(diǎn)陣與金屬反光的背景分開，將攝像頭避開了金屬的鏡面反光。圖4對(duì)比了側(cè)光和反射光下的二維碼狀態(tài)。 3.4 識(shí)別程序的適應(yīng)性 識(shí)別程序的適應(yīng)性指適應(yīng)不同尺寸和打印類型Data Matrix的能力。本文中考慮的打印類型有金屬表面氣動(dòng)打印、金屬表面電動(dòng)針式打印和標(biāo)準(zhǔn)紙面激光打印三種。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，程序?qū)鈩?dòng)式打印Data Matrix碼的識(shí)別能力普遍好于同樣是金屬材質(zhì)的電動(dòng)針式打印Data Matrix碼。不同尺寸的識(shí)別率基本相等。打印在紙上的標(biāo)準(zhǔn)Data Matrix由于圖形標(biāo)準(zhǔn)、顏色穩(wěn)定、分辨率高等因素?zé)o需作太多的圖像增強(qiáng)和膨脹就能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別，識(shí)別率非常高。
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