二維碼電子車票的識讀

1、西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告學(xué) 院信息工程學(xué)院專業(yè)班級生醫(yī)0501姓 名學(xué) 號題 目二維碼電子車票的識讀題目類型設(shè)計(jì)開發(fā)一、選題背景及依據(jù)（簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況，說明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn)）選題背景及依據(jù)一維條碼是由一組粗細(xì)不同、黑白（或彩色）相間的條、空及相應(yīng)的字符（數(shù)字字母）組成的條形符號，只是在一個方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，在垂直方向則不表達(dá)任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準(zhǔn)1。但是，一維條碼存在數(shù)據(jù)容量較?。?0個字符左右）、只能包含字母和數(shù)字、條碼尺寸相對較大（空間利用率較低）和條碼遭到損壞后便不能閱讀等一些不足之處。二維條碼是在一維

2、條碼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）上分布的條、空相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)符號信息，克服了一維條碼的缺點(diǎn)2，并且由于二維條碼的信息密度高、存儲量大、糾錯能力強(qiáng)，并且本身具有一定的防偽功能得到了迅速發(fā)展3。國外的二維條碼技術(shù)已經(jīng)處于應(yīng)用階段，并已研制出性能較好的二維條碼識別系統(tǒng)而我國還處在研究階段，與國外水平還有很大差距。由于二維條碼這種新興的自動識別技術(shù)有著其它自動識別技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，它一出現(xiàn)便受到我國條碼管理部門和有關(guān)政府部門的重視。PDF417碼是本次課題的主要研究對象。PDF417碼是由留美華人王寅敬博士發(fā)明的。PDF是Portable Data F

3、ile 三個單詞的首字母縮寫，意為“便攜數(shù)據(jù)文件”4。組成條碼的每一符號字符都是由4個條和4個空構(gòu)成，如果將組成條碼的最窄條或空稱為一個模塊，則上述的4個條和4個空的總模塊數(shù)一定為17，所以稱417碼或PDF417碼。PDF417碼既具有一維碼的特點(diǎn)，還具有信息容量大、可靠性高、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此可以廣泛應(yīng)用于證件管理、包裝、銀行票據(jù)管理等安全性、保密性相對較高的領(lǐng)域。目前二維碼電子車票在我國還沒有得到廣泛應(yīng)用，在了解PDF417碼的編碼原理的基礎(chǔ)上可以把一張車票所要表達(dá)的信息轉(zhuǎn)換成二維碼表示出來，然后再進(jìn)行車票的識讀。對二維碼電子車票的識別處理即對二維碼的識別處理是本課題研究的中心。目

4、前國內(nèi)也提出了一些PDF417碼的譯碼用到的算法，如濾波復(fù)原法5、閾值化法對圖像進(jìn)行二值化2 4、二值化后圖像孤立點(diǎn)的處理2、HOUGH變換定位條碼3、校正圖像畸變的算法4、二維碼中RS糾錯碼的編解碼算法6以及基于投影的二維碼識別技術(shù)7等。伴隨著二維碼的出現(xiàn)，在二維條碼設(shè)備開發(fā)方面，美國、日本等國的設(shè)備制造商生產(chǎn)的符號生成、識讀設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于各類二維條碼應(yīng)用系統(tǒng)。已經(jīng)面世的閱讀器有線性CCD掃描器和線性圖像式閱讀器(Linear Imager)、帶光柵的激光閱讀器和圖像式閱讀器(Image Reader)。所有的二維條碼符號都可以通過CCD掃描器獲得，少數(shù)還可以通過激光掃描儀讀取。PDF4

5、17碼也可以通過激光掃描儀讀取，但MaxiCode和Data Matrix就只能通過CCD掃描器讀取8。在條碼譯碼設(shè)備方面，我國也有眾多的電子公司開發(fā)一維碼閱讀器，不過絕大部分是光電掃描裝置。在二維條碼設(shè)備研發(fā)方面，國內(nèi)有越來越多的公司投入開發(fā)研究，由最初做國外產(chǎn)品代理到自主開發(fā)條碼的編碼譯碼軟硬件系統(tǒng)。此外，在二維碼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)字水印技術(shù)在不影響二維碼數(shù)據(jù)量的前提下增加了條碼的安全性910。鑒于我國人口多的特點(diǎn)以及PDF417碼自身的一些特點(diǎn)，二維碼電子車票將會得到廣泛的應(yīng)用，對二維碼的編解碼原理的研究具有深遠(yuǎn)的意義。主要參考文獻(xiàn)： 1戴揚(yáng)，于盛林.二維條形碼編譯碼原理與應(yīng)用研究D.南

6、京：南京航空航天大學(xué)，2004：1-50.2丁金德, 方濱.二維條碼PDF417的識別D. 北京：北京工業(yè)大學(xué), 2001： 1-78.3段瑞斌，黃穎為.二維圖像組合防偽技術(shù)的研究J. 包裝工程，2007，28(12)：64-65.4鄧華，方濱.二維條碼PDF417的高速讀取和識別D. 北京：北京工業(yè)大學(xué), 2004：1-67.5戴水貴.一種基于濾波一還原的二維條碼識別投影算法J.解放軍理工大學(xué)學(xué)報，2007,8(1)：39-43.6李建勛，解建倉等.RS碼技術(shù)在PDF417碼糾錯碼編譯碼中的應(yīng)用研究 J. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43（17）：198-201.7 劉寧鐘，楊靜宇.基于投影

7、算法的二維條碼識別J.計(jì)算機(jī)工程，2002，28(9)：32-56. 8 Pavlidis T. A new paper/computer interface: two-dimensional symbologies J. IEEE Computer Maganize, 2000: 145-151. 9 Afzel Noore, Nikhil Tungala, Max M. Houck. Embedding biometric identifiers in 2D barcodes for improved security J. Computers & Security, 2004, 23:

8、679-686.10 Prashan Premaratne, Farzad Safaei. 2D Barcodes as Watermarks in Image Authentication J. IEEE Computer Magazine, 2007:432-437.二、主要研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思想及工作方法或工作流程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)基于二維PDF417碼的二維碼電子車票的識讀系統(tǒng)。在進(jìn)行二維碼電子車票的識讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)該明確二維PDF417碼的寬度和高度，單位黑白條的尺寸，條碼的結(jié)構(gòu)和條碼的糾錯等級，并熟悉二維條碼的編解碼算法和標(biāo)準(zhǔn)，了解二維條碼的糾錯原理。在本次設(shè)計(jì)中，打

9、算在Visual C+ 6.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖像處理算法。設(shè)計(jì)中首先獲得二維碼電子車票的二維碼的圖像，然后采用各種數(shù)字圖像處理的基本方法實(shí)現(xiàn)對含有車票信息的二維碼圖像的二值化、濾波去噪、定位、分割、譯碼識別等處理。通過二維碼解碼識讀系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在無干擾的情況下對條形碼的譯碼正確率達(dá)到80%以上。系統(tǒng)功能擴(kuò)展后，在條碼發(fā)生形變、有劃痕或輕度污損的條件下也能達(dá)到較高識別率。設(shè)計(jì)思想和原理模塊圖本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)對二維碼電子車票的識讀，即對二維碼的解碼。本次設(shè)計(jì)中的二維碼是指PDF417碼。由于二維碼的特性，使得對其的解碼不同于一位條形碼，但又和其他的圖像處理過程有著相似之處。首先要獲得車票上的二維碼

10、，可以通過掃面儀獲得條碼圖像。在圖像的獲取過程中，可能存在一些影響，使獲得的圖像質(zhì)量下降或者圖像有一定角度的傾斜。所以要對原始的圖像進(jìn)行二值化，方向校正等預(yù)處理來提高圖像質(zhì)量，使得條空對比比較清晰從而更好的提取出二維條碼。在提取的過程中，始終以條為前景，空和其他區(qū)域?yàn)楸尘啊Ｔ诙祷倪^程中有可能引發(fā)圖像的毛刺，在條空間可能會有一些毛刺出現(xiàn)或者其他的噪聲干擾，因此應(yīng)該對二值圖像進(jìn)行去噪，可以選用形態(tài)學(xué)的方法或者中值濾波法去除噪聲。接下來的主要任務(wù)就是對分割出的二維碼的處理。在掃描圖像的過程中難免會使圖片發(fā)生傾斜，因此首先對條碼圖片進(jìn)行傾斜校正，使條碼轉(zhuǎn)到水平位置，為下一步的工作奠定基礎(chǔ)。然后可以

11、采用投影的方式分別對條碼進(jìn)行水平投影以獲得條碼的行數(shù)和條碼的高度，從而可以計(jì)算出行高，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行單行條碼的分割，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對單行條碼的字符條空的識讀，最后通過數(shù)據(jù)庫查詢的方式即可以實(shí)現(xiàn)二維碼電子車票的識讀獲得車票的相關(guān)信息。二維碼電子車票的識讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示： CCD掃描器采集獲得圖像開始結(jié)束圖像二值化圖像讀取中值濾波去噪條碼方向校正水平投影法獲得行高分割出單行條碼單行條碼字符條空序列的識讀鏈接數(shù)據(jù)庫進(jìn)行條碼的識讀結(jié)果顯示圖1 二維碼電子車票識讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖具體模塊設(shè)計(jì)：1. CCD掃描儀獲取圖像本設(shè)計(jì)中通過掃描儀獲得二維碼電子車票的圖像。考慮到在真正應(yīng)用中，識讀系統(tǒng)的

12、適應(yīng)性和自動識別功能，在掃描過程中也可以不必把車票擺正。掃描時注意把車票放平。2. 圖像二值化首先讀取掃描獲得的圖像。因?yàn)閳D像是包含PDF417條碼符號并帶有一定灰度背景的圖像。為了把條碼符號從整幅圖像中分離出來，采用常用的圖像分割技術(shù)二值化的方法對圖像進(jìn)行處理，將圖像轉(zhuǎn)換成黑白兩個灰度級的圖像。根據(jù)選取的閾值，將圖像分為黑、白兩部分，使得條與空之間、條與圖片的其他部分形成鮮明的對比，從而很好把條碼從車票圖像中分割出來。3.中值濾波去除噪聲干擾在二值化的過程中有可能引發(fā)圖像的毛刺，在條空間可能會有一些毛刺出現(xiàn)或者其他的噪聲干擾。因此必須去除干擾。鑒于二維碼的特性以及中值濾波窗口形狀和尺寸的可選

13、擇性，對于條碼圖像，根據(jù)其噪聲的特點(diǎn)，選用方形的窗口進(jìn)行中值濾波，窗口大小為33，9個像素，即將9個元素的灰度值按大小排序后，取其中值來替代中心點(diǎn)的灰度值。4.條碼方向校正由于條碼掃描或在打印的時候會不可避免地出現(xiàn)傾斜，所以在進(jìn)行條碼處理時，首先應(yīng)該校正條碼的角度使其處于水平位置。在條碼圖像中，條碼的垂直邊緣相對與水平邊緣更具有連貫性，近似為一條直線，因此可以通過計(jì)算垂直邊緣的傾斜角度來獲得條碼的傾斜角度從而實(shí)現(xiàn)條碼圖像的校正。這樣利用一定的方法可以獲得條碼的高度。5. 投影方法獲得行高要獲得PDF417碼的行高，首先要分別獲得條碼對象的行數(shù)和條碼的高度。對于條碼的行數(shù)，可以通過水平投影的方式

14、實(shí)現(xiàn)。這樣行數(shù)的統(tǒng)計(jì)可以轉(zhuǎn)化為投影結(jié)果圖像黑色高峰的統(tǒng)計(jì)，黑色線條的高度代表了該列上黑色像素點(diǎn)的數(shù)量。這樣行高=條碼的高度條碼的行數(shù)。6.分割出單行條碼 在獲得行高和行數(shù)的基礎(chǔ)上，可以通過軟件編程獲得單行條碼。7.單行條碼字符條空序列的識讀 單行條碼字符的識別即是要識別出條空的模塊數(shù)。在考慮各種不同類型的噪聲干擾，利用圖像的二維特性，通過投影算法獲得單行條碼的圖像。然后通過邊界檢測獲得條空序列的寬度。由于PDF417條碼的起始碼的條空序列是固定的，為8llllll3，因此，根據(jù)左側(cè)第一個符號字符條空的寬度就可以計(jì)算得到符號的模塊寬度。這樣就可以通過條空寬度除以模塊寬度即獲得符號字符的條空序列。

15、8. 鏈接數(shù)據(jù)庫進(jìn)行條碼的識讀 數(shù)據(jù)庫是事先根據(jù)PDF417碼的編碼原理建立好的。識別出單行條碼的條空序列后，通過數(shù)據(jù)庫鏈接實(shí)現(xiàn)對條空序列的解碼，從而實(shí)現(xiàn)了二維碼電子車票的識讀。9.結(jié)果顯示 通過VC+中的信息顯示函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)最終識讀結(jié)果的顯示，完成課題的要求。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排2009.012009.03：進(jìn)行調(diào)研和方案論證，完成論文的開題報告；2009.032009.04：對二維碼電子車票的識讀系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的論證并確定最終方案；2009.042009.05：進(jìn)行二維碼電子車票的識讀系統(tǒng)的編寫；2009.052009.06：進(jìn)行論文的寫作；2009.062009.07：準(zhǔn)

16、備答辯。指 導(dǎo)教 師意 見指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日院 系畢 業(yè)設(shè) 計(jì)領(lǐng) 導(dǎo)小 組審 核意 見難 度綜合訓(xùn)練程度是否隸屬科研項(xiàng)目 教學(xué)院長（公章）_ 年 月 日備注：1、題目類型分為： 理論研究、應(yīng)用研究、設(shè)計(jì)開發(fā)和其它。2、題目難度分為： A、B、C、D四個等級。3、綜合訓(xùn)練程度分為： A、B、C三個等級。tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2C

17、HhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm3

18、2WGeaUwYDIAWGeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGs