开题报告-二维码生成与识别系统的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
与实现----解码器的设计与实现
毕业设计,
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,
开题报告
题目名称:二维码生成与识别系统的设计与实现
--二维码的解码器
一、设计题目依据
课题来源:社会服务项目
设计(研究)的目的和意义:
一维条码是由一组粗细不同,黑白相同的,条,空及相对应的字符(数字字母)组成的条形符号,只是在一个方向(一般是水平方向)表达信息,在垂直方向不表达任何信息,其一定的高度一般是为了便于阅读器的对准。但是一维条形码存储的数据容量较小(30个字符左右),只能包含字母和数字,条码尺寸较大(空间利用率很低)并且一旦损坏就不能识别。二维条形码是在一维条形码的基础上发展起来的,是用某种特定的几何图形按一定的规律在平面上分布的条,空相见的图形来
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
数据符号信息,克服了一维码的缺点。并且由于二维码的信息密度高,存储量大,纠错能力强,而且其本身具有一定的防伪功能而得到迅速发展。国外的二维码技术已经处于应用阶段,并且已研制了性能较好的二维码识别系统。而我国虽也研制出了用于识别二维码的系统,但和国外相比还是有一定的差距的。
由于二维码这种新兴的自动识别技术有其他自动识别技术无法比拟的优势,它一出现就受到的很高的重视。本文研究的解码技术主要针对的是QR码。QR码是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号,它除具有一维条码及其它二维条码所具有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图象多种文字信息、保密防伪性强等优点外,还具有如下主要特点:普通的一维条码只能在横向位置表示大约 20 为的字母或数字信息,无纠错功能,使用时候需要后台数据库的支持,而二维条码是横向纵向都存有信息,可以放入字母、数字、汉字、照片、指纹等大量信息,相当一个可移动的数据库。如果用一维条码与二维条码表示同样的信息,QR 二维码占用的空间只是条码1,11 的面积。二维码已广泛应用与社会的各个系统,如商品信息获取,网站跳转,广告推送,手机电商,防伪追溯,优惠促销,会员管理,手机支付等,因此研究二维码的识别系统具有很重要的意义。
二、文献综述
2.1 二维码识别技术的发展现状
二维码的识别系统主要包括两类:专用二维码扫描器和安装有二维码解码软件的智能平台.下面主要介绍基于软件的二维码识别的发展现状。
二维码扫描器的生产商主要有 ARGOX公司Symbol讯宝公司(2004年被摩托罗拉公司收购)CIPherlab公司以及国内的福建新大陆公司ARGOX公司的AS一 950影像式二维码扫描器具备绿光指引功能。
快拍(QuickMark)二维码是目前移动终端上最快的一维码二维码解码软件之一 , 支持 Apple105 Android Windows phone 和symbian560四种智能手机平台 , 具有快速识别自动解码等功能并针对互联网应用 ,增加一维码产品信息查询联网搜索信息二维码生成分享网址 URL直接访问等功能 。
我查查是一款基于图形传感器和移动互联网的商品条形码比价的生活实用类手机应用。条码扫描支持一维EAN码、QR码(二维码)、二维WEPC码和快递单号(code128码)等。通过我查查,照一照商品条码,哪家店有卖、售价多少、店家的电话地址、营业时间、网址等等信息,马上会显示在手机屏幕上。
QR扫描器为iPhone及iPod Touch而设的一个便携式QR码扫描器。快速及有效的实时自动检测模式。有以下特点- 实时扫描模式- 通过电邮、FaceBook或Twitter分享出去- 综合网页浏览器- 综合地图浏览- 新的界面设计- 创建属于您的QR码- MECARD支持- 网膜图形- 用电邮发送扫描的照片。
此外,微信、QQ也有二维码解码功能。
二维码解码软件的实现依赖于二维码解码算法 , 但是二维码解码算法过程复杂 , 而且使用的相关技术繁多, 所以目前的解码算法的研究主要是对解码算法过程中关键技术的研究。
二维码扫描器采用硬件解码 , 具有识别效率高可识别多种二维码适应能力强等优点, 但是技术封闭且价格昂贵; 而二维码解码软件采用软件解码 , 具有成本低技术开放等优点, 但是识别效率一般 , 对运行平台要求较高, 而且目前仅能识别QR码 。
此外 , 可以通过对二维码进行改造来提高识别效率Microsoft Tag , 即彩色条码可以利用较低的分辨率条码图像来提供较高的数据容量 , 与传统二维码相比, 彩色条码降低 了对采集图像分辨率的需求。Ankit Mohan 等结合光学原理和二维码技术 , 设计了一种新的载体形式 , 取名为Bokode , 基本原理为在二维码上添加透镜( 或者是具有小孔的隔光片), 实
现对Bokode的远距离识别 。
2.2 研究内容和创新之处
本文主要围绕二维码的解码的关键技术进行研究。主要研究基于图像处理的二维码解码关键技术 ,分析比较了图像预处理 , 二维码定位技术 以及数据纠错过程中的关键算法 , 并在此基础上详细设计了基于图像处理的QR码解码算法 , 主要对二维码的二值化算法和QR码定位算法进行改进 , 并对改进算法的性能进行分析。本文的主要工作包 括 : 分析基于图像处理的二维码解码算法中的关键技术 ; 详细设计基于图像处理的QR码解码算法 , 对二维码图像的二值化算法和QR码定位算法进行改进 , 并对改进算法进行性能分析 。
2.3 二维码的应用领域
在国外,二维条码技术已经广泛应用于政府部门(如:档案管理)、公共安全(如:枪械证、身份证)、交通运输(如:驾驶证)、邮政(如:包裹单)、医疗保健(如:医疗卡)、工商行政管理(如:代码证、营业执照)、金融业(如:银行的汇票、支票)、海关(如:海关报关单)等需要信息携带、信息传递、信息防伪的汇票、支票)、海关(如:海关报关单)等需要信息携带、信息传递、信息防伪的行业。例如美国在身份证、驾驶证、军人证等证件中,除了将人的姓名、单位、地址、电话、个人简历等信息进行编码外,还将人体的特征、如指纹、视网膜扫描以及照片等个人信息存储在可识别的条码中。二维条码己在美国、加拿大、新西兰等国家的交通部门的执照年审、车辆违章登记及年检上全面应用。许多发展中国家如菲律宾、埃及、巴林等国及我国的香港特区、台湾省也在各种个人证卡中采用二维条码,并迅速推广。
三、设计(研究)内容
3.1 系统功能需求
本系统是实现二维码的编码与译码。首先根据二维码的编码规则生成二维码,然后采集二维码,将采集的二维码图像郊游解码器进行解码。
二维码可以包含许多信息,最常见的是一些产品信息。当然还可以包含一个链接地址;一个短信内容;一个后台应用程序等。本解码器主要实现下面几个功能:
1. 显示产品信息
如果二维码包含的是这一类信息,就直接显示出来。
2. 跳转链接地址
如果二维码的信息是一个链接地址,那么本软件就调用相应的浏览器去打开这个链接地址。 3. 发送短信
如果二维码的信息是一跳短信息,那么本软件就调用发短信的程序去发送这个短信。 4. 打开后台应用程序
如果二维码的信息是运行一个后台应用程序,那么本软件就调用程序去打开这个后台应用程序。
系统的功能需求流程图如下所示:
二维码生成
采集图像
解码
应用 短信链接 一般 程序 息 地址 信息
是 是 是 是
打开 发送 网页显示 显示
图1. 系统功能图
3.2 二维码解码功能的设计
基于图像处理的二维码解码算法大体上可以分为五个步骤: 图像预处理 定位与校正 读取数据 纠错以及译码 。解码流程如下图所示:
开始
图像预处理
定位与校正
读取数据
数据纠错
译码
结束
.
图2. 解码流程图
3.21. 图像预处理
二维码图像预处理可以分为3个部分: 彩色图像的灰度化,图像去噪以及利用灰度图像二值化技术分割图像。 如果原始采集 图像为彩色 图像 , 首先需要进行灰度化处理,然后进行中值滤波 ; 最后根据二值化的图像进行图像分割。
1. 图像灰度化
在通常状态下通过数码相机等摄像设备获取的,,二维码图像是彩色的和灰度图像相比彩色图像含有的信息量大占用的存储空间更多并且对彩色图像的处理过程相对复杂运算量也比较大因此有必要将彩色图像进行灰度化处理以减少后续处理步骤的运算量 标准的灰度值计算公式为,,,,,(,,,,,,(,,,,,,(,,其中,,,分别表示红绿蓝三种颜色分
量,表示灰度值它们的数值范围都在,,,,之间。
2. 图像去噪
由于采集到的图像可能存在噪点,所以必须对图像进行去噪,将图像平滑。图像平滑方法有很多种,主要用到中值滤波。
3. 图像二值化
标准的二维条码图像是由黑白两种小的模块组合而成的因此在经过图像灰度化处理后需要对所得图像进行二值化处理图像二值化就是将一幅多个灰度级的图像转化为只有两个灰度级的图像以便于数据的压缩特征的突出以及图形的识别 图像二值化的方法是通过预先设定的一个阈值将灰度图像的像素分成大于阈值和小于阈值的两个部分只要阈值选择的合适就可将图像中的背景和条码符号区域分开。
3.22. 定位与校正
定位算法就是在图像中找到二维码图形的确切位置的方法 , 同时得到二维码的尺寸 所覆盖的区域范围 ,边缘等信息。二维码一般为矩形 , 所以二维码的定位过程实际就是求矩形四个顶点的坐标值的过程 。二维码的定位算法的主要研究方向有两个 : 一是利用不同二维码的结构特征来定位二维码 , 即在图像中寻找二维码结构中的寻像图像 ,通过寻像图像来定位二维码; 二是利用二维码的形状特征 , 二维码通常是矩形 , 而且边缘较为整齐 , 可 以先通过图像识别技术确定二维码的边缘 , 在通过边缘的信息计算出二维码的精确位置。
采集图像时图像可能发生改变,如果图像仅仅是位置和角度上发生改变 , 可以直接通过 图像的平移和旋转来进行校。但是实际情况下 , 往往由图像采集角度和QR码本身的不平整 , 导致采集到得图像发生畸变 , 所以需要更为复杂的校正操作。
3.23. 译码过程
从识读一个 QR 码符号到输出数据字符的译码步骤是编码程序的逆过程。 1 定位并获取符号图像。深色与浅色模块识别为由“0”与“1”组成的阵列。 2 识读格式信息(按需要去除掩模图形并完成对格式信息模块的纠错,识别纠错等级与掩模图形参考)。
3 识读版本信息〔如果应用),确定符号的版本。
4 用掩模图形〔掩模图形参考已经从格式信息中得出)对编码区域的位图进行异或处理,消除掩模。
5 根据模块排列规则,识读符号字符,恢复信息的数据与纠错码字。
6 用与纠错等级信息相对应的纠错码字检测错误,如果发现错误,则进行纠错。 7 根据模式指示符和字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。
8 最后,按照使用的模式进行译码,得出数据字符并输出结果.
相关解码算法
确定寻像图形方位
算法描述:
1) 选择图象的反射率最大值与最小值之间的中值确定阈值,使用阈值将图象转化为一系列深色与浅色像素。
2) 确定寻象图形,在QR码中的寻象图形由位于符号的4个角中的3个角上的3个相同的位置探测图形组成。每一位置探测图形的模块序列由一个深色—浅色—深色—浅色—深色次序构成,各元素的相对宽度的比例是1?1?3?1?1。
a. 当探测到预选区时,注意图像中一行像素与位置探测图形的外边缘相遇的第一点和最后一点A和B(图3-1)。对该图像中的相邻象素行重复探测,直到在中心方块X轴方向所有穿过位置探测图形的直线被全部识别。
b. 重复步骤a,在图象的Y轴方向,识别穿过位置探测图形中心方块的所有象素行。
图3-1 位置探测图形扫描线
对数字模式编码进行译码
首先定义变量:dataLength(数据流长度) strData(数据流信息)
算法描述:
初始条件:
结果值strData初始化为空值
当dataLength大于0时如果dataLength 大于等于3,将后10 位数据取出转换为整数放入结果strData中并将dataLength减去3 。如果dataLength等于2,将 后7位数据取出转换为整数放入结果strData中并将dataLength减去2 ,如果dataLength等于1,将 后4位数据取出转换为整数放入结果strData中,并将dataLength减去1 返回结果strData . 对字符模式编码进行译码
对字符模式译码的规则基本上为对字符模式编码规则的逆过程,和数字牧师的译码相似。 对汉字模式编码进行译码
算法描述
将后13位数据取出转换为整数将结果除0x60商值放入变量higherByte,余数值放入lowerByte利用公式tempWord=(higherByte << 8) + lowerByte计算; 如果tempWord + 0xA6A1 <= 0xFAFE&&tempWord + 0xA6A1>=0xB0A1 tempWord + 0xA6A1放入strData中; 否则tempWord + 0xA1A1放入strData中; 将dataLength减去1; 返回strData;
3.2
四、设计(研究)基础
4.1 系统开发涉及到的技术
由于该系统是针对android摄像头系统,所以设计者必须要了解android开发的基础知识,特别是了解android设备摄像头的编程知识。本系统最主要涉及到的技术就是图像处理技术,这也是本系统的核心技术。其中,图像处理技术会用到图像二值化,图像的去噪,图像平滑,图像分割等技术。除此之外,还会涉及到一些java的基础知识和一些常用的数据结构和常用的算法。
4.2 本人目前熟悉的技术
由于已学习过数据结构和java,因此,对于java,常用数据结构和算法还是比较熟悉的。至于图像处理这方面,前一段时间本人也学习了基于Opencv的图像处理技术,如果用opencv的库函数处理应该是很方便的。至于android这方面,本人现在还在学习中。
4.3 系统的软硬件支持
本系统是针对android系统的,所以,所以必须必须运行在android系统下的软件中。至于硬件没有太高的要求,只要一般手机硬件就能支持。当然,如果手机硬件配置高,运行起来会更完美。
五、
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
进度
第1~2周:完成开题报告、译文等文档
第3周:提交开题报告、译文、
实习报告
酒店前台实习报告法院实习报告铁路实习报告链家实习报告寒假实习报告
、任务书等文档 ;
进行需求分析、功能分析、性能分析
第4~5周:开题答辩;系统设计、据库设计、页面设计、算法设计等 第6~10周:系统实现与测试
第11~13周:撰写毕业设计论文,完善系统
第14周:系统验收,提交毕业设计论文
第15周:毕业设计答辩
第16周:毕业论文修改
六、参考文献
[1] 张建德 , 邵定宏 . 改进的基于彩色空间距离的图像灰度化算法 [ J ] .机械与电子, 2
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[2] 中华人民共和国国家标准,,,,,,,,,,,,,(快速响应矩阵码[,](
[3] 刘发耀(,,条码识别方法的研究(国防科学技术大学.,,,,,(,):,,,,,.
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[5] 周利红,刘书家 . Q R码图像处理和译码方法研究[ J ] . 北京工商大学学报(自然科学
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[6] Comparison of Data Matrix and QR Code. Technical report,Consumer Electronics
Association, 2001.
[7] Choosing the best 2D barcode format for mobile apps. Technical report, Semacode,
2006.
[8] Visual C++数字图像处理/谢风英,赵丹培主编.-北京:电子工业出版社,2008.9
ISBN 978-7-121-06748-8.