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1、 参考资料 QRQR 码图像的预处理毕业论文码图像的预处理毕业论文 目录目录 目录目录 I I 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 1 1绪论绪论 1 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题研究意义 1 1 3 本文的研究容 1 1 4 本文结构安排 2 2 2 快速响应码及编码原理快速响应码及编码原理 3 3 2 1 QR 码的简介 3 2 2 符号结构 3 2 2 1 符号版本和规格 3 2 2 2 寻像图形 4 2 2 3 分隔符 4 2 2 4 定位图形 4 2 2 5 校正图形 5 2 2 6 编码区域 5 2 2 7 空白区 5 2 3 QR 码的编码原理
2、 5 2 3 1 数据分析 6 2 3 2 数据编码 6 2 3 3 构造最终信息 7 2 3 4 码字在矩阵中的布置 7 参考资料 2 3 5 掩模 7 2 4 本章小结 8 3 3 QRQR 码图像预处理过程码图像预处理过程 9 9 3 1 QR 码图像灰度化处理 9 3 1 1 算术平均值法 9 3 1 2 最大值法 9 3 1 3 加权平均法 10 3 2 图像滤波处理 11 3 2 1 邻域均值滤波 11 3 2 2 自适应滤波 12 3 2 3 中值滤波 13 3 2 4 对上述三种滤波方法进行比较 14 3 3 图像的二值化处理 15 3 3 1 基于背景灰度二值化算法 15 3
3、 3 3 实验结果分析 17 3 4 图像矫正 18 3 4 1 基本的 Hough 变换 18 3 4 2 基于边缘检测的 Hough 变换旋转校正 19 3 5 本章小结 20 4 4 总结和展望总结和展望 2121 4 1 总结 21 4 2 展望 21 致谢致谢 2222 参考文献参考文献 2323 参考资料 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题背景课题背景 由于 QR 码的各种优点 它已被广泛使用 自 20 世纪 70 年代问世以来 发展迅 速 仅仅 30 年时间 它已广泛应用于互联网 商业流通 仓储 医疗卫生 图书情 报 邮政 铁路 交通运输 生产自动化管理等领域 条码技术的应用极
4、大地提高 了数据采集和信息处理的速度 改善了人们的工作和生活环境 提高了工作效率 并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献 二维条码技术具有操作简单 信息采 集速度快 采集信息量大 可靠性高 设备结构简单 成本低等优点 目前已发展 成为当今主要的计算机自动识别技术之一 条码按其结构可以分为一维条码和二维 条码 由于受到信息类型和信息容量的限制 一维条码已越来越不能适应当今社会 为了更好的适应社会发展 研究 QR 码已显得相当重要 1 21 2 课题研究意义课题研究意义 自从 2009 年末 我国铁路车票已采用 QR 码作为防伪标识 QR 码在中国已经大 面积使用 虽然 QR 码在中国起步晚 但发
5、展极其迅速 尤其是 2010 年后 QR 码的 标识已随处可见 智能手机的使用 更加推动其发展 只要扫一扫就能登录 因此 对于 QR 码的研究已显得极其迫切 1 31 3 本文的研究容本文的研究容 对 QR 码图像的处理一般遵循上图步骤 本文主要研究图像预处理和译码过程中 的定位 本文用了 matlab 仿真软件 对研究结果做了可视化对比 可以清晰地看见 改进结果 参考资料 1 41 4 本文结构安排本文结构安排 全文分为四章 各章的容安排如下 第 1 章绪论 先是介绍了一下研究背景 二维码的发展现状 第 2 章介绍了 QR 码和编码原则 介绍了 QR 码的特点和符号特征 详细叙述了 QR 码
6、 的编码特点 QR 码的编码步骤 QR 码各部分功能及信息特点和 QR 码对不同数据信 息的编码规则 第 3 章 QR 码图像预处理 本章主要从灰度化 滤波去噪 二值化 图像定位 插值 算法五个方面做了研究 是全文的核心和重点 第 4 章总结和展望 叙述了一下本文的研究结果 以及后续这一方面的研究方向 对以后的研究者做出提示 2 2 快速响应码及编码原理快速响应码及编码原理 参考资料 对 QR 码进行解码实现 有必要先了解 QR 码的特点 编码规则和原理 本章 主要介绍了 QR 码的符号结构及特点 对编码原理进行了详细的介绍分析 2 12 1 QRQR 码的简介码的简介 QR 码是一种经国际化
7、组织化的矩阵二维条码 也称快速响应码 它具有很好的 安全性和性 纠错能力很强等优点 最主要的是它可以表示汉字 图像 文字等 QR 要比其他二维码的阅读速度更快 数据密度和体积更小等 所以使用起来很方便 2 22 2 符号结构符号结构 QR 码是一种矩阵式二维条码 它是由功能图形和编码区域共同构成的一个正方 形阵列结构 其中功能图形包含定位图形 分隔符 矫正图形等模块 2 而且它是 不能进行数据编码的 编码区域是由数据码字 版本信息等构成 QR 码总共有 40 种版本 分别为 1 到 40 版本 QR 码的符号结构如图 2 1 所示 图 2 1 QR 码符号原理图 2 2 12 2 1 符号版本
8、和规格符号版本和规格 QR 码有 40 个版本 其中版本 1 有 21 21 个模块 3 这样随着版本号每增加一 个 其每边相应的增加 4 个模块 以此类推 可以算出版本 40 有 177 177 个模块 图 2 2 为版本 1 和版本 2 符号的比较 参考资料 图 2 2 版本 1 和版本 2 2 2 22 2 2 寻像图形寻像图形 寻象图形在左 右上方以及左下方的三个方向上的探测图形是一样的 如图 2 1 探测图行是由三个边长不等但同心的正方形构成的 如图 2 3 所示 每个位置 探测图形的模块的宽度比例是 1 1 3 1 1 4 最后通过识别图像中的三个位置 探测模块 进而对 QR 码的
9、方向位置进行确定 图 2 3 QR 码寻象图像 2 2 32 2 3 分隔符分隔符 位置探测图形与编码区域中间会有一个分隔符 其中它的宽度为 1 如图 2 1 所示 2 2 42 2 4 定位图形定位图形 水平定位图形是位于符号的第 6 行 其中是由深色模块组成的 而垂直定位图 形是位于符号的第 6 列 其中是由浅色模块组成的 它们目的是对符号的版本进行 确定 进而确定模块的坐标位置 5 参考资料 2 2 52 2 5 校正图形校正图形 在 QR 码符号中 校正图形的数量是随着版本号的不同而变化 且每个校正图像 包含三个边长不等但同心的正方形 其中模块的大小和颜色分别为 5 5 个深色 3 3
10、 个浅色 1 1 个深色 具体详见附录 E 2 2 62 2 6 编码区域编码区域 在 QR 码符号中 编码区域主要是用来对码字纠错 数据码字 格式 版本等信 息进行编码的区域 完成编码后 QR 码在编码区域中的位置如图 2 2 所示 2 2 72 2 7 空白区空白区 空白区为环绕在符号四周的 4 个模块宽度的区域 且为浅色模块 其主要目的 是区分 QR 码符号和背景中的其他图形 6 2 32 3 QRQR 码的编码原理码的编码原理 QR 码是由数字 字母 汉字和 8 位字节等几种混合模式组成的 QR 码形成的流 程图如图 2 4 所示 参考资料 图2 4 编码原理图 2 3 12 3 1
11、数据分析数据分析 分析输入数据 把数据容解析出来 与此同时 选择适当的模式 对各个序列 进行编码 QR 码包含数字模式 字符模式 汉字模式等不同模式 在符号中 通过 8 在对纠错检测和纠正等级方面的选择时 若对版本 符号没有特定要求时 应该选择和数据相匹配的最小版本 2 3 22 3 2 数据编码数据编码 QR 码符号支持数字 英文字母 特殊符号及汉字的编码等方式 一般使用三种 方式以及混合方式进行编码 其中对英文字母编码 就要用字母编码方式 若要对 数字进行编码 就要用数字编码方式 同理 对汉字进行编码 就要用汉字编码方 式 其中对特殊字符进行编码时 可以使用 8 位字节方式 也可以使用混合
12、方式对 其进行编码 码字是由模式指示符 如表 2 3 码字数量位数 如表 2 4 待 编译的码字三个模块组成的 8 如果出现 0000 二进制时 就说明该符号终止 终止 符本身不是模式指示符 参考资料 表 2 3 模式指示符 表 2 4 字符记数指示符的位数 2 3 32 3 3 构造最终信息构造最终信息 顺序将每块的数据位流和码字纠正组成最终的序列 QR 码中所包含的数据为例 和纠正模块正常情况下可以装满符号的码字容量 若有填不满码字容量的的情况出 现时 一般需要留存 3 4 或者 7 个剩余位填补到编码局域中 并且要求所有的数据 码流要放置在纠正码字的最前面 2 3 42 3 4 码字在矩
13、阵中的布置码字在矩阵中的布置 要将分隔符 校正图像等区域模块放在 QR 码中 并且将创建的信息序列放置编 码局域中 2 3 52 3 5 掩模掩模 为了确保 QR 码识读的可靠性 要把深色模块和浅色模块进行适当的安排 要尽 量避免在符号的其他区域出现位图 1011101 具体的掩膜步骤如下所述 1 掩膜是不能用于功能图形的 2 把许多矩阵图形和编码区域的模块图形进行异或运算 异或运算把 图形模块顺序放置到掩膜图形中 然后要和掩膜中的深色模块的取反相对应 3 对结果图形进行评分 以便估计得到的结果 4 将估分最少的图形作为所选的 参考资料 表 2 6 表示的是掩膜图形的参考和产生条件 掩模图形编
14、码局域中的是真 的模块而产生的 在表中 i 是模块的行位置 j 是模块的列位置 i j 0 0 是左上方的位置 11 表2 6 掩模图形参考和产生条件 掩模图形参考条件 000 i j mod 2 0 001i mod 2 0 j mod 3 0 011 i j mod 3 0 100 i div 2 j div 3 mod 2 0 101 i j mod 2 i j mod 3 0 110 i j mod 2 i j mod 3 mod 2 0 111 i j mod 3 i j mod 2 mod 2 0 2 42 4 本章小结本章小结 本章主要介绍了 QR 码结构 并且对 QR 码编码原
15、理中的数据编码 纠错编码 掩膜等方法进行了仔细分析 最后根据编码原理制作了一幅 QR 码符号图 参考资料 3 3 QRQR 码图像预处理过程码图像预处理过程 由于解码程序要在嵌入式系统中运行 所以要权衡图像预处理中的每一种算法 使其达到最优化效果 进一步确保在解码时 解码系统在识别速度和准确率方面都 能够满足行业的解码标准 因此在本章中 主要通过 matlab 仿真平台对图像预处理 中每一步算法进行比较优化 最终确定本文中所要使用的算法 3 13 1 QRQR 码图像灰度化处理码图像灰度化处理 市面上销售的摄像头一般为彩色摄像头 获取的图像是彩色图 为了减少图片 中无用的数据量 因此需要对采集
16、到的彩色图像进行灰度化处理 彩色图的色彩是 由红 R 绿 G 蓝 B 三个颜色分量确定 而每个颜色分量共有 256 个值 0 255 如果图片颜色为全白 那么三个颜色的分量都为 255 反之 若为全黑 则颜色的 分量为 0 若不进行灰度化处理 运算量会很大 从而会影响系统的速度 由于在灰度图像中的每一个像素点 R G B 的分量是相同的 只有 256 种颜色 最终数据量大大降低 并且图片的细节信息不会丢失 与此同时 提高了系统的运 算速度 2 对图像进行灰度化 一般有以下三种方法 10 3 1 13 1 1 算术平均值法算术平均值法 对每个分量取其均值 那么这个均值就是灰度值 如表达式 3 1 10 3 1 式中 x y 是像素点在图像中的位置 F x y 是灰度值 R x y G x y B x y 分别是像素点的 R G B 分量 通过算术平均值法处理图片后 图片颜色较 深 3 1 23 1 2 最大值法最大值法 将分量中的最大值分配给各个分量 并将其最大值作为该像素的灰度值 如表 达式 3 2 10 3 2 Max 为取像素点 R G B 分量中最大值求得的函数 通过最大值算法操
