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1、论文题目论文题目：视觉技术在瓶装饮视觉技术在瓶装饮 料生产线上的应用料生产线上的应用 条形条形 码检测码检测答答 辩辩 人人：指导老师指导老师：专专 业业：机械设计制造及其自动化：机械设计制造及其自动化班级：班级：选题的意义选题的意义1论文的基本框架和主要内容论文的基本框架和主要内容2本论文的重点本论文的重点3完成论文写作存在的问题及收获完成论文写作存在的问题及收获4v选题的意义：选题的意义：u随着国民经济的快速发展，条码技术是信息数据自随着国民经济的快速发展，条码技术是信息数据自动识别、输入的重要方法和手段动识别、输入的重要方法和手段, ,现已应用到了商现已应用到了商业、工业、交通运输业等国
2、民经济各行各业。业、工业、交通运输业等国民经济各行各业。u对于生产流水线或物流传送带上的物体条码识别，对于生产流水线或物流传送带上的物体条码识别，传统的扫描器识别方法受条码印刷技术、印制材料传统的扫描器识别方法受条码印刷技术、印制材料以及条码本身的运动速度和角度的影响，基本上无以及条码本身的运动速度和角度的影响，基本上无法识别。法识别。u然而，应用机器视觉技术可以成功地解决流水线上然而，应用机器视觉技术可以成功地解决流水线上运动条码的识别问题，因而，具有非常重要的理论运动条码的识别问题，因而，具有非常重要的理论与实践价值。与实践价值。 选题的意义选题的意义1v论文的基本框架论文的基本框架论文的
3、基本框架和主要内容论文的基本框架和主要内容2提出问题提出问题提出问题提出问题分析问题分析问题分析问题分析问题解决问题解决问题解决问题解决问题 在已有的在已有的条件下，如条件下，如何实现流水何实现流水线上条码的线上条码的自动检测自动检测 首先学首先学习条码和视觉习条码和视觉图像处理的知图像处理的知识，然后是条识，然后是条码图像的如何码图像的如何识别与译码识别与译码 本课题主本课题主要是解决条要是解决条码图像的预码图像的预处理，如何处理，如何定位以及怎定位以及怎样被译码的样被译码的论文的基本框架和主要内容论文的基本框架和主要内容2提出问题提出问题如何实现流水线上条码的自动检测 在生产线上机器视觉技
4、术与条在生产线上机器视觉技术与条形码技术相结合来检测商品条码是形码技术相结合来检测商品条码是否符合出厂要求的应用越来越广泛否符合出厂要求的应用越来越广泛了。在现实生产流水线的条码检测了。在现实生产流水线的条码检测过程中，为了提高检测的效率，可过程中，为了提高检测的效率，可以先设定好动态采集条码图像的机以先设定好动态采集条码图像的机械手（如右图所示的发光的采集设械手（如右图所示的发光的采集设备），让它采集到的条码图像不需备），让它采集到的条码图像不需要几何校正，图像噪声较少以及初要几何校正，图像噪声较少以及初步分割出条码。只有这样，不仅减步分割出条码。只有这样，不仅减少了条码识别编程程序的易读简
5、洁少了条码识别编程程序的易读简洁性，也大大提高了条码被识别的效性，也大大提高了条码被识别的效率。率。初初识识EAN-13码码标标准条准条码码符号符号EAN-13码码的模的模块组块组成成左左侧侧空空白白区区起起始始符符6位位左左侧侧数数据据符符中中间间分分隔隔符符5位位右右侧侧数数据据符符1位位校校验验符符终终止止符符右右侧侧空空白白区区113个模块其中左空11，起3，左数42，中5，右数35，校验符7，终止符3，右空7 一个完整的条码是由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符一个完整的条码是由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符和终止符以及供人识读符组成，如左上图所示。和终止符以及供人识
6、读符组成，如左上图所示。 条码条码 : :由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记, ,用以表示用以表示一定的信息；一定的信息； 空白区空白区: :条码起始符、终止符两端外侧与空的反射率相同的限定区域条码起始符、终止符两端外侧与空的反射率相同的限定区域 条条 :条码中反射率较低的部分；条码中反射率较低的部分； 空空:条码中反射率较高的部分；条码中反射率较高的部分； 起始符起始符: :位于条码起始位置的若干条与空；位于条码起始位置的若干条与空； 终止符终止符: :位于条码终止位置的若干条与空；位于条码终止位置的若干条与空； 中间分隔符中间分隔符:
7、:位于条码中间位置用来分隔数据段的若干条与空；位于条码中间位置用来分隔数据段的若干条与空； 供人识别字符供人识别字符: :位于条码符的下方，与相应的条码字符相对应的、用位于条码符的下方，与相应的条码字符相对应的、用 于供人识别的字符；于供人识别的字符； 商品条形码的条和空组合部分成为条形码符号，对应符号部分由一商品条形码的条和空组合部分成为条形码符号，对应符号部分由一组阿拉伯数字组成，称为代码。条形码符号和条形码相对应，表示的信组阿拉伯数字组成，称为代码。条形码符号和条形码相对应，表示的信息一致。商品条形码就是商品的息一致。商品条形码就是商品的“身份证身份证”，是商品流通于国际市场的，是商品流
8、通于国际市场的“共同语言共同语言”。EAN-13码码的的编码规则编码规则v按模按模块组块组合法合法编码编码的条的条码码符符号中，条与空是由号中，条与空是由标标准准宽宽度度的模的模块组块组合而成。一个合而成。一个标标准准宽宽度的条模度的条模块块用用二二进进制的制的“1”表示表示，一个，一个标标准准宽宽度的度的空模空模块块用用二二进进制的制的“0”表示表示。通用商品条通用商品条码码（EAN-13码码）均属模均属模块组块组合型条合型条码码。v EAN-13 码码中的每一条中的每一条码码字符由字符由2个条和个条和2个空个空组组成，成，每一每一个个条或空由条或空由 14个模个模块组块组成，每一条成，每一
9、条码码字符的字符的总总模模块块数数为为7。它可以。它可以用用10个个数字字符数字字符表示表示：09,其字其字符集的二符集的二进进制表示如右表制表示如右表 所所示。示。“1”和和“2”的字符如右的字符如右图图所示。所示。v论文的主要内容论文的主要内容论文的基本框架和主要内容论文的基本框架和主要内容2解决问题解决问题如何处理采集到的条码图像从而达到更好的识别如何处理采集到的条码图像从而达到更好的识别n由于摄像式获取的条形码图像难免会出现失真、光照不均、模糊等问题，需要采用图像处理将这些对条码识读带来影响的外界因素降到最小，提高条码的识读能力。条码图像处理需要以下几个处理过程：图像灰度化，中值去噪，
10、图像二值化，边缘锐化处理等。EAN-13码图像处理码图像处理方框方框图图v条条码码的的预处预处理理过过程主要有如下五个部分。程主要有如下五个部分。输入条码图像图像预处理灰度处理终止去噪二值化边缘分割及重构边缘锐化灰度灰度处处理理v位位图图是采用位映像方法是采用位映像方法显显示和存示和存储储的的图图像，其中灰度像，其中灰度图图是指只含是指只含亮度信息，不含色彩信息的亮度信息，不含色彩信息的图图像。像。所有所有颜颜色都可以由色都可以由红绿蓝红绿蓝(R、G、B)三原色三原色组组合而成。当一幅合而成。当一幅图图中每个像素被中每个像素被赋赋予不同的予不同的RGB值时值时，就能呈，就能呈现现五彩五彩缤纷缤
11、纷的的颜颜色。在色。在实际应实际应用中，通常采用中，通常采用用调调色板技色板技术术，将，将256色位色位图转图转变为变为灰度灰度图图，灰度与，灰度与RGB值值的的对应对应关系如下关系如下：Y=0.299R+0.587G+0.114B 这样这样，按照上式便可将，按照上式便可将256色色调调色板色板转换转换成灰度成灰度调调色板。如色板。如右右图图所示。所示。中中值值去噪去噪v中中值滤值滤波法是一种非波法是一种非线线性信号性信号处处理方法，与其理方法，与其对应对应的中的中值滤值滤波器在一波器在一定条件下，可以克服定条件下，可以克服线线性性滤滤波器如最小均方波器如最小均方滤滤波，平均波，平均值滤值滤波
12、等所波等所带带来的来的图图像像细节细节模糊模糊问题问题。而且而且对滤对滤除脉冲干除脉冲干扰扰及及图图像像扫扫描噪声最描噪声最为为有效。有效。处处理前后的理前后的对对照照图图如右如右所示。所示。二二值值化化处处理理v在数字在数字图图像像处处理中，二理中，二值值化化处处理占有非常重要的地理占有非常重要的地位。二位。二值值化化图图像的方法有像的方法有很多，其中最关很多，其中最关键键的因素的因素就是找到合适的就是找到合适的阈值阈值。v图图像二像二值值化主要有两个步化主要有两个步骤骤: 1，确定需要分割的，确定需要分割的阈值阈值；2，将分割，将分割阈值阈值与像与像素点的灰度素点的灰度值值比比较较，分割，
13、分割出出图图像的像素。像的像素。实际实际中常中常希望能尽可能减少希望能尽可能减少误误分割分割的概率，而的概率，而选选取最取最优阈值优阈值是一种常用的方法。最是一种常用的方法。最优优阈值阈值是指能使是指能使误误分割率分割率达达到到最小的分割最小的分割阈值阈值。二。二值值化化处处理后的理后的图图像如右。像如右。边缘锐化处理边缘锐化处理v条码条码锐化处理主要用于增锐化处理主要用于增强强其其边缘及灰度跳变部分，边缘及灰度跳变部分，条码图像中条的边缘就是条码图像中条的边缘就是必须要锐化增强的特征信必须要锐化增强的特征信息。息。条码图像条码图像的模糊相当的模糊相当于图像被平均或被积分，于图像被平均或被积分
14、，那么，对图像的锐化就是那么，对图像的锐化就是其反运算其反运算“微分微分”，增强高，增强高频分量的作用，使图像轮频分量的作用，使图像轮廓清晰。廓清晰。v经试验分析可知，条码经试验分析可知，条码图图像采集的质量越好，其边像采集的质量越好，其边缘锐化处理的效果越好。缘锐化处理的效果越好。所以锐化的力度要依据边所以锐化的力度要依据边缘检测的具体情况而定缘检测的具体情况而定。边缘检测边缘检测v为为保保证识别证识别正确率和正确率和识别识别速度，必速度，必须须提高所用特征提高所用特征的的“质质量量”。条条码图码图像中相像中相邻邻的条与空之的条与空之间间的的边边界是界是图图像的最本像的最本质质特征。特征。对
15、对条条码图码图像的像的边缘检测边缘检测是是识别识别条条码码的必由之路。的必由之路。v本课题利用条码图像像素本课题利用条码图像像素灰度分布特点，提出了一灰度分布特点，提出了一种基于条码边缘特征的边种基于条码边缘特征的边缘检测方法。缘检测方法。 所采集得到所采集得到的条码图像像素灰度都服的条码图像像素灰度都服从如右图所示的分布。从如右图所示的分布。 结合条码图像的特点，灰度值分布在50,100的像素点就是条码的“条”，而灰度值分布在150,210的像素点就是条码的 “空”。水平方向上，“条”和“空”的边缘两侧的像素点的灰度发生了跳变，灰度值相差很大。而在竖直方向上，位于“条”中像素点所在列上的点的
16、灰度值都在50,100内变化，同理，位于“空”中像素点所在列上的点的灰度值都在150,210内。l 对条码图像按以下步骤进行边缘检测：对条码图像按以下步骤进行边缘检测：步骤一步骤一: :先求出二值化条码图像，其中的阈值先求出二值化条码图像，其中的阈值 TH TH 和和 TD TD 由直方图灰度统计得出，其经验值分别为由直方图灰度统计得出，其经验值分别为THTH，TDTD；步骤二步骤二: :累计并记录图像列像素值数列；累计并记录图像列像素值数列；步骤三步骤三: :计算并记录相邻两列列像素值之差数列；计算并记录相邻两列列像素值之差数列；步骤四步骤四: :设置阈值，将图像中满足设置阈值，将图像中满足
17、两列列像素两列列像素值之差小于之差小于阈值的列标记为不可能边缘列。的列标记为不可能边缘列。 这样，就把条码图像的边缘检测问题转化成为，求这样，就把条码图像的边缘检测问题转化成为，求解列像素灰度值差信号局部极大值点的问题。解列像素灰度值差信号局部极大值点的问题。 p对条码图像译码的基本原理：先从条码图像中获对条码图像译码的基本原理：先从条码图像中获取每个条和空的宽度，再将量化后的条和空的宽取每个条和空的宽度，再将量化后的条和空的宽度信息转换成模块数量信息，还必须建立模块数度信息转换成模块数量信息，还必须建立模块数量信息与该码制条码字符集之间的映射关系，根量信息与该码制条码字符集之间的映射关系，根
18、据映射关系识读出条码数据。据映射关系识读出条码数据。p按模块组合法编码的条码，究其本质，是以特定按模块组合法编码的条码，究其本质，是以特定宽度的条或空代表二进制的宽度的条或空代表二进制的“1 1”或者或者“0 0”，这，这些二进制的些二进制的“1 1”和和“0 0”本身并不表示任何字符本身并不表示任何字符信息，要将这些信息，要将这些“1 1”和和“0 0”按照一定的规则组按照一定的规则组合起来，才能表示对应字符集里的字符。合起来，才能表示对应字符集里的字符。本论文的重点：条码的译码本论文的重点：条码的译码3边缘重构边缘重构v 以商品以商品EAN-13 码为码为例，它的条例，它的条码码中共有中共
19、有30 个条，个条，条条码图码图像中的条空像中的条空边边界数是界数是该该条条码码“条条”的数量的的数量的2倍。倍。所以，只要确定了一种所以，只要确定了一种码码制的条制的条码码中中“条条”的数量，也的数量，也就得出了就得出了该码该码制的所有条制的所有条码图码图像中的条空像中的条空边边界数界数。所。所以以，所有的，所有的 EAN-13 码码的的图图像中都像中都会会有有 60个条空个条空边边界。界。v本本课题课题中，中，采用将数列采用将数列 A(j) 中元素按数中元素按数值值从大到小从大到小的的顺顺序排序，序排序，选选取前取前60个元素所在列作个元素所在列作为为条条码边缘码边缘就完成了条就完成了条码
20、码的的边缘边缘重构。先重构。先进进行基于条行基于条码边缘码边缘特征特征的的边缘检测边缘检测，再按上述算法，再按上述算法边缘边缘重构。重构。EAN-13码译码算法流程码译码算法流程条码字符分类各数据符条和空宽度（像素数）计算条和空包含的模块数与字符集匹配条码号码条码宽度（像素数）单位模块平均像素数宽度v将数列描述的条空将数列描述的条空宽宽度信度信息按息按EAN-13码码字符集字符集选选择规则择规则与与对应对应字符集字符集进进行行匹配就完成了条匹配就完成了条码码的的译码译码。EAN-13码码字符集的二字符集的二进进制表示制表示见见表表右上右上。 vEAN-13码码的前置的前置码码不用不用条条码码字
21、符表示，不包括在字符表示，不包括在左左侧侧数据符内。右数据符内。右侧侧数据数据符均用字符集符均用字符集C子集表示，子集表示，左左侧侧数据符数据符选选用用A子集子集还还是是B子集取决于前置子集取决于前置码码的数的数值值,见见表表右下右下。条空模块数与字符集相匹配条空模块数与字符集相匹配条码识别系统的实现条码识别系统的实现v本识别系统的软件设计遵本识别系统的软件设计遵循以下设计原则：循以下设计原则：(1)数据结构条理清晰、便于数据结构条理清晰、便于访问访问(2)优化界面设计，方便用户优化界面设计，方便用户访问访问(3)充分考虑应用软件在编制、充分考虑应用软件在编制、修改、调试、运行和升级修改、调试
22、、运行和升级方面的方便方面的方便(4)丰富软件功能，简化硬件丰富软件功能，简化硬件设计，降低成本。设计，降低成本。条码的分类条码的分类条码的识别率条码的识别率 标准质量优质的 条码 96%非标准质量有缺陷的条码 70%v存在的问题存在的问题及展望及展望 到这里为止，由于自己的知识有限以及时间的限制，本到这里为止，由于自己的知识有限以及时间的限制，本课题研究的成果并不能有效地投放到生产流水线上，只能识课题研究的成果并不能有效地投放到生产流水线上，只能识别像素较高的的别像素较高的的EAN-13EAN-13条形码。条形码。 本文主要研究了本文主要研究了EANEAN1313码的自动识别的一部分，对于码
23、的自动识别的一部分，对于下一步的工作，可以在以下几个方面进行：下一步的工作，可以在以下几个方面进行：u优化硬件系统，将外界环境对使图像采集的影响减少到更小，优化硬件系统，将外界环境对使图像采集的影响减少到更小，得到更为清晰有效的条码图像，有利于提高读码效率。得到更为清晰有效的条码图像，有利于提高读码效率。u优化算法，增强实时性，以及提高识别正确率。优化算法，增强实时性，以及提高识别正确率。u建立码制数据库，实现不同码制的条码识别。尤其建立码制数据库，实现不同码制的条码识别。尤其EAN-13EAN-13码码的识别。的识别。 希望后人能够在此基础上把一套实用的系统建立起来，希望后人能够在此基础上把
24、一套实用的系统建立起来，从而用来解决实际问题，将是一件十分有意义的事情。从而用来解决实际问题，将是一件十分有意义的事情。完成论文写作的收获完成论文写作的收获4v主要收获主要收获及致谢及致谢u毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后问题的能力，为以后学习学习和工作打下良好的基础和工作打下良好的基础；也让我明白了条码和图像处理的相关知识。也让我明白了条码和图像处理的相关知识。u本次设计能够顺利完成，尤其要感谢在本次设计中本次设计能够顺利完成，尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的给与我大力支持和帮助的陈从平老师陈从平老师，每有问题，每有问题，陈老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入陈老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去，再次向陈老师表示感谢；还要感到毕业设计中去，再次向陈老师表示感谢；还要感谢我的队友黄旭，是他在我的毕业设计中进行了的谢我的队友黄旭，是他在我的毕业设计中进行了的帮助，使我少走弯路。帮助，使我少走弯路。完成论文写作的收获完成论文写作的收获4三峡大学科技学院三峡大学科技学院感谢各位评委老师的指导！感谢各位评委老师的指导！
