一种二维码检测方法与系统

技术领域

本申请涉及二维码检测技术领域，尤其涉及一种二维码检测方法与系统。

背景技术

二维码是用特定的几何图形按一定规律在平面分布的、黑白相间的、记录数据符号信息的图形。二维码在生产应用中常通过印刷的形式呈现，在使用时通过图像输入设备或光电扫描设备可以读取二维码的内容。

在读取二维码的过程中，通过按比例检测二维码中位置探测图形的长度来读取二维码。但在生产应用中，印刷二维码时，因为印刷工艺的缘故会导致二维码产生过度印刷和欠印刷的情况。进而导致位置探测图形的长度比例发生变化，无法检测二维码。

发明内容

本申请提供了一种二维码检测技术，以解决位置探测图形的长度比例发生变化，无法检测二维码的问题。

本申请提供了一种二维码检测方法，其步骤包括：

扫描目标二维码，获得目标二维码图像；

对所述目标二维码图像进行预处理，得到预处理图像；所述预处理的过程包括图像降采样和图像二值化；

对所述预处理图像进行特征点提取，得到位置探测图形中心点；

根据所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，组合所述位置探测图形得到候选二维码图像。

进一步的，对所述目标二维码图像进行预处理的步骤包括：

降采样处理所述目标二维码图像，得到降采样图像；

二值化处理所述降采样图像，得到预处理图像。

进一步的，对所述降采样图像进行二值化处理的步骤包括：

对所述降采样图像分块处理，得到若干个分块降采样图像；

二值化处理所述若干个分块降采样图像，得到并组合若干个分块二值化图像，得到二值化图像；

根据所述二值化图像的像素分布，消除所述二值化图像中的孤立元素，得到预处理图像。

进一步的，对所述预处理图像进行特征点提取的步骤包括：

根据所述预处理图像中的水平方向的像素分布，水平筛选得到水平方向对称点；

根据所述预处理图像中的垂直方向的像素分布，垂直筛选得到垂直方向对称点；

按预设角度旋转图像，从所述水平方向对称点和所述垂直方向对称点中选出位置探测图形中心点。

进一步的，水平筛选得到水平方向对称点的步骤包括：

以行为单位，遍历所述预处理图像，获取所述图像的行像素段的特征值；所述特征值包括所述行像素段的长度、起始位置、以及数量；

根据所述特征值，筛选出水平方向对称点。

进一步的，根据所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，组合所述位置探测图形得到候选二维码图像时，还包括：

判断所述位置探测图形是否符合组合标准；

若所述位置探测图形符合组合标准，则组合所述位置探测图形，得到候选二维码中间图像。

将所述候选二维码中间图像的模块尺寸扩充，得到候选二维码图像。

进一步的，判断所述位置探测图形是否符合组合标准的步骤包括：

判断所述位置探测图形的模块尺寸是否匹配；

和/或，判断所述位置探测图形中心点是否能构成预设三角形；

和/或，判断所述位置探测图形的主方向是否一致。

进一步的，判断所述位置探测图形中的所述位置探测图形中心点是否能构成预设三角形的步骤包括：

连接所述位置探测图形中心点，得到位置探测三角形并获取每条边长的长度；

求取所述位置探测三角形的两条短边的比值；

若比值在预设范围，则判定能构成预设三角形。

进一步的，判断所述位置探测图形的主方向是否一致的步骤包括：

根据所述位置探测图形中心点，和所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，求取最小外接矩形；

求取所述最小外接矩形与预设方向的倾斜角；

若所述倾斜角均符合预设范围，则判定所述位置探测图形的方向具有一致性。

本申请还提供了一种二维码检测系统，包括：图像采集模块和图像处理模块。

图像采集模块用于扫描目标二维码，获得目标二维码图像；

图像处理模块用于对所述目标二维码图像进行预处理，得到预处理图像；所述预处理的过程包括图像降采样和图像二值化；

图像处理模块还用于对所述预处理图像进行特征点提取，得到位置探测图形中心点；

图像处理模块还用于根据所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，组合所述位置探测图形得到候选二维码图像。

由上述技术方案可知，本申请提供了一种二维码检测方法与系统。首先扫描目标二维码，获取目标二维码图像。然后，通过降采样和二值化对目标二维码图像进行预处理得到预处理图像，以减少目标二维码图像的数据量，同时增强目标二维码图像的对称性。接着提取预处理图像中的位置探测图形中心点，以确定位置探测图形。并且对位置探测图形是否符合组合标准进行判断，在位置探测图形符合组合标准时，将位置探测图形组成候选二维码图像。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的二维码过度印刷、欠印刷的示意图；

图2为本申请实施例提供的二维码检测方法步骤示意图；

图3为本申请实施例提供的二维码检测方法流程示意图；

图4为本申请实施例提供的降采样处理效果示意图；

图5为本申请实施例提供的二值化处理效果示意图；

图6为本申请实施例提供的特征点筛选示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

二维码在生产中，可以印刷在工业产品的表面以便于机器扫描存档，同时工业产品对应的二维码上也可以包括与产品本身相关的信息，以供用户扫描即时获取目标信息。在生活中，二维码也可以通过印刷的方式以用于收付款等生活中常见功能。如图1所示，在印刷的过程中，因产品放置的位置或印刷工艺流程的影响，会导致二维码出现过度印刷或欠印刷的情况。

在识别二维码的过程中，需要按照一定长度比例读取位置探测图形，几个位置探测图形组成候选二维码图像。在印刷过程中出现问题，位置探测图形的比例会发生改变，进而不能组成候选二维码图像，读取设备也无法识别二维码，导致生产效率下降或影响在生活中的应用。

鉴于上述问题，本申请提供了一种二维码检测方法，结合图2和图3对其步骤进行说明：

S101：扫描二维码，获得目标二维码图像。

扫描二维码的过程一般通过图像采集设备完成，图像采集设备包括但不限于生活中常见的手机摄像头、手持扫码设备、工业摄像头等。具体的操作为，将图像采集设备对准目标二维码，使得目标二维码全部呈现在摄像头的采集画面中即可获得目标二维码图像。

在目标二维码图像的显示未有异常的情况下，扫描目标二维码之后即可得到目标二维码包含的相关信息。在目标二维码图像的显示存在异常的情况下，还需要对目标二维码图像进行优化处理以筛选出合适的候选二维码图像，获得与候选二维码图像相关的信息。

S102：对所述目标二维码图像进行预处理，得到预处理图像。

目标二维码图像在异常的情况下，图像处理中心无法解析目标二维码图像，因此需要对目标二维码图像进行预处理以重新得到可以识别的预处理图像。预处理的步骤包括：

降采样处理所述目标二维码图像，得到降采样图像；

二值化处理得到所述降采样图像，得到预处理图像。

预处理目标二维码图像的过程包括图像降采样和图像二值化。图像降采样也可称为“下采样”是采用比当前图像更少的采样点数，构成降采样图像。例如，降采样的过程中存在降采样系数k，当降采样系数k为2时，则在原图像的行与列中，每隔2个点进行一次采样，最后将得到的所有点组合成降采样图像。当k为4，则每隔4个点进行一次采样，最后将得到的所有点组合成降采样图像。

如图4所示，降采样图像相比于目标二维码图像的数据量更小，因此处理图像的过程中降低了图像中的噪声干扰。同时，较小的数据量，使得降采样图像的对称性更加突出，对称性突出则更有利于寻找位置探测图形中心点。

此外，降采样系数还对处理图像的时间有一定影响，在保证降采样图像可以有效体现出对称性的基础上，需要获得更高的处理效率，以避免扫描目标二维码耗费过长时间影响用户体验。本申请的采样系数可选用2、4、8、16、32、64。

降采样图像的颜色因显示原因，颜色区分并不明显，导致采样点之间可能因为颜色区分不明显过于接近，导致对称性不明显，进而无法筛选出位置探测图形中心点。因此，还需要对降采样图像进行二值化处理。

如图5所示，二值化处理是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，即将降采样图像上的像素点的灰度值分别设置为与其本身更接近的灰度值，使得降采样图像呈现为黑白图像的效果，得到预处理图像。只呈现黑白图像的预处理图像的对称性更加明显，有利于位置探测图形中心点的筛选。

如图所示，执行二值化处理的步骤包括：

对所述降采样图像分块处理，得到若干个分块降采样图像。

降采样图像为一个完整的图像，在对降采样图像进行处理的过程中，需要逐个对每个像素点进行提取、处理。组成一个图像的像素点的数量极大，因此数据处理量极大，耗费的时间过长，影响生产效率。因此，对降采样图像进行分块处理，得到若干个分块降采样图像，同时对若干个分块降采样图像进行后续处理，极大的节省了图像数据处理的时间。

在将图像均分为8块时，相对于逐一处理完整的降采样图像所需要的用时即为八分之一；在将图像均分为16块时，相对于逐一处理完整的降采样图像所需要的用时即为十六分之一。可见，分块处理的方式极大的提升了图像数据处理的效率。

二值化处理所述若干个分块降采样图像，得到并组合若干个分块二值化图像，得到二值化图像。

在二值化处理的过程中，可以设定一个灰度参考值以区分0灰度值和255灰度值的分配。降采样图像中的像素点分别有各自对应的灰度值，在二值化分配灰度值时，根据灰度参考值和像素点的灰度值分配0灰度值和255灰度值，以保证降采样图像不会因为二值化处理失真，甚至数据丢失进而无法识别。

根据所述二值化图像的像素分布，消除所述二值化图像中的孤立元素，得到预处理图像。

降采样处理改变了采样点数，二值化处理改变了像素点的灰度值，因此在对降采样图像进行二值化处理后得到的图像可能会存在孤立元素。孤立元素在获取行、列的像素段特征值时会给数据处理增加难度，其本身不足以影响位置探测中心点和位置探测区域的判定，但在计算过程中也会被算作一个单独的像素段，导致计算时间增加，影响生产效率。

为了保证孤立元素不会影响计算效率，需要将二值化图像中的孤立像素清除。清除孤立元素的原则依据通过检测每个元素上、下、左、右四个邻域的像素颜色，判断是否需要清除孤立元素。例如，孤立元素的上、下、左、右同为黑色，则将孤立元素置为黑色。

S103：对所述预处理图像进行特征点提取，得到位置探测图形中心点。

特征点提取即在预处理图像中筛选出如图所示的特征点即位置探测图形中心点。位置探测图形中心点包含于位置探测图形，候选二维码图像一般是由三个位置探测图形组成，根据三个位置探测图形的位置可以补充为候选二维码图像的四边形有效扫描区域。因此位置探测图形的中心点用于确定位置探测图形是否有效，进一步的可确定候选二维码图像是否有效。

在检测二维码的过程中，以无效的位置探测图形中心点确立的位置探测图形，组成候选二维码图像后会增加检测二维码的处理时间，对检测过程造成干扰，因此特征点提取得到位置探测图形中心点可以有效地提高二维码检测效率。

如图6所示，对预处理图像进行特征点提取的具体步骤包括：

根据所述预处理图像中的水平方向的像素分布，水平筛选得到水平方向对称点。

根据所述预处理图像中的垂直方向的像素分布，垂直筛选得到垂直方向对称点。

按预设角度旋转图像，从所述水平方向对称点和所述垂直方向对称点中选出位置探测图形中心点。

水平方向对称点、垂直方向对称点的执行顺序可以更换。水平方向对称点、垂直方向对称点均是为了筛选位置探测图形中心点并确定位置探测图形区域。因此，水平方向对称点、垂直方向对称点均是位于位置探测图形中的点。通过筛选水平方向和垂直方向均对称的点可以初步确认位置探测图形中心点，进一步的还需判断其中心对称性。因此再将降采样图像分别按45°和135°进行旋转，对初步确认的位置探测图形中心点，按照水平、垂直方向的筛选方式再次进行筛选，得到位置探测图形中心点。

如图所示，以筛选水平方向对称点为例，对其步骤进行说明：

以行为单位，遍历所述预处理图像，获取所述图像的行像素段的特征值；所述特征值包括所述行像素段的长度、起始位置、以及数量；

根据所述特征值，筛选出水平方向对称点。

水平方向的筛选对应于预处理图像中每一行的像素段筛选。在一些实施例中，候选位置探测图形中心点所在行，在位置探测图形的范围内对应5个像素段，5个像素段的极性分别为白-黑-白-黑-白。因此，可以通过对5个像素段的长度进行分析，判断所述行是否为对称图形，进而判断候选位置探测图形中心点在水平方向是否有效。

分别获取5个像素段的长度，按照从左到右的顺序排列5个像素段。并且，求取第1段像素段的长度与第5段像素段的长度的比值，求其第2段像素段的长度与第4段像素段的长度的比值。求得比值均在0.6～1.5范围内。还求取第1段像素段与第5段像素段的均值长度，第2段像素段与第4段像素段的均值长度，对两个均值长度以及第3段像素段的长度进行比较，求取三者中的最大值与最小值的比值，求得比值小于15。因求得的比值均在预设范围内，因此位置探测图形的中心点在水平方向有效。

接着从垂直方向对垂直方向的候选位置探测图形中心点进行筛选，所采用的步骤与水平方向基本一致，在此不再赘述。因为重构候选二维码需要准确的位置探测图形组成，因此还需判断候选位置探测图形中心点是否为中心对称点。在已经验证水平方向和垂直方向的位置探测图形中心点的基础上，将预处理图像旋转45°和135°。并按照水平方向的判断条件再次对水平方向和垂直方向的候选位置探测图形中心点进行判断。

经过水平方向、垂直方向以及中心对称方向的判定处理后，将符合全部条件的候选位置探测图形中心点标记为位置探测图形中心点。

S104：根据所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，组合所述位置探测图形得到候选二维码图像。

通过对位置探测图形中的位置探测图形中心点进行有效判断后，得到有效的位置探测图形，并可以根据位置探测图形组成二维码图像以供扫描。

如图所示，在一些实施例中，工业扫描摄像头对生产线上的产品进行扫描，产品上均设有二维码以表征产品信息。由于在印刷时，印刷设备位置设置不当，二维码印刷倾斜且效果模糊。工业扫描摄像头扫描二维码后传输至图像处理中心，图像处理中心获取产品上的二维码图像。

图像处理中心对二维码图像进行降采样以及二值化处理得到对称性良好且黑白颜色分明的预处理图像。预处理图像上可以明显看到分布在左上角、左下角以及右上角的位置探测区域，分别对位置探测区域中的位置探测中心点进行有效性判断，即对位置探测区域进行特征点提取，得到位置探测中心点。在判断得到位置探测区域有效后，则将3个位置探测区域组合，并且根据位置探测区域的长、宽以及坐标扩充得到候选二维码图像。图像处理中心根据候选二维码图像，解析得到候选二维码图像对应的信息。

上述实施例中，判断位置探测图形以得到候选二维码图像的步骤包括：

判断所述位置探测图形是否符合组合标准；

若所述位置探测图形符合组合标准，则组合所述位置探测图形，得到候选二维码中间图像。

将所述候选二维码中间图像扩大，得到候选二维码图像。

常用的二维码中的位置探测图形数量多为3个，因此通过位置探测图形中心点确定的位置探测图形也为3个。3个位置探测图形可以进一步的形成候选二维码，因此3个位置探测图形需要符合组合标准才能组成可以被识别的候选二维码。

组合标准即用于衡量位置探测图形是否合适的标准，其具体判断方式包括：

判断所述位置探测图形的模块尺寸是否匹配；

和/或，判断所述位置探测图形中心点是否能构成预设三角形；

和/或，判断所述位置探测图形的主方向是否一致。

模块尺寸用于描述位置探测图形的具体大小，位置探测图形的模块尺寸应大致相同，以有利于根据3个位置探测图形推测出四边形的候选二维码。为了更好的构成候选二维码，位置探测图形中心点的连线最好可以构成等腰直角三角形。在位置探测图形的模块尺寸符合标准的情况下，即使其各自连线可以构成等腰直角三角形，因其各自的主方向不同，其构成的候选二维码区域未必为四边形，因此无法识别。因此还需要对探测图形的主方向进行判断，在主方向一致的基础上，才认定当前3个位置探测图形符合标准。

在判断位置探测图形的模块尺寸是否匹配时，通过计算模块尺寸的方差，并与三个位置探测图形的模块尺寸的均值对比。所述均值前配置有一个系数，在上述实施例中，所述方差小于0.3倍的所述均值，则初步认定三个位置探测图形能组合成候选二维码。

判断所述位置探测图形中的所述位置探测图形中心点是否能构成预设三角形的步骤包括：

连接所述位置探测图形中心点，得到位置探测三角形并获取每条边长的长度；

求取所述位置探测三角形的两条短边的比值；

若比值在预设范围，则判定能构成预设三角形。

判断是否能构成预设三角形，可以通过对角度设置标准值/范围以判定三个位置探测图形中心点组成的三角形是否为等腰直角三角形。通过边比值进行判断，其与角度之间可以通过三角函数的公式进行转换，因此判断是否能构成预设三角形的方式不局限于通过边之间的比值，还包括直接对角度设置阈值。在上述实施例中，各个边之间的比值均在0.77～1.3之间，因此，视为可以构成预设三角形。

判断所述位置探测图形的主方向是否一致的步骤包括：

根据所述位置探测图形中心点，和所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，求取最小外接矩形；

求取所述最小外接矩形与预设方向的倾斜角；

若所述倾斜角均符合预设范围，则判定所述位置探测图形的方向具有一致性。

主方向的一致性通过最小外接矩形之间倾斜角度的差值判断一致性，所述差值可以设置阈值以判断一致性。在根据位置探测图形中心点建立最小外接矩形后，还需设置同一个预设方向，所述倾斜角度即为外接矩形与预设方向之间的角度。对三个角度进行差值计算，在上述实施例中，差值均小于0.34，则判定主方向一致性一致。

在三个位置探测图形的模块尺寸相近、三个位置探测图形中心点能构成等腰直角三角形以及三个位置探测图形的主方向一致的情况下，判定实施例中的三个位置探测图形可以组成候选二维码。为了更好的识别候选二维码，还可以适当的等比例扩大候选二维码。

本申请还提供了一种二维码检测系统，包括：图像采集模块和图像处理模块；

图像采集模块用于扫描目标二维码，获得目标二维码图像；

图像处理模块用于对所述目标二维码图像进行预处理，得到预处理图像；所述预处理的过程包括图像降采样和图像二值化；

图像处理模块还用于对所述预处理图像进行特征点提取，得到位置探测图形中心点；

图像处理模块还用于根据所述位置探测图形中心点所在的位置探测图形，组合所述位置探测图形得到候选二维码图像。

由上述技术方案可知，本申请提供了一种二维码检测方法与系统。首先扫描目标二维码，获取目标二维码图像。然后，通过降采样和二值化对目标二维码图像进行预处理得到预处理图像，以减少目标二维码图像的数据量，同时增强目标二维码图像的对称性。接着提取预处理图像中的位置探测图形中心点，以确定位置探测图形。并且对位置探测图形是否符合组合标准进行判断，在位置探测图形符合组合标准时，将位置探测图形组成候选二维码图像。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。