基于图像处理的一维条形码识别

1.绪论

1.1 研究目的及意义

条形码技术在现实中的使用非常普遍，对于提高电脑的键入速率和精度具有非常大的意义。伴随着像是智能手机等这样的移动智能终端的大量使用，用户对于键入的速率和精度提出了更高的需求，条形码正是因为可以为用户提供快捷、精确的信息，所以在当前的移动网络中，条形码发挥了日益显著的功能。

如今，条形码技术已经渗透到了商业、交通运输、图书管理、物流配送以及军事、工程项目等国民经济和人民的日常生活之中，极大地促进了社会经济的发展。当前，条形码尤其是商品、图书等领域中的条形码的辨识，大多都是依赖于条形码扫描装置（比如现在市面上最常见的是激光读码器）来实现的，尽管其精度很高，但由于其价格昂贵，而且不便于随身携带，所以在实践中很难以大规模地推广。伴随着时代的发展，科技的不断发展，以及越来越多的移动智能终端的出现，使得很多人都渴望突破这个局限，以达到更快捷、更精确地获得相关的资讯。比如说，当一个人在商场里进行购物的时候，他可能会想要使用自己的智能手机来辨认商品上的条形码，并使用移动网络来搜索商品的相关资讯，进而了解商品的真正资讯，进而确定自己的购买决策。由于人类期望仅靠一款带有照像功能且价格低廉的手机就可以实现条形码的识别，从而可以打破时间和空间的局限，在任何时间、任何地点实时地实现条形码信息的采集，而以图像处理为基础的条形码识别技术则符合了人类的实际需要，有着广泛的应用潜力。

总的来说，与传统的以硬件扫描设备为基础的条形码辨识器相比较，以影像处理为基础的条形码辨识技术，其主要拥有如下优点：（1）装置成本较高，仅对移动终端装置具备的摄影功能和一定的信息处理能力提出了需求，现在大部分的移动终端装置都具备了这个能力，比如，只要在智能手机上安装了对应的条形码辨识程序，就可以对条形码进行辨识。(2)便于随身携带，所述的手机终端装置便于随身携带，并且可以在任何时候，任何地点，任何时间，都可以实时获得与条形码有关的资料；(3)具有较高的整体处理性能，一般采用的是硬体的条码扫描仪，一般都是针对某一种条码，比如 UPC条码扫描仪，仅能够对 UPC条码进行辨识，对于其他条码则没有辨识的功能，但是通过影像分析，条码辨识技术能够在设定的运算法则中，对条码的类别进行判定，进而能够根据需要选取对应的条码辨识方法，对条码进行译码。总之，利用数码影像技术进行条形码的辨识，对于提升手机使用者的资讯输入量，提升手机使用者的资讯输入量，将是非常有价值的。

1.2 一维条码概述

在我国经济高速发展，科技进步日新月异的今天，条形码作为一种国际通行的商业文字，越来越受到人们的重视。该系统是一种规范的数据收集方法，对产品进行了统一的代码和识别。条形码在国际间的交易中扮演着举足轻重的角色。

现代信息技术正在迅速地对我们的社会进行变革，在对大量的信息进行处理的时候，人类已经将注意力集中到了怎样才能保证数据的信息与物理的真实相一致，怎样才能将人工的数据录入进行转变，怎样才能让输入的品质和速率与之相适应，同时，输入的数据还需要用什么样的媒介来进行记录和识别等问题上。在这种情况下，条形码的自动辨识技术就产生了。

条形码技术可以在一定程度上克服在电脑应用中无法进行资料收集的问题，从而达到了资讯的迅速、精确地取得与传递的目的。条形码技术的重点是，怎样把资讯用条形码来表达出来，并把条形码所表达出来的资料转化成电脑可辨识的资料，它包含了以下五个方面，分别是：代码规则及标准、符号技术、自动识别技术、印制技术、应用系统设计技术。条形码技术在经历了几年的探索和应用之后，已经发展成了一项比较完善的实用技术，它具有操作简单、信息采集速度快、采集信息量大、可靠性高、成本低等优势，因此它具有广泛的应用发展潜力。

到目前为止，条形码是最为经济和实用的自动辨识技术，它的广泛性是由于以下一些优势：

第一，具有一定的真实性和精确性。在键盘的输入中，错误的机率是三百之一，使用光学汉字的错误的机率是百分之一，而使用条形码的错误的机率是不到百万分之一。

第二，快速地录入资料。条形码的键入比传统的键入快五倍，并且可以“即时输入”。

第三，价格低廉。与其它的自动辨识技术相比，条形码的普及花费更少。

第四、具有灵活性和实用性。条形码符号可以被用作一种辨识手段，可以被独立地运用，也可以与相关的设备构成一个辨识系统，从而可以进行自动辨识，还可以与其它的控制装置相连接，从而达到对整个系统的自动化管理。另外，该系统还可以在不具备任何自动化辨识装置的情况下，进行手动按键的输入。

第五，拥有更多的自由。与光文字辨识相比，辨识设备与其标记物的相对定位具有更大的自由。条形码一般都是在一维的方向上对信息进行表达，在同一个条形码上所代表的信息是一模一样的，而且是持续的，所以，即便是在标签的纵向上存在缺陷，也可以从普通的横向上将其输入到正确的位置上。

第六个优点就是容易操作。该装置具有构造简便、易于使用、不经专业培训等优点。

第七个优点，容易制造。条形码被称作“电脑可打印的文字”。条形码标记容易制造，不需要特别的打印工艺，也不需要特别的打印工艺，且打印成本较低。

1.3 研究现状

1.3.1 条码研究现状

与国外相比，中国的条形码技术的研究是一个非常缓慢的过程，直至上世纪70年代后期至80年代初期，中国的条形码技术的研究仍然处于一个非常滞后的状态，它还处于跟踪和了解国外技术资料的一个时期。从80年代中期，中国一些高等院校、科研部门及一些出口企业对条形码的关注，在其议程上，也就有了有关条形码技术的研究和推广的部分，这使得中国的条形码技术进入了一个快速发展的时期。从那时起，条形码技术也在某些产业中得到应用。在此之后，我国相关政府部门对此给予了极大的关注，并于1988年9月，由国家技术监督总局正式设立了中国商品代码管理中心。其主要任务是进行条形码技术的研究和推广；对我国的物品代码与自动识别标记工作进行统一组织、协调和管理，这为我国对条码技术进行研究和推广创造了良好的环境。一九九一年四月，中国商品代码委员会以国家名义参加了欧洲联盟。在这一年的5月，中国通过了一套条形码的国家规范，从一九九二年一月一日起正式实施。二○○一年十二月十一日，中国商品代码局于一九九九年四月，在「中国条码推广计划」，以配合「入世」的要求，将条码推广至更广泛的全球。在党的十六大报告中，有这样一句话：“以信息化来推动产业化，将信息行业作为第一位，在经济和社会领域中，将信息技术广泛地运用到各个方面。”

目前，在我们国家，零售行业是使用最多的一个行业。尽管现在，在中国，有十万多个产品的客户，条形码的识别也被使用在了100万种产品中，并且使用了自动扫描条形码的店铺也有了上万个，这让我们的产品在世界的市场上拥有了很高的竞争力。但是，与国际上相比，它的使用水平还不高，还有很多发展的余地。当前，条形码技术与其他技术相互渗透，相互促进，使传统商品的构造与功能发生变化。条形码扫描仪的可辨识性及可程序设计功能的增强，使其能够适用于更广泛的情况。

通过以上分析，我们可以看到，条形码技术在国家的某些方面已经得到了广泛的运用。目前，条形码技术与移动计算技术（如可穿戴电子产品、可穿戴电子商务等）的融合展现出了极大的发展潜能和广泛的应用前景。但是，中国条码自动识别技术在国内外的发展水平与国际水平仍存在较大的差异，因此，中国条码自动识别技术必须抓住机遇，迎接挑战，以符合中国特点的发展需求。

1.3.2 数字图像处理技术研究现状

数字图象处理（Digital Image Processing）是利用电脑对图象进行去除噪声，增强，恢复，分割，提取特征的一种技术。该方法具有高的计算准确率、计算的数据量和计算的数据量等特点，并具有较强的适应性，通常情况下，仅需修改程序即可对数据进行计算。其难点在于加工的速率，尤其是加工过程的复杂性。数字图像处理技术主要有：几何处理（Geometrical Processing）、算术处理（Arithmetic Processing）、图像增强（Image Enhancement）、图像复原（ImageRestoration）、图像重建（Image Reconstruction）、图像编码（Image Encoding）、图像识别（Image Recognition）、图像理解（Image Understanding）。本文首先介绍了一种新的方法，介绍了一种新的研究方法。

20世纪六十年代早期，数字影像技术是一门新兴的科技，它的出现与发展离不开虚拟大尺度集成（VLSY）以及计算机技术的进步。该研究已有近60年的发展历史，在相关的研究和工程实践方面均有较大进展。

最早利用 DSP技术提高人类的视觉感知能力，最典型的例子是xx的 JPL，它推动了 DSP技术的发展，并在太空探索中起到了无可取代的重要地位。X射线 CT （CT）技术荣获诺贝尔奖，是将影像技术运用于医疗领域的一项重大成果。随后，在计算机辅助设计、计算机辅助设计和计算机辅助设计等方面得到了广泛的研究。甚至还有更多的用途。

但随着时间的推移，人们对数字影像技术的了解也越来越少。近年来，随着人们对小波的深入研究，对其发展产生了很大影响，而对其进行了深入研究。随着21世纪的到来，随着计算机技术的快速发展，与图像处理有关的理论也越来越成熟，这让数字图像处理技术可以被运用到更多的范围，而且它的使用范围也越来越广，现在它已经逐渐变成了一项有着广阔发展空间的新的学科。

2 相关原理及技术

2.1 一维条码

在现实世界中，存在着两种最常见的一维条形码代码，一种是 UPC条形码代码，另一种是 EAN条形码代码，这两种代码之间存在着非常强烈的相关性， EAN条形码代码是从 UPC条形码的基础上发展而来的， EAN代码是对 UPC代码进行了一些改良和创新，可以识别 EAN代码的装置或程序也可以对 UPC代码进行操作。下文将简单地描述这两类条形码。

UPC代码（通用产品代码）是第一个在商业代码中得到大量运用的条形码，又叫万用码，其特点是长度固定，具有连续性，在xx、加拿大等国家都得到了很好的推广。UPC码一共有 A、 B、 C、 D、 E等五个不同的版本， UPC-A是在通用商品领域进行的代码，UPC- B是在医疗保健方面使用的代码，而 UPC- C是在工业部门使用的，UPC-D是在仓储批发方面使用的，而UPC-E则是在商品短码方面使用的。在日常使用中， UPC代码使用频率最高的是UPC- A和UPC- E。

EAN （欧洲 ArticleNumber）指的是欧洲的货物代码，是由国际货物代码组织制订的，并由国际货物条码组织（IANA）统一对 EAN条码进行统一的管理，该组织对全球各个成员国的条形码国家代码进行分发和批准，每个成员国依据分发的条形码国家代码来对本国的条形码进行统一的管理和分发，并按照其在各个行业的划分，向本国的商品生产、加工、零售商等授予厂商的代表性代码，每个厂商依据各自的国家代码，对相应的货物赋予相应的产品以代表性代码，从而形成一套完全的货物条码。当前， EAN是在世界上应用最广泛的商业化条形码编码方案， EAN条形码有两种常见的编码方式，即EAN-13编码方案和EAN-8编码方案，EAN-13是13位数字编码的，被称为标准版 EAN,EAN-8是8位数字编码的，被称为缩减版 EAN，见图。对于货物的编号，在国内也有很多，现在国内有690-699的编号，但是696-699的编号还没有被广泛应用。在日常生活中，最普通的国号是690-693，以690和691开始，生产厂家的标识是4个位数，产品名称是5个位数；以692和693开始，生产厂家的标识号为5个位数，产品的标识号为4个位数。文章着重阐述了EAN-13型导弹的特征和代码编制方法。

一维条形码包括：左边空白区，开始符，左边数据符，中间分隔符，右边数据符，检查符，结束符，右边的空白区，以及用于人们辨认的符号。在附图2-1和附图2-2中可以看到。

图2-1 一维条码符号结构

　　图2-2 一维条码符号构成示意图

　　左、右侧空白：位于条码符号两侧没有任何印刷符号的空白区域。用以提示阅读器准备扫描条码符号，共有18个模块组成(其中左侧空白不得少于9个模块宽度)，一般左侧11个模块，右侧7个模块。

起始符和终止符：条形码符号的第一位和最后一位字符，它们相同而又特殊的条空结构用于识别条形码符号的开始和结束。分别都由3个模块组成。

左侧数据符：位于中间分隔符左侧，表示一定信息的条码字符，由42个模块组成。

中间分隔符：位于中间位置的若干条与空，用于区分左右侧数据，由5个模块组成。

右侧数据符：位于中间分隔符右侧，表示一定信息的条码字符，由35个模块组成。

条码校验符：表示校验码，用以校验条码符号的正确与否，由7个模块组成。