計(jì)算機(jī)圖像分析算法的探究

摘要：隨著數(shù)字信息的發(fā)展，現(xiàn)在人們對(duì)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的識(shí)別與處理越來(lái)越關(guān)注。本文通過(guò)分析計(jì)算機(jī)對(duì)EAN_13商品條形碼的解析，來(lái)闡述計(jì)算機(jī)對(duì)圖像分析的一般步驟和一些關(guān)鍵算法。

關(guān)鍵詞：EAN_13 圖像處理

1 EAN_13條形碼概述

EAN_13條形碼是一種常用的商品條形碼，目前大多數(shù)商品上標(biāo)有的條形碼就是此種碼制。改條形碼是由一系列條、空及字符組成，調(diào)和空有序排列，蘊(yùn)含著數(shù)字信息。而特定的數(shù)字代表著特定的商品編號(hào)。

EAN-13條形碼由深色的條和白色的空組成。條碼一共有13位，13位的含義分別為前綴、制造廠(chǎng)商代碼、商品代碼和校驗(yàn)碼。其中條碼直接表示12個(gè)數(shù)字，12個(gè)數(shù)字分為兩組，由前面的三個(gè)“條”和“空”代表101開(kāi)始，之后24個(gè)“條”和“空”表示6個(gè)數(shù)字，中間由五個(gè)“條”和“空”表示中間分隔符，用“01010”來(lái)表示，分隔符后面是后面6個(gè)數(shù)字，由24個(gè)“條”和“空”表示，最后是結(jié)束符，由3個(gè)“條”和“空”表示。如果用0表示“空”，用1來(lái)表示“條”，則開(kāi)始符、中間分隔符、結(jié)束符的“條”和“空”都是單位長(zhǎng)度，其余的12個(gè)數(shù)字，每個(gè)數(shù)字由4個(gè)“條”和“空”組成，這4個(gè)“條”和“空”共有7個(gè)單位長(zhǎng)度，每個(gè)條和空的寬度在1～4之間，分為2個(gè)條和2個(gè)空[1]。在編碼的時(shí)候，EAN-13商品條碼的起始符、終止符均為 “101”，中間分隔符為“01010”。其他的數(shù)據(jù)字符的編碼的二進(jìn)制表示有三個(gè)子集，如表1，而括號(hào)中表示1和0的個(gè)數(shù)：

EAN-13商品條碼的第2-7為數(shù)字，從遵守A、B子集的排列，第8-13位遵循C子集的第一位條形碼隱藏在前6位數(shù)字中，取決于前6位數(shù)字在AB子集的順序。而右側(cè)數(shù)據(jù)符及校驗(yàn)符的編碼均用C子集表示，EAN-13商品條碼中第13位是校驗(yàn)碼2 條形碼圖像解析探究

了解EAN_13商品條形碼的含義，就為條形碼的圖像解析奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)解析條形碼圖像主要是識(shí)別出條和空的寬度，然后對(duì)其進(jìn)行譯碼編碼。而對(duì)圖形的分析，主要是可以分為二值化、濾波、邊緣檢測(cè)、圖像分割、圖像提取、譯碼幾部分。下面，分別概括各種算法。

2.1 二值化 圖片在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)是按照RGB三元素存儲(chǔ)的。由于計(jì)算機(jī)采集到的圖像受包裝、光照等各方面影響，所以處理圖片的信息非常困難。而且條碼的研究，只需要條和空的寬度即可，所以不需要其他的顏色信息，所以講顏色多彩的圖像，進(jìn)行二值化處理，讓計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，只保留純黑和純白兩種顏色，這就叫做二值化處理。二值化處理的方式是，先計(jì)算圖像的灰度值Y=0.299R+0.587G

+0.114B。然后去一個(gè)中間值X，當(dāng)改點(diǎn)像素點(diǎn)大于X，則將其像素值設(shè)為255，小于改值，則為0。此時(shí)，可以設(shè)置一個(gè)圖像的地圖數(shù)組，將黑色存為1，白色存為0。

2.2 濾波 因?yàn)閳D像受到光照、角度等各方面的影響，所以二值化后的圖像存在一定的毛躁點(diǎn)。中值濾波可以有效地去掉毛躁點(diǎn)，讓誤差縮減到最低。由于條碼的特殊性，因?yàn)樗膱D像是豎直方向上一致，所以可以采取取每一列五個(gè)點(diǎn)，將五個(gè)點(diǎn)排序，來(lái)得到中間數(shù)值的為改點(diǎn)的取值。本算法可以基于上面的地圖數(shù)組來(lái)計(jì)算，會(huì)非常方便。

2.3 邊緣檢測(cè) 邊緣檢測(cè)是計(jì)算出改點(diǎn)是否為圖像的邊緣。這個(gè)算法為后面的圖像分割提取做了準(zhǔn)備。按照條碼圖像的特殊性，我們可以取一個(gè)2*5的數(shù)組的圖像，即5行2列的圖像，如果這兩列的圖像中第一列和下一列至少存在4行元素發(fā)生像素改變，則證明改點(diǎn)為邊緣點(diǎn)。

2.4 圖像提出 因?yàn)榕臄z到的圖像存在著含有其他圖像的邊緣，或者是條碼圖像位置不居中等各種情況，要順利地譯出條碼就需要將條碼圖像從原圖像中提取出來(lái)。對(duì)條碼圖像的提取，主要是上下分割和左右分割。

上下分割比較簡(jiǎn)單，可以通過(guò)邊緣檢測(cè)，從圖像的中間位置開(kāi)始，分別向上和向下掃描，假如檢測(cè)到圖像的邊緣小于59，則認(rèn)為其不是條碼圖像，記錄圖像的上端和下端。

左右分割，根據(jù)顯示中商品的條碼位置，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論圖像中拍攝其他邊緣還是沒(méi)有拍攝，當(dāng)圖像邊緣由0變?yōu)?時(shí)，恰好是條碼邊緣的開(kāi)始。以此特征來(lái)，我們可以得出條碼左右分割的方法：①?gòu)膱D像中部開(kāi)始，從左向右掃描圖像，記錄第一個(gè)從0到1轉(zhuǎn)變的邊緣位置，本步也要通過(guò)邊緣檢測(cè)，以免誤用于毛躁點(diǎn)。②圖像向上和向下掃描，記錄上下分割后，圖像全部從0到1轉(zhuǎn)變的邊緣位置。③計(jì)算獲得邊緣的傾斜多，如果大于10°，則影響圖像效果，建議重新采集圖像；如果傾斜度小于10°，則圖像可用。④對(duì)所有邊緣進(jìn)行微調(diào)，將偏差過(guò)于大的圖像邊緣進(jìn)行處理，讓其與其他邊緣的差別變小。⑤以此方法，查找下一個(gè)由條變空的邊緣，然后將其位置值與前面的邊緣值之差作為第一個(gè)寬度值，記錄到數(shù)組中。⑥排序全部第一寬度值得到的數(shù)組，取得其中間值。⑦判斷此中間值與排序之中的上下兩個(gè)值的差別如果大于2，則獲取圖像失敗；如果小于等于1，則圖像獲取正確，將此中間值保存在最終的寬度數(shù)組中，作為第一個(gè)寬度以備譯碼使用。⑧按上述步驟，將全部59個(gè)條和空的寬度全部找出。則最后的一點(diǎn)的位置，將是圖像的右邊緣，而經(jīng)過(guò)查找右邊緣的過(guò)程，圖像的條和空的寬度也記錄在了數(shù)組中。

3 譯碼

在條碼圖像提取出來(lái)之后，就可以進(jìn)行譯碼了。譯碼的理論依據(jù)就是條形碼的含義。因?yàn)闂l形碼包含著3+6*7+5+6*7+3=95個(gè)單位長(zhǎng)度，所以我們可以把上面圖像提取的時(shí)候計(jì)算的全部長(zhǎng)度相加，然后計(jì)算出單位長(zhǎng)度。因?yàn)閱挝幻恳徊蕉伎赡艽嬖谡`差，下面的譯碼也不能絕對(duì)的相等。計(jì)算出單位長(zhǎng)度之后，主要譯碼步驟按照下面：①取出前三個(gè)寬度，看其長(zhǎng)度是在0.6-1.4個(gè)單位長(zhǎng)度之間，如果正確，則為開(kāi)始標(biāo)志，繼續(xù)譯碼；若為錯(cuò)誤，說(shuō)明圖像采集錯(cuò)誤。②循環(huán)取六次寬度，每次取出4個(gè)寬度。比較寬度與單位寬度的比值取整，得到一個(gè)四位的編碼，在A子集和B子集中尋找此四位編碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息，并同時(shí)記錄這六個(gè)數(shù)字信息所在的A子集或者B子集。③越過(guò)5個(gè)寬度（中間分隔符），取后面6次的連續(xù)的4個(gè)寬度，在C子集中查找相應(yīng)的數(shù)值信息。④按照前6個(gè)數(shù)字得到的AB子集的順序，查找其前置碼的數(shù)值。⑤驗(yàn)證譯碼結(jié)果，將前12位數(shù)字的奇數(shù)位相加，偶數(shù)位相加乘以3，兩個(gè)結(jié)果之和相加后，個(gè)位數(shù)減去10得到的模的個(gè)位即是校驗(yàn)結(jié)果，與第13位進(jìn)行比較，如果正確，則譯碼成功。

4 結(jié)論

本文主要描述了計(jì)算機(jī)下處理?xiàng)l形碼圖像的圖像分析算法。算法的創(chuàng)新點(diǎn)主要是圖像的左右分割步驟和圖像譯碼過(guò)程。對(duì)于計(jì)算機(jī)處理其他的圖形奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助（DX2013B01）。