手機智能掃描解碼應(yīng)用的設(shè)計與實現(xiàn)

李瑞娥++沈丹菁++陳鑫++邰昌建

摘要：在研究Android識別技術(shù)以及二維碼的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了在Android平臺下的智能手機的二維碼掃描識別功能系統(tǒng)。介紹了二維碼在智能手機終端掃描識別功能的詳細設(shè)計，以及調(diào)用二維碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)的功能。

關(guān)鍵詞：Android；二維碼；二維碼掃描；二維碼識別

中圖分類號：TP311.52 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）007-000-02

引言

隨著科技的不斷發(fā)展條碼技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。條碼技術(shù)是物流管理現(xiàn)代化的重要技術(shù)手段。如今Android智能手機的普遍使用以及手機應(yīng)用程序的大量涌現(xiàn)，使得條碼技術(shù)持續(xù)發(fā)展。雖然一維的條形碼提高了信息錄入的速度，而且出錯幾率小。但是一維的條形碼只能包含數(shù)字和字母，不能夠存儲記錄大量數(shù)據(jù)信息，受損后便不能夠識別。于是二維碼便隨之發(fā)展起來。作為一種新型的條碼技術(shù)，二維碼是通過利用構(gòu)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念來實現(xiàn)代碼的編制，同時使用與二進制相對應(yīng)的黑白相間的幾何圖片記錄數(shù)據(jù)信息，通過掃描設(shè)備等自動處理數(shù)據(jù)信息。二維碼編碼密度高，數(shù)據(jù)容量大；編碼范圍也不在局限于數(shù)字和字母；有糾錯功能；譯碼出錯幾率??；防偽性、保密性、持久性好；制作成本低，容易生成。二維條碼技術(shù)的推廣，將會促進我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。

一、條碼識別系統(tǒng)的設(shè)計

1.系統(tǒng)框架設(shè)計

本文的設(shè)計是在Android平臺下的智能手機的二維碼掃描識別功能系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要框架結(jié)構(gòu)為二維碼的識別。通過智能手機端的攝像頭對二維碼進行掃描，實現(xiàn)對二維碼的識別。具體操作是把掃描的二維碼送到后臺進行解析，如果解析成功，就停止掃描。如果解析不成功，對二維碼進行再掃描采集圖像，再解析，如此循環(huán)，直到能夠識別圖像為止。

2.二維碼的識別設(shè)計

二維碼的識別主要是通過調(diào)用攝像頭，啟動多線程，快速回調(diào)攝像頭。當(dāng)一次回調(diào)的圖像沒有被后臺解析出來，則進行下一次的回調(diào)，如此循環(huán)，直到解析識別出二維碼為止。同時使攝像頭進行自動對焦來解決由二維碼的大小不同，顯示的模糊程度不同等原因，而引起的攝像頭不能很好的采集圖像的問題。當(dāng)后臺解析識別完成后對用戶進行提醒，并顯示識別出來的結(jié)果（即商品信息）。將二維碼識別系統(tǒng)分為如下四個部分：圖像采集、圖像處理、圖像定位、數(shù)據(jù)糾錯解碼。

（1）圖像采集的設(shè)計

Android系統(tǒng)提供了相機的應(yīng)用接口，將手機攝像頭與之聯(lián)系起來。Android提供了相應(yīng)的相機的調(diào)用類。用該類可以設(shè)置初始化圖像捕捉，能夠拍攝圖像，開啟和關(guān)閉圖像預(yù)覽。在使用相機前需要在應(yīng)用中聲明相機權(quán)限，來獲得訪問相機的權(quán)限。另外需要聲明系統(tǒng)所需要用到的相機功能，如自動對焦等。

（2）圖像預(yù)處理設(shè)計

由于二維碼解碼計算不能夠直接使用智能手機攝像頭采集到的圖像，而是需要經(jīng)過必要的圖像預(yù)處理，使得圖像信息達到適合解碼的程度，與此同時同時應(yīng)該解決圖像噪聲、光照不均等問題，從而減少對系統(tǒng)解碼的干擾。本系統(tǒng)主要采用了圖像灰度化、圖像二值化和圖像去噪的圖像預(yù)處理方法。

（3）圖像定位與校正的設(shè)計

智能手機攝像頭采集得到的圖像會因為外界的干擾而導(dǎo)致采集到的二維碼圖像變形，使得圖像不能滿足處理要求。本系統(tǒng)采用圖像校正和圖像定位的方法進行處理，對圖像進行一些初步處理，使其恢復(fù)成可以處理的圖像。用圖像定位的方法來獲取二維碼圖像的四個頂點坐標，通過圖像校正將原圖像映射到規(guī)則的正方形圖形中。

（4）數(shù)據(jù)糾錯解碼的設(shè)計

識別解碼系統(tǒng)首先要確定二維碼的解碼尺寸，通過從校正過的圖像中計算出二維碼的版本信息和格式。其次根據(jù)二維碼的版本和格式，建立采樣模塊，利用相應(yīng)的方法建立采樣模塊，幫助系統(tǒng)更便捷的獲取二維碼各部分的信息，方便解碼計算。將解碼完成的各字段，按照順序排列并輸出，從而完成解碼過程。

二、識別系統(tǒng)的實現(xiàn)

二維碼識別的實現(xiàn)

通過對二維碼圖形的采集、識別、預(yù)處理、矯正和糾錯等一系列行為的解碼處理。將捕獲的圖形轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式。通過調(diào)用第三方庫，將二維碼圖片作為參數(shù)，調(diào)用decode方法即能得到解析出來的字符串?dāng)?shù)據(jù)，最后對字符串?dāng)?shù)據(jù)已經(jīng)設(shè)定的信息類型標準進行比較判斷是哪種信息格式再給用戶對應(yīng)的操作。

1.圖像采集模塊的設(shè)計

圖像采集模塊由前端CMOS圖像傳感器和后端圖像信號處理器共同組成。前端CMOS圖像傳感器將采集到的模擬圖像信號進行模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換后通過符合SMIA標準的接口傳輸?shù)胶蠖藞D像信號處理器。后端圖像信號處理器同樣通過SMIA接口對前端CMOS圖像傳感器進行控制并對接收到的圖像信號進行一定的處理，最后通過CAMIF將數(shù)字圖像信號傳遞給核心控制單元。

2.圖像預(yù)處理模塊設(shè)計

圖像預(yù)處理是使二維碼被準確識別關(guān)鍵的一步。首先我們需要將圖片進行圖像灰度化處理，然后進行二值化，采集的圖像是編碼在RGB空間里形成一個三維矩陣的，當(dāng)R=G=B時就是此點像素的灰度值，常見的灰度化處理方法有：最大值法、平均值法和加權(quán)平均值法。根據(jù)人眼對顏色的敏感度，我們采用加權(quán)平均值法對圖像進行灰度化處理。接著我們采用Bemsen算法進行圖像二值化處理，Bemsen算法以圖像中任意一個像素為中心，在其鄰域內(nèi)找出最大的和最小的灰度值，以兩者的平均值作為該像素的閾值，然后對此像素進行二值化?？梢越鉀Q光照不均帶來的圖像空白丟失的問題。最后為解決由于QR碼存在孤立點噪音、邊沿毛刺等變形問題，我們對QR碼圖像進行圖像濾波，對目標圖像產(chǎn)生的噪聲進行抑制。我們采用中值濾波的算法，在消除噪聲的同時可以較好的保留圖像邊緣信息，使圖像產(chǎn)生較少的模糊。以每個像素點為中心，取鄰域，對鄰域內(nèi)的所有像素點進行排序，選擇中間的那個值作為該像素點的灰度值。

3.圖像定位與校正

圖像定位采用Hough變換基本原理：利用圖像二維空間和hough參數(shù)極坐標空間的點-線對偶關(guān)，能夠獲得四條外圍直線，從而實現(xiàn)對QR碼的定位。我們通過探測QR碼定位模塊來實現(xiàn)二維碼的定位問題，系統(tǒng)把圖像檢測問題從二維空間轉(zhuǎn)換到極坐標參數(shù)空間，把在二維空間中對x軸和y軸兩個方面的圖像掃描轉(zhuǎn)換成在極坐標空間下的圖像掃描。將得到的結(jié)果再進行簡單的累加統(tǒng)計，通過在hough參數(shù)空間尋找累加器最大值的方法來檢測二維空間中圖像的直線。Hough變換的優(yōu)點是：受噪聲和曲線間斷的影響較小，對于形狀為正方形的QR碼，尤其具有一定的優(yōu)勢。本文對圖像進行幾何校正采用了雙線性變換法，利用圖像定位中獲得的二維碼圖像的四個頂點坐標，以及通過圖像校正后映射到新坐標的四個頂點坐標組成兩個線性方程組，求得其變換參數(shù)，從而實現(xiàn)對圖像校正。

4.數(shù)據(jù)糾錯解碼模塊的設(shè)計

QR二維碼通過采用Reed-Solomon糾錯碼的糾錯方法來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸或者解碼過程中數(shù)據(jù)的完整性。RS糾錯碼是一種非二進制的BCH碼，能夠糾正每個碼字最多達16個Red-Solomon編碼錯誤。譯碼模塊流程為：對格式信息譯碼；對版本信息譯碼，各模式下的數(shù)據(jù)譯碼。QR解碼過程是編碼過程的逆過程，數(shù)字模式的解碼過程如下：（1）首先得到數(shù)字個數(shù)n（即得到5-15位的數(shù)據(jù)）；（2）取10位數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成10進制得到3個數(shù)字；（3）若n=2，取接下來的7為數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成10進制得到2個數(shù)字，若n=1，取接下來的4為數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成10進制得到1個數(shù)字。數(shù)字解碼后得到的有多種信息，如：鏈接地址、后臺應(yīng)用程序、產(chǎn)品信息顯示等。

三、結(jié)語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于Android智能手機二維碼識別系統(tǒng)?？紤]到智能手機存在的利弊和不足，同時結(jié)合了先進的智能手機應(yīng)用和現(xiàn)代軟件工程理論，二維碼作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的一個環(huán)節(jié)，因為其可以存儲大量信息和數(shù)據(jù)，同時保密性能好，與智能手機等移動終端能夠很好地相結(jié)合，增強了與用戶之間的互動性，用戶體驗效果好。二維碼的成本較低，形成了自己獨有的優(yōu)勢，具有更好地應(yīng)用前景。

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