條形碼識別算法研究與設計

本設計的目的是在A(yíng)OI(Automatic Optical Inspection，自動(dòng)光學(xué)檢測)設備提供的PCB板圖片中對PCB板的條形碼信息進(jìn)行識別，應用于電子通訊產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)上，進(jìn)行PCB板的錯誤檢測。AOI通過(guò)攝像頭自動(dòng)掃描PCB、采集圖像、測試的焊點(diǎn)與數據庫中的合格參數進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)圖像處理，檢查出PCB上的缺陷，并通過(guò)顯示器把缺陷顯示、標識出來(lái)，供維修人員修正。PCB上所貼的條形碼記錄了該PCB的身份信息，通過(guò)識別該條形碼字符來(lái)認證PCB板。

　　本文主要解決的問(wèn)題是條形碼的編碼規則如何轉換為實(shí)際獲得的像素點(diǎn)的參照標準，如何分割條形碼以及如何以后臺數據庫為基準識別條形碼。

　　1 條形碼識別的算法研究及其實(shí)現

　　1.1 條碼識別算法步驟

　　條形碼識別算法的過(guò)程主要分為以下這三個(gè)步驟：

　　(1) 對于一個(gè)條形碼圖像，要識別的是從靜區開(kāi)始的有效區域，算法中考慮了判別是否到達靜區，以此作為條碼識別工作的開(kāi)始標志;

　　(2) 算法中總體上采用把整個(gè)條形碼按照39碼型的編碼規則進(jìn)行分割，再依次找尋每個(gè)條形碼字符的邏輯值在數據庫中的匹配字符來(lái)輸出。

　　1.2 算法分析

　　在條形碼識別的算法分析過(guò)程中必須要解決三個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題：1)條碼的長(cháng)寬在圖像文件中用什么來(lái)衡量;2)條碼的碼字是不是要在識別之前分割出來(lái)，如果要分割出來(lái)，那么如何分割;3)分割后要怎么把對應的碼字進(jìn)行處理。

　　在設計之前理解了這三個(gè)問(wèn)題，整個(gè)設計就會(huì )獲得良好的解決。首先明確，所要處理的碼型是39碼。39碼的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是，具有不可伸縮性，也就是說(shuō)，一個(gè)條碼字符就是由占一定長(cháng)度的，9個(gè)元素組成的，其中3個(gè)寬元素6個(gè)窄元素。39碼符號均以*號開(kāi)始和結尾，即木號是39碼的起始，終止字符，并且39碼是離散碼，符號中兩個(gè)相鄰字符之間用一個(gè)位空分開(kāi)。假設把條形碼抽取9個(gè)元素，然后跳過(guò)1個(gè)往下抽取9個(gè)，依次類(lèi)推，把抽取獲得的每9個(gè)元素組成條形碼的每個(gè)字符，只要檢測到前9條元素(由條和空組成，為了更好說(shuō)明，文中把條說(shuō)成黑條，而把空說(shuō)成白條)是*就開(kāi)始進(jìn)行條碼字符的識別，如果不是則放棄。

　　對于掃描得到的條碼BMP文件其白條和黑條的寬度及幾何長(cháng)度已經(jīng)失去意義，必須用另一種方法來(lái)表示。此時(shí)可以給出問(wèn)題1)的答案：長(cháng)寬用像素的個(gè)數來(lái)表示。對一個(gè)BMP文件，其像素的數據包含對應的RGB值，用以表征它的顏色。因此可以通過(guò)該像素的RGB值來(lái)辨認出是白色還是黑色。在理想的狀況下，白顏色的RGB值為(255，255，255)而黑顏色的RGB值為(0，0，0)，但是實(shí)際條件下，一個(gè)條碼圖像不會(huì )達到那樣標準的RGB值，也就是有模糊的狀況，規定這樣一個(gè)判決準則：把RGB值大于(125，125，125)的像素認為是白色像素，而把RGB值小于(12 5，125，125)的像素認為是黑色的像素。在程序中采用列表PixelList=[]來(lái)存儲這些像素。然后基于以上的判決原則，程序實(shí)現“掃描”X軸，獲得每個(gè)像素，如果該當前的像素值符合是黑色的條件，就記錄到BlackCount，這時(shí)如果下一個(gè)的像素值還是黑色的就累加，如果下一個(gè)像素值符合是白色的條件，則把存儲黑色像素個(gè)數的變量BlackCount清空，以方便來(lái)記錄下一個(gè)黑條的像素個(gè)數。同樣地，對于白色像素也有類(lèi)似的操作。至此得到了一個(gè)列表GeneralList=[]，里面存放著(zhù)掃描X軸每個(gè)被認為是黑條或是白條其對應的像素個(gè)數。

　　通過(guò)上面一步，把實(shí)際的條形碼轉換為用計算機所能運算和操作的方式，這里必須解決第(2)個(gè)問(wèn)題，即在開(kāi)始條碼識別的時(shí)候，要不要進(jìn)行碼字分割。顯然，這一點(diǎn)對簡(jiǎn)化整個(gè)識別工作是個(gè)很大的幫助，如果能夠正確地把條碼的各個(gè)碼字分離出來(lái)，那么剩下的工作就僅僅是把獨立的碼字的邏輯值和數據庫相匹配，找尋到數據庫中匹配的字符，再把它輸出來(lái)，實(shí)現這一點(diǎn)是容易的。因此，條碼分割是整個(gè)識別工作的難點(diǎn)和核心，整個(gè)算法重心也在此。

　　首先定義一個(gè)大列表CharList=[]，由于列表中的元素可以為小列表，所以創(chuàng )建這個(gè)列表來(lái)放碼字，每個(gè)碼字為每個(gè)小列表，小列表里的元素是對應的黑條和白條的像素個(gè)數。如何實(shí)現碼字分割，首先考慮到39碼的特點(diǎn)：一個(gè)碼字為9個(gè)元素，每個(gè)碼字中間用一個(gè)白條隔開(kāi)。所以只要在GeneralList=[]進(jìn)行操作，把需要的那個(gè)元素抽取存放到新的列表中即可。

　　其次是判斷是寬條還是窄條。先計算出黑條的平均像素個(gè)數，之所以考慮采用計算平均像素個(gè)數的方法，是為了解決條形碼出現小角度傾斜依然能夠成功識別這樣的況。寬條或窄條的判斷原則是：對黑條而言，如果其像素個(gè)數大于這個(gè)平均值就是寬條，如果小于這個(gè)平均值就是窄條。如果是寬條就賦邏輯值1，如果是窄條就賦邏輯值0。把這些邏輯值都放到列表中，這個(gè)時(shí)候的列表，也是列表的列表，大列表的元素是單個(gè)條碼字符的黑條的邏輯值列表，小列表里的元素是01010這樣的邏輯值，用來(lái)表示寬窄。同樣地，對于白條而言，也有類(lèi)似操作。至此，獲得了兩個(gè)大列表。一個(gè)是放黑條邏輯值的列表：BLogicList;一個(gè)是放白條邏輯值的列表WLogicList。大列表中的元素是每個(gè)碼字的邏輯值列表，這樣實(shí)現了碼字的分割工作。

　　對于第3)個(gè)問(wèn)題：分割之后要對碼字如何處理。首先，可以建立一個(gè)數據庫，將條碼規則的信息放入數據庫中。然后，只要在條形碼識別軟件中把數據庫和相應的程序相連接，查找匹配值即可。在A(yíng)ccess 2000數據庫中，黑條邏輯值和白條邏輯值都是以文本的數據類(lèi)型來(lái)存放，但是在列表中各個(gè)0101都是整型。因此把列表里面元素進(jìn)行數據類(lèi)型轉換，列表里的數字轉換為字符，成為一個(gè)字符串作為列表的元素存儲。