專利名稱：一種基于最小二乘法的qr碼圖像定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二維條碼的圖像處理方法，尤其是涉及一種基于最小二乘法的QR碼圖像定位方法。
背景技術(shù)：
QR碼是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣二維碼，也叫快速響應(yīng)(Quick Response)碼，它除具有一維條碼及其它二維條碼所有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像多種文字信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有超高速識讀、全方位識讀、能夠有效地表示漢字等特點(diǎn)。國標(biāo)GB/T18284-2000詳細(xì)記載了 QR碼的標(biāo)準(zhǔn)。QR條碼的定位與校正方法一般是在輪廓圖像的基礎(chǔ)上，先通過Hough變換獲取QR碼的四個頂點(diǎn)。然后通過反透視變換進(jìn)行圖像的校正。(李軍.QR碼的圖像恢復(fù)和識別技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)，江蘇大學(xué)2010)但是在實(shí)際操作過程中，對二值化圖像通過Hough變換之后。擬合出來的邊界直線有時候不唯一，如圖1中，最下方擬合出了兩條直線，分析其原因，因?yàn)镠ough變換是一種類似投票機(jī)制的算法，在(r，0)相近似的情況下無法將直線分離出來。同時也不能直接對原始圖像進(jìn)行Hough變換，因?yàn)镼R碼中沒有明顯的長直線。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于最小二乘法的QR碼圖像定位方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，該方法的步驟如下:步驟①二值化:對QR碼圖像進(jìn)行二值化，得到QR碼圖像的二值圖像；步驟②獲取QR碼區(qū)域:對QR碼圖像的二值圖像進(jìn)行對圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)上的閉包運(yùn)算，獲取QR碼的閉包圖像，得到QR碼區(qū)域圖像；步驟③獲取QR碼輪廓:使用Canny算子對QR碼區(qū)域圖像進(jìn)行邊緣提取，得到QR碼輪廓圖和輪廓點(diǎn)個數(shù)N ;步驟④建立坐標(biāo)系:將圖像的左上角設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閄軸方向，垂直方向?yàn)閅方向，建立直角坐標(biāo)系；步驟⑤計(jì)算QR碼的最小外接矩:對QR碼輪廓圖進(jìn)行最小外接矩計(jì)算，得到QR碼的最小外接矩的四個頂點(diǎn)A、B、C、D，其中點(diǎn)A是最小外接矩的四個頂點(diǎn)中離坐標(biāo)原點(diǎn)的歐式距離最近的點(diǎn)，點(diǎn)B、C、D按照逆時針順序命名；步驟⑥初始直線確定:利用線段AB和CD的中點(diǎn)M1和N1建立初始直線方程L1: y=ax+b ；步驟⑦直線平移:對四邊形區(qū)域AM1N1D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)進(jìn)行最小二乘直線擬合，得到擬合直線L2:y=a1x+b1,直線L2與QR碼的最小外接矩相交于點(diǎn)M2和N2,計(jì)算坐落在四邊形區(qū)域AM2N2D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)個數(shù)N,；
步驟⑧直線平移終止判斷:如果N’ /N>5%,則將點(diǎn)M1和點(diǎn)N1移至點(diǎn)M2和點(diǎn)N1處，重復(fù)步驟⑦，如果滿足不等式N’ /N ( 5%，則將直線L2作為是QR碼的I條邊界；步驟⑨下邊界獲取:獲得另外一個四邊形區(qū)域M1BCN1，對四邊形區(qū)域琴0&進(jìn)行步驟⑦-⑧的處理，以獲得另一條邊界；步驟⑩左右邊界獲取:以線段AD的中點(diǎn)P1和線段BC點(diǎn)Q1為頂點(diǎn)，分別得到2個四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD,對四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD分別步驟⑦-⑨進(jìn)行處理，獲得QR碼的另外兩條邊界。本發(fā)明具有的有益的效果是:本發(fā)明基于最小二乘法的QR碼邊界擬合算法克服了基于Hough變換直線擬合帶來的額外誤差，能快速、精確的確定QR碼的四條邊，從而定位QR碼。


圖1是Hough變換擬合的直線圖。圖2是梯形畸變失真的QR碼圖像圖。圖3是圖2的二值圖像圖。圖4是對圖3處理后得到的QR碼區(qū)域圖像圖。圖5是從圖4提取的QR碼輪廓圖。圖6是輪廓圖像的最小外接矩有abed圖。圖7是最小二乘法直線擬合的流程圖。圖8是第一次最小二乘法擬合的直線圖。圖9是第二次最小二乘法擬合的直線圖。圖10是第三次最小二乘法擬合的直線圖。圖11是最終的直線精確擬合圖像圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。以下結(jié)合圖7，詳細(xì)說明如何實(shí)現(xiàn)基于最小二乘法的QR碼圖像定位算法。下面針對一張實(shí)際拍攝獲得的QR碼圖像進(jìn)行精確定位，原圖如圖2所示。該方法的步驟如下:步驟①二值化:對圖2進(jìn)行二值化，得到如圖3所示的二值圖像。步驟②獲取QR碼區(qū)域:對如圖3所示的二值圖像進(jìn)行對圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)上的閉包運(yùn)算，獲取QR碼的閉包圖像，得到如圖4所示的QR碼區(qū)域圖像。步驟③獲取QR碼輪廓:使用Canny算子對如圖4所示的QR碼區(qū)域圖像進(jìn)行邊緣提取，得到如圖5所示的QR碼輪廓圖和輪廓點(diǎn)個數(shù)N。步驟④建立坐標(biāo)系:將圖像的左上角設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閄軸方向，垂直方向?yàn)閅方向，建立直角坐標(biāo)系。步驟⑤計(jì)算QR碼的最小外接矩:如圖6所示，對圖5所示的QR碼輪廓圖進(jìn)行最小外接矩計(jì)算，得到QR碼的最小外接矩的四個頂點(diǎn)A、B、C、D，其中點(diǎn)A是最小外接矩的四個頂點(diǎn)中離坐標(biāo)原點(diǎn)的歐式距離最近的點(diǎn)，點(diǎn)B、C、D按照逆時針順序命名。步驟⑥初始直線確定:利用線段AB和CD的中點(diǎn)M1和N1建立初始直線方程L1: y=ax+b ；步驟⑦直線平移:如圖8和圖9所示，對四邊形區(qū)域AM1N1D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)進(jìn)行最小二乘直線擬合，得到擬合直線L2 ^a1X-1D1,直線L2與QR碼的最小外接矩相交于點(diǎn)M2和N2，計(jì)算坐落在四邊形區(qū)域AM2N2D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)個數(shù)N'；步驟⑧如果N’ /N>5%,則將點(diǎn)M1和點(diǎn)N1移至點(diǎn)M2和點(diǎn)N1處，重復(fù)步驟⑦，如果滿足不等式N’ /N ( 5%，則將直線L2作為是QR碼的I條邊界，圖10為獲取的圖2中QR碼的第I條邊界。步驟⑨下邊界獲取:獲得另外一個四邊形區(qū)域M1BCN1，對四邊形區(qū)域琴0&進(jìn)行步驟⑦-⑧的處理，以獲得另一條邊界。步驟⑩左右邊界獲取:以線段AD的中點(diǎn)P1和線段BC點(diǎn)Q1為頂點(diǎn)，分別得到2個四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD,對四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD分別步驟⑦-⑨進(jìn)行處理，獲得QR碼的另外兩條邊界。圖11是本 發(fā)明所獲取的圖2所示的QR碼的4條邊界。
權(quán)利要求
1.一種基于最小二乘法的QR碼圖像定位方法，其特征在于，該方法的步驟如下: 步驟①二值化:對QR碼圖像進(jìn)行二值化，得到QR碼圖像的二值圖像； 步驟②獲取QR碼區(qū)域:對QR碼圖像的二值圖像進(jìn)行對圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)上的閉包運(yùn)算，獲取QR碼的閉包圖像，得到QR碼區(qū)域圖像； 步驟③獲取QR碼輪廓:使用Canny算子對QR碼區(qū)域圖像進(jìn)行邊緣提取，得到QR碼輪廓圖和輪廓點(diǎn)個數(shù)N ; 步驟④建立坐標(biāo)系:將圖像的左上角設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閄軸方向，垂直方向?yàn)閅方向，建立直角坐標(biāo)系； 步驟⑤計(jì)算QR碼的最小外接矩:對QR碼輪廓圖進(jìn)行最小外接矩計(jì)算，得到QR碼的最小外接矩的四個頂點(diǎn)A、B、C、D，其中點(diǎn)A是最小外接矩的四個頂點(diǎn)中離坐標(biāo)原點(diǎn)的歐式距離最近的點(diǎn)，點(diǎn)B、C、D按照逆時針順序命名； 步驟⑥初始直線確定:利用線段AB和⑶的中點(diǎn)M1和N1建立初始直線方程L1: y=ax+b ；步驟⑦直線平移:對四邊形區(qū)域A M1N1D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)進(jìn)行最小二乘直線擬合，得到擬合直線L2 ^a1X-1D1,直線L2與QR碼的最小外接矩相交于點(diǎn)M2和N2,計(jì)算坐落在四邊形區(qū)域AM2N2D內(nèi)的圖像輪廓點(diǎn)個數(shù)N'； 步驟⑧直線平移終止判斷:如果N’ /N>5%,則將點(diǎn)M1和點(diǎn)N1移至點(diǎn)M2和點(diǎn)N1處，重復(fù)步驟⑦，如果滿足不等式N’ /N ( 5%，則將直線L2作為是QR碼的I條邊界； 步驟⑨下邊界獲取:獲得另外一個四邊形區(qū)域M1BCN1，對四邊形區(qū)域M1BCN1進(jìn)行步驟⑦-⑧的處理，以獲得另一條邊界； 步驟⑩左右邊界獲取:以線段AD的中點(diǎn)P1和線段BC點(diǎn)Q1為頂點(diǎn)，分別得到2個四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD,對四邊形區(qū)域ABQ1P1和P1Q1CD分別步驟⑦-⑨進(jìn)行處理，獲得QR碼的另外兩條邊界。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于最小二乘法的QR碼圖像定位方法。該方法的步驟為二值化、QR碼區(qū)域獲取、QR碼輪廓獲取、建立坐標(biāo)系、計(jì)算QR碼的最小外接矩、初始直線確定、直線平移、直線平移終止判斷、下邊界獲取和左右邊界獲取。本發(fā)明基于最小二乘法的QR碼邊界擬合算法克服了基于Hough變換直線擬合帶來的額外誤差，能快速、精確的確定QR碼的四條邊，從而定位QR碼。
文檔編號G06T1/00GK103177416SQ201310124240
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者饒秀勤, 陳苗榮, 應(yīng)義斌 申請人:浙江大學(xué)