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多媒體技術專論 報告主題：以影像為基礎之及時條碼掃描系統 An Image-Based Real-Time Barcode Reading System 出 處：國立中正大學工學院 電機工程研究所 (2007一月) 研 究 生：林伯諭 指導教授：林惠勇 博士 課堂教師：陳炳彰 博士 報 告 人：M98F0103 盧伯勳 報告日期：11月12日 報告內容 摘要 研究動機 條碼系統與辨識方法 條碼掃描系統硬體架設 條碼掃描系統軟體架設 實驗 結論與展望 摘要 以電腦視覺為基礎的條碼掃描系統 不需輔助光源進行條碼辨識 以一般攝影機或數位相機作影像擷取 以一般個人電腦系統辨識條碼 實現於嵌入式系統掃描條碼 研究動機 1.一般商品以條碼標示，並透過條碼掃描系統迅 速取得代表資訊 2.掃描設備與系統價位不低 3.現行條碼掃描系統須以輔助光源取得影像 4.若可用常見且便宜器材取得條碼資訊，條碼系 統成本降低且普及 條碼系統與辨識方法 條碼介紹 鍵盤輸入→掃描輸入 條碼組成：黑白平行條狀圖像組成，以寬窄配置、 二進位及間隙寬度等排列。 255種以上的條碼，各自有編碼規則 常見一維條碼：39碼、EAN碼、ISBN 、ISSN等， 本篇以EAN-13為主要辨識依據 條碼系統與辨識方法-條碼系統元素 1.編碼方式：依據不同需求如EAN或JAN 2.條碼機：用以列印條碼的機器熱感與熱轉式印表機 3.掃描器：以發光二極體射出紅外線掃描條碼， 白色部分比黑色部分反射更多光，藉此感光接收 器來獲取類比資訊，分為幾類 – 筆式掃描器(光筆)、CCD掃描器、雷射掃描器 條碼系統與辨識方法-條碼系統元素 4.編碼與解碼： – – 編碼-可將資料編成條碼 解碼-可由傳入影像訊息分析，依據編碼原則將訊息解 讀 5.應用程式介面(API)：負責處理應用程式與條碼 的介面，在此指個人電腦與嵌入式系統。 條碼系統與辨識方法-條碼結構 條碼排列方式 EAN-133碼 靜空區：條碼兩側之空白區域，用 以提示掃描器準備掃描。 起始碼：條碼符號第一字碼，標示 條碼的開始，掃描器在確認後便開 始處理掃描脈衝。 資料碼：起始碼後之字碼，標示條 碼的具體數值，允許雙向掃描 檢查碼：判定此次數據是否有效之 字碼，通常為訊算結果。 結構：由粗細不同黑白平行線與 OCR-B字體相對應構成，每字碼 由7碼元組成，黑色代表1，白色 代表0表示，以二進位方式組成 EAN-13碼，由113碼元組成，結 構由左至右 條碼系統與辨識方法-檢核碼的計算方式 EAN-133 區間內的條碼示意圖 檢核碼的計算方式 條碼掃描系統硬體架設 個人電腦上的條碼掃描系統 條碼影像 輸入 影像資料 個人電腦 輸出 顯示器 SONY DFW VL-500 嵌入式系統上的條碼系統 條碼影像 輸入 輸出 顯示器 嵌入式S3C2410開發版 條碼掃描系統軟體架設 條碼掃描系統安裝在個人電腦 嵌入式系統條碼辨識環境(Linux QT開發軟體) 樣本 不同條碼之商品物體與條碼影像 步驟1-找到影像 找尋影像 – 開始 尋找可能範圍，利用水平與垂直 投影變化，找尋變化中程度高的 部分，將低的變化排除，留下可 能的部分 原始影像 影像 搜尋條碼影像 (變化程序處理) 尋找條碼的方向 (利用FFT處理) 變動長度編碼 尋找條碼影像 (變化程度處理) NO 變化程度處理後的影像 垂直投影變化 編碼與解碼 結果是否正確 YES 輸出結果 水平投影變化 條碼影像 使用檢核碼之系統流程圖 步驟2-條碼方向 條碼可能區域影像 將影像轉為灰階，在進行二值化影像(黑白影像) FFT轉換 找到最初角度 將可能影像位置經由Fast Fourier Transform 找到所需角度 找到最佳角度 輸出結果 步驟3-Run-length encoding編碼 已得到最佳方向與可能出現範圍 將影像資料轉換為條碼動態長度編碼的編碼方式 EAN-13碼，編碼方式共有95位元，影像得到資訊， 需乘以放大倍率後四捨五入，取得正確編碼方式 實驗與分析 應用上之條碼掃描：實際掃描結果，並與正確結果比較 不使用檢核碼：不使用檢核碼，並與正確結果比較 使用檢核碼：使用檢核碼，並與正確結果比較 條件： 1.條碼影像呈現須在95像素以上 2.條碼掃描時，傾斜角度為正負45度內 3.實驗環境於室內光變化差異性低之條件下 4.待測條碼以2種方式掃描 a.緩慢移動至輸入裝置前方 (模擬傳送帶) b.快速移動至輸入裝置前方，並停留片刻再移出 (模擬超商結帳情形) 應用上之條碼掃描系統-實驗結果 影像 總張數 檢核碼正確之條碼 第幾張影 像找到 與實際號碼 比較是否正確 影像 總張數 檢核碼正確之條碼 第幾張影 像找到 與實際號碼 比較是否正確 樣本1 150 4710247009853 46 YES 樣本1 45 4710247009853 21 YES 樣本2 150 4710247006555 57 YES 樣本2 74 4710247006555 26 YES 樣本3 152 4710247009532 40 YES 樣本3 46 4710247009532 30 YES 樣本4 150 4710247005282 39 YES 樣本4 45 4710247005282 20 YES 樣本5 150 4717101805026 36 YES 樣本5 45 4717101805026 12 YES 樣本6 150 4710126020504 42 YES 樣本6 46 4710126020504 14 YES 樣本7 151 4710126020511 42 YES 樣本7 45 4710126020511 22 YES 樣本8 150 4710247011092 44 YES 樣本8 47 4710247011092 14 YES 樣本9 151 4715328880031 33 YES 樣本9 45 4715328880031 20 YES 樣本10 151 4715328880055 53 YES 樣本10 45 4715328880055 26 YES 樣本11 150 4710810000065 49 YES 樣本11 46 4710810000065 16 YES 樣本12 150 4717546054508 50 YES 樣本12 46 4717546054508 13 YES 樣本13 150 4808591511013 57 YES 樣本13 46 4808591511013 13 YES 樣本14 151 4710015120018 33 YES 樣本14 46 4710015120018 19 YES 樣本15 150 4710015105596 34 YES 樣本15 46 4710015105596 17 YES 樣本16 151 4710015120605 30 YES 樣本16 45 4710015120605 14 YES 樣本17 150 4717879100125 49 YES 樣本17 45 4717879100125 18 YES 樣本18 152 4718474997370 76 YES 樣本18 46 4718474997370 18 YES 樣本19 150 4710498128990 51 YES 樣本19 45 4710498128990 19 YES 樣本20 150 4710498128013 60 YES 樣本20 45 4710498128013 26 YES 實驗一 實驗二 未使用檢核碼-實驗結果 影像 總張數 最多組出現的 條碼號碼 數量 與實際號碼 比較是否正確 影像 總張數 最多組出現的 條碼號碼 數量 與實際號碼 比較是否正確 樣本1 150 4710247009853 55 YES 樣本1 45 4710247009853 5 YES 樣本2 150 4710247006555 33 YES 樣本2 74 4710247006555 4 YES 樣本3 152 4710247009532 21 YES 樣本3 46 4710247009532 3 YES 樣本4 150 4710247005282 34 YES 樣本4 45 4710247005282 5 YES 樣本5 150 4717101805026 56 YES 樣本5 45 4717101805026 13 YES 樣本6 150 4710126020504 70 YES 樣本6 46 4710126020504 10 YES 樣本7 151 4710126020511 44 YES 樣本7 45 4710126020511 3 YES 樣本8 150 4710247011092 40 YES 樣本8 47 4710247011092 8 YES 樣本9 151 4715328880031 53 YES 樣本9 45 4715328880031 8 YES 樣本10 151 4715328880055 27 YES 樣本10 45 4715328880055 10 YES 樣本11 150 4710810000065 51 YES 樣本11 46 4710810000065 18 YES 樣本12 150 4717546054508 49 YES 樣本12 46 4717546054508 19 YES 樣本13 150 4808591511013 35 YES 樣本13 46 4808591511013 23 YES 樣本14 151 4710015120018 73 YES 樣本14 46 4710015120018 16 YES 樣本15 150 4710015105596 74 YES 樣本15 46 4710015105596 13 YES 樣本16 151 4710015120605 61 YES 樣本16 45 4710015120605 17 YES 樣本17 150 4717879100125 33 YES 樣本17 45 4717879100125 6 YES 樣本18 152 4718474997370 35 YES 樣本18 46 4718474997370 4 YES 樣本19 150 4710498128990 40 YES 樣本19 45 4710498128990 9 YES 樣本20 150 4710498128013 51 YES 樣本20 45 4710498128013 11 YES 實驗三 實驗四 使用檢核碼-實驗結果 可能之條 碼區域影 像數量 允許角 度誤差 範圍數 量 檢核碼 檢核正 確數 影像 總張數 尋找角 度錯誤 率(％) 與實際 號碼比 對正確 率 可能之條 碼區域影 像數量 允許角 度誤差 範圍數 量 檢核碼 檢核正 確數 影像 總張數 尋找角 度錯誤 率(％) 與實際 號碼比 對正確 率 樣本1 90 68 54 150 24.4 54 樣本1 14 13 4 45 7.1 4 樣本2 52 43 32 150 17.3 32 樣本2 15 14 2 47 6.6 2 樣本3 43 32 26 152 25.5 26 樣本3 15 15 5 46 0 5 樣本4 87 74 48 150 11.5 48 樣本4 18 18 2 45 0 2 樣本5 86 77 56 150 10.4 56 樣本5 21 20 14 45 4.7 14 樣本6 114 91 74 150 20.1 74 樣本6 14 14 10 46 0 10 11 11 3 45 0 3 樣本7 89 68 57 151 23.6 57 樣本7 樣本8 93 78 43 150 16.1 43 樣本8 17 17 12 47 0 12 樣本9 79 68 57 151 16.1 57 樣本9 15 15 6 45 0 6 樣本10 78 60 48 151 23.0 48 樣本10 21 18 9 45 14.2 9 樣本11 82 72 60 150 12.2 60 樣本11 20 20 14 46 0 14 樣本12 80 63 52 150 21.3 52 樣本12 19 19 18 45 0 18 樣本13 61 45 37 150 26.2 37 樣本13 23 23 23 46 0 23 樣本14 116 80 75 151 31.0 75 樣本14 17 17 16 46 0 16 樣本15 110 84 73 150 23.6 73 樣本15 16 16 15 46 0 15 樣本16 90 66 59 151 26.6 59 樣本16 19 18 17 45 5.2 17 21 19 18 45 9.5 18 樣本17 71 57 36 150 19.7 36 樣本17 樣本18 100 83 50 152 17.0 50 樣本18 24 22 6 46 8.3 6 樣本19 81 70 54 150 13.5 54 樣本19 18 17 11 45 5.5 11 樣本20 90 66 54 150 26.6 34 樣本20 13 13 9 45 0 6 實驗五 實驗六 結果分析 應用上之條碼系統：條碼找尋時間長短取決於 輸入影像清晰度與移動時是否模糊 1.正確區域條碼影像有幾種可能 – b.非正確 c.模糊 2.允許角度誤差範圍，使用FFT方式搜尋 – a.正確影像 a.正確影像 b.印刷字影像 c.模糊 嵌入式系統之掃描系統實驗因樣本不足，故未 提供相關實驗據與分析，但此部分是可以實現 的。 結論與展望 成果 – – – 1.不需額外輔助光源即可做條碼偵測 2.簡單設備即可建立條碼系統 3.多樣式條碼皆可偵測 改進 – – – – 1.條件以清晰情形偵測，若影像模糊或失焦則無法正確判別。 2.條碼若扭曲無法辨識。 3.嵌入式條碼辨識系統開發尚未添加影像擷取設備，在便利性 上稍嫌不足，希望以後可改進，硬體處理速度也會加速。 4.目前開發僅針對EAN-13設計，期望可增加其他條碼規格。 Thanks for Your Attention