一種激光二維碼定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種用于金屬件標識的激光二維碼圖像 識別時的激光二維碼定位方法。
【背景技術】
[0002] 直接零件標識表示一種特殊的印刷技術，可以不經過如標簽這樣的中間載體，直 接為產品做標識，該技術在現代國內外制造業中應用尤為廣泛。目前可以對金屬件進行直 接標識的技術有激光標刻、噴墨打碼和氣動式打標等。激光標刻技術既能在保證不損壞金 屬工件的完整性的同時又刻蝕出可以永久保留的信息圖案，在高精度需求的制造業中非常 適用。
[0003] 隨著國內外物聯網產業和制造業的蓬勃發展，二維碼技術因其本身強大的糾錯能 力在制造業領域的金屬件標識中逐漸得到應用。為提高企業管理效率，激光二維碼作為解 決金屬件標識問題的有效技術之一得到了廣泛的應用，即利用激光標刻技術為金屬件直接 標刻上對應信息的二維碼。但是當前利用圖像處理技術在識別金屬件表面的激光二維碼時 存在著定位難等問題，主要原因有：（1)金屬工件的外表面不是全平面型，導致在激光直接 標刻時，二維碼圖像有弧度的；（2)金屬工件本身的材質各式各樣，有的金屬件表面反光、 有的材質顏色灰暗、有的材質易氧化，加大了準確定位識別二維碼的難度；（3)金屬工件的 材質不同，在激光直接標刻的過程中，不能直接標刻以黑色為前景色的二維碼，這與標準的 二維碼恰好相反；(4)在給金屬工件進行二維碼標刻時，激光打碼機的內部因素和外界因 素導致在刀具表面所呈現的二維碼不規則。
[0004] 為解決采用激光直接標刻在金屬件上的二維碼定位問題，國內外的相關研 究者提出了許多解決方案，其中與本發明最接近的技術方案包括：發明專利（【申請號】 200610088973. 0,名稱：一種基于兩級分類的二維碼定位識別方法和裝置）中提出種基于兩 級分類的二維碼定位識別方法，其主要思路是把對二維碼的定位分為了兩級，第一級是基 于拍攝圖像進行前景像素與背景像素的分離，即圖像二值化，再利用標準二維碼定位符和 校正符的特征，搜索和匹配圖像中的定位圖形并利用仿射校正定位出標準圖像中各模塊的 位置，第二級是是在第一級基礎上對每個模塊的中心點灰度值進行二次二分類，再進行二 維碼識別，但此方法的前提是需要準確得到位置定位符的位置，當檢測的圖像中的二維碼 不是標準二維碼時，基于二維碼位置定位符的特征就不適用，無法進行二次分類；發明專利 (【申請號】201310742473. 4,名稱：一種二維碼識別方法及裝置）中闡述一種基于二維探測圖 形三元組的方法來對二維碼區域進行定位提取，但該方法只有在位置探測圖形可檢測的前 提下才可以實現；劉家昕(基于邊緣增強的二維碼區域快速檢測定位算法[J]。計算機工 程，2012)中提出了一種基于邊緣增強的二維碼定位算法，其主要思想是利用Max-Min差分 和Canny算子相結合去除圖像的噪點并增強目標的特征信息，再利用水平和垂直投影方法 對二維碼的二維進行粗定位，最后使用形態學的方法對二維碼進行精確定位，但當輸入的 圖像光照太暗、目標不明顯及噪聲過分復雜時，算法難以獲得一個準確的二維碼候選區域； 王偉(復雜金屬背景下二維條碼區域的快速定位[J]。天津大學學報，2013)提出一種二維 條碼區域快速定位方法，其主要思想主要是基于機器學習和級聯過濾器聯立的方法濾除背 景區域，結合二維條碼的幾何性質檢測候選區域，然后利用聚類生長法包絡二維條碼區域， 該方法并沒有根據二維碼本身的特殊進行檢測，而是利用金屬背景的特征對其定位。
[0005] 綜上所述，現有各種QR二維碼定位方法利用位置定位符和校正圖形對二維碼的 整個區域進行定位，但是在復雜的背景下，QR二維碼的三個位置定位符和校正圖形很難檢 測，不能利用標準QR二維碼黑：白：黑：白：黑=1:1:3:1:1的特征，本發明針對這一不足 提出一種激光二維碼定位方法。
[0006]
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提出一種激光二維碼定位方法，它解決的技術問題是因標刻時 的化學反應使得金屬件上的激光二維碼圖像的位置定位符和校正圖形不清晰或者不規則， 由此導致無法直接利用位置定位符和校正圖形的特征對二維碼進行定位。
[0008] 所述的一種激光二維碼定位方法，其特征在于將金屬件二維碼圖像經過圖像預處 理、圖像二值化、得到的二值圖像閉運算去除干擾連通區域、再經Canny算子邊緣檢測、二 維碼粗定位、圖像骨架細化、位置定位符檢測、圖像幾何失真校正二維碼精確定位等，得到 精確定位的二維碼圖像。
[0009] 所述的一種激光二維碼定位方法，其特征在于具體包括如下步驟： 步驟1)將采集的金屬件激光二維碼RGB圖像轉換為HSI色彩模型，對其I分量進行均 衡化處理后再轉換為RGB圖像，并將其再轉化為灰度圖像，利用雙邊濾波對圖像進行去噪 處理； 步驟2)將步驟1)得到的圖像均勻劃分為9個部分，結合谷底最小值閾值法和最大類 間方差閾值法分別對這9個子圖進行二值化，得到二值圖像G 步驟3)對步驟2)得到的二值圖像進行中值濾波并利用形態學閉運算對圖像進行處 理，得到圖像/，即
其中X為結構元素，為圖像中的第?個連通區域，κ為連通區域個數，運算符"· "為閉 操作，運算符" ? "為膨脹操作，運算符" Θ "為腐蝕操作，計算連通區域4的面積S ，將面 積小于閾值Sf且大于閾值％的連通區域內的像素點置為背景，其中
，4為步驟2)得到的二值圖像6的面積； 步驟4)利用Canny算子對步驟3)中得到的圖像進行邊緣提取，再利用最小外接矩形檢 測得到二維碼所在的連通區域，根據得到的二維碼最小外接矩形外輪廓的四個頂點坐標， 獲取二維碼的最小包絡矩形，其對應二值圖像即為粗定位的二值化二維碼圖像，記為G 步驟5)對圖像破行行列掃描，逐像素點對圖像進行骨架細化處理并得到一張只包括 二維碼細化輪廓和其它噪聲輪廓的圖像，再利用最小外接矩形檢測得到圖像中的矩形集合 作為候選的二維碼位置定位符，其中^得到的矩形個數，兄為第i個矩 形； 步驟6)過濾步驟5)細化圖像中不是二維碼位置定位符的矩形，得到只包含二維碼位 置定位符的矩形； 步驟7)根據步驟6)得到的矩形集合碗位二維碼，得到的二維碼四個頂點坐標 Ph p2, P私 P4' 步驟8)將步驟7)中得到的二維碼四個頂點坐標A記為
，根據式（1)和（2)求解圖像旋轉校正系:
其中&為精確定位二維碼圖像中與像素點1?, 頂點對應的橫坐標和縱坐標， 最后利用雙線性插值法得到精確定位的二維碼圖像。
[0010] 所述的一種激光二維碼定位方法，其特征在于步驟2)中二值化具體為：若子圖的 直方圖有明顯的雙峰，則將谷底最小值作為閾值對子圖進行二值化；若子圖的直方圖比較 平坦或者為單峰直方圖，則利用最大類間方差閾值法對子圖進行二值化。
[0011] 所述的一種激光二維碼定位方法，其特征在于過濾步驟6)中細化圖像中不是二維 碼位置定位符的矩形具體為： 1) 計算兄中心點g，并得到中心點集合
，去除^中重復的中心 點以及兄的高度和寬度不滿足
的矩形，再計算|5|和/ 的距離 <，得距離集合
，其中為圖像咖中心點； 2) 首先利用仏過濾不是二維碼位置定位符的矩形輪廓，具體為：若：
則認為該矩形輪廓不是位置定位符，其中6?圖像游]面積與通過二維碼外輪廓四個頂點 坐標計算所得面積5；的比值，心為圖像游]寬和高的平均值；再通過第i個矩形的面 積1與面積5；比值來過濾干擾矩形，若\，，則認為該矩形不是位置定位符，最后 鐘只包含二維碼位置定位符的矩形。
[0012] 所述的一種激光二維碼定位方法，其特征在于步驟7)中二維碼定位具體為： 1) 若過濾之后的矩形集合_只有2個位置定位符，則利用位置定位符的中心坐標 A, /?以及二維碼三個位置定位符中心點構成一個等腰直角三角形的特征去計算另外一個 位置定位符的中心坐標若過濾之后的矩形集合_有3個位置定位符，則能直接得到三 個位置定位符矩形的中心點和A?; 2) 根據如式（3)、式（4)和式（5)計算二維碼的實際大小57〃?：
其中，/?二維碼的邊長，偽二維碼的版本號，Z胃為中間變量表示點A到點/? 的距離，表示點A到點4勾成的方向向量，其余含義以此類推； 3)根據二維碼的邊長0以及1)中的三個位置定位符中心坐標/?，求解二維碼 的第四個頂點的坐標
[0013] 通過采用上述技術，本發明具有以下效果：本發明通過圖像空間轉換提高圖像的 對比度，利用圖像形態學的方法對二維碼二值圖像進行閉運算并檢測二維碼圖像的外輪 廓，得到粗定位二維碼圖像，本發明利用圖像骨架細化算法得到二維碼位置探測圖形及其 中心點，以此可以解決在位置定位圖形不規則的情況下對二維碼進行精確的定位，并利用 幾何失真算法提取定位后的二維碼，最終得到較好的二維碼圖像，解決了目前因標刻時的 化學反應使得金屬件上的激光二維碼圖像的位置定位符和校正圖形不清晰或者不規則，由 此導致無法直接利用位置定位符和校正圖形的特征對二維碼進行定位的問題。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明的定位原理框圖示意圖； 圖2 (a)為本發明實施例中金屬件激光二維碼原圖像； 圖2 (b)為本發明實施例中粗定位二維碼圖像； 圖3 (a)為本發明實施例中二維碼二值圖像； 圖3 (b)為本發明實施例中粗定位二維碼圖像； 圖4 (a)為本發明實施例中二維碼骨架化圖像； 圖4 (b)為本發明實施例中精確定位二維碼圖像。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合說明書附圖對本發明進行進一步的說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0016] 圖1示出了根據本發明的實施例的定位原理框圖。
[0017] 如圖1所示，根據本發明的實施例的框圖，包括：圖像預處理模塊、圖像二值化模 塊、二維碼外輪廓邊緣檢測及粗定位模塊、二維碼圖像骨架細化模塊、二維碼位置定位符檢 測模