一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，其特征在于包括LED光源、C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速圖像處理模塊，所述的C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速圖像處理模塊依次連接。本發明DSP優選使用德州儀器的達芬奇處理器TMS320DM6467(T)，在其中內置了ARM926EJ-STM RISC和TMS320C64×+TM DSP兩個核，可達到720M處理能力。圖像采集前端使用的是Altera公司的Cyclone II系列的FPGA器件，其成本低、功耗低、性價比高。DSP+FPGA的高性能硬件支持為算法的效率提供了保障。此外還安裝了LED外部光源，利用外部光源的強光，可以減低環境光源對圖像質量的影響，并且可以降低曝光時間，以防止長時間的曝光造成的拖影，極大地提高了條形碼的識別率。
【專利說明】
一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器
技術領域
[0001] 本申請屬于物流快遞技術領域，特別是涉及一種用于快件條形碼識別的圖像型條 碼掃描器。
【背景技術】
[0002] 我國快遞行業由于市場無章可循，加之小公司比較多，自動化水平比較低，在搬 運、裝卸、包裝、分揀、訂單及數據處理等諸多快遞作業環節人手工操作方式仍然占據著主 導地位。
[0003] 快遞包裹從上門取件開始直至最終完成派送，對于人工的依賴性明顯，這大大提 高了快遞公司的成本。并且，隨著日益增多的快遞包裹，物流快遞行業在快件的處理過程中 也將迎來更多的考驗，如響應速度、包裹質量、送達時間和安全性等。快遞作業的自動化是 提高快遞效率的一個重要途徑和手段，也是產業發展的一個重要趨勢。為適應這一趨勢，用 于客戶的自助收件的快遞智能收件箱已經問世并廣泛應用在各類場所，但自助寄件問題仍 然無法解決。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，以克服現 有技術中的不足。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0006] 本申請實施例公開一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，包括LED光 源、C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速圖像處理 模塊，所述的C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速 圖像處理模塊依次連接。
[0007] 優選的，在上述的用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器中，所述的DSP 高速圖像處理模塊選自處理器TMS320DM6467(T)，其中內置了 ARM926EJ-STM RISC和 TMS320C64X+TM DSP 兩個核。
[0008] 優選的，在上述的用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器中，所述FPGA邏輯時 序管理與圖像預處理模塊為Altera公司的Cyclone II系列的FPGA器件。
[0009] 與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明DSP優選使用德州儀器（Texas Instrument)的達芬奇（DaVinciTM)處理器TMS320DM6467(T)，在其中內置了 ARM926EJ-STM RISC和TMS320C64 X +TM DSP兩個核，可達到720M處理能力。圖像采集前端使用的是A1 tera 公司的Cyclone II系列的FPGA器件，其成本低、功耗低、性價比高。DSP+FPGA的高性能硬 件支持為算法的效率提供了保障。此外還安裝了 LED外部光源，利用外部光源的強光，可以 減低環境光源對圖像質量的影響，并且可以降低曝光時間，以防止長時間的曝光造成的拖 影，極大地提高了條形碼的識別率。
【附圖說明】
[0010] 為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0011]圖1所示為本發明具體實施例中智能快遞箱系統的結構示意圖；
[0012] 圖2所示為本發明具體實施例中圖像型固定式條碼掃描器的原理示意圖；
[0013] 圖3所示為本發明具體實施例中圖像中不同區域的大梯度像素點、區域整體梯度 方向、以及梯度方向直方圖特征，其中（a)和（b)指的是條碼區域，（c)和（d)指的是非條 碼區域；
[0014] 圖4所示為本發明具體實施例中條碼檢測區安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 快遞屬于高成本、低利潤的行業。大多數快遞企業利潤率低于5%，且還在不斷下 降，但人工、土地、資金等成本均明顯上漲，人力成本已經占國內快遞成本的四到五成。根據 目前的行業發展趨勢，結合現階段的技術水平，本發明技術方案產品可實現自動化收取和 分揀快遞包裹的功能，實際解決物流快遞行業日益增長的人工成本問題，切實提高物流快 遞行業的工作效率。
[0016] 本技術方案的核心技術：
[0017] 1、對于快件的快遞單號自動化識別，利用集成了光源、鏡頭、CCD圖像采集、FPGA 邏輯管理、DSP處理器、讀碼算法和通信等功能固定式條碼掃描器進行快件的條碼動態識 別；
[0018] 2、對于快件的重量的在線測量，利用重量動態傳感系統實現對快件的重量獲取；
[0019] 3、對于快件的尺寸測量，利用計算機視覺技術結合光幕系統測量快件三維信息。
[0020] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明的具體實 施方式進行詳細說明。這些優選實施方式的示例在附圖中進行了例示。附圖中所示和根據 附圖描述的本發明的實施方式僅僅是示例性的，并且本發明并不限于這些實施方式。
[0021] 在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅 示出了與根據本發明的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關系不大 的其他細節。
[0022] 參圖1所示，智能快遞箱系統包括箱體1以及安裝于所述箱體上的觸摸顯示屏2， 所述箱體1具有一快件入口 6和一快件出口 7,所述箱體1的內部形成有快件識別區3和快 件存儲區4,所述快件識別區3設置有輸送帶5,所述快件識別區3內還設置有條形碼編號 識別裝置、在線稱重系統和尺寸測量系統。
[0023] 進一步地，快件識別區3沿箱體1的縱長方向延伸，快件入口 6和快件出口 7分別 位于輸送帶5的首尾兩端。快件識別區3的上方還形成有分揀區8,該分揀區8于快件出口 7-端與快件識別區3連通。
[0024] 進一步地，快件存儲區內設置有快件存量感應裝置，該快件存量感應裝置在快件 存儲區容量低于設定值時自動觸發取件信號至快遞人員手機。優選的，當快件存儲區可用 容量低于10 %時，會及時通知相關快遞人員取件。
[0025] 進一步地，還包括安全監控裝置。防止有人偷盜或蓄意損壞設施。相關視頻將保 留三個月，以備后續查看。快件的安全檢查除視頻監控外，后續由快遞公司后驗，以保證安 全。
[0026] 進一步地，還包括繳費模塊。繳費方式可以為刷卡、支付寶或現金等。
[0027] 進一步地，還包括條形碼打印裝置，該條形碼記載有寄件地址信息。
[0028] 進一步地，所述的條形碼編號識別裝置采用圖像型條碼掃描器。圖像型固定式條 碼掃描器，實現具有可快速讀取、抗畸變，抗污損、大景深等特點的條碼識別技術。
[0029] 進一步地，所述尺寸測量系統采用計算機視覺技術結合光幕系統。
[0030] 本申請實施例還公開了一種智能快遞箱寄件方法，包括：
[0031] (1)、寄件人通過觸摸顯示屏選擇輸入：寄件人電話和地址、收件人電話和地址；
[0032] (2)、打印裝置將地址信息以及地址條碼自動打印至快遞單，寄件人將快遞單簽字 后貼至快件上，放入快件入口，通過輸送帶將快件傳入快件識別區；
[0033] (3)、在快件識別區，在線實現快件的尺寸測量、稱重、快遞單號識別、自動計費，并 將所有信息錄入系統，顯示于寄件人所用的觸摸顯示屏，提示寄件人繳費；
[0034] (4)、寄件人確認后通過觸摸屏簽字，系統保存寄件人的簽字信息，寄件人繳費成 功后，后臺自動將快件放入快件存儲區中；
[0035] (5)、若寄件人繳費前終止寄件行為，系統將快件傳輸至快件出口，歸還寄件人。
[0036] 綜上所述，本案的技術原理為：通過傳輸帶從柜口傳輸到后臺進行在線檢測，首先 到達條碼掃描區域，識讀快件單號上的快遞單號，接著進入稱重區得到快件的重量，最后在 體積檢測區域得到包裹的長寬高，進而完成對快件的檢測。通過快件的相關信息計算郵寄 費用通知客戶，當客戶繳費成功后，觸發控制信號，將快件放入合適的存放位置。
[0037] 快遞單號為一維條碼，通常采用c〇del28編碼格式。因此快遞單號可采用條碼掃 描器來識別。目前常用的兩種條碼掃描器為激光掃描器和圖像型掃描器，這兩種掃描器的 區別見下表1 :
[0038] 表1 :兩種掃描器的特點對比
[0039]
[0040] 由于本案系統采用全自動在線檢測方式，激光掃描器無法滿足本系統的需求，因 此我們采用圖像型固定式條碼掃描器，實現具有可快速讀取、抗畸變，抗污損、大景深等特 點的條碼識別技術，并建立網絡通信、人機交互一體化軟件平臺。
[0041] 參圖2所示，圖像型條碼掃描器主要包括LED光源、C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA 邏輯時序管理與圖像預處理模塊和DSP高速圖像處理模塊。
[0042] 上述的掃描器中，DSP優選使用德州儀器（Texas Instrument)的達芬 奇（DaVinciTM)處理器 TMS320DM6467(T)，在其中內置了 ARM926EJ-STM RISC 和 TMS320C64X+TM DSP兩個核，可達到720M處理能力。圖像采集前端使用的是Altera公司 的Cyclone II系列的FPGA器件，其成本低、功耗低、性價比高。DSP+FPGA的高性能硬件支 持為算法的效率提供了保障。此外還安裝了 LED外部光源，利用外部光源的強光，可以減低 環境光源對圖像質量的影響，并且可以降低曝光時間，以防止長時間的曝光造成的拖影，極 大地提高了條形碼的識別率。
[0043] 基于方向梯度特征匹配的條形碼定位算法設計
[0044] 在相機采集了圖像之后，由于生產環境中的環境光源、景深、傳送速度、條形碼區 域的噪點等影響，需要對圖像進行預處理，提升圖像質量。由于相機采集的原始數據是YUV 數據，而Y分量恰好等于圖像的灰度圖，因此只需直接截取原始數據的Y分量。對圖像進行 二值化處理，而二值化處理需要選定合適的閾值，閾值的選取對二值化的結果非常關鍵，受 到圖像中噪聲的干擾，很難選擇一個普適的閾值，因此在進行二值化處理前，需要進行去噪 處理。一般來說，去噪處理可選擇線性濾波和非線性濾波。線性濾波（如均值濾波）使用濾 波器模板確定的鄰域內像素的平均灰度值代替圖像中的每個像素的值，這種處理降低了圖 像灰度的"尖銳"變化，從而消除了灰度級急劇變化造成的隨機噪聲。然而在實際測試中發 現，均值濾波使得圖像邊緣模糊，定位效果更加差。經分析，條形碼的邊緣同樣具有灰度級 的尖銳變化的特性，因此均值濾波對條形碼定位起到了反作用。而非線性濾波中的中值濾 波方法可以有效解決這個問題。中值濾波通過對中心像素附近的像素進行排序統計，再按 照其結果決定的值代替中心像素的值。中值濾波既可以去除孤立噪聲點又不會使邊緣強度 損失，因此本實施例將采用中值濾波方法作為去噪方法。在完成中值濾波后，即可對圖像進 行二值化處理。二值化處理后得到的圖像中，只有黑白兩種像素點，黑白像素之間沒有亮度 漸變，因此會在條形碼區域有很多灰度發生驟變的像素點。這些像素點具有統一的梯度方 向。利用這一特點，我們可以設計基于梯度方向特征匹配的算法。可以預見，在條碼區域， 將會有大量具有較大灰度梯度值的點，并且這些大梯度點的梯度值趨向一致。由此可以定 位出條形碼區域。
[0045] 圖3給出了圖像中不同區域（由紅色框標記）的大梯度像素點（由藍色點標記）、 區域整體梯度方向（由綠色線段標出），以及梯度方向直方圖特征。
[0046] 可以看出，同為條碼區域的圖像中，具有大值的梯度像素點數量較多，整體梯度方 向較為一致，皆為垂直于條碼標識線的方向，并且其梯度方向直方圖分布趨勢較為一致，匹 配度較高；而背景區域（包括背景中的反光區域）圖像中，具有大值的梯度像素點數量較 少，整體梯度方向相比條碼區域有明顯不同，其梯度方向直方圖分布也有很大差別，與條碼 區域直方圖匹配度較低。總的來說，條碼區域圖像的梯度方向直方圖、大梯度像素點數量、 梯度方向特征可以明顯地與背景區域圖像的特征區別開來。
[0047] 本系統采用圖像型固定式條碼掃描器的安裝圖如圖4所示，當快件到達拍攝區域 后，由光電開關觸發掃描器多次掃碼，直至該快件通過相機拍攝區域。掃描器將條碼識別結 果發給上位機軟件。
[0048] 上述高速實時的圖像采集與處理系統、嵌入式DSP架構和高度優化的圖像讀碼算 法，可確保連續讀取處于高速運動狀態下標識在物品表面的條碼。
[0049] 最后，還需要說明的是，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他 性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且 還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的 要素。
【主權項】
1. 一種用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，其特征在于包括LED光源、C/CS鏡 頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速圖像處理模塊，所述的 C/CS鏡頭、CCD成像模塊、FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊、和DSP高速圖像處理模塊 依次連接。2. 根據權利要求1所述的用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，其特征在于：所 述的DSP高速圖像處理模塊選自處理器TMS320DM6467(T)，其中內置了 ARM926EJ-STM RISC 和 TMS320C64X+TM DSP 兩個核。3. 根據權利要求1所述的用于快件條形碼識別的圖像型條碼掃描器，其特征在于：所 述FPGA邏輯時序管理與圖像預處理模塊為Altera公司的Cyclone II系列的FPGA器件。
【文檔編號】G06K7/10GK106033525SQ201510117000
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月17日
【發明人】田原, 李功燕, 何亮, 劉益軍, 趙政楠, 湯暉
【申請人】蘇州長鼎興智能科技有限公司