一种基于直线聚类的圆形阵列图形码的视觉识别方法，涉及一种识别方法，特别涉及一种圆形阵列图形码的视觉识别方法。为了解决现有的图形码识别方法仅适用于近距离识别的问题和复杂背景中提取条形码或二维码较为困难、识别准确率低的问题。本发明专利技术通过高清摄像头采集一张含有圆形阵列图形码的图像，记作原始图像，进行灰度化和高斯滤波处理；并对处理后的图像，采用Hough变换寻找图像中所有的圆；分别对每个阵列圆进行标记，得到的阵列圆信息列表，并确定阵列圆标识图像，结合等效阵列圆间距典型值△γ，确定等效圆形阵列粗略偏转角度；对所有行、列等效阵列圆进行直线聚类分析；然后拟合并识别阵列圆的信息，完成识别。本发明专利技术适用于图形码的视觉识别。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种识别方法，特别涉及一种圆形阵列图形码的视觉识别方法。
技术介绍
图形码是利用特定图像结构描述字符信息的一种编码方式，相较于直接字符识 另IJ，图形码由于具有统一编码标准、辨识度明显、识别稳定性高等特点，已经广泛应用于物 流、商业、工业生产、办公自动化以及家庭生活等诸多方面。 现阶段广泛采用的图形编码方式包括条形码和二维码。条形码是将线条与空白按 照一定的编码规则组合起来的图形，在读取过程中，采用的特定的扫描器通过扫描黑白间 隙，再经光电转换生成易被计算机识别的二进制码。条形码是一种一维的编码方式，只能依 据一维方向上条和空的组合以及宽度进行编码，相比于这种方式，二维码充分利用了图像 空间，将字符信息通过图像矩阵的方式进行了编码，因此信息量更大，同时二维码因引入了 更多的校验纠错码，具有错误检测和恢复删除数据的能力。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的图形码识别方法仅适用于近距离识别的问题和复杂背景 中提取条形码或二维码较为困难、识别准确率低的问题。 本专利技术提出一种圆形阵列图形码。一种圆形阵列图形码绘制于载体上，用于载体 的识别；圆形阵列图形码包括外框定位圆和内部的圆形阵列；圆形阵列为多个半径相等的 圆形呈阵列排布，一个圆形称为一个阵列圆；所述内部的圆形阵列的行数和列数按需要进 行设定；所有阵列圆均匀分布于外框定位圆的一个内接矩形中；每个阵列圆采用内部完全 填涂或者内部无填涂表示〇或1信息，按以下方式表示： 阵列圆内部完全填涂表示1，阵列圆内部无填涂表示0 ;或者，阵列圆内部完全填 涂表示〇，阵列圆内部无填涂表示1。 本专利技术针对上述圆形阵列图形码，提出一种基于直线聚类的圆形阵列图形码的视 觉识别方法，包括以下步骤： 步骤一、通过高清摄像头采集一张含有圆形阵列图形码的图像，记作原始图像，并 对原始图像进行灰度化和高斯滤波处理； 步骤二、对步骤一得到的处理后的图像，采用Hough变换寻找图像中所有的圆； 步骤三、根据步骤二寻找到的所有圆形，定位圆形阵列图形码区域，定位方法如 下：从找到的半径最大的圆开始，判断是否该圆内部是否存在有总数为M*N个半径相等的 小圆，如果存在，则该大圆为圆形阵列图形码的外框定位圆，M*N个小圆为内部的阵列圆，其 中，M、N分别为圆形阵列的行、列数； 如果不存在上述情况，说明圆形阵列图形码定位失败，返回步骤一，重新采集图 像； 步骤四、对于步骤三找到的圆形阵列，分别对每个阵列圆进行标记，将每个阵列圆 赋予一个唯一的标识序号：序号从1~M*N ;并建立阵列圆信息列表，该列表内容包括：每 个阵列圆的圆心坐标，每个阵列圆内部区域所有像素的平均灰度值，记作该阵列圆平均灰 度； 第i个阵列圆的平均灰度gl计算公式如下： 其中，i = 1，2，……，M*N，（xk，yk)是第i个阵列圆内部区域第k个像素的坐标； K为第i个阵列圆内部区域中包含的像素个数，g (xk, yk)为第k个像素对应的灰度值； 步骤五、对于步骤四得到的阵列圆信息列表，按照以下方法确定灰度分割阈值：寻 找所有阵列圆信息列表中阵列圆平均灰度的最大值max (gj和最小值min (gj，如果阵列圆 平均灰度的最大值和最小值之差小于某一预设阈值thresh，即max (gj-min (gj〈thresh， 则约定对应圆形阵列所对应的信息矩阵为全1矩阵，结束执行； 否则，将阵列圆平均灰度最大值和最小的均值作为灰度分割阈值seg_thresh，BP执行步骤六； 步骤六、根据步骤四得到的阵列圆信息列表确定阵列圆标识图像： 建立一个像素灰度值均为0、且大小与原始图像相同的背景图像；并在背景图像 中，将对应原始图像中每个阵列圆圆心位置处的像素（一个像素）灰度值变为原始图像中 对应阵列圆的标识序号，此时的背景图像即为阵列圆标识图像； 阵列圆标识图像上的每个非0灰度值的像素称为等效阵列圆，所有等效阵列圆构 成的阵列称为等效圆形阵列；原始图像中有M*N个阵列圆，对应背景图像中就有M*N个等效 阵列圆，等效阵列圆实质为一个像素，阵列圆与等效阵列圆一一对应； 然后，在阵列圆标识图像中，计算相邻等效阵列圆的间距Λ γ，将此间距作为等效 阵列圆间距典型值； 步骤七、利用步骤六得到的阵列圆标识图像和等效阵列圆间距典型值Λ γ，进行 等效圆形阵列局部分析，确定等效圆形阵列粗略偏转角度；方法如下： 以阵列圆标识图像上任意一个等效阵列圆为中心，在3 Λ γ半径范围内，搜 索-45°~45°，45°~135°、135°~225°、-135°~-45°这四个扇形方向范围内的 最近等效阵列圆； 如果四个方向上均不存在等效阵列圆，则重新选择其他等效阵列圆作为中心进行 搜索； 如果存在，利用每个方向上找到的最近等效阵列圆，确定等效圆形阵列粗略偏转 角度Λ Θ，在图像坐标系下，Λ Θ以顺时针方向为正； 步骤八、利用步骤六得到的阵列圆标识图像和等效阵列圆间距典型值Λ γ以及 步骤七得到的等效圆形阵列粗略偏转角度Λ θ，对所有行、列等效阵列圆进行直线聚类分 析，得到行、列等效阵列圆蔟； 步骤九：利用步骤八得到的行、列等效阵列圆簇，进行行、列直线拟合，并通过拟合 得到的行、列直线交点坐标，在阵列圆标识图像上，确定每行等效阵列圆中每个等效阵列圆 的标识序号（阵列圆标识图像上的灰度值）；然后对应到阵列圆信息列表中该阵列圆内部 区域所有像素的平均灰度，再结合灰度分割阈值seg_threSh，进行此行列位置上阵列圆的 〇或1信息判断； 步骤十：根据步骤九中得到的每个行、列位置上的阵列圆0或1信息，按如下方法 建立对应的圆形阵列图形码信息矩阵：圆形阵列图形码信息矩阵的行、列数和图像中阵列 圆的行、列数一致，圆形阵列图形码信息矩阵对应行列位置上的〇或1信息由对应阵列圆的 〇或1信息确定。 本专利技术提及的图形码以及对应动态视觉识别方法有如下的优点： (1)圆形阵列图形码编码方式灵活，用户可以根据不同使用环境，自定义阵列大 小、校验方式，建立自己的码制。 (2)圆形阵列图形码在识别过程中，读取设备只需一个高清摄像头，识别系统成本 低。 (3)圆形阵列图形码对绘制精度要求低，没有尺寸方面的特殊要求，用户完全可以 在载体上徒手绘制。 (4)本专利技术的图形码额识别方法不但适用于近距离识别，而且适用于工业环境下 远距离的识别情况，只要绘制的当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于直线聚类的圆形阵列图形码的视觉识别方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、通过高清摄像头采集一张含有圆形阵列图形码的图像，记作原始图像，并对原始图像进行灰度化和高斯滤波处理；步骤二、对步骤一得到的处理后的图像，采用Hough变换寻找图像中所有的圆；步骤三、根据步骤二寻找到的所有圆形，定位圆形阵列图形码区域，定位方法如下：从找到的半径最大的圆开始，判断是否该圆内部是否存在有总数为M*N个半径相等的小圆，如果存在，则该大圆为圆形阵列图形码的外框定位圆，M*N个小圆为内部的阵列圆，其中，M、N分别为圆形阵列的行、列数；如果不存在上述情况，说明圆形阵列图形码定位失败，返回步骤一，重新采集图像；步骤四、对于步骤三找到的圆形阵列，分别对每个阵列圆进行标记，将每个阵列圆赋予一个唯一的标识序号：序号从1～M*N；并建立阵列圆信息列表，该列表内容包括：每个阵列圆的圆心坐标，每个阵列圆内部区域所有像素的平均灰度值，记作该阵列圆平均灰度；第i个阵列圆的平均灰度gi计算公式如下：gi=Σk=1Kg(xk,yk)K]]>其中，i＝1，2，……，M*N，(xk,yk)是第i个阵列圆内部区域第k个像素的坐标；K为第i个阵列圆内部区域中包含的像素个数，g(xk,yk)为第k个像素对应的灰度值；步骤五、对于步骤四得到的阵列圆信息列表，按照以下方法确定灰度分割阈值：寻找所有阵列圆信息列表中阵列圆平均灰度的最大值max(gi)和最小值min(gi)，如果阵列圆平均灰度的最大值和最小值之差小于某一预设阈值thresh，即max(gi)‑min(gi)<thresh，则约定对应圆形阵列所对应的信息矩阵为全1矩阵，结束执行；否则，将阵列圆平均灰度最大值和最小的均值作为灰度分割阈值seg_thresh，即seg_thresh=max(gi)+min(gi)2,]]>执行步骤六；步骤六、根据步骤四得到的阵列圆信息列表确定阵列圆标识图像：建立一个像素灰度值均为0、且大小与原始图像相同的背景图像；并在背景图像中，将对应原始图像中每个阵列圆圆心位置处的像素(一个像素)灰度值变为原始图像中对应阵列圆的标识序号，此时的背景图像即为阵列圆标识图像；阵列圆标识图像上的每个非0灰度值的像素称为等效阵列圆，所有等效阵列圆构成的阵列称为等效圆形阵列；原始图像中有M*N个阵列圆，对应背景图像中就有M*N个等效阵列圆，等效阵列圆实质为一个像素，阵列圆与等效阵列圆一一对应；然后，在阵列圆标识图像中，计算相邻等效阵列圆的间距△γ，将此间距作为等效阵列圆间距典型值；步骤七、利用步骤六得到的阵列圆标识图像和等效阵列圆间距典型值△γ，进行等效圆形阵列局部分析，确定等效圆形阵列粗略偏转角度；方法如下：以阵列圆标识图像上任意一个等效阵列圆为中心，在3△γ半径范围内，搜索‑45°～45°，45°～135°、135°～225°、‑135°～‑45°这四个扇形方向范围内的最近等效阵列圆；如果四个方向上均不存在等效阵列圆，则重新选择其他等效阵列圆作为中心进行搜索；如果存在，利用每个方向上找到的最近等效阵列圆，确定等效圆形阵列粗略偏转角度△θ；步骤八、利用步骤六得到的阵列圆标识图像和等效阵列圆间距典型值△γ以及步骤七得到的等效圆形阵列粗略偏转角度△θ，对所有行、列等效阵列圆进行直线聚类分析，得到行、列等效阵列圆蔟；步骤九：利用步骤八得到的行、列等效阵列圆簇，进行行、列直线拟合，并通过拟合得到的行、列直线交点坐标，在阵列圆标识图像上，确定每行等效阵列圆中每个等效阵列圆的标识序号；然后对应到阵列圆信息列表中该阵列圆内部区域所有像素的平均灰度，再结合灰度分割阈值seg_thresh，进行此行列位置上阵列圆的0或1信息判断；步骤十：根据步骤九中得到的每个行、列位置上的阵列圆0或1信息，按如下方法建立对应的圆形阵列图形码信息矩阵：圆形阵列图形码信息矩阵的行、列数和图像中阵列圆的行、列数一致，圆形阵列图形码信息矩阵对应行列位置上的0或1信息由对应阵列圆的0或1信息确定。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高会军，靳万鑫，杨宪强，于金泳，孙昊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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