一种激光二维码定位方法技术

本发明专利技术涉及一种激光二维码定位方法，它是将金属件二维码图像经过图像预处理、图像二值化、经Canny算子边缘检测、二维码粗定位、图像骨架细化、位置定位符检测、图像几何失真校正二维码精确定位等得到精确定位的二维码图像。本发明专利技术通过利用图像形态学的方法对二维码二值图像进行闭运算并检测二维码图像的外轮廓，得到粗定位二维码图像，再利用图像骨架细化算法得到二维码位置探测图形及其中心点，并利用几何失真算法提取定位后的二维码，得到较好的二维码图像，解决了目前因标刻时的化学反应使激光二维码图像的位置定位符和校正图形不清晰或者不规则，由此导致无法直接利用位置定位符和校正图形的特征对二维码进行定位的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种用于金属件标识的激光二维码图像识别时的激光二维码定位方法。
技术介绍
直接零件标识表示一种特殊的印刷技术，可以不经过如标签这样的中间载体，直接为产品做标识，该技术在现代国内外制造业中应用尤为广泛。目前可以对金属件进行直接标识的技术有激光标刻、喷墨打码和气动式打标等。激光标刻技术既能在保证不损坏金属工件的完整性的同时又刻蚀出可以永久保留的信息图案，在高精度需求的制造业中非常适用。随着国内外物联网产业和制造业的蓬勃发展，二维码技术因其本身强大的纠错能力在制造业领域的金属件标识中逐渐得到应用。为提高企业管理效率，激光二维码作为解决金属件标识问题的有效技术之一得到了广泛的应用，即利用激光标刻技术为金属件直接标刻上对应信息的二维码。但是当前利用图像处理技术在识别金属件表面的激光二维码时存在着定位难等问题，主要原因有：(1)金属工件的外表面不是全平面型，导致在激光直接标刻时，二维码图像有弧度的；(2)金属工件本身的材质各式各样，有的金属件表面反光、有的材质颜色灰暗、有的材质易氧化，加大了准确定位识别二维码的难度；(3)金属工件的材质不同，在激光直接标刻的过程中，不能直接标刻以黑色为前景色的二维码，这与标准的二维码恰好相反；(4)在给金属工件进行二维码标刻时，激光打码机的内部因素和外界因素导致在刀具表面所呈现的二维码不规则。为解决采用激光直接标刻在金属件上的二维码定位问题，国内外的相关研究者提出了许多解决方案，其中与本专利技术最接近的技术方案包括：专利技术专利（申请号：200610088973.0，名称：一种基于两级分类的二维码定位识别方法和装置）中提出种基于两级分类的二维码定位识别方法，其主要思路是把对二维码的定位分为了两级，第一级是基于拍摄图像进行前景像素与背景像素的分离，即图像二值化，再利用标准二维码定位符和校正符的特征，搜索和匹配图像中的定位图形并利用仿射校正定位出标准图像中各模块的位置，第二级是是在第一级基础上对每个模块的中心点灰度值进行二次二分类，再进行二维码识别，但此方法的前提是需要准确得到位置定位符的位置，当检测的图像中的二维码不是标准二维码时，基于二维码位置定位符的特征就不适用，无法进行二次分类；专利技术专利（申请号：201310742473.4，名称：一种二维码识别方法及装置）中阐述一种基于二维探测图形三元组的方法来对二维码区域进行定位提取，但该方法只有在位置探测图形可检测的前提下才可以实现；刘家昕（基于边缘增强的二维码区域快速检测定位算法[J]。计算机工程，2012）中提出了一种基于边缘增强的二维码定位算法，其主要思想是利用Max-Min差分和Canny算子相结合去除图像的噪点并增强目标的特征信息，再利用水平和垂直投影方法对二维码的二维进行粗定位，最后使用形态学的方法对二维码进行精确定位，但当输入的图像光照太暗、目标不明显及噪声过分复杂时，算法难以获得一个准确的二维码候选区域；王伟（复杂金属背景下二维条码区域的快速定位[J]。天津大学学报，2013）提出一种二维条码区域快速定位方法，其主要思想主要是基于机器学习和级联过滤器联立的方法滤除背景区域，结合二维条码的几何性质检测候选区域，然后利用聚类生长法包络二维条码区域，该方法并没有根据二维码本身的特殊进行检测，而是利用金属背景的特征对其定位。综上所述，现有各种QR二维码定位方法利用位置定位符和校正图形对二维码的整个区域进行定位，但是在复杂的背景下，QR二维码的三个位置定位符和校正图形很难检测，不能利用标准QR二维码黑:白:黑:白:黑=1:1:3:1:1的特征，本专利技术针对这一不足提出一种激光二维码定位方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种激光二维码定位方法，它解决的技术问题是因标刻时的化学反应使得金属件上的激光二维码图像的位置定位符和校正图形不清晰或者不规则，由此导致无法直接利用位置定位符和校正图形的特征对二维码进行定位。所述的一种激光二维码定位方法，其特征在于将金属件二维码图像经过图像预处理、图像二值化、得到的二值图像闭运算去除干扰连通区域、再经Canny算子边缘检测、二维码粗定位、图像骨架细化、位置定位符检测、图像几何失真校正二维码精确定位等，得到精确定位的二维码图像。所述的一种激光二维码定位方法，其特征在于具体包括如下步骤：步骤1）将采集的金属件激光二维码RGB图像转换为HSI色彩模型，对其I分量进行均衡化处理后再转换为RGB图像，并将其再转化为灰度图像，利用双边滤波对图像进行去噪处理；步骤2）将步骤1）得到的图像均匀划分为9个部分，结合谷底最小值阈值法和最大类间方差阈值法分别对这9个子图进行二值化，得到二值图像G；步骤3）对步骤2）得到的二值图像进行中值滤波并利用形态学闭运算对图像进行处理，得到图像I，即，从而得到连通区域集合，其中X为结构元素，Lu为图像中的第u个连通区域，v为连通区域个数，运算符“·”为闭操作，运算符“⊕”为膨胀操作，运算符为腐蚀操作，计算连通区域Lu的面积SLu，将面积小于阈值且大于阈值的连通区域内的像素点置为背景，其中，为步骤2)得到的二值图像G的面积；步骤4）利用Canny算子对步骤3）中得到的图像进行边缘提取，再利用最小外接矩形检测得到二维码所在的连通区域，根据得到的二维码最小外接矩形外轮廓的四个顶点坐标，获取二维码的最小包络矩形，其对应二值图像即为粗定位的二值化二维码图像，记为Q；步骤5）对图像Q进行行列扫描，逐像素点对图像进行骨架细化处理并得到一张只包括二维码细化轮廓和其它噪声轮廓的图像，再利用最小外接矩形检测得到图像中的矩形集合作为候选的二维码位置定位符，其中m为得到的矩形个数，Ri为第i个矩形；步骤6）过滤步骤5）细化图像中不是二维码位置定位符的矩形，得到只包含二维码位置定位符的矩形；步骤7）根据步骤6）得到的矩形集合R定位二维码，得到的二维码四个顶点坐标p1,p2,p3和p4；步骤8）将步骤7）中得到的二维码四个顶点坐标p1,p2,p3和p4记为，根据式(1)和(2)求解图像旋转校正系数：其中xj和yj为精确定位二维码图像中与像素点顶点对应的横坐标和纵坐标，最后利用双线性插值法得到精确定位的二维码图像。所述的一种激光二维码定位方法，其特征在于步骤2）中二值化具体为：若子图的直方图有明显的双峰，则将谷底最小值作为阈值对子图进行二值化；若子图的直方图比较平坦或者为单峰直方图，则利用最大类间方差阈值法对子图进行二值化。所述的一种激光二维码定位方法，其特征在于过滤步骤6）中细化图像中不是二维码位置定位符的矩形具体为：1）计算Ri中心点，并得到中心点集合，去除Pc中重复的中心点以及Ri的高度WidthRi和宽度HeigthRi不满足的矩形，再计算和Pcenter的距离，得距离集合，其中Pcenter为图像Q的中心点；2）首先利用Dc过滤不是二维码位置定位符的矩形轮廓，具体为：若，则认为该矩形轮廓不是位置定位符，其中C为图像Q的面积与通过二维码外轮廓四个顶点坐标计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二维码定位方法，其特征在于将金属件二维码图像经过图像预处理、图像二值化、得到的二值图像闭运算去除干扰连通区域、再经Canny算子边缘检测、二维码粗定位、图像骨架细化、位置定位符检测、图像几何失真校正二维码精确定位等，得到精确定位的二维码图像。

【技术特征摘要】
1.一种激光二维码定位方法，其特征在于将金属件二维码图像经过图像预处理、图像二值化、得到的二值图像闭运算去除干扰连通区域、再经Canny算子边缘检测、二维码粗定位、图像骨架细化、位置定位符检测、图像几何失真校正二维码精确定位等，得到精确定位的二维码图像。
2.根据权利要求1所述的一种激光二维码定位方法，其特征在于具体包括如下步骤：
步骤1）将采集的金属件激光二维码RGB图像转换为HSI色彩模型，对其I分量进行均衡化处理后再转换为RGB图像，并将其再转化为灰度图像，利用双边滤波对图像进行去噪处理；
步骤2）将步骤1）得到的图像均匀划分为9个部分，结合谷底最小值阈值法和最大类间方差阈值法分别对这9个子图进行二值化，得到二值图像G；
步骤3）对步骤2）得到的二值图像进行中值滤波并利用形态学闭运算对图像进行处理，得到图像I，即
，
从而得到连通区域集合，
其中X为结构元素，Lu为图像中的第u个连通区域，v为连通区域个数，运算符“·”为闭操作，运算符“⊕”为膨胀操作，运算符为腐蚀操作；计算连通区域Lu的面积SLu，将面积小于阈值且大于阈值的连通区域内的像素点置为背景，其中
，为步骤2)得到的二值图像G的面积；
步骤4）利用Canny算子对步骤3）中得到的图像进行边缘提取，再利用最小外接矩形检测得到二维码所在的连通区域，根据得到的二维码最小外接矩形外轮廓的四个顶点坐标，获取二维码的最小包络矩形，其对应二值图像即为粗定位的二值化二维码图像，记为Q；
步骤5）对图像Q进行行列扫描，逐像素点对图像进行骨架细化处理并得到一张只包括二维码细化轮廓和其它噪声轮廓的图像，再利用最小外接矩形检测得到图像中的矩形集合作为候选的二维码位置定位符，其中m为得到的矩形个数，Ri为第i个矩形；
步骤6）过滤步骤5）细化图像中不是二维码位置定位符的矩形，得到只包含二维码位置定位符的矩形；
步骤7）根据步骤6）得到的矩形集合R定位二维码，得到的二维码四个顶点坐标p1,p2,p3和p4；
步骤8）将步骤7）中得到的二维码四个顶点坐标p1,p2,p...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，令狐亁锦，高炎，汪韬，童伟圆，倪逸扬，卢书芳，肖刚，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33