劉建蘭，朱 麗

（江西科技師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330038）

1 引言

在我國，有許多假冒偽劣產(chǎn)品充斥在市場環(huán)境中，而對于產(chǎn)品的防偽工作應(yīng)從源頭上抓起。首先，要加強(qiáng)物流產(chǎn)品流通渠道的管理，對物流產(chǎn)品從生產(chǎn)出庫到批發(fā)商、配送企業(yè)、零售商、再到客戶，進(jìn)行全程防偽信息管理；其次，由于許多的生產(chǎn)企業(yè)沒有物流渠道和缺乏對于產(chǎn)品的信息管理，從而導(dǎo)致個別經(jīng)銷商為了自身利益而不顧企業(yè)的市場管理政策，將所經(jīng)銷的產(chǎn)品跨區(qū)銷售，這種竄貨行為嚴(yán)重破壞了企業(yè)的市場管理。因此，要解決這些問題就要加強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品物流的防偽防串貨信息管理與控制[1-2]。

產(chǎn)品在出庫時被賦予唯一的數(shù)字防偽標(biāo)識，比如條形碼、二維碼、防偽圖像等，通過兩個或多個攝像機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行防偽圖像獲取，將采集到的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將這些三維圖像信息輸送到計算機(jī)進(jìn)行三維圖像重建，獲得被測產(chǎn)品防偽標(biāo)識的三維數(shù)據(jù)，通過與產(chǎn)品信息庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配后，就能得到產(chǎn)品的詳細(xì)信息。根據(jù)物流防偽信息管理系統(tǒng)對于防偽標(biāo)識圖像的要求，提出了一種可以有效區(qū)分目標(biāo)物邊緣的局部匹配算法，首先通過濾波處理消除不同亮度差對圖像質(zhì)量產(chǎn)生的影響，然后檢測出圖像中的誤匹配點，從而準(zhǔn)確地對圖像進(jìn)行三維重建。

2 問題分析

2.1 物流防偽信息管理

據(jù)統(tǒng)計，目前我國的產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)上的費(fèi)用占了總費(fèi)用的40%~60%，這不僅增加了消費(fèi)者的負(fù)擔(dān)，而且也嚴(yán)重影響了企業(yè)產(chǎn)品的推廣。在美國，生產(chǎn)型企業(yè)通過建立物流管理體系，把產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)上的費(fèi)用降到了20%以下。因此，建立產(chǎn)品的物流防偽信息控制系統(tǒng)顯得非常重要[3-4]。

針對上述情況，系統(tǒng)賦予企業(yè)的每一個產(chǎn)品一組唯一的按國際編碼規(guī)則編制的物流防偽監(jiān)控標(biāo)識。企業(yè)可以將密碼印制成防偽標(biāo)識粘貼在產(chǎn)品上。企業(yè)各級人員利用這個系統(tǒng)平臺，可以管理產(chǎn)品流通信息、監(jiān)控產(chǎn)品物流情況、監(jiān)控產(chǎn)品真?zhèn)涡畔?、統(tǒng)計產(chǎn)品的物流信息。消費(fèi)者可以通過撥打全國統(tǒng)一查詢電話，輸入產(chǎn)品上的防偽密碼，查詢產(chǎn)品的真?zhèn)吻闆r，了解產(chǎn)品和企業(yè)的相關(guān)信息等。其物流產(chǎn)品防偽信息管理系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 物流防偽系統(tǒng)流程圖

每件產(chǎn)品都有唯一的數(shù)字身份標(biāo)識，此標(biāo)識可以是普通序列號，也可以是防偽圖像、二維碼等，并可以進(jìn)行防偽查詢，標(biāo)識本身帶有多種防偽手段?？梢园呀?jīng)銷商根據(jù)地區(qū)的不同進(jìn)行劃分、統(tǒng)計和管理；可以對不同產(chǎn)品的年/月或者任意時間段的銷售量進(jìn)行統(tǒng)計，包括根據(jù)經(jīng)銷商不同時期的銷量統(tǒng)計不同產(chǎn)品。所有產(chǎn)品不用根據(jù)經(jīng)銷商定單的不同而區(qū)分生產(chǎn)，解決了成品庫房不足和產(chǎn)品積壓問題，只需配置一臺電腦一個數(shù)據(jù)采集器就可以代替原來的手工記錄、手工輸入、手工翻閱資料、手工查詢產(chǎn)品流向等范圍的人工操作，真正在管理上實現(xiàn)了無紙化操作和信息傳遞。

由于數(shù)碼標(biāo)識的隨機(jī)性和存儲的安全性，使得造假者無法破譯和竊取數(shù)碼；而且企業(yè)只是用物流防偽標(biāo)識替代原有的普通標(biāo)識，在成本上沒有增加。在驗證物流信息時，市場打假人員將搜集到的產(chǎn)品信息在企業(yè)內(nèi)部用局域網(wǎng)內(nèi)部的任何一部電腦，即可查詢到產(chǎn)品的流通信息，在管理上更上一層樓。

2.2 基于計算機(jī)視覺的解決方案

計算機(jī)視覺系統(tǒng)主要分為攝像機(jī)定標(biāo)、立體匹配和三維重建三部分。利用圖像傳感器或者高速相機(jī)獲取被測對象的圖像，并將圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)矩陣，用計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與處理，然后完成與視覺、圖像有關(guān)的檢測工作。

將物流產(chǎn)品放在載物臺上，并用光源對外包裝進(jìn)行照射，產(chǎn)品外包裝上的防偽識別圖像被攝像設(shè)備采集，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)部，獲取到灰度的二維陣列原始圖像。然后對原始圖像進(jìn)行濾波處理，以及通過邊緣提取和亞像素技術(shù)得到原始圖像的亞像素級邊緣，以提高原始圖像的質(zhì)量。應(yīng)用計算機(jī)三維視覺的局部匹配算法，提取有用的圖像特征，對圖像特征進(jìn)行分類整理，完成對圖像更高層圈的描述以及三維重建，并與產(chǎn)品庫中的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對比，完成計算機(jī)視覺系統(tǒng)所要求的防偽標(biāo)識檢測任務(wù)。其物流產(chǎn)品防偽檢測平臺示意圖如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品防偽檢測平臺

3 算法研究

3.1 改進(jìn)的局部匹配算法

基于一種簡單硬判決策略來決定圖像匹配點：It和Ir分別表示獲取圖像和目標(biāo)圖像，其中，p∈It和p∈Ir；計算掃描線上每個點的匹配代價收集，如果p點與g點為匹配點，那么以p點和g點為中心的窗口，匹配代價的收集為最?。黄湟晥D差為d，為p點與g點橫坐標(biāo)之差。設(shè)Wk為右移系數(shù)，則Wk為：

窗口圖像中某些區(qū)域的像素顏色強(qiáng)度與中心點會有所不同，所以要將這些點的匹配代價右移兩位，目的是為了減少與中心點有不同視圖差的像素點的影響。而前景圖像中的膨脹現(xiàn)象是因為窗口圖像中有著不同深度的像素點，為了解決這個問題，提出一種基于代價收集方法的假設(shè)，假設(shè)內(nèi)容是為：原始圖像中不同顏色的像素點屬于不同的深度點。

為了減少因視圖差不連續(xù)而對匹配代價的影響，可以通過在式（2）中引用右移系數(shù)，增加圖像不同亮度視圖差的精度。解決了前景圖像膨脹的問題，就可以增大窗口的尺寸，以獲取更多的像素點、信息點，增強(qiáng)整個算法的魯棒性。

由于噪聲對光學(xué)傳感器的影響，單個像素的灰度值會存在較大的不確定性，且灰度圖像的灰度值只有256種，不同圖像上點的灰度值也是不同的，就使得僅僅依靠一個點的灰度值信息，不足以尋找到正確的匹配點。因此，采用基于自適應(yīng)權(quán)值的局部三維匹配算法，用窗口匹配的方式來增強(qiáng)匹配的魯棒性，即利用圖像周邊區(qū)域像素點灰度值的相近性來補(bǔ)充單個點匹配信息的不足問題，所以，不同的窗口大小尺寸會生成不同質(zhì)量的視差圖[5-6]。

窗口的大小與圖像的噪聲點成反比。窗口增大，噪聲點減少，同時視圖差平滑，但是圖像的邊緣也會隨之模糊，而且窗口越大前景圖像邊緣的擴(kuò)散范圍越大。因此，得出結(jié)論：窗口的大小對三維立體匹配的性能有著很大影響?；谧赃m應(yīng)權(quán)值的局部匹配算法，可以使原始圖像中防偽標(biāo)識區(qū)域產(chǎn)生圖像質(zhì)量較好的平滑視圖差，即使在檢測能力的最遠(yuǎn)距離附近，目標(biāo)邊緣亦較清晰，滿足各種條件下物流防偽標(biāo)識的識別要求，且高效誤碼率較低。

3.2 圖像濾波處理方法

攝像機(jī)的定位坐標(biāo)不同，光源照射角度不同以及攝像機(jī)的光學(xué)傳感器電平不相同等，都會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生不同影響，影響圖像的三維匹配，所以在對物流產(chǎn)品防偽標(biāo)識圖像的采集和匹配之前，需要進(jìn)行濾波處理，在不影響實時性的前提下，使用一種簡單有效的濾波方法，可以在歸一化亮度的同時，有效地增強(qiáng)圖像中的紋理細(xì)節(jié)，用窗口滑過整個圖像，窗口中心點的灰度Ic為：

其中，I為窗口內(nèi)像素的平均灰度值，Icap是手動設(shè)定限制值。

使用濾波消除了亮度差異對立體匹配的影響之后，所得到的視差圖較接近沒亮度差異時的視差圖質(zhì)量。而對于圖像中有遮擋點的判斷和預(yù)測是檢測誤匹配點的重要步驟，過程如下：在得到某點p在目標(biāo)圖像的匹配點q后，沿掃描線檢查其他點的匹配代價收集，如果有一點i與匹配點q的匹配代價收集值在1+k%的范圍內(nèi)，點i又不是匹配點q的鄰點，則判定p點為誤匹配。

3.3 三維坐標(biāo)的計算

在得到圖像對的視差圖之后，即可計算圖像中像素點所代表物點的物理空間三維坐標(biāo)。

其中，d=xl-xr為像素點的視差；(cxl,cxr)為主點被定標(biāo)到分別在左右圖像中擁有相同的像素坐標(biāo)；f為焦距；T為左右攝像機(jī)的距離。由式（5）和式（6）得到的(X,Y,Z)即為左攝像機(jī)坐標(biāo)系中物點的物理空間三維坐標(biāo)，如果要得到右攝像機(jī)中的三維坐標(biāo)，將式（5）、式（6）中的(xl,yl)替換為(xr,yr)即可。

4 仿真實驗與分析

本系統(tǒng)測試采用2臺黑白CCD工業(yè)攝像機(jī)，確定左右攝像機(jī)的坐標(biāo)位置，左右攝像機(jī)中心距離為15cm，物流產(chǎn)品距離攝像機(jī)的距離為10cm～20cm，檢測平臺的速度為5cm/s,每件物流產(chǎn)品的包裝不同，防偽標(biāo)識圖像位置不同，在以上實驗條件下進(jìn)行測試。物流產(chǎn)品防偽二維碼圖像如圖3所示。

圖3物流產(chǎn)品防偽二維碼圖像

分別對10個物流產(chǎn)品的外包裝防偽標(biāo)識進(jìn)行掃描識別，并將三維立體匹配與數(shù)據(jù)庫中的防偽信息圖像進(jìn)行對比。其檢測結(jié)果見表1。

表1 檢測結(jié)果對比

根據(jù)表1的對比結(jié)果得出，平均誤差為0.04；相對誤差為0.003 4%～0.006 2%；最大置信誤差為0.01。

仿真結(jié)果表明，基于計算機(jī)三維視覺的物流產(chǎn)品信息識別系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確檢測產(chǎn)品外包裝上的防偽標(biāo)識，而其運(yùn)行效率穩(wěn)定、信息讀取準(zhǔn)確等優(yōu)點是傳統(tǒng)的手動檢測方法所不能比擬的。因此，該物流產(chǎn)品防偽方法是有效的，且值得在物流行業(yè)中推廣使用。

5 結(jié)語

基于計算機(jī)三維視覺技術(shù)的物流產(chǎn)品防偽檢測方法，具有諸多優(yōu)點并且已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。該方法具有較好的快速性，能夠滿足實時檢測的要求，并且測量精度很高。通過以上分析研究可知，基于改進(jìn)的立體匹配算法和圖像濾波方法，能準(zhǔn)確地重建原始圖像，并且具有精度高、非接觸測量、運(yùn)行高效等諸多優(yōu)點，非常適合物流行業(yè)對于產(chǎn)品的防偽、防串貨以及對產(chǎn)品進(jìn)行全程跟蹤等操作。在圖像匹配過程中，利用基于自適應(yīng)權(quán)值的局部匹配方法，減少了誤匹配的機(jī)會，進(jìn)一步提高了圖像的精度和處理速度。從仿真結(jié)果看出，應(yīng)用該防偽檢測方法的物流管理系統(tǒng)，其檢測精度能夠滿足檢測物流產(chǎn)品防偽標(biāo)識的精度要求。

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