武警工程大學 蘇 航 傅民倉 李 棟天津津航計算機技術研究所 劉 賀

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一種抗光污染彩色PDF條碼設計

武警工程大學 蘇 航 傅民倉 李 棟
天津津航計算機技術研究所 劉 賀

【摘要】相對于傳統(tǒng)PDF條碼，彩色PDF條碼通過在碼塊中添加顏色信息，極大的擴展了PDF條碼的存儲空間，但也對條碼采集環(huán)境提出了更高的要求。本文提出了一種彩色PDF條碼設計方案，通過在條碼中加入冗余碼塊，使條碼各顏色分量始終滿足灰度世界要求，從而更好地抵抗色光污染。實驗證明，本文設計的彩色PDF條碼抗光污染性能顯著增強。

【關鍵詞】彩PDF條碼；光污染；灰度世界；偏色校正

1　引言

隨著條碼技術的發(fā)展，人們對條碼承載信息的能力要求越來越高，傳統(tǒng)黑白二維條碼承載信息的能力已經不能滿足人們的要求。彩色條碼用彩色代替?zhèn)鹘y(tǒng)條碼中的黑白碼塊，這樣由顏色衍生出來的Z軸也包含有大量信息，極大的擴展了條碼的信息容量。由于彩色條碼使用的是三維空間，即使條碼密度較低，其容納信息的能力也非常強。

受到諸多因素的影響，成像設備所拍攝的數(shù)字圖像的色彩與被拍攝物體表面的真實色彩之間存在一定程度的誤差，即色偏[5]。彩色條碼的每一個碼塊都通過顏色表示信息，需要在處理過程中將條碼顏色恢復。在彩色條碼采集過程中，復雜的環(huán)境光照會對條碼的色彩產生干擾，尤其是在有色光照條件下，色光將影響碼塊的色彩，使條碼無法正確識別。對于二維條碼，我們可以通過二值化獲得原始條碼，處理起來比較簡單。對于彩色條碼，在預處理的過程中必須去除色光干擾，恢復顏色。本文通過在彩色PDF條碼中加入冗余碼塊，保證了條碼整體色彩始終滿足灰度世界的要求，為條碼的偏色校正運算提供了依據，也使偏色校正過程運算簡單，處理迅速。

圖1　彩色PDF條碼

2　彩色PDF條碼簡介

PDF417碼屬于堆疊式二維碼，在所有條碼制式中應用范圍最廣，認可度最高。彩色PDF條碼如圖1所示。針對彩色PDF條碼的研究主要涉及條碼的設計與識別兩部分，下面對這兩部分做具體介紹。

彩色PDF條碼的設計：

彩色PDF條碼的設計主要有編碼方式的選取和顏色的選取。條碼的編碼方式分為兩種：模塊組配法和寬度調節(jié)法，如圖2所示。實驗證明：當模塊寬度小于7時，寬度調節(jié)法的編碼容量更大：當模塊寬度小于7時，模塊組配法的編碼容量更大。在實際應用中，由于人們對條碼存儲量需求很大，模塊寬度通常大于7，也就是選用模塊組配法。

圖2　寬度調節(jié)法與模塊組配2.2彩色PDF條碼的識別

對于彩色條碼識別，目前主要通過在二維碼中應用比較成熟的定位、圖形校正技術以及在灰度化、二值化圖像基礎上進行邊緣檢測[1-4]，而后再以得到的邊緣信息對原條碼進行分割、識別。

在識別過程中，我們需要將條碼分割成條和空兩個部分，按v=(r+g+b)/3灰度化后，各顏色對應的灰度值會有一定差別，直接進行邊緣檢測會導致邊緣強度不一致。通過對灰度化后的圖像進行二值化處理，將灰度圖像轉化為黑白二值圖像，二值化后，通過對圖像進行形態(tài)學膨脹和腐蝕運算，可以濾除劃痕、瑕疵等圖像污染，之后得到的圖像邊界清晰準確，可以檢測出條碼的條空邊界位置。根據邊界分割信息，在原條碼圖像中識別條的色彩信息，即可完成條碼字符的識別工作。

3　抗光污染彩色PDF條碼設計

通過對彩色PDF條碼識別過程的介紹，我們可以看到，彩色條碼識別中除或與傳統(tǒng)二維碼識別中相同并已經解決的問題，還面臨著碼塊顏色確定的問題。條碼在傳輸采集過程中受到關照影響很大，尤其是彩色條碼，在有色光下，碼塊顏色發(fā)生變化，導致攜帶信息的關鍵受到破壞。因此，設計一種能夠抗光污染的彩色條碼，是彩色條碼技發(fā)展過程中重要的一步。

為了恢復圖像原始色彩，必須消除圖像采集時由光源色溫、光源色彩等引起的顏色偏差,即消除偏色。本文在條碼的最后一行加入冗余彩色碼塊，使條碼整體顏色滿足灰平衡條件。在采集完成后，通過對條碼圖像各顏色分量的調整，是其滿足灰平衡條件，即可完成碼塊的偏色校正，起到抗光污染的效果。

3.1灰度世界

人的視覺具有顏色恒常性，能從變化的光照環(huán)境和成像條件下獲取物體表面顏色的不變性，但成像設備不具備這樣的調節(jié)功能。

灰度世界算法以灰度世界假設為基礎，該假設認為：對于一幅有著大量色彩變化的圖像，R、G、B三個分量平均值趨于同一灰度值。從物理意義上講，灰色世界法假設自然界景物對于光線的平均反射的均值在總體上是個定值，這個定值近似的為“灰色”。

3.2冗余碼塊的確定

雖然彩色條碼顏色豐富，但其數(shù)據量較小時，條碼圖像整體不一定滿足灰度世界的要求。通過在條碼最后添加彩色碼塊，使條碼整體滿足灰度世界條件，可以解決這一問題。冗余碼塊的顏色則需要通過原始條碼的色彩分布確定。設冗余碼塊的面積為，其顏色RGB分量分別為，則最終輸出的條碼圖像滿足下式：

在實際應用中，我們可以選擇RGB空間中分量最大的為標準。以圖中的彩色PDF條碼為例，其RGB通道平均灰度值分別為R=182.6，G=183.4，B=176.2，G空間分量最大，我們取=0，即可計算出面積為的R、B通道值，確定其顏色，如圖3所示，條碼最后加入的冗余碼塊，保證了條碼圖像的中性灰屬性。

圖3　原始彩色PDF條碼與本文設計的條碼

4　偏色校正過程分析

針對上述條碼設計方案，本文進行了條碼抗光污染實驗。對于例中條碼，在采集過程中受到光污染，發(fā)生色偏，最終獲得如圖4所示條碼圖像。

圖4　校正前后的彩色PDF條碼

由于條碼圖像本身滿足灰度世界的屬性，對其進行灰平衡后得到如圖的條碼圖像?？梢悦黠@看出，經過灰平衡校正的圖像準確的恢復了條碼的原始色彩，排除了光污染的干擾，證明該設計方案可以明顯提升彩色條碼的抗光污染能力。

參考文獻

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[6]徐曉昭,蔡軼珩,劉長江,等.基于圖像分析的偏色檢測及顏色校正方法[J].測控技術,2008,27(5):10-13,21.

蘇航（1992—），武警工程大學研究生在讀，主要從事數(shù)字圖像處理方向的研究。

劉賀（1991—），天津津航計算機技術研究所研究生在讀，主要從事綜合航空電子技術研究。

作者簡介：