高毅 ，李忠，王昕（云南師范大學(xué)文理學(xué)院，昆明　650222）

基于ZXing.Net的多目標(biāo)QR碼識(shí)別研究

高毅 ，李忠，王昕
（云南師范大學(xué)文理學(xué)院，昆明650222）

0　引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，基于移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)己成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。QR碼識(shí)別技術(shù)是一種全新的信息存儲(chǔ)、傳遞和識(shí)別技術(shù)，已經(jīng)迅速地融入到了社會(huì)和人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中?；赒R碼支付、QR碼電子憑證、QR碼加密發(fā)票的各種QR碼應(yīng)用技術(shù)讓商業(yè)和生活體驗(yàn)變得更有活力。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是當(dāng)下最重要的技術(shù)之一，在各行各業(yè)都起非常重要的作用，例如系統(tǒng)錄入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)，但是手工錄入數(shù)據(jù)一來(lái)慢，二來(lái)容易出錯(cuò)，而QR碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)就很好地解決了這些缺陷。利用QR碼不但可以大大提高錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和速度，也可以消除人為干擾的缺點(diǎn)［1］。然而，現(xiàn)有的QR碼的識(shí)別技術(shù)大多都是基于單目標(biāo)的，即一次只能識(shí)別一個(gè)QR碼。在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制領(lǐng)域，迫切需要多目標(biāo)的QR碼識(shí)別技術(shù)，一次識(shí)別一副圖片上的多個(gè)QR碼，并對(duì)實(shí)時(shí)性有一定的要求。為此，本文基于ZXing.Net、圖像處理等技術(shù)，提出一種多目標(biāo)QR碼的識(shí)別方法，實(shí)驗(yàn)效果良好，識(shí)別的準(zhǔn)確率高，識(shí)別的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)少，滿(mǎn)足了一定程度上的實(shí)時(shí)性要求。

1　概念

1.1QR Code

QR碼的“QR”是Quick Response的縮寫(xiě)。這種二維碼能夠快速讀取，與之前的條形碼相比，QR碼能存儲(chǔ)更豐富的信息，包括對(duì)文字、URL地址和其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)加密。QR碼1994年由日本Denso-Wave公司發(fā)明，QR碼的標(biāo)準(zhǔn)JIS X 0510在1999年1月發(fā)布，而其對(duì)應(yīng)的ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18004，則在2000年6月獲得批準(zhǔn)。QR碼是屬于開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)［2］。

QR碼呈正方形，只有黑白兩色。在4個(gè)角落的其中3個(gè)，印有較小的，像“回”字的正方圖案。這3個(gè)圖案是幫助解碼軟件定位的圖案，使用者不需要對(duì)準(zhǔn)，無(wú)論以任何角度掃描，仍可正確被讀取。

1.2ZXing,Net

ZXing.Net是一個(gè)開(kāi)源的開(kāi)發(fā)庫(kù)，該庫(kù)支持條形碼的編碼和解碼，是在ZXing開(kāi)發(fā)庫(kù)的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該庫(kù)支持的條形碼編碼格式有UPC-A、EAN-8、EAN-13、Code 39、Code 128、ITF、Codabar、Plessey、MSI、QR Code、PDF-417、Aztec、Data Matrix；該庫(kù)支持的條形碼解碼格式有UPC-A、UPC-E、EAN-8、EAN-13、Code 39、Code 93、Code 128、ITF、Codabar、MSI、RSS-14（all variants）、QR Code、Data Matrix、Aztec and PDF-417；該庫(kù)的運(yùn)行平臺(tái)有.NET環(huán)境、Silverlight環(huán)境、Windows Phone環(huán)境、Windows CE環(huán)境等［3］。

2　多目標(biāo)QR碼識(shí)別算法

2.1基本原理

ZXing.Net是基于微軟環(huán)境的條形碼開(kāi)發(fā)庫(kù)。我們可以調(diào)用開(kāi)發(fā)庫(kù)中的Result類(lèi)獲取被識(shí)別的QR碼在圖片中的坐標(biāo)，該坐標(biāo)由四個(gè)點(diǎn)組成，分別為QR碼四個(gè)角的坐標(biāo)。在對(duì)QR碼識(shí)別的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，ZXing.Net開(kāi)發(fā)庫(kù)可以識(shí)別一副有多個(gè)QR碼的圖片，但只能解析其中一個(gè)QR碼，圖片上的其他QR碼解析不了?；谶@樣的前提，若要識(shí)別多目標(biāo)的QR碼，在識(shí)別過(guò)程中可以結(jié)合圖像處理技術(shù)對(duì)圖片進(jìn)行處理。若一副圖片上有n個(gè)QR碼，識(shí)別完一個(gè)QR碼，獲取其在圖片中的坐標(biāo)，構(gòu)成一個(gè)矩形，用白色填充這個(gè)矩形區(qū)域，則圖片上的QR碼個(gè)數(shù)就會(huì)變成n-1個(gè)，然后重復(fù)此步驟，直到圖片上的QR碼的個(gè)數(shù)n為0。這樣，就可以把一副圖片上的所有QR碼識(shí)別出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)QR碼的識(shí)別。

2.2算法的流程圖表示

多目標(biāo)QR碼識(shí)別算法的流程圖表示如圖1所示。

3　關(guān)鍵技術(shù)

3.1矩形區(qū)域計(jì)算

在調(diào)用ZXing.Net開(kāi)發(fā)庫(kù)的過(guò)程中，我們可以獲取當(dāng)前被識(shí)別的QR碼在圖片中的坐標(biāo) （原點(diǎn)在左上角），該坐標(biāo)由四個(gè)點(diǎn)組成，這四個(gè)點(diǎn)剛好能夠成一個(gè)矩形。由于圖片上的QR碼是人工貼上去的，有可能是斜的，與水平方向的夾角介于00至1800之間。所以，得到的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)并沒(méi)有固定的順序，這就給我們構(gòu)造矩形帶來(lái)不便。在平面坐標(biāo)空間中，只需要四個(gè)點(diǎn)就可以確定該矩形。假設(shè)，在得到的坐標(biāo)中，四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)表示為：（Point1.X，Point1.Y）、（Point2.X，Point2.Y）、（Point3.X，Point3.Y）、（Point4.X，Point4.Y），矩形的左上角坐標(biāo)表示為：（X，Y），矩形的寬用Wid表示，矩形的高用Hei表。計(jì)算過(guò)程的算法描述如下所示：

圖1　多目標(biāo)QR碼識(shí)別算法流程

執(zhí)行以上步驟就可以得到矩形的左上角的X坐標(biāo)、左上角的Y坐標(biāo)、矩形的寬、矩形的高。就可以用白色填充該矩形。

3.2坐標(biāo)空間變換

為了提高程序的執(zhí)行效率，矩形區(qū)域的填充應(yīng)該在內(nèi)存中完成，而不是修改過(guò)后，保存圖片，再重新加載。矩形的填充是在圖片的局部來(lái)做的，而圖片的像素值是存儲(chǔ)在一維數(shù)組中，這就涉及到矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)空間到像素值的一維空間的轉(zhuǎn)換。像素值的一維數(shù)組表示為Values［Width*Height］，數(shù)組下標(biāo)從0開(kāi)始，其中Width是圖片的寬，Height是圖片的高。矩形的左上角的x坐標(biāo)用X表示，矩形的左上角的y坐標(biāo)用Y表示，矩形的寬用Wid表示，矩形的高用Hei表示。

矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)表示為（x0，y0），其中X＜=x0＜= X+Wid，Y＜=y0＜=Y+Hei。Values［pos］表示矩形內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)像素值的數(shù)組元素，其中，0＜=pos＜= Width*Height-1。轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式如公式（1）所示。

4　實(shí)驗(yàn)

我們的程序是.NET Framework 4.0的環(huán)境下編制的，編程語(yǔ)言是C#。實(shí)驗(yàn)效果如圖2所示，實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試圖片的分辨率為5000×3340，圖片上面有10個(gè)QR碼，完成識(shí)別的時(shí)間為8秒左右。經(jīng)過(guò)大量測(cè)試，識(shí)別準(zhǔn)確率高，完成識(shí)別的時(shí)間滿(mǎn)足一定的實(shí)時(shí)性要求。

圖2　實(shí)驗(yàn)效果圖

5　結(jié)語(yǔ)

本文基于現(xiàn)有的技術(shù)，提出一種多目標(biāo)QR碼的識(shí)別方法，實(shí)驗(yàn)效果良好，對(duì)QR碼的應(yīng)用具有非常重要的意義。程序雖然能在一定程度上滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，但對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的，還是會(huì)存在一些的問(wèn)題。今后，我們將會(huì)對(duì)縮短識(shí)別時(shí)間做進(jìn)一步研究。

［1］陳春林.基于Android移動(dòng)終端的二維碼識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用研究［D］.廣東工業(yè)大學(xué)，2015

［2］QR碼_百度百科.http://baike.baidu.com/link？url=qBXGeJKmUY_Vq10BBl_Xsl-9b7ka8T2rwNfSNh_ox3fQHpqtRiKNv_DTIY7huSbu

［3］ZXing.Net-Home.http://zxingnet.codeplex.com.

［4］崔建江.C#編程和.NET框架［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.12.

［5］趙春江.C#數(shù)字圖像處理算法典型實(shí)例［M］.北京：人民郵電出版社，2009.3

ZXing.Net；QR Code；Multi-Objective

Research on the Multi-Objective QR Code Identification Based on ZXing.Net

GAO Yi，LI Zhong，WANG Xin
（College of Arts and Sciences，Yunnan Normal University，Kunming650222）

云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目（No.2015Y523）

1007-1423（2016）18-0062-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.015

高毅（1980-），男，云南宣威人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)方法、編譯技術(shù)

李忠（1984-），男，云南昆明人，本科，助教，研究方向?yàn)樾畔⑾到y(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)管理

王昕（1975-），男，云南昆明人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理

2016-04-06

2016-06-10

QR碼是一種很好的編碼方法，在很多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。當(dāng)前的QR碼的識(shí)別技術(shù)大多都是一次只能識(shí)別一個(gè)QR碼。然而，在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域，人們迫切需要多目標(biāo)的QR碼識(shí)別技術(shù)，即一次識(shí)別多個(gè)QR碼?；诂F(xiàn)有技術(shù)，提出一種多目標(biāo)QR碼的識(shí)別方法，識(shí)別的準(zhǔn)確率高，識(shí)別的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)少。這對(duì)QR碼的應(yīng)用具有非常重要的意義。

ZXing.Net；QR Code；多目標(biāo)

The QR code is a kind of very good coding method，has been applied in many fields.Currently most of QR code recognition technology are only identifies a QR code at a time.However，in the Internet of things and industrial control applications fields，people very need multi-objective QR code identification technology，namely identify multiple QR code each time.Based on the existing technology，puts forward a multi-objective identification method of QR code，identification accuracy rate is high，identify cost little time.It's very important significance to application of QR code.