2022年王元开题报告 .pdf

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1、毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告题 目：产品标签的二维码自动识别设计院 （系）信息与电气工程学院专业自动化学生王元学号110210323指导教师马立勇开题报告日期2015 年 1 月 8 日哈尔滨工业大学( 威海)2015年 1 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告- 1 -产品标签的二维码自动识别设计开题报告1. 课题来源及研究目的和意义在流水线产品生产

2、过程中， 厂家经常需要实时查看生产产品的基本信息，并对生产出来的产品根据订单进行自动化的装包与调配。为此很多厂家研究将条形码或二维码打在产品标签上，并在生产线上设置摄像头采集二维码所包含的信息，并发给远方的接受端，这样一改过去大量人员再生产线上直接操作和检查的传统方式，简化流程，提高效率是今后工业化生产发展的必然方向。研究这一课题可使企业避免选购国外同类系统，可为企业节约成本，方便系统维护与维修。 同时研究基于 HALCON 机器视觉的二维码识别可为今后的学习与工作提供更多的方向与可能。2. 国内外二维码识别发展历史和现状2.1 二维码的产生一维条形码虽然提高了资料收集与资料处理的速度，但由于

3、受到资料容量的限制，一维条形码仅能标识商品，而不能描述商品，因此相当依赖电脑网路和资料库。在没有资料库或不便连网路的地方，一维条形码很难派上用场。也因此，最近几年开始有人提出一些储存量较高的二维条形码。由于二维条形码具有高密度、大容量、抗磨损等特点，所以更拓宽了条形码的应用领域。2.2 二维码的分类二维条码 /二维码可以分为堆叠式 /行排式二维条码和矩阵式二维条码。堆叠式/行排式二维条码形态上是由多行短截的一维条码堆叠而成；矩阵式二维条码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“ 0”，由“点”和“空”的排列组成代码。在目前几十种二维要码中，常用的码制

4、有：PDF417 二维条码、 Datamatrix 二维条码、Maxicode 二维条码、 QR Code、Code 49、Code16K 、Codeone等，除了这些常见的二维条码之外，还有Vericode条码、CP条码、Codablock F条码、田字码、Ultracode条码，Aztec条码。 要对条码进行质量检测，需要用到条名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告-

5、2 -形码检测仪。因为市场容量不大，所以这类检测仪并不多见。只有datalgic、HHP、LIVS 、webscan几个厂家在做。能对dataMatrix 检测的， webscan公司的 trucheck系统最具性价比。 但 webscan公司还没有在中国设立办公室。只有一家公司 (信亦达科技 )做销售代理。2.3 常用二维码2.3.1 QR 二维码QR 码是二维条码的一种， 是由日本 Denso公司于 1994 年 9 月研制的一种矩阵二维码符号。 QR 来自英文“Quick Response ” 的缩写，即快速反应的意思，源自发明者希望QR 码可让其内容快速被解码。QR 码呈正方形，只有黑

6、白两色。在4 个角落的其中 3 个，印有较小，像“回”字的的正方图案。这3 个是帮助解码软件定位的图案，使用者不需要对准，无论以任何角度扫描，资料仍可正确被读取。QR 码最常见于日本，并为目前日本最流行的二维空间条码。QR 码比普通条码可储存更多资料。2.3.2Code16K 二维码1988 年 Laserlight 系统公司的TedWilliams 推出第二种二维条码Code16K 码。Code16K 条码是一种多层、连续型可变长度的条码符号，可以表示全 ASCII 字符集的 128 个字符及扩展ASCII 字符。它采用UPC 及 Code128字符。一个 16层的 Code16K 符号，可

7、以表示 77 个 ASCII 字符或 154 个数字字符。Code16K 通过唯一的起始符 /终止符标识层号， 通过字符自校验及两个模 107 的校验字符进行错误校验。3. 主要研究内容3.1 二维码自动识别算法工具HALCON 是德国 MVtec 公司开发的一套完善的标准的机器视觉算法包，拥有应用广泛的机器视觉集成开发环境。它节约了产品成本，缩短了软件开发周期 HALCON 灵活的架构便于机器视觉， 医学图像和图像分析应用的快速开发。在欧洲以及日本的工业界已经是公认具有最佳效能的MachineVision 软件。HALCON 支持 Windows，Linux 和 Mac OS X 操作环境，

8、 它保证了投资的有效性。整个函数库可以用C，C+，C#，Visual basic和 Delphi 等多种普通编程语言访问。 HALCON 为大量的图像获取设备提供接口，保证了名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告- 3 -硬件的独立性。 采用 HALCON 进行二维码识别算法的设计， 运用该软件大量图像处理算子， 方便设计并能缩短设计周期， 同时 HALCON 可以将算子程

9、序转化为 C，C+，C#，Visual basic等多种程序语言，便于程序的拼接和模块化处理。3.2HDevelop 的使用方法3.2.1HDevelop 简介HDevelop 是开始视觉处理算法的一个很好的工具，类似于VC,VB 等编译环境。 ，它有自己的交互式界面，可以编译和测试视觉处理算法，可以方便查看处理结果，也可以导出算法代码。每个HDevelop 程序包含一个Halcon算子序列，还可以使用if，for，repeat，或 while 等控制语句组织这些算子序列，各个算子结果通过变量来传递，算子的输入可以是变量也可以是表达式但输出参数一定是变量。 HDevelop 可以连接采集卡和相

10、机并从采集卡和相机文件中载入图像，并进行可行性研究。优点：有更好的编程结构和统一的编程风格。缺点：较难调试和查看可视化数据，需要花时间编写显示部分，较难的技术支持，需要提取出 HALCON 相关的部分程序， 需要区分是正常程序的错误还是 HALCON 程序的错误。3.2.2 在 HDevelop 编写算法部分使用 C+或 VB 开发应用程序从 HDevelop导出算法代码并集成到应用程序中,支持所有 HALCON 算子。3.3二维码自动识别的基本思路通过图像的采集设备（激光扫描器、面阵CCD、数码相机等成像设备） ，我们得到含有条码的图像，此后主要经过条码定位（预处理，定位，角度纠正和特征值提

11、取）、分割和解码三个步骤实现条码的识别。3.3.1二维码的定位定位就是找到二维码的图像区域，对有明显二维码特征的区域进行定位。然后根据不同的二维码符号进行下一步处理。利用点运算的阈值理论将采集到的图像变为二值图像，即二值化处理；得到二值化图像后，对其进行膨胀运算；对膨胀后的图像进行边缘检测得到二维码区域的轮廓；3.3.2二维码的分割名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告-

12、4 -获取图像边缘检测后二维码区域的边界不是很完整，所以需要进一步的修正边界，然后分割出一个完整的二维码区域。首先采用区域增长的方法对符号进行分割，以修正二维码边界。其基本思想是从符号内的一个小区域（种子）开始，通过区域增长来修正二维码边界，把符号内的所有点都包括在这个边界内。通过凸壳计算准确分割出整个符号，之后区域增长和凸壳计算交替进行，通常对那些密度比较大的二维码重复两次就足够了，而对于那些模块组合比较稀疏的二维码码至少要重复四次。3.3.3 二维码的解码译码得到一幅标准的二维码图像后，对该符号进行网络采样，对网络的每一个交点上的图像像素取样，并根据阈值确定是深色还是浅色块。构造一个位图，

13、用二进制“ 1”表示深色像素，“0”表示浅色像素，从而得到二维码的原始二进制序列值，然后对这些数据进行纠错和译码，最后根据二维码的逻辑编码规则把这些原始的数据位流转换何曾数据码字，即将码字图像符号换成 ASCII 码字符串。3.4算法的优化和系统的调试工件上的二维码有别于日常生活中常见的二维码，工件上的二维码大多较小，且工件在生产线上缓慢移动，这就对摄像头和二维码识别算法有更高的要求，要保证二维码的识别快速准确，需要在程序设计好后通过现场调试进一步优化算法，调整识别策略。同时，需要在最后阶段对程序进行整合，从而实现不同种类的二维码与条形码的识别。4. 研究方案及进度安排，预期达到的目标4.1

14、研究方案4.1.1 系统结构图4.1.2 图像获取方法采用 CCD 或 CMOS 摄像头获取生产线上的实时图像，并用HALCON 设计算法抓取二维码区域，便于进一步处理。找到二维码区域获取二进制代码转 化 为ASCII 码传输信息名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告- 5 -4.1.3 数据通信方法数据通信方法采用基于TCP/IP 协议 Socket进行数据通信，实现可靠

15、连接。socket是面向客户 /服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的 Socket系统调用。客户随机申请一个Socket（相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫） ，系统为之分配一个Socket号；服务器拥有全局公认的Socket ，任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求。4.2 进度安排1.1月 10 号以前完成毕业设计准备工作， 包括软件安装资料查找， 了解二维码识别的基本策略，对今后的工作进行大体的安排和规划。2.3月 1 号以前熟悉 HALCON 软件的使用， 了解常用算子的使用方法，初步设计一个用摄像头识别二维码的程序。同时完成关于二维码的英文文档的翻

16、译，深入了解二维码识别的基本原理。3.4月 1 号以前模拟生产线上工件运动的情况，二维码实际大小和摄像头与工件的距离，并进一步完善程序，使其适应该系统的实际使用环境。4.4月 1 号以后将子程序进行整合，形成一个可以识别不同种类二维码和条形码的总的系统，并进行最后调试，完成毕业设计。4.3 预期目标本设计最终目标是实现在自动化生产线上，对于产品标签中的二维码进行自动识别。该系统能识别不同种类的二维码，可以支持多个相机工作，采集到的二维码图像数据通过由C+编写的上位机软件由RS232端口或 TCP/IP协议发送到手机 APP 中，实现远方实时监控。5为完成课题已具备和所需的条件和经费HALCON

17、 软件以及相关资料，摄像头若干，电脑一台，摄像头其他辅助测试软件等。6. 研究中可能遇到的问题和解决的措施1. HALCON 关于二维码识别只有英文文档， 在不了解 HALCON 和二维码识别的情况下工作难以进行。解决方法：先搜索关于二维码识别的中文资料，在对二维码识别的使用基本了解后进行英文文档的翻译，详细了解二维码的种类和识别方法。2.在检验二维码识别算法的有效性时，由于二维码识别结果过长， 人为进行校验过于繁琐。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页

18、 - - - - - - - - - 哈尔滨工业大学（威海）毕业设计（论文）开题报告- 6 -解决方法：可以通过二维码生成软件将自己编写的ASCII 字符串转化为二维码，再进行算法识别，并将结果转化为ASCII 码。人为检验 ASCII 码要比直接检验二进制数简单得多。3.生产线上的产品离摄像头距离较远并不断运动，而且产品标签上的二维码很小，使得扫描必须一次成功，难度较大。解决方法：需要模拟现场环境做大量测试，同时利用有利条件改进算法，比如由于是在生产线上，二维码在摄像头的视角中出现的位置较为固定，方向比较正，只要算法合适找到二维码区域应该不是很困难。7. 主要参考文献：1 ELFEN, In

19、troduction of HALCON ，百度文库， 2012。2 2D Data Code ，Solution Guide，2010.3 2D Measuring ，Examples，2010。4 大恒图像，HDevelop 入门介绍，百度文库， 2011。5 CNNIC， 第 31 次中国互联网络发展状况统计报告 ，2012。6 网秦,2012 年上半年全球手机安全报告,2012。7 杨郁， 条码与自动识别技术 J.企业标准化，2002。8 矫运起 , 张成海， 二维条码技术中国物价出版社，1996。9 中国物品编码中心， 二维条码技术与应用 中国计量出版社， 2007。10 宋永生，基于 Android 的商品比价系统的设计与实现J.电脑知识与技术， 2011。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -