二维码检测标准

2D识读技术以及产品介绍——2D检测技术以及产品介绍

1、符号质量检验概览

DPM方法的范围意味着标识的外观在不同的情况

下可能有很大的差异。除了所选的标识方法，原件有不

同的颜色或形状并可以用不同的材料来制成，表面类型

有光滑的、有沟痕的、有条纹的、有条痕的或粗糙的颗

粒状。任何验证方法必须在所有的情况下提供可靠和一

致的结果。

迄今为止，DPM应用的行业标准和最终用户对于判

定标识质量没有太多的选择。ISO/IEC16022国际规范

规定了如何印刷（或标识）数据矩阵码（代码结构、符

号格式、解码算法等）。虽然16022标准原本包含了一

些质量度量，该作者从未计划用它来进行验证。这项任

务留给了5年后的ISO/IEC 15415。

因为15415的设想目标是高对比度的白色标签上

的黑色标识，它只定义了一种照明方法。验证许多DPM

标识并同时遵循改限制，就好像是让一位摄影师进入一

个暗室，并尝试不用闪光灯拍照。如果照明不合适使检

测仪抓取一个好图像，用于评估标识质量的任何度量都

没有意义。如果从垃圾就入手，你最终得到的仍是垃圾。

15415标准要求在使用前用一张显示有已知的白

度值的白色卡片对验证器进行校准（如NIST认证的校

准卡）。校准涉及调整成像系统设置（例如，相机曝光

或增益），从而使校准卡上的白度值与已知值对应。一

旦校验后，这些设置（包括照明特性）从不变化，不管是何种标识方法、材料或表面特性。另外，该类要求可以产生纸质标签可接受的图像。但是，根据标识的方法以及该元件的反射性，由DPM元件固定设置所产生的图像，在大多数情况下会曝光不足或曝光过度。

代码的验证包括分析该代码的直方图。一个8-bit相机所抓取每个图像的像素，可以为256个灰度值得任何一个。直方图形象地描述了每个可能的灰度值下，图像中的像素数所呈现出的值分布的情况。一个标识清楚的代码直方图应显示两个明显并清楚分离的峰值。没有明显的峰值，区分1和0，并将存储在代码中的信息进行解码变得尤为困难，就像在雨中开车时辨认道路标志。（见图2和图4）

当应用15415标准单一的照明配置以及强制性固定的相机设置时，DPM标识（如一片金属上的一个蚀刻代码）出现的一个常见问题是图像更像是黑底灰字，而不是白底黑字。产生的直方图峰值要不免显得多。

一个标准的评估标准是符号的对比度—最低（“黑色”）和最高（“白色”）的直方图值之间的跨度。使用DPM 标识上的固定设置使“白色”在衡量尺度上大打折扣，产生较低的对比度和不合格分。我们需要一个标准的自动曝光程序来如下描述优化该元件反射的光。

即使是优化的图像，当分析15415中的直方图时，会出现另一个问题。因为它们是由独立过程创建的，实际DPM 代码的直方图一般不显示前景和背景相同尺寸或对称的分布。

那么，你如何区分前景和背景呢？

ISO/IEC15415选择基于直方图最暗值（最小反射率）和其最亮值（最大反射率）之间中点的一种及其简单的方法。当然，该方法只有当两个峰值的分布相同时才会产生正确的阈值，而这种情况从来没有发生过，甚至连纸标签也没有。如果把所有像素包括在符号区域时，种种情况将会加剧。理想情况下，一个良好的代码的图像只包含三种类型的灰度分布：前景、背景和边线。“边线”像素将前景与背景分开。

该区域中的灰度值迅速变化。当移动跨域该区越时，灰度值从前景的暗值转变为背景的亮值。边线的像素形成料两个峰值之间的直方图区域，是峰值显得不那么明显，从而可能平衡了从代码提取的任何信息。只是用来自前景和背景模块中心的信息可产生网格中心图像。与该类图像对应的直方图—网格中心直方图，完全不包含边线像素。

额外的图像处理步骤包括应用地通过滤器，称为合成孔径，孔径尺寸为正常的单个点阵尺寸的一个特定部分。在计算网格中心直方图前使用合成孔径，可通过消除热点和（如切削符号等）背景噪声，有助于使网格中心像素更能代表实际模块。

一种确定正确阈值的简单但精巧的算法检查，来自于网格中心直方图的每个灰度值，计算向其左侧和右侧的变化。这两种变化的总和达到最低值得点，代表前景和背景峰值的最佳分隔点。

15415的另一个问题是它根据应用建立一个固定的合成孔径，该孔径取决于该应用所遇到的最小模块大小。合成孔径的创建是为了连接点码的点，这样它们在二值化厚看上去仍是相连的。虽然这种方法不是达到标准的最好办法，但它还有其他优点，例如减少了热点。不过，合成孔径不应保持不变，而应为每个要验证的标识采用一个合适的值。新标准选择了两个值，因为形成较大数量的背景噪声的标识和表面，例如，铸件表面的点码更合适较大的孔径，较小的孔径更符合表示清楚的代码的要求。

确定最佳孔径比较困难。根据经验分析，我们需阿择了两个值：额定点阵尺寸的50%和80%。额定点阵尺寸虽不同的标识变化，因此，合成孔径是动态的，而不是与15415标准中一样是固定的。执照上用两种孔径尺寸金星了整个验证程序并选择产生更好效果的一个。

应用了合成的孔径后，通过分析网格中心直方图使用迭代程序来获得最佳图像。成像系统迭代调节，这样较亮像素的均值会接近根据经验判定的值200加上或减去10%（在一个8-bit相机上）。这种方法的优点是它对任何标识方法、材料或表面特性都有效。相机设置可能对不同的标识并不同，但是它只需几微秒就可以调节到该相机的正确动态范围。一旦取得了最佳图像，度量必须确定该标识的质量。有些标识可能需要一些极端的光能来使该程序成功。最小反射率的度量的创建正是为了用于这一方面。与如BIST校准卡等标准化白目标所需的光能相比，该度量根据调节亮像素均值到200所需要的光能进行分级。

2、标准验证度量

AIM 质量检测方针(AIM Direct Part Mark Quality Guideline SECOND PUBLIC REVIEW DRAFT, Revision J, 7 April 2006)中主要涉及标准：

ISO/IEC 16022 - Symbology

specification - Data Matrix

ISO/IEC 18004 - Symbology

specification - QR Code

AIM ITS 97-002 - Symbology

specification - Aztec Code

ISO/IEC 15415 - Symbol quality -

Two-dimensional symbols

SAE AS 9132 - Data Matrix (2D)

coding quality requirements for

parts marking