一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其中編碼部分，用戶提供一張將要打印或印刷的圖像與需隱藏的信息。在圖像三個(gè)角加上定位點(diǎn)、寬高比信息點(diǎn)以及含有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的信息點(diǎn)后，即可印刷該圖像。識別部分，首先使用手機(jī)對含有編碼信息的圖像進(jìn)行拍攝，接著校正該圖像的幾何變形，接著對填涂位置進(jìn)行局部自適應(yīng)二值化操作，并檢測相應(yīng)信息點(diǎn)，最后輸出經(jīng)循環(huán)冗余檢驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用圖像邊框編碼信息，在美觀與識別效果上取得了平衡，識別準(zhǔn)確率高且計(jì)算量較小，適合手機(jī)使用，本發(fā)明圖像內(nèi)容不作修改，滿足新聞報(bào)紙等對圖片真實(shí)性的需求，出版商只需為圖像加上邊框即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)閱讀與傳統(tǒng)閱讀的無縫銜接。
【專利說明】一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及計(jì)算機(jī)模式識別與圖像處理領(lǐng)域，具體涉及圖像附加信息的邊框 型編碼與智能識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 閱讀一直是人類獲得知識和信息、提升自我的重要途徑。隨著人類文明的發(fā)展， 人類的閱讀方式隨著載體而不斷變化。從最早的石頭、木頭上的簡單刻畫，到竹簡、帛，及 至紙張和印刷術(shù)的發(fā)明，再到多媒體計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。近年來逐漸流行的手機(jī)閱讀方式又成 為了閱讀史上的一個(gè)突破。手機(jī)閱讀一方面給傳統(tǒng)閱讀帶來了很大的沖擊，另一方面又帶 來了傳統(tǒng)閱讀升級的機(jī)遇。許多出版商紛紛推出了與傳統(tǒng)閱讀相結(jié)合的手機(jī)閱讀軟件，用 戶通過對感興趣的新聞內(nèi)容（如新聞圖片、二維碼等）的拍攝，即可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的網(wǎng)頁，查看 傳統(tǒng)閱讀不能提供的視頻與相關(guān)報(bào)道等詳細(xì)信息。
[0003] 目前該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法主要分為兩種：圖像隱寫技術(shù)、二維碼技術(shù)。
[0004] 圖像隱寫技術(shù)直接將網(wǎng)址嵌入在圖像中，不需要附加其他內(nèi)容，對新聞排版影響 小、美觀，但也存在一些缺點(diǎn)：1)該方法需在頻率域?qū)D像進(jìn)行信息的嵌入，到頻率域的 正、反變換計(jì)算量對于手機(jī)來說較大；2)容易受到印刷質(zhì)量、手機(jī)攝像頭成像條件等因素 的影響，網(wǎng)址提取的成功率不高，3)可能會對原圖的真實(shí)性產(chǎn)生影響，違背了新聞圖片的原 則。
[0005] 二維碼技術(shù)將信息用一個(gè)正方形區(qū)域內(nèi)的若干個(gè)黑白塊表示，該技術(shù)是為識別而 設(shè)計(jì)，具有簡單可靠，計(jì)算量小的特點(diǎn)，但二維碼具有不美觀，增加排版工作量等缺點(diǎn)。
[0006] 基于圖像邊框的信息編碼與識別是一項(xiàng)新技術(shù)。它利用圖像邊框編碼信息，在美 觀與識別效果上取得了平衡，不但可以克服圖像隱寫技術(shù)計(jì)算量大、信息提取成功率不高、 對原始圖像有影響等缺陷；而且有著二維碼技術(shù)所不具備的，無需修改印刷排版，相對美觀 等優(yōu)勢。該技術(shù)將在廣告、手機(jī)閱讀、傳媒及其它領(lǐng)域中顯示出其良好的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對目前圖像附加信息編碼與識別技術(shù)的不足，提供了一種圖像附加信息 的邊框型編碼與智能識別方法。本發(fā)明的目的在于使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)解決圖像附加 信息的快速識別問題，克服現(xiàn)有的圖像隱寫技術(shù)與二維碼技術(shù)的缺陷，提供一個(gè)可靠的、美 觀的、計(jì)算量小的圖像附加信息編碼與識別方案，具體技術(shù)方案如下。
[0008] 圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，包括以下步驟：
[0009] (a)從本地磁盤讀入一個(gè)待印刷的圖像文件，用戶鍵入需要加入的信息；
[0010] (b)根據(jù)用戶輸入信息長度，選擇對應(yīng)的生成多項(xiàng)式，生成循環(huán)冗余校驗(yàn)和；
[0011] (C)在圖像四周加入由定位點(diǎn)與邊框，所述邊框根據(jù)圖像寬高比與校驗(yàn)和編碼的 信息點(diǎn)組成；
[0012] (d)印刷步驟（c)得到的帶邊框的圖像；
[0013] (e)通過手機(jī)拍攝步驟（d)得到的印刷品中帶信息邊框的圖像；
[0014] (f)對步驟（e)中得到的圖像進(jìn)行定位點(diǎn)檢測與幾何形變校正；
[0015] (g)在步驟（f)中得到的圖像中定位與裁切編碼；
[0016] (h)對步驟（g)得到的編碼圖像進(jìn)行自適應(yīng)閾值色塊檢測與解碼。
[0017] 上述圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法中，步驟（b)包括以下步驟：
[0018] (b-ι)將用戶輸入的信息根據(jù)ascii碼表轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制字符串；
[0019] (b_2)根據(jù)步驟（b-Ι)得到的二進(jìn)制字符串長度選擇合適的生成多項(xiàng)式。若二進(jìn) 制字符串長度小于256，選擇CRC-16標(biāo)準(zhǔn)的生成多項(xiàng)式，否則，選用CRC-32標(biāo)準(zhǔn)的生成多項(xiàng) 式；
[0020] (b-3)對步驟（b-3)得到的碼字，進(jìn)行循環(huán)冗余編碼，生成二進(jìn)制校驗(yàn)和；
[0021] 上述圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法中，步驟（c)包括以下步驟：
[0022] (c-Ι)根據(jù)用戶輸入的印刷分辨率，計(jì)算信息點(diǎn)的大小與單邊容量，計(jì)算方法分別 為：s = min(w, h) X0. 6%，c = min(w, h) +s，其中w、h分別為圖像的寬、高，s為信息點(diǎn)的 大小，單位為像素，c為單邊容量。
[0023] (c-2)根據(jù)圖像大小，計(jì)算加入邊框后的新圖像的大小，并創(chuàng)建新圖像，將源圖像 置于新圖像正中。新圖像大小計(jì)算方法為：h d = hs+sX8、wd = ws+sX8,其中hd和hs分別 為新圖像與源圖像的高，《，和^分別為新圖像與源圖像的寬，s為步驟3、（c-1)中計(jì)算得 到的信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)；
[0024] (c-3)根據(jù)圖像的寬高比，選取對應(yīng)的寬高比信息點(diǎn)，并將三個(gè)定位點(diǎn)置于圖像的 左上、右上與右下角，寬高比信息點(diǎn)置于圖像的左下角。定位點(diǎn)與寬高比信息點(diǎn)由4行4列 共16個(gè)信息點(diǎn)組成，定位點(diǎn)除二、三行的二三列的信息點(diǎn)為白色外其余信息點(diǎn)為黑色；寬 高比信息點(diǎn)一、四行信息點(diǎn)以及二三行的一四列定位點(diǎn)為黑色，二三行的二三列信息點(diǎn)對 應(yīng)用戶預(yù)定義的15種寬高比。
[0025] (c-4)對步驟（b)得到的二進(jìn)制校驗(yàn)和構(gòu)造信息點(diǎn)，信息點(diǎn)的構(gòu)造方法為：校驗(yàn)和 為1信息點(diǎn)為黑，否則為白，每四個(gè)信息點(diǎn)一列，若信息點(diǎn)數(shù)量小于單邊容量，將其分別置 于左上定位點(diǎn)的右側(cè)及下側(cè)、右上定位點(diǎn)的下冊、右下角定位點(diǎn)的左側(cè)，否則，將信息點(diǎn)分 為兩段，第一段長度為水平方向最大容量第二段為余下信息點(diǎn)，并將第一段信息點(diǎn)置于左 上定位點(diǎn)的右側(cè)及右下定位點(diǎn)的左側(cè)，第二段信息點(diǎn)置于右上定位點(diǎn)的下側(cè)與左上定位點(diǎn) 的下側(cè)，最終得到帶有信息邊框的圖像。
[0026] 上述圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法中，步驟（f)包括以下步驟：
[0027] (f_l)對圖像進(jìn)行局部自適應(yīng)二值化，其計(jì)算方法為：將圖像分為若干個(gè)NXN的 小塊，N = 2Xs, s為步驟（c-Ι)中計(jì)算得到的信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)，以每個(gè)小塊中像素的灰度 均值作為閾值，圖像中的像素若大于該塊閾值則賦值為〇,否則賦值為1，得到二值圖像；
[0028] (f_2)對步驟（f-Ι)得到的二值圖像去除面積小于閾值Ta_的連通域，其中T aMa =(sXO. 3)2, s為步驟（c-1)中計(jì)算得到的信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)；
[0029] (f_3)計(jì)算二值圖像中所有連通域的外接矩形、面積、填充后面積以及歐拉數(shù)，取 出滿足條件

【權(quán)利要求】
1. 一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在于包括以下步驟： (a) 從本地磁盤讀入一個(gè)待印刷的圖像文件，用戶鍵入需要加入的信息； (b) 根據(jù)用戶輸入信息長度，選擇對應(yīng)的生成多項(xiàng)式，生成循環(huán)冗余校驗(yàn)和； (c) 在圖像四周加入由定位點(diǎn)與邊框，所述邊框根據(jù)圖像寬高比與校驗(yàn)和編碼的信息 點(diǎn)組成； (d) 印刷步驟（c)得到帶邊框的圖像； (e) 通過手機(jī)拍攝步驟（d)得到的印刷品中帶信息邊框的圖像； (f) 對步驟（e)中得到的圖像進(jìn)行定位點(diǎn)檢測與幾何形變校正； (g) 在步驟（f)得到的圖像中定位與裁切編碼； (h) 對步驟（g)得到的編碼圖像進(jìn)行自適應(yīng)閾值色塊檢測與解碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在于，步 驟（b)包括以下步驟： (b-Ι)將用戶輸入的信息根據(jù)ascii碼表轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制字符串； (b_2)根據(jù)步驟（b-Ι)得到的二進(jìn)制字符串長度選擇合適的生成多項(xiàng)式，若二進(jìn)制字 符串長度小于256,選擇CRC-16標(biāo)準(zhǔn)的生成多項(xiàng)式，否則，選用CRC-32標(biāo)準(zhǔn)的生成多項(xiàng)式； (b-3)對步驟（b-3)得到的碼字，進(jìn)行循環(huán)冗余編碼，生成二進(jìn)制校驗(yàn)和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在 于：步驟（c)包括以下步驟： (c-Ι)根據(jù)用戶輸入的印刷分辨率，計(jì)算信息點(diǎn)的大小與單邊容量；信息點(diǎn)的大小與 單邊容量計(jì)算方法分別為：s = min(w, h) X0. 6%，c = min(w, h) +s，其中w、h分別為圖像 的寬、高，s為信息點(diǎn)的大小，單位為像素，c為單邊容量； (c-2)根據(jù)圖像大小，計(jì)算加入邊框后的新圖像的大小，并創(chuàng)建新圖像，將源圖像置于 新圖像正中，新圖像大小計(jì)算方法為：hd = hs+sX8、wd = ws+sX8,其中匕和hs分別為新圖 像與源圖像的高，《，和^分別為新圖像與源圖像的寬，s為步驟（c-Ι)中計(jì)算得到的信息 點(diǎn)的像素?cái)?shù)； (c-3)根據(jù)圖像的寬高比，選取對應(yīng)的寬高比信息點(diǎn)，并將三個(gè)定位點(diǎn)置于圖像的左 上、右上與右下角，寬高比信息點(diǎn)置于圖像的左下角，定位點(diǎn)與寬高比信息點(diǎn)由4行4列共 16個(gè)信息點(diǎn)組成，其中，定位點(diǎn)除二、三行的二三列的信息點(diǎn)為白色外其余信息點(diǎn)為黑色； 寬高比信息點(diǎn)一、四行信息點(diǎn)以及二三行的一四列定位點(diǎn)為黑色，二三行的二三列信息點(diǎn) 對應(yīng)用戶預(yù)定義的15種寬高比； (c-4)對步驟（b)得到的二進(jìn)制校驗(yàn)和構(gòu)造信息點(diǎn)，構(gòu)造方法為：校驗(yàn)和為1信息點(diǎn)為 黑，否則為白，每四個(gè)信息點(diǎn)一列，若信息點(diǎn)數(shù)量小于單邊容量，將其分別置于左上定位點(diǎn) 的右側(cè)及下側(cè)、右上定位點(diǎn)的下側(cè)、右下角定位點(diǎn)的左側(cè)，否則，將信息點(diǎn)分為兩段，第一段 長度為水平方向最大容量，第二段為余下信息點(diǎn)，并將第一段信息點(diǎn)置于左上定位點(diǎn)的右 側(cè)及右下定位點(diǎn)的左側(cè)，第二段信息點(diǎn)置于右上定位點(diǎn)的下側(cè)與左上定位點(diǎn)的下側(cè)，最終 得到帶有信息邊框的圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在 于：步驟（f)包括以下步驟： (f-Ι)對圖像進(jìn)行局部自適應(yīng)二值化，其計(jì)算方法為：將圖像分為若干個(gè)NXN的小塊， N = 2Xs，S為信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)，以每個(gè)小塊中像素的灰度均值作為閾值，圖像中的像素若 大于該塊閾值則賦值為〇,否則賦值為1，得到二值圖像； (f-2)對步驟（f-Ι)得到的二值圖像去除面積小于閾值Ta_的連通域，其中Ta_ = (sXO. 3)2, s為步驟（c-1)中計(jì)算得到的信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)； (f-3)計(jì)算二值圖像中所有連通域的外接矩形、面積、填充后面積以及歐拉數(shù)，取出滿 足條件
的連通域作為候選連通域，其中h、w分別為 圖像的高和寬，Area、Areaf分別為連通域的面積和填充后面積，E為連通域的歐拉數(shù)； (f-4)將步驟（f-2)中得到的候選連通域按填充大小進(jìn)行排序，取最大的三個(gè)連通域 進(jìn)行定位點(diǎn)匹配，匹配方法為：計(jì)算兩兩連通域中心的距離，設(shè)圖像左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，水 平向右為X軸正方向，堅(jiān)直向下為y軸正方向，A&、A&分別為左上、右上、右下定位點(diǎn)， 除距離最大的兩個(gè)連通域外，剩余的連通域?qū)?yīng)為右上定位點(diǎn)，隨機(jī)將距離最大的兩個(gè) 連通域的中心坐標(biāo)賦予Ρρ P3, A&的中心坐標(biāo)賦予P2 ; Ρ! = (X!，y!)、P2 = (x2, y2)、P3 = (x3, y3)，計(jì)算 fc = (X2-X!) X (y3-y2) - (yry!) X (x3-x2)， 若f。> 0則Pi對應(yīng)A^，P3對應(yīng)A&，若f。< 0則Pi對應(yīng)P3對應(yīng)A^，得到匹配后的A^、 Ao2、Aq3 定位點(diǎn)坐標(biāo) P/、P2'、P3'; (f_5)將步驟（f_4)得到的三個(gè)定位點(diǎn)坐標(biāo)P' pP' 2、P' 3與步驟（c)中定位點(diǎn)的 原始坐標(biāo)分別代入χ/ zad+alX+a&y' zbd+bj+t^y。得到六元一次方程組，解 出a。、、a2、kh、b2，將圖像坐標(biāo)--代入，計(jì)算出仿射變換后的坐標(biāo)，得到新的圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在于 步驟（g)中根據(jù)左上定位點(diǎn)右側(cè)信息點(diǎn)與右上定位點(diǎn)下側(cè)信息點(diǎn)的差異，判斷是否需要將 兩端信息點(diǎn)拼接，判斷方法：取左上定位點(diǎn)右側(cè)信息點(diǎn)區(qū)域與右上定位點(diǎn)下側(cè)信息點(diǎn)區(qū)域， 將右上定位點(diǎn)下側(cè)信息點(diǎn)區(qū)域逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，設(shè) Wl，&分別為兩個(gè)區(qū)域的寬，計(jì)算兩區(qū)域 的平均像素灰度差異方法為
其中I(i，j)、J(i，j)分別為兩 個(gè)區(qū)域i行j列像素的灰度值，s為信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)，若Davg > 100,則拼接兩區(qū)域，否則無 須拼接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種圖像附加信息的邊框型編碼與智能識別方法，其特征在 于：步驟（h)包括以下步驟： (h-Ι)對步驟（g)裁切得到的編碼區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)二值化操作：將圖像分為若干 個(gè)NXN區(qū)域，N = min(w, h),其中w, h分別為信息區(qū)域的寬、高，計(jì)算每個(gè)NXN區(qū)域二 值化閾值，
其中Offset為均值偏移值，設(shè)為10,二值化圖像
(h-2)計(jì)算各個(gè)信息點(diǎn)的二進(jìn)制值，計(jì)算方法為：
其中BW為步驟（h-Ι)中計(jì) 算得到的信息區(qū)域的二值化圖像，S為信息點(diǎn)的像素?cái)?shù)； (h-3)步驟（h-2)中得到的二進(jìn)制串，每8位組成一組，取出不全為零的組得到新的二 進(jìn)制串，若新的二進(jìn)制串的長度小于272,選擇CRC-16的生成多項(xiàng)式，否則選擇CRC-32的生 成多項(xiàng)式； (h-4)使用步驟（h-3)得到的生成多項(xiàng)式對步驟（h-3)中去零后的二進(jìn)制字符串進(jìn)行 循環(huán)冗余校驗(yàn)，若校驗(yàn)結(jié)果沒有出錯(cuò)，將二進(jìn)制串根據(jù)ascii碼表，轉(zhuǎn)換為字符串，并輸出 結(jié)果，否則繼續(xù)對其他信息點(diǎn)區(qū)域重復(fù)步驟（h)的方法。
【文檔編號】G06T9/00GK104143200SQ201410339208
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】黃翰, 梁椅輝, 郝志峰 申請人:華南理工大學(xué)