本项目是在MFC平台上编写C++代码来开发一个识别一维条形码的软件。
条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。
其中使用最为广泛的是EAN-13码，本项目开发的识别系统就是以EAN-13码为例。
条形码EAN-13的结构和编码规则
EAN-13条形码由13位数字构成，其中第一位是前置码，最后一位是校验码。条形码格式如下：
条形码以模块为单位，其中“1”代表黑细线，“0”代表白细线，多个黑模块组成一个“条”，多个白模块组成一个“空”。
1.左侧空白区：位于条码符号最左侧与空的反射率相同的区域，其最小宽度为11个模块宽。
2.起始符：位于条码符号左侧空白区的右侧，表示信息开始的特殊符号，由3个模块组成。
3.左侧数据符：位于起始符右侧，表示6位数字信息的一组条码字符，由42个模块组成。
4.中间分隔符：位于左侧数据符的右侧，是平分条码字符的特殊符号，由5个模块组成。
5.右侧数据符：位于中间分隔符右侧，表示5位数字信息的一组条码字符，由35个模块组成。
6.校验符：位于右侧数据符的右侧，表示校验码的条码字符，由7个模块组成。
7.终止符：位于条码符号校验符的右侧，表示信息结束的特殊符号，由3个模块组成。
8.右侧空白区：位于条码符号最右侧的与空的反射率相同的区域，其最小宽度为7个模块宽。
9.供人识读字符：位于条码符号的下方，是与条码字符相对应的供人识别的13位数字，最左边一位称前置码。供人识别字符优先选用OCR-B字符集，字符顶部和条码底部的最小距离为0.5个模块宽。标准版商品条码中的前置码印制在条码符号起始符的左侧。
由此看出，条形码主要构成部分是2-7，起始符、中间分隔符、终止符属于特殊符，起始符和终止符都是101，由三个模块组成，三个条和空。中间分隔符由5个模块组成01010，5个条和空。
左侧数据符、右侧数据符、校验符中每7个模块表示一个字符，从0到9。每一条码数据字符由2个条和2个空交替构成，每一条或空由1～4个模块组成，每一条码字符的总模块数为7。用二进制“1”表示黑的模块，用二进制“0”表示白的模块。
因此一个EAN-13条形码一共有：3+6x4+5+5x4+1x4+3=59个条和空
有：3+12x7+5+3=95个模块。
条码的二进制表示方法有三个子集：A、B和C，左侧数据用A或者B表示，至于用A还是B由第一位系统码决定，右侧数据用C表示。
下表中列出了左侧数据符的字符集的选择规则：
译码过程–平均值法
所谓的平均值法，就是对条形码符号图像中从起始符号到终止符号整个宽度进行测量，然后除以95，求出单位模块所含的像素列宽，即单位宽度，再分别测量各个条和空的实际宽度，最后根据宽度识别出一维条形码图像中所包含的信息。EAN-13是一种(7,2)码，即每个字符的总宽度为7个模块宽，交替由两个条和两个空组成。
如上图所示为EAN-13条形码的一个字符，途中条、空宽度定义如下：C1，C2，C3和C4表示每个字符中4个相邻条、空的宽度，T是一个字符的宽度。设一个字符中单位模块的宽度为n，则单位模块宽度为：
n=T/7;
T=C1+C2+C3+C4;
由于条形码宽度C1，C2，C3，C4已知，设条形码条、空分别占单位模块的个数为mi,则：
mi=Ci/n i=1,2,3,4;
由mi可知条形码的编号，例如m1=1,m2=3,m3=1,m4=2，且条形码的排列为条-空-条-空，则可知条形码编号为1000100.
系统的流程与总体结构
一维条形码识别系统包括两个模块，即图像预处理模块和译码模块，如图所示：
系统的实现
本系统是基于MFC平台来实现，创建基于对话框程序，设计如图所示的界面，首先是两个图像控件，“打开文件”按钮用来打开读取图片并显示在原图图像控件中，点击“二值化图像”按钮进行二值化图像，点击“识别”按钮把识别结果显示出来。创建CBarRecog类来进行各种处理。
二值化图像程序代码：
/******************************************************************************
* 功能：二值化图像
******************************************************************************/
void CBarRecog::BinaryImage(BYTE threhold)
{
//未装载图像时不进行任何操作
if(ImageArray == NULL)
return;
int i, j;
for(i=0; i<ImageHeight; i++)
{
for(j=0; j<ImageWidth; j++)
{
if(ImageArray[i][j] >= threhold)
ImageArray[i][j] = (BYTE)0;
else
ImageArray[i][j] = (BYTE)1;
}
}
}
平均值法算法流程：
1.读取图像
2.进行水平方向和垂直方向上的直方图统计
3.找出包含条形码的区域
4.搜索宽度
5.根据宽度进行条形码的识别
求出条形码各个宽度的程序代码：
/******************************************************************************
* 功能：对条形码图像进行预处理，得出宽度序列
******************************************************************************/
BOOL CBarRecog::PreProcess()
{
//阈值设为128
BinaryImage(160); //二值化图像
int i, j;
int tempMax;
int tempArray[1000];
//进行水平方向和垂直方向上的直方图统计
for(i=0; i<ImageHeight; i++) //初始化arPixelV和arPixelH数组为0
arPixelV[i] = 0;
for(i=0; i<ImageWidth; i++)
arPixelH[i] = 0;
for(i=0; i<ImageHeight; i++) //开始直方图统计
{
for(j=0; j<ImageWidth; j++)
{
if(ImageArray[i][j] == 1)
{
arPixelV[i] += 1;
arPixelH[j] += 1;
}
}
}
//寻找包含条形码的区域，
//线寻找水平方向上黑象素最大的行
tempMax = 0;
for(i=0; i<ImageHeight; i++)
{
if(arPixelV[i]>tempMax)
tempMax = arPixelV[i];
arMark[i] = false;
}
for(i=0; i<ImageHeight-1; i++)
{
//计算差分
arDifference[i] = arPixelV[i+1] - arPixelV[i];
//如果该行像素足够多且变化不大，标记为true
if( (abs(arDifference[i])<20) && (arPixelV[i]>(0.75*tempMax)) )
arMark[i] = true;
}
//确定包含条码的行
int iLengthThrehold = 40;
int iCount;
for(i=0; i<ImageHeight-iLengthThrehold; i++)
{
iCount = 0;
for(j=0; j<iLengthThrehold; j++)
{
if(arMark[i+j] == true)
iCount++;
}
if(iCount >= 37)
{
ImageTop = i+10; //确定顶部
break;
}
}
for(i=ImageHeight-1; i>=iLengthThrehold-1; i--)
{
iCount = 0;
for(j=0; j<iLengthThrehold; j++)
{
if(arMark[i-j] == true)
iCount++;
}
if(iCount >= 37) //iLengthThrehold-3
{
ImageBottom = i-10; //确定底部
break;
}
}
//寻找左边缘,为了保证鲁棒性，在已经确定的上下边界内全局搜索
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
for(j=20; j<ImageWidth; j++)
{
if( (ImageArray[i][j-1]==0) && (ImageArray[i][j]==1) )
{
arLeftEdge[i] = j;
break;
}
}
}
//为消除噪声的干扰，下面确定准确的左边界
tempMax = 0;
int iMax = 0;
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
if(arLeftEdge[i] > tempMax)
{
tempMax = arLeftEdge[i];
iMax = i;
}
}
//倾斜度不能大于1/10
iCount = 0;
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
if( abs(tempMax-arLeftEdge[i]) < abs(i-iMax)/6+1 )
{
iCount++;
}
}
if( (iCount/(ImageBottom-ImageTop))<0.6 )
return false;
//调整起点
for(i=iMax; i>ImageTop; i--)
{
if( abs(arLeftEdge[i]-arLeftEdge[i-1])>=2 )
{
if(ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]]-ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]-1] == 1)
arLeftEdge[i-1] = arLeftEdge[i];
else if(ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]-1]-ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]-2] == 1)
arLeftEdge[i-1] = arLeftEdge[i]-1;
else if(ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]+1]-ImageArray[i-1][arLeftEdge[i]] == 1)
arLeftEdge[i-1] = arLeftEdge[i]+1;
else
arLeftEdge[i-1] = arLeftEdge[i];
}
}
for(i=iMax; i<ImageBottom; i++)
{
if(i == ImageBottom)
break;
if( abs(arLeftEdge[i]-arLeftEdge[i+1])>=2 )
{
if(ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]]-ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]-1] == 1)
arLeftEdge[i+1] = arLeftEdge[i];
else if(ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]-1]-ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]-2] == 1)
arLeftEdge[i+1] = arLeftEdge[i]-1;
else if(ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]+1]-ImageArray[i+1][arLeftEdge[i]] == 1)
arLeftEdge[i+1] = arLeftEdge[i]+1;
else
arLeftEdge[i+1] = arLeftEdge[i];
}
}
int n;
//搜索出所有的宽度
for(n=0; n<29; n++)
{
//搜索条的右边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
for(j = arLeftEdge[i]+1; j<ImageWidth; j++)
{
if( (ImageArray[i][j-1]==1) && (ImageArray[i][j]==0) )
{
arLeftEdge1[i] = j;
break;
}
}
arDelta[i] = arLeftEdge1[i] - arLeftEdge[i];
}
//假定条和空的宽度最多为11
//排序，可以认为最中间的5个宽度是平均宽度
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
tempArray[i] = arDelta[i];
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
{
for(j=ImageBottom; j>i; j--)
{
int tempSwap;
if(tempArray[j] < tempArray[j-1])
{
tempSwap = tempArray[j];
tempArray[j] = tempArray[j-1];
tempArray[j-1] = tempSwap;
}
}
}
if(tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2+2]-tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2-2]>1)
return false;
else
arWidth[2*n] = tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2];
//调整下一列边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
if(abs(arDelta[i] - arWidth[2*n])>2)
arLeftEdge1[i] = arLeftEdge[i] + arWidth[2*n];
arLeftEdge[i] = arLeftEdge1[i];
}
//搜索空的右边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
for(j = arLeftEdge[i]+1; j<ImageWidth; j++)
{
if( (ImageArray[i][j-1]==0) && (ImageArray[i][j]==1) )
{
arLeftEdge1[i] = j;
break;
}
}
arDelta[i] = arLeftEdge1[i] - arLeftEdge[i];
}
//假定条和空的宽度最多为11
//排序，可以认为最中间的5个宽度是平均宽度
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
tempArray[i] = arDelta[i];
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
{
for(j=ImageBottom; j>i; j--)
{
int tempSwap;
if(tempArray[j] < tempArray[j-1])
{
tempSwap = tempArray[j];
tempArray[j] = tempArray[j-1];
tempArray[j-1] = tempSwap;
}
}
}
if(tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2+2]-tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2-2]>1)
return false;
else
arWidth[2*n+1] = tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2];
//调整下一列边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
if(abs(arDelta[i] - arWidth[2*n+1])>2)
arLeftEdge1[i] = arLeftEdge[i] + arWidth[2*n+1];
arLeftEdge[i] = arLeftEdge1[i];
}
}
//搜索最后一个条的右边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
for(j = arLeftEdge[i]+1; j<ImageWidth; j++)
{
if( (ImageArray[i][j-1]==1) && (ImageArray[i][j]==0) )
{
arLeftEdge1[i] = j;
break;
}
}
arDelta[i] = arLeftEdge1[i] - arLeftEdge[i];
}
//假定条和空的宽度最多为11
//排序，可以认为最中间的5个宽度是平均宽度
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
tempArray[i] = arDelta[i];
for(i=ImageTop; i<ImageBottom; i++)
{
for(j=ImageBottom; j>i; j--)
{
int tempSwap;
if(tempArray[j] < tempArray[j-1])
{
tempSwap = tempArray[j];
tempArray[j] = tempArray[j-1];
tempArray[j-1] = tempSwap;
}
}
}
if(tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2+2]-tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2-2]>1)
return false;
else
arWidth[2*n] = tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2];
//调整下一列边缘
for(i=ImageTop; i<=ImageBottom; i++)
{
if(abs(arDelta[i] - arWidth[2*n+1])>2)
arLeftEdge1[i] = arLeftEdge[i] + tempArray[ImageTop+(ImageBottom-ImageTop)/2];
arLeftEdge[i] = arLeftEdge1[i];
}
return true;
}
识别条形码的程序代码：
/******************************************************************************
* 识别
******************************************************************************/
BOOL CBarRecog::Recognize()
{
//总共有7×12＋3×2＋5＝ 95个单位宽度
//有4×12＋3×2＋5＝59个宽度，
int i;
int result[12];
double mx = 0.0; //平均宽度
for(i=0; i<59; i++)
mx += (double)arWidth[i];
mx /= 95.0;
//起始条文
for(i=0; i<3; i++)
{
double dTemp = (double)arWidth[i]/mx;
if( dTemp<0.6 || dTemp>1.4 )
break;
}
//起始码不符合要求
//if(i<3)
// return false;
//识别前6个
for(i=0; i<6; i++)
{
result[i] = JudgNum(arWidth[i*4+3], arWidth[i*4+4], arWidth[i*4+5], arWidth[i*4+6], mx);
}
//识别后6个
for(i=6; i<12; i++)
{
result[i] = JudgNum(arWidth[i*4+8], arWidth[i*4+9], arWidth[i*4+10], arWidth[i*4+11], mx);
}
//判断码制
if( result[0]==7 && result[1]==7 )
{
strCodeStyle = "ISSN";
}
else if( result[0]==7 && result[1]==8 )
{
strCodeStyle = "ISBN";
}
else
strCodeStyle = "Unknown!";
//判断是否全部识别出来
for(i=0; i<12; i++)
if(result[i] == -1)
return false;
CString strTemp;
strCodeNumber.Format(L"");
for(i=0; i<12; i++)
{
strTemp.Format(L"%d", result[i]);
strCodeNumber += strTemp;
}
return true;
}
根据宽度数组判断数字的程序代码：
int CBarRecog::JudgNum(int w1, int w2, int w3, int w4, double mx)
{
double a1, a2, a3;
int ia1, ia2, ia3;
a1 = (double)(w1+w2)/mx;
a2 = (double)(w2+w3)/mx;
a3 = (double)(w3+w4)/mx;
ia1 = (int)(a1+0.5);
ia2 = (int)(a2+0.5);
ia3 = (int)(a3+0.5);
//判断该码值
if( (ia1==5 && ia2==3 && ia3==2) || (ia1==2 && ia2==3 && ia3==5) )
return 0;
if( (ia1==4 && ia2==4 && ia3==3) || (ia1==3 && ia2==4 && ia3==4) )
{
if(ia1 == 4)
{
double dw2 = (double)w2/mx;
if(dw2 < 2.4)
return 1;
else if(dw2 > 2.6)
return 7;
else return -1;
}
if(ia1 == 3)
{
double dw3 = (double)w3/mx;
if(dw3 < 2.4)
return 1;
else if(dw3 > 2.6)
return 7;
else return -1;
}
}
if( (ia1==3 && ia2==3 && ia3==4) || (ia1==4 && ia2==3 && ia3==3) )
{
if(ia1 == 3)
{
double dw4 = (double)w4/mx;
if(dw4 < 2.4)
return 2;
else if(dw4 > 2.6)
return 8;
else return -1;
}
if(ia1 == 4)
{
double dw1 = (double)w1/mx;
if(dw1 < 2.4)
return 2;
else if(dw1 > 2.6)
return 8;
else return -1;
}
}
if( (ia1==5 && ia2==5 && ia3==2) || (ia1==2 && ia2==5 && ia3==5) )
return 3;
if( (ia1==2 && ia2==4 && ia3==5) || (ia1==5 && ia2==4 && ia3==2) )
return 4;
if( (ia1==3 && ia2==5 && ia3==4) || (ia1==4 && ia2==5 && ia3==3) )
return 5;
if( (ia1==2 && ia2==2 && ia3==5) || (ia1==5 && ia2==2 && ia3==2) )
return 6;
if( (ia1==4 && ia2==2 && ia3==3) || (ia1==3 && ia2==2 && ia3==4) )
return 9;
return false;
}
软件运行效果：
