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条形码识别

1.实验目的​

学习如何设置摄像头，进行条形码识别，并将结果显示在屏幕上。

2.实验原理​

2.1 条形码区域检测​

原理：

条形码由规则的黑白条纹组成，其在图像中表现为高频率的亮度变化，尤其在水平方向更为明显。

常见的技术：

  • 边缘检测（如Sobel算子）：可检测条形码的边缘特征；
  • 梯度方向分析：分析图像中水平方向或垂直方向的梯度变化；
  • 形态学操作：如膨胀、腐蚀、闭运算等，用于提取明显的线性区域；
  • Hough变换：用于提取直线结构，有助于条码定位；
  • 滑动窗口扫描 + 局部直方图分析：识别可能存在条纹的区域。

2.2 条形码解码​

原理：

一维条形码（如 EAN13、CODE128）是通过不同宽度的黑白条纹组合来表示数字或字母的：

  • 黑条 = 二进制中的“1”
  • 白条 = 二进制中的“0”

解码过程：

  1. 二值化：将图像转成黑白图（0 和 255），提高对比度；
  2. 条宽检测：分析条纹宽度，识别每一组条纹的模式；
  3. 查表匹配：每种条码标准（如 EAN-13、CODE128）都有一张“编码表”，程序将识别到的模式与之比对；
  4. 校验位验证：很多条码都有校验位（如 EAN13 的第13位），用于验证解码是否正确；

3.代码解析​

定义条形码类型​

def barcode_name(code):
    if(code.type() == image.EAN2):
        return "EAN2"
    if(code.type() == image.EAN5):
        return "EAN5"
    if(code.type() == image.EAN8):
        return "EAN8"
    if(code.type() == image.UPCE):
        return "UPCE"
    if(code.type() == image.ISBN10):
        return "ISBN10"
    if(code.type() == image.UPCA):
        return "UPCA"
    if(code.type() == image.EAN13):
        return "EAN13"
    if(code.type() == image.ISBN13):
        return "ISBN13"
    if(code.type() == image.I25):
        return "I25"
    if(code.type() == image.DATABAR):
        return "DATABAR"
    if(code.type() == image.DATABAR_EXP):
        return "DATABAR_EXP"
    if(code.type() == image.CODABAR):
        return "CODABAR"
    if(code.type() == image.CODE39):
        return "CODE39"
    if(code.type() == image.PDF417):
        return "PDF417"
    if(code.type() == image.CODE93):
        return "CODE93"
    if(code.type() == image.CODE128):
        return "CODE128"

该函数接收条形码对象并根据条形码类型返回相应的名称。它通过调用 code.type() 方法获取条形码的类型，并根据类型返回对应的名称。

配置传感器​

DETECT_WIDTH = 800
DETECT_HEIGHT = 480

sensor = None

try:
    sensor = Sensor(width = DETECT_WIDTH, height = DETECT_HEIGHT)
    sensor.reset()
    sensor.set_framesize(width = DETECT_WIDTH, height = DETECT_HEIGHT)
    sensor.set_pixformat(Sensor.RGB565)

DETECT_WIDTH 和 DETECT_HEIGHT：定义捕获图像的分辨率。此处设定为 800x480 像素。

Sensor 类：用于初始化和控制摄像头。创建一个 Sensor 对象，并设置其分辨率为 800x480。

sensor.set_pixformat(Sensor.RGB565)：设置图像格式为 RGB565。

初始化显示模块​

Display.init(Display.ST7701, to_ide = True)

初始化显示模块，配置为使用 ST7701 显示屏，并将其输出设置为 IDE 环境。

媒体管理器初始化​

MediaManager.init()
sensor.run()

初始化媒体管理器，负责管理图像和其他资源。

启动传感器，开始图像采集。

条形码检测和输出​

    img = sensor.snapshot()

捕获一帧图像

    for code in img.find_barcodes():
        img.draw_rectangle([v for v in code.rect()], color=(255, 0, 0))
        print_args = (barcode_name(code), code.payload(), (180 * code.rotation()) / math.pi, code.quality(), fps.fps())
        print("Barcode %s, Payload \"%s\", rotation %f (degrees), quality %d, FPS %f" % print_args)

img.find_barcodes()：识别图像中的所有条形码。

img.draw_rectangle([v for v in code.rect()], color=(255, 0, 0))：在条形码区域绘制红色矩形框。

条形码信息：

  • barcode_name(code)：条形码类型名称。
  • code.payload()：条形码的内容（有效载荷）。
  • code.rotation()：条形码的旋转角度，转换为度数。
  • code.quality()：条形码质量。
  • fps.fps()：当前帧率。

显示结果​

    Display.show_image(img)
    gc.collect()
    print(fps.fps())

Display.show_image(img)：将图像显示在屏幕上。

gc.collect()：进行垃圾回收，释放内存。

print(fps.fps())：打印当前的帧率。

4.示例代码​

'''
本程序遵循GPL V3协议, 请遵循协议
实验平台: DshanPI CanMV
开发板文档站点	: https://eai.100ask.net/
百问网学习平台   : https://www.100ask.net
百问网官方B站    : https://space.bilibili.com/275908810
百问网官方淘宝   : https://100ask.taobao.com
'''
import time, math, os, gc, sys

from media.sensor import *
from media.display import *
from media.media import *

# 定义一个函数，根据条形码类型返回相应的名称
def barcode_name(code):
    if(code.type() == image.EAN2):
        return "EAN2"
    if(code.type() == image.EAN5):
        return "EAN5"
    if(code.type() == image.EAN8):
        return "EAN8"
    if(code.type() == image.UPCE):
        return "UPCE"
    if(code.type() == image.ISBN10):
        return "ISBN10"
    if(code.type() == image.UPCA):
        return "UPCA"
    if(code.type() == image.EAN13):
        return "EAN13"
    if(code.type() == image.ISBN13):
        return "ISBN13"
    if(code.type() == image.I25):
        return "I25"
    if(code.type() == image.DATABAR):
        return "DATABAR"
    if(code.type() == image.DATABAR_EXP):
        return "DATABAR_EXP"
    if(code.type() == image.CODABAR):
        return "CODABAR"
    if(code.type() == image.CODE39):
        return "CODE39"
    if(code.type() == image.PDF417):
        return "PDF417"
    if(code.type() == image.CODE93):
        return "CODE93"
    if(code.type() == image.CODE128):
        return "CODE128"

# 定义检测图像的宽度和高度
DETECT_WIDTH = 800
DETECT_HEIGHT = 480

# 初始化传感器对象
sensor = None

try:
    # 使用默认配置构造一个传感器对象
    sensor = Sensor(width = DETECT_WIDTH, height = DETECT_HEIGHT)
    # 重置传感器
    sensor.reset()
    # 设置水平镜像（注释掉了，可根据需求启用）
    # sensor.set_hmirror(False)
    # 设置垂直翻转（注释掉了，可根据需求启用）
    # sensor.set_vflip(False)
    # 设置传感器的输出尺寸
    sensor.set_framesize(width = DETECT_WIDTH, height = DETECT_HEIGHT)
    # 设置传感器的输出格式为RGB565
    sensor.set_pixformat(Sensor.RGB565)

    # 使用LCD作为显示输出
    Display.init(Display.ST7701, to_ide = True)

    # 初始化媒体管理器
    MediaManager.init()
    # 启动传感器开始运行
    sensor.run()

    # 使用时间模块记录帧率
    fps = time.clock()

    while True:
        # 更新帧率计数
        fps.tick()

        # 检查是否需要退出
        os.exitpoint()

        # 捕获一帧图像
        img = sensor.snapshot()

        # 查找图像中的所有条形码
        for code in img.find_barcodes():
            # 在条形码区域绘制矩形框，颜色为红色
            img.draw_rectangle([v for v in code.rect()], color=(255, 0, 0))

            # 打印条形码的详细信息
            print_args = (barcode_name(code), code.payload(), (180 * code.rotation()) / math.pi, code.quality(), fps.fps())
            print("条形码类型: %s, 有效载荷: \"%s\", 旋转角度: %f (度), 质量: %d, 帧率: %f" % print_args)

        # 将图像显示到屏幕上
        Display.show_image(img)

        # 执行垃圾回收
        gc.collect()

        # 打印当前的帧率
        print(fps.fps())
except KeyboardInterrupt as e:
    # 用户手动中断时输出提示
    print(f"用户停止")
except BaseException as e:
    # 捕获其他异常并打印异常信息
    print(f"异常 '{e}'")
finally:
    # 确保在退出时停止传感器
    if isinstance(sensor, Sensor):
        sensor.stop()
    
    # 关闭显示屏
    Display.deinit()

    # 启用休眠模式
    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE_SLEEP)
    time.sleep_ms(100)

    # 释放媒体缓冲区
    MediaManager.deinit()

5.实验结果​

test

点击运行运行后，可在显示屏上显示识别到的条形码。