An Efficient Bar Code Image Recognition Algorithm for Sorting System

Copyright © The Authors. In the sorting system of the production line, the object movement, fixed angle of view, light intensity and other reasons lead to obscure blurred images. It results in bar code recognition rate being low and real time being poor. Aiming at the above problems, a progressive bar code compressed recognition algorithm is proposed. First, assuming that the source image is not tilted, use the direct recognition method to quickly identify the compressed source image. Failure indicates that the compression ratio is improper or the image is skewed. Then, the source image is enhanced to identify the source image directly. Finally, the inclination of the compressed image is detected by the barcode region recognition method and the source image is corrected to locate the barcode information in the barcode region recognition image. The results of multitype image experiments show that the proposed method is improved by 5+ times computational efficiency compared with the former methods, and can recognize fuzzy images better.Scientific Research Starting Project of SWPU [Zheng, D., No. 0202002131604]; Major Science and Technology Project of Sichuan Province [Zheng, D., No. 8ZDZX0143]; Ministry of Education Collaborative Education Project of China [Zheng, D., No. 952]; Fundamental Research Project [Zheng, D., Nos. 549, 550]

Алгоритмічне та програмне забезпечення процесів автоматичної ідентифікації об’єктів логістики на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору

Автоматична ідентифікація об’єктів є важливим аспектом у багатьох галузях людської діяльності, однією з яких є логістика. Застосування технологій автоматичної ідентифікації об’єктів логістики дозволяє спростити відстежування їхнього місцезнаходження під час транспортування та складського зберігання, а також забезпечити процеси контролю, звітування тощо. Це позитивно впливає на інтенсифікацію виробництва, торгівлі, зокрема міжнародної, поштових сервісів тощо завдяки безпомилковому та швидкому доступу до інформації про об’єкти обліку, а також автоматичному збору даних про них та оновлення цих даних у програмних системах без втручання людини. Автоматична ідентифікація об’єктів може ґрунтуватись на технологіях подання даних на основі штрихових кодів, радіочастотної ідентифікації, смарт-карт тощо. Однією з найпоширеніших технологій автоматичної ідентифікації об’єктів є технологія на основі штрихового кодування інформації, яка забезпечує високу точність та швидкість введення інформації до комп’ютерних систем та є економічно привабливою завдяки низькій вартості витратних матеріалів і доступному обладнанню. На сьогодні існує низка підходів до подання даних у вигляді штрихових кодів, проте досі залишаються актуальними задачі підвищення щільності подання інформації у вигляді штрихових кодів та підвищення завадостійкості штрихкодових позначок. Іншою важливою проблемою, пов’язаною зі створенням програмних систем на основі технології штрихового кодування для галузі логістики, є відсутність проблемно-орієнтованого підходу до задачі інтегрування елементів технології штрихового кодування при розробленні програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації об’єктів. Наявність зазначених актуальних задач та проблем визначає актуальну науково-технічну задачу підвищення ефективності розроблення алгоритмічного та програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації об’єктів на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, яка вирішується у цій дисертаційній роботі. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності логістичних систем за рахунок автоматизації виробничих процесів на основі високощільного штрихового кодування даних про об’єкти логістики. У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано алгоритмічно-програмні рішення для автоматичної ідентифікації об’єктів у галузі логістики, зокрема вивчено сучасний стан логістичного програмного забезпечення, досліджено методи автоматичної ідентифікації об’єктів та особливості оброблення штрихкодованої інформації, що дозволило сформувати основні вимоги до програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації об’єктів логістики. У другому розділі розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення процесів формування даних на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, зокрема сформульовано задачу забезпечення компактного подання даних у вигляді штрихкодових зображень, розроблено й досліджено алгоритмічне та програмне забезпечення процесів ущільнення даних при формуванні штрихкодових позначок, розроблено й досліджено алгоритмічне та програмне забезпечення процесів формування дворівневих штрихкодових позначок. У третьому розділі розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення завадостійкості штрихових кодів з трьома градаціями кольору, зокрема сформульовано задачу забезпечення завадостійкості штрихкодових зображень, розроблено й досліджено алгоритмічне та програмне забезпечення завадостійкості штрихових кодів з трьома градаціями кольору. Четвертий розділ присвячено створенню елементів технології проєктування програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації об’єктів логістики на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, зокрема запропоновано шкалу пріоритизації вимог до розроблюваної програмної системи, сформульовано вимоги до програмної системи для автоматичної ідентифікації об’єктів логістики на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, запропоновано базову архітектуру програмної системи автоматичної ідентифікації об’єктів на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, розроблено шаблон проєктування «Перетворювач», визначено основні етапи технології проєктування програмних засобів для автоматичної ідентифікації об’єктів логістики на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема уперше запропоновано базову архітектуру програмної системи автоматичної ідентифікації об’єктів логістики на основі штрихових кодів з трьома градаціями кольору, використання якої дозволяє спростити процес розроблення програмного забезпечення систем автоматичної ідентифікації об’єктів та яка, на відміну від існуючих, створює можливість дворівневого доступу до інформації про об’єкт логістики та підвищення щільності подання даних завдяки використанню дворівневих штрихових кодів з трьома градаціями кольору. Уперше розроблено структурний метод ущільнення алфавітно-цифрових даних, що підлягають поданню у вигляді штрихового коду з трьома градаціями кольору, який передбачає використання, крім комп’ютерного алфавіту ASCII, кількох додаткових алфавітів з потужностями, меншими за 256 (потужність ASCII), та ґрунтується на розбитті вхідної алфавітно-цифрової послідовності на суміжні підпослідовності символів та їх перетворенні у триколірні (трійкові) штрихкодові знаки, сумарна довжина яких менша, аніж трійкова довжина вхідних повідомлень, що підвищує інформаційну щільність подання даних на носії у середньому в 1,16–1,5 разів та переважає аналогічний показник у разі застосування для ущільнення статистичних методів (на основі кодів Хаффмана, Шеннона-Фано). Уперше розроблено математичну модель, яка дозволяє здійснювати вибір оптимальної кількості додаткових (окрім ASCII) алфавітів для використання при перетворенні вхідних алфавітно-цифрових даних, що підлягають поданню у вигляді штрихових кодів з трьома градаціями кольору, та визначати оптимальні потужності цих алфавітів і тип перетворення підпослідовностей суміжних символів у числову форму, за яких досягається максимально можливе інформаційне ущільнення даних на штрихкодовому носії. Уперше розроблено алгоритмічне забезпечення процесу завадозахищеного кодування штрихкодових позначок з трьома градаціями кольору, визначальною рисою якого є застосування обчислень у скінченому полі (3 )s GF за модулем незвідного многочлена степеня s, що забезпечує виправлення спотворень двох видів – помилок і стирань, та уможливлює відновлення даних при ушкодженні до 37,5% площі штрихкодового зображення. Уперше розроблено метод дворівневого штрихового кодування двох незалежних наборів даних та алгоритмічне забезпечення процесів формування штрихкодових позначок з трьома градаціями кольору, характерною рисою яких є застосування процедур визначення контрольного біта для подання другого набору даних та створення дворівневої штрихкодової позначки, що забезпечує розмежування доступу до інформації про об’єкт логістики. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у 7 наукових працях, зокрема у 5 наукових статтях, з яких 1 статтю опубліковано у закордонному фаховому виданнях третього квартиля (Q3), яке проіндексоване в базі даних Scopus, 1 статтю опубліковано у періодичному науковому виданні держави, яка входить до Організації економічного співробітництва та розвитку та Європейського Союзу, 1 статтю опубліковано у виданні, включеному до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «А», і 2 статті опубліковано у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 2 матеріалах науково-технічних конференцій, з яких 1 публікація у матеріалах міжнародної наукової конференції, що проіндексовано у базі даних Scopus

Computer vision reading on stickers and direct part marking on horticultural products : challenges and possible solutions

Traceability of products from production to the consumer has led to a technological advancement in product identification. There has been development from the use of traditional one-dimensional barcodes (EAN-13, Code 128, etc.) to 2D (two-dimensional) barcodes such as QR (Quick Response) and Data Matrix codes. Over the last two decades there has been an increased use of Radio Frequency Identification (RFID) and Direct Part Marking (DPM) using lasers for product identification in agriculture. However, in agriculture there are still considerable challenges to adopting barcodes, RFID and DPM technologies, unlike in industry where these technologies have been very successful. This study was divided into three main objectives. Firstly, determination of the effect of speed, dirt, moisture and bar width on barcode detection was carried out both in the laboratory and a flower producing company, Brandkamp GmbH. This study developed algorithms for automation and detection of Code 128 barcodes under rough production conditions. Secondly, investigations were carried out on the effect of low laser marking energy on barcode size, print growth, colour and contrast on decoding 2D Data Matrix codes printed directly on apples. Three different apple varieties (Golden Delicious, Kanzi and Red Jonaprince) were marked with various levels of energy and different barcode sizes. Image processing using Halcon 11.0.1 (MvTec) was used to evaluate the markings on the apples. Finally, the third objective was to evaluate both algorithms for 1D and 2D barcodes. According to the results, increasing the speed and angle of inclination of the barcode decreased barcode recognition. Also, increasing the dirt on the surface of the barcode resulted in decreasing the successful detection of those barcodes. However, there was 100% detection of the Code 128 barcode at the company’s production speed (0.15 m/s) with the proposed algorithm. Overall, the results from the company showed that the image-based system has a future prospect for automation in horticultural production systems. It overcomes the problem of using laser barcode readers. The results for apples showed that laser energy, barcode size, print growth, type of product, contrast between the markings and the colour of the products, the inertia of the laser system and the days of storage all singularly or in combination with each other influence the readability of laser Data Matrix codes and implementation on apples. There was poor detection of the Data Matrix code on Kanzi and Red Jonaprince due to the poor contrast between the markings on their skins. The proposed algorithm is currently working successfully on Golden Delicious with 100% detection for 10 days using energy 0.108 J mm-2 and a barcode size of 10 × 10 mm2. This shows that there is a future prospect of not only marking barcodes on apples but also on other agricultural products for real time production