Invisible 2D data matrix detection with smart phone by using geometric correction for hough transform

Abstract

Günümüzde birçok farklı alanda kullanılan karekod sistemleri otomatik olarak hızlı bir şekilde bilgisayara veri girişini sağladığı için günlük hayatta ve iş hayatında büyük kolaylıklar sağlamaktadır. En yaygın kullanım alanı olarak ürünlerin (kitap, ilaç, gıda vb.) etiketlenmesi ve bu etiketlerin otomatik olarak okunarak ürünlerin tanınması söylenebilir. Ülkemizde ürün güvenliği ve takibi açısından tekel ürünlerinin takip ve denetiminde görünmeyen karekod uygulamasına geçilmiştir. Bu uygulamada karekod basımında özel pigment içeren mürekkep kullanılmakta ve ürün üzerine basılan karekodlar çıplak gözle gün ışığında görülememektedir. Sadece belirli bir dalga boyunda ışık verildiği takdirde görünür hale gelen görünmez karekodlar özel okuyucular sayesinde okunabilmektedir. Mevcut olarak kullanılan görünmez kare kod okuyucularının fiziki yapısı, kullanım için eğitim gereksinimi ve pahalı olmasından dolayı akıllı telefon uygulamasının geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur.Bu tezde, görünmez karekodların akıllı telefonla okunmasını sağlayan üzerinde 630nm dalga boyunda ışık verebilen LED'ler ve 630nm ışık dalga boyunu geçiren filtre bulunan bir aparat geliştirilmiştir. Alınan görüntüler, geliştirilen algoritmalar tarafından işlenerek karekod üzerindeki bilgiler okunabilmektedir. Geliştirilen algoritmalar dört temel adımdan oluşmaktadır. İlk adımda Hough Transform yardımıyla karekoda ait `L` şekil düzlemi bulunarak karekodun yer tespiti yapılmaktadır. İkinci adımda, `L` şekil düzlemi yardımıyla bulunan karekodun konveks alan ve köşe noktası tespiti yöntemleri kullanılarak sınırları belirlenmiştir. Sonrasında, çerçeve içerisine alınan karekoddaki bozulmalar geometrik düzeltme yöntemi kullanılarak giderilmiş ve her bir hücrenin aynı büyüklükte olması sağlanmıştır. Geometrik düzeltmeyle tam bir dikdörtgen çerçeveye alınan karekod yatay eksende satır satır taraması yapılarak karekod okunması gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen algoritmalar farklı görünmez karekodlarla test edildiğinde yüksek doğruluk ve düşük hata oranı göstermiştir.

In recent years, 2D Data Matrixes (such as QR codes) are used in many different areas that provide quick and automatic data entry to the computer system. This provides great convenience in daily life and business. Their most common usage is to automatically read labeled products (books, medicines, food, etc.), and recognize them. In Turkey, alcohol beverages and tobacco products are labeled and tracked with the invisible 2D Data Matrices for public safety and tax purposes. In this application, Data Matrixes are printed on a special paper with a pigmented ink. The code cannot be seen under daylight. Since invisible 2D Data Matrices reflects 630nm wavelengths light, 630nm wavelength LEDs are used for illumination by special barcode reader. Due to their physical dimensions, expensive price and requirement of special training for the usage, there is a need to development for smart phone application. In this thesis, we developed an apparatus attached on the smart phone including a 630 nm wavelength LED light group and 630 nm wavelength band pass filter that allows passing only the light around 630nm wavelength. We developed the algorithm to processing images which are smart phone captured and decoded all information in the invisible 2D Data Matrix. The proposed method mainly involves four stages. Its first step is that a data matrix code is processed by Hough transform processing to find `L` shape pattern. In the second step, borders of the Data Matrix are founded by using the convex hull and corner detection method. After that, distortion of invisible 2D Data Matrix corrected by geometric correction technique and the size of every module is fixed in rectangular shape. Finally, invisible 2D Data Matrix is scanned line by line in the horizontal axis to decode it. Results obtained by testing the proposed algorithm with different images of invisible 2D Data Matrix shows high accuracy and low error rate.