網(wǎng)屏編碼具有信息隱藏量大、安全性高、成本低、魯棒性好、抗攻擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，在信息隱藏和紙類(lèi)防偽方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。編碼圖像預(yù)處理是網(wǎng)屏編碼應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，隨著對(duì)網(wǎng)屏編碼技術(shù)的深入研究，許多學(xué)者針對(duì)網(wǎng)屏編碼的特點(diǎn),在圖像預(yù)處理過(guò)程提出了各自的改進(jìn)算法。參考文獻(xiàn)[3]采用自適應(yīng)動(dòng)態(tài)閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)二值化，即根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)初始閾值，然后根據(jù)各個(gè)像素周?chē)鷧^(qū)域的灰度值確定中央像素的閾值。參考文獻(xiàn)[4]將基于B樣條的邊緣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到識(shí)別過(guò)程中，該技術(shù)具有較好的光滑性，同時(shí)與原圖像曲面具有相似的凹凸性。參考文獻(xiàn)[5]提出了使用三次樣條插值方式提高定位點(diǎn)的定位準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)[6]使用雙線性?xún)?nèi)插值方法進(jìn)行圖像的縮放。

    網(wǎng)屏編碼具有信息位小、信息隱藏的特點(diǎn)，識(shí)別只需讀取相應(yīng)的信息即可，而信息位的形狀、大小、樣本背景及紋理都不會(huì)對(duì)信息位的判讀產(chǎn)生影響。形態(tài)學(xué)處理能膨脹或腐蝕圖像，但是可以不改變信息位所含的信息。根據(jù)這一特點(diǎn)， 本文將形態(tài)學(xué)圖像處理應(yīng)用于網(wǎng)屏編碼圖像預(yù)處理。
1 系統(tǒng)框圖及功能
    掃描獲得網(wǎng)屏編碼圖像后，首先進(jìn)行圖像二值化。通過(guò)構(gòu)建合適的結(jié)構(gòu)元素,進(jìn)行形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算，去掉圖像的瑕疵和污點(diǎn)，再將原圖像與腐蝕后的圖像相減，實(shí)現(xiàn)了圖像的邊界提取。傾斜矯正后經(jīng)過(guò)坐標(biāo)定位，采用網(wǎng)格法將其譯碼讀出，基本流程如圖1所示。

2 圖像預(yù)處理算法研究及實(shí)現(xiàn)
2.1 圖像二值化
　    圖像二值化主要有兩方面的作用[7]：(1)為使用形態(tài)學(xué)打下基礎(chǔ);(2)在圖像二值化過(guò)程中，能夠?yàn)V除背景中的噪音，并且在最后網(wǎng)格坐標(biāo)定位時(shí)化繁為簡(jiǎn)，縮短識(shí)別時(shí)間。實(shí)現(xiàn)圖像二值化有以下兩個(gè)步驟：
　    (1)彩色圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像：根據(jù)三基色原理，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:
  
2.3 邊界提取和傾斜矯正
    掃描圖像不能做到100%的水平,傾斜的編碼圖像使譯碼率急速下降，大大影響網(wǎng)屏編碼的使用和發(fā)揮。傾斜矯正主要有3個(gè)過(guò)程:邊界提取、Hough變換及水平矯正。
    對(duì)于一個(gè)圖像A，可以先用一個(gè)結(jié)構(gòu)元素B對(duì)該集合進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，然后再求腐蝕結(jié)果和集合A的差集，可以得到圖像的邊界，其定義為：
    

    與二維碼網(wǎng)格法采用固定大小的網(wǎng)格不同，動(dòng)態(tài)網(wǎng)格坐標(biāo)法的網(wǎng)格大小隨著紙張的形變而發(fā)生變化。由于已經(jīng)將編碼圖像二值化，圖像像素值只有“1”、“0”，所以計(jì)算量較小。坐標(biāo)定位的主要思想是對(duì)每一行的像素值進(jìn)行加法運(yùn)算。每行的像素值與列像素?cái)?shù)比較，若等于列像素值，則表示此行沒(méi)有信息位；若不等于列像素值，則表示此行已經(jīng)有信息位的一部分，將此行坐標(biāo)值減1作為此網(wǎng)格上面的行坐標(biāo)。繼續(xù)對(duì)下一行像素值進(jìn)行加法運(yùn)算，直至像素和與列像素的個(gè)數(shù)相等，表明此行像素已經(jīng)沒(méi)有信息位，可將此行作為此網(wǎng)格下面的行坐標(biāo)。列坐標(biāo)的方法也類(lèi)似，在此不再重復(fù)敘述。
3 性能分析
    實(shí)驗(yàn)采取Intel(R) Core(TM)2 Duo T5470處理器、1.6 GHz主頻、1.00  GB內(nèi)存、Version7.8.0.347版本Matlab
2009a軟件對(duì)樣本進(jìn)行信息讀取。
3.1 識(shí)別率比較
   表1所示為針對(duì)不同的樣本進(jìn)行不同的譯碼方法識(shí)別率的比較。通過(guò)多樣本的驗(yàn)證可以看出，采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格定位方法后，可以提高網(wǎng)屏編碼的識(shí)別率。譯碼率的提高主要體現(xiàn)在采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格定位法后，網(wǎng)格的定位更準(zhǔn)確，消除了紙張微小形變對(duì)譯碼的影響。

3.2 識(shí)別時(shí)間
    識(shí)別時(shí)間比較，主要是通過(guò)對(duì)同一樣本分別采用參考文獻(xiàn)[4-5]圖像處理方法和形態(tài)學(xué)圖像處理方法，進(jìn)行譯碼時(shí)間比較。表2所示為不同方法的時(shí)間統(tǒng)計(jì)表。

    由表2可以看出，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法識(shí)別編碼圖像相對(duì)于參考文獻(xiàn)[4-5]所用的時(shí)間減少了10%。其中主要體現(xiàn)在濾波和邊界提取過(guò)程中運(yùn)算量的減少。
    本文根據(jù)網(wǎng)屏編碼的特點(diǎn)，將形態(tài)學(xué)圖像方法應(yīng)用到譯碼中。通過(guò)選擇合適的結(jié)構(gòu)元素，實(shí)現(xiàn)了圖像的濾波、邊界提取和傾斜矯正。最后通過(guò)選取動(dòng)態(tài)網(wǎng)格坐標(biāo)，消除紙張形變對(duì)編碼圖像的影響。譯碼結(jié)果表明，在不增加識(shí)別時(shí)間的同時(shí)，識(shí)別率有了很大的提高，并且減少了一定的識(shí)別時(shí)間。對(duì)比結(jié)果顯示了本方法的有效性，并可以應(yīng)用于網(wǎng)屏編碼的識(shí)別譯碼中。但是，網(wǎng)屏編碼定位仍采用人工定位，如何實(shí)現(xiàn)自主定位圖像、實(shí)現(xiàn)信息讀取是下一步的研究目標(biāo)。
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