網(wǎng)屏編碼具有信息隱藏量大、安全性高、成本低、魯棒性好、抗攻擊能力強等優(yōu)點[1-2]，在信息隱藏和紙類防偽方面發(fā)揮著越來越重要的作用。編碼圖像預處理是網(wǎng)屏編碼應用的關鍵技術，隨著對網(wǎng)屏編碼技術的深入研究，許多學者針對網(wǎng)屏編碼的特點,在圖像預處理過程提出了各自的改進算法。參考文獻[3]采用自適應動態(tài)閾值來實現(xiàn)二值化，即根據(jù)項目經(jīng)驗設定一個初始閾值，然后根據(jù)各個像素周圍區(qū)域的灰度值確定中央像素的閾值。參考文獻[4]將基于B樣條的邊緣檢測技術應用到識別過程中，該技術具有較好的光滑性，同時與原圖像曲面具有相似的凹凸性。參考文獻[5]提出了使用三次樣條插值方式提高定位點的定位準確性。參考文獻[6]使用雙線性內插值方法進行圖像的縮放。

    網(wǎng)屏編碼具有信息位小、信息隱藏的特點，識別只需讀取相應的信息即可，而信息位的形狀、大小、樣本背景及紋理都不會對信息位的判讀產(chǎn)生影響。形態(tài)學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， 本文將形態(tài)學圖像處理應用于網(wǎng)屏編碼圖像預處理。
1 系統(tǒng)框圖及功能
    掃描獲得網(wǎng)屏編碼圖像后，首先進行圖像二值化。通過構建合適的結構元素,進行形態(tài)學開運算和閉運算，去掉圖像的瑕疵和污點，再將原圖像與腐蝕后的圖像相減，實現(xiàn)了圖像的邊界提取。傾斜矯正后經(jīng)過坐標定位，采用網(wǎng)格法將其譯碼讀出，基本流程如圖1所示。

2 圖像預處理算法研究及實現(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)學打下基礎;(2)在圖像二值化過程中，能夠濾除背景中的噪音，并且在最后網(wǎng)格坐標定位時化繁為簡，縮短識別時間。實現(xiàn)圖像二值化有以下兩個步驟：
　    (1)彩色圖像轉為灰度圖像：根據(jù)三基色原理，實現(xiàn)過程為:
  
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個過程:邊界提取、Hough變換及水平矯正。
    對于一個圖像A，可以先用一個結構元素B對該集合進行腐蝕運算，然后再求腐蝕結果和集合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，動態(tài)網(wǎng)格坐標法的網(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”，所以計算量較小。坐標定位的主要思想是對每一行的像素值進行加法運算。每行的像素值與列像素數(shù)比較，若等于列像素值，則表示此行沒有信息位；若不等于列像素值，則表示此行已經(jīng)有信息位的一部分，將此行坐標值減1作為此網(wǎng)格上面的行坐標。繼續(xù)對下一行像素值進行加法運算，直至像素和與列像素的個數(shù)相等，表明此行像素已經(jīng)沒有信息位，可將此行作為此網(wǎng)格下面的行坐標。列坐標的方法也類似，在此不再重復敘述。
3 性能分析
    實驗采取Intel(R) Core(TM)2 Duo T5470處理器、1.6 GHz主頻、1.00  GB內存、Version7.8.0.347版本Matlab
2009a軟件對樣本進行信息讀取。
3.1 識別率比較
   表1所示為針對不同的樣本進行不同的譯碼方法識別率的比較。通過多樣本的驗證可以看出，采用動態(tài)網(wǎng)格定位方法后，可以提高網(wǎng)屏編碼的識別率。譯碼率的提高主要體現(xiàn)在采用動態(tài)網(wǎng)格定位法后，網(wǎng)格的定位更準確，消除了紙張微小形變對譯碼的影響。

3.2 識別時間
    識別時間比較，主要是通過對同一樣本分別采用參考文獻[4-5]圖像處理方法和形態(tài)學圖像處理方法，進行譯碼時間比較。表2所示為不同方法的時間統(tǒng)計表。

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