【MaixPY 教程】用mixly玩轉(zhuǎn)k210——條形碼、二維碼、AprilTag識(shí)別

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前言

隨著科技的發(fā)展，移動(dòng)支付讓人們的生活變得越來(lái)越便捷，可是與之背后的原理我們又了解多少呢？那么今天就讓我?guī)ьI(lǐng)大家一起用milxy一起去實(shí)現(xiàn)：條形碼、二維碼、AprilTag識(shí)別。

準(zhǔn)備階段

• Maixduino
• typec 數(shù)據(jù)線(xiàn)
• 條形碼、二維碼、Apriltag碼若干

條形碼

1：什么是條形碼

條形碼(barcode)是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符。常見(jiàn)的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱(chēng)條）和白條（簡(jiǎn)稱(chēng)空）排成的平行線(xiàn)圖案。條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)國(guó)、制造廠(chǎng)家、商品名稱(chēng)、生產(chǎn)日期、圖書(shū)分類(lèi)號(hào)、郵件起止地點(diǎn)、類(lèi)別、日期等許多信息，因而在商品流通、圖書(shū)管理、郵政管理、銀行系統(tǒng)等許多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用

2：條形碼識(shí)別原理

條碼符號(hào)是由反射率不同的“條”、“空”按照一定的編碼規(guī)則組合起來(lái)的一種信息符號(hào)。由于條碼符號(hào)中“條”、“空”對(duì)光線(xiàn)具有不同的反射率，從而使條碼掃描器接受到強(qiáng)弱不同的反射光信號(hào)，相應(yīng)地產(chǎn)生電位高低不同的電脈沖。而條碼符號(hào)中“條”、“空”的寬度則決定電位高低不同的電脈沖信號(hào)的長(zhǎng)短。掃描器接收到的光信號(hào)需要經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并通過(guò)放大電路進(jìn)行放大。由于掃描光點(diǎn)具有一定的尺寸、條碼印刷時(shí)的邊緣模糊性以及一些其他原因，經(jīng)過(guò)電路放大的條碼電信號(hào)是一種平滑的起伏信號(hào)，這種信號(hào)被稱(chēng)為“模擬電信號(hào)”?！澳M電信號(hào)”需經(jīng)整形變成通常的“數(shù)字信號(hào)”。根據(jù)碼制所對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，譯碼器便可將“數(shù)字信號(hào)”識(shí)讀譯成數(shù)字、字符信息

3:BarCode類(lèi)

MaixPy固件中的內(nèi)置庫(kù)image庫(kù)內(nèi)置了BarCode類(lèi)，專(zhuān)門(mén)用于識(shí)別條形碼。其中他的方法有：

方法名稱(chēng)功能

barcode.corners()	返回一個(gè)由該對(duì)象的四個(gè)角組成的四個(gè)元組(x,y)的列表。四個(gè)角通常是按照從左上角開(kāi)始沿順時(shí)針順序返回的。
barcode.rect()	返回一個(gè)矩形元組(x, y, w, h)，用于如數(shù)據(jù)矩陣的邊界框的 image.draw_rectangle 等其他的 image 方法。
barcode.x()	返回條形碼的邊界框的x坐標(biāo)(int)
barcode.y()	返回條形碼的邊界框的y坐標(biāo)(int)。
barcode.w()	返回條形碼的邊界框的w寬度(int)
barcode.h()	返回條形碼的邊界框的h高度(int)。
barcode.payload()	返回條形碼的有效載荷的字符串。例：數(shù)量。
barcode.type()	返回條形碼的列舉類(lèi)型 (int)
barcode.rotation()	返回以弧度計(jì)的條形碼的旋度(浮點(diǎn)數(shù))
barcode.quality()	返回條形碼在圖像中被檢測(cè)到的次數(shù)(int)

mixly中也有相應(yīng)的條形碼識(shí)別積木塊在機(jī)器視覺(jué)中維碼識(shí)別中如下圖所示：

示例程序

import sensor import machine import imagesensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QVGA) sensor.run(1) sensor.skip_frames(10) while True:img = sensor.snapshot()code = img.find_barcodes([0,0,320,240])for i in code:code_text = i.payload()print(code_text)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

二維碼

1：什么是二維碼

二維碼又稱(chēng)二維條碼，常見(jiàn)的二維碼為QR Code，QR全稱(chēng)Quick Response，是一個(gè)近幾年來(lái)移動(dòng)設(shè)備上超流行的一種編碼方式，它比傳統(tǒng)的Bar Code條形碼能存更多的信息，也能表示更多的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

2：二維碼的分類(lèi)

二維碼，從字面上看就是用兩個(gè)維度（水平方向和垂直方向）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼，條形碼只利用了一個(gè)維度（水平方向）表示信息，在另一個(gè)維度(垂直方向)沒(méi)有意義，所以二維碼比條形碼有著更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。

從形成方式上，二維碼可以分為兩類(lèi)，

1、堆疊式二維碼：在一維條形碼的基礎(chǔ)上，將多個(gè)條形碼堆積在一起進(jìn)行編碼，常見(jiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)有PDF417等

2、矩陣式二維碼:在一個(gè)矩陣空間中通過(guò)黑色和白色的方塊進(jìn)行信息的表示，黑色的方塊表示1，白色的方塊表示0，相應(yīng)的組合表示了一系列的信息，常見(jiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)有QR 碼，漢信碼等

PDF417由美國(guó)研發(fā)，在美國(guó)地區(qū)使用廣泛 漢信碼由中國(guó)自主研發(fā)，目前已在政府相關(guān)領(lǐng)域得到初步的使用。 QR碼由日本研發(fā)，目前很多的應(yīng)用都是用QR碼進(jìn)行編碼，譯碼（目前使用最廣的是QR碼，所以接下來(lái)的內(nèi)容會(huì)對(duì)QR碼進(jìn)行講解）

3：二維碼的結(jié)構(gòu)

一個(gè)二維碼可以分為兩個(gè)部分，功能圖形和編碼區(qū)域

功能圖形起到定位的作用

名稱(chēng)作用

位置探測(cè)圖形	由三個(gè)黑白相間的大正方形嵌套組成，分別位于二維碼左上角、右上角、左下角，目的是為了確定二維碼的大小和位置。
定位圖形	由兩條黑白相間的直線(xiàn)組成，便于確定二維碼的角度，糾正扭曲。
校正圖形	僅在版本2以上存在，由三個(gè)黑白相間的小正方形嵌套組成，便于確定中心，糾正扭曲。

數(shù)據(jù)區(qū)記錄了具體的數(shù)據(jù)信息，糾錯(cuò)信息與版本信息

名稱(chēng)作用

數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼	記錄了數(shù)據(jù)信息和相應(yīng)的糾錯(cuò)碼，糾錯(cuò)碼的存在使得當(dāng)二維碼的數(shù)據(jù)出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的錯(cuò)誤時(shí)，也可以正確解碼。
版本信息	僅在版本7以上存在，記錄具體的版本信息。
格式信息	記錄使用的掩碼和糾錯(cuò)等級(jí)。

此外二維碼的外圍還留有一圈空白區(qū)，主要是為了便于識(shí)別而存在。

4：QRCode類(lèi)

MaixPy固件中的內(nèi)置庫(kù)image庫(kù)內(nèi)置了QRCode類(lèi)，專(zhuān)門(mén)用于識(shí)別二位碼。其中它的方法有：

方法名稱(chēng)作用

qrcode.corners()	返回一個(gè)由該對(duì)象的四個(gè)角組成的四個(gè)元組(x,y)的列表。四個(gè)角通常是按照從左上角開(kāi)始沿順時(shí)針順序返回的。
qrcode.rect()	返回一個(gè)矩形元組(x, y, w, h)，用于如二維碼的邊界框的 image.draw_rectangle 等其他的 image 方法。
qrcode.x()	返回二維碼的邊界框的x坐標(biāo)(int)
qrcode.y()	返回二維碼的邊界框的y坐標(biāo)(int)。
qrcode.w()	返回二維碼的邊界框的w坐標(biāo)(int)。
qrcode.h()	返回二維碼的邊界框的h坐標(biāo)(int)。
qrcode.payload()	返回二維碼有效載荷的字符串，例如URL 。
qrcode.version()	返回二維碼的版本號(hào)(int)。
qrcode.ecc_level()	返回二維碼的ECC水平(int)。
qrcode.data_type()	返回二維碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型。
qrcode.eci()	返回二維碼的ECI。ECI儲(chǔ)存了QR碼中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)字節(jié)的編碼。若您想要處理包含超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)ASCII文本的二維碼，您需要查看這一數(shù)值。
qrcode.is_numeric()	若二維碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型為數(shù)字式，則返回True
qrcode.is_alphanumeric()	若二維碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型為文字?jǐn)?shù)字式，則返回True。
qrcode.is_binary()	若二維碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型為二進(jìn)制式，則返回True
qrcode.is_kanji()	若二維碼的數(shù)據(jù)類(lèi)型為日本漢字，則返回True

mixly中也有相應(yīng)的條形碼識(shí)別積木塊在機(jī)器視覺(jué)中維碼識(shí)別中如下圖所示：

示例程序

程序代碼

import sensor import machine import imagesensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QVGA) sensor.run(1) sensor.skip_frames(10) sensor.set_hmirror(0) while True:img = sensor.snapshot()code = img.find_qrcodes([0,0,320,240])for i in code:code_text = i.payload()print(code_text)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
可以用草料二維碼生成器在線(xiàn)生成我們想要的內(nèi)容。

AprilTag

1：什么是AprilTag？

AprilTags是基準(zhǔn)標(biāo)記的一種流行形式。它在機(jī)器人技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用，包括對(duì)象跟蹤，視覺(jué)定位，SLAM準(zhǔn)確性評(píng)估和人機(jī)交互。Isaac通過(guò)利用GPU加速同時(shí)實(shí)現(xiàn)高解碼魯棒性來(lái)提供實(shí)時(shí)AprilTag檢測(cè)。

2：和條形碼二維碼的區(qū)別

AprilTag標(biāo)記在機(jī)器視覺(jué)中顯得比條形碼、二維碼更加有用，因?yàn)樗軌蛲ㄟ^(guò)AprilTag檢測(cè)程序可以計(jì)算相對(duì)于相機(jī)的精確3D位置，方向和id；真實(shí)世界中的3D位置對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)非常有用！AprilTag常用于各種任務(wù)，包括AR，機(jī)器人和相機(jī)校準(zhǔn)。

3：Apriltag生成

MaixPy IDE 中在工具-》機(jī)器視覺(jué)選擇中有不同碼的生成如下圖

如果用的老師用二哈覺(jué)得官方給的標(biāo)簽可以用這個(gè)生成哦。

4：AprilTag類(lèi)

方法名稱(chēng)作用

apriltag.corners()	返回一個(gè)由該對(duì)象的四個(gè)角組成的四個(gè)元組(x,y)的列表。
apriltag.rect()	返回一個(gè)矩形元組(x, y, w, h)，用于如AprilTag邊界框的 image.draw_rectangle 等其他的 image 方法
apriltag.x()	返回AprilTag邊界框的x坐標(biāo)(int)。
apriltag.y()	返回AprilTag邊界框的y坐標(biāo)(int)。
apriltag.w()	返回AprilTag邊界框的w坐標(biāo)(int)。
apriltag.h()	返回AprilTag邊界框的h坐標(biāo)(int)。
apriltag.id()	返回AprilTag的數(shù)字ID。
apriltag.family()	返回AprilTag的數(shù)字家庭。
apriltag.cx()	返回AprilTag的中心x位置(int)。
apriltag.cy()	返回AprilTag的中心y位置(int)。
apriltag.rotation()	返回以弧度計(jì)的AprilTag的旋度(int)。
apriltag.decision_margin()	返回AprilTag匹配的色飽和度（取值0.0 - 1.0），其中1.0為最佳。
apriltag.hamming()	返回AprilTag的可接受的數(shù)位誤差數(shù)值。
apriltag.goodness()	返回AprilTag圖像的色飽和度（取值0.0 - 1.0），其中1.0為最佳。
apriltag.x_translation()	返回距離攝像機(jī)x方向的變換，距離的單位未知。
apriltag.y_translation()	返回距離攝像機(jī)y方向的變換，距離的單位未知。
apriltag.z_translation()	返回距離攝像機(jī)z方向的變換，距離的單位未知。
apriltag.x_rotation()	返回以弧度計(jì)的AprilTag在X平面上的旋度。例：目視AprilTag，從左至右移動(dòng)攝像頭。
apriltag.y_rotation()	返回以弧度計(jì)的AprilTag在Y平面上的旋度。例：目視AprilTag，從上至下移動(dòng)攝像頭。
apriltag.z_rotation()	返回以弧度計(jì)的AprilTag在Z平面上的旋度。例：目視AprilTag，旋轉(zhuǎn)攝像頭。

mixly中也有相應(yīng)的AprilTag識(shí)別積木塊在機(jī)器視覺(jué)中維碼識(shí)別中如下圖所示：

示例程序

考慮到識(shí)別性能問(wèn)題，我們應(yīng)該設(shè)計(jì)攝像頭的幀大小為：160120，同樣ArilTag識(shí)別圖像區(qū)域同樣為：0,0,160,120*
程序代碼

import sensor import machine import imagesensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QQVGA) sensor.run(1) sensor.skip_frames(10) sensor.set_hmirror(0) while True:img = sensor.snapshot()code = img.find_apriltags([0,0,160,120])for i in code:code_text = i.id()print(code_text)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

總結(jié)

通過(guò)本次的教程，想必大家都對(duì)標(biāo)簽識(shí)別都有了一定的了解了吧，應(yīng)用功能請(qǐng)參考下一篇：標(biāo)簽識(shí)別音樂(lè)播放器。敬請(qǐng)期待！！更多教程歡迎訪(fǎng)問(wèn)個(gè)人博客：www.hockel.club 有問(wèn)題的可以加入【MixNo QQ群：1056344043】

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【MaixPY 教程】用mixly玩转k210——条形码、二维码、AprilTag识别的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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