2024年5月3日发(作者：)

ELECTRONICS WORLD

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探索与观察

本文设计的新压缩算法的压缩格式通过编码的首个字节，能够

快速对编码类型进行准确判定，在此基础上对编码进行分类处理，

由此可使解压速度获得大幅度提升。新压缩算法压缩格式的解析步

骤如下：

Step1：对待压缩数据的首个字节Ox84进行读取，按编码规格，

新生成字符的数量为4个字节，根据A，A，A，B的形式直接输出；

Step2：对后续数据的首个字节Ox10进行读取，按格式对编码进

行解析后可得匹配信息的长度为4，依据输出数据则可获得解压结

果，即A，A，A，B；

Step3：继续读取待解压数据的首个字节Ox82，由解压流程可

知，之后的所有数据均为未压缩的数据，新字符的数量为2个字节，

可按C，D直接输出；

Step4：对之后数据的首个字节Ox82进行读取，获得新字符

的数量为2个字节，可按E，F直接输出；最终得到的解压结果为

AAABCDAAAEF，该结果与压缩前的原始数据完全一致，数据解压成

功。

3.3 解压输出

当数据经过压缩算法压缩之后，需要按照匹配长度及距离，对原

始的字符进行输出，为提升程序的可靠性，必须杜绝数据溢出问题。

所以，数据解压时，会在写操作中完成安全检查。为确保检测结果的

准确性，在解压程序设计中，引入了边界检测的方法，每次对内存进

行操作的过程中，均会对边界进行判定。同时，设计的解压程序可以

确保对损坏文件进行解析时，不会发生数据溢出的情况。

3.4 新算法测试

为进一步验证本文设计的新压缩算法的性能和功能，基于

Windows系统搭建测试平台。鉴于本文设计的新算法主要是为了实现

快速解压缩，所以将性能测试的重点放在解压速度与常规LZO算法的

比较上。而新算法的功能测试主要是算法实现的正确性。

3.4.1 功能测试

利用测试程序对新算法中的搜索匹配、压缩格式及解压输出三

个模块进行测试，结果表明，三个模块的功能全部正确。

3.4.2 性能测试

当功能测试完成后，分别对新算法的压缩率和解压速度与常规

LZO算法进行比较，测试结果显示，新算法的压缩率略有提升，提升

幅度为4.9%；解压速度提升15%。

4　结论

综上所述，对数据进行无损压缩的过程中，需要借助相关的压

缩算法，目前常用的有统计算法和字典算法，由于后者的压缩率更

高，所以应用范围更广。为提高解压速度，本文依托字典算法中的

LZO算法，设计了一种新的压缩算法，该算法与常规的LZO压缩算法

相比，解压速度可提升15%左右，达到了快速解压的效果。

参考：董骁，姜雨生，李娜，基于潜油电泵监测数据的ILZW压

缩算法的研究：福建电脑，2018(4):130-131；任秀江，王磊，周建

毅，谢向辉，面向网络通信的高实时压缩引擎设计：计算机工程与

科学，2018(4):82-83；陈勇，黄茹楠，刘青，李建坡，李鑫，基于

北斗通信的工业过程数据压缩方法：电子技术应用，2017(10):142-

143；王松，面向快速解压应用的无损压缩算法研究与实现：电子科

技大学，2017。

作者简介：吕炳赟（1983—），男，河南南阳人，杭州电子科技大

学工学硕士，现任职于浙江大华技术股份有限公司，研究方向：集

成电路设计。

DOI:10.19353/.2019.04.002

基于全景拼接技术的药瓶标签图像采集方法研究

沈阳工业大学信息科学与工程学院  刘一鸣  车新生

本文设计了一种基于全景拼接技术的柱面药瓶标签信息采集系

统，该系统包括信息采集装置，图像校正算法和图像拼接算法，硬

件以ARM核心板、图像传感器、步进电机和以太网接口搭建采集装

置；软件采用柱面反投影算法实现柱面药瓶标签平面化，基于尺度

不变特征SIFT算法将平面化的柱面标签图像进行拼接操作。本文实

验完成了1600*1200像素的单一传感器，对1600*2600像素药瓶标签

图像的采集，通过以太网口稳定传输至上位机，在MATLAB环境下实

现图像拼接操作。

注射类药品绝大部分都存放在柱面药瓶中，在医院，医护人员

使用药品，需要多次核对药瓶标签信息，很多医院是“三查七对操

作”（李广波,王存民,戚岳俊.静脉输液安全风险防范探讨:临床合

理用药杂志,2010,14:038）。现阶段这种重复性的工作是通过医护

人员人工完成的，在长时间的重复性操作过程中很容易出现失误，

而这种失误会严重影响治疗效果，甚至是危及病人的生命。由此可

见，研究一种药瓶标签自动化识别的装置就显得尤为必要。

本文提出了一种基于全景拼接技术的药瓶标签图像采集方法，

使用图像传感器采集药瓶标签图像，通过以太网口将采集的图像数

据传输至上位机，然后对药瓶标签进行校正和拼接操作，形成完整

的平面药瓶标签图像。

1 药瓶标签采集装置和采集方法

1.1 药瓶标签采集装置

本文的图像采集装置由ARM开发板、图像传感器和步进电机来

组成，ARM芯片采用意法半导体生产的STM32F407ZGT6，该芯片具有

192K SRAM，主频高达168M，并且带有DCMI接口，可以很方便的连

接图像传感器；图像传感器选用OV2640，OV2640自带嵌入式微处理

器，可以输出JPG格式图像数据，所以它很适合在网络摄像头的应

用中使用。

1.2 药瓶图像采集方法

考虑到装置的便携性和成本问题，本系统通过图像传感器配

合步进电机旋转达到多相机系统采集的效果。具体采集方法为：将

药瓶固定在在步进电机的旋转台面上，上位机通过以太网口向ARM

板发送开始采集图像指令，ARM板将图片数据通过以太网口将数据

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探索与观察

打包传输至上位机，然后步进电机旋转固定角度，待上位机对图片

解析完成后，通知下位机开始下一次拍照。以此类推，重复上述操

作，直到步进电机带动药瓶旋转一周后，完整的曲面柱体药瓶标签

图像采集结束。

2 图像处理算法设计

上位机对采集的图像进行图像处理主要包括两部分，一是柱面

图像平面化，二是图像拼接操作。其中柱面图像平面化就是把柱面

图像转换到柱面对应的切平面上（赵敏.基于图像的柱面全景图生

成算法研究:贵州大学计算机科学与技术学院,2006），本文采用柱

面反投影算法实现曲面标签的平面化操作。图像拼接操作就是把平

面化的图像进行拼接，形成完整的药瓶标签图像，本文采用基于尺

度不变性特征的图像拼接拼接算法。

2.1 柱面反投影算法

由于药瓶图像为柱面图像，将柱面图像沿母线方向展开，其柱

面切平面只在x方向上变化，y方向上不变，据此，建立理想模型，

图1所示为柱面标签投影到切平面的示意图，其中曲面A'B'C'D'为

柱面图像，平面ABCD即为校正后的切平面图像。

图1 柱面标签投影切平面示意图

图2 x方向的对应关系

柱面标签投影到切平面方向x方向发生变化，其对应关系如图2

所示。

其中焦距为ON=R，A'B'为半圆弧，曲面上任意一点P'投影到其

切平面的P点，OP与ON的夹角是θ，柱面标签投影到切平面x方向映

射关系式如公式2.1所示：

　　　　　 (2.1)

其中x'为P'点对应的弧长，x为投影后切平面x方向的长度。

柱面y方向上与切平面y方向大小相等，因此：

　　　　　　　 (2.2)

其中y'为柱面图像上的纵坐标，y为切平面图像的纵坐标。

由公式(2.1)和公式(2.2)推出柱面反投影公式如(2.3)所示：

　　　　　 　 (2.3)

2.2 图像拼接算法

为了得到一幅完整的药瓶标签图像，需要对一组互相有重叠部

分的图像进行拼接，其中拼接过程包括：获取图像，特征点的提取

与匹配，图像配准，图像融合（许会，刘慧芳。一种曲面药瓶标签

检验方法的关键技术：沈阳工业大学学报，2017）。本文采用SIFT

算法提取特征点，通过图像配准技术计算出两幅拼接图像的重合区

域。图像融合即对待拼接的两幅图片进行融合操作，本文采用加权

平滑算法。

3 试验及测试

本文采集药瓶标签图像采用JPG格式，分辨率为UXGA模式

（1600*1200），保证了图像的清晰度。以注射用哌拉西林钠他唑

巴坦钠药品为例，采集效果图如图3所示：

图3 采集效果图

根据本文的柱面反投影算法和图像拼接算法，使用MATLAB软件

编程实现柱面标签的平面化和拼接操作,上述图片平面化后拼接效

果图如图4所示：

图4 五幅图片拼接效果图

实验结果表明，上述方法可以实现柱面标签的拼接操作，但

是拼接处出现重影，这部分需要在后续的工作中完善，另外，由于

柱面的不同区域感光程度不同，导致拼接后的标签的拼接亮度不均

匀，现初步设想通过改进光源系统，对柱状物体感光较弱的部分进

行补光操作，从而保证标签图片感光均匀，改善拼接效果。

4 结论

通过对柱状标签进行分析，和对药瓶标签采集实验，说明本文

采用的柱面反投影算法，基于SIFT的图像拼接算法，可以得到完整

的药瓶标签图像．实验结果用1600*1200像素的单一传感器，实现

了1600*2600像素药瓶标签图像的采集。为后续的图像识别工作打

下了很好的基础。

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