臺灣博碩士論文加值系統

　　本文提出一個有CMOS鏡頭及影像處理功能並可以播放語音之多功能學習平台。其主要功能為，在佈滿QR Code之書本上讀取QR Code後再播放其對應之語音，可以協助視覺障礙者邊點字邊學習正確發音，此功能讓視覺障礙者能更輕鬆的學習。
　　一般視覺障礙者之主要學習方式是透過點字方式學習。點字學習之優點為可以藉由觸摸的方式作辨識字型，及對已學會的點字字型可以獨立做辨識。點字學習或辨識之缺點為學習時必須經由第三者輔助，才能得知摸到的字型為何。若文章文字過多，視障者不便辨識。
　　多功能學習平台可以改善視障者在學習時，必須有旁人在旁做讀音協助之缺點，且視障者若欲在短時間內辨識較長之文章，多功能學習筆可做較有效率之輔助，讓視障者的生活更增添許多輔助的方式。
　　一共分為四個階段，QR Code之編碼、影像擷取、影像處理和解碼，即可實現視覺障礙輔助之多功能學習平台。其使用方式為利用CMOS鏡頭(Webcam)，對佈滿QR Code Pattern之紙張(書籍)，做讀取及解碼之動作，利用多功能學習平台之語音功能，將所得之資訊播放出來，即可讓視覺障礙者明確的聽到語音之內容。

This thesis presents a Multi-function Learning Platform for Visual Disabilities which has Image-Processing and voice function with a CMOS sensor. The main capability is reading the QR Code (2D barcode) and playing the corresponding voice on a book which covered with QR Code. It also can to assist Dysopia person brailling by the voice. They will easier to learn it.

In general, a main learning method of Dysopia person is Braille. A strong point of Braille can recognize the style of calligraphy by touch, and can be independent recognizing for the words which already learning. A defect of Braille is needed an observer telling them what words they touched at learning. If there are too many words, they will hard to learn it.

Multi-function Learning Platform can to improve the defect. If Dysopia person expect to recognize many words in a few times, it can assist more effective.

To achieve a Multi-function Learning Platform for Visual Disabilities is divided into four parts QR Code Encoding, Image Catching, Image Processing and Decoding. We will use a webcam to take QR Code pattern on a book with processing and decoding. Using the voice function broadcasts the contents for Dysopia person that they can get the right information by the voice.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖表目錄 Ⅵ

第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目標 1
1.2 流程簡介 6
第二章 Pattern之編碼驗證 7
2.1 概述 7
2.2 QR Code之特性 8
2.2.1 High Capacity Encoding of Data 8
2.2.2 Small Printout Size 9
2.2.3 Dirt and Damage Resistant 10
2.2.4 Kanji and Kana Capability 10
2.2.5 Readable from any direction in 360° 11
2.2.6 Structured Append Feature 11
2.3 QR Code之編碼方式 12
2.3.1 QR Code之容量 12
2.3.2 錯誤修正(Error Correction Code, ECC) 17
2.3.3 QR Code整體架構 25
2.3.4 實例說明 28
2.4 編碼之驗證 35
2.5 結論 37
第三章 Pattern之影像處理 38
3.1 概述 38
3.2 背景去除 39
3.3 圖像處理演算法 43
3.3.1 二值化處理 43
3.3.2 圖形的定位 44
3.3.3 影像幾何處理 47
3.4 結論 55
第四章 Pattern之解讀 56
4.1 概述 56
4.2 解碼 57
4.2.1 資訊區之解碼 57
4.2.2 MASK還原 60
4.2.3資料區之解碼 61
4.3 結論 64
第五章 結論 65
5.1總結 65
5.2 未來研究方向 66
參考文獻 67
圖目錄
圖1.1 點字教材範例 3
圖1.2 佈滿Pattern 之點字教材示意圖 5
圖1.3 平台架構流程圖 6
圖2.1 QR Code 之大容量特性 8
圖2.2 一維條碼及QR Code 輸出大小比較圖 9
圖2.3 Micro QR Code 與QR Code 輸出大小比較圖 9
圖2.4 QR Code 之錯誤修正特性 1 0
圖2.5 QR Code 支援平假名、片假名及漢字之特性 1 0
圖2.6 QR Code 可360 度讀取之特性 1 1
圖2.7 QR Code 可分割讀取之特性 1 1
圖2.8 QR Code 架構圖 2 5
圖2.9 資料區填入方式示意圖 2 6
圖2.10 資訊區分佈圖 2 7
圖2.11 資料區填入之QR Code 圖形 3 2
圖2.12 編碼之最終圖形 3 4
圖2.13 QR Code 編碼程式 3 5
圖2.14 編碼程式輸出結果 3 5
圖2.15 程式產生之QR Code 範例 3 6
圖2.16 QR Code 編碼內容之驗證 3 7
圖3.1 背景未去除之QR Code 影像 3 9
圖3.2 背景去除之範例 4 0
圖3.3 補回誤判的背景之判別(A) 4 2
圖3.4 補回誤判的背景之判別(B) 4 2
圖3.5 二值化前影像 4 3
圖3.6 二值化後影像 4 4
圖3.7 參考座標掃描示意圖 4 4
圖3.8 遞迴運算判別QR Code 之Finder Pattern 4 5
圖3.9 非Finder Pattern 之角落座標捕捉範例 4 6
圖3.10 QR Code 圖像旋轉(未旋轉前) 4 8
圖3.11 QR Code 圖像旋轉(旋轉後) 4 8
圖3.12 四個重要角落座標之範例 4 9
圖3.13 歪斜幾何圖形校正示意圖 4 9
圖3.14 QR Code 之扭曲範例 5 0
圖3.15 QR Code 扭曲校正後之範例 5 0
圖3.16 擴張產生之縫隙補回範例 5 1
圖3.17 擷取出QR Code 之範例 5 1
圖3.18 圖形修正處理(修正前) 5 2
圖3.19 圖形修正處理之動作說明圖 5 2
圖3.20 圖形修正處理(修正後) 5 3
圖3.21 以直接縮小法判別Module 之範例 5 4
圖3.22 權重分布圖 5 4
圖3.23 以用權種方式判別Module 之範例 5 5
圖4.1 解碼流程圖 5 7
圖4.2 影像處理後得到之矩陣範例 5 8
圖4.3 資訊區之讀取 5 8
圖4.4 MASK還原之範例 6 0
圖4.5 實際Data 區分佈圖 6 1
圖4.6 最終程式輸出之範例 6 3
表目錄
表2.1 QR Code 之Data 容量表 8
表2.2 Version1~Version10 的Data 容量 1 3
表2.3 Version11~Version20 的Data 容量 1 4
表2.4 Version21~Version30 的Data 容量 1 5
表2.5 Version31~Version40 的Data 容量 1 6
表2.6 各錯誤修正等級之修正能力 1 7
表2.7 Version1~Version8 錯誤修正特性 1 8
表2.8 Version9~Version14 錯誤修正特性 1 9
表2.9 Version15~Version19 錯誤修正特性 2 0
表2.10 Version20~Version25 錯誤修正特性 2 1
表2.11 Version26~Version30 錯誤修正特性 2 2
表2.12 Version31~Version35 錯誤修正特性 2 3
表2.13 Version36~Version40 錯誤修正特性 2 4
表2.14 範例「ABCDE123」之Version1 容量表 2 8
表2.15 文字符號對照表 2 9
表2.16 RS ECC 生成多項式對照表 3 0
表2.17 多項式之α對照表 3 1
表2.18 BCH錯誤修正等級 3 2
表2.19 Mask 對照表 3 3

[1]ISO/IEC 15420:2000. Information technology – Automatic identification and data capture techniques – Bar code symbology specification – EAN/UPC, 2000.

[2]ISO/IEC 18004:2000. Information technology – Automatic identification and data capture techniques – Bar code symbology – QR Code, 2000.

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[11]http://www.denso-wave.com/qrcode/index-e.html.

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