基于物联网的移动终端信息处理方法技术领域
本发明涉及物联网，特别涉及一种基于物联网的移动终端信息处理方法。
背景技术
物联网是信息化时代发展的重要阶段，其特点主要是将物体与物体相互连
接，并实现信息共享。物联网通过识别技术、信息采集等通信感知技术，被广
泛整合于网络中。例如，在医院、药店以及相关厂商等单位，药品管理是一项
重要内容。在传统的依靠手工记录的管理方式下，药品管理效率低、规范性差，
无法进行精确的检索统计和严格的过程监督，容易在运输过程中发生丢失事件，
并且定位跟踪困难。因此，结合物联网的现代技术，应用先进的信息技术实现
产品生命周期全过程、全环节的精确管理和严格监督已经成为加强产品管理的
必然要求和发展趋势。
发明内容
为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种基于物联网的移动
终端信息处理方法，包括：
将产品与用户身份相关信息分别生成二维码；利用移动终端识别产品与用
户的二维码，以记录产品相关联的用户动作。
优选地，所述利用移动终端识别产品二维码与用户二维码，进一步包括，
具备图像采集设备的移动终端读取产品二维码信息，并通过纠错、解码处理，
抽取产品属性信息，对于首次查看的产品，提取的产品属性信息记录在产品属
性数据库；所述移动终端读取用户令牌二维码信息，通过纠错、解码和解密处
理，抽取用户属性信息；将令牌二维码中有关用户身份属性和管理属性信息进
行显示；当用户首次使用令牌时，启动指纹记录装置采集用户指纹特征，与用
户令牌二维码中携带的指纹特征进行匹配，实现用户身份真实性的检验；
所述记录产品相关联的用户动作进一步包括：
当用户运输产品时，利用移动终端读取产品二维码和用户令牌二维码中的
产品属性信息和用户属性信息，将两部分信息进行用户动作验证，将通过验证
的用户动作信息保存至动作日志数据库，实现用户动作跟踪和分析；不论用户
动作是否成功通过安全策略验证，都以日志的形式自动记录与动作相关的要素
信息；所述与动作相关的要素信息包括用户身份令牌编号、姓名、产品编码序
号、动作类型、发生时间。
优选地，所述用户令牌二维码通过以下步骤生成：
(1)对采集的指纹图像进行预处理，通过图像的增强、分割、滤波、细
化和二值化操作，得到清晰的指纹二值化图像，即由0和1表示的指纹灰度图
像；
(2)对二值化图像进行指纹特征点提取：将具有特定属性的节点进行提
取，将存储指纹图像所需的空间进行压缩，在二维码容量范围内进行信息存储；
(3)生成指纹特征数组：每个指纹特征点包含位置、类型和方向三个维
度信息，其中特征点的类型包括端点和分支点，将指纹特征点三个维度信息按
位置坐标逐个拼接起来，生成一个特定的指纹特征数组；
(4)采用DES或MD5对称加密方式对指纹特征数组进行加密，或将指
纹信息与用户其他身份信息一并加密；
(5)将指纹特征数组与用户其他属性信息生成的密文，一并作为二维码
的数据项内容，采用PDF417编码模式进行数据编码，并补充填充码字和纠错
码字，形成二维码数据符号，最后生成二维码图形。
本发明相比现有技术，具有以下优点：
本发明提出了一种移动终端信息处理方法，基于二维码对用户和产品进行
属性和动作管理，并在二维码存在残缺、歪斜的情况下提高二维码的识别率，
以此提高了产品管理效率。
附图说明
图1是根据本发明实施例的基于物联网的移动终端信息处理方法的流程图。
具体实施方式
下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详
细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发
明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在
下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的
而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利
要求书实现本发明。
本发明的一方面提供了一种基于物联网的移动终端信息处理方法。图1是
根据本发明实施例的基于物联网的移动终端信息处理方法流程图。本发明是基
于二维码的产品管理，实现非联网环境下产品的管理。本发明的基于二维码的
产品管理系统依靠二维码安全、高效的信息存储和传递能力，提升产品的管理
能力和事件的定位能力。整个系统由产品二维码、用户身份令牌(或自动识别
卡)、用户认证模块、产品二维码编码模块、产品管理与动作监视模块组成。
首先设计与产品唯一绑定的二维码。将产品管理所需的相关信息完整、安
全地存储到二维码中，实现在非联网情况下的独立使用，支持随时随地进行产
品相关概要信息的快速输入和检验。
用户身份令牌可采用查看式IC卡、RFID射频和二维码的一种。相比而言，
基于二维码技术的用户令牌不受强磁场、静电、高温的影响，数据可靠性高，
制作成本也更低廉。通过将用户身份信息和权限信息等内容进行编码生成用户
令牌上的二维码，支持非联网环境下用户真实身份的验证和基础信息的直接获
取。用户认证模块实现用户的统一管理和授权。系统支持用户和管理员两类用
户的生成、管理和授权，也包括用户身份信息录入、个人特征信息采集、用户
令牌二维码的编码。产品二维码编码模块对产品的二维码进行生成。与产品编
码发布同步进行产品属性信息的录入以及相关联的二维码的生成。系统通过用
户身份验证和产品相关动作的监督控制，避免管理员依赖主观判断对访问者实
施动作控制。系统也提供用户动作的定位检索和产品的分类管理。
产品二维码的属性包含标识属性、涉密属性、定位属性三方面内容。标识
属性是根据产品个体识别和统一管理需要提取出的要素信息，具体包括产品类
别、名称、以及编码序号。这些标识信息也可归纳为一个序列号，作为每个产
品实体的唯一标识号，用于实现系统对产品实体在整个生命周期中统一管理和
有序对接。优选地，为保证序列号的唯一性，其生成公式定义为：类别编号+基
于“产品名称”的随机数+基于“编码序号”的随机数。两个随机数的生成分别是以
“产品名称”和“编码序号”为种子，利用散列函数生成固定位数的随机数，此过程
是不可逆的。该随机数的生成方法具备不可重复性，即如果“产品名称A≠产品
名称B”则“A生成随机数≠B生成随机数”。该序列号的设计不仅实现了产品标题
和编码序号的隐藏，并且允许对产品二维码进行防伪检验。
定位属性，是根据产品定位跟踪需要，记录编码发布的相关要素信息。产
品在分发运输过程中，为方便非联网情况下产品的跟踪定位，有必要将相关要
素信息记录在二维码中。
产品二维码编码模块对输入的产品属性数据进行压缩编码，得到n位数据
码字di(i＝0…n-2，n-1)。二维码的第一个数据码字是符号长度码字，表示数据
码字的个数，数据编码从第二个码字开始。校验字符包含误码检测和纠错两个
部分，误码检测固定为2个码字ci(i＝0，1)，其余k位码字ri(i＝0…k-2，k-1)
均用于纠错。
二维码应当具有较强纠错能力，确保在被弯折或者较大面积污损情况下的
正确读取。因此，在产品二维码设计时，选择适当纠错级别，实现数据存储能
力和纠错能力的平衡。根据不同的纠错级别s，对应的纠错码字数目为2s+1。当
产品二维码属性数据以中文内容为主时，使用字节压缩模式表示汉字，每个汉
字占用2个字节。在最高纠错级别情况下(s＝8)，校验码字数为512，可用于存
放属性数据的容量只剩496字节，对应248个汉字。鉴于产品二维码包含的属
性内容数据量较大，纠错级别选择一般在2-5级。纠错采用以下误码控制方法。
二维码符号数据使用以下方程表示。
d(x)＝dn-1xn-1+dn-2xn-2+…+d1x+d0
k个纠错码字的生成以下方程。
g(x)＝(x-3)(x-32)…(x-3k)＝xk+gk-1xk-1+…+g1x+g0
纠错码表达式为：xkd(x)/g(x)所得余式的各项系数的补数。
用户令牌的二维码属性包含用户的身份属性、权限属性和管理属性三部分
内容。用户身份属性是根据用户身份识别和真伪验证需要，记录用户身份凭证
的要素信息。具体内容包括用户姓名、用户指纹特征信息等。其中，用户指纹
特征信息是系统自动检验用户令牌真实性的依据，提供高可靠性的防伪检验，
适用于对产品的操作动作控制。用户权限属性，是根据用户动作控制需要，记
录用户动作权限和涉密级别的要素信息，其具体内容包括用户类型、用户等级、
动作权限、有效期限。其中，用户类型分为管理员用户、一般用户，用户动作
权限是编码发布、运输、保存、销毁等动作的组合。
有效鉴别用户令牌真伪，依赖于有效的身份检验技术。本发明采用指纹特
征采集和识别技术来实现用户令牌的防伪功能。用户令牌二维码生成与产品二
维码生成相区别的关键步骤如下：
(1)对采集的指纹图像进行预处理。通过图像的增强、分割、滤波、细
化和二值化操作，得到清晰的指纹二值化图像，即由0和1表示的指纹灰度图
像。
(2)对二值化图像进行指纹特征点提取。指纹的纹路特征是复杂多样的，
经常出现中断、分支或者是转折点等。指纹特征点的提取就是将这些具有特定
属性的节点进行提取。指纹特征点提取的数量通常在20-40之间，可以将存储指
纹图像所需的几千字节的空间大幅压缩，实现在二维码容量范围内进行信息存
储。
(3)生成指纹特征数组。每个指纹特征点包含位置、类型和方向三个维
度信息，其中特征点类型主要包括端点和分支点。将指纹特征点三个维度信息
按位置坐标逐个拼接起来，可生成一个特定的指纹特征数组。
(4)二维码属性信息加密。采用DES或MD5对称加密方式对指纹特征
数组进行加密，或将指纹信息与用户其他身份信息一并加密。
(5)生成二维码数据符号。将指纹特征数组与用户其他属性信息生成的
密文，一并作为二维码的数据项内容，采用PDF417编码模式进行数据编码，
并补充填充码字和纠错码字，形成二维码数据符号，最后生成二维码图形。
产品管理与动作监视模块采用模块化设计，主要由6个部分组成，分别是
产品标签信息提取验证模块、用户标签信息提取和身份验证模块、动作控制模
块、日志记录模块、定位检索模块和产品分类管理模块。当用户需要运输产品
时，管理员分别读取产品二维码和用户令牌二维码中的产品属性信息和用户属
性信息，将两部分信息输入动作控制模块进行用户动作验证，通过验证的用户
动作信息被日志记录模块保存至动作日志数据库。管理员可通过定位检索模块
进行用户动作跟踪分析，通过产品分类管理模块进行产品的精细化管理。
利用具备图像采集设备的移动终端读取产品二维码信息，经过纠错、解码
处理，抽取产品属性信息，为针对产品的查看、运输动作控制提供依据。该模
块支持基于序列号的二维码真伪检验功能。对于首次查看的产品，提取的产品
属性信息需记录在产品属性数据库，为产品的分类管理和印发环节的定位检索
提供数据支撑。
利用具备图像采集设备的移动终端读取用户令牌二维码信息，经过纠错、
解码和解密处理，抽取用户属性信息，为用户动作管控提供依据。系统将令牌
二维码中有关用户身份属性和管理属性信息进行显示，供管理员比对令牌上的
可见内容进行真实性检验。当用户首次使用令牌时，系统启动指纹记录装置采
集用户指纹特征，与用户令牌二维码中携带的指纹特征进行匹配，实现用户身
份真实性的检验。
将产品查看和运输有关的人员、时间、场所、动作等信息记录到动作日志
数据库，实现事件的过程记录，为定位检索提供数据支撑。不论用户动作是否
成功通过安全策略验证，与动作相关的要素信息都以日志的形式自动记录下来。
相关要素信息包括用户身份令牌编号、姓名、编码序号、序列号、动作类型、
发生时间、操作场所等内容。该模块还包括日志记录的导出功能，以支持定位
阶段的异地汇总分析。以动作日志记录为基础，提供信息化检索和统计工具，
实现针对产品操作动作和运输状态信息的定位检索和统计分析。发生丢失事件
后，利用该模块可快速查找相关用户和产品信息。定位检索的条件可以是用户
动作，也可以是动作人的身份信息或产品的标识信息。其中，二维码编码发布
阶段定位检索的数据来源于产品属性数据库内的产品定位属性。为实现联合检
索和汇总分析，系统支持对历史动作日志或异地动作日志的导入功能。
根据上述具备图像采集设备的移动终端，由于移动终端提供的软硬件平台
条件所限，外部环境对图像采集设备的影响，整个设备在采集过程中会遇到很
多的噪声。二维码的定位需要克服光学系统的降晰对二维码识别的影响。本发
明进一步通过图像处理算法对二维码图像的去噪，定位和解码对残缺条件下的
二维码进行识别。
本发明采用实时性强而且去噪效果较为理想的均值滤波。选取能够滑动窗
口，对窗口中数据按像素值不断增加或减小排列，均值滤波输出公式如下：
f(x，y)＝Med{I(x-m，y-n)，(m，n)∈W}
其中：f(x，y)为经过模板均值处理之后的图像；I(x，y)表示的是待
需要处理的图像，Med为均值滤波函数。W是图像均值模板窗口，窗口大小依
据经验可用3×3或5×5。对于去噪后的图像，进行二维码图像的二值化处理。
设参数(d，α)表示一个点对中线的直线方程，(xm，ym)表示点对的中
点，则有d＝xmcosα+ymsinα，由(d，α)构造一个参数空间。寻找参数空间(d，
α)中的最大值，就对应着图形的对称轴。对于有两条对称轴的图形，在确定了
其中一条轴之后，可以根据两条对称轴的相对位置，确定另一条对称轴。
按如下步骤构造对矩形的检测：设一个累加数组Ad(d，α)；
1)清空累加数组Ad(d，α)；
2)对于轮廓上的任意点(x1，y1)，执行如下步骤3)-6)；
3)对于轮廓上任意点(x2，y2)，要求(x2，y2)与(x1，y1)是两个不同
的点；
4)对于上述的点对，利用下式计算它们中垂线在参数空间中的坐标点(d，
α)；
α＝arctan((y1-y2)/(x1-x2))
d＝((y1-y2)/2)sinα+((x1+x2)/2)cosα
5)对参数空间数组Ad(d，α)进行加1操作；
6)如此循环，直到轮廓上所有的点都被访问到为止；
7)寻找累加数组中的最大值，并记住此时对应的d与α，对应的直线为图
形的一条对称轴；
8)根据‖α-β‖＝π/2，计算β，并在数组中寻找，对于确定的所有与之对应
的Ad(di，β)(i＝1，2，3…)，在其中寻找最大值，确定的Ad(d，β)对应的
直线为另一条对称轴并且与前面确定的对称轴相垂直，两条对称轴的交点(xc，
yc)就是矩形的中心点；
9)然后根据己经确定的倾斜角，寻找对称轴与矩形轮廓的交点，确定矩
形的长和宽。
读取二维码到输出二维码所代表信息的解码步骤如下：
1)定位并获取二维码图像。黑色与白色模块识别为“0”与“1”的阵列。
2)读取格式信息，去除掩码图形并对格式信息模块纠错，识别纠错级别
与掩码图形参考。
3)读取版本信息，确定符号的版本。
4)用掩码图形对编码区的位图进行异或处理消除掩码。
5)根据模块排列规则进行读取，恢复信息的数据与纠错码字。
6)用与纠错级别信息相对应的纠错码字检测误码，如果发现误码，则进
行纠错。
7)根据模式指示符和字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。
8)最后，按照使用的模式译码得出相应信息并输出结果。
优选地，对于上述二值化处理，由于二维码的灰度直方图具有双峰特性，
将待分割的图像分为前景图像(二维码中的黑点)和背景图像(二维码中的白
点)。u1和u2分别表示前景和背景像素点的平均灰度，w1和w2分别表示前景和
背景像素点的比例，用u0表示原始灰度图像的平均灰度，确定阈值以，将所有
像素点分为前景和背景像素点使得其类间方差g最小，其中：
g＝w1(u1-u0)2+w2(u2-u0)2。
遍历阈值即可确定使类间方差g最小的阈值。
二值化处理之后，利用数学形态的方法结合连通域的提取将二维码图像与
背景的信息分离出来，定位出二维码区域，具体步骤如下：
(1)对原始的彩色图像进行灰度化，并对灰度化的图像进行形态学腐蚀
操作。经过形态学腐蚀操作后，二维码区域被腐蚀成了整个区域中最大的黑色
像素块。其中，腐蚀的次数要使最后提取的最大连通域的方差小于预设阈值，
使提取的二维码区域的连通域中含有尽可能少的黑色像素点。本发明当最终腐
蚀次数为3时能够达到该阈值。
(2)对腐蚀后的图像二值化并取反。为便于提取二维码区域即最大的黑
色像素块区域，需要将腐蚀后的图像二值化，同时进行取反操作，使二维码区
域变为整个图像中最大的连通域。为了将二维码区域变为最大的连通域需要进
行如下操作，将像素点的逻辑值互换，使二维码区域的像素低逻辑值为1：
BW＝-BW+1
(3)提取图像最大连通域即定位出二维码区域。确定最大的连通域即为
二维码所在的区域。连通域的计算步骤如下：①将整个图像划分为多个连通域，
求解每个连通域内像素点的个数；②确定最大连通域内像素点的总个数N；③
遍历各个连通域将像素点小于N的连通域内所有像素点的逻辑值置0。经过上
述3个步骤后即可得到分割出的二维码区域。
将腐蚀操作后的图像与原始的灰度图像相与操作或按像素相乘操作即可
得到只含有二维码区域而不含其他任何背景的分割后的二维码图像。
在利用摄像头等设备采集二维码图像时，可能会由于摄像头等的倾斜造成
采集到的二维码图片产生一定角度的倾斜，不便于识别。为解决二维码图像的
倾斜问题，首先提取了二维码图像的边缘，再检测二维码图像水平和竖直的直
线并求出二维码的倾斜角，最后以图像中点为原点旋转图像即可得到矫正后的
二维码图像。
为便于确定二维码的水平和竖直直线，首先利用Sobel边缘检测算子提取
二维码的边缘，步骤如下：
(1)利用高斯滤波器对原始图像f(x，y)进行平滑处理，得到平滑后的
图像g(x，y)：
g(x，y)＝f(x，y)H(x，y)
其中，H(x，y)＝为平滑函数，a，b，为预设常量参数。
(2)用一阶偏导有限差分计算梯度幅值和方向：
G(x，y)＝
θ＝arctanGy/Gx
式中，|G(x，y)|为梯度大小，θ为梯度的方向，Gx和Gy分别为x方向和
y方向的Sobel算子。
(3)对梯度幅值进行抑制
对于任意一个像素点，比较其梯度值与邻域的梯度值，若不是邻域内的最
大梯度，则将该像素点的灰度值置0。
(4)设定两个阈值T1和T2，T2大于T1，对非最大抑制图像进行分割，
利用T1阈值分割的结果不断填补T2分割图像中的不连续点，即可得到含有较少
伪边缘的连续边缘。
利用Sobel算子做边缘检测可以得到更多的连续边缘，减少边缘的中断。
对于存在一定噪声的二维码图像也能取得较为理想的边缘检测效果。
检测到二维码的边缘后即可提取二维码图像中水平和竖直的直线并计算
直线的倾斜角。步骤如下：
(1)利用Sobel算子对原始灰度图像作边缘检测。
(2)根据边缘检测图像创建霍夫变换累加器存储空间。
(3)在参数平面对每一点做霍夫变换，计算当前点的霍夫变换(ρ，θ)
值，将相应的累加器加1。
(4)统计累加值的局部最大点。其中，较大的累加值对应图像空间中的
一条直线。
(5)根据检测到的点在图像空间中绘制出直线。
(6)根据霍夫变换图中H(ρ，θ)的分布可知，原始图像中主要存在两
种倾斜角的直线，分别为θ＝45°和θ＝-45°，分别对应二维码中水平和竖直的线段。
利用Sobel边缘检测和霍夫变换得到二维码图像的倾斜角后，即可将图像
旋转矫正至竖直方向以便于识别。这里以二维码图像的中点为原点进行旋转矫
正，步骤如下：
(1)将二维码图像的中心像素点移到参考坐标原点(x0，y0)，即中心像
素的坐标变为(0，0)，其他像素点的坐标依次变为x'＝x-x0，y'＝y-y0
其中，(x，y)为平移变换前的像素坐标，(x'，y')为平移变换后的像素坐
标空间。
(2)将所有像素点以中心像素为原点旋转角度θ，即x*＝x'cosθ-y'sinθ，
y*＝x'sinθ+y'cosθ
其中，(x*，y*)为最终的坐标空间，θ为二维码图像倾斜的角度。经过坐
标平移与坐标旋转后即可将倾斜的二维码图像矫正至竖直位置。
综上所述，本发明提出了一种移动终端信息处理方法，基于二维码对用户
和产品进行属性和动作管理，并在二维码存在残缺、歪斜的情况下提高二维码
的识别率，以此提高了产品管理效率。
显然，本领域的技术人员应该理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以
用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多
个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码
来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行。这样，本发
明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本
发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围
的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围
之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或
者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。