Take small advantage of "TRY_HARDER" in QR code decoder
[zxing.git] / core / src / com / google / zxing / qrcode / detector / FinderPatternFinder.java
index 47a6d62..4bc33d4 100755 (executable)
@@ -16,6 +16,7 @@
 \r
 package com.google.zxing.qrcode.detector;\r
 \r
+import com.google.zxing.DecodeHintType;\r
 import com.google.zxing.MonochromeBitmapSource;\r
 import com.google.zxing.ReaderException;\r
 import com.google.zxing.ResultPoint;\r
@@ -23,9 +24,13 @@ import com.google.zxing.common.BitArray;
 import com.google.zxing.common.Collections;\r
 import com.google.zxing.common.Comparator;\r
 \r
+import java.util.Hashtable;\r
 import java.util.Vector;\r
 \r
 /**\r
+ * <p>This class attempts to find finder patterns in a QR Code. Finder patterns are the square\r
+ * markers at three corners of a QR Code.</p>\r
+ *\r
  * <p>This class is not thread-safe and should not be reused.</p>\r
  *\r
  * @author srowen@google.com (Sean Owen)\r
@@ -39,21 +44,30 @@ final class FinderPatternFinder {
   private final Vector possibleCenters;\r
   private boolean hasSkipped;\r
 \r
+  /**\r
+   * <p>Creates a finder that will search the image for three finder patterns.</p>\r
+   *\r
+   * @param image image to search\r
+   */\r
   FinderPatternFinder(MonochromeBitmapSource image) {\r
     this.image = image;\r
-    this.possibleCenters = new Vector(5);\r
+    this.possibleCenters = new Vector();\r
   }\r
 \r
-  FinderPatternInfo find() throws ReaderException {\r
+  FinderPatternInfo find(Hashtable hints) throws ReaderException {\r
+    boolean tryHarder = hints != null && hints.containsKey(DecodeHintType.TRY_HARDER);\r
     int maxI = image.getHeight();\r
     int maxJ = image.getWidth();\r
-    int[] stateCount = new int[5]; // looking for 1 1 3 1 1\r
+    // We are looking for black/white/black/white/black modules in\r
+    // 1:1:3:1:1 ratio; this tracks the number of such modules seen so far\r
+    int[] stateCount = new int[5];\r
     boolean done = false;\r
     // We can afford to examine every few lines until we've started finding\r
     // the patterns\r
-    int iSkip = BIG_SKIP;\r
+    int iSkip = tryHarder ? 1 : BIG_SKIP;\r
     for (int i = iSkip - 1; i < maxI && !done; i += iSkip) {\r
-      BitArray luminanceRow = image.getBlackRow(i, null, 0, maxJ);\r
+      // Get a row of black/white values\r
+      BitArray blackRow = image.getBlackRow(i, null, 0, maxJ);\r
       stateCount[0] = 0;\r
       stateCount[1] = 0;\r
       stateCount[2] = 0;\r
@@ -61,7 +75,7 @@ final class FinderPatternFinder {
       stateCount[4] = 0;\r
       int currentState = 0;\r
       for (int j = 0; j < maxJ; j++) {\r
-        if (luminanceRow.get(j)) {\r
+        if (blackRow.get(j)) {\r
           // Black pixel\r
           if ((currentState & 1) == 1) { // Counting white pixels\r
             currentState++;\r
@@ -71,8 +85,7 @@ final class FinderPatternFinder {
           if ((currentState & 1) == 0) { // Counting black pixels\r
             if (currentState == 4) { // A winner?\r
               if (foundPatternCross(stateCount)) { // Yes\r
-                boolean confirmed =\r
-                    handlePossibleCenter(stateCount, i, j);\r
+                boolean confirmed = handlePossibleCenter(stateCount, i, j);\r
                 if (confirmed) {\r
                   iSkip = 1; // Go back to examining each line\r
                   if (hasSkipped) {\r
@@ -96,7 +109,7 @@ final class FinderPatternFinder {
                   // Advance to next black pixel\r
                   do {\r
                     j++;\r
-                  } while (j < maxJ && !luminanceRow.get(j));\r
+                  } while (j < maxJ && !blackRow.get(j));\r
                   j--; // back up to that last white pixel\r
                 }\r
                 // Clear state to start looking again\r
@@ -136,19 +149,23 @@ final class FinderPatternFinder {
 \r
     FinderPattern[] patternInfo = selectBestPatterns();\r
     patternInfo = orderBestPatterns(patternInfo);\r
-    float totalModuleSize = 0.0f;\r
-    for (int i = 0; i < patternInfo.length; i++) {\r
-      totalModuleSize += patternInfo[i].getEstimatedModuleSize();\r
-    }\r
 \r
-    return new FinderPatternInfo(totalModuleSize / (float) patternInfo.length,\r
-        patternInfo);\r
+    return new FinderPatternInfo(patternInfo);\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * Given a count of black/white/black/white/black pixels just seen and an end position,\r
+   * figures the location of the center of this run.\r
+   */\r
   private static float centerFromEnd(int[] stateCount, int end) {\r
     return (float) (end - stateCount[4] - stateCount[3]) - stateCount[2] / 2.0f;\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * @param stateCount count of black/white/black/white/black pixels just read\r
+   * @return true iff the proportions of the counts is close enough to the 1/13/1/1 ratios\r
+   *         used by finder patterns to be considered a match\r
+   */\r
   private static boolean foundPatternCross(int[] stateCount) {\r
     int totalModuleSize = 0;\r
     for (int i = 0; i < 5; i++) {\r
@@ -160,22 +177,34 @@ final class FinderPatternFinder {
     if (totalModuleSize < 7) {\r
       return false;\r
     }\r
-    int moduleSize = totalModuleSize / 7;\r
-    // Allow less than 50% deviance from 1-1-3-1-1 pattern\r
-    return\r
-        Math.abs(moduleSize - stateCount[0]) << 1 <= moduleSize &&\r
-            Math.abs(moduleSize - stateCount[1]) << 1 <= moduleSize &&\r
-            Math.abs(3 * moduleSize - stateCount[2]) << 1 <= 3 * moduleSize &&\r
-            Math.abs(moduleSize - stateCount[3]) << 1 <= moduleSize &&\r
-            Math.abs(moduleSize - stateCount[4]) << 1 <= moduleSize;\r
+    float moduleSize = (float) totalModuleSize / 7.0f;\r
+    float maxVariance = moduleSize / 2.0f;\r
+    // Allow less than 50% variance from 1-1-3-1-1 proportions\r
+    return Math.abs(moduleSize - stateCount[0]) < maxVariance &&\r
+        Math.abs(moduleSize - stateCount[1]) < maxVariance &&\r
+        Math.abs(3.0f * moduleSize - stateCount[2]) < 3.0f * maxVariance &&\r
+        Math.abs(moduleSize - stateCount[3]) < maxVariance &&\r
+        Math.abs(moduleSize - stateCount[4]) < maxVariance;\r
   }\r
 \r
-  private float crossCheckVertical(int startI, int centerJ, int maxCount) {\r
+  /**\r
+   * <p>After a horizontal scan finds a potential finder pattern, this method\r
+   * "cross-checks" by scanning down vertically through the center of the possible\r
+   * finder pattern to see if the same proportion is detected.</p>\r
+   *\r
+   * @param startI row where a finder pattern was detected\r
+   * @param centerJ center of the section that appears to cross a finder pattern\r
+   * @param maxCount maximum reasonable number of modules that should be\r
+   * observed in any reading state, based on the results of the horizontal scan\r
+   * @return vertical center of finder pattern, or {@link Float#NaN} if not found\r
+   */\r
+  private float crossCheckVertical(int startI, int centerJ, int maxCount, int originalStateCountTotal) {\r
     MonochromeBitmapSource image = this.image;\r
 \r
     int maxI = image.getHeight();\r
     int[] stateCount = new int[5];\r
 \r
+    // Start counting up from center\r
     int i = startI;\r
     while (i >= 0 && image.isBlack(centerJ, i)) {\r
       stateCount[2]++;\r
@@ -196,10 +225,11 @@ final class FinderPatternFinder {
       stateCount[0]++;\r
       i--;\r
     }\r
-    if (i < 0 || stateCount[0] > maxCount) {\r
+    if (stateCount[0] > maxCount) {\r
       return Float.NaN;\r
     }\r
 \r
+    // Now also count down from center\r
     i = startI + 1;\r
     while (i < maxI && image.isBlack(centerJ, i)) {\r
       stateCount[2]++;\r
@@ -223,10 +253,22 @@ final class FinderPatternFinder {
       return Float.NaN;\r
     }\r
 \r
+    // If we found a finder-pattern-like section, but its size is more than 20% different than\r
+    // the original, assume it's a false positive\r
+    int stateCountTotal = stateCount[0] + stateCount[1] + stateCount[2] + stateCount[3] + stateCount[4];\r
+    if (5 * Math.abs(stateCountTotal - originalStateCountTotal) >= originalStateCountTotal) {\r
+      return Float.NaN;\r
+    }\r
+\r
     return foundPatternCross(stateCount) ? centerFromEnd(stateCount, i) : Float.NaN;\r
   }\r
 \r
-  private float crossCheckHorizontal(int startJ, int centerI, int maxCount) {\r
+  /**\r
+   * <p>Like {@link #crossCheckVertical(int, int, int, int)}, and in fact is basically identical,\r
+   * except it reads horizontally instead of vertically. This is used to cross-cross\r
+   * check a vertical cross check and locate the real center of the alignment pattern.</p>\r
+   */\r
+  private float crossCheckHorizontal(int startJ, int centerI, int maxCount, int originalStateCountTotal) {\r
     MonochromeBitmapSource image = this.image;\r
 \r
     int maxJ = image.getWidth();\r
@@ -244,7 +286,6 @@ final class FinderPatternFinder {
       stateCount[1]++;\r
       j--;\r
     }\r
-    // If already too many modules in this state or ran off the edge:\r
     if (j < 0 || stateCount[1] > maxCount) {\r
       return Float.NaN;\r
     }\r
@@ -252,7 +293,7 @@ final class FinderPatternFinder {
       stateCount[0]++;\r
       j--;\r
     }\r
-    if (j < 0 || stateCount[0] > maxCount) {\r
+    if (stateCount[0] > maxCount) {\r
       return Float.NaN;\r
     }\r
 \r
@@ -279,23 +320,43 @@ final class FinderPatternFinder {
       return Float.NaN;\r
     }\r
 \r
+    // If we found a finder-pattern-like section, but its size is significantly different than\r
+    // the original, assume it's a false positive\r
+    int stateCountTotal = stateCount[0] + stateCount[1] + stateCount[2] + stateCount[3] + stateCount[4];\r
+    if (5 * Math.abs(stateCountTotal - originalStateCountTotal) >= originalStateCountTotal) {\r
+      return Float.NaN;\r
+    }\r
+\r
     return foundPatternCross(stateCount) ? centerFromEnd(stateCount, j) : Float.NaN;\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * <p>This is called when a horizontal scan finds a possible alignment pattern. It will\r
+   * cross check with a vertical scan, and if successful, will, ah, cross-cross-check\r
+   * with another horizontal scan. This is needed primarily to locate the real horizontal\r
+   * center of the pattern in cases of extreme skew.</p>\r
+   *\r
+   * <p>If that succeeds the finder pattern location is added to a list that tracks\r
+   * the number of times each location has been nearly-matched as a finder pattern.\r
+   * Each additional find is more evidence that the location is in fact a finder\r
+   * pattern center\r
+   *\r
+   * @param stateCount reading state module counts from horizontal scan\r
+   * @param i row where finder pattern may be found\r
+   * @param j end of possible finder pattern in row\r
+   * @return true if a finder pattern candidate was found this time\r
+   */\r
   private boolean handlePossibleCenter(int[] stateCount,\r
                                        int i,\r
                                        int j) {\r
+    int stateCountTotal = stateCount[0] + stateCount[1] + stateCount[2] + stateCount[3] + stateCount[4];\r
     float centerJ = centerFromEnd(stateCount, j);\r
-    float centerI = crossCheckVertical(i, (int) centerJ, stateCount[2]);\r
+    float centerI = crossCheckVertical(i, (int) centerJ, stateCount[2], stateCountTotal);\r
     if (!Float.isNaN(centerI)) {\r
       // Re-cross check\r
-      centerJ = crossCheckHorizontal((int) centerJ, (int) centerI, stateCount[2]);\r
+      centerJ = crossCheckHorizontal((int) centerJ, (int) centerI, stateCount[2], stateCountTotal);\r
       if (!Float.isNaN(centerJ)) {\r
-        float estimatedModuleSize = (float) (stateCount[0] +\r
-            stateCount[1] +\r
-            stateCount[2] +\r
-            stateCount[3] +\r
-            stateCount[4]) / 7.0f;\r
+        float estimatedModuleSize = (float) stateCountTotal / 7.0f;\r
         boolean found = false;\r
         int max = possibleCenters.size();\r
         for (int index = 0; index < max; index++) {\r
@@ -308,8 +369,7 @@ final class FinderPatternFinder {
           }\r
         }\r
         if (!found) {\r
-          possibleCenters.addElement(\r
-              new FinderPattern(centerJ, centerI, estimatedModuleSize));\r
+          possibleCenters.addElement(new FinderPattern(centerJ, centerI, estimatedModuleSize));\r
         }\r
         return true;\r
       }\r
@@ -317,6 +377,12 @@ final class FinderPatternFinder {
     return false;\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * @return number of rows we could safely skip during scanning, based on the first\r
+   *         two finder patterns that have been located. In some cases their position will\r
+   *         allow us to infer that the third pattern must lie below a certain point farther\r
+   *         down in the image.\r
+   */\r
   private int findRowSkip() {\r
     int max = possibleCenters.size();\r
     if (max <= 1) {\r
@@ -336,13 +402,17 @@ final class FinderPatternFinder {
           // This is the case where you find top left first. Draw it out.\r
           hasSkipped = true;\r
           return (int) Math.abs(Math.abs(firstConfirmedCenter.getX() - center.getX()) -\r
-                                Math.abs(firstConfirmedCenter.getY() - center.getY()));\r
+              Math.abs(firstConfirmedCenter.getY() - center.getY()));\r
         }\r
       }\r
     }\r
     return 0;\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * @return true iff we have found at least 3 finder patterns that have been detected\r
+   *         at least {@link #CENTER_QUORUM} times each\r
+   */\r
   private boolean haveMulitplyConfirmedCenters() {\r
     int count = 0;\r
     int max = possibleCenters.size();\r
@@ -356,6 +426,12 @@ final class FinderPatternFinder {
     return false;\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * @return the 3 best {@link FinderPattern}s from our list of candidates. The "best" are\r
+   *         those that have been detected at least {@link #CENTER_QUORUM} times, and whose module\r
+   *         size differs from the average among those patterns the least\r
+   * @throws ReaderException if 3 such finder patterns do not exist\r
+   */\r
   private FinderPattern[] selectBestPatterns() throws ReaderException {\r
     Collections.insertionSort(possibleCenters, new CenterComparator());\r
     int size = 0;\r
@@ -374,12 +450,11 @@ final class FinderPatternFinder {
 \r
     if (size == 3) {\r
       // Found just enough -- hope these are good!\r
-      // toArray() is not available\r
-      FinderPattern[] result = new FinderPattern[possibleCenters.size()];\r
-      for (int i = 0; i < possibleCenters.size(); i++) {\r
-        result[i] = (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(i);\r
-      }\r
-      return result;\r
+      return new FinderPattern[]{\r
+          (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(0),\r
+          (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(1),\r
+          (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(2)\r
+      };\r
     }\r
 \r
     possibleCenters.setSize(size);\r
@@ -393,18 +468,25 @@ final class FinderPatternFinder {
     }\r
     averageModuleSize /= (float) size;\r
 \r
-    Collections.insertionSort(\r
-        possibleCenters,\r
-        new ClosestToAverageComparator(averageModuleSize));\r
+    // We don't have java.util.Collections in J2ME\r
+    Collections.insertionSort(possibleCenters, new ClosestToAverageComparator(averageModuleSize));\r
 \r
-    //return confirmedCenters.subList(0, 3).toArray(new FinderPattern[3]);\r
-    FinderPattern[] result = new FinderPattern[3];\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++) {\r
-      result[i] = (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(i);\r
-    }\r
-    return result;\r
+    return new FinderPattern[]{\r
+        (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(0),\r
+        (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(1),\r
+        (FinderPattern) possibleCenters.elementAt(2)\r
+    };\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * <p>Having found three "best" finder patterns we need to decide which is the top-left, top-right,\r
+   * bottom-left. We assume that the one closest to the other two is the top-left one; this is not\r
+   * strictly true (imagine extreme perspective distortion) but for the moment is a serviceable assumption.\r
+   * Lastly we sort top-right from bottom-left by figuring out orientation from vector cross products.</p>\r
+   *\r
+   * @param patterns three best {@link FinderPattern}s\r
+   * @return same {@link FinderPattern}s ordered bottom-left, top-left, top-right\r
+   */\r
   private static FinderPattern[] orderBestPatterns(FinderPattern[] patterns) {\r
 \r
     // Find distances between pattern centers\r
@@ -415,10 +497,11 @@ final class FinderPatternFinder {
     FinderPattern topLeft;\r
     FinderPattern topRight;\r
     FinderPattern bottomLeft;\r
-    // Assume one closest to other two is top left\r
+    // Assume one closest to other two is top left;\r
+    // topRight and bottomLeft will just be guesses below at first\r
     if (bcDistance >= abDistance && bcDistance >= acDistance) {\r
       topLeft = patterns[0];\r
-      topRight = patterns[1]; // These two are guesses at the moment\r
+      topRight = patterns[1];\r
       bottomLeft = patterns[2];\r
     } else if (acDistance >= bcDistance && acDistance >= abDistance) {\r
       topLeft = patterns[1];\r
@@ -443,31 +526,39 @@ final class FinderPatternFinder {
     return new FinderPattern[]{bottomLeft, topLeft, topRight};\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * @return distance between two points\r
+   */\r
   static float distance(ResultPoint pattern1, ResultPoint pattern2) {\r
     float xDiff = pattern1.getX() - pattern2.getX();\r
     float yDiff = pattern1.getY() - pattern2.getY();\r
     return (float) Math.sqrt((double) (xDiff * xDiff + yDiff * yDiff));\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * <p>Orders by {@link FinderPattern#getCount()}, descending.</p>\r
+   */\r
   private static class CenterComparator implements Comparator {\r
     public int compare(Object center1, Object center2) {\r
       return ((FinderPattern) center2).getCount() - ((FinderPattern) center1).getCount();\r
     }\r
   }\r
 \r
+  /**\r
+   * <p>Orders by variance from average module size, ascending.</p>\r
+   */\r
   private static class ClosestToAverageComparator implements Comparator {\r
-    private float averageModuleSize;\r
+    private final float averageModuleSize;\r
 \r
     private ClosestToAverageComparator(float averageModuleSize) {\r
       this.averageModuleSize = averageModuleSize;\r
     }\r
 \r
     public int compare(Object center1, Object center2) {\r
-      return\r
-          Math.abs(((FinderPattern) center1).getEstimatedModuleSize() - averageModuleSize) <\r
-              Math.abs(((FinderPattern) center2).getEstimatedModuleSize() - averageModuleSize) ?\r
-              -1 :\r
-              1;\r
+      return Math.abs(((FinderPattern) center1).getEstimatedModuleSize() - averageModuleSize) <\r
+          Math.abs(((FinderPattern) center2).getEstimatedModuleSize() - averageModuleSize) ?\r
+          -1 :\r
+          1;\r
     }\r
   }\r
 \r