《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于改進(jìn)CORDIC算法的QR碼快速檢測(cè)硬件實(shí)現(xiàn)方法
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
陳榮軍1，2，于永興1，鐘秀媚2，謝舜道2，趙慧民1，譚洪舟2
1.廣東技術(shù)師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州510665；2.中山大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣東 廣州510006
摘要： 針對(duì)如何快速準(zhǔn)確地對(duì)QR碼進(jìn)行檢測(cè)譯碼的問(wèn)題，提出了一種基于改進(jìn)CORDIC算法的QR碼快速定位與校正提取的硬件實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)攝像頭獲取圖像，并經(jīng)過(guò)一系列的硬件模塊預(yù)處理，能夠快速準(zhǔn)確地定位并提取出QR碼圖像。其中旋轉(zhuǎn)校正提取采用改進(jìn)型CORDIC算法，可以實(shí)現(xiàn)360°內(nèi)的旋轉(zhuǎn)校正。改進(jìn)型CORDIC算法采用移位和加法代替乘法器，可以極大地節(jié)省硬件資源，提高系統(tǒng)速率。采用Verilog硬件描述語(yǔ)言完成了電路設(shè)計(jì)，在FPGA上對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證，整個(gè)模塊的最高時(shí)鐘頻率可達(dá)到267.95 MHz，能夠在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速檢測(cè)提取出QR碼圖像。
關(guān)鍵詞： CORDIC QR碼 旋轉(zhuǎn)校正 FPGA
中圖分類(lèi)號(hào)： TN791；TP391.4
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200222
中文引用格式： 陳榮軍，于永興，鐘秀媚，等. 基于改進(jìn)CORDIC算法的QR碼快速檢測(cè)硬件實(shí)現(xiàn)方法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(5)：92-96.
英文引用格式： Chen Rongjun，Yu Yongxing，Zhong Xiumei，et al. A hardware implementation method for rapid detection of QR code based on CORDIC improved algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：92-96.
A hardware implementation method for rapid detection of QR code based on CORDIC improved algorithm
Chen Rongjun1，2，Yu Yongxing1，Zhong Xiumei2，Xie Shundao2，Zhao Huimin1，Tan Hongzhou2
1.School of Computer Science，Guangdong Polytechnic Normal University，Guangzhou 510665，China； 2.School of Electronics and Information Technology，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510006，China
Abstract： Based on CORDIC improved algorithm, a hardware implementation method for rapid location and correction is proposed，which can detect and decode QR codes quickly and accurately. After obtaining the image through the camera and preprocessing by a series of hardware modules, the algorithm can locate and extract the QR code image quickly and accurately. Moreover, the CORDIC improved algorithm is used to extract the rotation correction of QR code, which can realize the rotation correction within 360 degrees. The CORDIC improved algorithm can save hardware resources and improve the system speed by replacing the multiplier with shift and addition. Besides, the circuit design is completed by Verilog hardware description language, and the algorithm is verified on the FPGA. The maximum clock frequency of the whole module can reach 267.95 MHz, which can quickly detect and extract QR code images in microsecond time.
Key words : CORDIC；QR code；rotation correction；FPGA

0 引言

    隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，二維條碼作為物聯(lián)網(wǎng)的入口有了越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景。二維條碼具有信息密度大、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、可表示多種信息、可加密及制作成本低等優(yōu)點(diǎn)[1]，目前常用的二維條碼有QR碼、Data Matrix碼、PDF417碼等，其中QR碼(快速響應(yīng)碼)具有高密度、高可靠性以及可全方位快速識(shí)別等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流通、交通物流、質(zhì)量追蹤、電子商務(wù)等領(lǐng)域[2]。

    在二維條碼研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種掃描譯碼方法[3-7]，其中最常用的二維碼掃描方法是通過(guò)攝像頭獲取圖像緩存到存儲(chǔ)器，再由CPU或DSP讀取圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和譯碼，這種通過(guò)軟件進(jìn)行二維碼掃描譯碼的方法需要占用總線時(shí)間長(zhǎng)、譯碼速度慢，不適用于快速二維碼的識(shí)別應(yīng)用中。針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中二維條碼識(shí)別，文獻(xiàn)[3]提出了一種基于Halcon的XLD邊緣檢測(cè)識(shí)碼方法，該方法雖然提高了條碼定位過(guò)程的速度和準(zhǔn)確性；但是對(duì)檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)環(huán)境有一定的要求。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一種基于DM642的嵌入式平臺(tái)，用于QR碼的檢測(cè)，但識(shí)別系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程較為復(fù)雜，并且需要額外的視頻解碼芯片，識(shí)別結(jié)果不能及時(shí)在PC端顯示。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于游程編碼的QR碼快速檢測(cè)方法，但算法的檢測(cè)過(guò)程較為繁瑣，只能在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)定位到QR碼，實(shí)時(shí)性還有待提升，并且在低分辨率QR碼的檢測(cè)定位中表現(xiàn)不好。在文獻(xiàn)[6]中，提出了一種基于面向梯度直方圖(HOG)特征和支持向量機(jī)(SVM)分類(lèi)器相結(jié)合的QR碼識(shí)別算法，但算法的復(fù)雜性較高，程序運(yùn)行需要耗費(fèi)較多的資源，因此在測(cè)試設(shè)備上仿真時(shí)，QR碼的檢測(cè)過(guò)程要超過(guò)1 s。文獻(xiàn)[7]中提出了一種基于Hough變換的矩碼檢測(cè)算法，該方法計(jì)算成本低、精度高，但QR碼檢測(cè)成功率與參數(shù)設(shè)置有關(guān)，且算法只是對(duì)拍攝到的整幅圖像進(jìn)行邊緣提取，而沒(méi)有將檢測(cè)出的QR碼進(jìn)行校正。




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作者信息:

陳榮軍1，2，于永興1，鐘秀媚2，謝舜道2，趙慧民1，譚洪舟2

(1.廣東技術(shù)師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州510665；2.中山大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣東 廣州510006)

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