《電子技術應用》
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基于改进CORDIC算法的QR码快速检测硬件实现方法
2021年电子技术应用第5期
陈荣军1，2，于永兴1，钟秀媚2，谢舜道2，赵慧民1，谭洪舟2
1.广东技术师范大学 计算机科学学院，广东 广州510665；2.中山大学 电子与信息工程学院，广东 广州510006
摘要： 针对如何快速准确地对QR码进行检测译码的问题，提出了一种基于改进CORDIC算法的QR码快速定位与校正提取的硬件实现方法。通过摄像头获取图像，并经过一系列的硬件模块预处理，能够快速准确地定位并提取出QR码图像。其中旋转校正提取采用改进型CORDIC算法，可以实现360°内的旋转校正。改进型CORDIC算法采用移位和加法代替乘法器，可以极大地节省硬件资源，提高系统速率。采用Verilog硬件描述语言完成了电路设计，在FPGA上对算法进行了验证，整个模块的最高时钟频率可达到267.95 MHz，能够在微秒级的时间内快速检测提取出QR码图像。
關鍵詞： CORDIC QR码 旋转校正 FPGA
中圖分類號： TN791；TP391.4
文獻標識碼： 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CORDIC算法的QR碼快速檢測硬件實現(xiàn)方法[J].電子技術應用，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)技術的不斷發(fā)展，二維條碼作為物聯(lián)網(wǎng)的入口有了越來越多的應用場景。二維條碼具有信息密度大、糾錯能力強、可表示多種信息、可加密及制作成本低等優(yōu)點[1]，目前常用的二維條碼有QR碼、Data Matrix碼、PDF417碼等，其中QR碼(快速響應碼)具有高密度、高可靠性以及可全方位快速識別等特點，因此廣泛應用于生產(chǎn)流通、交通物流、質量追蹤、電子商務等領域[2]。

    在二維條碼研究領域，國內外學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攝像頭獲取圖像緩存到存儲器，再由CPU或DSP讀取圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理和譯碼，這種通過軟件進行二維碼掃描譯碼的方法需要占用總線時間長、譯碼速度慢，不適用于快速二維碼的識別應用中。針對高速運動過程中二維條碼識別，文獻[3]提出了一種基于Halcon的XLD邊緣檢測識碼方法，該方法雖然提高了條碼定位過程的速度和準確性；但是對檢測設備和檢測環(huán)境有一定的要求。文獻[4]設計了一種基于DM642的嵌入式平臺，用于QR碼的檢測，但識別系統(tǒng)的檢測過程較為復雜，并且需要額外的視頻解碼芯片，識別結果不能及時在PC端顯示。文獻[5]提出了一種基于游程編碼的QR碼快速檢測方法，但算法的檢測過程較為繁瑣，只能在毫秒級的時間內定位到QR碼，實時性還有待提升，并且在低分辨率QR碼的檢測定位中表現(xiàn)不好。在文獻[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(SVM)分類器相結合的QR碼識別算法，但算法的復雜性較高，程序運行需要耗費較多的資源，因此在測試設備上仿真時，QR碼的檢測過程要超過1 s。文獻[7]中提出了一種基于Hough變換的矩碼檢測算法，該方法計算成本低、精度高，但QR碼檢測成功率與參數(shù)設置有關，且算法只是對拍攝到的整幅圖像進行邊緣提取，而沒有將檢測出的QR碼進行校正。




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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.廣東技術師范大學 計算機科學學院，廣東 廣州510665；2.中山大學 電子與信息工程學院，廣東 廣州510006)

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