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基于改進CORDIC算法的QR碼快速檢測硬件實現方法

2021年電子技術應用第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

摘要： 針對如何快速準確地對QR碼進行檢測譯碼的問題，提出了一種基于改進CORDIC算法的QR碼快速定位與校正提取的硬件實現方法。通過攝像頭獲取圖像，并經過一系列的硬件模塊預處理，能夠快速準確地定位并提取出QR碼圖像。其中旋轉校正提取采用改進型CORDIC算法，可以實現360°內的旋轉校正。改進型CORDIC算法采用移位和加法代替乘法器，可以極大地節省硬件資源，提高系統速率。采用Verilog硬件描述語言完成了電路設計，在FPGA上對算法進行了驗證，整個模塊的最高時鐘頻率可達到267.95 MHz，能夠在微秒級的時間內快速檢測提取出QR碼圖像。

關鍵詞： CORDIC QR碼旋轉校正 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

隨著物聯網技術的不斷發展，二維條碼作為物聯網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讀取圖像數據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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