基于改进CORDIC算法的QR码快速检测硬件实现方法-AET-电子技术应用

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。

关键词： CORDIC QR码旋转校正 FPGA

中图分类号： TN791；TP391.4
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200222
中文引用格式： 陈荣军，于永兴，钟秀媚，等. 基于改进CORDIC算法的QR码快速检测硬件实现方法[J].电子技术应用，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

随着物联网技术的不断发展，二维条码作为物联网的入口有了越来越多的应用场景。二维条码具有信息密度大、纠错能力强、可表示多种信息、可加密及制作成本低等优点^[1]，目前常用的二维条码有QR码、Data Matrix码、PDF417码等，其中QR码(快速响应码)具有高密度、高可靠性以及可全方位快速识别等特点，因此广泛应用于生产流通、交通物流、质量追踪、电子商务等领域^[2]。

在二维条码研究领域，国内外学者提出了多种扫描译码方法^[3-7]，其中最常用的二维码扫描方法是通过摄像头获取图像缓存到存储器，再由CPU或DSP读取图像数据进行图像处理和译码，这种通过软件进行二维码扫描译码的方法需要占用总线时间长、译码速度慢，不适用于快速二维码的识别应用中。针对高速运动过程中二维条码识别，文献[3]提出了一种基于Halcon的XLD边缘检测识码方法，该方法虽然提高了条码定位过程的速度和准确性；但是对检测设备和检测环境有一定的要求。文献[4]设计了一种基于DM642的嵌入式平台，用于QR码的检测，但识别系统的检测过程较为复杂，并且需要额外的视频解码芯片，识别结果不能及时在PC端显示。文献[5]提出了一种基于游程编码的QR码快速检测方法，但算法的检测过程较为繁琐，只能在毫秒级的时间内定位到QR码，实时性还有待提升，并且在低分辨率QR码的检测定位中表现不好。在文献[6]中，提出了一种基于面向梯度直方图(HOG)特征和支持向量机(SVM)分类器相结合的QR码识别算法，但算法的复杂性较高，程序运行需要耗费较多的资源，因此在测试设备上仿真时，QR码的检测过程要超过1 s。文献[7]中提出了一种基于Hough变换的矩码检测算法，该方法计算成本低、精度高，但QR码检测成功率与参数设置有关，且算法只是对拍摄到的整幅图像进行边缘提取，而没有将检测出的QR码进行校正。

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作者信息:

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)

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