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QR码识别系统的设计与实现

作 者: 余维克
导 师: 黎福海
学 校: 湖南大学
专 业: 电子科学与技术
关键词: QR码 图像处理 透视变换 RS编解码
分类号: TP391.44
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


条码技术是一项已得到普遍应用的自动化信息采集技术,二维码是在普通一维条码上扩展出另一维具有可读性的条码,具有比一维条码大得多的信息容量。QR码是矩阵式二维码的一种,由于具有高速识别、高可靠性、可以有效编码汉字等优点,在我国得到广泛使用。条码识别是条码应用中的重要环节,图像式识别是目前二维码识别的主流方式。本文设计了一种以图像为输入方式的QR码的识别算法,通过提取灰度图像中的QR码,先后经过图像处理和数据处理两个过程,将QR码还原为原始的文本信息。算法的图像处理过程主要包括图像的预处理、QR码定位、校正、采样等;数据处理过程包括数据分块、纠错、译码等。在QR码定位算法方面,本文尝试了3种不同的定位方法,首先讨论了常用的利用位置探测图形的比例特征进行QR码定位的方法,并提出使用QR码整体特征定位,和结合位置探测图形特征与QR码轮廓特征的定位方法。最后,对3种方法的性能进行了比较,选用了鲁棒性与复杂度相对平衡的方法。数据纠错方面,研究了QR码纠错编码的原理和方法,并对纠错算法和解码流程进行了介绍和实现。本文还将QR码识别算法在嵌入式平台实现。系统以DSP处理器ADSP-BF527为核心处理单元,灰度数字摄像头为图像传感器,通过QR码识别算法,得到图像中QR码的原始信息,并最终将解码结果与原始图像通过网络发送至PC端。硬件方面,介绍了系统的整体框架、硬件平台,设计了数字摄像头和以太网接口,并对接口时序和数据采集、发送方式进行了介绍;软件方面,将QR码识别算法在硬件平台上实现,还包括了驱动、网络协议、图像处理库等模块的实现。最后,实现了PC端图像结果接收和显示的软件,并完成了测试,系统对于QR码污损、光照不均、模糊、轻微扭曲、被部分遮挡等有一定的鲁棒性。测试显示系统可以达到设计要求和预期效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 QR 码概述  11-12
  1.3 研究现状  12-13
  1.4 论文目标及研究内容  13-14
  1.5 论文结构  14-16
第2章 QR 码定位及校正算法  16-44
  2.1 图像预处理  16-22
    2.1.1 图像滤波  16-17
    2.1.2 图像的形态学处理  17-19
    2.1.3 图像二值化  19-21
    2.1.4 图像梯度图及非极大值抑制  21-22
  2.2 QR 码定位  22-38
    2.2.1 位置探测图形比例特征定位  23-26
    2.2.2 QR 码梯度和轮廓特征定位  26-33
    2.2.3 位置探测图形结合轮廓特征定位  33-37
    2.2.4 QR 码定位方法的比较  37-38
  2.3 QR 码校正  38-43
    2.3.1 透视变换  39-40
    2.3.2 求取变换矩阵  40-41
    2.3.3 空间变换  41
    2.3.4 灰度级插补  41-43
  2.4 本章小结  43-44
第3章 QR 码编解码算法  44-58
  3.1 QR 码的纠错编码与解码  45-55
    3.1.1 相关数学知识  45-51
    3.1.2 线性分组码  51
    3.1.3 Reed-solomon 码编码原理  51-53
    3.1.4 QR 码的检错与纠错  53-55
  3.2 QR 码的数据编码与译码  55-57
    3.2.1 数字模式  56
    3.2.2 8 位字节模式  56-57
    3.2.3 混合模式  57
  3.3 本章小结  57-58
第4章 硬件平台与软件实现  58-69
  4.1 硬件平台及接口  58-63
    4.1.1 硬件平台选择  58
    4.1.2 摄像头接口  58-61
    4.1.3 以太网接口  61-63
  4.2 系统软件实现  63-68
    4.2.1 软件流程  63
    4.2.2 软件架构及模块  63-64
    4.2.3 网络协议栈  64-68
  4.3 本章小结  68-69
第5章 测试结果与分析  69-72
  5.1 PC 端图像接收程序实现  69-70
  5.2 QR 码定位测试和结果  70-71
  5.3 QR 码纠错测试和结果  71-72
结论与展望  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 光模式识别及其装置
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