摘要：設計了一種基于嵌入式Linux的二維碼自動識別系統(tǒng)。對系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構進行了詳細分析，提出了一種包含圖像二值化、信息定位和譯碼的二維碼識別算法。實驗證明了該系統(tǒng)設計的可行性和二維碼識別算法的有效性。

關鍵詞：二維碼識別；嵌入式Linux系統(tǒng)；QR碼；計算機視覺

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，二維碼作為一種新的信息技術在人們生活中的應用越來越廣泛，例如票據(jù)識別、網(wǎng)上購物、手機支付、儲存運輸、食品追溯、設備管理、圖書借閱、身份識別等。二維碼信息量大、容易進行快速自動數(shù)據(jù)采集，在國內(nèi)外已經(jīng)成為人們生活中快捷便利的信息交流方式，能在不同應用環(huán)境下對二維碼進行快速可靠地識別也是目前研究的熱點。二維碼未來在移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)中也將承擔重要作用，騰訊董事會主席馬化騰在2012中國互聯(lián)網(wǎng)大會上指出“二維碼將在線上線下結(jié)合的過程中發(fā)揮巨大作用，并將成為線上線下的關鍵入口，通過攝像頭拍攝二維碼就可以把現(xiàn)實世界和網(wǎng)絡世界連接起來?！?/p>

2 嵌入式Linux系統(tǒng)的優(yōu)勢

嵌入式linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(tǒng)，采用Linux做嵌入式系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢。第一，Linux是開源的，繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，可以根據(jù)具體應用進行修改；第二，Linux內(nèi)核小、效率高，性能優(yōu)異；第三，Linux是免費的操作系統(tǒng)，在價格上極具競爭力；第四，Linux適應于多種CPU和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統(tǒng)，軟件移植性好；第五，便于模塊化設計，應用產(chǎn)品開發(fā)周期短，易于處理實時信號、安全性和穩(wěn)定性好。

3 二維碼識別系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構

在系統(tǒng)硬件層包括典型輸入輸出設備的USB攝像頭和觸摸屏，借助Linux內(nèi)核提供USB攝像頭驅(qū)動和觸摸屏驅(qū)動，方便上層程序控制攝像頭和觸摸屏。在系統(tǒng)用戶層，借助V4L（Video for Linux）接口實現(xiàn)視頻采集系統(tǒng)，利用OPENCV庫實現(xiàn)圖像處理的基本操作，借助QT來實現(xiàn)系統(tǒng)界面。二維碼識別核心模塊則是用C++編寫，為了系統(tǒng)的可擴展性把二維碼識別部分編譯成了庫文件，提供給上層調(diào)用接口。

3.2 輸入和輸出模塊設計

圖像采集和顯示是二維碼識別系統(tǒng)的基本輸入輸出模塊。嵌入式Linux圖像采集用的最多的是V4L，該內(nèi)核為應用程序提供了大量的圖像采集API，這些API對下層的采集設備是透明的，不用關心采集設備是USB攝像頭或者專業(yè)的COMS攝像頭。嵌入式Linux圖像采集采用V4L2（Video for Linux Two）接口，圖像采集過程主要包括：（1）打開設備文件，查詢設備功能；（2）選擇視頻，并設置視頻格式；（3）申請幀緩沖空間、幀緩沖入隊列；（4）開始視頻采集；（5）停止視頻采集，關閉設備。為了實時地在觸摸屏上顯示圖像，重寫了跨平臺圖形用戶界面應用程序框架QT 的paintEvent事件，實現(xiàn)圖像獲取、格式轉(zhuǎn)化、顯示區(qū)域重繪等。

3.3 二維碼識別算法

二維碼識別模塊是整個識別系統(tǒng)的核心，為了更好的復用，我們把他編譯成了庫文件。在對二維碼圖像進行預處理之后，從QR碼符號到輸出數(shù)據(jù)字符的譯碼步驟是編碼程序的逆過程。由于QR碼在國內(nèi)使用的廣泛性，下面以QR碼的識別為例介紹二維碼的識別過程。二維碼識別過程如下：（1）對圖像進行二值化處理，為了提高不同光照和對比度下的識別率，采用自適應閥值算法進行二值化處理。（2）使用輪廓查找方法來找到3個尋像圖形，利用尋像圖形的坐標計算出編碼區(qū)，獲取二維碼的版本信息和格式信息。（3）用掩模圖形對編碼區(qū)的位圖進行異或處理消除掩模。（4）根據(jù)有關標準設定的模塊排列規(guī)則，識讀符號字符，恢復信息的數(shù)據(jù)與糾錯碼字[7]。（5）按照使用的模式譯碼得出數(shù)據(jù)字符并輸出結(jié)果。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與驗證

開發(fā)的嵌入式二維碼識別系統(tǒng)如圖1所示。采用的硬件系統(tǒng)包括：ARM處理器S3C2440，內(nèi)存容量256M，外存容量512M，開發(fā)板“友善之臂MINI2440”，200萬像素USB攝像頭和3.5寸觸摸屏。系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件環(huán)境：操作系統(tǒng)Linux-2.6.24，圖像處理庫OPENCV-1.0.0，圖形用戶界面QT-embeded-4.6.7，編譯器ARM-LINUX-GCC-4.4.3，調(diào)試器GDB-6.8。預留對外數(shù)據(jù)接口：RJ45網(wǎng)口和232串口。

測試用圖可以根據(jù)編碼算法自己生成，也可以使用互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)有的二維碼圖像。如圖2所示，（a）為攝像頭采集到的二維碼圖像；（b）為二維碼識別結(jié)果“http：//www.haut.edu.cn”，這是河南工業(yè)大學的主頁地址。在圖像有噪聲、旋轉(zhuǎn)、光照變化等條件進行多次實驗，均能得到不錯的識別效果，總體識別率達到96%。

5結(jié)論

本文設計了一種嵌入式二維碼識別系統(tǒng)，對系統(tǒng)硬件結(jié)構和軟件移植進行了深入分析，重點對二維碼識別算法進行了分析，該系統(tǒng)具有通用性強、擴展性好、方便用戶使用等特點。經(jīng)過硬件設計和軟件移植，實驗驗證了該系統(tǒng)設計的可行性和二維碼譯碼算法的有效性。

參考文獻：

[1]王文豪，張亞紅，朱全銀，單勁松.QR Code二維條形碼的圖像識別[J].計算機技術與發(fā)展，2009，19（10）：123-126.

[2]劉志海，曾慶良.條形碼技術與程序設計[M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]Hallinan C. 嵌入式LINUX開發(fā)（英文版）[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[作者簡介]

于俊偉（1980-），男，博士，講師，主要研究領域為模式識別、計算機視覺。