ZLG解析——二維碼識別技術(shù)

基于二維碼識別相關(guān)的應用迅速進(jìn)入人們的生活，掃二維碼已成為連接線(xiàn)上線(xiàn)下成本最低的網(wǎng)絡(luò )接入口之一。二維碼識別技術(shù)原理是什么，又因何種優(yōu)勢能夠改變我們的生活方式？本文將以二維碼使用最廣的QR碼（Quick Response Code）為例，從QR碼的優(yōu)勢、識別過(guò)程、算法、和應用方向等方面闡述二維碼得以廣泛使用的原因。

目前，二維碼在中國的最大應用領(lǐng)域就是移動(dòng)支付。不少人已經(jīng)習慣了出門(mén)不帶現金，手機掃碼走天下。根據第40次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展狀況統計報告》顯示，截至2017年6月，我國手機網(wǎng)民規模達7.24億，移動(dòng)支付用戶(hù)規模達5.02億，4.63億網(wǎng)民在線(xiàn)下消費時(shí)使用手機進(jìn)行支付，而這其中很多都是通過(guò)掃二維碼實(shí)現的。

資料來(lái)源：CNNIC 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

    接下來(lái)將對二維碼識別技術(shù)及應用進(jìn)行介紹，為了便于整體理解，首先闡述QR碼的特點(diǎn)及優(yōu)勢，接著(zhù)介紹QR碼識別過(guò)程，并重點(diǎn)介紹圖像預處理算法。然后講述當前二維碼識別技術(shù)的應用領(lǐng)域，最后演示ZLG QR碼識別demo。

1.  QR碼的特點(diǎn)及優(yōu)勢

QR碼是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣式二維條碼，它除了具有二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像多種信息、保密防偽性強等特點(diǎn)外，還具有能高速全方位識讀、能有效表達漢字等主要特點(diǎn)。

2.  QR碼的識別過(guò)程

QR符合由編碼區域和包括尋像圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形在內的功能圖形組成。QR碼結構圖如下所示。

QR碼結構圖

QR碼識別常見(jiàn)的方法過(guò)程主要有圖像預處理，定位位置探測圖形、定位校正圖形、透視變換、譯碼和糾錯。

圖像預處理：灰度化、去噪、畸變矯正以及二值化等；

定位位置探測圖形：通過(guò)位置探測圖形1：1：3：1：1的特征查找，允許容差0.5，水平和垂直方向掃描該特征，多次穿透即為候選位置探測圖像，通過(guò)一些篩選策略剔除假位置探測圖形確定真圖形，再根據3個(gè)該圖形之間的距離和旋轉角度，確定它們的方位，分別為左上角，右上角和左下角。

位置探測圖形特征

定位校正圖形：根據3個(gè)位置探測圖像估計右下角校正符，類(lèi)似定位位置探測圖形定位該圖形。

透視變換：根據3個(gè)定位中心點(diǎn)和校正符中心點(diǎn)，和理想4個(gè)點(diǎn)的坐標，獲取單應性矩陣，再通過(guò)透視變換獲取標準正方形圖像。透視變換公式如下：

透視變換效果圖如下：

譯碼和糾錯：譯碼是對二維碼版本信息、格式信息、數據和糾錯碼進(jìn)行解碼和對比。將數據區轉為0和1的比特流，并用 Reed-Solomon 糾錯算法對比特流校驗和糾錯。判斷QR碼編碼格式后譯碼，這樣我們便得到了二維碼包含的數據。

3.  QR碼圖像預處理

常規的QR碼識別過(guò)程容易受到環(huán)境影響而難以識別，往往需要一些預處理改善圖像質(zhì)量和識別環(huán)境。

圖像灰度化：攝像頭輸出的數據格式很多，黑白攝像頭直接輸出灰度圖，而彩色攝像頭輸出格式有YUV422，YUV410，RGB565, RGB888等，二維碼識別只需要單通道的灰度圖，

因此需要轉化，以RGB888為例，轉換公式如下：

去噪：噪聲的影響會(huì )使1：1：3：1：1的特征定位不準，以及數據階段譯碼錯誤，常見(jiàn)的噪聲主要是高斯噪聲和椒鹽噪聲，可以采用高斯濾波，中值濾波或均值濾波來(lái)改善圖像質(zhì)量。

畸變矯正：廣角攝像頭或魚(yú)眼攝像頭帶有較大的畸變，越靠近視角邊緣圖像形變越大，對于畸變較大的圖像而言，不僅1：1：3：1：1的特征的比例關(guān)系失調，數據區的數據沒(méi)有標準的模塊大小，會(huì )造成無(wú)法準確譯碼。對于這種情況，需通過(guò)畸變模型矯正，矯正成無(wú)畸變的圖像。

二值化：正常情況下背景和QR碼目標區分明顯，光照均勻，只需要簡(jiǎn)單使用全局二值化方法即可，常見(jiàn)的方法有固定閾值法、Otsu法，直方圖雙峰閾值化方法等。對于光照不均勻的情況，則不適用，會(huì )造成全局亮度失衡而無(wú)法正常識碼，因此需要自適應局部閾值化方法處理，可以采用分塊求閾值再均衡化的方法實(shí)現。

4.  QR碼應用領(lǐng)域

QR碼是用某種特定的幾何圖形，按一定規律來(lái)記錄數據符號信息。主要用途如下表

5.  QR碼識別效果展示

ZLG研發(fā)的QR碼識別算法目前支持的平臺有：基于A(yíng)Works系統的cortex-m7系列M1052-M16F128AWI -T平臺、基于Linux的cortex-a7系列M6Y2C-256F256LI-T平臺和基于Linux的cortex-a8系列M3354-512LI-F1GT平臺。

基于cortex-a8系列M3354-512LI-F1GT平臺的QR碼識別功能如下視頻所示：

A8_快速掃描、A8_碎屏識別demo.mp4

視頻中主要展示了微信支付操作，可以看到劇烈晃動(dòng)手機的情況下依舊能夠識別。對于單次支付操作，觀(guān)察串口打印的信息可以看出，基本實(shí)現了無(wú)需等待的“閃付”體驗。并且，從視頻中可以看到，針對于手機碎屏問(wèn)題，ZLG的QR碼算法可以較好的支持。

此外，考慮到個(gè)性化QR碼使用場(chǎng)景，我司QR碼識別算法同樣支持，以微信二維碼名片樣式為例，效果如以下視頻所示：

A8_多樣式demo.mp4

基于cortex-m7系列M1052-M16F128AWI -T平臺的二維碼識別demo配有4.3寸液晶顯示屏， 以類(lèi)似于手機掃碼的體驗，快速識別二維碼，顯示識別的結果。效果如下所示：

M7_快速掃描demo.mp4

ZLG QR碼算法調用方式簡(jiǎn)單，僅需要算法初始化、解碼和內存釋放三個(gè)步驟，QR碼算法頭文件“aw_qrcode.h”接口如下

調用我司的QR碼算法demo程序“QRScanner.c”如下所示

最后附上M3354-512LI-F1GT產(chǎn)品圖片:

M1052-M16F128AWI-T產(chǎn)品圖片：

6.  關(guān)于算法庫獲取

關(guān)于算法庫可以聯(lián)系ZLG立功科技獲取。