摘要：设计了一种基于嵌入式Linux的二维码自动识别系统。对系统的软硬件结构进行了详细分析，提出了一种包含图像二值化、信息定位和译码的二维码识别算法。实验证明了该系统设计的可行性和二维码识别算法的有效性。
关键词：二维码识别；嵌入式Linux系统；QR码；计算机视觉
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02
1 引言
随着移动互联网技术的发展，二维码作为一种新的信息技术在人们生活中的应用越来越广泛，例如票据识别、网上购物、手机支付、储存运输、食品追溯、设备管理、图书借阅、身份识别等。二维码信息量大、容易进行快速自动数据采集，在国内外已经成为人们生活中快捷便利的信息交流方式，能在不同应用环境下对二维码进行快速可靠地识别也是目前研究的热点。二维码未来在移动互联网和物联网中也将承担重要作用，腾讯董事会主席马化腾在2012中国互联网大会上指出“二维码将在线上线下结合的过程中发挥巨大作用，并将成为线上线下的关键入口，通过摄像头拍摄二维码就可以把现实世界和网络世界连接起来。”
2 嵌入式Linux系统的优势
嵌入式linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统，采用Linux做嵌入式系统具有如下优势。第一，Linux是开源的，继承了Internet上无限的开放源代码资源，可以根据具体应用进行修改；第二，Linux内核小、效率高，性能优异；第三，Linux是免费的操作系统，在价格上极具竞争力；第四，Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统，软件移植性好；第五，便于模块化设计，应用产品开发周期短，易于处理实时信号、安全性和稳定性好。
3 二维码识别系统
3.1 系统结构
在系统硬件层包括典型输入输出设备的USB摄像头和触摸屏，借助Linux内核提供USB摄像头驱动和触摸屏驱动，方便上层程序控制摄像头和触摸屏。在系统用户层，借助V4L（Video for Linux）接口实现视频采集系统，利用OPENCV库实现图像处理的基本操作，借助QT来实现系统界面。二维码识别核心模块则是用C++编写，为了系统的可扩展性把二维码识别部分编译成了库文件，提供给上层调用接口。
3.2 输入和输出模块设计
图像采集和显示是二维码识别系统的基本输入输出模块。嵌入式Linux图像采集用的最多的是V4L，该内核为应用程序提供了大量的图像采集API，这些API对下层的采集设备是透明的，不用关心采集设备是USB摄像头或者专业的COMS摄像头。嵌入式Linux图像采集采用V4L2（Video for Linux Two）接口，图像采集过程主要包括：（1）打开设备文件，查询设备功能；（2）选择视频，并设置视频格式；（3）申请帧缓冲空间、帧缓冲入队列；（4）开始视频采集；（5）停止视频采集，关闭设备。为了实时地在触摸屏上显示图像，重写了跨平台图形用户界面应用程序框架QT 的paintEvent事件，实现图像获取、格式转化、显示区域重绘等。
3.3 二维码识别算法
二维码识别模块是整个识别系统的核心，为了更好的复用，我们把他编译成了库文件。在对二维码图像进行预处理之后，从QR码符号到输出数据字符的译码步骤是编码程序的逆过程。由于QR码在国内使用的广泛性，下面以QR码的识别为例介绍二维码的识别过程。二维码识别过程如下：（1）对图像进行二值化处理，为了提高不同光照和对比度下的识别率，采用自适应阀值算法进行二值化处理。（2）使用轮廓查找方法来找到3个寻像图形，利用寻像图形的坐标计算出编码区，获取二维码的版本信息和格式信息。（3）用掩模图形对编码区的位图进行异或处理消除掩模。（4）根据有关标准设定的模块排列规则，识读符号字符，恢复信息的数据与纠错码字[7]。（5）按照使用的模式译码得出数据字符并输出结果。
4 系统实现与验证
开发的嵌入式二维码识别系统如图1所示。采用的硬件系统包括：ARM处理器S3C2440，内存容量256M，外存容量512M，开发板“友善之臂MINI2440”，200万像素USB摄像头和3.5寸触摸屏。系统实现的软件环境：操作系统Linux-2.6.24，图像处理库OPENCV-1.0.0，图形用户界面QT-embeded-4.6.7，编译器ARM-LINUX-GCC-4.4.3，调试器GDB-6.8。预留对外数据接口：RJ45网口和232串口。
测试用图可以根据编码算法自己生成，也可以使用互联网上现有的二维码图像。如图2所示，（a）为摄像头采集到的二维码图像；（b）为二维码识别结果“http：//www.haut.省略”，这是河南工业大学的主页地址。在图像有噪声、旋转、光照变化等条件进行多次实验，均能得到不错的识别效果，总体识别率达到96%。
5 结论
本文设计了一种嵌入式二维码识别系统，对系统硬件结构和软件移植进行了深入分析，重点对二维码识别算法进行了分析，该系统具有通用性强、扩展性好、方便用户使用等特点。经过硬件设计和软件移植，实验验证了该系统设计的可行性和二维码译码算法的有效性。
参考文献：
[1]王文豪，张亚红，朱全银，单劲松.QR Code二维条形码的图像识别[J].计算机技术与发展，2009，19（10）：123-126.
[2]刘志海，曾庆良.条形码技术与程序设计[M].北京：清华大学出版社，2009.
[3]Hallinan C. 嵌入式LINUX开发（英文版）[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[作者简介]
于俊伟（1980-），男，博士，讲师，主要研究领域为模式识别、计算机视觉。