二维条码识读用嵌入式系统设计与研究

发布时间：2020-09-28 19:05

　　二维条码具有储存容量大、抗干扰能力强、纠错能力强、保密性高、追踪性高、备援性大、成本便宜等特性。正是由于具有这些优良的特征,使得二维条码在票据、表单、证件、保密、追踪、盘点、备援等方面的应用越来越受到人们的青睐,成为了大容量存储信息并实现网络信息化管理的理想方法。随着计算机技术的进一步不断提高,二维条码必将会有更多的应用和更大的市场空间。当前,虽然在我国二维条码方面的应用正处于迅猛发展的时期,二维条码越来越广泛地应用于各个领域,但是二维条码识读设备相关技术的发展却相对滞后。二维条码识读设备是二维条码技术和计算机嵌入式技术相结合的产物,本质上是一个嵌入式系统。因此,我们从嵌入式角度对二维条码识读相关技术进行研究,提出一种合理的二维条码识读用嵌入式系统设计方案是具有深远意义的。本课题的主要任务是设计并实现一款的二维条码识读用嵌入式系统。本课题依据嵌入式系统设计的一般方法,将二维条码识读用嵌入式系统分割为几个功能模块,提出具体的系统设计方案。然后,将系统的功能模块分为两层——应用层和系统层,分别对两层中的各个功能模块的实现细节进行探讨。对于属于应用层的功能模块,主要探讨功能模块的程序流程以及为解决相关应用问题而涉及到的相关程序算法。对于本系统而言,首先,总结归纳出二维条码识别的一般流程。然后,以QR Code这种典型的二维条码为例,先介绍和分析其码型结构和特性,再结合图像处理相关算法对QR Code识别过程中的一些问题进行探讨,并提出一些解决方法,其主要探讨的以下两个问题： 1、探讨对图像中条码区域的提取方法。结合图像形态学膨胀,对图像中QR Code条码区域进行提取。利用QR Code特殊符号具有的连通域性质,大致找出了QR Code的寻像图形和校正图形的位置,并据此提出一种确定膨胀次数的方法,以防止因过度膨胀导致提取的条码区域过大包含背景噪音或者因膨胀不足导致提取的条码区域不完整。 2、探讨图像中条码图形校正的方法。利用hough变换和QR Code码型整体形状特性,提出一种方法确定出图像中QR Code条码区域的四个顶点位置坐标。然后根据摄像机的成像模型,利用已经确定的四个顶点坐标求出相应参数,从而实现对二维条码图像区域的校正。对于属于系统层的功能模块,主要探讨怎样利用相应硬件和操作系统构建出应用层所需要的服务和运行环境。根据应用层的具体要求,结合所选取的微处理器和嵌入式操作系统,确定系统层的各个模块中相关外围接口设备的具体型号,设计出各模块的硬件原理图以及相关驱动程序。具体探讨内容包含如下四点： 1、根据二维条码识别相关要求,选取合适的图像传感器,结合具体的微处理器和嵌入式操作系统,设计出二维条码图像采集相关的硬件原理图以及驱动程序,并依据镜头光学成像原理,结合所选取的图像传感器和二维条码打印尺寸大小,讨论传感器镜头的选取方法。 2、选取合适的LCD,结合微处理器及其操作系统,设计出微处理器与LCD连接的硬件原理图以及相关驱动,使得能显示采集到的二维条码图像。 3、选取合适的存储方式,然后设计出与之相应的硬件原理图及其相关驱动程序,使得能在需要时存储识别出来的二维条码数据信息。 4、依据二维条码的信息容量,选取合适的与PC机相互通信的方式,然后设计出相应的硬件原理图及其驱动程序,使得能把从二维条码中识读出来的数据信息传送至PC机。
【学位单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TP368.1;TP391.44
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
    1.1 项目研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本课题的主要研究内容
第二章二维条码识读用嵌入式系统设计方案
    2.1 嵌入式系统功能模块的划分
    2.2 系统硬件框图
    2.3 嵌入式操作系统的选取
第三章二维条码识读用嵌入式系统的应用层设计
    3.1 二维条码简介
    3.2 二维条码识读流程
    3.3 QR Code的码型结构和特性
    3.4 QR Code条码区域提取
        3.4.1 QR Code灰度图像二值化
        3.4.2 利用形态学膨胀提取条码区域及膨胀次数的确定
    3.5 利用相机成像模型校正QR Code图像
        3.5.1 照相机成像模型
        3.5.2 基于hough变换确定QR Code区域顶点
第四章二维条码识读用嵌入式系统的系统层设计
    4.1 二维条码采集模块设计
        4.1.1 图像传感器的选择
        4.1.2 镜头各项参数的确定
        4.1.3 二维条码采集模块的硬件电路设计
        4.1.4 二维条码采集模块的软件驱动设计
    4.2 二维条码图像显示模块设计
    4.3 译码信息存储模块设计
        4.3.1 存储媒介的选择及硬件电路设计
        4.3.2 二维条码数据信息存储的文件格式
    4.4 传输通讯模块设计
        4.4.1 模块的硬件电路设计
        4.4.2 模块中标准USB描述符的构建分析
        4.4.3 模拟USB设备驱动程序流程图
结论
    论文完成的工作
    研究展望
参考文献
附录
致谢

【参考文献】