[发明专利]一种基于FPGA的QR码位置探测图形定位方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的QR码位置探测图形定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、利用摄像头实时采集QR码图像，图像尺寸为M*L，M表示图像矩阵列数，L表示图像矩阵行数；

S2、对图像矩阵建立直角坐标系：以图像矩阵左上角像素点为原点，水平向右方向为x轴，水平向下方向为y轴，其中，0≤x≤M-1，0≤y≤L-1；

S3、对采集的QR码图像进行灰度化处理，将像素点的位宽压缩至8比特；

S4、对步骤S3灰度化处理后的图像进行中值滤波处理，消除图像中的噪声；

S5、利用Kittler阈值法对中值滤波后的QR码图像进行二值化，利用第i帧图像计算得到的最佳阈值为第i+1帧图像二值化；

S6、接收任意一帧二值化后的串行图像比特流，经串并转换后，以N位像素块为单位存入图像缓存RAM中；

S7、对步骤S6接收的整帧图像行扫描，得到满足位置探测图形特征的疑似点信息；具体过程为：

假设C1-C6分别表示6条子线段的颜色，S1-S6分别表示6条子线段起点的x坐标，L1-L6分别表示6条子线段的长度，疑似点数量的上限值为T；MEM1用于存储行疑似点信息，深度为T，位宽为A表示行疑似点索引号，初始值为0，每扫描到一个疑似点则自增1；MEM2存储每一行扫描完成后的最新索引号，深度为L，位宽为表示向下取整；

S7.1、开始扫描前，x＝y＝0，A置为0，C1-C6全部置为0，S1-S6全部置为0，L1-L6全部置为0；

S7.2、横坐标x＝0～(M-2)，若二值化后像素点的值G(x,y)＝C6，则L6＝L6+1；若G(x,y)≠C6，则将C2、C3、C4、C5、C6分别赋值给C1、C2、C3、C4、C5，C6取反，S2、S3、S4、S5、S6分别赋值给S1、S2、S3、S4、S5，S6＝x，L2、L3、L4、L5、L6分别赋值给L1、L2、L3、L4、L5，L6＝1，同时判断赋值后的五条子线段是否满足位置探测图形特征：判断C1-C5的值是否分别为0、1、0、1、0，若不是，忽略，继续扫描；若是，则判断L1：L2：L3：L4：L5是否满足(0.5-1.5)：(0.5-1.5)：(2-4)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，若满足，则将C1-C5这五条子线段组成的长线段的中心横坐标和行扫描长度S6-S1存储至MEM1的地址A处，然后将索引号A自增1，若不是，则忽略，继续扫描；

S7.3、若最后1个像素点的值G(M-1,y)＝C6，则将C2、C3、C4、C5、C6分别赋值给C1、C2、C3、C4、C5，S2、S3、S4、S5、S6分别赋值给S1、S2、S3、S4、S5，S6＝M，L2、L3、L4、L5、L6+1分别赋值给L1、L2、L3、L4、L5；若G(M-1,y)≠C6，则将C2、C3、C4、C5、C6分别赋值给C1、C2、C3、C4、C5，S2、S3、S4、S5、S6分别赋值给S1、S2、S3、S4、S5，S6＝M-1，L2、L3、L4、L5、L6分别赋值给L1、L2、L3、L4、L5；然后判断赋值后的五条子线段是否满足位置探测图形特征：判断C1-C5的值是否分别为0、1、0、1、0，若不是，忽略，继续扫描；若是，则判断L1：L2：L3：L4：L5是否满足(0.5-1.5)：(0.5-1.5)：(2-4)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，若满足，则将C1-C5这五条子线段组成的长线段的中心横坐标和行扫描长度S6-S1存储至MEM1的地址A处，然后将索引号A自增1，若不是，则忽略，继续扫描；

S7.4、将得到的最新索引号A存储至MEM2中的地址y处，若y＝L-1，则进入步骤S8；否则，令y＝y+1，将C1-C6全部置为0，S1-S6全部置为0，L1-L6全部置为0，然后跳转到步骤S7.2；

S8、对图像进行列扫描，并判断位置探测图形中心，具体过程为：

假设C_m1-C_m6分别表示列扫描过程中6条子线段的颜色，S_m1-S_m6分别表示6条子线段起点的y坐标，L_m1-L_m6分别表示列扫描中6条子线段的长度，m＝x％N；6个存储器Q1-Q6分别对应存储1条子线段的C_m、S_m、L_m信息，每个存储器的位宽为深度为N；MEM3用于存储列扫描中的疑似点信息，深度为N，位宽为NUM记录扫描到的疑似点数量，POS记录扫描到的疑似点对应的列；

S8.1、对图像的x～x+N-1列同时进行扫描，开始扫描前，令x＝y＝0，NUM＝0，POS每一位置为0，C_m1-C_m6全部置为0，S_m1-S_m6全部置为0，L_m1-L_m6全部置为0；

S8.2、读取Q1～Q6中地址m＝x％N存储的扫描信息，若二值化后像素点的值G(x,y)＝C_m6，则L_m6＝L_m6+1；若G(x,y)≠C_m6，则将C_m2、C_m3、C_m4、C_m5、C_m6分别赋值给C_m1、C_m2、C_m3、C_m4、C_m5，C_m6取反，S_m2、S_m3、S_m4、S_m5、S_m6分别赋值给S_m1、S_m2、S_m3、S_m4、S_m5，S_m6＝y，L_m2、L_m3、L_m4、L_m5、L_m6分别赋值给L_m1、L_m2、L_m3、L_m4、L_m5，L_m6＝1，同时判断赋值后的五条子线段是否满足位置探测图形特征：判断C_m1-C_m5的值是否分别为0、1、0、1、0，若不是，忽略，继续扫描；若是，则判断L_m1:L_m2:L_m3:L_m4:L_m5是否满足(0.5-1.5)：(0.5-1.5)：(2-4)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，若满足，则这五条子线段组成的长线段满足位置探测图形特征，若不是，则忽略，继续扫描；将满足位置探测图形特征的长线段的中点对应的横坐标x、纵坐标和行扫描长度S_m6-S_m1存储至MEM3的地址x％N处，NUM自增1；将POS的第x％N位置为1，然后将更新后的C_m1-C_m6、S_m1-S_m6、L_m1-L_m6写回Q1-Q6的地址m＝x％N处；当x％N＝N-1时，进入步骤S8.3，否则令x＝x+1，重复步骤S8.2的过程；

S8.3、判断NUM的值是否为0，若为0表示疑似点数量为0，若y＝L-1且x＝M-1，跳转到步骤S8.8；若y＝L-1，令y＝0，x＝x+1，将6个存储器Q1-Q6中存储的C_m、S_m、L_m初始化为0，进行下一个N列的扫描，跳转到步骤S8.2；若y≠L-1，则令y＝y+1，x＝x-N+1，跳转到步骤S8.2；若NUM≠0，寻找POS中置1的位，将NUM的值自减1，进入步骤S8.4；

S8.4、读取MEM3地址为POS置1的位对应的列扫描疑似点信息，假设读取的横坐标、纵坐标、列扫描长度分别为x1、y1、LY，进入步骤S8.5；

S8.5、读取MEM2的地址y1-1和y1存储的索引号A0和A1，若A0＝A1，跳转到步骤S8.3；若A0A1，进入步骤S8.6；

S8.6、读取MEM1地址为索引号A0处存储的行疑似点信息，假设其横坐标为x2，行扫描长度为LX，进入步骤S8.7；

S8.7、若x2x1，跳转到步骤S8.3；若x2＝x1，记录其横坐标x1、纵坐标y1、行扫描长度LX、列扫描长度LY，跳转到步骤S8.3；若x2x1，将索引号A0自增1，若此时A0A1，跳转到步骤S8.6，若此时A0＝A1，跳转到步骤S8.3；

S8.8、核对记录的位置探测图形中心数量是否为3，若是,则进入步骤S9；否则，跳转到步骤S6缓存一帧新图像重新扫描；

S9、输出3个位置探测图形的中心坐标和扫描长度，包括横坐标、纵坐标、行扫描长度和列扫描长度。