[发明专利]一种自定义二维码定位和定向系统及实现方法

权利要求书

1.一种基于自定义二维码的定位和定向系统，其特征在于：由主控制单元、摄像头单元以及自定义二维码标签(2)组成；主控制单元采用STM32F767芯片，摄像头单元采用MT9V034图像传感器，其中主控制单元通过DCMI接口的D0～D7引脚对应于摄像头单元的DOUT0～7引脚分别相连，进行并行数据传输；主控制单元DCMI接口的VSYNC引脚与摄像头单元的VSYNC引脚相连，进行场同步；主控制单元DCMI接口的HSYNC引脚与摄像头单元的HSYNC引脚相连，进行行同步；主控制单元DCMI接口的PCLK引脚与摄像头单元的PIXCLK引脚相连，同步像素时钟；主控制单元的PB4和PB3引脚分别对应于摄像头单元的SDK和SDA两个引脚相连，负责控制命令数据传输；主控制单元的PC13引脚与摄像头单元的PWDN引脚相连，负责摄像头单元的电源控制；

所述自定义二维码标签(2)具有一个用于快速识别的黑色正方形边框(2-1)，边框(2-1)的实际尺寸为L_0，实际应用中，L_0根据需要可自由选择，保证所有二维码标签边框(2-1)大小相同即可，该边框(2-1)不仅用来快速识别二维码，还用来计算拍摄二维码所得到图像中每个像素点的尺寸；边框(2-1)内部为等距排列且相同大小的黑色和白色正方形编码色块，编码色块的行数和列数要求相同，且每行、每列不少于6个编码色块，不多于10个编码色块；

边框(2-1)和编码色块之间以及各编码色块之间使用相同宽度的白色分割线(2-3)相互隔离；编码色块中位于顶点的四个色块为辅助定位色块，辅助定位色块由三个黑色辅助定位色块(2-4)及一个白色辅助定位色块(2-5)组成，或由一个黑色辅助定位色块(2-4)和三个白色辅助定位色块(2-5)组成，选择数量为一个的辅助定位色块分布在二维码标签的右下角，但并不局限于此，可以根据实际需要自由选择，保证各二维码标签规则统一即可，所述各二维码标签规则是指，所有二维码标签的黑色辅助定位色块(2-4)及白色辅助定位色块(2-5)的排列顺序以及数量相同，并选择两种色块中数量为一个的辅助定位色块设置在所在区域为二维码的右下角；

编码色块中除辅助定位色块外，其余为有效数据色块组(2-2)和数据校验色块组(2-6)，有效数据色块组(2-2)和数据校验色块组(2-6)中最后8个色块为数据校验色块组(2-6)，其余为有效数据色块组(2-2)；有效数据色块组(2-2)和数据校验色块组(2-6)中黑色色块(2-2-1)表示1，白色色块(2-2-2)表示0，这些色块按照从左到右，从上到下的顺序进行二进制编码，黑色色块(2-2-1)与白色色块(2-2-2)的数量和排列顺序由二维码所表达的二进制数值所决定。

2.一种采用权利要求1所述的基于自定义二维码的定位和定向系统的实现方法，其特征在于：首先测量二维码标签中心点的实际坐标(X_0，Y_0)以及二维码标签的方向角度值(A_0)，并存储到主控制单元中，主控制单元中控制程序的主要流程包括：

步骤a-1，通过摄像头单元采集图像数据；

步骤a-2，对步骤a-1得到的图像数据进行二值化处理，得到二值化图像；

步骤a-3，在步骤a-2得到的二值化图像中查找符合自定义的二维码标签(2)外围边框(2-1)规则的正方形边界信息，如果未查找到该边界信息，则判定未找到二维码，返回步骤a-1，如果找到该边界信息，进行下一步操作；

步骤a-4，在步骤a-3中得到的边界信息中，查找二维码的四个辅助定位色块，如果未找到四个辅助定位色块，则判定未找到二维码，返回步骤a-1，否则得到图像中二维码边界上四个顶点A、B、C、D的像素坐标A(x_a，y_a)、B(x_b，y_b)、C(x_c，y_c)、D(x_d，y_d)，并进行下一步操作；

步骤a-5，

计算图像中每个像素的实际尺寸p，计算方法为

p=L_0(y_b-y_a)2+(x_b-x_a)22]]>

计算二维码相对于摄像头的位置偏移量(X_1,Y_1)，计算方法为

X_1=p×(x_a+x_b+x_c+x_d)4Y_1=p×(y_a+y_b+y_c+y_d)4]]>

计算二维码图像相对于整个图像的偏转角A_1，计算方法为

步骤a-6，对步骤a-3得到的边界区域内的二维码图像进行拉伸和旋转操作，得到便于识别的二维码图像；

步骤a-7，对步骤a-6中得到的二维码图像进行数据解码，得到二维码的有效编码和CRC校验值，并对数据进行CRC校验，如果未通过CRC校验，放弃此二维码，返回步骤a-1，否则进行下一步操作；

步骤a-8，读取相应二维码标签所在的实际坐标(X_0，Y_0)和方向角度值(A_0)；

步骤a-9，通过二维坐标转换，计算得到摄像头单元的实际坐标(X_2，Y_2)，计算方法为

X_2=X_0-X_1×cosA_1-Y_1×sinA_1Y_2=Y_0+X_1×sinA_1-Y_1×cosA_1]]>

计算得到摄像头单元的实际角度值A_2，计算方法为

A₂＝A₀-A₁

通过以上步骤，最终得到摄像头单元的实际坐标(X_2，Y_2)以及实际方向角A_2。