二維碼原理及應用

1、2021-11-41二維碼原理及應用二維碼原理及應用2-Dimensional Bar Code2021-11-42二維碼概念介紹二維碼原理介紹二維QR碼特點二維碼現(xiàn)實應用二維條形碼識別2021-11-43194019501960197019801949年美國喬伍德蘭德 、伯尼西爾沃發(fā)明了第一個條形碼專利。60年代 西爾沃尼亞發(fā)明一套條形碼系統(tǒng)并在北美鐵路系統(tǒng)成功應用。1959年 吉拉德費伊塞爾申請了用條形碼表示數(shù)字的專利。1988年 中國成立了中國物品編碼中心。199070年代 UPC 碼（Universal Product Code） 在北美超市得到廣泛應用。 1997、2000年確定了國

2、家標準。20世紀20年代 約翰科芒德實現(xiàn)郵政單據(jù)自動分檢方法。200019202021-11-44 二維碼，又稱二維條碼，最早起源于日本，原本是Denso Wave公司為了追蹤汽車零部件而設計的一種條碼。它是用特定的幾何圖形按一定規(guī)律在二維平面上分布的黑白相間的圖形，是所有信息數(shù)據(jù)的一把鑰匙。在現(xiàn)代商業(yè)活動中，可實現(xiàn)的應用十分廣泛。 v 1.條形碼(barcode)是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。v 2.一維條碼是由一組粗細不同、黑白(或彩色)相間的條、空及其相應的字符(數(shù)字字母)組成的標記，即傳統(tǒng)條碼。v 3.二維條碼是用某種特定的幾何圖形

3、按一定規(guī)律在平面(二維方向)上分布的條、空相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)符號信息。2021-11-451矩陣式二維碼矩陣式二維碼行排式二維碼行排式二維碼22021-11-46矩陣式二維碼（又稱棋盤式二維碼）是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。右圖是國內(nèi)常用的矩陣式二維碼實例，手機正常掃描后會跳出高可靠性的信息：在矩陣元素位置上，出現(xiàn)方點、圓點或其他形狀點表示二進 制“1”，不出現(xiàn)點表示二進制的“0”，點的排列組合確定了矩陣式 二維碼所代表的意義。矩陣式二維碼是建立在計算機圖像處理技 術、組合編碼原理等基礎上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼 制。具有代表性的矩陣式二維碼有：Code

4、One、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。圖21*21的矩陣中，黑白的區(qū)域在QR（Quick Response）碼規(guī)范中被指定為固定的位置，稱為尋像圖形和定位圖形。尋像圖形和定位圖形用來幫助解碼程序確定圖形中具體符號的坐標。黃色的區(qū)域用來保存被編碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及糾錯信息碼。藍色的區(qū)域，用來標識糾錯的級別（也就是Level L到Level H)和所謂的Mask pattern,這個區(qū)域被稱為“格式化信息”。2021-11-47v行排式二維碼(又稱：堆積式二維碼或層排式二維碼)，其編碼原理是建立在一維碼基礎之上，按需要堆積成二行或多行。v它在編碼設計、校驗原理、識讀方

5、式等方面繼承了一維碼的一些特點，識讀設備與條碼印刷與一維碼技術兼容，但由于行數(shù)的增加，需要對行進行判定、其譯碼算法與軟件也不完全相同于一維碼。 有代表性的行排式二維碼有CODE49 CODE16K 1 PDF4172021-11-48QR 碼碼 2021-11-49 項目項目條碼類型條碼類型信息密信息密度與信度與信息容量息容量錯誤校驗錯誤校驗及糾錯正及糾錯正能力能力垂直方向是垂直方向是否攜帶信息否攜帶信息用途用途對數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫和通訊網(wǎng)和通訊網(wǎng)絡的依賴絡的依賴識讀設備識讀設備一維條碼一維條碼信息密信息密度低，度低，信息容信息容量較小量較小可通過?？赏ㄟ^校驗字符進驗字符進行錯誤校行錯誤校驗，沒有

6、驗，沒有錯糾能力錯糾能力不攜帶信息不攜帶信息對物品對物品的標識的標識多數(shù)應用多數(shù)應用場合依賴場合依賴數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫及通訊網(wǎng)絡通訊網(wǎng)絡可用線掃描可用線掃描器識讀，如器識讀，如光筆、線陣光筆、線陣CCDCCD、激光槍、激光槍等等二維條碼二維條碼信息密信息密度高，度高，信息容信息容量大量大具有錯誤具有錯誤校驗和糾校驗和糾錯能力，錯能力，可根據(jù)需可根據(jù)需求設置不求設置不同的糾錯同的糾錯級別級別攜帶信息攜帶信息對物品對物品的描述的描述可不依賴可不依賴數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫及通訊網(wǎng)絡通訊網(wǎng)絡而單獨應而單獨應用用對于行排式二對于行排式二維條碼可用線維條碼可用線掃描器的多次掃描器的多次掃描識讀；對掃描識讀；對于矩陣式

7、二維于矩陣式二維條碼僅能用圖條碼僅能用圖像掃描器識讀像掃描器識讀2021-11-410（1）可靠性強 條形碼的讀取準確率遠遠超過人工記錄，平均每15000個字符才會出現(xiàn)一個錯誤。（2）效率高 條形碼的讀取速度很快，相當于每秒40個字符。（3）成本低 與其它自動化識別技術相比較，條形碼技術僅僅需要一小張貼紙和相對構造簡單的光學掃描儀，成本相當?shù)土＃?）易于制作 條形碼制作：條形碼的編寫很簡單，制作也僅僅需要印刷，被稱作為“可印刷的計算機語言”。2021-11-411（5）構造簡單 條形碼識別設備的構造簡單，使用方便。（6）靈活實用 條形碼符號可以手工鍵盤輸入，也可以和有關設備組成識別系統(tǒng)實現(xiàn)自

8、動化識別，還可和其他控制設備聯(lián)系起來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化管理。 （7）高密度 二維條碼通過利用垂直方向的堆積來提高條碼的信息密度，而且采用高密度圖形表示，因此不需事先建立數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了用條碼對信息的直接描述。（8）糾錯功能 二維條形碼不僅能防止錯誤，而且能糾正錯誤，即使條形碼部分損壞，也能將正確的信息還原出來。2021-11-412（9）多語言形式，可表示圖像 二維條碼具有字節(jié)表示模式，即提供了一種表示字節(jié)流的機制。不論何種語言文字它們在計算機中存儲時以機內(nèi)碼的形式表現(xiàn)，而內(nèi)部碼都是字節(jié)碼，可識別多種語言文字的條碼。（10）具有加密機制 可以先用一定的加密算法將信息加密，再用二維條碼表示。

9、在識別二維條碼時，再加以一定的解密算法，便可以恢復所表示的信息。 除此之外二維碼還具有可表示信息量密度高、尺寸大小比例可變、可以使用激光或CCD閱讀器方便識讀等眾多優(yōu)點。2021-11-413 QR Code是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣式二維條碼，它具有以下特點：v1.高密度編碼，信息容量大：可容納多達1850個大寫字母或2710個數(shù)字或1108個字節(jié)，或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。v2.編碼范圍廣：該條碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進行編碼，用條碼表示出來；可以表示多種語言文字；可表示圖像數(shù)據(jù)。v3.容錯能力強，具有糾錯功能：

10、這使得二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以正確得到識讀，損毀面積達50%仍可恢復信息。v4.譯碼可靠性高：它比普通條碼譯碼錯誤率百萬分之二要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。v5.可引入加密措施：保密性、防偽性好。v6.成本低，易制作，持久耐用。v7.條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。v8.二維條碼可以使用激光或CCD閱讀器識讀, QR Code具有全方位（360）識讀特點。v9.能夠有效地表示中國漢字2021-11-414 空白區(qū) 位置探測圖形 定位圖形 位置探測圖形 分 隔符 校正圖形 功能 圖形 數(shù)據(jù)和糾錯碼字 符號 格式信息 版本信息 編碼區(qū) 格式 2021-11-415碼制碼制

11、QR CodeData MartixPDF 417符號結構符號結構研制公司研制公司Denso CorpMatrix Inc.Symbol 碼制分類碼制分類矩陣式行排式識讀速度識讀速度30個/秒2-3個/秒3個/秒識讀方向識讀方向全方位（360）10識讀方法識讀方法深色/淺色模塊判別條空寬度尺寸判別漢字表示漢字表示13bit16bit16bit2021-11-416實例：實例：8080個字符組成的信息個字符組成的信息: : 1234567890-123456720-123456-30-234567-40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80 QR cod

12、e QR code (M) X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 8.2mm sq. 11.5mm sq. 16.5mm sq. PDF417 PDF417 (level 3) X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 34.2mm亊15mm 47.9mm亊21mm 68.5mm亊30mm Data MatrixData Matrix X=0.25mm X=0.35mm X=0.5mm 8.0mm sq. 11.2mm sq. 16.0mm sq.2021-11-417300 個字符或數(shù)字被編進這樣大小的QR碼里面同樣的數(shù)據(jù)只有條碼空間的1/11的大小2021-11-4

13、181.信息獲?。?、地圖、WIFI密碼、資料）2.網(wǎng)站跳轉（跳轉到微博、手機網(wǎng)站、網(wǎng)站）3.廣告推送（用戶掃碼，直接瀏覽商家推送的廣告）4.手機電商（用戶掃碼、手機直接購物下單）5.優(yōu)惠促銷（用戶掃碼，下載電子優(yōu)惠券，抽獎）6.會員管理（用戶手機上獲取會員信息、VIP服務）2021-11-419資訊溝通娛樂圖片、鈴聲下載移動博客移動相冊新聞游戲下載音樂、影音下載移動空間移動名片打折優(yōu)惠位置服務 . . . . . . . . . . . .2021-11-420v2012年騰訊QQ同時在線用戶數(shù)突破一億七千萬。v微信是由騰訊公司開發(fā)，發(fā)展比較迅速的新媒體通訊社交平臺，截止2013年用戶已經(jīng)

14、達到了3.5億。2021-11-421v 火車票實名制是指乘客在購買火車票和乘坐火車時，需要登記、核查個人的真實姓名和身份的一種制度。對預防、減少和打擊鐵路沿線上的各種犯罪行為、保障乘客的人身安全、加強乘車管理都有一定的作用。2021-11-422v將蔬菜、肉類、奶類等的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、出廠日期、物流等信息生成二維碼，貼在包裝袋上。v消費者購買產(chǎn)品時，只需手機掃碼或編輯碼號發(fā)短信，即可隨時隨地查詢產(chǎn)品源信息與質量認證等信息等，并可及時舉報虛假、錯誤信息。 2021-11-423v將網(wǎng)址、以及下載地址生成二維碼。手機解碼后，即可快速聯(lián)網(wǎng)，減少輸入網(wǎng)址的麻煩。2021-11-424vHome

15、Plus 日前在韓國的地鐵站內(nèi)推出了一種新型的電子虛擬超市。顧客在地鐵站內(nèi)可像逛實體超市一樣瀏覽各種商品，然后使用手機二維碼掃描應用拍下所選擇商品，并通過手機在網(wǎng)上進行結算，超市就會將所購產(chǎn)品按時送到用戶的家中。2021-11-425v用戶在手機終端上安裝二維碼識別軟件，通過手機掃描產(chǎn)品上的二維碼或將產(chǎn)品上的二維碼碼編號用短信方式發(fā)送到防偽系統(tǒng)平臺后，即可獲知產(chǎn)品真?zhèn)涡畔⒌姆?，該方式操作更為方便、快捷?021-11-426v二維條碼的閱讀設備依閱讀原理閱讀原理的不同可分為：（1） 線性CCD和線性圖像式閱讀器（2） 帶光柵的激光閱讀器（3） 圖像式閱讀器v二維條碼的識讀設備依工作方式工作方

16、式的不同分為：手持式：即二維碼掃描槍?？梢話呙鑀DF417、QR碼、DM碼二維碼的條碼掃描槍。固定式：即二維碼讀取器，臺式，非手持，放在桌子上或固定在終端設備里，比如SUMLUNG的SL-QC15S等等。2021-11-427從識讀一個QR碼符號到輸出數(shù)據(jù)字符的譯碼步驟是編碼程序的逆過程。v1、定位并獲取符號圖像。v2、識讀格式信息v3、識讀版本信息，確定符號的版本。v4、用掩模圖形掩模圖形參考已經(jīng)從格式信息中得出對編碼區(qū)的位圖進行異或處理消除掩模。v5、根據(jù)模塊排列規(guī)則，識讀符號字符，恢復信息的數(shù)據(jù)與糾錯碼字。v6、用與糾錯級別信息相對應的糾錯碼字檢測錯誤。v7、根據(jù)模式指示符和字符計數(shù)指示

17、符將數(shù)據(jù)碼字劃分成多個部分。v8、最后，按照使用的模式譯碼得出數(shù)據(jù)字符并輸出結果。2021-11-428 空白區(qū) 位置探測圖形 定位圖形 位置探測圖形 分 隔符 校正圖形 功能 圖形 數(shù)據(jù)和糾錯碼字 符號 格式信息 版本信息 編碼區(qū) 格式 2021-11-429條碼定位條碼定位條碼分割條碼分割解碼解碼 通過圖像的采集設備，我們得到含有條碼的圖像，此后主要經(jīng)過條碼定位、分割和解碼三個步驟實現(xiàn)條碼的識別（以矩陣式條碼為例）2021-11-430 條碼的定位是實現(xiàn)條碼識別的基礎，在一幅圖像中如果找不到待識別的條碼，后面的工作就無法完成。 條碼的定位就是找到條碼符號的圖像區(qū)域，對有明顯條碼特征的區(qū)域進

18、行定位。然后根據(jù)不同條碼的定位圖形結構特征對不同的條碼符號進行下一步的處理。條碼定位條碼定位2021-11-431 實現(xiàn)條碼的定位采用以下步驟：（1）利用點運算的閾值理論將采集到的圖象變?yōu)槎祱D像， 即對圖像進行二值化處理；（2）得到二值化圖像后，對其進行膨脹運算；（3）對膨脹后的圖象進行邊緣檢測得到條碼區(qū)域的輪廓； 下圖是經(jīng)過上述處理后得到的一系列圖像。 條碼定位條碼定位2021-11-432對圖像進行二值化處理按下式進行： 其中，f(x,y)是點(x,y)處像素的灰度值，T為閾值（自適應門限）。0255y, xgTy, xfTy, xf條碼定位條碼定位2021-11-433（4）確定尋象圖

19、形 （8）構造位圖（5）探測圖形中心坐標（9）得到糾錯等級和掩膜圖形（6）確定兩個距離（7）確定版本號 a.位于左上角、左下角、右上角的三個定位圖形 b.位于符號中央的三個等間距同心圓環(huán)（或稱公牛眼）定位圖形 c.位于左邊和下邊的兩條垂直的實線段 條碼定位條碼定位2021-11-434v步驟一、將原圖像按比例縮小進行分割，計算其特征值。v步驟二、分塊繼承父塊文理類別，結合其周圍紋理類型進 行修正。v步驟三、重復步驟二直至圖像被劃分成2*2大小，分割結束。v步驟四、分割結束后，圖中可能出現(xiàn)的孤立的小區(qū)域可作為噪聲刪除。條碼分割條碼分割2021-11-435 得到一幅標準的條碼圖像后，對該符號進行網(wǎng)格采樣，對網(wǎng)格每一個交點上的圖像像素取樣，并根據(jù)閾值確定是深色塊還是淺色塊。構造一個位圖，用二進制的“1”表示深色像素， “0”表示淺色像素，從而得到條碼的原始二進制序列值，然后對這些數(shù)據(jù)進行糾錯和譯碼，（1）異或處理（XOR）（2）確定符號碼字（3）重新排列碼字序列（4）執(zhí)行錯誤檢測和糾錯譯碼程序 L級：約可糾錯7%的數(shù)據(jù)碼字 M級：約可糾錯15%的數(shù)據(jù)碼字 Q級：約可糾錯25%的數(shù)據(jù)碼字 H級：約可糾錯30%的數(shù)據(jù)碼字最后根據(jù)條碼的邏輯編碼規(guī)則把這些原始的數(shù)據(jù)位流轉換成數(shù)據(jù)碼字。解碼解碼2021-11-