二維碼技術(shù)的研究發(fā)展與現(xiàn)狀

1、走進(jìn)二維碼引 言 二維碼，顧名思義是相對(duì)一維碼而言的，它們同屬于條形碼家族。一維碼即是我們超市、商場(chǎng)中看見(jiàn)商品上所印的條形碼。被稱為“計(jì)算機(jī)文化”的條碼技術(shù)起源于上世紀(jì)40年代，應(yīng)用于70年代、普及于80年代，是一種可印刷的的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，利用不同的標(biāo)記可存儲(chǔ)信息。二維碼簡(jiǎn)介 作為常見(jiàn)的一維碼為人們所熟悉，它是由一組粗細(xì)不同、黑白相間的線條、空白所組成的標(biāo)記，用以表示一定的信息。二維碼與其相似，它是利用某種特定的幾何圖形按一定的分布規(guī)則在二維方向上排列的黑白相間的圖形進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)信息。二維碼同一維條碼一樣具有不同的碼制標(biāo)準(zhǔn)，每種碼制都有不同的編碼規(guī)則。二維條碼符號(hào)中的每個(gè)字符信息占一定寬度，具有

2、特定的字符集，較強(qiáng)的校驗(yàn)糾錯(cuò)功能、信息識(shí)別功能及圖像處理功能等。二維條碼具有信息容量大、密度高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、編碼范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以引入校驗(yàn)糾錯(cuò)碼，具有檢測(cè)錯(cuò)誤和恢復(fù)刪除錯(cuò)誤的能力。二維碼除了表示基本的英文、漢字、數(shù)字信息外，還可以存儲(chǔ)聲音、指紋、照片及圖像等各種信息。二維條碼技術(shù)大大降低了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴，依靠條碼標(biāo)簽本身就可以起到數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)及通信的作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代條碼技術(shù)應(yīng)用中的一門新興技術(shù)。二維碼的研究發(fā)展 上世紀(jì)80年代末，美國(guó)、日本等國(guó)家的企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始進(jìn)行二維碼的研究，1989年美國(guó)國(guó)際資料公司發(fā)明了Data Matrix，原名為Data Code；

3、PDF417碼為1991年留美華人王寅敬(音)博士發(fā)明并由訊寶(Symbol)公司制定完成；1992年美國(guó)知名的UPS(United Parcel Service)快遞公司推出了UPS碼，即Maxicode二維碼的前身；1994年，日本Denso公司發(fā)明了QR(Quick Response Code)；2009年微軟推出的一種新的二維碼“Microsoft Tag”，增加了色彩維度，因此又稱為彩色條碼。二維碼標(biāo)準(zhǔn)化的國(guó)外研究機(jī)構(gòu)主要有國(guó)際自動(dòng)識(shí)別制造商協(xié)會(huì)(AIMI)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ANSI)以及新成立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國(guó)際電工委員會(huì)第一聯(lián)合委員會(huì)的條碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)委員會(huì)(ISO/IEC/J

4、TCI/SC31)，其中AIMI與ANSI已經(jīng)完成了PDF417、QR Code、Code One、Code16K、Code49等碼制的符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，條碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)委員會(huì)(ISO/IEC/JTCI/SC31)已經(jīng)制定了包括QR碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 18004:2006、PDF417碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 15438:2006、Data Matrix的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 16022:2006等二維碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且不斷的完善。 我國(guó)對(duì)二維碼的研究是從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始的，最初是由中國(guó)物品編碼中心對(duì)幾種常用的二維碼PDF417、QR Code、Code One、Code16K、Co

5、de49的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行翻譯和跟蹤研究。2003年上海龍貝信息科技推出了龍貝二維矩陣，2005年中國(guó)編碼中心完成了漢信碼的研發(fā)，深圳矽感科技公司分別于2002年和2003年研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CM二維碼和GM二維碼。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局制定了相關(guān)的二維碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，二維碼網(wǎng)格矩陣碼（SJ/T 11349-2006）和二維碼緊密矩陣碼（SJ/T 11350-2006）。二維碼的分類 如果按照結(jié)構(gòu)、編碼和讀取方式的不同來(lái)分類，可分為堆疊式二維碼（又稱:行排式二維條碼或堆積式二維條碼或?qū)优攀蕉S條碼)和矩陣式二維碼(又稱棋盤式二維條碼)兩類：(1) 堆疊式二維碼l PDF417 l Code49 l Co

6、de16K l Ultracode(2) 矩陣式二維碼l QR碼 l Code One l Aztec l Data Matrix l Maxicode l 龍貝碼 l 矽感網(wǎng)格矩陣（GM） l 矽感緊密矩陣（CM） l 漢信碼 a.國(guó)外二維碼主要類型漢信碼GM碼CM碼龍貝碼 b.國(guó)內(nèi)技術(shù)的二維碼主要類型PDF417碼PDF417條碼是堆疊式二維碼的代表，是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實(shí)現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動(dòng)存儲(chǔ)、攜帶并可用機(jī)器自動(dòng)識(shí)讀的理想手段。PDF是取英文Portable Data File三個(gè)單詞的首字母的縮寫，意為“便攜數(shù)據(jù)文件”。因?yàn)榻M成條碼的每一符號(hào)

7、字符都是由4個(gè)條和4個(gè)空構(gòu)成，如果將組成條碼的最窄條或空稱為一個(gè)模塊，則上述的4個(gè)條和4個(gè)空的總模塊數(shù)一定為17，所以稱417碼或PDF417碼。 一個(gè)PDF417條碼最多可容納1850個(gè)字符或1108個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如果只表示數(shù)字則可容納2710個(gè)數(shù)字。PDF417的糾錯(cuò)能力分為9級(jí)，級(jí)別越高，糾正能力越強(qiáng)。由于這種糾錯(cuò)功能，使得污損的417條碼也可以正確讀出。我國(guó)目前已制定了PDF417碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)-PDF417二維條碼已列為95期間的國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。97年12月PDF417條碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)四一七條碼已經(jīng)正式頒布。PDF417條碼信息容量大、編碼范圍廣、譯碼可靠性高、修正錯(cuò)誤能

8、力強(qiáng)、易制作且成本低等特點(diǎn)。QR碼QR來(lái)自英文“Quick Response”的縮寫，即快速反應(yīng)的意思，源自發(fā)明者希望QR碼可讓其內(nèi)容快速被解碼。根據(jù)Denso Wave公司的網(wǎng)站數(shù)據(jù)，QR碼是屬于開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)，QR碼的規(guī)格公開(kāi)，雖由Denso Wave公司持有的專利權(quán)益，但不會(huì)被運(yùn)行。QR碼最常見(jiàn)于日本，并為目前日本最流行的二維空間條碼。QR碼比普通條碼可存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，亦無(wú)需像普通條碼般在掃描時(shí)需直線對(duì)準(zhǔn)掃描儀。QR碼呈正方形，只有黑白兩色。在3個(gè)角落，印有較小，像“回”字的的正方圖案。這3個(gè)是幫助解碼軟件定位的圖案，用戶不需要對(duì)準(zhǔn)，無(wú)論以任何角度掃描，數(shù)據(jù)仍可正確被讀取。符號(hào)規(guī)格21

9、15;21模塊（版本1）-177×177 模塊（版本40）(每一規(guī)格：每邊增加4個(gè)模塊)。數(shù)據(jù)表示方法 深色模塊表示二進(jìn)制“1”，淺色模塊表示二進(jìn)制“0”。除了標(biāo)準(zhǔn)的QR碼之外，也存在一種稱為“微型QR碼”的格式，是QR碼標(biāo)準(zhǔn)的縮小版本，主要是為了無(wú)法處理較大型掃描的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。微型QR碼同樣有多種標(biāo)準(zhǔn)，最高可存儲(chǔ)35個(gè)字符。QR code有容錯(cuò)能力，QR碼圖形如果有破損，仍然可以被機(jī)器讀取內(nèi)容，最高可以到7%30%面積破損仍可被讀取。所以 QR code 可以被廣泛使用在運(yùn)輸外箱上。相對(duì)的，容錯(cuò)%愈高， QR code 圖形面積愈大。所以一般折衷使用15%容錯(cuò)能力。二維碼的解碼技術(shù)

10、 二維碼解碼是二維碼應(yīng)用中非常關(guān)鍵的技術(shù)，目前二維碼的識(shí)別方法主要分為三類：線性CCD和線性圖像式、帶光柵的激光閱讀器和圖像式。前面兩類主要用于一維碼以及堆疊式二維碼的識(shí)別，優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，但是通常識(shí)別過(guò)程復(fù)雜，并且只能識(shí)別堆疊式二維碼。圖像式識(shí)讀方法結(jié)合了圖像識(shí)別技術(shù)與二維碼技術(shù)，具有更好的通用性，但是增加了識(shí)別算法的復(fù)雜度。圖像式二維碼解碼技術(shù)主要分為圖像采集技術(shù)和基于圖像處理的二維碼解碼算法兩個(gè)?；趫D像采集技術(shù)的二維碼解碼技術(shù)，國(guó)內(nèi)天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)基于FPGA和DSP結(jié)構(gòu)的嵌入式二維碼圖像識(shí)別系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案作了討論，主要介紹了包括CMOS圖像

11、傳感器，F(xiàn)PGA，DSP，SDRAM，F(xiàn)LASH，RS-232等硬件在內(nèi)的各個(gè)工作模塊的功能實(shí)現(xiàn)，并在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了二維碼圖片的識(shí)讀，驗(yàn)證了平臺(tái)設(shè)計(jì)的正確性、可靠性。該系統(tǒng)具有通用性強(qiáng)，編程靈活，很適合模塊化應(yīng)用的特點(diǎn)。基于圖像處理的二維碼解碼是目前最常用的的一種解碼算法，大體上可以分為五個(gè)步驟：圖像預(yù)處理、定位與校正、讀取數(shù)據(jù)、糾錯(cuò)以及譯碼。在目前流行的各種二維碼中都得到了廣泛的應(yīng)用，比如最常用的QR Code、Data Matrix 碼的識(shí)別。隨著科學(xué)的發(fā)展和研究人員不斷的深入探索，各種嶄新的不同角度的識(shí)別方法也在不斷的誕生。國(guó)內(nèi)廈門大學(xué)研究者提出了基于三維透視變換的圓柱面二維碼碼識(shí)別方法

12、。傳統(tǒng)的QR碼識(shí)別算法只適用于打印在平面上的條碼，提出了一種有效識(shí)別打印在飲料瓶等圓柱面上的QR碼。通過(guò)對(duì)圖像輪廓進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)確定回字定位圖形，在此基礎(chǔ)上篩選條碼關(guān)鍵輪廓并對(duì)其進(jìn)行霍夫變換提取圓柱面上的透視橢圓信息，同時(shí)結(jié)合透視橢圓的參數(shù)和三維透視變換，有效構(gòu)建了圓柱面條碼像素從二維圖像平面直接映射到三維圖像空間的變換矩陣，重構(gòu)打印在平面或圓柱面上的QR碼目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法對(duì)平面或圓柱面QR條碼的識(shí)別有較高的準(zhǔn)確率。國(guó)內(nèi)南京理工大學(xué)研究者提出了基于投影算法的二維條碼識(shí)別算法，并以PDF417條碼為例研究了二維條碼的分割和識(shí)別算法。首先根據(jù)Hough變換定位出圖像上的條碼，并利用雙線性插

13、值將條碼旋至水平然，后再在條碼中定位單個(gè)碼字符號(hào)的圖像最，后利用投影算法識(shí)別出單個(gè)碼字符號(hào)。文中提出的投影算法能有效地去除幾種常見(jiàn)的圖像噪音對(duì)條碼識(shí)別的影響，提高了條碼的識(shí)別率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分表明此算法具有良好的性能，滿足了實(shí)際使用的要求。另外，還有相關(guān)學(xué)者提出了一種基于相關(guān)匹配法的二維碼識(shí)別方法?；谇鏀M合的改進(jìn)自適應(yīng)閾值法分割圖像，采用Hough 變換和控制點(diǎn)變換方法校正圖像的幾何失真變形，利用模板對(duì)二維碼進(jìn)行相關(guān)匹配，對(duì)相干系數(shù)閾值處理得出取樣網(wǎng)格。實(shí)驗(yàn)表明算法能有效提高QR 碼識(shí)別效率和效果。在今后的發(fā)展中，二維碼的識(shí)別技術(shù)會(huì)有更大的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)在更復(fù)雜的背景下實(shí)現(xiàn)二維碼的識(shí)別解碼，追求

14、速度更快，結(jié)果更精確。二維碼的應(yīng)用二維碼的移動(dòng)應(yīng)用前景廣闊，魅力無(wú)限。除了在物流、金融等商務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用外，也越來(lái)越多的走進(jìn)了普通老百姓。而對(duì)于一般的用戶而言，目前最主要的就是二維碼在手機(jī)上的應(yīng)用。只要你擁有一款30萬(wàn)像素的照相手機(jī)，上網(wǎng)下載適配你機(jī)型的識(shí)別軟件，你的手機(jī)就可以充當(dāng)一個(gè)二維碼掃描器的角色。而通常這些識(shí)別軟件都是免費(fèi)的，你只需要支付上網(wǎng)費(fèi)用即可。1. 足不出戶，輕松購(gòu)票?？措娪邦A(yù)告也許會(huì)注意到這個(gè)詞：“手機(jī)拍碼”。是的，這就是二維碼的一個(gè)移動(dòng)應(yīng)用。買到的“二維碼”電子票雖小，但其中包含了極為豐富的信息：日期、場(chǎng)次、時(shí)間、座號(hào)、票價(jià)及介紹，應(yīng)有盡有，而且也免卻了排隊(duì)的煩惱。2. 跨媒體服務(wù)通過(guò)手機(jī)對(duì)著報(bào)紙上的二維碼一“照”，便可輕松獲得報(bào)紙上的新聞。目前，國(guó)內(nèi)，不僅有部分報(bào)紙和雜志推出這樣的業(yè)務(wù)，更有電視媒體可直接在屏幕下方進(jìn)行掃描，快速便捷。3. 涉足證件領(lǐng)域 通過(guò)對(duì)出入人員身份證的