二维码原理及应用

2020/3/161二维码原理及应用2-DimensionalBarCode2020/3/162二维码概念介绍二维码原理介绍二维QR码特点二维码现实应用二维条形码识别2020/3/163194019501960197019801949年美国乔·伍德兰德、伯尼·西尔沃发明了第一个条形码专利。60年代西尔沃尼亚发明一套条形码系统并在北美铁路系统成功应用。1959年吉拉德·费伊塞尔申请了用条形码表示数字的专利。1988年中国成立了中国物品编码中心。199070年代UPC码（UniversalProductCode）在北美超市得到广泛应用。1997、2000年确定了国家标准。20世纪20年代约翰·科芒德实现邮政单据自动分检方法。20001920一、条形码简史2020/3/164二维码，又称二维条码，最早起源于日本，原本是DensoWave公司为了追踪汽车零部件而设计的一种条码。它是用特定的几何图形按一定规律在二维平面上分布的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙。在现代商业活动中，可实现的应用十分广泛。1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。2.一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的条、空及其相应的字符(数字字母)组成的标记，即传统条码。3.二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空相间的图形来记录数据符号信息。二维码简介2020/3/165二、二维码原理1矩阵式二维码行排式二维码22020/3/166矩阵式二维码（又称棋盘式二维码）是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。右图是国内常用的矩阵式二维码实例，手机正常扫描后会跳出高可靠性的信息：在矩阵元素位置上，出现方点、圆点或其他形状点表示二进制“1”，不出现点表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维码所代表的意义。矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。具有代表性的矩阵式二维码有：CodeOne、MaxiCode、QRCode、DataMatrix等。图21*21的矩阵中，黑白的区域在QR（QuickResponse）码规范中被指定为固定的位置，称为寻像图形和定位图形。寻像图形和定位图形用来帮助解码程序确定图形中具体符号的坐标。黄色的区域用来保存被编码的数据内容以及纠错信息码。蓝色的区域，用来标识纠错的级别（也就是LevelL到LevelH)和所谓的Maskpattern,这个区域被称为“格式化信息”。二、矩阵式二维码2020/3/167行排式二维码(又称：堆积式二维码或层排式二维码)，其编码原理是建立在一维码基础之上，按需要堆积成二行或多行。它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点，识读设备与条码印刷与一维码技术兼容，但由于行数的增加，需要对行进行判定、其译码算法与软件也不完全相同于一维码。有代表性的行排式二维码有CODE49CODE16K1PDF4171.1行排式二维码2020/3/1681.1常见二维码条码QR码2020/3/169项目条码类型信息密度与信息容量错误校验及纠错正能力垂直方向是否携带信息用途对数据库和通讯网络的依赖识读设备一维条码信息密度低，信息容量较小可通过校验字符进行错误校验，没有错纠能力不携带信息对物品的标识多数应用场合依赖数据库及通讯网络可用线扫描器识读，如光笔、线阵CCD、激光枪等二维条码信息密度高，信息容量大具有错误校验和纠错能力，可根据需求设置不同的纠错级别携带信息对物品的描述可不依赖数据库及通讯网络而单独应用对于行排式二维条码可用线扫描器的多次扫描识读；对于矩阵式二维条码仅能用图像扫描器识读1.1二维条码与一维条码比较2020/3/1610（1）可靠性强条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个字符才会出现一个错误。（2）效率高条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。（3）成本低与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。（4）易于制作条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。三、二维条码特点2020/3/16111.1二维条码特点（5）构造简单条形码识别设备的构造简单，使用方便。（6）灵活实用条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。（7）高密度二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度，而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真正实现了用条码对信息的直接描述。（8）纠错功能二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。2020/3/16121.1二维条码特点（9）多语言形式，可表示图像二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码的形式表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字的条码。（10）具有加密机制可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复所表示的信息。除此之外二维码还具有可表示信息量密度高、尺寸大小比例可变、可以使用激光或CCD阅读器方便识读等众多优点。2020/3/1613QRCode是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码，它具有以下特点：1.高密度编码，信息容量大：可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。2.编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。3.容错能力强，具有纠错功能：这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。4.译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。5.可引入加密措施：保密性、防伪性好。6.成本低，易制作，持久耐用。7.条码符号形状、尺寸大小比例可变。8.二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读,QRCode具有全方位（360°）识读特点。9.能够有效地表示中国汉字1.1QR码2020/3/1614空白区位置探测图形定位图形位置探测图形分隔符校正图形功能图形数据和纠错码字符号格式信息版本信息编码区格式1.1QR码版本7结构图2020/3/1615码制QRCodeDataMartixPDF417符号结构研制公司DensoCorpMatrixInc.Symbol码制分类矩阵式行排式识读速度30个/秒2-3个/秒3个/秒识读方向全方位（360°）±10°识读方法深色/浅色模块判别条空宽度尺寸判别汉字表示13bit16bit16bit1.1三种常见二维码性能比较2020/3/16161.1数据密度比较实例：80个字符组成的信息:1234567890-123456720-123456-30-234567-40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80QRcode(M)X=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm8.2mmsq.11.5mmsq.16.5mmsq.PDF417(level3)X=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm34.2mm亊15mm47.9mm亊21mm68.5mm亊30mmDataMatrixX=0.25mmX=0.35mmX=0.5mm8.0mmsq.11.2mmsq.16.0mmsq.2020/3/16171.1数据密度比较300个字符或数字被编进这样大小的QR码里面同样的数据只有条码空间的1/11的大小2020/3/16181.信息获取（名片、地图、WIFI密码、资料）2.网站跳转（跳转到微博、手机网站、网站）3.广告推送（用户扫码，直接浏览商家推送的广告）4.手机电商（用户扫码、手机直接购物下单）5.优惠促销（用户扫码，下载电子优惠券，抽奖）6.会员管理（用户手机上获取会员信息、VIP服务）四、二维码应用2020/3/1619资讯沟通娱乐图片、铃声下载移动博客移动相册新闻游戏下载音乐、影音下载移动空间移动名片打折优惠位置服务............1.1二维码手机端2020/3/16202012年腾讯QQ同时在线用户数突破一亿七千万。微信是由腾讯公司开发，发展比较迅速的新媒体通讯社交平台，截止2013年用户已经达到了3.5亿。1.1应用案例一（交友聊天）2020/3/1621火车票实名制是指乘客在购买火车票和乘坐火车时，需要登记、核查个人的真实姓名和身份的一种制度。对预防、减少和打击铁路沿线上的各种犯罪行为、保障乘客的人身安全、加强乘车管理都有一定的作用。1.1应用案例二（票务销售）2020/3/1622将蔬菜、肉类、奶类等的生产厂家、生产日期、出厂日期、物流等信息生成二维码，贴在包装袋上。消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑码号发短信，即可随时随地查询产品源信息与质量认证等信息等，并可及时举报虚假、错误信息。1.1应用案例三（食品追溯）2020/3/1623将网址、以及下载地址生成二维码。手机解码后，即可快速联网，减少输入网址的麻烦。1.1应用案例四（网站解析）2020/3/1624HomePlus日前在韩国的地铁站内推出了一种新型的电子虚拟超市。顾客在地铁站内可像逛实体超市一样浏览各种商品，然后使用手机二维码扫描应用拍下所选择商品，并通过手机在网上进行结算，超市就会将所购产品按时送到用户的家中。1.1应用案例五（超市购物）2020/3/1625用户在手机终端上安装二维码识别软件，通过手机扫描产品上的二维码或将产品上的二维码码编号用短信方式发送到防伪系统平台后，即可获知产品真伪信息的服务，该方式操作更为方便、快捷。1.1应用案例六（防伪查询）2020/3/1626二维条码的阅读设备依阅读原理的不同可分为：（1）线性CCD和线性图像式阅读器（2）带光栅的激光阅读器（3）图像式阅读器二维条码的识读设备依工作方式的不同分为：手持式：即二维码扫描枪。可以扫描PDF417、QR码、DM码二维码的条码扫描枪。固定式：即二维码读取器，台式，非手持，放在桌子上或固定在终端设备里，比如SUMLUNG的SL-QC15S等等。五、二维码识别2020/3/1627从识读一个QR码符号到输出数据字符的译码步骤是编码程序的逆过程。1、定位并获取符号图像。2、识读格式信息3、识读版本信息，确定符号的版本。4、用掩模图形掩模图形参考已经从格式信息中得出对编码区的位图进行异或处理消除掩模。5、根据模块排列规则，识读符号字符，恢复信息的数据与纠错码字。6、用与纠错级别信息相对应的纠错码字检测错误。7、根据模式指示符和字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。8、最后，按照使用的模式译码得出数据字符并输出结果。1.1二维码识别2020/3/1628空白区位置探测图形定位图形位置探测图形分隔符校正图形功能图形数据和纠错码字符号格式信息版本信息编码区格式1.1QR码版本7结构图2020/3/1629条码定位条码分割解码通过图像的采集设备，我们得到含有条码的图像，此后主要经过条码定位、分割和解码三个步骤实现条码的识别（以矩阵式条码为例）1.1二维码识别2020/3/1630条码的定位是实现条码识别的基础，在一幅图像中如果找不到待识别的条码，后面的工作就无法完成。条码的定位就是找到条码符号的图像区域，对有明显条码特征的区域进行定位。然后根据不同条码的定位图形结构特征对不同的条码符号进行下一步的处理。条码定位2020/3/1631实现条码的定位采用以下步骤：（1）利用点运算的阈值理论将采集到的图象变为二值图像，即对图像进行二值化处理；（2）得到二值化图像后，对其进行膨胀运算；（3