二維碼生成與識(shí)別

第一章QR碼簡(jiǎn)介QR碼是由日本Denso公司與1994年制定出來(lái)的一種矩陣二維碼符號(hào)，它除了具有信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像信息、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有超高速響應(yīng)、全方位識(shí)別等特點(diǎn)。QR碼符號(hào)是由正方形的細(xì)小模塊構(gòu)成，分為功能區(qū)和編碼區(qū)。功能圖形包括位置探測(cè)圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形、格式信息、版本信息等，編碼區(qū)域包括數(shù)據(jù)編碼塊和糾錯(cuò)碼圖形。普通QR碼基本圖形及區(qū)域功能對(duì)照?qǐng)D如圖1.1所示。QR碼的密度標(biāo)識(shí)圖形

圖1.1QR碼基本結(jié)構(gòu)確定QR碼符號(hào)的像素方塊的密度（即一個(gè)像素的大?。?，標(biāo)識(shí)識(shí)別模塊如圖1.2所示。位置探測(cè)圖形

圖1.2QR碼密度標(biāo)識(shí)圖形位置探測(cè)圖形由三個(gè)重疊的同心正方形構(gòu)成，如圖1.3所示。通過(guò)探測(cè)位置探測(cè)圖形可以迅速的從背景圖像中判斷出QR碼符號(hào)的大致位置。圖1.3QR碼探測(cè)圖形QR1.4（c）所示。（a）確定左邊界和上邊界 （b）確定探測(cè)圖形中心 （c）確定第四個(gè)交圖1.4條碼圖像初步定位流程版本信息QR40種規(guī)格，版本121×21模塊，版本225×25模440177塊×177QR碼的版本信息圖形在整個(gè)二維碼圖像中的位置如圖1.5所示，QR40185027101108500糾錯(cuò)碼

圖1.5版本信息圖形QR碼具有“糾錯(cuò)能力”，即使在使用過(guò)程中遇到污損、折疊等現(xiàn)象，也可以自動(dòng)恢復(fù)數(shù)據(jù)。這一“糾錯(cuò)能力”具備四個(gè)級(jí)別，級(jí)別越高，糾錯(cuò)能力越高，但是數(shù)據(jù)量也會(huì)增加，QR1.1所示。1.1糾錯(cuò)碼級(jí)別糾錯(cuò)能力對(duì)照表QR碼的糾錯(cuò)能力L級(jí)別Q級(jí)別H

約7%15%25%30%第二章QR碼編碼規(guī)則介紹ECI2.1所示，該表定義了2.2表2.1模式指示符模式ECI數(shù)字字母數(shù)字8位字節(jié)日本漢字中國(guó)漢字結(jié)構(gòu)鏈接FNCI終止符（信息結(jié)尾）

指示符01110001001001001000110100110101（第一位置）1001（第二位置）00002.2字符計(jì)數(shù)指示符的位數(shù)版本數(shù)字模式字母數(shù)字模式8位字節(jié)模式中國(guó)漢字模式1~91098810~261211161027~4014131612數(shù)字模式編碼實(shí)現(xiàn)10位的二進(jìn)制數(shù)，剩余的一位或者兩位數(shù)據(jù)47指示符。例如輸入數(shù)據(jù)：888999662.1所示。99966轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制888--1101111000999--111110011166--1000010連接序列110111100011111001111000010添加模式指示符和字符計(jì)數(shù)指示符00010000001000110111100011111001111000010字母模式編碼實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)字模式編碼流程字母模式編碼規(guī)則與數(shù)字模式編碼規(guī)則類似2.3符的值相加，所得的結(jié)果轉(zhuǎn)換為位二進(jìn)制數(shù)。字值字值字值表2.3字字母模式編碼轉(zhuǎn)換表字 字值 值值字值字值符符符符符符符符0066C12I18O24U30SP36.421177D13J19P25V31$37/432288E14K20Q26W32%38:443399F15L21R27X33*3944A10G16M22S28Y34+4055B11H17N23T29Z35-41中國(guó)漢字模式編碼實(shí)現(xiàn)GB2312標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的漢字字符為雙字節(jié)表示。QR的漢字編碼模式將16位的轉(zhuǎn)換為13位二進(jìn)制字符序列，提高了編碼效率。編碼具體步驟：0xA6；將（1）0x60；0xA1；將（2）的值加上的值；13位二進(jìn)制。糾錯(cuò)編碼按需要將碼字序列分塊，并根據(jù)糾錯(cuò)等級(jí)和分塊的碼字，產(chǎn)生糾錯(cuò)碼字，并把糾錯(cuò)碼字所羅門糾錯(cuò)算法算出來(lái)，例如：版本10，糾錯(cuò)等級(jí)時(shí)H時(shí)，總共能容納346個(gè)碼字，其中2241/3的碼字時(shí)冗余的。對(duì)于這224個(gè)糾錯(cuò)碼字，它能夠糾正112個(gè)替代錯(cuò)誤（如黑白顛倒）224個(gè)據(jù)讀錯(cuò)誤（無(wú)法讀到或者無(wú)法譯碼）。對(duì)每一塊進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的糾錯(cuò)碼字區(qū)塊，把糾錯(cuò)碼字區(qū)塊按順序構(gòu)成一個(gè)序列，添2.2所示。Zxing簡(jiǎn)介

圖2.2二維碼矩陣構(gòu)造ZxingJava包含了聯(lián)系到其他語(yǔ)言的端口，通常使用Zxing生成相應(yīng)的二維碼碼以及解碼。別設(shè)備進(jìn)行掃描時(shí)，能夠讀出給定的內(nèi)容。Zxing進(jìn)行編碼的步驟主要如下：首先，將所需的Zxing類庫(kù)中的包導(dǎo)入工程；其ZxingQR碼所encode矩陣轉(zhuǎn)化為制定的圖片格式。第三章處理流程及結(jié)果演示處理流程開始讀取已有QR圖像自動(dòng)生成QR圖像Zxing灰度化加噪平滑開始讀取已有QR圖像自動(dòng)生成QR圖像Zxing灰度化加噪平滑預(yù)處理二值化旋轉(zhuǎn)校正畸變校正解碼識(shí)別Zxing界面設(shè)計(jì)結(jié)束界面設(shè)計(jì)

圖3.1二維碼生成及處理流程圖本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)界面如圖3.2所示，界面可實(shí)現(xiàn)功能：打開一幅二維碼圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行預(yù)處理及其結(jié)果演示

圖3.2界面設(shè)計(jì)3.3識(shí)別圖像各自特點(diǎn)施以不同的預(yù)處理手段?；叶然幚?/p>

圖3.3原始QR圖像通常情況下，使用數(shù)碼相機(jī)等攝像設(shè)備獲取的QR間，降低運(yùn)算量。灰度化處理后圖像如圖3.4所示。平滑處理

圖3.4灰度化處理圖像3.5（a）和（b）所示。（a）加噪圖像 （b）平滑圖像圖3.5加噪平滑處理二值化處理標(biāo)準(zhǔn)的二維碼圖像是由黑白兩種小的模塊組合而成的t將圖像的灰度分為兩組此灰度值就是二值化的最佳閾值，二值化處理結(jié)果如圖3.6所示。旋轉(zhuǎn)校正

圖3.6二值化處理3.7在二維碼圖像采集的過(guò)程之中由于拍攝角度的問題會(huì)導(dǎo)致圖像產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)畸變本文采取霍夫變換的方法對(duì)此情況進(jìn)行校正，旋轉(zhuǎn)校正前后的圖像如圖 所示。3.7QR二維碼平滑處理圖3.7原圖（左）以及旋轉(zhuǎn)校正后的圖像（右）在旋轉(zhuǎn)校正之前，需要對(duì)圖像做邊緣檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)使用的邊緣檢測(cè)算子為“canny”算子，“canny3.8所示。canny邊界圖像圖3.8邊緣檢測(cè)采取霍夫變換的方法對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正，主要是在圖像空間和參數(shù)空間建立起一個(gè)“線-點(diǎn)”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每條曲線表示一個(gè)點(diǎn)，Hough變換統(tǒng)計(jì)所有變化的峰值，并標(biāo)記，得到4個(gè)頂點(diǎn)，如圖3.9所示。-300-200-100 0100200300-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80圖3.9Hough空間顯示圖Hough并計(jì)算傾斜角度值θ，最后將圖像中的線線出來(lái)，如圖3.10所示。圖3.10直線標(biāo)識(shí)圖像圖像的坐標(biāo)原點(diǎn)默認(rèn)為平面的左上角，根據(jù)得到的角度值θ，將圖像按照θ角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，便能夠完成對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)校正?；兂C正QRQR3.10所示。QR

圖3.10原圖（左）以及畸變校正后的圖像（右）Zxing完成解碼識(shí)別的Zxing然后，找到ZxingQRQR-CodeReaderdecode方法生成二維條碼所包含信息對(duì)應(yīng)的對(duì)象；最后，讀取出對(duì)象中的信息。結(jié)果展示本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同的QR二維碼圖像進(jìn)行解碼識(shí)別，證明，對(duì)于不同的二維碼圖片，本文的處理效果具有普遍適應(yīng)性，如圖3.11，3.12，3.13，3.14，3.15所示。圖3.11含網(wǎng)址的普通QR碼解碼顯示原始OR困侖：解碼內(nèi)容顯示；Edt吐 hltp／心er.,iin.qq.心mltrlDEw5圖3.12模糊QR碼圖像解碼顯示原始OR圖伐解解碼內(nèi)容顯示'Ihttp扒伲IInqq_c/O砬1r圖3.13帶圖片的QR碼解碼顯示解碼內(nèi)容解碼內(nèi)容顯示；\h蕊斤此對(duì)卻糾