二維碼識別技術原理

主要內容二維條形碼簡介二維條形碼分類二維條形碼識別二維條形碼應用21.條形碼發(fā)展史194019501960197019801949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（UniversalProductCode）

在北美超市得到廣泛應用

1997、2000年確定了國家標準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20001920第一部分：二位條形碼簡介（成天駒）2成天駒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。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。3.二維條碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(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。2.什么是二維條碼？2成天駒3.二維條碼與一維條碼的比較

項目條碼類型信息密度與信息容量錯誤校驗及糾錯正能力垂直方向是否攜帶信息用途對數(shù)據(jù)庫和通訊網(wǎng)絡的依賴識讀設備一維條碼信息密度低，信息容量較小可通過校驗字符進行錯誤校驗，沒有錯糾能力不攜帶信息對物品的標識多數(shù)應用場合依賴數(shù)據(jù)庫及通訊網(wǎng)絡可用線掃描器識讀，如光筆、線陣CCD、激光槍等二維條碼信息密度高，信息容量大具有錯誤校驗和糾錯能力，可根據(jù)需求設置不同的糾錯級別攜帶信息對物品的描述可不依賴數(shù)據(jù)庫及通訊網(wǎng)絡而單獨應用對于行排式二維條碼可用線掃描器的多次掃描識讀；對于矩陣式二維條碼僅能用圖像掃描器識讀2成天駒（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”。4.二維條形碼的優(yōu)點2成天駒（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。2成天駒（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碼的形式表現(xiàn)，而內部碼都是字節(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。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。2成天駒二維條碼通常分為以下二種類型：

(1)行排式二維條碼（2DSTACKEDBARCODE）又稱：堆積式二維條碼或層排式二維條碼，其編碼原理是建立在一維條碼基礎之上，按需要堆積成二行或多行。有代表性的行排式二維條碼有：PDF417、CODE49、CODE16K等。

(2)矩陣式二維條碼（2DMATRIXBARCODE）又稱：棋盤式二維條碼。有代表性的矩陣式二維條碼有：QRCode、DataMatrix、MaxiCode、Codeone等。第二部分：二維碼分類（黑金龍）2黑金龍常用的幾種二維條碼QR碼

2黑金龍

每個碼詞單元(4個條/4個空)共17個模塊90行34列起始符數(shù)據(jù)終止符（1）PDF417條碼符（1）PDF417條碼符2黑金龍每一個PDF417符號由空白區(qū)包圍的一序列層組成。每一層包括：a.左空白區(qū)b.起始符c.左層指示符號字符d.1到30個數(shù)據(jù)符號字符e.右層指示符號字符f.終止符g.右空白區(qū)2黑金龍每一個符號字符包括4個條和4個空，每一個條或空由1-6個模塊組成。在一個符號字符中，4個條和4個空的總模塊數(shù)為17。2黑金龍項

目特

性可編碼字符集全ASCII字符或8位二進制數(shù)據(jù)，可表示漢字類型連續(xù)、多層字符自校驗功能有符號尺寸可變，高度3到90行，寬度90到583個模塊寬度雙向可讀是錯誤糾正碼詞數(shù)2到512個最大數(shù)據(jù)容量（錯誤糾正級別為0時）1850個文本字符或2710個數(shù)字或1108個字節(jié)附加屬性可選擇糾錯級別、可跨行掃描、宏PDF417條碼、全球標記標識符等2.PDF417條碼的特性2黑金龍QRCode是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣式二維條碼，它除具有二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖象多種信息、保密防偽性強等優(yōu)點外，還具有以下特點：（1）超高速識讀QRCode碼的超高速識讀特性，使它適宜應用于工業(yè)自動化生產線管理等領域。（2）全方位識讀QRCode具有全方位（360°）識讀特點。（3）能夠有效地表示中國漢字、日本漢字（2）QRCode條碼2黑金龍QR條碼符號2黑金龍編碼方式:矩陣式二維條碼超高速識讀特性:30個符號/秒(100字符/符號)(較417提高近10倍;417:3個/秒)全方位識讀:360度(417:水平方向10度)具有特定的漢字表示模式:13bit表示一個漢字(較417提高20%;417:16bit(雙字節(jié))/漢字)QR條碼的主要特點2黑金龍數(shù)據(jù)類型與容量：數(shù)字:７０８９個字符；字母：４２９６；漢字：１８１７個字符數(shù)據(jù)表示方法：深色模塊表示二進制１；淺色模塊表示二進制０糾錯能力：Ｌ級（７％）；Ｍ級（１５％）；Ｑ級（２５％）；Ｈ級（３０％）結構連接：最多１６個ＱＲ條碼字符QR條碼的基本特性2黑金龍DataMatrix是一種矩陣式二維條碼。它有兩種類型，即ECC000-140和ECC200。ECC000-140具有幾種不同等級的卷積糾錯功能；而ECC200則使用Reed-Solomon糾錯。（3）DataMatrix條碼

2黑金龍DataMatrix條碼的特性項目特性可編碼字符集全部ASCII字符及擴展ASCII字符類型矩陣式二維條碼符號寬度ECC000-140：9～49，ECC200：10～144符號高度ECC000-140：9～49，ECC200：10～144最大數(shù)據(jù)容量2335個文本字符，3116個數(shù)字或1556個字節(jié)數(shù)據(jù)追加允許一個數(shù)據(jù)文件使用最多16個條碼符號表示2黑金龍（4）三種條碼的特性比較碼制QRCodeDataMartixPDF417符號結構

研制公司DensoCorp.

(日本)I.D.MatrixInc.

(美國)SymbolTechnolgiesInc

(美國)碼制分類矩陣式行排式識讀速度*30個/每秒2～3個/秒3個/秒識讀方向全方位（360°）±10°識讀方法深色/淺色模塊判別條空寬度尺寸判別漢字表示13bit16bit16bit2黑金龍數(shù)據(jù)密度實例：80個字符組成的信息:12345620-123456-30-234567-40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80

QRcode(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.2黑金龍第三部分：二維碼識別（金艷濤）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）。2金艷濤條碼的定位條碼的定位是實現(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。2金艷濤實現(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；下圖是經過上述處理后得到的一系列圖像。

2金艷濤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）。2金艷濤上面的步驟（2）中用到了數(shù)學形態(tài)學中的膨脹變換。A用B來膨脹定義為：

對二值化圖像進行的膨脹運算就是通過上式進行的。

2金艷濤找到條碼區(qū)域后，我們還要進一步區(qū)分到底是哪種矩陣式條碼。下面圖形是幾種常見的矩陣式條碼：2金艷濤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的分割邊緣檢測后條碼區(qū)域的邊界不是很完整，所以需要進一步的修正邊界，然后分割出一個完整的條碼區(qū)域。首先采用區(qū)域增長的方法對符號進行分割，以此修正條碼邊界。其基本思想是從符號內的一個小區(qū)域（種子）開始，通過區(qū)域增長來修正條碼邊界，把符號內的所有點都包括在這個邊界內。然后通過凸殼計算準確分割出整個符號。之后區(qū)域增長和凸殼計算交替進行，通常對那些密度比較大的條碼重復兩次就足夠了，而對于那些模塊組合比較稀疏的條碼至少要重復四次。2金艷濤解碼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，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。2金艷濤第四部分：二維碼應用（李振風）應用1-物流管理應用2-優(yōu)惠券入場券等應用3-火車票實名