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工业机器视觉:基于灵闪平台的开发及应用
1.10.1.2 8.1.2 二维码
8.1.2 二维码

(1)二维码概念

二维码又称二维条码,常见的二维码为QR Code(Quick Response Code),是近年来移动设备上非常流行的一种编码方式,它比传统的条形码能存储更多的信息,也能表示更多的数据类型。

如图8-3所示,二维码中的符号包括功能图形和编码区格式信息。功能图形包括空白区、位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形和校正图形。其中,定位图形用于对二维码的定位,对每个QR码来说,位置都是固定存在的,只是大小规格会有所差异;校正图形的规格一旦确定,校正图形的数量和位置也就确定了。

图8-3 二维码编码原理示意图

编码区格式包括格式信息、版本信息与数据和纠错码字。格式信息表示该二维码的纠错级别,分为L、M、Q、H;版本信息即二维码的规格,QR码符号共有40种规格的矩阵(一般为黑白色),从21×21(版本1)到177×177(版本40),每个版本符号比前一版本每边增加4个模块;数据和纠错码字实际保存了二维码信息和纠错码字(用于修正二维码损坏带来的错误)。

二维码使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有条码技术的一些共性:每种码制有其特定的字符集,每个字符占有一定的宽度,具有一定的校验功能,等等。同时还具有对不同行的信息自动识别及处理图形旋转变化点的功能。

(2)识别原理

①数据分析:确定编码的字符类型,按相应的字符集转换成符号字符;选择纠错等级,在规格一定的条件下,纠错等级越高其真实数据的容量越小。

②数据编码:将数据字符转换为位流,每8位一个码字,整体构成一个数据的码字序列,得到这个数据码字序列就可以求得二维码实际的数据内容。

数据容量见表8-3。

表8-3 数据容量

模式编码见表8-4。

表8-4 模式编码

数据可以按照一种模式进行编码,以便进行更高效的解码。例如,对数据01234567进行编码(版本1-H),其流程如下:

对于字母、中文、日文等只是分组的方式和模式等内容有所区别,而其基本方法是一致的。

③纠错编码:按需要将上面的码字序列分块,并根据纠错等级和分块的码字,产生纠错码字,并把纠错码字加入到数据码字序列后面,成为一个新的序列。

表8-5 纠错等级

在二维码规格和纠错等级确定的情况下,其所能容纳的码字总数和纠错码字数也随之确定,比如版本10的纠错等级是H时,总共能容纳346个码字,其中224个纠错码字,即二维码区域中大约1/3的码字是冗余的。对于这224个纠错码字,它能够纠正112个替代错误(如黑白颠倒)或者224个据读错误(无法读到或无法译码),这样纠错容量为112/346=32.4%。

④构造最终数据信息:在规格确定的条件下,将上面产生的序列按次序放入分块中,首先按规定把数据分块,然后对每一块进行计算,得出相应的纠错码字区块,把纠错码字区块按顺序构成一个序列,添加到原先的数据码字序列后面。例如:D1,D12,D23,D35,D2,D13,D24,D36,…,D11,D22,D33,D45,D34,D46,E1,E23,E45,E67,E2,E24,E46,E68,…

⑤构造矩阵:将探测图形、分隔符、定位图形、校正图形和码字模块放入矩阵中,把上面的完整序列填充到相应规格的二维码矩阵区域中,如图8-4所示。

图8-4 数据信息分布示意图

⑥掩摸:将掩摸图形用于符号的编码区域,使得二维码图形中的深色和浅色(黑色和白色)区域能够按照最优的比例分布。

⑦格式和版本信息:生成格式和版本信息放入相应区域内。版本7—40都包含了版本信息,没有版本信息的全为0。二维码上的两个位置包含了版本信息,版本信息共18位,为6×3的矩阵,其中6位是数据位。例如,版本号8,数据位的信息是001000,后面的12位是纠错位。

(3)QR码的应用

QR码可以很方便地应用于各种场合,除了传单和名片等印刷物之外,还可以广泛应用于各种领域,如结算系统等与生活息息相关的领域,QR码已经成为日常生活中不可或缺的工具。