二維碼的生成與識別

大學最後一次課程設計，竟然是數字圖像處理。能夠想象有多爲難，對於一個普通的二本學生來講，這無疑是一個挑戰。好在老師對咱們放低了要求，能夠站在巨人的肩膀上，能夠從網上down別人的代碼，可是必定要弄懂。咱們組選擇題目的是二維碼的生成與識別。完成這個課設才發現日常生活中隨處可見的二維碼竟然這麼複雜。果真不瞭解就沒有發言權啊。

下面我就把我總結的關於二維碼的相關知識點分享一下。

二維碼

二維碼又稱QR Code，QR全稱Quick Response，是一個近幾年來移動設備上超流行的一種編碼方式，它比傳統的Bar Code條形碼能存更多的信息，也能表示更多的數據類型。

二維條碼/二維碼（2-dimensional bar code）是用某種特定的幾何圖形按必定規律在平面（二維方向上）分佈的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的；在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的「0」、「1」比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，經過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理：它具備條碼技術的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每一個字符佔有必定的寬度；具備必定的校驗功能等。同時還具備對不一樣行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉變化點。

二維碼的結構

一、版本信息：version1（21*21），version2，...，version40，一共40個版本。版本表明每行有多少模塊，每個版本比前一個版本增長4個碼元，計算公式爲（n-1）*4+21，每一個碼元存儲一個二進制0或者 1。1表明黑色，0表示白色。好比，version1表示每一行有21個碼元。

二、格式信息：存儲容錯級別L(7%),M(15%),Q(25%),R(35%）。容錯：容許存儲的二維碼信息出現重複部分，級別越高，重複信息所佔比例越高。目的：即便二維碼被圖標遮住一部分，同樣能夠獲取所有二維碼內容。有圖片的二維碼， 圖片不算二維碼的一部分，它遮住一部分碼元，但仍是能夠掃描到全部內容。

三、碼字：實際保存的二維碼信息，和糾錯碼字（用於修正二維碼損壞帶來的錯誤，就是說當碼元被圖片遮住，能夠經過糾錯碼字來找回）。

四、位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形，校訂圖形：用於對二維碼的定位。位置探測圖形用於標記矩形大小，3個圖形肯定一個矩形。定位符是由於二維碼有40個版本尺寸,當尺寸過大後須要有根標準線，否則掃描的時候可能會掃歪。

         具體的二維碼結構如圖1-1所示。

 

圖：1-1二維碼結構示意圖

二維碼的生成過程

信息按照必定的編碼規則後變成二進制，經過黑白色造成矩形。

1. 數據分析：肯定編碼的字符類型，按相應的字符集轉換成符號字符； 選擇糾錯等級，在規格必定的條件下，糾錯等級越高其真實數據的容量越小。

格式	容量
數字	最多7089字符
字母	最多4296字符
二進制數（8 bit）	最多2953字節
日文漢字/片假名	最多1817字符（採用Shift JIS）
中文漢字	最多984字符（採用UTF-8）
中文漢字	最多1800字符（採用BIG5）

 

1. 數據編碼：將數據字符轉換爲位流，每8位一個碼字，總體構成一個數據的碼字序列。其實知道這個數據碼字序列就知道了二維碼的數據內容。
2. 糾錯編碼：按須要將上面的碼字序列分塊，並根據糾錯等級和分塊的碼字，產生糾錯碼字，並把糾錯碼字加入到數據碼字序列後面，成爲一個新的序列。

 

糾錯等級	糾錯水平
L	7%字碼修正
M	15%字碼修正
Q	25%字碼修正
H	30%字碼修正

在二維碼規格和糾錯等級肯定的狀況下，其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就肯定了，好比：版本10，糾錯等級時H時，總共能容納346個碼字，其中224個糾錯碼字。就是說二維碼區域中大約1/3的碼字時冗餘的。對於這224個糾錯碼字，它可以糾正112個替代錯誤（如黑白顛倒）或者224個據讀錯誤（沒法讀到或者沒法譯碼），這樣糾錯容量爲：112/346=32.4%。

4.構造最終數據信息：在規格肯定的條件下，將上面產生的序列按次序放如分塊中。按規定把數據分塊，而後對每一塊進行計算，得出相應的糾錯碼字區塊，把糾錯碼字區塊 按順序構成一個序列，添加到原先的數據碼字序列後面。

5.構造矩陣：將探測圖形、分隔符、定位圖形、校訂圖形和碼字模塊放入矩陣中。

6.掩摸：將掩摸圖形用於符號的編碼區域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區域可以比率最優的分佈。

7.格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相應區域內。

二維碼的識別

一、定位圖形：首先尋找探測圖形，就是二維碼上的三個方塊。這三個方塊的做用就是無論在哪一個方向掃描圖形，均可以掃到，不信能夠將手機翻轉測試一下。在經過二維碼上的定位圖形和分隔符肯定二維碼信息的圖像。定位圖形肯定二維碼符號中模塊的座標，二維碼中的模塊都是固定的，包括校訂圖形，版本信息，數據和糾錯碼。分隔符呢，就是將探測圖形與二維碼信息圖像分開。

二、灰度化二維碼信息像素：手機拍到的圖像都是彩色的，因此拍攝到二維碼也不列外，它也是彩色的，只不過除了黑白，其餘顏色很是淺而已。灰度化是指經過顏色的深淺來識別二維碼，就是說顏色深的按深灰處理，淺色的按淺灰處理，去掉其餘顏色。
三、去掉二維碼信息像素的噪點：相機的傳感器在把光線做爲接收信號和輸出過程產生的粗糙像素，這些粗糙的像素是照片中不該該出現的干擾因素。噪點就是指這些粗糙的像素。

四、二值化二維碼信息像素：二值化是說將圖像上像素灰度值設置爲0或者255，也就是變成只有黑白兩種顏色。第一步已經灰度化變成只有深灰和淺灰兩種顏色，如今二值化是將深灰變成黑色，淺灰變成白色。爲何變成黑白色呢。由於二維碼圖像實際上是由二進制的0或者1組成，0表明白色，1表明黑色。二維碼在二值化時會將二維碼圖像變成只有黑白色的條碼，而後根據解析公式什麼的(由於像素是0-255之間，要所有轉變成0或者255，估計得通過一些計算，而後0就是0,255變爲1)轉化成二進制信息。

五、二維碼譯碼和糾錯：將獲得的二進制信息進行譯碼和糾錯。獲得的二進制信息是版本格式信息、數據和糾錯碼通過必定的編碼方式生成的，因此譯碼是對版本格式信息，數據和糾錯碼進行解碼和對比。糾錯是和譯碼同時進行的，將數據進行糾錯。獲得數據