【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 形，由55個(gè)的深色模塊，33個(gè)的淺色模塊以及位于中心的一個(gè)深色模塊組成。校正圖形的位置數(shù)量視符號(hào)的版本號(hào)而定。（6） 編碼區(qū)域 編碼區(qū)域包括表示數(shù)據(jù)碼字、糾錯(cuò)碼字、版本信息和格式信息的 符號(hào)區(qū)域。（7） 空白區(qū) 空白區(qū)為環(huán)繞在符號(hào)周圍的4個(gè)模塊寬的區(qū)域，其反色率應(yīng)與淺色模塊相同。（8） 版本信息 版本信息包含QR碼符號(hào)的版本大小，在圖形中出現(xiàn)兩次，提供信息冗余。（9） 格式信息 格式信息包含QR碼符號(hào)的糾錯(cuò)級(jí)別和掩模信息，在圖形中出現(xiàn)兩次，提供信息冗余。版本信息共18位，前6位為數(shù)據(jù)位，后12位為通過(guò)BCH（18，6）編碼計(jì)算出的糾錯(cuò)碼。6位數(shù)據(jù)位是版本信息，第l位是最高位。版本信息的最高位模塊編號(hào)為17，最低位模塊編號(hào)為0，[9]。表 QR碼位于左下角的版本信息01234567891011121314151617表 QR碼位于右上角的版本信息01234567891011121314151617 編碼理論 編碼方法概述編碼過(guò)程包括七步，分別為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)編碼、糾錯(cuò)編碼、構(gòu)造最終信息、布置模塊、掩模及添加格式信息版本信息，：圖 QR碼編碼流程圖 數(shù)據(jù)分析QR碼的編碼模式包括數(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、混合模式、結(jié)構(gòu)鏈接模式等。因此需要對(duì)輸入碼流進(jìn)行分析，選擇合適的編 碼模式。此外，還需根據(jù)需要選擇相應(yīng)的糾錯(cuò)等級(jí)提高符號(hào)的可靠性。如果沒(méi)有 預(yù)先規(guī)定所采用的符號(hào)版本，則選擇與數(shù)據(jù)相適應(yīng)的最小版本。 數(shù)據(jù)編碼 分析輸入數(shù)據(jù)流，根據(jù)內(nèi)容選擇采用缺省的或者其它適當(dāng)?shù)腅CI與模式，將輸入數(shù)據(jù)根據(jù)編碼模式轉(zhuǎn)換為一個(gè)位流。其中每個(gè)模式段以模式指示符的最高位開始，以數(shù)據(jù)流的最低位結(jié)束，整個(gè)符號(hào)的結(jié)束由4位終止符0000表示，當(dāng)符號(hào)數(shù)據(jù)位流后所余的容量不足4位時(shí)，終止符將被截短。再將位流轉(zhuǎn)換為一個(gè)碼字流，即每8位構(gòu)成一個(gè)字節(jié)，根據(jù)版本和糾錯(cuò)等級(jí)以及輸入數(shù)據(jù)大小，選擇是否要交替添加填充碼字11101100和00010001，將數(shù)據(jù)位流擴(kuò)展，以填充數(shù)據(jù)容量。因各版本規(guī)格不同，其所容納的數(shù)據(jù)量也不同，每個(gè)版本有一個(gè)最大信息量，[10]。表 模式指示符模式指示符模式指示符ECI0111中國(guó)漢字1101數(shù)字0001結(jié)構(gòu)鏈接0011字母數(shù)字0010FCN10101（第一位置）1001（第二位置）8位字節(jié)0100終止符0000表 字符計(jì)數(shù)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1910988102612111610274014131612下面將依次介紹不同模式下QR碼的編碼方法。（1） 數(shù)字模式編碼輸入的數(shù)據(jù)按每3位一組的方式轉(zhuǎn)換成10位二進(jìn)制數(shù)。若輸入的數(shù)據(jù)位數(shù)不是3的整數(shù)倍，所余的l位或2位分別轉(zhuǎn)換成4位或7位二進(jìn)制數(shù)。將二進(jìn)制數(shù) 據(jù)連接起來(lái)并在前面加上模式指示符（0001）和字符計(jì)數(shù)指示符（即數(shù)據(jù)位數(shù)的二進(jìn)制表示，長(zhǎng)度隨版本改變，）[11]。例如，要編碼的數(shù)字為1234567890，選擇的版本為1M。編碼的數(shù)字每3個(gè)一組，即分為123，456，789，0。分別轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，即000111101l，0111001000， 1100010101，0000。添加模式指示符0001及字符計(jì)數(shù)指示符（長(zhǎng)度為l0位）0000001010，故最后形成的位流是0001000000101000011l1011011 100100011000101010000。（2） 字母數(shù)字模式編碼字母數(shù)字型數(shù)據(jù)（數(shù)字0~9；大寫字母Az；9個(gè)其他字符：space， $，%，*，+，，/，：）。將數(shù)據(jù)信息分為兩個(gè)信息一組，用11位二進(jìn)制數(shù)表示。將每組中的前面字符的值乘以45與第二個(gè)字符值相加，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為11位二進(jìn)制數(shù)。如果所要表示的數(shù)據(jù)字符數(shù)不是2的整數(shù)倍，則將最后一個(gè)字符的字符值編碼為6位二進(jìn)制數(shù)。然后將二進(jìn)制數(shù)連接起來(lái)，并在前面加上模式指示符和字符計(jì)數(shù)指示符，最后將形成的最終位流轉(zhuǎn)化為碼字流。例如：以輸入信息“AC42”，版本為1H，編碼流程如下：① ：AC42分別對(duì)應(yīng)：10，12；② 將字符值每?jī)蓚€(gè)分為一組：（10，12） （41，4） （2）；③ 將每組轉(zhuǎn)換位1l位二進(jìn)制數(shù)表示： （10，12）：10*45+12=462（0011 l0011 10）；（41，4）：41*45+4=1849（1l l00111001）；（2）：2 （000010）；④ 構(gòu)成一個(gè)二進(jìn)制序列： 00111001110 11100111001 000010；⑤ 加入模式指示符及字符計(jì)數(shù)指示符，形成最終位流序列：00l0 00000010l 0011 1001110 1l10011 l001000010 0000；⑥ 然后將位流序列轉(zhuǎn)換為碼字序列：00100000 0010100111001110 111001l l 00100001 00000000 11 101100 00010001 11101100。表 字母數(shù)字模式編碼表字符值字符值字符值字符值字符值字符值0088G16O24W32+401199H17P25X334122A10I18Q26Y34.4233B11J19R27Z35*4344C12K20S28SP36:4455D13L21T29$3766E14M22U30%3877F15N23V31*39（3） 8位字節(jié)模式編碼輸入數(shù)據(jù)的每個(gè)字符依照ASCII字符集轉(zhuǎn)換成8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。將二進(jìn)制數(shù)據(jù)連接起來(lái)，并添加模式指示符(0100)和字符計(jì)數(shù)指示符。（4） 中國(guó)漢字模式編碼 GB23 12國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了中國(guó)漢字和非漢字字符共7445個(gè)，其中漢字字符6768個(gè)。GB2312規(guī)定的字符由兩個(gè)字節(jié)表示，字符值為 GB2312中圖形字符的內(nèi)碼值。將輸入數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后在二進(jìn)制數(shù)據(jù)前添加模式指示符、中國(guó)漢字子集指示符和字符計(jì)數(shù)指示符。（5） 混合模式編碼 為增加編碼密度或根據(jù)輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容的要求，可以從一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式來(lái)表示數(shù)據(jù)。其基本結(jié)構(gòu)為模式指示符/字符計(jì)數(shù)指示符/數(shù)據(jù)，再接下一段的模式指示符/字符計(jì)數(shù)指示符/數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制位流，再在其后添加終止符(0000)。 若符號(hào)所余的容量不足4位時(shí)，截?cái)嘟K止符。按照8位一組將位流分為若干碼字。 若最后一個(gè)碼字不足8位，則對(duì)該段碼字后補(bǔ)0以填滿8位。最后，必要時(shí)加入填充寧符（11101100和00010001交替）以滿足相應(yīng)版本所要求的數(shù)據(jù)碼字?jǐn)?shù)[12]。表 混合模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)段1段2……段n模式指示符1字符指示符1數(shù)據(jù)模式指示符2字符指示符2數(shù)據(jù)……模式指示符n字符指示符n數(shù)據(jù)（6） 結(jié)構(gòu)連接模式結(jié)構(gòu)鏈接模式用于把一個(gè)數(shù)據(jù)文件分開表示為多個(gè)QR碼符號(hào)的序列，要求所有的符號(hào)可以識(shí)讀并且數(shù)據(jù)可以按正確的順序重新建立，每個(gè)符號(hào)都要有一個(gè)結(jié)構(gòu)鏈接頭，以標(biāo)識(shí)這個(gè)序列的長(zhǎng)度及該符號(hào)在其中的位置，并且檢驗(yàn)是否所有識(shí)讀的符號(hào)屬于同一個(gè)文件。結(jié)構(gòu)鏈接模式的編碼方法不在本文的研究范圍之內(nèi)，故不再詳述。 糾錯(cuò)編碼根據(jù)版本和糾正等級(jí)，將數(shù)據(jù)碼字序列分為1個(gè)或多個(gè)塊，對(duì)每一個(gè)塊分別進(jìn)行糾錯(cuò)運(yùn)算。添加在數(shù)據(jù)碼字序列后，使得符號(hào)可以在遇到損壞時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。 QR碼的糾錯(cuò)碼生成算法中，多項(xiàng)式的運(yùn)算采用模2算法和字節(jié)的模100011 101算法。如果一個(gè)域只包含有限個(gè)元，稱它為有限域或伽羅瓦域。如這個(gè)域包含q個(gè)元，則這個(gè)域簡(jiǎn)記為GF(q)，如果任取一個(gè)素?cái)?shù)p，若F(p) = {o，1，2，…，p—1}，在F(p)上規(guī)定加法為mod p加法，乘法為mod p乘法，構(gòu)成GF(p)域。設(shè)b為GF(p)的元，則滿足b0=1的m的最小正整數(shù)，稱為b的級(jí)。若在GF(p)中，某一元素a的級(jí)為p一1，則稱a為本原域元素。任何一個(gè)GF(p)域至少包含一個(gè)本原域元素。GF(p)中所有非零元可以表示成本原域元素a的p—1個(gè)連續(xù)冪[13]： a0，a1，a2，a3，a4，……，aq1，aq = a0 如果8階的本原多項(xiàng)式G(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + x1 + 1，則任何超過(guò)8階的a的冪由等式a8 = a4 + a3 + a2 + a1 + 1，轉(zhuǎn)化為8階以下的a次冪，循環(huán)使用該等式，直到?jīng)]有高于a8的冪。 數(shù)據(jù)碼字為多項(xiàng)式各項(xiàng)的系數(shù)，第一個(gè)數(shù)據(jù)碼字為最高次項(xiàng)的系數(shù)，第一個(gè)糾錯(cuò)碼字前的最后一個(gè)數(shù)據(jù)碼字是最低次項(xiàng)的系數(shù)。糾錯(cuò)碼字是數(shù)據(jù)碼字被糾錯(cuò)碼多項(xiàng)式g(x)除得的余數(shù)。余數(shù)的最高次數(shù)為第一個(gè)糾錯(cuò)碼字，最低次項(xiàng)系數(shù)為最后一個(gè)糾錯(cuò)碼字，也是整個(gè)塊的最后一個(gè)碼字。 構(gòu)造最終碼字 在計(jì)算糾錯(cuò)碼時(shí)，把數(shù)據(jù)碼字分成了m塊，每塊包含n個(gè)碼字，生成了m塊的糾錯(cuò)碼字，每塊包含k個(gè)碼字。對(duì)于這m塊的數(shù)據(jù)碼字和糾錯(cuò)碼字，按照數(shù)據(jù)塊1的碼字1，數(shù)據(jù)塊2的碼字1…數(shù)據(jù)塊ml的碼字n，數(shù)據(jù)塊m的碼字n，糾錯(cuò)塊1的碼字1，糾錯(cuò)塊2的碼字1…糾錯(cuò)塊m1的碼字k，糾錯(cuò)塊m的碼字 k的順序，排列出最終的碼字。若該碼字?jǐn)?shù)量小于符號(hào)的碼字容量，則在最終的碼字后補(bǔ)0（剩余位）以填滿整個(gè)符號(hào)。 本章小結(jié) 本章首先分析了條碼技術(shù)的特點(diǎn)、分類和編碼方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)二維條碼技術(shù)的相關(guān)知識(shí)作了概述，主要包括二維條碼的分類、識(shí)讀設(shè)備以及二維條碼的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了本課題要實(shí)現(xiàn)的QR碼的碼圖結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)則。16浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章QR碼圖像預(yù)處理與校正算法研究第3章 QR碼圖像預(yù)處理與校正算法研究QR碼圖像的預(yù)處理在整個(gè)條碼識(shí)別系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，關(guān)系到識(shí)別系統(tǒng)的效率和性能，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。條碼圖像的預(yù)處理首先要充分考慮到要識(shí)別的條碼圖像的特點(diǎn)，做出相應(yīng)的圖像處理方案，對(duì)于iPhone手機(jī)，還應(yīng)該考慮到圖像處理的速度是否滿足實(shí)際的要求。 圖像處理簡(jiǎn)介QR碼的圖像預(yù)處理是QR解碼的前置步驟，直接關(guān)系到解碼的成功率，因?yàn)橥ㄟ^(guò)iPhone手機(jī)攝像頭獲取的圖片，在大多數(shù)情況下不會(huì)是標(biāo)準(zhǔn)而清晰的QR碼圖像，主要有這樣幾個(gè)特征：一是除了QR圖像主體以外，可能還會(huì)有一些雜質(zhì)，需要過(guò)濾掉；二是圖像噪聲可能較高，或者圖像不清晰，造成識(shí)別難度；三是圖像會(huì)被拉伸、扭曲、旋轉(zhuǎn)等等，需要將QR碼圖像還原然后進(jìn)行識(shí)別。QR碼的識(shí)別首先要確定符號(hào)在圖像中的位置，就是圖像中固定部分的識(shí)別 問(wèn)題，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。 只要識(shí)別出檢測(cè)部分，讀取就不是難事。所以將符號(hào)中的檢測(cè)部分整體作為一個(gè)待識(shí)別模式，對(duì)其進(jìn)行識(shí)別就是要解決的主要問(wèn)題。QR碼圖像的識(shí)別基本思路是首先要對(duì)采集的彩色圖像進(jìn)行灰度化，然后用適當(dāng)?shù)拈撝礣對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化，得到二值圖像。然后探測(cè)到二維碼在圖像中的位置及其傾斜角度，將其旋轉(zhuǎn)至水平位置，得到水平位置的二維碼的位置坐標(biāo)，以進(jìn)行后續(xù)的判別和解碼工作。本章對(duì)于圖像預(yù)處理做出了兩個(gè)方面的改進(jìn)以提高識(shí)別效率：一是二值圖像投影將二維碼圖像旋轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，僅選取QR碼的四個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行投影運(yùn)算，大大降低了CPU的處理時(shí)間；二是通過(guò)兩次進(jìn)行圖像二值化的方法，降低了對(duì)二值化閾值的選取的復(fù)雜度。：圖 圖像預(yù)處理流程圖 QR碼圖像灰度化iPhone手機(jī)攝像頭采集的是彩色圖像，處理彩色圖像比處理灰度圖像的時(shí)間要長(zhǎng)很多。而QR碼是按照黑白方式打印的，所以對(duì)于識(shí)讀條碼的過(guò)程而言，彩色圖像的信息是沒(méi)有什么意義的，因此把彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，將會(huì)大大降低識(shí)別運(yùn)算時(shí)間，同時(shí)也可以節(jié)省內(nèi)存的開支。通常假定象素彩色各分量值為（R，G，B），其中RGB的值為0至255，那么標(biāo)準(zhǔn)的灰度值W的計(jì)算公式為[14]：W = + + ()在iOS平臺(tái)，通過(guò)攝像頭獲取圖像以后，可以很方便的通過(guò)iOS的開發(fā)框架Cocoa ，一般為JPEG和PNG格式，獲取圖像以后取得RGB值進(jìn)行運(yùn)算，流程圖如下：圖 圖像灰度化流程圖通過(guò)iPhone攝像頭對(duì)準(zhǔn)液晶顯示屏拍攝一張圖片，可以發(fā)現(xiàn)由于液晶屏的關(guān)系，照片很不清晰，有很多干擾紋：圖 原始QR碼照片經(jīng)過(guò)灰度化以后，顏色暗淡了很多，節(jié)省了接近40%的存儲(chǔ)空間，圖片的壓縮比會(huì)更大。圖 灰度化后QR碼照片 QR碼圖像二值化 圖像直方圖增強(qiáng)灰度化灰度直方圖是數(shù)字圖像處理中的最簡(jiǎn)單且最有用的工具，它概括了一幅圖像 的灰度級(jí)內(nèi)容。灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，描述的是圖像中具有該灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)：其橫坐標(biāo)是灰度級(jí)，縱坐標(biāo)是該灰度出現(xiàn)的頻率。假設(shè)連續(xù)圖像D(x，y)，它平滑地從中心的高灰度級(jí)變化到邊沿的低灰度級(jí)。我們選定某一灰度級(jí)D1，然后定義一條輪廓線，該輪廓線連接了圖像上所有的具有灰度級(jí)D1的點(diǎn)，所得到的輪廓線形成了包圍灰度級(jí)大于等于D1的區(qū)域的封閉曲線。同樣定義第二條輪廓線D2，并且D1D2，定義A1和A1分別為第一條輪廓線和第二條輪廓線所包圍的面積。將一幅連續(xù)圖像具有灰度級(jí)D的所有輪廓線所包圍的面積，成為它的閾值面積函數(shù)A( D) ，則直方圖可定義為[15]：H(D) = lim?D→0ADA(D+?D)?D = ddDA(D) ()直方圖均衡化后圖像均衡化后增加了圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍，所以也增加了對(duì)比度，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是圖像黑白反差更大了，看起來(lái)更清晰了，