【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理，它其有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集：每個(gè)字符占有一定的寬度；具有一定的校驗(yàn)功能等。同時(shí)還具有對(duì)不同行的信息自動(dòng)識(shí)別功能、及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特點(diǎn)。二維條碼能夠在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量的信息。目前，根據(jù)二維條碼實(shí)現(xiàn)原理、結(jié)構(gòu)形狀的差異，可分為堆積式或?qū)盈B式二維條碼和棋盤式或矩陣式二維條碼兩大類型[21。堆積式二維條碼的編碼原理建立在一維條碼基礎(chǔ)之上，按需要堆積成二行或多行。它在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理、識(shí)讀方式等方面繼承了一維條碼的特點(diǎn)，識(shí)讀、設(shè)備與條碼印刷與一維條碼技術(shù)兼容。但由于行數(shù)的增加，行的鑒定、譯碼算法與軟件不完全相同于 維條碼。有代表性的堆積式二維條碼有PDF417, CODE 16K等。矩陣式二維條碼是在矩陣相應(yīng)元素位置上，用點(diǎn)的出現(xiàn)表示二進(jìn)制U1，點(diǎn)的不出現(xiàn)表示二進(jìn)制的“0，點(diǎn)的排列組合確定了矩陣碼所代表的意義。矩陣碼是建立在計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號(hào)自動(dòng)識(shí)讀處理碼制。具有代表性的矩陣碼如OR Code、 DATA MATRIX等。 QR Code快速晌應(yīng)碼OR Code是由日本Dens公司于1994年9月研制的一種矩陣式二維條碼符號(hào)，它除具有一維條碼及其它二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像等多種信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下主要特點(diǎn)：尸比京郵電人學(xué)碩｛學(xué)位論文 ＿維條碼乒機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖11 QRCode示意圖(1)超高速識(shí)讀從OR Code的英文名稱Quick Response Code可以看出，超I39。 J速識(shí)讀是OR 碼區(qū)別于PDF4I Data Matrix等二維碼的主要特性。由于在用CCD識(shí)讀QR Code時(shí)，整OR碼符號(hào)中信息的讀取是通過(guò)OR Code符號(hào)的位置探測(cè)圖形，用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，信息識(shí)讀過(guò)程所需時(shí)倒很短，它具有超高速識(shí)讀特點(diǎn)。用 CCD二維條碼識(shí)讀設(shè)備，每秒可識(shí)讀30個(gè)含有100個(gè)字符的OR Code符號(hào)；對(duì)于含有相同數(shù)據(jù)信息的PD F4 17條碼符號(hào)，每秒僅能識(shí)讀3個(gè)符號(hào)；對(duì)于Data Matrix矩陣碼，每秒僅能識(shí)讀2到3個(gè)符號(hào)。QR Code的超高速識(shí)讀特性使它能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線管理等領(lǐng)域。(2）全方位識(shí)讀OR Code具有全方位(360度）識(shí)讀的特點(diǎn)，這是QR Code優(yōu)于層疊式二維條碼如PDF4I7條碼的另一主要特點(diǎn)，由于PDF4 ，因此，它很難實(shí)現(xiàn)全方位識(shí)讀，其識(shí)讀方位角僅為110 度。(3)能夠有效地表示漢字由于QR Code用特定的數(shù)據(jù)壓縮模式表示中國(guó)漢字和日本漢字，它僅用13 位可表示一個(gè)漢字，而PDF41 Data Matrix等二維條碼沒(méi)有特定的漢字表示模式，因此僅用字節(jié)表示模式來(lái)表示漢字，在用字節(jié)模式表示漢字時(shí)，需用16 bit(兩個(gè)字節(jié)）表示一個(gè)漢字，因此OR Code比其它的二維條碼表示漢字的效率提高 20%。手機(jī)幾維碼技術(shù)是指以二維碼標(biāo)準(zhǔn)為核心，將手機(jī)作為載體，而展月：的碼制編碼、譯碼、識(shí)別、被識(shí)別相結(jié)合的綜合性技術(shù)。二維碼技術(shù)的研究始一」飛20世紀(jì)80年代末，目前二維碼己經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，少｝有許多國(guó)家開(kāi)始應(yīng)用北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 二維條碼手機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)。(1)手機(jī)二維碼應(yīng)用主要包括以下幾種形式移動(dòng)支付：手機(jī)的支付一般是通過(guò)手機(jī)錢包來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手機(jī)錢包可以當(dāng)作現(xiàn)金、儲(chǔ)蓄卡、保管柜鑰匙、火車票等。手機(jī)支付是手機(jī)二維碼最典型的應(yīng)用，二維碼被廣泛地應(yīng)用于不同的支付方式中。電子票務(wù)：電子票務(wù)也是二維碼的典型應(yīng)用，該應(yīng)用需要結(jié)合售票單位的網(wǎng)站、售票信息發(fā)布平臺(tái)共同完成。消費(fèi)者如果有購(gòu)票的需求，可通過(guò)上網(wǎng)等方式查找相關(guān)的票務(wù)信息，然后可根據(jù)相關(guān)信息發(fā)短信至售票系統(tǒng)，再按提示進(jìn)行手機(jī)支付。支付完成后，售票系統(tǒng)會(huì)把電子票以二維碼的形式發(fā)送到購(gòu)票者手機(jī)中，完成購(gòu)票流程。二維碼的識(shí)讀應(yīng)用：識(shí)讀應(yīng)用也是二維碼的重要應(yīng)用之一，主要用于平面介質(zhì)上。消費(fèi)者可以利用照相手機(jī)內(nèi)建的讀碼軟件，輕輕對(duì)準(zhǔn)平面雜志或是海報(bào)上的二維碼一拍，就可以將二維碼圖形立即轉(zhuǎn)化為文字，或是連接到相關(guān)網(wǎng)址，更方便地實(shí)現(xiàn)手機(jī)上網(wǎng)或內(nèi)容下載。2003年，日本電信運(yùn)營(yíng)商KDDI首先推出手機(jī)二維碼業(yè)務(wù)。比如，在一張 CD或者DVD光盤上，通過(guò)手機(jī)識(shí)別二維碼來(lái)了解光盤的內(nèi)容；在旅游景點(diǎn)配合OPS快速定位等。其后不久，韓國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣也開(kāi)始陸續(xù)推出自己的手機(jī)條碼業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在，在日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣，手機(jī)條碼己經(jīng)隨處可見(jiàn)。除了雜志和報(bào)紙，二維條碼還被印在名片、戶外廣告牌、優(yōu)惠券和產(chǎn)品包裝等介質(zhì)之上。在二維碼的識(shí)讀應(yīng)用方面，韓國(guó)做得也比較成功，他們?cè)诖髮W(xué)的圖書(shū)館中就安裝了讀取二維碼信息的讀碼器。學(xué)生進(jìn)入圖書(shū)館時(shí)，只需打開(kāi)手機(jī)，調(diào)出手機(jī)上存儲(chǔ)的二維碼，然后將手機(jī)屏幕靠近讀碼器，便可將個(gè)人信息傳到圖書(shū)館的電腦中進(jìn)行身份識(shí)別，識(shí)別無(wú)誤就可以進(jìn)入圖書(shū)館，整個(gè)過(guò)程只需要幾秒鐘。這種二維碼識(shí)別方式己經(jīng)替代了原先必須檢驗(yàn)學(xué)生證的傳統(tǒng)方式。此外，圖書(shū)館借閱廳的電腦系統(tǒng)也與二維碼讀碼器實(shí)現(xiàn)了連接。學(xué)生只要將手機(jī)上用于身份識(shí)別的二維碼掃入讀碼器，便可在旁邊的電腦上查閱自己的圖書(shū)借閱情況。(2)國(guó)內(nèi)手機(jī)二維碼應(yīng)用情況自2OO5年5月中國(guó)移動(dòng)將湖南分公司確定為手機(jī)二維碼業(yè)務(wù)的試點(diǎn)單位以來(lái)，湖南移動(dòng)已摸索出一套條碼憑證業(yè)務(wù)發(fā)展的成功模式。目前，湖南移動(dòng)已成功開(kāi)發(fā)并推出了“移動(dòng)訂票”、“電子VIP卡”等比較成熟的條碼憑證業(yè)務(wù)。在移動(dòng)訂票業(yè)務(wù)中，采用手機(jī)電子回執(zhí)充當(dāng)“電子票”，可以取消紙質(zhì)票的人工配送環(huán)節(jié)。對(duì)目標(biāo)客戶發(fā)送相關(guān)二維碼電子票務(wù)信息，客戶只要調(diào)出電影院發(fā)北京郵電大學(xué)碩！：學(xué)位論文 二維條碼卜機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)！j實(shí)現(xiàn)送給自己的電子回執(zhí)短信，計(jì)二維碼圖形顯示在手機(jī)屏幕的中央，發(fā)出“嘀”的一聲后，機(jī)器就能自動(dòng)把電影票打印出來(lái)，然后驗(yàn)票入場(chǎng)。在“電子VIP卡”方面，湖南移動(dòng)VIP卡用戶到VIP服務(wù)場(chǎng)所后，只要出示手機(jī)上的電子vip卡經(jīng)驗(yàn)證，就可享受VIP會(huì)員服務(wù)。木課題源于實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)合作開(kāi)發(fā)的手機(jī)二維條形碼項(xiàng)目。課題最終實(shí)現(xiàn)的是二維條碼編碼器和二維條碼手機(jī)識(shí)別軟件兩部分，其中編碼軟件運(yùn)行在PC平臺(tái)，二維條碼手機(jī)識(shí)別軟件運(yùn)行在手機(jī)操作系統(tǒng)。這兩套軟件共同組成了‘個(gè)閉環(huán)的系統(tǒng)：山編碼軟件在PC平臺(tái)上生成二維條形碼編碼圖樣，這種圖樣可以印制在各種傳播媒介上傳播，手機(jī)上運(yùn)行的解碼軟件可以在開(kāi)放環(huán)境下（非確定光源，確定識(shí)讀方向條件）對(duì)二維條形碼編碼進(jìn)行識(shí)讀，最終給出結(jié)果。二維條碼手機(jī)識(shí)別軟件針對(duì)需求增加了手機(jī)上網(wǎng)的模塊，用戶將此軟件安裝在帶有攝像頭的手機(jī)上，輕輕對(duì)準(zhǔn)平面雜志或是海報(bào)上的二維碼一拍，就可以將二維碼圖形立即識(shí)別為相關(guān)網(wǎng)址，更方便地進(jìn)行手機(jī)上網(wǎng)。作者全程參與了該課題的研究與開(kāi)發(fā)工作，在二維碼編碼器系統(tǒng)中負(fù)責(zé)RS 編碼和BCH編碼的程序開(kāi)發(fā)。在二維碼手機(jī)識(shí)別軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，重點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)圖像的預(yù)處理方法的研究與程序J［發(fā)及優(yōu)化，針對(duì)平機(jī)Cpu、內(nèi)存等資源受限的情況，作者在滿足要求的情況下盡量降低圖像處理的復(fù)雜度，對(duì)程序充分優(yōu)化，最終滿足了在手機(jī)平臺(tái)資源受限條件下的條碼識(shí)別的時(shí)間要求和準(zhǔn)確度的要求。作者在圖像處理過(guò)程中的優(yōu)化措施包括： 第一，將幾值圖像投影將圖像旋轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)，由于僅選取二維條碼的四個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行投影運(yùn)算，使手機(jī)程序大大降低了其處理的時(shí)問(wèn)開(kāi)銷。第二，通過(guò)兩次進(jìn)行圖像二值化的方法，降低了對(duì)二值化閉值的選取的復(fù)雜度。本論文分為以下六個(gè)部分：第一章上要介紹了論文的課題背景和二維條碼技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及作者在課題期問(wèn)所作的工作及所取得的成果。第二章詳細(xì)介紹了QR Code的符號(hào)特性、條碼結(jié)構(gòu)及相關(guān)編碼理論。第三章介紹了在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的第一版本和第四版本的OR Code編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)為Windows XP，開(kāi)發(fā)工具VC 第四章探討了面向手機(jī)的OR碼圖像識(shí)別所用到的關(guān)鍵技術(shù)，及作者所采取」七京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 二維條碼手機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，J實(shí)現(xiàn)的降低圖像處理復(fù)雜度的優(yōu)化措施。詳細(xì)介紹了在手機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行二維條碼圖像處理的方法，包括灰度化、二值化、圖像裁剪、投影、圖像旋轉(zhuǎn)、中值濾波等。第五章探討了RS碼譯碼流程和BCH碼譯碼流程，介紹了QR Code的解碼原理及相關(guān)理論，詳細(xì)說(shuō)明了其解碼流程。第六章研究了使用J2ME開(kāi)發(fā)手機(jī)軟件的方法，實(shí)現(xiàn)了基于手機(jī)平臺(tái)的飛維條碼識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且給出測(cè)試結(jié)果。北京ifll電人學(xué)碩I:學(xué)位論文 維條碼p機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)’:1實(shí)現(xiàn)第二章QR碼的結(jié)構(gòu)與編碼理論 QR碼的符號(hào)特性與結(jié)構(gòu) QR碼基本特性每個(gè)OR碼符號(hào)由正方形模塊組成的一個(gè)正方形陣列構(gòu)成，它山編碼區(qū)域和包括尋像圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形在內(nèi)的功能圖形組成。功能圖形不用于數(shù)據(jù)編碼。符號(hào)的四周為空白區(qū)。圖21為OR Code版本7符號(hào)的結(jié)構(gòu)圖III0QR基本特性主要有以下五個(gè)方面： 1)編碼字符集》 數(shù)字型數(shù)據(jù)（數(shù)字0一9)。卜 字母數(shù)字型數(shù)據(jù)（數(shù)字O~9；大寫(xiě)字母A~Z:9個(gè)其他字符：space. $, %, *, +， 一，., /,: )?！?8位字節(jié)型數(shù)據(jù)；》 日本漢字字符；》 中國(guó)漢字字符（GB 2312對(duì)應(yīng)的漢字和非漢字字符）。2)數(shù)據(jù)表示方法深色模塊表示二進(jìn)制I,淺色模塊表示二進(jìn)制“39。Jo3）符號(hào)規(guī)格規(guī)格符號(hào)不包括空白區(qū)域，符號(hào)規(guī)格從21 x2 1模塊到177x177模塊（版本1到版本40,侮一版本比前一個(gè)版本每邊增加4個(gè)模塊）。4）符號(hào)的數(shù)據(jù)字符數(shù)每種符5的數(shù)據(jù)字符數(shù)如下面所列（最人規(guī)格的符號(hào)一版本40 L):卜 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)7089個(gè)字符；卜 字母數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)4296個(gè)字符：北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文二維條碼二r機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)‘J實(shí)現(xiàn)價(jià)w拼洲 ic。 ＼ \位材探側(cè)陽(yáng)屯分麟符 功欣基形定付淚月云戶”》 8位字節(jié)數(shù)據(jù)2953個(gè)字符：》 中國(guó)漢字?jǐn)?shù)據(jù)1817個(gè)字符。5）糾錯(cuò)能力》 L級(jí)：約可糾錯(cuò)7％的數(shù)據(jù)碼字；》 M級(jí)：約可糾錯(cuò)15％的數(shù)據(jù)碼字：卜 O級(jí)：約可糾錯(cuò)25％的數(shù)據(jù)碼字；》 U級(jí)：約可糾錯(cuò)30％的數(shù)據(jù)碼字。1)結(jié)構(gòu)鏈接結(jié)構(gòu)鏈接是可選項(xiàng)目，允許把數(shù)據(jù)文件最多用16個(gè)QR碼符號(hào)在邏輯上連續(xù)地表示。以任意的順序掃描，而原始數(shù)據(jù)能正確地重新連接起來(lái)。2）掩模掩模是固有項(xiàng)目，可以使符號(hào)中深色與淺色模塊的比例接近11，使因鄰近模塊的排列而影響高效譯碼的可能性降為最小，減小對(duì)譯碼的準(zhǔn)確的影響。3）擴(kuò)充解釋擴(kuò)充解釋是可選項(xiàng)目，這種方式使符號(hào)可以表示字符集以外的數(shù)據(jù)（如阿拉伯字符、古斯拉夫字符、希臘字母等），以及其他數(shù)據(jù)解釋（如用一定壓縮方式表示的數(shù)據(jù)）或者對(duì)行業(yè)特點(diǎn)的需要進(jìn)行編碼。一― 一 二L_亨只l萬(wàn)北京郵電人學(xué)碩l學(xué)位論文＿維條碼卜機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)’,‘實(shí)現(xiàn)圖21 OR碼的結(jié)構(gòu)圖 QR碼的結(jié)構(gòu)每個(gè)QR碼符號(hào)山正方形模塊組成的一個(gè)正方形陣列構(gòu)成，它的編碼格式依次為：模式指示符、字符計(jì)數(shù)指示符、經(jīng)各種規(guī)則壓縮后的數(shù)據(jù)、填充位和其他信息，然后按照版本信息分割成不同的塊，對(duì)每一塊進(jìn)行竺LJ錯(cuò)位計(jì)算并填充糾錯(cuò)碼數(shù)據(jù)，按照不同的版本擺放數(shù)據(jù)，擺放位置探測(cè)圖形、定位圖形、校正圖形格式信息、版本信息。編碼區(qū)域包括尋像圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形在內(nèi)的功能圖形組成，功能圖形不用于數(shù)據(jù)編碼，符號(hào)的四周為空白區(qū)，如圖21所示。以一『是OR圖像結(jié)構(gòu)中的符號(hào)信息Ill. I)符號(hào)版本和規(guī)格QR石馬符號(hào)共有40種規(guī)格，分別為版本版本2,…，版本40。版本I的規(guī)格為21模塊x2 1模塊，版本2的規(guī)格為25模塊x25模塊，依此類推，侮一版本比前一版本每一條邊增加4個(gè)模塊，直到版木40，其規(guī)格為177模塊x 177模塊。不同的版本可以包含不同的信息量。2)尋像圖形尋像圖形包括三個(gè)相同的位置探測(cè)圖形，分別位于符號(hào)的左上角、右上角、左下角，如圖2. 1所示。每個(gè)位置探測(cè)圖形可以看作是山3個(gè)重疊的同心正方形組成，它們分別為7x7個(gè)深色模塊、5x5個(gè)淺色模塊、3x3個(gè)深色模塊。如圖2所示，位置探測(cè)圖形的模塊寬度比為1:i:3:1:1。符號(hào)中其他地方遇到類似圖形的可能性很小，因此可以在視場(chǎng)中迅速地識(shí)別可能的QR碼符號(hào)。識(shí)別組成尋像圖形的3 個(gè)位置探測(cè)圖形，從而明確地確定視場(chǎng)中條碼符號(hào)的位置和旋轉(zhuǎn)角度。:t:人 B CA: 3模塊B:5模塊C: 7模塊圖2， 位置探測(cè)圖形的結(jié)構(gòu)北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文 二維條碼手機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3）分割符在每個(gè)位置探測(cè)圖形和編碼區(qū)域之間有一個(gè)寬度為1個(gè)模塊的分割符。這樣也便于從整個(gè)圖像中找到位置探測(cè)圖形，進(jìn)而確定QR圖像的具體位置。4）定位圖形水平和垂直定位圖形分別為一個(gè)模塊寬的一行和一列，由深色和淺色模塊交替組成，開(kāi)始和結(jié)尾都是深色模塊。水平定位圖形位于符號(hào)上部的兩個(gè)位置探測(cè)圖形之間，在第6行。垂直定位圖形位于符號(hào)左側(cè)的兩個(gè)位置探測(cè)圖形之間，在第6列。它們的作用是確定符號(hào)的密度和版本，提供決定模塊坐標(biāo)的基準(zhǔn)位置。5）校正圖形每個(gè)校正圖形可以看作是3個(gè)重疊的同心正方形，由5x5個(gè)的深色模塊，3x3 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，版本2以上（含版本2)的符號(hào)均有校正圖形。對(duì)于攝像頭拍攝的圖像大多都有不同程度的失真，通過(guò)校正圖形便于確定圖像的失真程度，對(duì)分割單行條碼具有很好的輔助功能。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)字符。不同的版本符號(hào)根據(jù)規(guī)范，其中包含的信息量是不同的。編碼時(shí)，如果沒(méi)有明確的版本規(guī)定，則自動(dòng)使用滿足信息量的最小版本。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。但是在實(shí)際情況中，條碼的周圍往往不是標(biāo)準(zhǔn)的空白區(qū)域，而會(huì)出現(xiàn)一些雜質(zhì)背景或者條碼破損。8）版本信息如結(jié)構(gòu)圖所示的位置，在條碼的兩個(gè)特定的區(qū)域有版本信息，因?yàn)榘姹拘畔⒃谧g碼時(shí)相當(dāng)重要，所以圖形中出現(xiàn)兩次，提供信息冗余。版本信息為18位，其中6位數(shù)據(jù)位，12位通過(guò)