二維碼生成與識別

第一章QR碼簡介QR碼是由日本Denso公司與1994年制定出來的一種矩陣二維碼符號，它除了具有信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像信息、保密性強等優(yōu)點外，還具有超高速響應、全方位識別等特點。QR碼符號是由正方形的細小模塊構(gòu)成，分為功能區(qū)和編碼區(qū)。功能圖形包括位置探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形、格式信息、版本信息等，編碼區(qū)域包括數(shù)據(jù)編碼塊和糾錯碼圖形。普通QR碼基本圖形及區(qū)域功能對照圖如圖1.1所示。QR碼的密度標識圖形

圖1.1QR碼基本結(jié)構(gòu)確定QR碼符號的像素方塊的密度（即一個像素的大小），標識識別模塊如圖1.2所示。位置探測圖形

圖1.2QR碼密度標識圖形位置探測圖形由三個重疊的同心正方形構(gòu)成，如圖1.3所示。通過探測位置探測圖形可以迅速的從背景圖像中判斷出QR碼符號的大致位置。圖1.3QR碼探測圖形QR1.4（c）所示。（a）確定左邊界和上邊界 （b）確定探測圖形中心 （c）確定第四個交圖1.4條碼圖像初步定位流程版本信息QR40種規(guī)格，版本121×21模塊，版本225×25模440177塊×177QR碼的版本信息圖形在整個二維碼圖像中的位置如圖1.5所示，QR40185027101108500糾錯碼

圖1.5版本信息圖形QR碼具有“糾錯能力”，即使在使用過程中遇到污損、折疊等現(xiàn)象，也可以自動恢復數(shù)據(jù)。這一“糾錯能力”具備四個級別，級別越高，糾錯能力越高，但是數(shù)據(jù)量也會增加，QR1.1所示。1.1糾錯碼級別糾錯能力對照表QR碼的糾錯能力L級別Q級別H

約7%15%25%30%第二章QR碼編碼規(guī)則介紹ECI2.1所示，該表定義了2.2表2.1模式指示符模式ECI數(shù)字字母數(shù)字8位字節(jié)日本漢字中國漢字結(jié)構(gòu)鏈接FNCI終止符（信息結(jié)尾）

指示符01110001001001001000110100110101（第一位置）1001（第二位置）00002.2字符計數(shù)指示符的位數(shù)版本數(shù)字模式字母數(shù)字模式8位字節(jié)模式中國漢字模式1~91098810~261211161027~4014131612數(shù)字模式編碼實現(xiàn)10位的二進制數(shù)，剩余的一位或者兩位數(shù)據(jù)47指示符。例如輸入數(shù)據(jù)：888999662.1所示。99966轉(zhuǎn)換為二進制888--1101111000999--111110011166--1000010連接序列110111100011111001111000010添加模式指示符和字符計數(shù)指示符00010000001000110111100011111001111000010字母模式編碼實現(xiàn)

2.1數(shù)字模式編碼流程字母模式編碼規(guī)則與數(shù)字模式編碼規(guī)則類似2.3符的值相加，所得的結(jié)果轉(zhuǎn)換為位二進制數(shù)。字值字值字值表2.3字字母模式編碼轉(zhuǎn)換表字 字值 值值字值字值符符符符符符符符0066C12I18O24U30SP36.421177D13J19P25V31$37/432288E14K20Q26W32%38:443399F15L21R27X33*3944A10G16M22S28Y34+4055B11H17N23T29Z35-41中國漢字模式編碼實現(xiàn)GB2312標準規(guī)定的漢字字符為雙字節(jié)表示。QR的漢字編碼模式將16位的轉(zhuǎn)換為13位二進制字符序列，提高了編碼效率。編碼具體步驟：0xA6；將（1）0x60；0xA1；將（2）的值加上的值；13位二進制。糾錯編碼按需要將碼字序列分塊，并根據(jù)糾錯等級和分塊的碼字，產(chǎn)生糾錯碼字，并把糾錯碼字所羅門糾錯算法算出來，例如：版本10，糾錯等級時H時，總共能容納346個碼字，其中2241/3的碼字時冗余的。對于這224個糾錯碼字，它能夠糾正112個替代錯誤（如黑白顛倒）224個據(jù)讀錯誤（無法讀到或者無法譯碼）。對每一塊進行計算，得出相應的糾錯碼字區(qū)塊，把糾錯碼字區(qū)塊按順序構(gòu)成一個序列，添2.2所示。Zxing簡介

圖2.2二維碼矩陣構(gòu)造ZxingJava包含了聯(lián)系到其他語言的端口，通常使用Zxing生成相應的二維碼碼以及解碼。別設(shè)備進行掃描時，能夠讀出給定的內(nèi)容。Zxing進行編碼的步驟主要如下：首先，將所需的Zxing類庫中的包導入工程；其ZxingQR碼所encode矩陣轉(zhuǎn)化為制定的圖片格式。第三章處理流程及結(jié)果演示處理流程開始讀取已有QR圖像自動生成QR圖像Zxing灰度化加噪平滑開始讀取已有QR圖像自動生成QR圖像Zxing灰度化加噪平滑預處理二值化旋轉(zhuǎn)校正畸變校正解碼識別Zxing界面設(shè)計結(jié)束界面設(shè)計

圖3.1二維碼生成及處理流程圖本實驗設(shè)計界面如圖3.2所示，界面可實現(xiàn)功能：打開一幅二維碼圖像，對該圖像進行預處理及其結(jié)果演示

圖3.2界面設(shè)計3.3識別圖像各自特點施以不同的預處理手段。灰度化處理

圖3.3原始QR圖像通常情況下，使用數(shù)碼相機等攝像設(shè)備獲取的QR間，降低運算量?；叶然幚砗髨D像如圖3.4所示。平滑處理

圖3.4灰度化處理圖像3.5（a）和（b）所示。（a）加噪圖像 （b）平滑圖像圖3.5加噪平滑處理二值化處理標準的二維碼圖像是由黑白兩種小的模塊組合而成的t將圖像的灰度分為兩組此灰度值就是二值化的最佳閾值，二值化處理結(jié)果如圖3.6所示。旋轉(zhuǎn)校正

圖3.6二值化處理3.7在二維碼圖像采集的過程之中由于拍攝角度的問題會導致圖像產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)畸變本文采取霍夫變換的方法對此情況進行校正，旋轉(zhuǎn)校正前后的圖像如圖 所示。3.7QR二維碼平滑處理圖3.7原圖（左）以及旋轉(zhuǎn)校正后的圖像（右）在旋轉(zhuǎn)校正之前，需要對圖像做邊緣檢測。本實驗使用的邊緣檢測算子為“canny”算子，“canny3.8所示。canny邊界圖像圖3.8邊緣檢測采取霍夫變換的方法對圖像進行旋轉(zhuǎn)校正，主要是在圖像空間和參數(shù)空間建立起一個“線-點”之間的對應關(guān)系，每條曲線表示一個點，Hough變換統(tǒng)計所有變化的峰值，并標記，得到4個頂點，如圖3.9所示。-300-200-100 0100200300-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80圖3.9Hough空間顯示圖Hough并計算傾斜角度值θ，最后將圖像中的線線出來，如圖3.10所示。圖3.10直線標識圖像圖像的坐標原點默認為平面的左上角，根據(jù)得到的角度值θ，將圖像按照θ角度進行旋轉(zhuǎn)，便能夠完成對圖像的旋轉(zhuǎn)校正?；兂C正QRQR3.10所示。QR

圖3.10原圖（左）以及畸變校正后的圖像（右）Zxing完成解碼識別的Zxing然后，找到ZxingQRQR-CodeReaderdecode方法生成二維條碼所包含信息對應的對象；最后，讀取出對象中的信息。結(jié)果展示本實驗對不同的QR二維碼圖像進行解碼識別，證明，對于不同的二維碼圖片，本文的處理效果具有普遍適應性，如圖3.11，3.12，3.13，3.14，3.15所示。圖3.11含網(wǎng)址的普通QR碼解碼顯示原始OR困侖：解碼內(nèi)容顯示；Edt吐 hltp／心er.,iin.qq.心mltrlDEw5圖3.12模糊QR碼圖像解碼顯示原始OR圖伐解解碼內(nèi)容顯示'Ihttp扒伲IInqq_c/O砬1r圖3.13帶圖片的QR碼解碼顯示解碼內(nèi)容解碼內(nèi)容顯示；\h蕊斤此對卻糾