彩色qr碼的編/解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及二維碼，具體是彩色QR碼的編/解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 條碼技術(shù)的應(yīng)用極大的提高了數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度，已成為自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域 的重要分支。國(guó)內(nèi)常用的一維條碼如歐洲商品編號(hào)（EuropeanArticleNumber,EAN)，通 用商品代碼（UniversalProductCode,UPC)、39碼、交叉25碼等的普遍局限性是信息密度 低、數(shù)據(jù)容量小、只能在一個(gè)維度上表示信息，無(wú)糾錯(cuò)能力、不具備加密功能、嚴(yán)格依賴于數(shù) 據(jù)庫(kù)或聯(lián)網(wǎng)等。由于一維條碼容量的局限性，已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，于是二維 條碼應(yīng)運(yùn)而生。二維條碼可以在有限的幾何空間內(nèi)，在橫縱兩個(gè)維度上表示更多的信息，在 編碼范圍、信息密度和糾錯(cuò)能力等方面有了很大的提高，但是作為黑白二維碼中容量最大 的快速響應(yīng)矩陣碼（QuickResponseCode，QR碼），版本為40,糾錯(cuò)等級(jí)為L(zhǎng)的QR碼也只 能存放7089個(gè)數(shù)字或4296個(gè)大寫字母或2953個(gè)ASCII字符或1817個(gè)中國(guó)漢字。條碼的 應(yīng)用普及對(duì)條碼的信息容量提出了更高的要求，人們迫切的希望在更小的儲(chǔ)存空間內(nèi)儲(chǔ)存 更多的數(shù)據(jù)容量、兼容更多的字符類型。盡管現(xiàn)有的彩色二維碼，如ColorCode、高容量的彩 色條碼（HighCapacityColorBarcode,HCCB)、移動(dòng)多彩色復(fù)合碼（MobileMulti-Colour Composit,MMCC)、高容量的彩色二維碼（HighCapacityColoredTwoDimensional Code，HCC2D)等在不同程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)容量的擴(kuò)充，但是其容量最多為標(biāo)準(zhǔn)黑白QR碼的 4倍，而且現(xiàn)有的彩色二維碼存在以下缺陷：
[0003] 1.對(duì)光照條件十分敏感，因?yàn)橥环N顏色在不同的光照條件下呈現(xiàn)的顏色不一 樣；
[0004] 2.要求編碼顏色在RGB顏色空間中相距最遠(yuǎn)，以提高顏色的辨識(shí)率；
[0005] 3.彩色二維碼在編碼/解碼過(guò)程中，顏色空間的轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致顏色信息的丟失；
[0006] 4.需要利用參考顏色來(lái)處理彩色二維碼的偏色問(wèn)題，計(jì)算復(fù)雜度大幅增加；
[0007] 5?解碼正確率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種彩色QR碼的編/解碼方法，該編碼方法保留了標(biāo)準(zhǔn)黑白 QR碼的可靠性和魯棒性，利用無(wú)損壓縮算法使得彩色QR碼的數(shù)據(jù)容量遠(yuǎn)大于同類型的彩 色二維碼。且編碼顏色不要求在RGB顏色空間中相距最遠(yuǎn)來(lái)提高顏色的辨識(shí)度，彩色QR碼 的編/解碼過(guò)程不需要進(jìn)行顏色空間的轉(zhuǎn)換，即不會(huì)導(dǎo)致顏色信息的丟失，彩色QR碼解碼 時(shí)對(duì)環(huán)境光照無(wú)特殊要求，不需要利用參考顏色作為調(diào)色板，計(jì)算復(fù)雜度大大降低，且解碼 正確率為100%。
[0009] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：
[0010] 彩色QR碼的編碼方法，包括以下步驟：
[0011] 1)輸入待編碼的字符串，形成源數(shù)據(jù)信息流；
[0012] 2)用壓縮算法對(duì)源數(shù)據(jù)信息流進(jìn)行壓縮；
[0013] 3)根據(jù)QR碼的編碼規(guī)則，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析形成數(shù)據(jù)碼字流；
[0014] 4)根據(jù)數(shù)據(jù)碼字流的字節(jié)數(shù)，利用最小尺寸原則初始化彩色QR碼；
[0015] 5)在步驟3)的基礎(chǔ)上，用理德-所羅門碼（Reed-Solomon,RS)算法對(duì)數(shù)據(jù)碼字流 進(jìn)行分塊糾錯(cuò)，形成糾錯(cuò)碼字流；
[0016] 6)將生成的糾錯(cuò)碼字流添加到數(shù)據(jù)碼字流后面形成總碼字流，構(gòu)造信息的最終碼 字序列，必要時(shí)加入剩余位；
[0017] 7)填充功能圖形區(qū)域，其中功能圖形包括尋像圖形、分隔符、定位圖形、校正圖 形；
[0018] 8)填充格式信息和版本信息；
[0019] 9)對(duì)數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字區(qū)域進(jìn)行掩膜；
[0020] 10)根據(jù)QR碼符號(hào)字符的排列規(guī)則，在步驟8)和步驟9)的基礎(chǔ)上填充數(shù)據(jù)碼字 和糾錯(cuò)碼字；
[0021] 11)根據(jù)顏色映射表，生成彩色QR碼。
[0022] 上述編碼方法中，步驟2)中壓縮算法只要是無(wú)損壓縮算法均可實(shí)現(xiàn)其功能。
[0023] 上述編碼方法中，步驟4)彩色QR碼初始化過(guò)程中，隨著顏色種類的增多，QR碼的 數(shù)據(jù)密度也隨之增大，假定使用的顏色數(shù)為2k種，每個(gè)模塊可儲(chǔ)存的比特?cái)?shù)定義為：
[0024] BMP(BitsPerModule) =log2 (2k) =k，其碼字總數(shù)、剩余位、數(shù)據(jù)碼字?jǐn)?shù)、糾錯(cuò)碼 字?jǐn)?shù)、糾錯(cuò)的塊數(shù)等均變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)黑白QR碼的K倍。
[0025] 上述編碼方法中，步驟6)中依次將每一塊的數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字裝配成最終的序列： 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3的碼字1，以此類推至數(shù)據(jù)塊n-1的最后一 個(gè)碼字，數(shù)據(jù)塊n的最后一個(gè)碼字；隨后，糾錯(cuò)塊1的碼字1，糾錯(cuò)塊2的碼字1，以此類推至 糾錯(cuò)塊n-1的最后一個(gè)碼字，糾錯(cuò)塊n的最后一個(gè)碼字。
[0026] 彩色QR碼的解碼方法，包括以下步驟：
[0027]1)加載彩色QR碼圖像；
[0028] 2)遍歷彩色QR碼圖像，得到圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值；
[0029] 3)檢測(cè)尋像圖形是否存在；若成功檢測(cè)到尋像圖形，則進(jìn)入步驟4)，否則進(jìn)入步 驟13)結(jié)束本次解碼；
[0030] 4)返回尋像圖形中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，并繼續(xù)檢測(cè)校正圖形，返回校正圖形中心點(diǎn)的 坐標(biāo)值；
[0031]5)利用透視變換，柵格化QR碼，識(shí)別顏色模塊；
[0032] 6)根據(jù)顏色映射表，識(shí)讀格式信息和版本信息；
[0033] 7)消除掩膜，恢復(fù)數(shù)據(jù)碼字和糾錯(cuò)碼字；
[0034] 8)用糾錯(cuò)碼字進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則進(jìn)入步驟9)，否則進(jìn)入步驟10);
[0035]9)分塊糾錯(cuò)，根據(jù)接收碼字多項(xiàng)式，計(jì)算伴隨式并求解錯(cuò)誤位置，對(duì)每一個(gè)錯(cuò)誤位 值取反來(lái)糾正出現(xiàn)的錯(cuò)誤，最終實(shí)現(xiàn)分塊糾錯(cuò)；
[0036] 10)將數(shù)據(jù)解壓縮，恢復(fù)源數(shù)據(jù)信息流；
[0037]11)數(shù)據(jù)碼字譯碼，根據(jù)模式指示符和字符計(jì)數(shù)指示符，將數(shù)據(jù)碼字劃分成多個(gè)部 分，按照使用的模式進(jìn)行譯碼；
[0038] 12)根據(jù)數(shù)據(jù)碼字譯碼結(jié)果，輸出源數(shù)據(jù)信息流；
[0039] 13)結(jié)束本次解碼。
[0040] 上述解碼方法中，步驟3)中，檢測(cè)尋像圖形時(shí)，遍歷彩色QR碼圖像，先在水平方 向上統(tǒng)計(jì)彩色QR碼圖像中5種顏色的相對(duì)寬度比例是否為1:1:3:1: 1，此處比例允許小于 50%的偏差；滿足上述比例條件后，再垂直檢測(cè)彩色QR碼圖像中5種顏色的相對(duì)寬度比例 是否為此處比例允許小于40%的偏差；滿足上述兩個(gè)比例條件后，再次水平方 向上檢測(cè)彩色QR碼圖像中5種顏色的相對(duì)寬度比例是否為1:1:3:1: 1，此處比例允許小于 20%的偏差。偏差的存在主要是為了檢測(cè)扭曲、變形等失真的彩色QR碼。
[0041] 上述解碼方法中，步驟4)中，檢測(cè)校正圖形時(shí)，先在水平方向上統(tǒng)計(jì)3種顏色的相 對(duì)寬度比例是否為1:1:1，此處比例允許小于50%的偏差；滿足上述比例條件后，再垂直檢 測(cè)彩色QR碼圖像中3種顏色的相對(duì)寬度比例是否為1:1:1，此處比例允許小于40%的偏 差。偏差的存在主要是為了檢測(cè)扭曲、變形等失真的彩色QR碼。
[0042] 上述解碼方法中，步驟5)利用步驟3)和步驟4)得到的尋像圖形和校正圖形中心 點(diǎn)的坐標(biāo)，利用以下公式得到輸入圖像坐標(biāo)與輸出圖像坐標(biāo)之間的映射關(guān)系：
[0044] 其中（u,v)代表輸入圖像的坐標(biāo)，（X，y)表示輸出圖像的坐標(biāo)，a,b,c,e,f,g,h,i ，j均為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。
[0045] 本發(fā)明的有益效果是：
[0046] 1.本發(fā)明提供彩色QR碼利用無(wú)損壓縮算法使得彩色QR碼的數(shù)據(jù)容量遠(yuǎn)大于同類 型的彩色二維碼。與標(biāo)準(zhǔn)黑白QR碼相比，其數(shù)據(jù)容量得到了顯著的提升，采用4種顏色編 碼時(shí)，數(shù)字模式的容量提升了 26. 28倍，字母數(shù)字模式的容量提升了 61. 32倍，8位字節(jié)模式 的容量提升了 25. 18倍，中國(guó)漢字的容量提升了 32. 58倍；采用16種顏色編碼時(shí)，數(shù)字模式 的容量提升了 52. 97倍，字母數(shù)字模式的容量提升了 123. 36倍，8位字節(jié)模式的容量提升了 50. 86倍，中國(guó)漢字的容量提升了 83. 29倍；
[0047] 2.彩色QR碼解碼時(shí)，對(duì)環(huán)境光照無(wú)特殊要求；
[0048] 3.彩色QR碼的編碼顏色不要求在RGB顏色空間中相距最遠(yuǎn)來(lái)提高辨識(shí)度；
[0049] 4.彩色QR碼的編/解碼過(guò)程不需要進(jìn)行顏色空間的轉(zhuǎn)換，即不會(huì)導(dǎo)致顏色信息的 丟失；
[0050] 5.彩色QR碼不存在偏色問(wèn)題，不需要利用參考顏色，計(jì)算復(fù)雜度明顯降低；
[0051] 6.解碼正確率為100%。
【附圖說(shuō)明】
[0052] 圖1是本發(fā)明彩色QR碼的編碼流程圖；
[0053] 圖2是4種顏色的彩色QR碼圖像示意圖；
[0054] 圖3是16種顏色的彩色QR碼圖像示意圖；
[0055] 圖4是本發(fā)明彩色QR碼的解碼流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。
[0057] 實(shí)施例1
[0058] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例彩色QR碼的編碼流程圖，其編碼方法包括以下步驟：
[0059] S101)輸入待編碼的字符串，形成源數(shù)據(jù)信息流；
[0060] S102)用壓縮算法對(duì)源數(shù)據(jù)信息流進(jìn)行壓縮；
[0061] S103)根據(jù)QR碼的編碼規(guī)則，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將不同模式的源數(shù)據(jù)信息流轉(zhuǎn)換為 二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在二進(jìn)制數(shù)據(jù)后逐位添加終止符，必要時(shí)添加填充字符，形成數(shù)據(jù)碼字流；
[0062] S104)根據(jù)數(shù)據(jù)碼字流的字節(jié)數(shù)，確定彩色QR碼的版本、糾錯(cuò)等級(jí)、碼字總數(shù)、數(shù) 據(jù)碼字?jǐn)?shù)、糾錯(cuò)碼字?jǐn)?shù)以及糾錯(cuò)的塊數(shù)，根據(jù)QR碼初始化后的版本和糾錯(cuò)等級(jí)，交替的添 加填充碼字11101100和00010001 ;
[0063] S105)在S103)的基礎(chǔ)上，用RS算法對(duì)數(shù)據(jù)碼字流進(jìn)行分塊糾錯(cuò)，形成糾錯(cuò)碼字 流；
[0064] S106)將生成的糾錯(cuò)碼字流添加到數(shù)據(jù)碼字流之后形成總碼字流，為了正好填滿 S104)中彩色QR碼初始化后的碼字總數(shù)，當(dāng)編碼顏色為2k種時(shí)，版本14、15、16、17、18、19、 20、28、29、30、31、32、33、34 需要添加 3k個(gè)剩余位、版本 21、22、23、24、25、26、27 需要添加 4k個(gè)剩余位、版本2、3、4、5、6需要添加7k個(gè)剩余位；
[0065] S107)填充功能圖形區(qū)域，其中功能圖形包括尋像圖形、分隔符、定位圖形、校正圖 形；
[0066] S108)填充格式信息和版本信息；
[0067] S109)對(duì)數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字區(qū)域進(jìn)行掩膜；
[0068] S110)根據(jù)QR碼符號(hào)字符的排列規(guī)則，在S108和S109的基礎(chǔ)上填