CN101334849B - 二维码标签的符号生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维码标签的符号生成方法，采用两种色差明显的符号构成所述二维码标签，整个二维码标签为矩形，进一步包括：在所述矩形的一组对边上设置数据定位信息符号，以与所述矩形的中心点非对称的方式设置方向定位信息符号，并在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号。本发明还公开了一种二维码标签的符号生成装置，包括：标签生成模块、标签定位模块及数据生成模块。本发明还公开了一种二维码标签结构。本发明在保证实现二维码控制信息全部功能的条件下，最大限度的压缩控制信息量，以提供更大的数据信息空间。

Description

二维码标签的符号生成方法及装置

技术领域

本发明涉及二维码技术，特别是涉及二维码标签的符号生成方法及装置、以及二维码标签结构。 

背景技术

由于二维码具有存储信息量大、安全性能高、成本低廉、易于纠错、易于识读和易于实现自动处理流程等诸多优点，在越来越多的领域被广泛应用。目前国内外有了很多二维码的码制标准，如PDF417、QR、Data Matrix以及汉信码等。与之对应的各种码制的编码、解码方法、识读方法、纠错方法都日臻成熟。但是，提高码制标准中有效信息的含量，提高二维码识读的准确性，尤其是在具有图像变形、噪声干扰、清晰度降低等不利条件下，提高二维码识读的准确性，仍然是这一领域在实际应用中亟待解决的重要问题。 

现有技术中，二维码分为层排式和矩阵式两种。层排式二维码是由多行截短的一维码层叠而成，常用的层排式二维码有PDF417、Code 49、Code 16K等，层排式二维码信息承载密度较低。常用的矩阵式二维码有MaxiCode、Aztec、QR、Data Matrix、汉信码、龙贝码等，矩阵式二维码的信息承载密度高于层排式二维码。但是，矩阵式二维码的符号中都包含有不同样式、不同排列方式的寻像图形、定位图形、校正图形等，占据了相当数量的二维码信息空间，尤其是在二维码标签面积较小的情况下，承载有效信息的效率会很低。 

二维码的一种重要应用是作为标签。由于标签面积小，一方面要求二维码能够承载更多的信息；另一方面，又要求在较差的识读环境下对二维码具有较高的识别准确率，这是将二维码作为标签时的两个亟待解决的突出问题。要解决这些问题，必须通过多种技术途径，通过改进符号生成方法及编码方法提高 有效信息的承载效率；通过提高图像处理技术、纠错技术来保证获得较高的识别准确率。二维码标签另一个关键问题是数据定位，它是实现准确识读的基础技术。数据定位是通过二维码标签中的定位信息或校正信息来实现的。各种二维码定位信息的设置与使用也各有不同的优缺点。 

在现有的二维码技术中，各种二维码的符号生成方法都有其各自的优缺点，也都在不同的领域取得了很好的应用效果。但是，针对用作信息标签的小面积二维码，考虑对现有方法的进一步简化，现有的二维码符号生成技术还存在一些缺陷，具体包括： 

(1)寻像图形、定位图形等控制信息占据了过多的二维码信息空间，尤其是在小面积二维码图案中承载有效信息的效率大大降低。 

(2)寻像图形规则复杂，信息利用率不高，并增加了识别算法的难度及计算量，降低了识别速度。 

(3)定位图形的信息布局不尽合理，使得定位信息对数据元素的定位准确度降低。 

(4)一些二维码的寻像图形、定位图形等控制信息以及数据信息排列规则复杂，人为造成识读规则复杂化。 

(5)掩模技术对识读及解码带来一些便利，但是，使黑点白点控制到接近1∶1的比例关系，却大大的减少了二维码实际应用的信息空间。掩模技术是将一组数据通过可逆的数学变换改变为另一组数据，当需要时，通过特定的逆向变换就可获得原数据。 

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供二维码标签的符号生成方法及装置，用于提高小面积二维码的有效信息承载效率。 

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是： 

一种二维码标签的符号生成方法，采用两种色差明显的符号构成所述二维码标签，整个二维码标签为矩形，该方法包括以下步骤： 

在所述矩形的一组对边上设置数据定位信息符号，所述数据定位信息符号由两种色差明显的符号间隔排列，构成数据定位信息；在所述一组对边上以与所述矩形的几何中心点非对称的方式设置方向定位信息符号，与所述数据定位信息符号一起构成整体定位信息符号；并在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号。 

为实现上述目的，本发明还提供了一种二维码标签的符号生成装置，具有标签生成模块，用于采用两种色差明显的符号构成二维码标签，整个二维码标签为矩形，进一步包括： 

标签定位模块，用于在所述标签的一组对边上，设置数据定位信息符号及方向定位信息符号； 

数据生成模块，用于在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号； 

其中，所述标签定位模块具体包括： 

数据定位单元，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上分别设置数据定位信息，所述设置的数据定位信息由两种色差明显的数据定位信息符号间隔排列构成； 

方向定位单元，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上，以与几何中心点不对称的方式设置该二维码标签的方向定位信息符号。 

本发明在保证实现二维码控制信息全部功能的条件下，最大限度的压缩控制信息量，以提供更大的数据信息空间。简化了控制信息和数据信息的排列规则，对数据定位信息合理布局，有利于研发简洁、高效、准确、高抗扰性的二维码识读方法。并进一步为基本二维码标签设计不同版本的扩充方法，以提高二维码标签的信息承载量，扩大其应用领域。 

附图说明

图1为本发明实施例1中二维码标签的符号生成方法流程图； 

图2为本发明实施例1中生成的二维码标签的示意图； 

图3为本发明实施例2中二维码标签的符号生产方法流程图； 

图4为本发明实施例2中生成的二维码标签的示意图； 

图5为本发明实施例中一种二维码标签的符号生成装置的结构图。 

具体实施方式

本发明实施例的核心思想是在保证实现二维码控制信息全部功能的条件下，最大限度的压缩控制信息量，以提供更大的数据信息空间。同时，为利用较小的控制信息实现高速、高效、高抗扰性、高准确度的定位识别算法提供码制基础。 

本发明实施例提供的二维码标签的符号生成方法及装置提高了二维码信息的使用效率，并为高性能的识读方法提供了基础条件。至于数据区的使用，采用何种编码、如何加密解密、如何纠错、是否采用掩模技术等等问题，都可由二维码应用系统的开发者及用户自行确定。也就是说数据区对使用者是完全自由的。目前各种二维码的编码、纠错、加解密、掩模等都可使用。只是在处理后将数据按照本发明二维码标签的矩形数据区域顺序排放即可。对此二维码，按照本发明对应的定位识读方法获得对应的数据，再按照选定的掩模、解密、纠错、解码即可恢复数据。 

实施例1 

如图1所示，为本发明实施例1中二维码标签的符号生成方法流程图，该流程生成基本的二维码标签，具体包括以下步骤： 

步骤101：为二维码标签设定8行24列的数据区。当然在实际的应用中，数据区并不仅限于8行24列，而是根据不同的应用环境来自由设定，例如需承载的数据量较大时，数据区也可适当扩大。数据区的大小是可通过版本信息来设定的。 

步骤102：在数据区的上、下各增加一行数据定位信息。数据定位信息的符号序号由左到右，上排从S0开始，下排从X0开始。偶数序号的数据定位信息符号为深色，奇数序号的符号为浅色。此时的两行数据定位信息对于整个二维码外形的中心点是对称的。 

步骤103：在数据定位信息符号的左侧，将序号为S1、S3、X1、X3的4个浅色符号更换位深色符号，这4个符号就是方向定位信息。此时上下两行数据定位信息的左侧都有连续5个深色符号。加入方向定位信息后整体定位信息与二维码中心点不对称了，用不对称的整体定位信息模板在二维码图像中获得最佳匹配时，模板的方位就确定了二维码的方位。而数据元素是设置在一对数据定位信息符号之间，是一种单线、双向的定位机制。每一对数据定位信息符号只定位它们之间连线上的数据元素。并且两数据定位符号之间的距离都设计的较短，在本发明实施例中为8个数据元素，可以保证数据元素的准确定位。 

方向定位信息符号加入后，在一行数据定位信息中，连续深色点个数构成的特征应是唯一的。方向定位信息符号加入过多会影响数据定位信息的定位准确度，过少会造成特征不明显。在一行数据定位信息中，一般选择连续的2～3个浅色数据定位符号作为方向定位信息符号。 

经过上述流程就形成了如图2所示的二维码标签。其中，方向定位信息与数据定位信息组合在一起构成了二维码标签的整体定位信息。就如同其他类型二维码的寻像图形，只不过本发明实施例的整体定位信息是由一组离散的图形构成。最重要的特点还在于，用整体定位信息定位二维码的同时也完成了数据元素的粗略定位(考虑到图像变形)。这是因为，在实际应用中，二维码图像的变形往往是由于光学上的失真、物理上的扭曲等造成，图像的变形是渐变的，即小范围内只可能产生较小的变形。一组数据定位信息符号的实际坐标，基本 上是满足线性关系。距离越近，这种线性关系的误差就越小。插入的方向定位信息并不破坏垂直方向的坐标定位，只可能对水平方向的坐标产生影响。利用附近可定位的数据定位信息符号的坐标，即可确定这些数据定位信息符号的准确坐标。 

本发明二维码数据区的的矩形排列，使数据的排列最简单。改变了现有技术中大部分码制，不规则排列，造成的识读规则复杂化。在一组对边上布局数据定位信息构成的单线、双向的定位机制，改变了现有技术的码制中，定位信息交叉定位、点面定位，且定位距离较长的弊端。 

本发明实施例中的二维码标签由两种色差明显的矩形或圆形图案符号构成，本实施例是采用黑白的矩形符号构成，在实际应用中，圆形或其它形状符号同样适用。 

由于本发明实施例中的整体定位信息是由方向定位信息和数据定位信息构成的，这种设计思想使得在整体定位的同时，也就完成了方向的测定和数据元素的定位。这种控制信息的设计与布局为简约、高效的识别定位算法提供了基础。 

其次，本发明实施例的数据定位信息布置在二维码标签图案的长边上，通过定位算法可有效的矫正各种变形在长距离上造成的误差。而在处于两个边界上相对的一组数据定位信息，在短距离内通过平均值来求取中间的各个数据元素坐标，即可获得满足识读要求的数据定位准确度。并且这种定位方法定位后，识读数据的流程与二维码的实际方向无关。同时，这种定位、解码方法不依赖于黑白点的分布概率，因此也不需要掩模技术，这将大大的提高二维码数据信息空间的利用率。另外数据信息区域是除去两条边界控制信息的矩形区域，数据信息可连续整齐排列，可进一步简化识读过程的控制逻辑。 

实施例2 

如图3所示，为本发明实施例2中二维码标签的符号生产方法流程图，本实施例对实施例1的基本二维码标签进行扩展，生成不同版本的二维码标签，包括以下步骤： 

步骤201：在基本二维码标签的数据定位信息符号中选择序号为S11、S15、X11、X15 4个浅色符号为二维码标签版本信息，4位的二进制符号，可表示16种不同版本的二维码标签。版本信息符号为浅色表示数据0，深色表示数据1，实施例1中的基本二维码标签的版本信息是0000。 

当然，版本信息符号并不一定就是4个，如想表示更多的版本，该信息符号可以为更多。 

步骤202：根据应用的需求，设定不同版本号对应的扩展方式。例如设置低两位表示沿水平方向向右的扩展：00不扩展，01扩展16列，10扩展32列，11扩展48列；高两位表示沿垂直方向向下的扩展：00不扩展，01扩展8行数据+1行数据定位信息，10扩展16行数据+2行数据定位信息，11扩展24行数据+3行数据定位信息。 

步骤203：根据版本信息的低两位，对基本二维码标签沿水平方向向右扩展。例如低两位为01，在基本二维码标签的上下数据定位信息符号后分别增加16个数据定位信息的符号，序号顺延，偶数序号的数据定位信息符号为深色，奇数序号的符号为浅色。在扩展的数据定位信息中不包含任何其它信息，数据区扩展为8行40列。 

步骤204：根据版本信息的高两位，对沿水平方向向右扩展后的二维码标签，再沿垂直方向向下的扩展。例如高两位为01，在水平方向扩展后的二维码标签下，间隔半个符号宽度，以左右对齐方式，布置8行40列的数据区，再布置一行40个数据定位信息符号。序号从1X0开始顺序排列，偶数序号的数据定位信息符号为深色，奇数序号的符号为浅色。在扩展的数据定位信息不包含任何其它信息。 

扩展后的二维码标签如图4所示，包含三行数据定位信息，两个8行40列的数据区。在本实施例中，扩展的二维码标签中，基本二维码标签都位于左上角，在实际应用中，并不仅限于此，实际上，只要保证在水平方向和垂直方向上进行扩展，且扩展后的二维码标签中基本二维码标签位置恒定即可。 

二维码标签的扩展方法保证了基本二维码标签处于扩展后的二维码标签的 左上角位置。增加版本信息后，整体定位信息由方向定位信息，与除版本信息之外的基本二维码标签数据定位信息构成。对于多版本二维码标签并存的应用系统，整体定位信息是与二维码标签版本无关的。也就是说，任何版本的二维码标签都用完全相同的方法来实现定位。 

扩展后的二维码标签利用它所包含的基本二维码标签的整体定位信息完成定位后，根据基本二维码标签数据定位信息中包含的版本信息，通过计算和小邻域定位，可获得扩展后的二维码标签的数据定位信息符号的坐标。根据线性关系，通过计算可获得各个数据定位信息的大致坐标位置，在计算位置的小邻域内，根据黑白符号的边界特征，搜索得到符号中心点。在实施例2中，可获得3行，每行40个符号的数据定位信息。利用S序号和X序号行的数据定位信息，可定位它们之间的8行40列数据区中各个数据元素的准确位置。利用X序号和1X序号行的数据定位信息，可定位它们之间的8行40列数据区中各个数据元素的准确位置。其中，X序号行的数据定位信息是作为两个数据区的公用定位信息。当然，扩展后的二维码标签的定位信息也可通过搜索方法获得并确定其版本信息。按照本发明实施例的方法扩展的二维码标签，无论多大，都可获得高准度的数据元素定位，对准确识读提供基础保证。 

本实施例在简化、压缩了二维码的控制信息的基础上，进一步在数据定位信息的空间中，插入方向定位信息与版本信息。在保证了数据定位准确度的前提下，进一步压缩了控制信息所占空间，提高了二维码有效信息承载效率，尤其是小面积的二维码标签，有效信息承载效率比现有的各种二维码都有了很大的提高。 

进一步，由基本二维码标签扩展的不同版本二维码标签保持着基本二维码标签的上述优点，也都完整的包含基本二维码标签的控制信息。扩展部分也不再设置方向定位信息。不同版本二维码标签的整体定位方法与基本二维码标签的整体定位方法是相同的，只是在完成基本二维码标签的整体定位后，根据版本信息，通过计算和小邻域定位确定扩展部分的数据定位信息。这种版本扩展方法为上述简洁、兼容的算法提供了基础。 

图5为本发明实施例中一种二维码标签的符号生成装置的结构图，该装置包括： 

标签生成模块51，用于采用两种色差明显的矩形或圆形实心符号构成二维码标签，整个二维码标签为矩形； 

标签定位模块52，用于在所述标签的一组对边上，设置数据定位信息符号及方向定位信息符号； 

数据生成模块53，用于在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号。 

在本发明的优选实施例中，所述标签定位模块52具体可以包括： 

数据定位单元521，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上分别设置数据定位信息，所述设置的数据定位信息由两种色差明显的矩形或圆形实心的数据定位信息符号间隔排列构成； 

方向定位单元522，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上，以与几何中心点不对称的方式设置该二维码标签的方向定位信息符号。 

此外，该装置还可以进一步包括： 

扩展单元54，用于在所述二维码标签的水平方向和/或垂直方向上进行扩展，构成不同版本的二维码标签。 

通过以上装置，简化、压缩了二维码的控制信息，实现了在保证数据定位准确度的前提下，进一步压缩了控制信息所占空间，提高了二维码有效信息承载效率。 

本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。 

Claims (7)

1.一种二维码标签的符号生成方法，采用两种色差明显的符号构成所述二维码标签，整个二维码标签为矩形，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在所述矩形的一组对边上设置数据定位信息符号，所述数据定位信息符号由两种色差明显的符号间隔排列，构成数据定位信息；在所述一组对边上以与所述矩形的几何中心点非对称的方式设置方向定位信息符号，与所述数据定位信息符号一起构成整体定位信息符号；并在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号。

2.如权利要求1所述的二维码标签的符号生成方法，其特征在于，所述设置方向定位信息符号包括如下步骤：

分别在所述数据定位信息中，将一个或多个一种颜色的符号更换为另一种颜色的符号，所述更换后的符号作为所述方向定位信息符号，并构成所述二维码标签的方向定位信息，并将此方向定位信息设定为整体定位的基准。

3.如权利要求2所述的二维码标签的符号生成方法，其特征在于，在所述二维码标签的水平方向和/或垂直方向上进行扩展，构成不同版本的二维码标签。

4.如权利要求3所述的二维码标签的符号生成方法，其特征在于，所述构成不同版本的二维码标签时，需要标示所述二维码标签的版本号，具体包括如下步骤：

在所述数据定位信息中，间隔地、避开方向定位信息符号，设定N个版本信息符号，N为大于1的整数；

加入版本信息符号后，所述方向定位信息符号与除版本信息符号之外的数据定位信息符号一起构成整体定位信息符号。

5.如权利要求4所述的二维码标签的符号生成方法，其特征在于，所述构成不同版本的二维码标签具体包括如下步骤：

在扩展版本的二维码标签中，扩展前的基本二维码标签在整个扩展版本的二维码标签中的位置恒定，并且，所述基本二维码标签中的数据定位信息和方向定位信息保持不变；

扩展区域的二维码标签中不包含方向定位信息和版本信息；

沿所述基本二维码标签长边方向水平扩展的二维码标签，包括两边的数据定位信息符号和中间的数据信息符号，直接与基本二维码标签连接；

沿所述基本二维码标签长边垂直方向扩展的二维码标签，包括单边的数据定位信息符号和中间的数据信息符号，间隔半个符号距离与基本二维码标签连接。

6.一种二维码标签的符号生成装置，具有标签生成模块，用于采用两种色差明显的符号构成二维码标签，整个二维码标签为矩形，其特征在于，进一步包括：

标签定位模块，用于在所述标签边长较长的一组对边上，设置数据定位信息符号及方向定位信息符号；

数据生成模块，用于在所述一组对边之间，以对齐的方式设置数据信息符号；

其中，所述标签定位模块具体包括：

数据定位单元，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上分别设置数据定位信息，所述设置的数据定位信息由两种色差明显的数据定位信息符号间隔排列构成；

方向定位单元，用于在所述二维码标签边长较长的一组对边上，以与几何中心点不对称的方式设置该二维码标签的方向定位信息符号。

7.根据权利要求6所述的二维码标签的符号生成装置，其特征在于，该装置还进一步包括：

扩展单元，用于在所述二维码标签的水平方向和/或垂直方向上进行扩展，构成不同版本的二维码标签。

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