CN102081748B - 一种节点矩阵和节点连线形成的条码图案与条码群图案及其生成、识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种条码图案与条码群图案及其生成、识别方法。该条码由方框及方框内节点矩阵与矩阵内各相邻节点间连线组成。与只有一个条码区的条码不同，本发明使用码群图案表达编码信息，编码数据先按所用码元对应图案集转换成码元对应图案，生成由若干上述独立成区的条码图案与其他信息成行按列排成的条码群图。本条码群图案类似汉字文章段落，机器视觉与人眼视觉均能对码群图内容进行有效识读。本条码图案具有先定型后定值的特性，生成条码群图案时允许条码图案为预定格式的空码图像，用户可以在使用过程中添加连线，形成机器视觉可以识别的图案。

Description

一种节点矩阵和节点连线形成的条码图案与条码群图案及其生成、识别方法

技术领域

本发明涉及一种节点矩阵和节点连线形成的条码图案与条码群图案，以及将编码数据生成该条码群图案的方法与从该条码群图案中识别还原数据的方法。

背景技术

条形码是一种可供光学扫描设备识读的特殊光学符号系统，被广泛应用于各个领域。按照通用的分类方法，条形码可分为一维条形码、堆栈码和二维条形码。

一维条形码（附图9）由一系列平行的黑条与白条组成，识读器对该型条形码依次进行扫描，得到黑、白色条的宽度值，通过一定的规则将其还原成为二进制数据。 堆栈码由多个一维条形码堆栈在一起而形成的多层码，由识读原理与一维条码基本相同。二维条形码（附图10）通常采用矩阵阵列的形式，编码时从矩阵的起始点开始，按照一定的分布规律将编码转换为深浅色点或色块图像，填充在矩阵指定的位置上。

因此，以上三种常见的条码存在以下缺点：1、条码内容必须使用专用设备才可读取译码，一般情况下不能从码图表面特征判断其码图内容。2、条码内容必须使用专用设备与软件才能打印生成。3、条码生成时其内容就已经固定，在使用过程中不能对条码进行更改。

发明内容

针对上述情况，本发明设计了一种新型条码及条码群应用系统，其目的是让机器视觉与人眼视觉均能对码图内容进行有效识读并予以添改内容。

 本发明借鉴了方块汉字与汉字笔画的设计理念，其码元结构如附图1所示。每个要编码的数据生成一个单独的图像区块，该图像区块由均匀分布的点状矩形筑基，并在各点之间横竖连线，形成有规律的图案，然后在该类图案四周围绕边框线，形成了完全独立的小型信息单元矩型块，以便机器视觉对该类图案正确、快速的定位读取。

类似于汉字文章的段落，本发明的码群图由若干上述单元块成行排列而成，还允许加入各种机器视觉不敏感的辅助信息单元块，并与编码数据所在的信息单元格离散混排。由于码群图内各编码图案独立、等距、规范、易区分，且在码群图内可有对内容进行辅助说明的信息，编码字符生成的图案图像可联想记忆并推断其内容，从而在机器视觉有效识别的同时，也极大的方便了人眼识别。

本发明所提供的条码图案具有先定型后定值的特性，生成条码群图案时允许部分或全部条码图案内不含任何节点连线，用户可以在使用过程中按照码图指定的格式在空白矩阵图案内手工添加横竖连线，形成机器视觉可以识别的图案。因此，本条形码不仅可以实现对已标识信息的自动识别，更能对所标识信息的使用过程进行描述与反馈，从而极大的拓展了条形码的使用范围。

本发明所公开的条码图案，设计新颖独特，由于其码元结构图像形似打上节的绳子，为易于阐述，便于记忆，以下将其称之为结绳码，详细技术方案如下。

一种节点矩阵及其连线形成的条码图案，包括：S×T个成矩阵排列的节点，每上下相邻的节点间距相等，每左右相邻的节点间距相等，每上下左右相邻的节点间允许有直线相连；S、T为大于1的自然数，S、T相等或不等；节点矩阵四周有颜色相同的平行边线，边线两两相连或相交，形成围绕矩阵的方框；该方框与节点矩阵四周保持相等的距离，不与节点连线相连或相交。

上述的条码图案中节点矩阵为按正方形或规定比例的长方形整齐排列的节点集合，点间距大于点直径。节点矩阵内节点可以是方形、圆形或其它在视觉上表示为点的形状；节点连线为直线段，且与两节点相接；节点连线与节点等宽或不等宽。相同颜色是指在灰阶图中具有相同或相似的光学特征。

在本发明中，一个条码图案只能表示一个独立的数据元，因此在实际使用中需要将多个条码图案进行组合。一种由节点矩阵及其连线形成的条码群图案，包括：其码群图由N×M个相同大小的信息单元格以无间隙或指定间隙的方式等距排列而成；N、M为大于或等于1的自然数，且不能同时为1；M与N相等或不等；所述信息单元格根据单元四周边框线是否完整分为节点矩阵及其连线形成的条码图案与非条码图案。

上述条码群图案中，所包含条码图案的信息单元格在码群图中离散存放，每个码群图中至少有2个节点矩阵及其连线形成的条码图案的信息单元格，信息单元格为正方形或规定比例的长方形区域。非条码图案的信息单元格可以包含各种文字与图像信息，在码群图中离散存放，但是所包含的信息不具有完整四边框线或色块的视觉特征。

在本发明中，条码群中的各信息单元格允许有间隙（附图5）或无间隙（附图6）排列。当码群图的信息单元格以无间隙的方式进行排列时，相邻条码图案的节点矩阵的边线相接合并共用。

上述的条码图案可用二进制数值描述上述节点矩阵及其连线图案。由S×T个节点组成的节点矩阵最多有（S-1）×T+S×(T-1)个节点连线，其二进制数值表现形式也有（S-1）×T+S×(T-1)个比特位，每对节点对应二进制数值的一个比特位。当某对节点有线相连时，对应的比特位为1，没有相连时，表示该比特位为0。

由于本发明码图各数据独立易识别，因此特别设计了数据修改的功能。在生成码群图时，允许部分或全部节点矩阵图案中不含任何节点连线；用户在应用码群图的过程中，对该类型节点矩阵图案可按识读方法的要求，手工添加节点连线。

生成上述节点矩阵及其连线形成的条码群图案的方法为：

A、预先建立各种所需的码元对应图案集；码元对应图案集是编码数据中所有不同数值的集合，在该集合内每个编码数据的值都对应一个在集合内具有唯一二进制数值的节点矩阵及其连线形成的条码图案；

B、根据需求，选用以下两种不同的码群图特征结构标识方式：

B1、码群图内包含条码图案的信息单元格与不包含条码图案的信息单元格按一定规则插花排列，以让码群图中包含条码图案的信息单元格形成一种易于区分的形状图案，使码群图本身成为特征标识；

B2、使用称之为方位码的码图图案作为码群图的特征标识；方位码使用专用的码元对应图案集，方位码及方位码使用的码元对应图案集仅使用在具有多行单元格的码群图矩形的四个边角单元格、单行单元格的码群图矩形左右边角或单列单元格的码群图矩形上下边角上；各边角信息单元格所用方位码可彼此相同或彼此不同，但是方位码所使用的码元对应图案集内各图案与码群图内其它码元对应图案集内各图案均不同；

C、生成码群图主框架：定义码群图中信息单元格的数量及排列方式；定义条码图案所使用的节点矩阵维数与间距；

D、对编码数据进行分组；每组各自约定使用的纠错码数量与纠错算法，及各组使用的码元对应图案集；定义各组编码数据及其纠错码所使用的信息单元格；

E、对需要生成纠错码的分组进行纠错运算，生成纠错码；在使用RS算法进行纠错运算时，每组纠错码不少于2个，编码数据所使用的码元对应图案集成员总数等于RS算法所需枷罗华域的元素数；

F、最后将方位码、编码数据及其纠错码按其各自对应的码元对应图案集，生成相应的条码图案，与其它非条码图案一起按要求逐个填入码群图矩阵相应信息单元格内，生成码群图图像。

码元对应图案集在本发明中的作用类似于计算机系统中的字库，即一个数据元可以用不同的图案集表述为不同的图案。

本发明是对码群图的群体进行生成或识读，因此与其他常见的一、二维条码的生成或识读方式具有显著不同。其他常见的条码往往在条码图案内设计明显的定位标记或区域，而本发明中码群图认知的基础对象是单个码图。所以在本发明中，允许使用两种完全不同的码群图定位手段。

第一种方式（附图4）将包含条码图案的信息单元格按某种约定方式在码群图中进行分布，以让码群图形成一种易于区分的形状图案。第二种方式（附图5）使用一种称之为方位码的特殊码图图案作为码群图的特征标识；这二种方式各有优缺点，第一种方式占用空间少，单是当码群图格式限制较多，不能形成较为特殊的码图图案分布时，容易对码群图内容误读。第二种方式占用空间多，但由于其本身具备特殊的特征标识，在通常条件下不会对码群图内容误读。

RS算法是Reed-Solomon算法的简称，是一种国际通用的差错控制编码技术。其既可以纠正随机错误，又可以纠正突发错误，具有很强的纠错能力，在通信系统中应用广泛。众所周知，RS码在伽罗华域(Galois Field,GF)中运算的，每个要编码的数据都可以看成是GF(2的M次方）中的元素或符号，在伽罗华域中的部分成员为校验符号，每两个校验符号可以校正一个伽罗华域内的错误元素。

 上述码群图生成方法中，需要使用RS算法对编码数据进行纠错时，编码数据所使用的码元对应图案集成员总数必须符合RS算法所需枷罗华域的元素数；码群图内的各条码图所在信息单元格允许自由编组，每组使用各自的RS算法，每组RS算法使用的纠错码不少于2个。由于编码数据直接代入RS算法所使用伽罗华域并不方便，因此在本发明中，RS算法的伽罗华域元素为编码数据所使用的码元对应图案集的成员索引，然后再将生成的校验码逆向转换为编码数据格式或码元对应图案集的节点矩阵及其连线图案。

上述节点矩阵及其连线形成的条码群图案的识别方法，是将数字摄像器材或其它数字图像获取程序获取的包含码群图的数字图像照片，通过以下步骤将码群图还原为编码数据：

A、首先预置要解码的码群图参数；所获取的码群图照片不为灰阶数字图像或二值数字图像的，先将原始数字照片转换为灰阶数字图像；

B、对上述灰阶数字图像中不同像素的灰度值进行统计，根据统计值设置阐值，将灰阶数字图像转化为二值数字图像；

C、按码群图使用的特征结构标识方式，使用不同的码群图方向坐标检测方法：

C1、检测码群图二值图像中每一个像素，如果它与最临近的上下左右四个像素中的颜色相同，那么它与该临近像素编为同一个组；

C2、对所有与背景色相同颜色的组进行检测，如该组像素的拓扑分布特征为矩形结构，且该矩形结构比例与预设信息单元格相符，则将其纳入码图信息格候选区集合；

C3、如果码群图不使用方位码，就按码群图参数所规定的包含码图的信息单元格分布结构，对码图信息格候选区集合内的所有成员按其分布坐标与码群图参数结构进行旋转重合，如有成员组合的拓扑结构符合码群图结构，即成功获取码群图坐标；

C4、如果码群图使用方位码，将码图信息格候选区集合内的所有成员使用插值算法将该矩形结构旋正，再将其图像进行节点矩阵检测，然后将节点矩阵检测步骤返回的结果与方位码元对应图案集各成员的节点矩阵及其连线的二进制数值进行比较，如果相符，则将其纳入边角字符候选区集合；然后对边角字符候选区集合内的所有成员进行循环组合测试，如有组合形状符合码群图的形状与比例即成功获取码群图四角坐标；

C5、根据上述码群图坐标，使用插值算法对源图像进行旋转，使码群图像水平正置；

D、按照预定横竖信息单元格数与其参数对旋正后的码群图进行划分，确立各信息单元格所在位置；对包含条码图案的信息单元格进行节点矩阵检测，获取该节点矩阵及其连线的二进制数值；

E、将获取的节点矩阵及其连线的二进制数值与码群图中该位置的码元对应图案集进行匹配，获取对应编码数据或校验码信息；

F、如码群图有包含校验要求的分组成员，对指定分组的编码数据与校验码进行校验。

在识别过程中，由于光学镜头会有所崎变，所以还要对码群图的单元格进行精确定位： 

A、在码群图信息单元格四个边角上划设边框线角点检测区域，进行边框线角点坐标检测；

B、在四个边框线角点检测区域以L形角点边缘线检测方法对区域内像素进行逐一检测；

对所测像素基本符合L形边缘线外侧为边框线色，L形边缘线内侧为背景线色要求的角点，纳入该区角点候选区集合；

C、对四个角点候选区集合内的所有成员进行最优循环组合，组合结果符合码群图信息单元格的形状与比例。

上述识别方法中所述节点矩阵检测步骤包括以下步骤：

A、将指定规格的节点矩阵模型代入已经确定方位的信息单元格内；

B、对代入的节点矩阵模型各节点之间进行连线拟合，将像素拟合过程与信息单元格内的像素进行比对，根据对比统计设置阐值，判断单元块内各对节点间是否有连线；

C、根据单元块内的节点矩阵内各对节点间的连线特征，得出该信息单元格所包含的节点矩阵及其节点连线的二进制数值。

 由上所述，结绳码有以下特点与其它条码存在显著不同。

1、结绳码的条码结构具有较佳的直观性。在一维条形码中使用若干不同宽度的黑白色条表达编码数据，常见的二维码则使用深浅色点存贮数据。在本发明中，每个编码数据由独立成块的横竖连线规范组合而成。尽管数据存贮量相对较小，但是实现了机器识别与人眼识别的有机结合。

2、结绳码的条码图案具有良好的可塑性。码元对应图案集的引入，实现了其他类型条码无法实现的同一编码不同码图的表达效果。该特性有利于本发明的国际化、本地化与专业化。

3、结绳码的条码图案具有先定型、后定值的优越特性，允许用户在条码使用过程中手工添改内容。与其它面向信息内容、致力于提高单位信息存贮量的条码不同，本发明的注重条码的应用体验，并实现了一种在使用中对条码内容进行补充、标注的方法。本发明这一特征，真正实现了使用终端的信息反馈而不再只是单纯的信息收集。

4、结绳码群图的识别定位具有良好的抗干扰性。与其它必须使用固定特征区域进行定位的条码不同，本发明的识别定位方式极为灵活。既可以将码群图内容按照一定方式排列，使码群图本身成为特征标识，还可以使用一组预先约定的码元对应图案集图像进行码图定位，不同信息格式的码图可使用不同的方位码元对应图案集。由于特征区域允许不同，在解码识别时，使用不同方位码元对应图案集的码图混排不会相互干扰。该特性极有利于对同一商品进行多种不同的标识上。

 5、结绳码群图具有丰富的拓展性。与只有一个条码区、只具备标识作用的条码不同，本发明使用码群图案表达编码信息。由于码群图内每个条码独立成区，并能索引关联，因此码群图内其它类型的图文信息对条码读取本身非但不会产生干扰，还有关联效益，从而极大地拓展了条形码的使用范围。例如附图7所示的本发明条码群图案与扫描试卷进行混排的实例，用户可以在使用中手工添加条码群的节点连线，然后进行计算机扫描试卷。由于试卷坐标、方向已经预先确定，所以在不使用方位码的情况也可以快速定位码群图区域并正确解读。再如附图8所示，在识别条码群图案的过程中，也对条码群内的其他信息进行了数字化处理，因此为其他需要光学扫描的文件、照片等信息的获取实现了便利条件。本发明的码群图甚至可以相互嵌套使用，从而极大的丰富了应用范围。

附图说明

图1、本发明中一种6×6节点矩阵、无定位码的条码群图案实例。

图2、本发明中一种3×3节点矩阵的条码图案实例。

图3、对图2所示的条码图案内节点连线对的访问次序的图例。

图4、本发明的一种3×3节点矩阵、无定位码的单行条码群图案实例。

图5、对图4所示的条码群图案添加定位码后的单行条码群图案实例。

图6、本发明的一种2×3节点矩阵、有定位码及空码图的多行条码群图案实例。

图7、本发明的条码群图案与其他需要光学扫描的信息进行混排的实例。

图8、本发明的条码群图案引导其他需要光学扫描的信息的实例。

图9、一维条码样例（39码）。

图10、二维条码样例（QD码）。

具体实施方式

为更好的阐述本发明的具体实施例，首先结合附图2、3，对本发明中节点矩阵及其连线图案的二进制数值表达与书写进行说明。

节点矩阵中每对相邻节点都可以用二进制的一个位来表示。如果该对节点有连线，该位为1，如果该对节点没有连线，该位为0。如图2所示的一个3×3节点矩阵，其最多可有12条节点连线，因此该节点矩阵的二进制数据有12个位，即该节点矩阵的二进制数据不少于2个字节。在以下具体实施例中，所定义的节点矩阵节点对访问次序为：

从节点矩阵的左下角点为起点，先依次访问横向节点对，节点矩阵内所有横向节点对访问完成后再访问竖向节点对；先从坐标最下一行节点对开始访问，该行内所有同向节点对访问完成后，再访问上一行；从左侧开始依次向右访问该行内所有同向节点对（附图3）；

如附图2所示的节点矩阵节点连线与其二进制数值的对应关系为表1所述：

 表1：

节点连线次序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													节点矩阵的二进制数值	0	0	1	1	0	0	0	1	0	1	1	0

 因此，如附图2所示的节点矩阵连线的二进制比特位，按照字节（BYTE）的从低位到高位排列，为011010001100（十六进制编码为0x068C）。该值即为所示的的节点矩阵的二进制数值。

 以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步的阐述，但不限制本发明。

实施例1：

本实施例为描述本发明条码群图案及其编解码过程的较佳实施例，码群图案特征如附图4。

本实施例的码群图生成步骤如下。

第一步，设定码群图相关参数。

码群图参数见表2：

表2：

码群图参数名	码群图参数值
		码群图规格	单行，每行8个信息单元格，各信息单元格有间距。
信息单元格规格	信息单元格宽、高、间距比为4：4：1。各信息单元格的边框各自独立，没有共享边线。
		节点矩阵规格	3×3节点矩阵。节点矩阵与其四周边线距离1/6个信息单元格宽，内呈等距分布。
编码数据格式	ASCII
		编码区Ⅰ	第2、3、4、5信息单元格。使用16个成员的码元对应图案集。
校验区Ⅰ	第6、7信息单元格。使用4Bit、2个校验位的RS算法对编码区I进行校验。使用与编码区相同的码元对应图案集。
		方向码元对应图案集	不使用。

 编码区、校验区码元对应图案集见表3：

表3：

索引	编码数据	节点矩阵的二进制值
			0	‘0’	101101110011
1	‘1’	010010000000
			2	‘2’	100001111111
3	‘3’	100100111011
			4	‘4’	011010001100
5	‘5’	001100111111
			6	‘6’	001101111111
7	‘7’	100100110000
			8	‘8’	101101111111
9	‘9’	101100111111
			10	‘A’	101101111100
11	‘B’	001101001111
			12	‘C’	001001110011
13	‘D’	100101001111
			14	‘E’	001001111111
15	‘F’	001001111100

方向码：

本实施例不使用方向码。在本实施例中，码群图中使用6个包含节点矩阵的码图，这6个码图不是连续排列的，而是4个码图+1个空白+2个码图的排列方式。因此，无论以后获取码群图图像的显示方向如何，只要能获取到6个码图的坐标位置，再将其与预定义的码群图结构进行旋转匹配，就能正确获取到码群图的坐标与方向。

第二步，使用以上预定义的参数生成码群图主框架：单行码群图，每行有8个信息单元格，使用3×3节点矩阵。要编码的字符有4位长，使用2位校验码，可以对1个字符误差进行校正。编码与校验码使用相同的16位成员码元对应图案集。

第三步，使用4bit、2个校验码的RS算法对编码字符串按字符所在码元对应图案集索引进行纠错运算、生成纠错码词。例如在本实施例中，对编码字符“1234”进行纠错运算时，将编码字符“1234”的码元对应图案集索引值填入RS算法的枷罗华域内，生成8、12两个纠错码：

表4：

ASCII字符	‘1’	‘2’	‘3’	‘4’	‘8’	‘C’
							码元对应图案集索引	1	2	3	4	8	12

 如表5所述，对照码元对应图案集转换，即可生成“8C”两个纠错码词。

第四步，根据码群图设计要求，对各码元对应图案集生成节点矩阵及其连线图像，在第1、6两个信息单元格所在区域填入辅助文字说明，在第2、3、4、5、7、8信息单元格填入编码及纠错码词的图像，生成码群图图像。

本实施例的码群图识读步骤如下。

第一步，在解码设备预置本码群图的参数后，根据解码规则所定义的方法在获取的图像上寻找成直线排列的4个码图+1个空格+2个码图，通过对获取的码图成员集合图案与预定义的码群图结构进行旋转匹配，就能正确获取到码群图的坐标与方向。然后对码群图予以旋正。

第二步，在定位码群图位置后，按码群图所设参数划分各信息单元格所在区域。由于光学设备在获取图像时，数字图像会有一定的镜头歧变，因此还需要对所获取的完整四边框信息单元格所在的图像区域进行精确再对位后再进行节点矩阵分析。

第三步，在获取码群图方位、信息单元格精确位置后，解码设备在需要识读的信息单元格上模拟建立节点矩阵。并在模拟生成的节点矩阵各节点间进行模拟连线，通过与所定位信息单元格上的像素间进行比较判断，即可断定模拟连线是否存在，从而生成模拟节点矩阵的二进制值。然后将模拟节点矩阵的二进制值按码图指定的码元对应图案集逆转换，即可获取编码字符与校验码词。

最后将编码字符与校验码词按码图参数要求进行校验，本实施例可以校验并纠正1个错误的码图，当错误码图大于1时，返回校验错误信息。

实施例2：

本实施例对比实施例1描述两种不同的码群图特征结构标识方式，进一步提高本领域内技术人员对本发明技术方案的理解，码群图案特征如附图5。

本实施例是实施例1的不同码群图特征结构标识方式，与实施例1相比，在码群图参数中增加了左右两个方位码，而且左侧与右侧的方向码元对应图案不同。以三横线码图图案做为码图的起始标记，两横线码图图案做为码图的结束标记，因此，与实施例1相比，本实施例的码群图多了两个包含方位码的信息单行格，其它完全相同。

方向码元对应图案集见表5：

表5：

索引	图像特征	节点矩阵的二进制值
			0	三横线	000000111111
1	两竖线	101101000000

对比节点矩阵的二进制值可以发现，方向码元对应图案集与编码区、校验区码元对应图案集完全不同，因此不会对码图识读过程产生干扰。而且本实例应用的左三横线、右双竖线图案的方位导向性较佳，不管码群图如何放置，都可以通过左三横线、右双竖线图案推导出码群图正确方位并予以旋正。

通过对比实施例1与实施例2，可以发现在编码数据量相同的情况下，实施例2所占用的图像面积较多，且方位码本身的直观性较差。但当应用环境中有较多的类矩形图像干扰时，实施例2使用方位码进行定位的效果较佳。由此说明，本发明的码群图特征结构标识方式非常灵活，为用户更好的设计条码提供了多种选择。

 实施例3：

本实施例阐述本发明中具有先定型后定值特征的码群图及其编、解码过程，并通过对比实施例2的异同点，进一步提高本领域内技术人员对本发明技术方案的理解，本实施例条码群图案特征如附图6。

本实施例的码群图生成步骤如下。

第一步，设定码群图相关参数： 

码群图参数及其说明见表6：

表6：

码群图参数名	码群图参数值
		码群图规格	3行，每行8个信息单元格，各信息单元格没有间距。
信息单元格规格	信息单元格宽、高、间距比为6：8：0 。各相邻信息单元格之间共享边框线。
		节点矩阵规格	2×3节点矩阵。节点矩阵与其四周边线距离1/4个信息单元格宽，内呈等距分布。
编码数据格式	ASCII
		编码区Ⅰ	第一行第4、5、6、7信息单元格。使用16个成员的码元对应图案集。
校验区Ⅰ	第三行第4、5、6、7信息单元格，该区对编码区Ⅰ进行校验。使用与编码区相同的码元对应图案集。
		编码区Ⅱ	第二行第3信息单元格，允许输出空码。使用与编码区I相同的码元对应图案集。
编码区Ⅲ	第二行第6信息单元格，允许输出空码。使用与编码区I相同的码元对应图案集。
		校验区Ⅲ	第二行第7、8信息单元格，允许输出空码。该区是对编码区Ⅲ进行校验的校验码。使用与编码区相同的码元对应图案集。
方向码元对应图案集	使用。该码元对应图案集仅有一个成员，该成员图像呈∩型，不与码群图所用编码码元对应图案集所产生的图像冲突。

编码码元对应图案集见表7：

表7：

索引	编码字符	节点矩阵的二进制值
			0	‘0’	1111101
1	‘1’	1010000
			2	‘2’	1001111
3	‘3’	1010111
			4	‘4’	1110010
5	‘5’	0110111
			6	‘6’	0111111
7	‘7’	1010100
			8	‘8’	1111111
9	‘9’	1110111
			10	‘A’	1111110
11	‘B’	0111011
			12	‘C’	0101101
13	‘D’	1011011
			14	‘E’	0101111
15	‘F’	0101110

方向码元对应图案集见表8：

表8：

索引	图像特征	节点矩阵的二进制值
			0	N型线条	1111100

 对比节点矩阵的二进制值可以发现，方向码元对应图案集与编码区、校验区码元对应图案集完全不同，因此不会对码图识读过程产生干扰。

 第二步，使用以上预定义的参数生成码群图主框架：三行码群图，每行有8个信息单元格，使用2×3节点矩阵。使用1个成员的方向码元对应图案集，该成员使用在码群图的四个角上。要编码的字符分为3组，第1组有4位字符，使用4位校验码，可以对2个字符误差进行校正。第2组有1位字符，没有校验码，第3组有1位字符，有2个校验码。其中第2、3组输出空码图。编码与校验码使用相同的16位成员码元对应图案集。

第三步、使用4bit、4个校验码的RS算法对编码字符区Ⅰ按字符所在码元对应图案集索引进行纠错运算、生成纠错码词。例如在本实施例中，对编码字符“1234”进行纠错运算时，编码字符“1234”的码元对应图案集索引值将填入RS算法的枷罗华域内，生成为4、6、13、11的索引值： 

表9：

编码字符	‘1’	‘2’	‘3’	‘4’	‘4’	‘6’	‘D’	‘B’
									码元对应图案集索引	1	2	3	4	4	6	13	11

如表9所示对照码元对应图案集，即可生成“46DB”4个纠错码词。

第四步、各码元对应图案集生成节点矩阵及其连线图像，将N型线方向编码的图像填入码图的四个边角信息单元格，在第一行2、3，第二行1、2、4、5，第三行2、3八个两两相连的信息单元格所在区域填入辅助文字说明，在第一行4、5、6、7及第三行4、5、6、7八个信息单元格填入编码及纠错码词的图像。第二、三组编码所在区域填写无连线的节点矩阵图像，最后生成码群图图像。

本实施例的码群图识读步骤如下。

在解码设备预置本码群图的参数，然后在获取的图像上寻找方位码元对应图案集所述的图案。与实施例2不同的是，本实施例四个边角使用的是相同的方位码元对应图案集成员。由于该成员图案本身具有方向性，因此只使用一个也具有较佳的方位导向性。

在定位码群图位置并旋正后，采用与实施例2相似的方式获取码群图内各位置的编码字符与与校验码词。但与实施例2不同的是，本实施例还要对先定型、后定值的信息单元格进行判断。

如在本实施例中，编码区Ⅱ可以在解码识别前，手工填写如“1”、“2”、“3”、“4”等字符的条码图案，只要连线图案合乎码元对应图案集的要求，解码过程一般都能正确解读。

但是考虑到手工填写的图案较易产生误差，编码区Ⅱ所采集的数据可信度较差。因此需要在手工填写连线图案时，添加校验机制。

编码区Ⅲ也填写 “1”、“2”、“3”、“4”等字符的节点矩阵图案，但还要在校验区Ⅲ补充填写编码区Ⅲ的校验码的节点矩阵图案。即用三个信息块代替一个信息块，后两个是第一个信息块的校验图案。因此，填写“1”、“2”、“3”、“4”等字符时，可如表10所示填写：

表10：

包含校验功能的手填数据	RS算法解码后
		“198”	1
“213”	2
		“38B”	3
“426”	4

在编码区Ⅲ使用该编码方法，可以在一个信息块解码出现错误的情况下，还能对数据进行正确还原，从而极大的减少因手工填码出现的误差，提高了手填编码的可信程度。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明作限制性理解。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种节点矩阵及其连线形成的条码群图案的生成方法，其特征在于：

A、预先建立各种所需的码元对应图案集；码元对应图案集是编码数据中所有不同数值的集合，在该集合内每个编码数据的值都对应一个在集合内具有唯一二进制数值的节点矩阵及其连线形成的条码图案；

B、根据需求选用以下两种不同的码群图特征结构标识方式：

B1、码群图内包含条码图案的信息单元格与不包含条码图案的信息单元格按一定规则混排，以让码群图中包含条码图案的信息单元格形成一种易于区分的形状图案，使码群图本身成为特征标识；

B2、使用称之为方位码的码图图案作为码群图的特征标识；方位码使用专用的码元对应图案集，方位码及方位码使用的码元对应图案集仅使用在具有多行单元格的码群图矩形的四个边角单元格、单行单元格的码群图矩形左右边角或单列单元格的码群图矩形上下边角上；各边角信息单元格所用方位码可彼此相同或彼此不同，但是方位码所使用的码元对应图案集内各图案与码群图内其它码元对应图案集内各图案均不同；

C、生成码群图主框架：定义码群图中信息单元格的数量及排列方式；定义条码图案所使用的节点矩阵维数与间距；

D、对编码数据进行分组；每组各自约定使用的纠错码数量与纠错算法，及各组使用的码元对应图案集；定义各组编码数据及其纠错码所使用的信息单元格；

E、对需要生成纠错码的分组进行纠错运算，生成纠错码；在使用RS算法进行纠错运算时，每组纠错码不少于2个，编码数据所使用的码元对应图案集成员总数等于RS算法所需枷罗华域的元素数；

F、最后将方位码、编码数据及其纠错码按其各自对应的码元对应图案集，生成相应的条码图案，与其它非条码图案一起按要求逐个填入码群图矩阵相应信息单元格内，生成码群图图像；

其码图包含有：S×T个成矩阵排列的节点，每上下相邻的节点间距相等，每左右相邻的节点间距相等， S、T为大于1的自然数，S、T相等或不等；节点矩阵中每上下左右相邻的节点间允许有直线相连，由S×T个节点组成的节点矩阵最多有（S－1）×T＋S×（T－1）个节点连线，可以生成2的（S－1）×T＋S×（T－1）次方的节点连线图案种类；节点矩阵四周有颜色相同的平行边线，边线两两相连或相交，形成围绕矩阵的方框；该方框与节点矩阵四周保持相等的距离，不与节点连线相连或相交。

2.根据权利要求1所述的节点矩阵及其连线形成的条码群图案的生成方法，其特征在于，所述节点矩阵为按正方形或规定比例的长方形整齐排列的节点集合，所述节点矩阵内节点可以是方形、圆形或其它在视觉上表示为点的形状，所述节点连线为直线段，且与两节点相接；节点连线与节点等宽或不等宽；所述相同颜色是指在灰阶图中具有相同或相似的光学特征。

3.根据权利要求1所述的节点矩阵及其连线形成的条码群图案的生成方法，其码群图由N×M个相同大小的信息单元格以无间隙或指定间隙的方式等距排列而成；N、M为大于或等于1的自然数，M与N相等或不等，且不能同时为1；信息单元格为正方形或规定比例的长方形区域；其特征在于，所述信息单元格根据单元四周边框线是否完整分为节点矩阵及其连线形成的条码图案与非条码图案；包含条码图案与非条码图案的信息单元格在码群图中混排；非条码图案的信息单元格可以包含各种文字与图像信息，但是所包含的信息不具有完整四边框线的视觉特征；当码群图的信息单元格以无间隙的方式进行排列时，相邻条码图案的节点矩阵的边线相接合并共用。

4.根据权利要求1所述的节点矩阵及其连线形成的条码群图案的生成方法，其特征在于，生成码群图时允许部分或全部码图的节点矩阵中不含任何节点连线，仅占位并表示空值；在识别码群图之前，再按照识别方法的要求手工添加节点连线，形成识别方法可以识读的光学符号图案。

5.根据权利要求1所述的节点矩阵及其连线形成的条码群图案的生成方法，其特征在于可用二进制数值描述节点矩阵及其连线图案；每对节点对应二进制数值的一个位；当某对节点有线相连时，对应位的值为真，没有相连时，表示该位值为假。

6.一种对权利要求1-5任一权利要求所生成的条码群图案进行识别的方法，其特征在于，将数字摄像器材或其它数字图像获取程序获取的包含码群图的数字图像照片，通过以下步骤将码群图还原为编码数据：

A、首先预置要解码的码群图参数；所获取的码群图照片不为灰阶数字图像或二值数字图像的，先将原始数字照片转换为灰阶数字图像；

B、对上述灰阶数字图像中不同像素的灰度值进行统计，根据统计值设置阐值，将灰阶数字图像转化为二值数字图像；

C、按码群图使用的特征结构标识方式，使用不同的码群图方向坐标检测方法：

C1、检测码群图二值图像中每一个像素，如果它与最临近的上下左右四个像素中的颜色相同，那么它与该临近像素编为同一个组；

C2、对所有与背景色相同颜色的组进行检测，如该组像素的拓扑分布特征为矩形结构，且该矩形结构比例与预设信息单元格相符，则将其纳入码图信息格候选区集合；

C3、如果码群图不使用方位码，就按码群图参数所规定的包含码图的信息单元格分布结构，对码图信息格候选区集合内的所有成员按其分布坐标与码群图参数结构进行旋转重合，如有成员组合的拓扑结构符合码群图结构，即成功获取码群图坐标；

C4、如果码群图使用方位码，将码图信息格候选区集合内的所有成员使用插值算法将该矩形结构旋正，再将其图像进行节点矩阵检测，然后将节点矩阵检测步骤返回的结果与方位码元对应图案集各成员的节点矩阵及其连线的二进制数值进行比较，如果相符，则将其纳入边角字符候选区集合；然后对边角字符候选区集合内的所有成员进行循环组合测试，如有组合形状符合码群图的形状与比例即成功获取码群图四角坐标；

C5、根据上述码群图坐标，使用插值算法对源图像进行旋转，使码群图像水平正置；

D、按照预定横竖信息单元格数与其参数对旋正后的码群图进行划分，确立各信息单元格所在位置；对包含条码图案的信息单元格进行节点矩阵检测，获取该节点矩阵及其连线的二进制数值；

E、将获取的节点矩阵及其连线的二进制数值与码群图中该位置的码元对应图案集进行匹配，获取对应编码数据或校验码信息；

F、如码群图有包含校验要求的分组成员，对指定分组的编码数据与校验码按该组的校验算法进行校验。

7.根据权利要求6所述的条码群图案识别方法，其特征在于，码图识别方法为： 

A、将指定规格的节点矩阵模型代入已经确定方位的信息单元格内；

B、对代入的节点矩阵模型各节点之间进行连线拟合，将像素拟合过程与信息单元格内的像素进行比对，根据对比统计设置阐值，判断单元块内各对节点间是否有连线；

C、根据单元块内的节点矩阵内各对节点间的连线特征，得出该信息单元格所包含的节点矩阵及其节点连线的二进制数值。

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