CN104239927A - 一种彩色二维码生成方法及解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多色彩二维码生成方法，所述多色彩二维码包括识别区、根据识别区进行二维码定位的定位区、信息区、监控信息区处理的功能区，所述方法包括如下步骤：S1：分别在识别区、定位区、信息区、功能区输入数据，并分别将其数据转换生成二进制编码流，其中，信息区编码流为I_x，该信息流包括N个编码，N>0；S2：将I_x分割成I_b和I_a两部分，并分别统计I_b中值为1和0的信息位的数量D₁、D₀；S3：通过比较I_b中D₁和D₀生成单色二维码；S4：将I_a按照颜色代码标准进行分组，并为每一分组中二进制码设置对应的色彩；S5：将经彩色编码的I_a对S3中的单色二维码中的黑色像素点进行色彩添加，生成多色彩二维码。本发明是在单色二维码的基础上，通过增加多色彩信息，进一步提高信息量，数字化的彩色信息使得信息的还原变得容易。

Description

一种彩色二维码生成方法及解码方法

技术领域

本发明涉及二维码领域，更具体地，涉及一种彩色二维码生成方法及解码方法。 

背景技术

当前的彩色二维码技术是在黑白二维码识别技术的基础上发展而来。现有的彩色二维码的获得方式包括将黑色置换为其他单色彩色，其信息量没有增加。另外就是对模拟的彩色信息进行处理后添加到单色二维码上，比如，通过增加模拟的彩色信息进一步提高加密能力。还有就是通过在空白的区域叠加模拟的彩色图形，从而增加信息量。上述两种方法为后续的解码处理带来诸多不便。也不利于操作。 

发明内容

为解决现有彩色二维码色彩单一，容易因掉色而造成信息全部丢失，承载的信息量有限的等缺点，本发明提供了一种彩色二维码生成方法，通过将输入的数据信息进行分割，对其中一部分数据进行彩色编码，再将该彩色编码替换剩余部分黑色信息的方法。 

本发明提供了一种多色彩二维码生成方法，所述多色彩二维码包括识别定位区、信息区、功能区，所述方法包括如下步骤： 

S1：分别在识别定位区、信息区、功能区输入数据，并分别将其数据转换生成二进制信息流，其中，信息区二进制信息流为I_x，包括N位二进制码，N>0。本发明的目的在于提供一种多色彩二维码，将该多色彩二维码中信息区由现有技术中的黑白色改进为具有多种色彩的信息区，并且其色彩信息是数字化信息，数字化的彩色信息相比较模拟的彩色信息更加不容易丢失，因为只要能识别出该中色彩的颜色即可得到其二进制编码。 

S2：将I_x分割成I_b和I_a两部分，并分别统计I_b中值为1和0的信息位的数量D₁、D₀。本发明的主要目的是将黑白色二维码设置成具有多种色 彩的二维码，因此将信息区分割成了两部分，一部分用于生成单色(黑白色)二维码，一部分用于为该单色二维码填充色彩，这两部分的和为信息区的全部信息，才构成多色彩二维码的信息区的完整信息。同时，根据用户需要，如果要将单色的二维码增加其他Y种功能，可以根据本发明将信息区信息分割成Y部分，这Y部分信息的组合形成二维码信息区的全部信息。 

S3：比较I_b中D₁和D₀的大小后，生成单色二维码。一般单色二维码中的将黑色像素点的值设为1，而白色像素点的值设为0。本发明的目的在于在单色二维码中的黑色像素点上进行色彩填充。如果在白色像素点上添加色彩，那么将比较深的颜色填充到白色像素点后与原来的黑色像素点的颜色会因颜色接近而不易区别，从而导致生成的二维码模糊一片，美观性差；而要是在黑色像素点上填充色彩，那么如果黑色像素点的数量相当少，那么填充色彩后的二维码的多种色彩体现不明显，因此要保证黑色像素点的数量，需要统计值为1的信息位的数量以及值为0的信息位的数量。 

S4：将I_a按照颜色代码标准进行分组，并为每一分组中二进制码设置对应的色彩。每种颜色的代码一般都是确定的、标准的，按照每种颜色对应的代码将I_a中的二进制码设置色彩，这种方法设置的色彩是数字化的，I_a中的二进制码按照数字化的颜色对应的代码进行颜色设置，在将该颜色添加到单色二维码中。 

S5：将S4中设置的色彩添加到S3中的单色二维码中的黑色像素点中，生成多色彩二维码。在单色二维码上填充多种色彩，使得生成的二维码具有多种颜色。本发明中生成的多色彩二维码中的色彩是数字化的，只要能识别出其颜色，即可恢复其色彩信息；同时期色彩信息中也包含有信息，即便色彩脱落，也不会造成二维码信息的全部丢失。利用本发明生成的多色彩二维码相比较其他单色二维码或彩色二维码来说，承载的信息量提高。假设添加的彩色信息为三种，设单色编码流中编码的总数为A，其中值为1的编码的总数为A1，而A1≥A/2，则经色彩添加后编码总数 N＝A+2A1≥2A，可知，完成色彩添加后信息量提高至少一倍；同理可知添加2^T种色彩后，N≥(1+T/2)A，可知，信息量至少提高T/2倍。 

进一步地，S3的具体操作为当D₁≥D₀时，在I_b中直接加载识别区定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码。单色二维码中一般将值为1的信息位设为黑色像素点，而值为0的信息位设置白色像素点。本发明为了保证生成的多色彩二维码在视觉上的可观性，需要保证黑色像素点的数量不少于白色像素点的数量。 

当D₁<D₀时，将I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做非运算后,再在单色二进制信息流中加载识别定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码，并将该运算及做该运算的信息位通知功能区编码流。如果黑色像素点的数量小于白色像素点的数量，那么在这种情况下填充色彩后，可能会造成添加的色彩区域少，失去色彩添加的必要性。假如黑色像素点与白色像素点的比值为1:100甚至更多，那么填充色彩后的二维码中的色彩根本不易观察到。 

更进一步地，步骤S3之前还包括S30：对I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做掩膜处理，并该操作通知功能区二进制信息流。 

更进一步地，S4中的每一分组包括T位二进制码。用户可以根据需要，选择为单色二维码填充几种颜色，而每种色彩对应的颜色代码是确定的。因为本发明将信息区转换为了二进制的编码流，因此本发明以2为基础选择填充颜色的种类。以填充三种颜色为例，如果为了保证色彩填充后的单色二维码中还存在黑色，那么可选择的为包括黑色在内的三种色彩进行彩色设置，相应的将色彩编码流没两个编码分为一组；假设要填充7种色彩，那么选择的将色彩编码流每3个二进制码分为一组；依次照推。 

更进一步地，S4还包括S41：对S4中的每一分组与其前一分组进行异或运算。为了防止色彩编码后的色彩编码流中颜色分布过度集中，可将该分组后的色彩编码流中第一组与后一组的编码进行异或运算，异或运算后的结果为：第一组因没有前一分组，因此异或后还和之前一样，用第一 组的编码与第二组做异或运算后作为第二组的编码，异或运算后的第二组的编码与第三组做异或运算作为第三组的编码，依次类推。 

进一步地，S5的具体操作为S51：扫描单色二维码中值为1的信息位。色彩添加的对象是值为1的信息位。 

S52：将S4中每一个分组的色彩添加到S51中扫描出的一个值为1的信息位，生成多色彩二维码。彩色编码后的色彩编码流中每T位二进制码为一组，顺序用多色二进制信息流中的分组填充单色二维码中扫描出的黑色像素点进行填充，将多色二进制信息流中的第一组填充单色二维码中的第一个黑色像素点，第二组填充单色二维码中的第二个黑色像素点，依次类推。 

进一步地，该方法还包括步骤S6:统计完成色彩添加后I_a中还没利用的二进制码的数量A，若A＝0，则不做任何操作；否则重新对对I_x进行分割完成S2-S5步骤。当A＝0，则表明完成色彩添加后，I_a被全部利用；否则说明I_a未被全部利用，容易造成信息浪费。 

更进一步地，该方法还包括S61：当A＝0时，统计单色二维码中未进行色彩添加的值为1的信息位的数量D，若D∈[0,0.1D₁]，则完成色彩添加；否则重新对I_x进行分割完成S2-S5步骤。假设单色二进制信息流分割的区域特定大，那么完成色彩填充后剩余未填充色彩的黑色区域仍然很大，这种情况下，色彩填充的效果不好，或者说美观度不够。因此需要对完成色彩填充后的二维码进行未填充判断。 

本发明还提供了一种基于多色彩二维码生成方法的多色彩二维码解码方法，包括如下步骤S1：根据识别定位区扫描获得多色彩二维码像素。多色彩二维码是由色彩编码流对单色二维码进行填充色彩得到的，因此对该多色彩二维码进行解码首先要将该多色彩二维码中的色彩信息提取处理，并处理得到色彩编码流；同时将多色彩二维码进行黑白处理得到的图形与单色二维码是一致的，因为多色彩二维码中处理的是黑色像素点，对多色彩二维码进行处理的也是在黑色像素点上的彩色信息，因此得到的二 维码与单色二维码是一致的。 

S2：扫描提取多色彩二维码像素中的彩色像素，将其转换生成新的多色二进制信息流；将多色彩二维码进行黑白处理后，扫描并提取信息区生成新的单色二进制信息流。从多色彩二维码中提取的色彩信息经过处理可以还原得到色彩编码流，而对多色彩二维码进行黑白处理后再进行解码可以得到单色编码流，将单色编码流与色彩编码流进行整合即可得到信息编码流。 

S3：根据功能区信息对新的多色二进制信息流、新的单色二进制信息流进行处理，分别获得单色二进制信息流I_b、多色二进制信息流I_a。 

S4：顺序将单色二进制信息流I_b与多色二进制信息流I_a合并得到信息区二进制信息流I_x，顺序并将I_x进行解码获得该信息区内容。对信息编码流进行解码分析可得到该二维码信息区的信息，该信息可包括汉字、字母、符号等。 

进一步地，S3中对新的单色二进制信息流处理的具体操作为S31：向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了异或操作，进行了异或操作则根据进行该操作的信息位将其异或运算后进行还原，否则不做改变。S32：完成S31后，向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了掩膜运算，若进行了掩膜运算，则根据进行掩膜运算的信息位将S31操作后的二进制信息流进行逆向掩膜后再还原，否则不做改变。S3中对新的多色二进制信息流处理的具体操作为 

S31：向功能区查询多色二进制信息流I_a进行分组时，是否进行了补0操作，若有则去掉。S32：向功能区进行查询生成多色二维码时I_a是否进行了异或运算，有则对器对S31中的信息流做异或运算；否则不做处理直接得到原多色二进制信息流I_a。 

本发明中，掩模是由0和1组成的一个二进制图像。当在某一功能中应用掩模时，1值区域被处理，被屏蔽的0值区域不被包括在计算中。通过指定的数据值、数据范围、有限或无限值、感兴趣区和注释文件来定义 图像掩模，也可以应用上述选项的任意组合作为输入来建立掩模。 

本发明中，非运算指的是逻辑非，就是指本来值的反值。在计算机里面进行的是二进制运算，逻辑判断的结果只有二个值，称这二个值为“逻辑值”，用数的符号表示就是“1”和“0”。因此，值为1的信息位的非运算后值为0。 

本发明中的识别定位区包括二维码的边框信息、定位信息等；功能区包括二维码的版本信息，生成二维码过程的各种运算、及各运算的信息位等。 

本发明所述的多色彩二维码具有存储的信息量大、颜色多、观赏性强、且不会因为光照掉色而将信息全部丢失的特点。 

本发明是在单色二维码的基础上，通过增加多色彩信息，进一步提高信息量,数字化的彩色信息使得信息的还原变得容易。当多色彩二维码图案因各种原因一旦色彩变黑(丢失)，将只损失相应的彩色信息，不影响原单色二维码的信息。 

附图说明

图1为本发明实施例1所述的一种多色彩二维码生成方法； 

图2为本发明实施例2所述的一种多色彩二维码生成方法； 

图3为本发明实施例3所述的一种多色彩二维码解码方法。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进行详细解释说明。 

实施例1 

如图1所示的多色彩二维码生成方法，所述多色彩二维码包括识别定位区、信息区、功能区，该方法包括如下步骤S1：分别在识别定位区、信息区、功能区输入数据，并分别将其数据转换生成二进制信息流，其中，信息区二进制信息流为I_x，该信息流包括N位二进制码，N>0；S2：将I_x分割成I_b和I_a两部分，并分别统计I_b中值为1和0的信息位的数量D₁、D₀；S3：比较I_b中D₁和D₀的大小后生成单色二维码；S4：将I_a进行分组，并按 照颜色代码标准为每一分组中二进制码设置对应的色彩；S5：将S4中设置的色彩添加到S3中的单色二维码中的黑色像素点中，生成多色彩二维码。S3的具体操作为当D₁≥D₀时，在I_b中直接加载识别区定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码；当D₁<D₀时，将I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做非运算后,再在单色二进制信息流中加载识别定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码，并将该运算及做该运算的信息位通知功能区编码流。S4中的每一分组包括T位二进制码。S5的具体操作为S51：扫描单色二维码中值为1的信息位；S52：将S4中一个分组的色彩添加到S51中扫描出的一个值为1的信息位，生成多色彩二维码。 

假设即将生成的多色二维码中信息区的二进制信息流为I_x，其二进制码总数为N，N>0。本实施例中将编码流I_X分割成了两部分I_b和I_a，对I_b处理生成单色二维码，利用I_a为单色二维码进行色彩添加，I_b中值为1的信息位的数量D₁、值为0的信息位的数量D₀。下面以在单色二维码中添加包括黑色在内的四种色彩为例该例说明本发明。 

操作1：对I_b的操作 

统计I_b中值为1的信息位的数量D₁及值为0的信息位的数量D₀，并比较。 

当D₁≥D₀时，在I_b中直接加载识别定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码； 

当D₁<D₀时，将I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做非运算后,再在单色编码流中加载识别区定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码，并将该运算及做该运算的信息位通知功能区二进制信息流。 

操作2：对I_a的操作 

将进I_a行颜色设置，选择包括黑色在内的4种颜色。将I_a进行分组，每一分组包括T位二进制码，本实施例中设T＝2，假如最后只剩下一位二 进制码，则以0补齐，并将该补0的操作通知功能区二进制信息流。并按照颜色代码标准为每一分组中二进制码设置对应的色彩。本实施例中以添加黑、红、绿、蓝组四色为例，将每种色彩按照二进制颜色代码标准进行设置，分别为00、01、10、11， 

操作3：利用操作2处理的I_a对操作1生成的单色二维码进行色彩添加。遍历单色二维码中黑色像素点，顺序将I_B中的一个分组代表的色彩替换单色二维码中一个黑色像素点。 

假设I_b中一段二进制编码为110100，而I_a中的分组分别为00/10/11。单色编码流生成的单色二维码中黑色像素点分别为第一、二、四位为黑色像素点，而I_a中分组00/10/11分别代表黑色、绿色、蓝色，分别利用I_a中的第一个分组00与I_b中第一位黑色像素点进行异或运算，第二个分组10与I_b中第二位黑色像素点进行异或运算，第三个分组11与I_b中第三位黑色像素点进行异或运算。为了保证色彩添加后的二维码中还有黑色像素点，具体实施时，当I_a中代表黑色的分组00与I_b中的黑色像素点1进行异或运算后的结构设为00。那么替换后的结果为第一位变为00，同理第二位变为10，第三位不变，第四为变为11，则经该色彩添加后该段编码的单色二维码像素点颜色分别为黑色、蓝色、白色、绿色。原先为110100，添加后总信息流为110100001011。 

本实施例中将数据转换为了二进制，还可选择的将数据转换为八进制、十进制、十六进制等计算机直接可识别的编码流。 

本实施例中，用户实现的是对单色二维码添加颜色的功能，因此将编码流分割成了两部分；作为可变换的实施方式，还可选择的根据用户对单色二维码实现的功能的种类的个数将数据进行分割，可选择的将编码流分割成三部分或三部分以上。 

作为可变换的实施方式，还可选择的根据本发明将现有的单色二维码进行处理生成多色彩二维码，首先将现有的单色二维码进行扫描提取信息，将信息区二进制码按照本发明步骤S2-S5进行处理生成多色彩二维 码。假设原单色二维码二进制码总数为N，比如：N＝1000个二进制位，为此，对应的二维码版本编号为No6。当按照本发明多色彩二维码生成方法处理后，同样的信息量可能使用N＝500个二进制位即可实现。为此，可以选用版本编号更低的No4，这样在同等二维码的面积里，像素点的面积增加，将来解码识别的难度也就相应降低，因为增加了彩色功能，破解的难度也明显增加，将更有利于二维码在现实中的应用。 

本发明中，色彩添加区域可以为S3中生成的整个单色二维码区域，也可选择的仅仅添加该单色二维码中的信息区域。 

实施例2 

如图2所示的多色彩二维码生成方法，其在实施例1的基础上，S3中比较D1和D0之前还包括S30：对单色编码流中值为1的信息位、值为0的信息位做掩膜处理，并该操作通知功能区。S4还包括S41：对S4中的每一分组与其前一分组进行异或运算，并将该操作通知功能区二进制信息流。该方法还包括步骤S6:统计完成色彩添加后I_a中还没利用的二进制码的数量A，若A＝0，则不做任何操作；否则重新对对I_x进行分割完成S2-S5步骤。该方法还包括S61：当A＝0时，统计单色二维码中未进行色彩添加的值为1的信息位的数量D，若D∈[0,0.1D₁]，则完成色彩添加；否则重新对I_x进行分割完成S2-S5步骤。 

具体实施时，S6及S61可选择性的取消不做；步骤S41也可选择的取消不做。 

上述所有实施方式中，色彩填充的方向可以为由外向内、还可为由内向外。这样可以保证填充色彩后的二维码的美观性强。 

本发明针对的是信息区进行色彩填充。可选择将单色二维码的其他区域按照本发明所述方法进行色彩填充。 

实施例3 

如图2所示的基于实施例1所述的多色彩二维码的解码方法，包括如下步骤：S1：根据识别定位区扫描获得多色彩二维码像素；S2：扫描提取 多色彩二维码像素中的彩色像素，将其转换生成新的多色二进制信息流；将多色彩二维码进行黑白处理后，扫描并提取信息区生成新的单色二进制信息流；S3：根据功能区信息对新的多色二进制信息流、新的单色二进制信息流进行处理，分别获得单色二进制信息流I_b、多色二进制信息流I_a；S4：顺序将单色二进制信息流I_b与多色二进制信息流I_a合并得到信息区二进制信息流I_x，顺序并将I_x进行解码获得该信息区内容。S3中对新的单色二进制信息流处理的具体操作为S31：向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了异或操作，进行了异或操作则根据进行该操作的信息位将其异或运算后进行还原，否则不做改变；S32：完成S31后，向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了掩膜运算，若进行了掩膜运算，则根据进行掩膜运算的信息位将S31操作后的二进制信息流进行逆向掩膜后再还原，否则不做改变；S3中对新的多色二进制信息流处理的具体操作为S31：向功能区查询多色二进制信息流I_a进行分组时，是否进行了补0操作，若有则去掉；S32：向功能区进行查询生成多色二维码时I_a是否进行了异或运算，有则对器对S31中的信息流做异或运算；否则不做处理直接得到原多色二进制信息流I_a。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种多色彩二维码生成方法，所述多色彩二维码包括识别定位区、信息区、功能区，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：分别在识别定位区、信息区、功能区输入数据，并分别将其数据转换生成二进制信息流，其中，信息区二进制信息流为I_x，该信息流包括N位二进制码，N>0；

S2：将I_x分割成I_b和I_a两部分，并分别统计I_b中值为1和0的信息位的数量D₁、D₀；

S3：比较I_b中D₁和D₀的大小后，生成单色二维码；

S4：将I_a按照颜色代码标准进行分组，并为每一分组中二进制码设置对应的色彩；

S5：将S4中设置的色彩添加到S3中的单色二维码中的黑色像素点中，生成多色彩二维码。

2.根据权利要求1所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，S3的具体操作为：

当D₁≥D₀时，在I_b中直接加载识别区定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码；

当D₁<D₀时，将I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做非运算后,再在I_b中加载识别定位区二进制信息流、功能区二进制信息流成单色二维码，并将该运算及做该运算的信息位通知功能区二进制信息流。

3.根据权利要求1所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，S3操作之前还包括S30：对I_b中值为1的信息位、值为0的信息位做掩膜处理，并将该操作通知功能区二进制信息流。

4.根据权利要求1所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，S4中的每一分组包括T位二进制码。

5.根据权利要求4所述的多色二维码生成方法，其特征在于，S4还包括S41：对S4中的每一分组与其前一分组进行异或运算，并将该操作通知功能区二进制信息流。

6.根据权利要求1所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，S5的具体操作为

S51：扫描单色二维码中值为1的信息位；

S52：将S4中一个分组的色彩添加到S51中扫描出的一个值为1的信息位，生成多色彩二维码。

7.根据权利要求1所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，该方法还包括步骤S6:统计完成色彩添加后I_a中还没利用的二进制码的数量A，若A＝0，则不做任何操作；否则重新对对I_x进行分割完成S2-S5步骤。

8.根据权利要求7所述的多色彩二维码生成方法，其特征在于，该方法还包括S61：当A＝0时，统计单色二维码中未进行色彩添加的值为1的信息位的数量D，若D∈[0,0.1D₁]，则完成色彩添加；否则重新对I_x进行分割完成S2-S5步骤。

9.一种多色彩二维码解码方法，所述多色彩二维码是基于权利要求1-8所述的方法生成的，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据识别定位区扫描获得多色彩二维码像素；

S2：扫描提取多色彩二维码像素中的彩色像素，将其转换生成新的多色二进制信息流；将多色彩二维码进行黑白处理后，扫描并提取信息区生成新的单色二进制信息流；

S3：根据功能区信息对新的多色二进制信息流、新的单色二进制信息流进行处理，分别获得I_b、I_a；

S4：顺序将流I_b与I_a合并得到信息区二进制信息流I_x，并将I_x进行解码获得该信息区内容。

10.根据权利要求9所述的多色彩二维码解码方法，其特征在于，S3中对新的单色二进制信息流处理的具体操作为

S31：向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了异或操作，进行了异或操作则根据进行该操作的信息位将其异或运算后进行还原，否则不做改变；

S32：完成S31后，向功能区查询生成单色二维码时，I_b是否进行了掩膜运算，若进行了掩膜运算，则根据进行掩膜运算的信息位将S31操作后的二进制信息流进行逆向掩膜后再还原，否则不做改变；

S3中对新的多色二进制信息流处理的具体操作为

S31：向功能区查询多色二进制信息流I_a进行分组时，是否进行了补0操作，若有则去掉；

S32：向功能区进行查询生成多色二维码时I_a是否进行了异或运算，有则对器对S31中的信息流做异或运算；否则不做处理直接得到原多色二进制信息流I_a。