CN104463059A - Qr码识别中一个探测图形破损时的重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种版本号在2～40之间的QR码中有一个探测图形受到破坏、污损时，依据另外两个探测图形和标准图形右下角的定位图形，对第三个探测图形进行恢复重构的方法，该方法提高了QR码识别时的抗污损能力。

Description

QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法

技术领域

本发明涉及一种QR码识别方法，尤其涉及QR码中有一个探测图形破损时的重构识别方法。

背景技术

QR码的“QR”是Quick Response（快速反应）的缩写。这种二维码能够快速读取，与之前的条形码相比，QR码能存储更丰富的信息，包括对文字、URL地址和其他类型的数据加密。QR码1994年由日本Denso-Wave公司发明，QR码的标准JIS X0510在1999年1月发布，而其对应的ISO国际标准ISO/IEC18004，则在2000年6月获得批准。根据Denso Wave公司的网站资料，QR码是属于开放式的标准，QR码的规格公开，而由Denso Wave公司持有的专利权益，则不会被执行。除了标准的QR码之外，也存在一种称为“微型QR码”的格式，是QR码标准的缩小版本，主要是为了无法处理较大型扫描的应用而设计。微型QR码同样有多种标准，最高可储存35个字元。

因其不再使用线性扫描的方式工作，而是使用红外光增强的摄像头工作，直接对镜头拍摄到的图像中的QR码图像进行软件识别，所以对反射角度的要求降低了。二维码扫描器甚至能对液晶屏幕上显示的条码进行“扫描”（识别），但垂直位于屏幕上的条码上方时容易因自带红外光源在屏幕上的反光而影响识别，所以可以直接扫描到手机等屏幕上显示的条码。

QR码呈正方形，只有黑白两色。在4个角落的其中3个，印有较小，像“回”字的正方图案。这3个是帮助解码软件定位的图案，即探测图形，使用者不需要对准，无论以任何角度扫描，资料仍可正确被读取。

QR码图形从结构上分为功能图形区和编码区，其中编码区内容采用了Reed-Solomon容错机制，分四个等级实现了编码区的纠错功能。但是，功能图形区却没有任何容错能力。功能图形区中探测图形是最重要的，只要功能图形区中的探测图形完好，至少可以识别部分QR码内容，一旦功能图形区中的探测图形受损，则不能定位QR码区域，无法识别QR码的任何内容。

QR图像中三个探测图形完好时，只需要经过图像处理将原始图像转为黑白图像，然后经过国标《GB_T18284-2000快速响应矩阵码》规定的识别步骤处理，识别出三个探测图形，进而定位QR码图像区域即可进行QR码内容识别。但是，当QR码中的一个探测图形受到破坏、污损时，只有两个探测图形可用，即使QR码中核心内容完好无损，国标中规定的识别算法也不能定位QR码区域，即不能识别出QR码中的内容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在QR码中有一个探测图形受到破坏、污损时，对第三个探测图形进行重构的方法，在一定程度上提高了QR码识别时的抗污损能力。

本发明通过以下方法解决现有问题，本发明的处理过程按照以下步骤进行：

根据已识别出的两个探测图形估算QR模块尺寸；

连接所述已识别出的两个探测图形的中心生成一条线段；

根据上述生成的线段构造3组正方形；

以所构造的正方形的除上述线段两端的顶点之外的顶点为中心，继续构建正方形，并依此在所继续构建的正方形中查找定位图形；

若没有找到定位图形，则QR码重构第三个探测图形失败，重构结束；若在某一个正方形中找到定位图形，记录定位图形中心坐标，以定位图形为基础再次估算QR码的模块尺寸，记为第二估算模块尺寸；

根据找到的定位图形判断已知的两个探测图形的位置关系，并根据所判断的两个已知探测图形的位置关系和定位图形，确定第三个探测图形的顶点位置；

从已知的两个探测图形中，选择一个进行图像变形，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域，第三个探测图形重构结束。

更进一步的，其中所述构造3组正方形具体包括：

以所述已识别出的两个探测图形中心生成的一条线段作为正方形的一个边和两个顶点，找出使用这条线段可以构成正方形的四个顶点，将生成在线段同一侧的两个顶点分为一组，如果第三个探测图形和所查找的定位图形在这两个分组中，则已知探测图形为相邻关系；

以所述已识别出的两个探测图形中心生成的一条线段作为正方形的对角线和两个顶点，找出另外的两个顶点，作为一个分组，如果第三个探测图形和所查找的定位图形在这个分组中，则已知探测图形为对角关系。

更进一步的，其中所述继续构建正方形具体包括：

以所述构造3组正方形生成的共六个点为中心，构建六个边长相等的正方形，正方形边长满足条件：10倍所估算的QR模块尺寸≤正方形边长≤16倍所估算的QR模块尺寸，六个正方形对应上述六个顶点的分组方式，也分为三组。

更进一步的，其中所述查找定位图形具体包括：依次在六个正方形中查找定位图形，查找“白色:黑色:白色”宽度比例为1:1:1的两组相互垂直、中心相交的线段；如果找不到定位图形，则将正方形边长增大后继续查找定位图形，六个正方形边长最大值为16倍所估算的QR模块尺寸。

更进一步的，其中所述判断已知的两个探测图形的位置关系具体包括：与定位图形所在的正方形同一分组的另一个正方形区域即为第三个探测图形所在区域；根据所确定的分组，判定出已知两个探测图形是相邻关系还是对角关系。

更进一步的，其中如果判断两个探测图形是相邻关系，则：

延长距离第三个探测图形所在区域较近的探测图形的边长，使探测图形的两条延长线穿过第三个探测图形所在的区域；

从定位图形中心坐标开始，沿靠近所述已识别出的两个探测图形的中心生成线段的垂直方向，移动0.5倍第二估算模块尺寸，得到一个新的坐标点，过新坐标点画一条直线，使之平行于该生成线段，该直线与上述的延长线有两个交点，即为第三个探测图形的两个顶点，两个交点之间的线段即为第三个探测图形的一个边；

从定位图形中心坐标开始，沿远离所述已识别出的两个探测图形的中心生成线段的垂直方向，移动3.5倍第二估算模块尺寸，得到另一个新的坐标点，过该点画一条直线，使之平行于所述生成线段，该直线与上述的延长线有两个交点，得到一条线段，该线段中心坐标即为探测图形估计中心点坐标；

计算上述确定的第三个探测图形估计中心点与第三个探测图形的边的垂直距离h，在远离所述生成线段方向、距离第三个探测图形边垂直距离2h处，画平行于所述生成线段的平行线，与上述延长线有两个交点，即为第三个探测图形另外的两个顶点。

更进一步的，其中如果判断两个探测图形是对角关系，则：

分别延长两个探测图形四边形成延长线，四条延长线在第三个探测图形所在区域相交得到四个交点，这四个点即为第三个探测图形的四个顶点。

更进一步的，还包括从已知的两个探测图形中，选择距离第三个探测图形较近的探测图形进行图像变形，目标形状为上述确定的第三个探测图形四个顶点组成的四边形区域，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域。

更进一步的，还包括从已知的两个探测图形中，选择一个进行图像变形，目标形状为上述确定的第三个探测图形四个顶点组成的四边形区域，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域。

本发明充分利用了QR码的正方形轮廓、探测图形和标准图形最右下角定位图形的布局特征，提供了一个探测探测图形受损时的回复方法。QR码有40个版本，除了版本1没有定位图形，本发明方法不能适用外，其余39个版本均可应用本发明中的方法提高抗污损能力。

本发明的改进效果为：既使QR码图形区的一个探测图形受到破损、污损，应用本发明的方法后，仍然可以正确识别QR码内容。国标中规定的识别方法，以及市场上的识别设备，目前尚不具备该能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中可能的第三个探测图形位置示意图。

图2是本发明实施例中两个探测图形相邻时重构第三个探测图形的示意图。

图3是本发明实施例中依据相邻探测图形重构第三个探测图形的结果。

图4是本发明实施例中两个探测图形成对角时重构第三个探测图形的示意图。

图5是本发明实施例中依据成对角关系探测图形重构第三个探测图形的结果。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图1至附图5对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施实例1：

给定一个探测图形受损的QR码图像，如图2所示。通过国标《GB_T18284-2000快速响应矩阵码》中规定的QR码参考识别方法，在拍摄的QR码图像灰度化、二值化处理之后，可以识别出完好的两个探测图形，标记为T1和T2，T1的中心点坐标为C1，T2的中心点坐标为C2。第三个探测图形重构步骤如下：

1)、根据现有两个探测图形估算模块的宽度。所述根据探测图形估算模块宽度的具体方法可以采用国标《GB_T18284-2000快速响应矩阵码》中提出的计算方式，即先将两个探测图形的宽度相加，然后再除以14；计算时，为了减小误差也可以将已识别出的两个探测图形的长和宽分别相加，然后除以28，即设探测图形为T1和T2，估算尺寸为W=(T1长+T1宽+T2长+T2宽)/28。

2)、连接点C1、C2生成线段C1C2。

3)、以点C1、C2为交点，做垂直于线段C1C2的两条垂直线段P1P3和P2P4，线段C1P1、C1P3、C2P2、C2P4的长度全部等于C1C2的长度，即为正方形的几个边；以线段C1C2为对角线，画出正方形的另外两个顶点P5和P6。点P1、P2、P3、P4、P5、P6即为可能的探测图形中心点，根据QR码图像的特征将点分组为(P1,P2)，(P3,P4)(P5,P6)，如图1所示。

4)、以P1、P2、P3、P4、P5、P6为中心点，构建边长为10估算模块宽度的正方形依次记为D1、D2、D3、D4、D5、D6，构建的六个正方形中正方形D1、D2、D3、D4有两条边平行于线段C1C2，正方形D5和D6的四个边则分别平行于以C1C2为对角线的正方形四个边。根据步骤3）点的分组，将六个正方形分为三组记为(D1,D2)，(D3,D4)(D5,D6)，每一个分组中，如果一个正方形中含有定位图形，则另一个正方形是第三个探测图形所在区域。

5)、在构建的正方形D1、D2、D3、D4、D5、D6中查找定位图形，查找方法为符合白黑白比例为1:1:1的两组中心相同的垂直线段。如果在边长为10估算模块的六个正方形没有找到定位图形。则增加六个正方形的边长继续查找，正方形边长最大值不超过16估算模块宽度。

6)、如果在16估算模块宽度的正方形中仍然查不到定位图形，则QR码第三个探测图形重构失败，重构过程结束；如果找到,以定位图形为基础再次估算QR码的模块尺寸，记为第二估算模块尺寸，转步骤7)。

7)、根据步骤5)在正方形D1区中找到定位图形，如图2所示，则根据步骤4）的分组，第三个探测图形的重构区域在为D2内，已知探测图形属于相邻关系。

8)、依据探测图形T2两平行边外边沿做两条延长线L1、L2，使其穿过D2区域。

9)、从定位图形中心沿着靠近线段C1C2的垂直方向，移动0.5倍第二估算模块宽度，即为定位图形中心模块边沿中心点记为X1，经点X1画平行于C1C2的平行线L3，L3与L1、L2的交点记为X2、X3，线段X2X3即为第三个探测图形的一条边。

从定位图形中心沿着远离线段C1C2的垂直方向，移动3.5倍第二估算模块宽度，得到一个点记为Y1，经点Y1画平行于C1C2的平行线L4，L4与L1、L2的交点记为Y2、Y3，线段Y2Y3的中心点即为第三个探测图形的估计中心点，记为P2’。

10)、记点P2’与线段L3的垂直距离为h，在远离探测图形T2并且与L3的垂直距离为2h处，画一条直线，使其与C1C2平行，与L1、L2的交点记为X5、X4。则X2、X3、X4、X5四点连线组成的四边形即为第三个探测图形的四个顶点。

11)、将探测图形T2进行图像变形，变形的目标区域为第三个探测图形区域，将变形的结果放到目标区域。

12)、第三个探测图形重构完毕，结果如图3所示。

实施实例2：

给定一个探测图形受损的QR码图像，如图4所示，通过国标《GB_T18284-2000快速响应矩阵码》中规定的QR码参考识别方法，在拍摄的QR码图像灰度化、二值化处理之后，可以识别出完好的两个探测图形，标记为T1和T2，T1的中心点坐标为C1，T2的中心点坐标为C2。第三个探测图形重构步骤如下：

1)、根据现有两个探测图形估算模块的宽度；宽度估算方式同实施例1。

2)、连接点C1、C2生成线段C1C2。

3)、以点C1、C2为交点，做垂直于线段C1C2的两条垂直线段P1P3和P2P4，线段C1P1、C1P3、C2P2、C2P4的长度全部等于C1C2的长度，即为正方形的几个边；以线段C1C2为对角线，画出正方形的另外两个顶点P5和P6。点P1、P2、P3、P4、P5、P6即为可能的探测图形中心点，根据QR码图像的特征将点分组为(P1,P2)，(P3,P4)(P5,P6)，如图1所示。

4)、以P1、P2、P3、P4、P5、P6为中心点，构建边长为10估算模块宽度的正方形依次记为D1、D2、D3、D4、D5、D6，构建的六个正方形中正方形D1、D2、D3、D4有两条边平行于线段C1C2，正方形D5和D6的四个边则分别平行于以C1C2为对角线的正方形四个边。根据步骤3）点的分组，将六个正方形分为三组记为(D1,D2)，(D3,D4)(D5,D6)，每一个分组中，如果一个正方形中含有定位图形，则另一个正方形是第三个探测图形所在区域。

5)、在构建的正方形D1、D2、D3、D4、D5、D6中查找定位图形，查找方法为符合白黑白比例为1:1:1的两组中心相同的垂直线段。如果在边长为10估算模块的六个正方形没有找到定位图形。则增加六个正方形的边长继续查找，正方形边长最大值不超过16估算模块宽度。

6)、如果在16估算模块宽度的正方形中仍然查不到定位图形，则QR码第三个探测图形重构失败，重构过程结束；如果找到则转步骤7)。

7)、根据步骤5)在正方形D6区中找到定位图形，如图4所示，则根据步骤4）的分组，第三个探测图形的重构区域在为D5内，已知探测图形属于对角关系。

8)、依据探测图形T1、T2两平行边外边沿分别画两条延长线，四条延长线相较于D5区内，形成四个交点Y1、Y2、Y3、Y4，这四个点即为第三个探测图形的顶点。

9)、以探测图形T1为基础进行图像变形，变换的目标区域为第三个探测图形区域，将变换的结果放到目标区域。

10)、第三个探测图形重构完毕，结果如图5所示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其特征在于，所述重构方法包括如下步骤：

根据已识别出的两个探测图形估算QR模块尺寸；

连接所述已识别出的两个探测图形的中心生成一条线段；

根据上述生成的线段构造3组正方形；

以所构造的正方形的除上述线段两端的顶点之外的顶点为中心，继续构建正方形，并依此在所继续构建的正方形中查找定位图形；

若没有找到定位图形，则QR码重构第三个探测图形失败，重构结束；若在某一个正方形中找到定位图形，记录定位图形中心坐标，以定位图形为基础再次估算QR码的模块尺寸，记为第二估算模块尺寸；

根据找到的定位图形判断已知的两个探测图形的位置关系，并根据所判断的两个已知探测图形的位置关系和定位图形，确定第三个探测图形的顶点位置；

从已知的两个探测图形中，选择一个进行图像变形，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域，第三个探测图形重构结束。

2.根据权利要求1所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中所述构造3组正方形具体包括：

以所述已识别出的两个探测图形中心生成的一条线段作为正方形的一个边和两个顶点，找出使用这条线段可以构成正方形的四个顶点，将生成在线段同一侧的两个顶点分为一组，如果第三个探测图形和所查找的定位图形在这两个分组中，则已知探测图形为相邻关系；

以所述已识别出的两个探测图形中心生成的一条线段作为正方形的对角线和两个顶点，找出另外的两个顶点，作为一个分组，如果第三个探测图形和所查找的定位图形在这个分组中，则已知探测图形为对角关系。

3.根据权利要求1或2所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中所述继续构建正方形具体包括：

以所述构造3组正方形生成的共六个点为中心，构建六个边长相等的正方形，正方形边长满足条件：10倍所估算的QR模块尺寸≤正方形边长≤16倍所估算的QR模块尺寸，六个正方形对应上述六个顶点的分组方式，也分为三组。

4.根据权利要求1所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中所述查找定位图形具体包括：依次在六个正方形中查找定位图形，查找“白色:黑色:白色”宽度比例为1:1:1的两组相互垂直、中心相交的线段；如果找不到定位图形，则将正方形边长增大后继续查找定位图形，六个正方形边长最大值为16倍所估算的QR模块尺寸。

5.根据权利要求3所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中所述判断已知的两个探测图形的位置关系具体包括：与定位图形所在的正方形同一分组的另一个正方形区域即为第三个探测图形所在区域；根据所确定的分组，判定出已知两个探测图形是相邻关系还是对角关系。

6.根据权利要求5所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中如果判断两个探测图形是相邻关系，则：

延长距离第三个探测图形所在区域较近的探测图形的边长，使探测图形的两条延长线穿过第三个探测图形所在的区域；

从定位图形中心坐标开始，沿靠近所述已识别出的两个探测图形的中心生成线段的垂直方向，移动0.5倍第二估算模块尺寸，得到一个新的坐标点，过新坐标点画一条直线，使之平行于该生成线段，该直线与上述的延长线有两个交点，即为第三个探测图形的两个顶点，两个交点之间的线段即为第三个探测图形的一个边；

从定位图形中心坐标开始，沿远离所述已识别出的两个探测图形的中心生成线段的垂直方向，移动3.5倍第二估算模块尺寸，得到另一个新的坐标点，过该点画一条直线，使之平行于所述生成线段，该直线与上述的延长线有两个交点，得到一条线段，该线段中心坐标即为探测图形估计中心点坐标；

计算上述确定的第三个探测图形估计中心点与第三个探测图形的边的垂直距离h，在远离所述生成线段方向、距离第三个探测图形边垂直距离2h处，画平行于所述生成线段的平行线，与上述延长线有两个交点，即为第三个探测图形另外的两个顶点。

7.根据权利要求5所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，其中如果判断两个探测图形是对角关系，则：

分别延长两个探测图形四边形成延长线，四条延长线在第三个探测图形所在区域内相交得到四个交点，这四个点即为第三个探测图形的四个顶点。

8.根据权利要求6所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，还包括从已知的两个探测图形中，选择距离第三个探测图形较近的探测图形进行图像变形，目标形状为上述确定的第三个探测图形四个顶点组成的四边形区域，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域。

9.根据权利要求7所述的QR码识别中一个探测图形破损时的重构方法，还包括从已知的两个探测图形中，选择一个进行图像变形，目标形状为上述确定的第三个探测图形四个顶点组成的四边形区域，然后将变形结果填充到第三个探测图形区域。