CN104899629B - 一种基于径向基函数的二维码图像生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于径向基函数的二维码图像生成方法，该方法包括：根据待编码信息生成二维码的二值方阵，将所述二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域；以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重；通过计算所述图像像素的亮度值确定亮度偏差值；根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像。本发明在保留原图像视觉效果的前提下，将二维码嵌入到图像中，使二维码图像既具有编码传递信息的功能，又具有视觉传递信息的功能，同时兼具审美的功能，一定程度上改变了现有二维码视觉效果不佳的缺陷。

Description

一种基于径向基函数的二维码图像生成方法

技术领域

本发明涉及二维码技术领域，具体涉及一种基于径向基函数的二维码图像生成方法。

背景技术

二维码，又称二维条码，它是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布形成黑白相间的图像，用以记录数据信息的符号，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。其中QR二维码应用最为广泛，它是由日本丰田子公司Denso Wave于1994年发明并开始使用的一种矩阵二维码符号。

由于受到二维码发明之初扫描识别设备以及硬件图像处理设备性能的限制，所以用于二维码信息编码的几何图形，为对比极强的黑白色块，二维码为铺满黑白色块的图像，从视觉上二维码图像没有传达任何有意义信息，给人以杂乱无章之感，缺乏视觉上美感。

目前也有一些技术对用于二维码信息编码的几何图形进行了改进，如采用五角星、圆形等，并将由这些基础图形构成的二维码与图像进行融合，以改进二维码的视觉效果。但存在如下缺点：(1)没有考虑图像的特征，简单的用图像替换二维码图像中的某一基础图形。(2)没有考虑图像的局部特征，通过一个全局阈值，确定用图像替换二维码图像中的某些基础图形。(3)根据原图像与基础图形对应区域颜色的关系确定二维码识别结果，再根据识别结果对基础图形进行调整，通过这种方式确定的二维码识别结果不一定准确。(4)采用二维码的容错率，将图片缩小后直接覆盖到二维码中某个小区域，通常面积不大于二维码面积的10％。这些方法只是在局部区域用图像替换了原二维码内容，另外一些区域用基础图形填充，会留下很强的基础图形痕迹，很难保留图像原貌，而且对二维码的可读性也有一定影响。

发明内容

针对现有技术的缺点，充分利用摄像设备、图像处理和识别设备快速发展而带来的对于低对比度、小面积色块的区分识别能力，本发明提出了一种基于径向基函数的二维码图像生成方法，包括：

根据待编码信息生成二维码的二值方阵，将所述二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域；

以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重；

计算所述图像每个像素的亮度偏差值；

根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像。

本发明实施例采用基于径向基函数的二维码图像生成方法，根据待编码信息生成二维码的二值方阵，将所述二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域；以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重；计算所述图像每个像素的亮度偏差值；根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像。与现有技术中只是按照模板或样式对图像进行覆盖，或者将图片覆盖指定区域的方法相比，本发明实施例提供的基于径向基函数的二维码图像生成方法，可以将二维码信息嵌入原图像的同时，保留原图像的视觉效果，实现将编码传递信息、视觉传递信息和审美三种功能统一在同一二维码图像中。与现有方法相比，本发明不是简单生硬的用二维码基本单元或基础图形覆盖原图像，而是对图像的部分区域的颜色进行调整，使二维码信息能很自然的融进图像之中，为了能在准确识别的前提下，尽量减少调整量保持图像原貌，在调整量的确定时综合考虑了该像素点颜色和其邻域内像素的颜色，以及该像素所在位置与子区域中心的距离等因素，即距子区域中心越近，越重要，权重越大，这样实现了调整量与图像特征相适应，在保证可准确识别的前提下最大限度的保留了图像的原貌，获得更好的视觉效果。

附图说明

图1为本发明所采用的流程图；

图2为本发明实施例中生成的二维码图像示意图；

图3为本发明实施例中生成的二维码图像另一示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

本发明实施例提供一种基于径向基函数的二维码图像生成方法，在保留原图像视觉效果的前提下，将二维码嵌入到图像中，使二维码图像既具有编码传递信息的功能，又具有视觉传递信息的功能，同时兼具审美的功能。

下面将结合本发明实施例中的附图，进一步说明本发明实施例中的技术方案，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，也非对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应包含在本发明保护的范围内。

图1为本发明流程图，按照流程图实现的、基于径向基函数的二维码图像生成方法的一实施例，包括：

S101，输入待编码信息和图像。

输入待编码信息可以为文字、数字、网址、字符等信息，输入图像可以是彩色图像或灰度图像。

S102，生成二维码的二值方阵。

根据待编码信息内容，确定编码字符集，将待编码信息进行编码生成二值方阵，二值方阵每个元素取值为1或0。

S103，二值方阵映射到图像。

将所述二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域。子区域由N*N个像素组成的方形区域，N＝min([w/n],[h/n])，其中w、h分别为以像素为单位的所述图像的宽和高，n为所述二值方阵的阶数，[]为取整函数，以所述图像左上角为(0,0)点，将所述图像中左上角为([(w-N*n)/2],[(h-N*n)/2])，右下角为(w-[(w-N*n)/2],h-[(h-N*n)/2])的方形区域分割为n*n个子区域，每个子区域由N*N个像素组成，所述二值方阵中的每个元素根据其行列号对应到图像中相同行列号的一个子区域。

S104，构造径向基函数，确定影响权重。

以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重。

子区域内像素x_ij的影响权重w(x_ij)＝Φ(‖x_ij-c‖)，Φ(‖x‖)为径向基函数，‖x_ij-c‖为子区域内像素x_ij到子区域中心c的距离，构造的径向基函数Φ(‖x‖)具有从中心向四周函数值减小的特征，即当‖x1‖<‖x2‖，则Φ(‖x1‖)>Φ(‖x2‖)，根据用户指定的截止值w0，将w(x_ij)<w0的w(x_ij)截止为0，用以控制影响范围。

本发明采用径向基函数分配影响权重的方式进行图像调整，好处在于(1)不同位置权重值不一样。而且构造的径向基函数Φ(‖x‖)具有从中心向四周函数值减小的特征，中心权重值大，边缘小，与二维码解码时的算法相适应，越靠近中心，解码时越重要。(2)对图像调整的区域和调整的量可通过径向基函数和截止值进行统一协调控制，调整范围变大，调整量就减小，调整范围变小，调整量就增大，实时控制，操作方便。(3)本发明不是采用图像叠加，而是对图像像素颜色进行调整。叠加方式是完全覆盖，与原颜色没有关系，调整是在原颜色基础上适当偏离，其结果是与原颜色比较接近。

在视觉效果上能体现出显著的好处：多于2/3(甚至8/9)的像素保持原貌不变，只对少于1/3(甚至1/10)的像素进行调整(图2中调整了约1/5像素，图3中调整了约1/10像素)，每个子区域调整的部分只有中间的调整的幅度比较大，越往边缘调整幅度越小。

本发明实施例中采用对应L1-范数的曼哈顿距离，高斯函数作为径向基函数，需要说明的是以L1-范数的曼哈顿距离、高斯函数为例，只是为了更好的说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，采用其它距离、其它具有从中心向四周函数值减小的径向基函数，如对应L2范数的欧式距离、余弦函数等确定像素影响权重，均应包含在本发明的范围内。

本发明实施例中通过截止值控制调整范围，需要说明的是通过截止值控制调整范围，只是为了更好的说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，采用整个子区域或子区域的一个子域为调整范围，均应包含在本发明的范围内。

S105，计算图像像素的亮度偏差值。

计算图像每个像素x_ij的亮度值l_ij，每个像素邻域内M*M个像素亮度的均值t_ij，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素为1时，所述像素亮度偏差值为d_ij＝t_ij-l_ij；当所述像素所在子区域对应二值方阵元素为0时，所述像素亮度偏差值为d_ij＝l_ij-t_ij。

S106，调整所述图像像素的颜色值，生成二维码图像。

根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像。

像素x_ij的颜色c(x_ij)按照以下公式调整：

c(x_ij)＝c(x_ij)-w(x_ij)*max(0,d-d_ij)*c，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素值为1时；

c(x_ij)＝c(x_ij)+w(x_ij)*max(0,d-d_ij)*c，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素值为0时。

其中c、d分别为用户输入的颜色值和亮度最大偏差量。

图2和图3为本实施例生成的嵌入了二维码的图像，本发明实施例提供的基于径向基函数的二维码图像生成方法，可以将二维码嵌入到图像中，保留原图像的视觉效果，实现了将编码传递信息、视觉传递信息和审美三种功能统一在同一二维码图像中。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种基于径向基函数的二维码图像生成方法，其特征在于，包括：

输入待编码信息和图像，根据待编码信息生成二维码的二值方阵；

将所述二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域；

以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重；

计算所述图像每个像素的亮度偏差值；

根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像。

2.根据权利要求1所述的基于径向基函数的二维码图像生成方法，其特征在于，所述将二值方阵映射到用户输入图像，所述二值方阵的每个元素对应于图像的一个子区域，包括：

子区域为由N*N个像素组成的方形区域，N＝min([w/n],[h/n])，其中w、h分别为以像素为单位的所述图像的宽和高，n为所述二值方阵的阶数，[]为取整函数，以所述图像左上角为(0,0)点，将所述图像中左上角为([(w-N*n)/2],[(h-N*n)/2])，右下角为(w-[(w-N*n)/2],h-[(h-N*n)/2])的方形区域分割为n*n个子区域，每个子区域由N*N个像素组成，所述二值方阵中的每个元素根据其行列号对应到图像中相同行列号的一个子区域。

3.根据权利要求2所述的基于径向基函数的二维码图像生成方法，其特征在于，所述以所述子区域的中心为原点构造径向基函数，基于径向基函数确定子区域内各个像素的影响权重，包括：

子区域内像素x_ij的影响权重w(x_ij)＝Φ(‖x_ij-c‖)，Φ(‖x‖)为径向基函数，‖x_ij-c‖为子区域内像素x_ij到子区域中心c的距离，构造的径向基函数Φ(‖x‖)具有从中心向四周函数值减小的特征，即当‖x1‖<‖x2‖，则Φ(‖x1‖)>Φ(‖x2‖)，根据用户指定的截止值w0，将w(x_ij)<w0的w(x_ij)截止为0，用以控制影响范围；i，j为子区域内行、列值。

4.根据权利要求3所述的基于径向基函数的二维码图像生成方法，其特征在于，所述计算所述图像每个像素的亮度偏差值，包括：

计算每个像素x_ij的亮度值l_ij，每个像素邻域内M*M个像素亮度的均值t_ij，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素为1时，所述像素亮度偏差值为d_ij＝t_ij-l_ij；当所述像素所在子区域对应二值方阵元素为0时，所述像素亮度偏差值为d_ij＝l_ij-t_ij；i，j为子区域内行、列值。

5.根据权利要求3所述的基于径向基函数的二维码图像生成方法，其特征在于，所述根据每个像素的亮度偏差值、影响权重以及对应二值方阵中元素的值调整所述图像像素的颜色值，得到嵌入二维码的图像，包括：

所述像素x_ij的颜色c(x_ij)按照以下公式调整：

c(x_ij)＝c(x_ij)-w(x_ij)*max(0,d-d_ij)*c，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素值为1时；

c(x_ij)＝c(x_ij)+w(x_ij)*max(0,d-d_ij)*c，当所述像素所在子区域对应二值方阵元素值为0时；

其中c、d分别为用户输入的颜色值和亮度最大偏差量；i，j为子区域内行、列值。