CN105069497A - 一种生成美化的二维码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生成美化的二维码的方法。本发明根据二维码结构中的RS块以及RS块中的码字分布特点，生成码字分布图；再利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域，生成显著性图；结合码字分布图和显著性图，计算每个码字块的显著性值，并根据显著性值成码字排序表，基于纠错编码机制的冗余原理，选择排序靠前的m个码字作为可替换区域，则其余部分是非可替换区域；最后，对于可替换区域的码字模块，直接将背景图替换；对于非可替换区域的模块，采用基于阈值的分层替换规则。此外，还可对功能区域的“回”字形定位符进行形状变换。本发明增加了二维码内容的多样性和趣味性，使得所述二维码更加个性化，提升了二维码的外观视觉效果。

Description

一种生成美化的二维码的方法

技术领域

本发明属于二维码技术领域,尤其涉及一种生成美化的二维码的方法。

背景技术

快速响应码(QuickResponseCode)，简称QR码，是在1994年由日本的Densowave公司发明的一种二维条形码。QR码于2000年6月获得批准ISO国际标准ISO/IEC18004，QR码属于一种开放式标准，规格公开。QR码通常由一系列黑色和白色的方形模块按一定规则排列组成一个矩阵。QR码拥有比一维条码更大的存储信息容量，丰富的编码字符集，强大的纠错能力，并且独特的定位功能可以抵抗旋转。随着带摄像头的智能手机的普及，二维码应用变的越来越热门，例如电子优惠券、火车票、扫码支付、广告牌等。

由于传统的二维码基本采用黑白模块，从用户角度来看，该类二维码的内容单调，视觉体验十分糟糕。

在美化QR码的半自动或自动生成的研究之前，大多数美化QR码是由设计师或艺术家在原有QR码的基础上手工创作的，需要支付昂贵的设计成本，用于商业广告宣传。艺术家们通常会在美化QR码的模块中填充颜色，用其他物体代替小模块，柔滑边缘，依靠QR码的纠错机制添加小图像等手法，再依靠手动检测修改后的二维码是否可以解码。这种完全手工方式的美化QR码耗费了大量的人力物力，而且无法保证解码正确率。

根据人类视觉系统，人们对图片的视觉重心较为关注，而对视觉中心上类似噪声的模块十分反感。现有的类似的二维码美化方法，背景图的人物脸上有较多的深色浅色噪声模块，有些甚至无法看清背景，十分影响视觉效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种生成美化的二维码的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1、构造码字分布图；

步骤2、获取显著性图；

步骤3、选择最佳可替换区域；

步骤4、分层的模块替换规则。

步骤1所述的构造码字分布图具体如下：

1-1.根据指定的二维码版本和纠错等级，确定RS块、数据码字、纠错码字和纠错容量的数目；

1-2.标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置，然后构造码字分布图。

所述的构造码字分布图利用了码字的排列规则，对每个RS块中的码字进行标记。

所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构，该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字，并将纠错码字置于数据码字之后，每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块。

步骤2所述的获取显著性图实现如下：利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域，生成显著性图。

步骤3所述的选择最佳可替换区域，具体如下：

3-1.结合码字分布图和显著性图，根据码字分布图中码字块的大小和位置，对显著性图分块；

3-2.根据分块情况，计算每块的显著性值；所述的显著性值为每个码字块的平均值；

3-3.根据显著性值生成码字排序表，码字序号按显著性值从大到小排序，选择前m个码字块作为最佳可替换区域，其中m为正整数；

所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块；一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成；

所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域；所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的，用于显露背景图中最重要区域的区域。

步骤3所述的选择最佳可替换区域依据如下：

RS编码是一种[n,k]非二进制线性分组编码，其中n代表编码块的长度，k代表信息码字的长度；奇偶校验码字的长度是n-k，能够纠正t个错误，如公式(1)所示：

根据RS纠错编码机制的冗余性，拒读错误需要一个纠错码字，而代替错误需要两个纠错码字，因此，纠错码字的容量是RS块中最佳可替换区域m值的上限值。

步骤4所述的分层的模块替换规则，具体如下：

对步骤3选出的最佳可替换区域，以码字为基本单位，将其相对应的背景图直接替换到二维码中；针对剩余的非可替换区域，以单元模块为基本单位，采用基于阈值的分层替换规则，具体有如下四种情况：

其中，Q＝0表示该模块直接被背景替换，Q＝-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合，Q＝1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合；记符号T_i表示二值化后的背景图的对应小块的均值，该块大小与二维码模块大小相同；T₀表示用户图片的二值化阈值；N_i＝0代表二维码中的黑色模块，N_i＝1代表二维码中的白色模块。

所述的单元模块为特殊形状，包括椭圆、圆形、星形、梯形以及自定义形状。当单元模块为自定义的圆形单元模块时，其图像融合方式用以下公式表示：

M_QR(i,j)＝M_orig(i,j)×(1-w_i,j)+M_back(i,j)×w_i,j

其中，自定义的圆形模块的权重w_i,j越靠近圆形越大，w_i,j∈[0,1]，M_QR(i,j)是合成模块中(i,j)位置的像素值，M_orig(i,j)是原始QR码中(i,j)位置的像素值，M_back(i,j)是背景图中(i,j)位置的像素值。

本发明有益效果如下：

本发明提出的是一种创新的生成美化QR码的方法，能够利用码字结构特点、纠错编码机制的冗余并结合显著性检测技术，避免视觉重心区域被噪声模块遮挡。另外，本发明还提出了分层替换规则，还可以使用一些自定义形状的模块，使背景图中的视觉重心更突出。本方法能生成视觉效果较好的美化二维码，保持美化二维码的视觉完整性，对最终生成的二维码的视觉效果有极大的改善。

附图说明

图1是本发明方法的美化二维码的生成流程图。

图2是根据版本3-H的排列规则构造的码字分布图。

图3(a)是图像融合公式的举例示意图。

图3(b)是图像融合公式的举例示意图。

图3(c)是图像融合公式的举例示意图。

图4(a)是圆形自定义模块举例。

图4(b)是图4(a)合成模块效果举例。

图5(a)为星形自定义模块、圆形定位符的二维码效果图。

图5(b)为内圆外方自定义模块、方形定位符的二维码。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种生成美化的二维码的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、构造码字分布图

根据QR码标准[ISO/IEC180042006]中，某版本的RS块分块情况、每个RS块中码字的分布位置都有一定的规则。本方法利用了码字的排列规则，对每个RS块中的码字进行标记，构造码字分布图。所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构。该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字，并将纠错码字置于数据码字之后。每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块。

构造码字分布图具体如下：

1-1.根据指定的二维码版本和纠错等级，确定RS块、数据码字、纠错码字和纠错容量的数目。

1-2.标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置，然后构造码字分布图。

如图2所示版本3-H的码字分布情况，其中分2个RS块，粗斜线表示第1块RS块，横线表示第2块RS块；每个RS块包括数据码字和纠错码字，带阴影的部分代表数据码字。

步骤2、获取显著性图

利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域，生成显著性图。显著性检测是一种用于检测人类视觉中认为图片中重要区域的算法，其中重要区域称为显著性区域。显著性图就是显著性区域的映射图。本文重点不在于显著性检测的研究，因此使用了网上下载的显著性检测程序。这个显著性检测被用于生成背景图的显著性图。由于自动的显著性检测程序存在一些误检测的重要区域，为了更好的美化二维码结果，允许人工在原显著性图上标记新区域。

步骤3、选择最佳可替换区域

3-1.结合码字分布图和显著性图，计算显著性值；所述的显著性值为每个码字块的平均值。

3-2.根据码字分布图中码字块的大小和位置，对显著性图分块；

3-3.根据显著性值生成码字排序表，码字序号按显著性值从大到小排序，选择前m个码字块作为最佳可替换区域，其中m为正整数；

RS编码是一种[n,k]非二进制线性分组编码，其中n代表编码块的长度，k代表信息码字的长度。奇偶校验码字的长度是n-k，能够纠正t个错误，如公式(1)所示：

根据RS纠错编码机制的冗余性，拒读错误需要一个纠错码字，而代替错误需要两个纠错码字，因此，纠错码字的容量是RS块中最佳可替换区域m值的上限值。

所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块；一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成；

所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域；

所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的，用于显露背景图中最重要区域的区域。

如图1所示，显著性图中的粗斜线块对应于码字分布图中的粗斜线块，该块称为码字块。图1中举例说明了一个拥有多个RS块的二维码生成的码字排序表。本方法以RS块作为基础处理块，对RS块中的码字进行排序、选择替换码字等处理，即每个RS块分开处理。

随着版本升高，而纠错等级不变时，QR码每边的模块数量按每个版本增加4的规则递增，使QR符号的面积增大，有利于背景图的融合；码字总数增加，同时纠错容量增加，使QR码的候选码字替换区域增大。随着纠错等级升高，而版本不变时，码字总数不变，纠错码字数增加，导致纠错容量增加，使候选码字替换面积增大。为了进一步提高QR码的美化效果，也可以通过提高版本和纠错等级来进一步扩大最佳可替换区域的m值上限值。

步骤4、分层的模块替换规则

如图3(a)、(b)、(c)所示，对步骤3选出的最佳可替换区域，以码字为基本单位，将其相对应的背景图直接替换到二维码中；针对剩余的非可替换区域，以单元模块为基本单位，采用基于阈值的分层替换规则，具体有如下四种情况：

其中，Q＝0表示该模块直接被背景替换，Q＝-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合，Q＝1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合。记符号T_i表示二值化后的背景图的对应小块的均值，该块大小与二维码模块大小相同(如图3(a)中的四方格之一所示)。T₀表示用户图片的二值化阈值。N_i＝0代表二维码中的黑色模块，N_i＝1代表二维码中的白色模块(如图3(b)中的四分格所示)。

所述的单元模块为特殊形状，包括椭圆、圆形、星形、梯形以及自定义形状；

如图1所示，例举了最佳可替换区域和非可替换区域，其中网格标示的区域为可替换区域，剩余区域为非可替换区域。

为了有较好的美化效果，本文采用特殊形状的模块来替换常规形状的模块。图4(a)列举了一个自定义的圆形单元模块，图4(b)列举了一个合成的二维码，该图像融合方式用以下公式表示：

M_QR(i,j)＝M_orig(i,j)×(1-w_i,j)+M_back(i,j)×w_i,j

其中，自定义的圆形模块的权重w_i,j越靠近圆形越大，w_i,j∈[0,1]，M_QR(i,j)是合成模块中(i,j)位置的像素值，M_orig(i,j)是原始QR码中(i,j)位置的像素值，M_back(i,j)是背景图中(i,j)位置的像素值。

图5a列举了一个美化的二维码的效果图，其中采用了自定义的星形单元模块，该模块作为权重w_i,j，与原始QR码图和背景图进行按权重比例的图像融合。与普通二维码的方形单元模块相比，利用星形、圆形等单元模块，可以将更多的背景图像素显露给用户，使合成后的二维码中的背景图部分更完整。

为了进一步提高二维码的趣味性，图5列举了采用不同自定义形状的单元模块所生成的二维码。“回”字形定位符也可选择转换成其他形状。例如图5(a)所示的左上角、左下角和右上角同心圆环。其深色和浅色模块的间隔比例，依然保持原来的1:1:3:1:1，不影响二维码的正确识读。

Claims (10)

1.一种生成美化的二维码的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、构造码字分布图；

步骤2、获取显著性图；

步骤3、选择最佳可替换区域；

步骤4、分层的模块替换规则。

2.如权利要求1所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤1所述的构造码字分布图具体如下：

1-1.根据指定的二维码版本和纠错等级，确定RS块、数据码字、纠错码字和纠错容量的数目；

1-2.标记每个RS块的位置、每个RS块中数据码字和纠错码字的位置，然后构造码字分布图。

3.如权利要求2所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤1所述的构造码字分布图利用了码字的排列规则，对每个RS块中的码字进行标记。

4.如权利要求3所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于所述的RS块是二维码中定义的一种码字分组的结构，该类型的二维码内置了RS纠错算法用于生成纠错码字，并将纠错码字置于数据码字之后，每个分组中的数据码字和纠错码字组成一个RS块。

5.如权利要求1所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤2所述的获取显著性图实现如下：利用显著性检测技术检测背景图片中的感兴趣区域，生成显著性图。

6.如权利要求1所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤3所述的选择最佳可替换区域，具体如下：

3-1.结合码字分布图和显著性图，根据码字分布图中码字块的大小和位置，对显著性图分块；

3-2.根据分块情况，计算每块的显著性值；所述的显著性值为每个码字块的平均值；

3-3.根据显著性值生成码字排序表，码字序号按显著性值从大到小排序，选择前m个码字块作为最佳可替换区域，其中m为正整数；

所述的码字分布图中的码字块指代数据码字块或纠错码字块；一个RS块由多个数据码字块和纠错码字块组成；

所述的可替换区域是指能够被背景图完全替换的区域；所述的最佳可替换区域指从可替换区域中选择的，用于显露背景图中最重要区域的区域。

7.如权利要求6所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤3所述的选择最佳可替换区域依据如下：

RS编码是一种[n,k]非二进制线性分组编码，其中n代表编码块的长度，k代表信息码字的长度；奇偶校验码字的长度是n-k，能够纠正t个错误，如公式(1)所示：

根据RS纠错编码机制的冗余性，拒读错误需要一个纠错码字，而代替错误需要两个纠错码字，因此，纠错码字的容量是RS块中最佳可替换区域m值的上限值。

8.如权利要求1所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于步骤4所述的分层的模块替换规则，具体如下：

对步骤3选出的最佳可替换区域，以码字为基本单位，将其相对应的背景图直接替换到二维码中；针对剩余的非可替换区域，以单元模块为基本单位，采用基于阈值的分层替换规则，具体有如下四种情况：

其中，Q＝0表示该模块直接被背景替换，Q＝-1表示该模块与自定义形状的深色模块做图像融合，Q＝1表示该模块与自定义形状的浅色模块做图像融合；记符号T_i表示二值化后的背景图的对应小块的均值，该块大小与二维码模块大小相同；T₀表示用户图片的二值化阈值；N_i＝0代表二维码中的黑色模块，N_i＝1代表二维码中的白色模块。

9.如权利要求8所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于所述的单元模块为特殊形状，包括椭圆、圆形、星形、梯形以及自定义形状。

10.如权利要求9所述的一种生成美化的二维码的方法，其特征在于单元模块为自定义的圆形单元模块，其图像融合方式用以下公式表示：

M_QR(i,j)＝M_orig(i,j)×(1-w_i,j)+M_back(i,j)×w_i,j

其中，自定义的圆形模块的权重w_i,j越靠近圆形越大，w_i,j∈[0,1]，M_QR(i,j)是合成模块中(i,j)位置的像素值，M_orig(i,j)是原始QR码中(i,j)位置的像素值，M_back(i,j)是背景图中(i,j)位置的像素值。