CN105760914B - 拉曼三维码的生成方法及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种拉曼三维码的生成方法及识别方法，所述生成方法包括：提供一个具有二维平面矩阵的承载物；在所述承载物的所述二维平面矩阵上打印出二维码；在打印的油墨中添加拉曼物质，在打印二维码之前或之后的二维平面矩阵中打印第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图。本发明拉曼三维码的生成方法可生成具有不同拉曼物质的三维码，提高数据信息的容量和可靠性。

Description

拉曼三维码的生成方法及识别方法

技术领域

本发明涉及三维码信息技术领域，特别是涉及一种拉曼三维码的生成方法及识别方法。

背景技术

条码技术自出现以来，发展十分迅速，极大地提高了数据采集和信息处理速度，为管理的科学现代化做出了巨大贡献。

条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。但一维条码的设计存在众多不足之处，如只在一个方向上(一般是水平方向)表达信息，而在垂直方向上不表达任何信息，信息容量受限制等。

为了解决传统一维条码信息容量有限等问题，二维码应运而生。二维码是在条形码的基础上扩展出另一维具有可读性的条码。二维码主要有两大类：行排式二维条码、矩阵式二维条码。行排式二维码是基于一维条码，它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点。常见的行排式二维码有Code 16K、PDF417、Code49等；矩阵式二维码是用某种特定的集合图形按一定的规律在平面(二维方向上)分布黑白相间的图形记录数据符号信息，在编码上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的计算机内部逻辑基础的0、1--进制概念，使用若干与二进制相应的集合形体来表示文字数值信息。常见的矩阵式二维条码主要包括QR Code、Data Matrix、Maxi Code、Code one等。

相比较于一维码，二维码具有以下的优点：编码密度高，信息容量大；编码对象多，可表示文字和图像；容错能力强，具有纠错功能；译码可靠性高；可进行加密，防伪性好等。

随着二维码的广泛应用，人们对条码的信息存储以及信息处理有了进一步的要求。增大条码尺寸或增大条码密度的解决方案都有其局限性：增大条码尺寸需要条码载体提供更大的印制面积；而增大条码密度，需要印制设备、识读设备在精度方面有更高的要求，并且会降低条码的抗干扰能力，极大限制了条码的使用环境。

为解决这些问题，又对二维条码进行了扩展，提出一种新的条码——三维码。三维码是在二维码的基础上增加一个维度来携带信息，增加条码的信息容量。最常见的一种三维码是以颜色作为第三维度的信息载体。它在传统条码的基础上应用色彩编码，通过不同的颜色组合来表示数据信息，具有二维条码的码型结构，但其信息密度远大于同尺寸的二维条码。

然而，颜色作为第三维度的信息载体三维码，信息载体形式单一；以组合后的颜色表示数据信息，使得数据容量有限，且组合后的颜色可能会出现界限不明确的情况，导致数据信息错误，信息安全可靠性差，从而影响三维码的使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种拉曼三维码的生成方法，可生成具有不同拉曼物质的三维码，提高数据信息的容量和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种拉曼三维码的生成方法，所述生成方法包括：提供一个具有二维平面矩阵的承载物；在所述承载物的所述二维平面矩阵上打印出二维码；在打印的油墨中添加拉曼物质，在打印二维码之前或之后的二维平面矩阵中打印第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图。

可选的，当所述拉曼物质具有颜色时，在打印二维码之前先打印第三维度拉曼物质阵列，使二维码覆盖第三维度拉曼物质阵列。

可选的，所述二维平面矩阵的承载物为纸张或塑料。

可选的，所述拉曼物质包括钛白粉。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明拉曼三维码的生成方法通过在二维平面矩阵上打印二维码和具有拉曼物质的第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图，进一步地可根据需要可获得具有不同拉曼物质的三维码，数据容量大；获取所述拉曼三维码中的拉曼信号需要使用激光激发，能够保证信息的安全可靠。

本发明的另一目的是提供一种拉曼三维码的识别方法，用于识别拉曼三维码，准确获取拉曼三维码中包含的信息。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种拉曼三维码的识别方法，所述识别方法包括：使用第一设备照射在由上述拉曼三维码的生成方法生成的拉曼三维码的平面图上，获取二维码对应的二维数据码；使用激光光源激发所述拉曼三维码平面图，使第三维度拉曼物质阵列出现拉曼光谱信号；根据所述拉曼光谱信号获取第三维度拉曼物质阵列对应的第三维数据码；将二维数据码和第三维数据码排列组合获得拉曼三维码表征的信息。

可选的，所述识别方法还包括：根据所述第三维度拉曼物质阵列中不同的拉曼物质调整所述激光光源的激光波长。

可选的，所述拉曼三维码表征的信息包括文字、图像和视频中至少一者。

可选的，所述第一设备为激光器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明拉曼三维码的识别方法通过第一设备照射在拉曼三维码平面图上，获取二维码对应的二维数据码，然后通过激光光源激发所述拉曼三维码平面图，从而使第三维度拉曼物质阵列中出现拉曼光谱信息，进而确定第三维数据码，通过将所述二维数据码和第三维数据码排列组合可准确获得拉曼三维码表征的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明拉曼三维码的生成方法的流程图；

图2为本发明拉曼三维码的编码流程图；

图3a-图3c为本发明拉曼三维码中的模块数据布置图；

图4为本发明拉曼三维码的识别方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种拉曼三维码的生成方法，本发明拉曼三维码的生成方法通过在二维平面矩阵上打印二维码和具有拉曼物质的第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图，进一步地可根据需要可获得具有不同拉曼物质的三维码，数据容量大；获取所述拉曼三维码中的拉曼信号需要使用激光激发，能够保证信息的安全可靠。

当单色光照射到物质上，入射光光子与分子相互作用，可发生弹性散射和非弹性散射。发生弹性散射的光子仅改变方向，没有能量交换，不改变频率，这种散射称为瑞利散射；而非弹性散射有能量交换，波长位移有变化，大部分频率不发生改变，只有小部分发生偏移，这种散射称为拉曼散射，所对应的物质称为拉曼物质。拉曼散射与入射光波长无关，只与物质本身的分子结构和振动转动能级有关，散射光频率的变化决定于散射物质的特性，不同原子团振动的方式是惟一的，因此可以产生特定频率的散射光，即每种物质有自己的特征拉曼光谱，可用拉曼光谱表征物质。照此原理可以鉴别出组成物质的分子的种类。

拉曼检测技术的优点：它可以提供直接无损伤的定量定性分析，几乎不需要对样品进行处理，样品需要量较少，可以避免误差的产生；检测范围广，几乎覆盖所有的有机物，无机化合物，高分子及其混合物；操作简便，测定时间短；灵敏度高，谱峰尖锐，可明显表征特定分子的结构。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明拉曼三维码的生成方法包括：

步骤100：提供一个具有二维平面矩阵的承载物；

步骤110：在所述承载物的所述二维平面矩阵上打印出二维码；

步骤120：在打印的油墨中添加拉曼物质，在打印二维码之前或之后的二维平面矩阵中打印第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图。

所述二维平面矩阵的承载物为纸张或者塑料，本发明拉曼三维码的生成方法生产的拉曼三维码一般以印刷的方式印制在纸张、塑料等材料的表面上。印刷中加入有拉曼信号的物质，例如钛白粉(它的拉曼峰在xxx cm-1处)，但并不以此为限。但是当所述拉曼物质具有颜色时，为避免第三维度拉曼物质阵列覆盖二维码而影响二维码信息的显示，在打印二维码之前先打印第三维度拉曼物质阵列，使二维码覆盖第三维度拉曼物质阵列。

通过在二维码中增加一位拉曼光谱信息构成拉曼三维码，可提高信息容量。拉曼三维码中的拉曼物质具有自己的特征拉曼光谱，通过第三维度拉曼物质阵列中不同位置处的拉曼光谱信号的组合来表示第三维数据码。

所述形成三维码与二维码有相同的结构构造和基本思想，具有容错性，同样通过灵活利用构成计算机内部逻辑基础的0、1-二进制概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示文字、数字以及其它信息。例如：

所述拉曼三维码表征的数据码包括两部分，一部分是在二维平面矩阵内通过黑、白像素在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，用点(方点、圆点或其他形状)的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”；另一部分是在第三维度中通过带有拉曼信号的拉曼物质在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，检测出有特定物质的拉曼信号表示二进制“1”，没有则表示二进制的“0”。

如图2所示，本发明中三维码实现的编码方式包括以下步骤：

步骤200：数据分析，确定数据类型，选择高效的编码模式；步骤210：数据编码，将数据字节转换为二进制位流的数据码；步骤220：生成纠错码，并加入到数据码字中；步骤230：增加功能图形，在矩阵中布置块；步骤240：添加掩模。

下面以数据01234567的编码为例，具体介绍本发明三维码的编码方式：

数据01234567选择的是数字模式，按照数字模式的规则将其分为三组，转换为二进制：012→0000001100，345→0101011001，67→1000011。再根据编码版本加入字符数，如版本1-M为10位，8→0000001000，终止符0000，模式指示符0001。最终位流序列为：00010000001000 0000001100 0101011001 1000011 0000，分成码字(不足一个码字的长度添加0)：00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000。

本发明采用条码中常用的RS纠错法对数据进行纠错。根据纠错等级和编码版本确定据纠错码容量，再选择相应生成多项式求出纠错码字。将纠错码字加入到数据码字序列后面，组成一个新的序列，得到最终数据。

其中，功能图形包括寻像图形、分隔符、定位图形和校正图形，以及格式信息、版本信息模块和符号字符的布置。

如图3a-图3c所示，符号字符布置中，多数码字在符号中表示为规则的2*2个模块，码字排列向上或向下排列，每个码字的最前四位按序号依次排放，后四位用拉曼信号表示也依次叠加排放在模块之上。当遇到功能图形的边界时，如若需要改变方向或紧靠功能图形时，改用水平排列4*1或垂直排列的1*4的模块。

进一步地，本发明还提供一种拉曼三维码的识别方法。如图4所示，本发明拉曼三维码的识别方法包括：

步骤400：使用第一设备照射在由上述拉曼三维码的生成方法生成的拉曼三维码的平面图上，获取二维码对应的二维数据码。

步骤410：使用激光光源激发所述拉曼三维码平面图，使第三维度拉曼物质阵列出现拉曼光谱信号。

步骤420：根据所述拉曼光谱信号获取第三维度拉曼物质阵列对应的第三维数据码；

步骤430：将二维数据码和第三维数据码排列组合获得拉曼三维码表征的信息。

本发明拉曼三维码的识别方法通过第一设备照射在拉曼三维码的平面图上，获取二维码对应的二维数据码，然后通过激光光源激发所述拉曼三维码平面图，从而使第三维度拉曼物质阵列中具有拉曼物质的位置出现拉曼光谱信号，多个拉曼光谱信号组合确定第三维数据码，通过将所述二维数据码和第三维数据码排列组合可准确获得拉曼三维码表征的信息。

其中，所述拉曼三维码表征的信息包括文字、图像和视频中至少一者。

进一步地，本发明拉曼三维码的识别方法还包括：根据所述第三维度拉曼物质阵列中不同的拉曼物质调整所述激光光源的激光波长。使用单调性好，方向性好，强度高的100mW、785nm波长的激光作为光源，激光与物质分子相互作用发生拉曼效应，产生拉曼散射光信号。在光源后增加光学系统，添加滤光片，消除杂散光的影响。对于拉曼散射光信号中荧光背景的影响，可通过纯化物质，选取合适的激光波长以避开荧光干扰来解决。优选地，配合聚焦式探头，可透过任何对激光透明的介质进行探测扫描，获得拉曼光谱信号。如可以探测扫描被玻璃，塑料等覆盖的三维码。

此外，所述第一设备为激光器，通过所述激光器可分别识别二维码二维数据码和第三维数据码，减少识别设备的使用，降低成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种拉曼三维码的生成方法，其特征在于，所述生成方法包括：

提供一个具有二维平面矩阵的承载物；

在所述承载物的所述二维平面矩阵上打印出二维码；

在打印的油墨中添加拉曼物质，在打印二维码之前或之后的二维平面矩阵中打印第三维度拉曼物质阵列，使得所述第三维度拉曼物质阵列与二维码重合形成拉曼三维码的平面图；

所述拉曼三维码表征的数据码包括两部分，一部分是在二维平面矩阵内通过黑、白像素在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，用点的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”；另一部分是在第三维度中通过带有拉曼信号的拉曼物质在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，检测出有特定物质的拉曼信号表示二进制“1”，没有则表示二进制的“0”；

所述三维码实现的编码方式包括以下步骤：数据分析，确定数据类型，选择高效的编码模式；数据编码，将数据字节转换为二进制位流的数据码；生成纠错码，并加入到数据码字中；增加功能图形，在矩阵中布置块；添加掩模；

所述功能图形包括寻像图形、分隔符、定位图形和校正图形，以及格式信息、版本信息模块和符号字符的布置；

所述符号字符布置中，多数码字在符号中表示为规则的2*2个模块，码字排列向上或向下排列，每个码字的最前四位按序号依次排放，后四位用拉曼信号表示也依次叠加排放在模块之上，当遇到功能图形的边界时，如若需要改变方向或紧靠功能图形时，改用水平排列4*1或垂直排列的1*4的模块。

2.根据权利要求1所述的拉曼三维码的生成方法，其特征在于，当所述拉曼物质具有颜色时，在打印二维码之前先打印第三维度拉曼物质阵列，使二维码覆盖第三维度拉曼物质阵列。

3.根据权利要求1所述的拉曼三维码的生成方法，其特征在于，所述二维平面矩阵的承载物为纸张或塑料。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的拉曼三维码的生成方法，其特征在于，所述拉曼物质包括钛白粉。

5.一种拉曼三维码的识别方法，其特征在于，所述识别方法包括：

使用第一设备照射在由根据权利要求1-4中任一项所述的拉曼三维码的生成方法生成的拉曼三维码的平面图上，获取二维码对应的二维数据码；

使用激光光源激发所述拉曼三维码平面图，使第三维度拉曼物质阵列出现拉曼光谱信号；

根据所述拉曼光谱信号获取第三维度拉曼物质阵列对应的第三维数据码；

将二维数据码和第三维数据码排列组合获得拉曼三维码表征的信息；

所述拉曼三维码表征的数据码包括两部分，一部分是在二维平面矩阵内通过黑、白像素在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，用点的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”；另一部分是在第三维度中通过带有拉曼信号的拉曼物质在矩阵中相应元素位置上的不同分布表示不同的信息，在矩阵相应元素位置上，检测出有特定物质的拉曼信号表示二进制“1”，没有则表示二进制的“0”；

所述三维码实现的编码方式包括以下步骤：数据分析，确定数据类型，选择高效的编码模式；数据编码，将数据字节转换为二进制位流的数据码；生成纠错码，并加入到数据码字中；增加功能图形，在矩阵中布置块；添加掩模；

所述功能图形包括寻像图形、分隔符、定位图形和校正图形，以及格式信息、版本信息模块和符号字符的布置；

所述符号字符布置中，多数码字在符号中表示为规则的2*2个模块，码字排列向上或向下排列，每个码字的最前四位按序号依次排放，后四位用拉曼信号表示也依次叠加排放在模块之上，当遇到功能图形的边界时，如若需要改变方向或紧靠功能图形时，改用水平排列4*1或垂直排列的1*4的模块。

6.根据权利要求5所述的拉曼三维码的识别方法，其特征在于，所述识别方法还包括：

根据所述第三维度拉曼物质阵列中不同的拉曼物质调整所述激光光源的激光波长。

7.根据权利要求5所述的拉曼三维码的识别方法，其特征在于，所述拉曼三维码表征的信息包括文字、图像和视频中至少一者。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的拉曼三维码的识别方法，其特征在于，所述第一设备为激光器。