CN109063806A - 一种长条小型二维码编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长条小型二维码编码方法，所述方法包括：根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。本发明通过生成一种只带一个定位图形的二维码即可定位扫描图像中的二维码，节省了空间，非常适用于信息量少、空间受限以及图像中存在多个二维码需要同时识别的场景。

Description

一种长条小型二维码编码方法

技术领域

本发明涉及二维码技术领域，尤其涉及一种长条小型二维码编码方法。

背景技术

二维码是在两个维度上编码信息的机器可读的图案，QR二维码（Quick Response，矩阵二维码符号）是现在最广泛应用的二维码，具有信息容量大，纠错能力强的优点，但是，QR二维码都是正方形的，而且最小的QR二维码也有21码元x21码元，对于有些二维码图像大小受限的场景，由于每个码元能占用的面积太小以至于摄像头难以分辨，例如在一个共享书柜中的所有书籍侧面都贴有代表各自信息的二维码供摄像头扫描的情况，这样的二维码是无法使用的；另外，在二维码密集出现且需要同时识别所有二维码的场景中，QR二维码在识别时，由于每个二维码有三个定位图形，需要匹配组合所有检测到的定位图形，将属于同一二维码的定位图形组合到一起，这个步骤对于密集的二维码而言是比较困难的，会增加识别时间及降低识别率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种长条小型二维码编码方法，旨在通过生成一种只带一个定位图形的二维码即可定位扫描图像中的二维码，节省了空间，非常适用于信息量少、空间受限以及图像中存在多个二维码需要同时识别的场景。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种长条小型二维码编码方法，其中，所述长条小型二维码编码方法包括：

根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；

在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；

根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；

将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元具体包括：

根据数据信息从左至右生成5列码元，从上至下生成17行码元。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行具体包括：

将第1行至第4行以及第14行至第17行设置为用于进行数据编码表示不同信息的数据编码行；

将第5行设置为用于进行数据奇偶校验与掩码的校验与掩码行；

将第6行与第12行设置为空白行；

将第7行至第11行组成的图形设置用于对二维码进行定位的定位图形；

将第13行设置为用于确定二维码的方向的下位行。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，每个码元通过一个方形单元进行表示，所有方形单元通过黑白两种颜色进行标记，黑色码元代表1，白色码元代表0。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码具体包括：

在所述校验与掩码行中，中间三个码元表示采用的掩码方法；

所述下位行的五个方形单元的颜色固定为黑白黑白黑，所述校验与掩码行与所述下位行中对应位置的中间三个码010元至少有两个码元不同，则总共有4种掩码方法，分别为001、100、101和111；

其中，001的掩码模式为(row+col) mod 2 =0，100的掩码模式为(row+col) mod 3 =0，101的掩码模式为col mod 2 =0，111的掩码模式为(row/2 + col/2) mod 2 =0；其中，row表示码元的行号，col表示码元的列号，mod表示取余数；

根据掩码操作对数据编码行中符合掩码模式的码元置反，不符合掩码模式的码元不变；

所述校验与掩码行中，位于第1列的码元对第14行至第17行做偶校验，位于第5列的码元对第1行至第5行做偶校验，生成4个二维码。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述码元置反为黑变白和白变黑。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码具体包括：

第一惩罚数：在每行和每列中，3个及3个以上连续相同的码元将得到惩罚数：2*count-3, count为连续相同码元的数目；

第二惩罚数：在每行和每列中，黑白黑白黑的相间码元将得到惩罚数15；

第三惩罚数：每个2*2的相同码元方形单元得到惩罚数8；

第四惩罚数：黑白失衡惩罚数=白色码元与黑色码元数量之差的绝对值*3；当二维码中白色与黑色码元数量相差越多，黑白失衡惩罚数越大；

二维码的惩罚数=第一惩罚数+第二惩罚数+第三惩罚数+第四惩罚数，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

所述的长条小型二维码编码方法，其中，所述定位图形的形状为“回”字形。

本发明公开了一种长条小型二维码编码方法，所述方法包括：根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。本发明通过生成一种只带一个定位图形的二维码即可定位扫描图像中的二维码，节省了空间，非常适用于信息量少、空间受限以及图像中存在多个二维码需要同时识别的场景。

附图说明

图1是本发明长条小型二维码编码方法的较佳实施例的流程图；

图2是本发明长条小型二维码编码方法的较佳实施例中二维码示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明较佳实施例所述的长条小型二维码编码方法，如图1所示，一种长条小型二维码编码方法，其中，所述长条小型二维码编码方法包括以下步骤：

步骤S10、根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；

步骤S20、在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；

步骤S30、根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；

步骤S40、将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

具体地，如图2所示，根据数据信息从左至右生成5列码元，从上至下生成17行码元（码元是二维码图案中最小的方形单元，图2中的二维码大小为5码元x17码元，在横向有5个码元，在纵向有17个码元）；将第1行至第4行以及第14行至第17行设置为用于进行数据编码表示不同信息的数据编码行；将第5行设置为用于进行数据奇偶校验与掩码的校验与掩码行；将第6行与第12行设置为空白行；将第7行至第11行组成的图形设置用于对二维码进行定位的定位图形；将第13行设置为用于确定二维码的方向的下位行。

其中，每一个码元使用一个方形单元表示，每个方形单元的形状均为大小相同的正方形，所有方形单元通过黑白两种颜色进行标记，黑色码元代表1，白色码元代表0。

具体地，第1行至第4行以及第14行至第17行为数据编码行，可表示40bit的数据。

其中，第5 行是校验与掩码行，用于数据奇偶校验与掩码，掩码是按照一定方式改变码元的颜色，在校验与掩码行中，中间三个码元表示采用的掩码方式，掩码的目的是使二维码图案黑白均衡，更便于机器识别。

具体地，本发明的每一个二维码中只有一个定位图形，即第7行至第11行组成的图形，所述定位图形的形状固定不变，且形状为“回”字形，定位图形为图2中二维码中央的“回”字形图案，用来定位二维码，在扫描二维码时，是通过扫描这个定位图形来定位识别二维码的。

具体地，过“回”形中心点的所有线都会被分为等长的五个黑白相间的部分，这样，在扫描时，无论二维码的状态如何（如旋转角度），横线扫描到“回”字形中心，都会得到等长的黑白相间的五段，即使二维码在使用过程中并不是垂直90度摆放（例如贴在书籍的侧面用来识别书籍），也可以打到上面的效果，即可以很方便的进行识别。

其中，所述下位行的五个方形单元的颜色固定为黑白黑白黑，用于标定二维码方位和减少误识，下位行位于定位图形下方第二行，扫描到定位图形后，通过扫描下位行确定二维码的方向。

进一步地，所述步骤S30具体包括：在所述校验与掩码行中，中间三个码元表示采用的掩码方法；所述下位行的五个方形单元的颜色固定为黑白黑白黑，所述校验与掩码行（第5行）与所述下位行（第13行）中对应位置的中间三个码010（白黑白）元至少有两个码元不同（识别时，需要通过第13行，即下位行分辨方向，需要确保它和与之对称的第5行是不同的），则总共有4种掩码方法，分别为001、100、101和111。

其中，001的掩码模式为(row+col) mod 2 =0，100的掩码模式为(row+col) mod 3=0，101的掩码模式为col mod 2 =0，111的掩码模式为(row/2 + col/2) mod 2 =0；其中，row表示码元的行号，col表示码元的列号，mod表示取余数；根据掩码操作对数据编码行中符合掩码模式的码元置反（黑变白，白变黑），不符合掩码模式的码元不变。

所述校验与掩码行中，位于第1列的码元对第14行至第17行做偶校验，位于第5列的码元对第1行至第5行做偶校验，生成4个二维码（就是验证第一个码元与最后四行的码元中，黑色码元个数为偶数，第1-5行中，黑色码元总数为偶数）。

进一步地，所述步骤S40具体包括：将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码；其中，惩罚数的计算方法定义了一个函数，函数输入是一个二维码图像，输出即为该二维码的惩罚数，当二维码中出现不利于识别或不美观的模式时，函数增加惩罚数，比如在非定位图形中出现黑白黑白黑的相间模式，与定位图案相似，可能误识，增加惩罚数即会减少采用这种掩码方法的概率，据惩罚数的计算方法，惩罚数最小的二维码更利于识别和美观。

具体地，惩罚数计算如下：

第一惩罚数：在每行和每列中，3个及3个以上连续相同的码元将得到惩罚数：2*count-3, count为连续相同码元的数目；第二惩罚数：在每行和每列中，黑白黑白黑的相间码元将得到惩罚数15；第三惩罚数：每个2*2的相同码元方形单元得到惩罚数8；第四惩罚数：黑白失衡惩罚数=白色码元与黑色码元数量之差的绝对值*3；当二维码中白色与黑色码元数量相差越多，黑白失衡惩罚数越大；二维码的惩罚数=第一惩罚数+第二惩罚数+第三惩罚数+第四惩罚数（其中，满足要求的采计算相对应的惩罚数），选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

其中，黑白失衡惩罚数维码惩罚数中的一项，当二维码中白色与黑色码元数量相差越多，黑白失衡惩罚数越大。

本发明中，对于任意40位数据，按从左到右（即第1列到第5列），从上到下（即第1-4行，第14-17行）的顺序编码，白色码元代表0,黑色码元代表1，对于每一种掩码方法，对8个数据编码行做掩码，根据确定两个奇偶校验码元，即得到二维码，在得到的四个二维码中，计算惩罚数，惩罚数最小的那个即为最终的二维码。

另外，当选择最终的二维码后，本发明还可以快速进行二维码的识别，将二维码图像进行灰度化和二值化预处理后，再进行中值过滤处理；对处理后的二维码图像分别横向和纵向扫描，横向片段与纵向片段的交点为定位图形的中心并扫描到定位点；根据扫描到的定位点求得从标准二维码坐标到图像坐标之间的透视变换；根据透视变换的关系得到所有码元信息，对码元信息进行奇偶校验，再根据检验与掩码行中记录的掩码方法进行掩码，得到原来编码的数据。

具体地，当扫描二维码的定位图形时，经过定位图形中心的线被定位图形分为黑白黑白黑五部分，比例为1：1：1：1：1；对处理后的图像分别横向和纵向扫描，横向片段与纵向片段的交点为定位图形的中心。

当扫描定位点时，对每个定位图形进行扫描确定四个定位点a，b，c，d；过定位图形中心的横向扫描线与定位图形外层黑色轮廓线交于l，r两点，以l为起点，沿着定位图形黑色外边沿向上扫描，计算扫描过程中每个点与定位图形中心的距离，距离最大的点即为定位点a，其他定位点b，c，d类推扫描得到。

其中，定位点a, b, c, d在标准二维码中的对应点的坐标包括：第一种为(0,6),(5,6), (5,11), (0,11); 第二种为(5,6), (5,11), (0,11), (0,6) ; 第三种为 (5,11), (0,11), (0,6), (5,6); 第四种为(0,11), (0,6), (5,6), (5,11)；对每种情形，已知图像中a，b，c，d四点坐标和对应点在标准二维码中的坐标，求得从标准二维码坐标到图像坐标之间的透视变换。

根据透视变换得到变换关系，计算数据编码行和校验与掩码行在二维码图像中的位置，得到所有码元信息；对得到的码元信息进行奇偶校验，然后根据检验与掩码行中记录的掩码方法进行掩码，得到原来编码的数据。

本发明的二维码设计主要应用于二维码大小受限的场景，每个二维码只有一个定位图形，在大小受限时，既节省了宝贵的空间，在扫描存在多个二维码的图像时，又没有多个定位图形带来的组合同一二维码的定位图形的负担；利用定位图形的四个定位点进行定位，计算标准二维码坐标与扫描图像坐标之间的透视变换，使得只用一个定位图形就可以定位扫描图像中的二维码；二维码宽度与定位图形宽度相同，下位行固定，并且和奇偶与掩码行至少有两个码元不同，由此可以辨别二维码的上下方向，数据编码行对称分布在下位行的下方和奇偶与掩码行的上方。

本发明采用5x17的码元结构，在采用同样的定位图形时，根据本发明可以很容易增减数据编码行，形成诸如5x19, 5x15之类的码元结构，均在本发明的保护范围之内。

更换定位图形，采用比如1:1:3:1:1的”回”字形定位图形，根据本发明可以类推得到诸如7x15, 7x17, 7x19之类的码元结构。

综上所述，本发明提供一种长条小型二维码编码方法，所述方法包括：根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。本发明通过生成一种只带一个定位图形的二维码即可定位扫描图像中的二维码，节省了空间，非常适用于信息量少、空间受限以及图像中存在多个二维码需要同时识别的场景。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述长条小型二维码编码方法包括：

根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元；

在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行；

根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码；

将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

2.根据权利要求1所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述根据数据信息从左至右和从上至下分别生成多列码元和多行码元具体包括：

根据数据信息从左至右生成5列码元，从上至下生成17行码元。

3.根据权利要求2所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述在多行码元中设置数据编码行、检验与掩码行、定位图形、空白行以及下位行具体包括：

将第1行至第4行以及第14行至第17行设置为用于进行数据编码表示不同信息的数据编码行；

将第5行设置为用于进行数据奇偶校验与掩码的校验与掩码行；

将第6行与第12行设置为空白行；

将第7行至第11行组成的图形设置用于对二维码进行定位的定位图形；

将第13行设置为用于确定二维码的方向的下位行。

4.根据权利要求3所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，每个码元通过一个方形单元进行表示，所有方形单元通过黑白两种颜色进行标记，黑色码元代表1，白色码元代表0。

5.根据权利要求4所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述根据多种掩码方法，将多个数据编码行进行掩码，根据确定的两个奇偶校验码元生成多个二维码具体包括：

在所述校验与掩码行中，中间三个码元表示采用的掩码方法；

所述下位行的五个方形单元的颜色固定为黑白黑白黑，所述校验与掩码行与所述下位行中对应位置的中间三个码010元至少有两个码元不同，则总共有4种掩码方法，分别为001、100、101和111；

其中，001的掩码模式为(row+col) mod 2 =0，100的掩码模式为(row+col) mod 3 =0，101的掩码模式为col mod 2 =0，111的掩码模式为(row/2 + col/2) mod 2 =0；其中，row表示码元的行号，col表示码元的列号，mod表示取余数；

根据掩码操作对数据编码行中符合掩码模式的码元置反，不符合掩码模式的码元不变；

所述校验与掩码行中，位于第1列的码元对第14行至第17行做偶校验，位于第5列的码元对第1行至第5行做偶校验，生成4个二维码。

6.根据权利要求5所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述码元置反为黑变白和白变黑。

7.根据权利要求5所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述将生成得多个二维码进行惩罚数计算，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码具体包括：

第一惩罚数：在每行和每列中，3个及3个以上连续相同的码元将得到惩罚数：2*count-3, count为连续相同码元的数目；

第二惩罚数：在每行和每列中，黑白黑白黑的相间码元将得到惩罚数15；

第三惩罚数：每个2*2的相同码元方形单元得到惩罚数8；

第四惩罚数：黑白失衡惩罚数=白色码元与黑色码元数量之差的绝对值*3；当二维码中白色与黑色码元数量相差越多，黑白失衡惩罚数越大；

二维码的惩罚数=第一惩罚数+第二惩罚数+第三惩罚数+第四惩罚数，选择惩罚数最低的二维码作为最终的二维码。

8.根据权利要求1所述的长条小型二维码编码方法，其特征在于，所述定位图形的形状为“回”字形。