CN112364964A - 二维码、二维码生成方法及其解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了二维码，包括主码和辅助码，在所述主码的至少一侧设置所述辅助码；所述主码为标准二维码；所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；所述辅助码为条纹组，每一条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；所述条纹沿着标准二维码中心向外平行、发散平行排列；以辅助码在坐标系中的尺寸信息确定标准二维码的位置；以辅助方向在坐标系中的角度信息确定所述标准二维码的旋转角度。本发明还公开了上述二维码的生成以及解码方式。本发明中的二维码抗干扰能力强，与标准二维码存在固定的位置和角度关系。还能提供额外的编码信息，用途更加广泛。

Description

二维码、二维码生成方法及其解码方法

技术领域

本发明涉一种及二维码、二维码生成方法及其解码方法。

背景技术

为了能快速定位二维码以获取其包含的信息，一般会在标准形式的二维码周围添加特定的辅助图案来快速定位，或者使用自身包含定位图案的非标准形式的二维码。

添加特定的辅助图案例如：

专利201510293436.9中，在标准QR二维码的周围增加一个辅助定位的矩形框，通过对拍摄到的图像进行边缘提取，筛选出封闭的轮廓曲线，然后进行多边形拟合，将与预定边框在尺寸和形状均相同的轮廓曲线作为辅助矩形框。然后再该矩形框内识别里面的二维码。该辅助矩形框虽然能帮助快速定位，但是无法提供完整的角度信息(码的真实角度范围是0～360°，但是该矩形框为对称图形，只能提供0～90°范围的角度信息，还需后续识别二维码来获取实际角度)，并且容易受到干扰(如边框出现微小破损，导致轮廓不连续，则无法快速定位)。

专利201510350263.X中，同样是在标准二维码周围添加对称图案，该图案也只能提供位置信息和受限制的角度信息。

专利201611111139.9中，将标准二维码外侧嵌入到特定的环形图案中。圆环可以被快速定位，可以为内部二维码的识别提供位置参考信息，但是无法提供角度参考信息。而椭圆环也只能提供0～90°范围的角度信息。

另外，在采用非标准形式的二维码的定位中，有如下现有技术：

专利201910349876.X中，使用的是非标准二维码，外侧的深色圆环可用于快速定位，里面的图案提供编码信息。该方法中圆环提供的辅助信息较少，仅能提供位置信息。

专利201610084481.8中，提供一套完整的二维码编解码、生成和识别方法。该专利使用不互相连的至少三个圆形定位图案来确定码的位置和0～90°范围的角度信息。然后使用一个矩形块用来标识直角坐标系某个坐标轴的角度，从而得到二维码完整的角度。

上述非标准二维码，在使用过程中会增加设备额外成本。

专利201910088295.5中，通过已识别的定位点和定位点的排列规则，确定潜在定位点的位置，然后将潜在定位点和已知定位点组合来识别二维码。该专利主要是用于增强二维码的抗破损能力，定位点只能用来提供可能的位置信息，真实的二维码的位置和角度还需靠逐个解码来确定。解码时间慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维码、二维码生成方法及其识别方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

二维码，包括主码和辅助码，在所述主码的至少一侧设置所述辅助码；

所述主码为标准二维码；

所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；

所述辅助码为条纹组，每一条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；

所述条纹沿着标准二维码中心向外平行、发散平行排列；

以辅助码在坐标系中的尺寸信息确定标准二维码的位置；

以辅助方向在坐标系中的角度信息确定所述标准二维码的旋转角度。

进一步的：所述坐标系包括第一坐标系和第二坐标系，所述第一坐标系是按照标准二维码的解码方向所建立的坐标系；所述第二坐标系是在扫描检测二维码时所建立的图像坐标系。

进一步的：所述辅助码与标准二维码彼此独立，不相交。

进一步的：设一基础条纹厚度，所述条纹组内每一条纹厚度与基础条纹厚度具有各自的比例关系，使条纹组内的条纹厚度比值可组成离散数集合。

进一步的：所述同一条纹组内的N条明条纹粗细不同；M条暗条纹粗细不同。

进一步的：所述同一条纹组内的条纹彼此粗细相同、间距相同。

进一步的：在所述辅助码内N＝1，M＝1时；明条纹位于暗条纹和标准二维码之间；所述条纹组垂直于所述标准二维码的其中一个边界。

上述任意一项所述二维码的生成方法，包括如下步骤：

1)生成一包含信息的标准二维码作为主码；

2)在步骤1)生成的标准二维码的至少一侧按照信息协议生成辅助码；所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；

所述辅助码为条纹组，条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；

所述条纹组内条纹沿着标准二维码中心向外发散排列；

同一条纹组内的条纹具有一定间距、条纹彼此平行、粗细不同；

3)辅助码的辅助方向平行于条纹组内某一条纹的中垂线。

上述二维码解码方法，包括如下步骤：

1)获取扫描识别设备扫描到的图像；

2)对图像进行二值化操作；

3)逐行及逐列扫描图像，以区分主码区和辅助码，保存辅助码的起始端点和终止端点；

4)在步骤3)的基础上，根据辅助码的起始端点和终止端点，判断辅助码的辅助方向以确定主码的方位；

5)在步骤4)的基数上，对辅助码在图像坐标内的角度与辅助码在主码坐标中的角度相对比以确定主码的旋转角度；

6)在步骤3)的基础上，根据辅助码的起始端点和终止端点，确定条纹的基础厚度以确定主码的具体位置；

7)根据步骤5)和步骤6)的结果，对辅助码在辅助码库中匹配以读取辅助码内的信息；解码主码信息。

进一步的：步骤3)中的辅助码的起始端点和终止端点通过下述方式获得：计算所有扫描片段的终止端点在原图像中的梯度，然后对终止端点进行聚类；将梯度接近、相互的距离接近，并且所属的扫描片段对应相同的条纹组的端点划分为同一个簇；簇中点个数少于设定值的视为噪声点，舍弃对应的扫描片段；对同一簇中的点进行直线拟合，拟合直线即为条纹组的终止边界。

本发明的技术效果是：

本发明中的二维码抗干扰能力强，与标准二维码存在固定的位置和角度关系。通过识别辅助图案能快速确定标准二维码的位置和角度，同时辅助图案类似一维条码，还能提供额外的编码信息，例如表示标准二维码的类型、版本等信息，用途更加广泛。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的二维码示意图一；

图3是本发明的二维码示意图二；

图4是本发明二维码读码示意图一；

图5是本发明二维码读码示意图二；

图6是本发明二维码读码示意图三；

图7是本发明二维码读码示意图四；

图8是本发明的二维码示意图三；

图9是本发明的二维码示意图四；

图10是本发明的二维码示意图五；

图11是本发明二维码的解码流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1主码；2暗条纹；3明条纹；11主码中心点；12聚类一；13聚类二。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，辅助码是一组有间距的、粗细不同(条纹厚度)。

主码是一标准二维码(Aztec码、DataMatrix码、QR码、MaxiCode，MicroPDF等；或是其他标准二维码)。主码的类型也可以通过辅助码来定义。

首先根据信息协议对辅助码进行赋值、定义辅助码的内部信息，建立辅助码的辅助码库。

定义每一(主码)与辅助码之间的关系的(辅助码与主码之间的角度关系、位置关系、辅助码的方向等)。

将主码和辅助码作为全新的二维码使用在各行业中，例如移动机器人行业中，通过扫描识别设备获得全新二维码的图像，然后根据辅助码的本身信息，辅助码在图像中的关系，以及辅助码与二维码之间的初始设定关系，确定主码的旋转角度、位置，进而读取主码内的信息以及辅助码内的信息，确定全新二维码内新信息。

综上，二维码生成方法，包括如下步骤：

1)生成一包含信息的标准二维码作为主码；

2)在步骤1)生成的标准二维码的至少一侧按照信息协议生成辅助码；所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；

所述辅助码为条纹组，条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；

所述条纹组内条纹沿着标准二维码中心向外发散排列；

同一条纹组内的条纹具有一定间距、条纹彼此平行、粗细不同；

3)辅助码的辅助方向平行于条纹组内某一条纹的中垂线。

下面以几个具体的例子解释说明本发明中的二维码。

如图1所示，一个辅助码(明条纹3和暗条纹3组成的条纹码)设置在主码1的一侧(图1上右侧)。

辅助码包括五条明暗交替平行排列的条纹，其中三条暗条纹，在三条暗条纹2之间具有两条明条纹3；在这里条纹基础厚度同样为a,暗条纹的条纹间距为a(明条纹的厚度)，因此该辅助码的条纹比例为2:1:1:1:3。

在附图1中该辅助码在主码的解码坐标系下的角度为θ，并且辅助码内条纹的中垂线经过主码的中心点11，图中箭头方向为辅助码的条纹方向；辅助码末端距二维码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为m。

根据上述的基础信息，以及后来的图像信息，可以轻松获得图1中二维码的全部信息；辅助码可以重新赋值。

如图2所示，两个辅助码彼此垂直设置在主码的两侧(图2、图3中的上方和左侧)。每一辅助码内各包括2条明暗交替、平行排列的条纹。辅助码垂直于主码(二维码)其中一个边界。

在图2中，位于主码上方的辅助码的条纹的条纹基础厚度为a，暗条纹的厚度为a，明条纹厚度为a，明条纹位于暗条纹和标准二维码之间。位于主码上方的辅助码在主码(二维码)解码坐标系下的角度为0°，辅助码末端距主码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为m。

在图2中，位于主码上方的辅助码的条纹的条纹基础厚度为b，暗条纹的厚度为b，明条纹厚度为b，明条纹位于暗条纹和标准二维码之间。位于主码左侧的辅助码在二维码坐标系下的角度为-90°，辅助码末端距二维码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为n。

在这里a和b可以相同或是不同，根据实际使用的需要设定。

再如图3所示，两个辅助码彼此垂直设置在主码的两侧(图3中的上方和左侧)。每一辅助码内各包括两条条纹。辅助码垂直于主码(二维码)其中一个边界。

在图3中，位于主码上方的辅助码的条纹的条纹基础厚度为a，暗条纹厚度为2a，明条纹的厚度为a。位于主码上方的辅助码在主码(二维码)解码坐标系下的角度为0°，辅助码末端距主码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为m。

在图3中，位于主码上方的辅助码的条纹的条纹基础厚度为b，暗条纹厚度为2b，明条纹的厚度为b。位于主码左侧的辅助码在二维码坐标系下的角度为-90°，辅助码末端距二维码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为n。

对于上述二维码的解码方式如图4—图8所示。

在按照特定的编码规则和放置规则生成包含辅助图案的二维码之后，使用到的编码规则、放置规则、可能出现的条纹比例，条纹在二维码坐标系下的角度、二维码与条纹末端的距离比值都应作为已知量供后续识别时使用。

首先对辅助码在主码(二维码)周向的放置做如下定义：

如图1所示，辅助定位图案由单个辅助码组成。该条纹在二维码坐标系下的角度为θ，条纹组末端距二维码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为m，并且条纹的中垂线经过二维码的中心点。

如图2、图3所示，条纹的放置规则为：辅助定位图案由两个辅助码组成。表示码类型的条纹在二维码坐标系下的角度为0°，条纹末端距二维码中心点的距离与条纹基础厚度的比值为m。表示码单元格大小的条纹在二维码坐标系下的角度为90°，距离比值为n。

如流程图11所示。二维码的具体识别方法如下：

1)获取扫描识别设备扫描到的图像。

2)对图像进行二值化操作。

3)逐行及逐列扫描图像，如果扫描线上的某一片段的黑白变化特征(黑白变化次数和黑白各段的长度比例)与某已知条纹的特征(线条个数和条纹比例)相符合，或者与某已知条纹的逆条纹的特征相符合，则将该片段的起始端点和终止端点保存起来。

如果与逆条纹组的特征符合，则该片段的起始终止端点需互换一下再保存。如果该条纹为对称条纹，则选取线段的左端或者上端为起始端点，右端或者下端为线段的终止端点。如图4、图5所示，实心点为符合条纹特征的片段的终止端点，空心点为片段的起始端点。

4)计算所有扫描片段的终止端点在原图像中的梯度，然后对终止端点进行聚类。将梯度接近、相互的距离接近，并且所属的扫描片段对应相同的条纹组的端点划分为同一个簇。簇中点个数少于设定值的视为噪声点，舍弃对应的扫描片段。对同一簇中的点进行直线拟合，拟合直线即为条纹的终止边界。如图6所示，聚类结果。

5)与条纹的末端边界垂直，且与从起始端点指向末端点的向量成锐角的法向向量即为该条纹在图像中的条纹方向。扫描片段中的最短片段在条纹方向上的投影长度即为条纹的基础厚度。如图7所示，按照聚类一12结果拟合第一条直线，按照聚类二13结果拟合第二条直线；图上箭头方向分别是辅助码的辅助方向。

6)根据预先设置的条纹放置规则，对可能出现的条纹比例，各类型条纹在二维码坐标系下的角度和距离比值，再结合当前已搜索到的条纹的比例和条纹方向，将搜索到的条纹与已知的条纹相互匹配。

在这里每一种条纹放置规则对应一种条纹匹配方法。以下根据附图对几种放置规则对应的条纹匹配做简单说明。

如图8、图9、图10所示的条纹放置规则，在按上述1～5步骤搜索到两个条纹后，黑白条数量为2的条纹与表示码类型的已知条纹匹配，黑白条数量为四的条纹与表示码尺寸的已知条纹匹配。然后进行后续步骤。

如图1所示的条纹放置规则，在按上述1～5步骤搜索到条纹后，单个条纹可直接与已知的条纹匹配。同时还需计算唯一的簇的重心，作为条纹末端的中心。然后进行后续步骤。

如图2、图3所示的条纹放置规则，在按上述1～5步骤搜索到两个条纹后。两个已知条纹的角度差为90°，而二维码在旋转任意角度后该角度差不变。根据该特征，和实际搜索到的两个条纹的图像角度，可将搜索到的两个条纹分别与角度为0°的已知条纹和角度为-90°的已知条纹分别匹配起来。然后进行后续步骤。

7)由搜索到的条纹在图像中的角度，和对应的已知条纹在二维码坐标系中的角度，可确定二维码在图像中的角度。

8)由搜索到的条纹的基础厚度，乘上对应的已知条纹末端与二维码中心的距离比值，可确定条纹末端与二维码中心的图像距离。根据二维码中心点距所有条纹的末端的距离可确定二维码的图像位置。

9)根据预先设置的条纹编码规则，和已搜索到的条纹的比例，获取条纹中包含的附加信息。

10)根据计算出的二维码角度和中心点位置，以及条纹中的附加信息，确定二维码的四个角点，获取二维码各单元格的值，解码获取二维码的码值信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.二维码，其特征在于：包括主码和辅助码，在所述主码的至少一侧设置所述辅助码；

所述主码为标准二维码；

所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；

所述辅助码为条纹组，每一条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；

所述条纹沿着标准二维码中心向外平行、发散平行排列；

以辅助码在坐标系中的尺寸信息确定标准二维码的位置；

以辅助方向在坐标系中的角度信息确定所述标准二维码的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：所述坐标系包括第一坐标系和第二坐标系，所述第一坐标系是按照标准二维码的解码方向所建立的坐标系；所述第二坐标系是在扫描检测二维码时所建立的图像坐标系。

3.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：所述辅助码与标准二维码彼此独立，不相交。

4.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：设一基础条纹厚度，所述条纹组内每一条纹厚度与基础条纹厚度具有各自的比例关系，使条纹组内的条纹厚度比值可组成离散数集合。

5.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：所述同一条纹组内的N条明条纹粗细不同；M条暗条纹粗细不同。

6.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：所述同一条纹组内的条纹彼此粗细相同、间距相同。

7.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于：在所述辅助码内N＝1，M＝1时；明条纹位于暗条纹和标准二维码之间；所述条纹组垂直于所述标准二维码的其中一个边界。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述二维码的生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)生成一包含信息的标准二维码作为主码；

2)在步骤1)生成的标准二维码的至少一侧按照信息协议生成辅助码；所述辅助码为空赋值码，用以编辑所述标准二维码的补充备注信息；

所述辅助码为条纹组，条纹组内具有交替排列的明暗条纹，其中明条纹为N条,N≥1；暗条纹M条，M≥1；

所述条纹组内条纹沿着标准二维码中心向外发散排列；

同一条纹组内的条纹具有一定间距、条纹彼此平行、粗细不同；

3)辅助码的辅助方向平行于条纹组内某一条纹的中垂线。

9.一种权利要求8中二维码的解码方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)获取扫描识别设备扫描到的图像；

2)对图像进行二值化操作；

3)逐行及逐列扫描图像，以区分主码区和辅助码，保存辅助码的起始端点和终止端点；

4)在步骤3)的基础上，根据辅助码的起始端点和终止端点，判断辅助码的辅助方向以确定主码的方位；

5)在步骤4)的基数上，对辅助码在图像坐标内的角度与辅助码在主码坐标中的角度相对比以确定主码的旋转角度；

6)在步骤3)的基础上，根据辅助码的起始端点和终止端点，确定条纹的基础厚度以确定主码的具体位置；

7)根据步骤5)和步骤6)的结果，对辅助码在辅助码库中匹配以·辅助码内的信息；解码主码信息。

10.根据权利要求9所述的二维码解码方法，其特征在于：步骤3)中的辅助码的起始端点和终止端点通过下述方式获得：计算所有扫描片段的终止端点在原图像中的梯度，然后对终止端点进行聚类；将梯度接近、相互的距离接近，并且所属的扫描片段对应相同的条纹组的端点划分为同一个簇；簇中点个数少于设定值的视为噪声点，舍弃对应的扫描片段；对同一簇中的点进行直线拟合，拟合直线即为条纹组的终止边界。

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