JP2018152044A - 三次元コードの生成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】識別クオリティを高め、解読の正確率を高め、視覚の最適化を実現することができる三次元コードの生成方法を提供する。
【解決手段】ガウス変調関数に基づく三次元コードの生成方法を用い、先ず、埋め込み情報を含む二次元コードを生成し、処理待ち画像を用いて閾値層を得、モジュールブロックの属性を判断し、モジュールブロックの輝度を調整し、処理後の画像と二次元コード定位標識に対応する区域に対し混合処理を行って三次元コードを生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、三次元コードの生成方法に関する。
二次元コードは、平面における横方向及び縦方向において、いずれも黒と白が互い違いの図形で情報を表す符号である。図1(a)の一次元のコードに比べると、二次元コードの情報量、情報密度がより大きく、読み取り速度がより早く、コード化する範囲がより広く、コストがより低く、フォールトトレランスが良い。二次元コードのこれらのメリットに鑑み、世界各国では、研究を行い、二次元コードの使用を普及した。現在、図1(b)に示すような、日本のDenso Wave（文献1）会社が開発したQR Code(Quick Response Code)、図1(c)に示すようなアメリカのSymbol会社が開発したPDF417コード、図1(d)に示すような、中国で開発された漢信コード（Han Xin Code）等がある。
QR Codeは、黒白の両色の格子の組み合わせにより形成される正方形二次元コードである。QRは、英語Quick Responseの略称であり、即ち快速の反応を意味し、発明者が、QR Codeがその内容を迅速に解読することを希望しているからである。QR Codeは、もはや自動車部品の管理に用いられ、その後、各種分野のストレージ管理に応用された。現在、インターネットメディアの発展及びスマートフォンの普及により、人々はスマートフォンを用いて必要な情報を獲得している。二次元コードは、良好な情報追跡能力を有しているため、販売や宣伝分野に広く採用され、広告媒体の伝送にもよく応用され、ユーザが携帯電話のカメラを用いて二次元コードをスキャンするだけでも便利に使用することができる。
本明細書において、前記二次元コードは、QR Codeを意味し、全ての二次元コードと関連する技術パラメータは、その標準生成方法を採用する。
二次元コードのコーディング方式の制限のため、二次元コードを修飾する時に、各種効果を任意に呈することができず、デザイナーと研究者は、二次元コードが優れる視覚効果を有し且つ解読の安定性を確保するように、二次元コードを美化する各種方法（文献2-10）を検討してきた。二次元コードモジュール情報のコーディング方式を変化させるかどうかに基づいて、大体両種の方法に分けることができる。
第一方法は、二次元コードモジュール情報のコーディングを変更する。論文（文献11、12）において提案された方法では、二次元コードはフォールトトレランスを有するため、一部のモジュールを画像または標識に取り替えても、正確に解読することができる。しかし、画像を定位標識または校正標識に重畳させると、二次元コードの正確な解読率が大幅に低下するため、通常の方法では、図2(a)に示すように、画像または標識を二次元コードの中央（文献13）に嵌める。このような方法は、モジュール区域を修正する位置を制限し、且つ画像の面積が、二次元コードの小部分だけを占め、顕著でなく、二次元コードを修飾するのに不足であった。さらに、このような方法は、コード文字の生成過程を十分に利用せず、二次元コードのモジュールを破壊し、解読の安定性を低下させる。
第二方法は、二次元コードモジュール情報のコーディングを変更せず、直接にモジュール色彩により、対応する主題画像の画素の輝度や色彩を修正する。デザイナーは、図2(b)、2(c)に示すように、二次元コードの色彩（文献3、4）を調整することで、修飾的効果を達成する。オンラインプログラムであるVisualead（文献14）により作成された図2(d)において、その方法は、モジュール中央の画素を選択して輝度を変えることである。理由としては、解読器が二次元コードを解読する時のサンプリング区域は、モジュールの中心区域であるため、この方法により、解読安定性と画像の迫真性（fidelity）を両立することができるためである。しかし、修正された中心画素がモジュールにおいて占める割合が大きく、図面の連結性（connectivity）が低下する。このような方法は、二次元コードモジュール情報のコーディングを変更せず、解読の安定性を確保するが、解読のサンプリング点が画像中に散布されると、視覚に対し悪影響を与える。
前述により、二次元コードを視覚化する方法の問題点は、標準アプリケーションプログラムにより解読されることができようにする点にある。画素の導入は、二次元コード輝度の変化をもたらし、二値化の閾値を捻じ曲げ、解読錯誤の確率を増加させた。他の問題として、二次元コードの全体区域を用いて視覚を最適化する点である。二次元コードの誤り訂正能力が高くないため、簡単に画像画素で二次元コードのモジュールを取り替えることができない。
本願の参考文献は、以下のとおりである。
[1]Denso Wave: http://www.qrcode.com/en/index.html
[2]LogoQstore: https://www.logoqstore.com/
[3]A.T Communications: http://logoq.net/logoq/index.html
[4]Get QR Code Generator Pro: http://www.qr-code-generator.com
[5]QRhacker.com: http://www.qrhacker.com
[6]Huaban: https://http://huaban.com/pins/756443579
[7]Frame QR: http://www.vitreoqr.com/2014/Frame_QR.html
[8]QR Pixel: http://www.qrpixel.com
[9]QR Code Artist: http://www.qrcartist.com
[10]QuickMark Color: http://color.quickmark.com.tw
[11]S. Ono、 K. Morinaga、 and S. Nakayama、 "Two-dimensional barcode decoration based on real-coded genetic algorithm、" IEEE Congress on Evolutionary Computation、 pp.1068-1073、 2008.
[12]D. Samretwit and T. Wakahara、 "Measurement of reading characteristics of multiplexed image in QR code、" International Conference on Intelligent Networking and Collaborative Systems、 pp.552-557、 2011.
[13]Unitag: https://www.unitag.io/qrcode
[14]Visualead: http://www.visualead.com
[15]Normal distribution: https://en.wikipedia.org/wiki/Normal_distribution
[16]ZXing.Net: https://zxingnet.codeplex.com
[17]G.J. Garateguy、 G.R. Arce、 D.L. Lau and O.P. Villarreal、 "QR images: optimized image embedding in QR codes、" IEEE Transactions on Image Processing、 vol.23、 no.7、 pp.2842-2853、 2014.
[18]H. K. Chu、 C. S. Chang、 R. R. Lee、 and N. J. Mitra、 "Halftone QR codes、" ACM Transactions on Graphics、 vol.32、 no.6、 pp.217:1-217:8、 2013.
[19]W. C. Liao、 "Visual arts-oriented QR code、" M.S. thesis、 Yuan-Ze University、 2015.
本発明は、三次元コードの識別クオリティを高め、解読の正確率を高め、視覚の最適化を実現することができるガウス変調関数に基づく三次元コードの生成方法を提供することを目的とする。
前記処理の内容は、YUV色彩空間に転換された画像を重複しないブロックに分割し、ペインのサイズが5×5であるブロックを設け、そのうち１つのブロックを中心とするペイン内の全部のブロックの平均輝度を、当該ブロックの平均輝度と定義する。
前記ステップ6において、輝度を調整する変更量は、
前記ステップ8以降に、更に、三次元コードの周辺に白色静止区を増加するステップ９を含む。
三次元コードは、二次元コードに基づき、更に一次元を増加することで、表示できるデータが多くなり、より多い情報容量を有する。本発明では、色彩及び輝度を採用して第三次元を表示することで、平面上における三次元コードの表示を実現する。識別装置において色彩及び輝度に対する採集は、A/D転換の位数により決定され、且つ印刷装置の能力を考えるべきであるため、三次元コード生成過程において、識別クオリティを確保するように、適当な標準方法を確定する必要がある。
前述の方案を採用し、本発明は、ガウス変調関数を用いて三次元コードを生成し、即ち、二次元コードモジュールに対応する主題画像画素の輝度を変化させ、画素色彩の変更量が、中心から四周に向かって平滑に逓減し、且つモジュールブロックの平滑程度により、逓減の速度を決め、輝度の調整後のモジュールブロックがより平滑になり、人類の視覚システムHVS(Human Visual System)の色彩及び輝度に対する感知認識に適合させる。
各種コードを示す図であり、(a)はUPCであり、(b)はQR Codeであり、(c)はPDF417コードであり、(d)は漢信コードである。 二次元コードの美化を示す図であり、(a)はUnitagであり、(b)はqr-code-generatorであり、(c)はVisualeadであり、(d)はVisualeadである。 μまたはσ値が異なる時のガウス曲線の形状を示す図である。 ガウス関数の標準正規分布を示す図である。 本発明のフローチャートである。 YUV色彩空間影像の成分を示す図であり、(a)はY平面であり、(b)はU平面であり、(c)はV平面である。 本発明における二値化方法を示す図であり、(a)は重複しないブロックに分割しており、(b)はペインである。 二値化の結果を示す図であり、(a)は二値化画像であり、(b)は閾値層である。 本発明の生成結果を示す図であり、c=11、r=32、α=0.5、β=0.25である。 異なる靭性の結果の比較図一であり、c=9、α=0.5、β=0.25である。 異なる靭性の結果の比較図二であり、c=9、α=0.5、β=0.2である。 異なる靭性値の正確な解読率を示す図であり、c=9、α=0.5、β=0.25である。 異なるモジュール中心のサイズの結果の比較図一であり、r=45、α=0.5、β=0.25である。 異なるモジュール中心のサイズの結果の比較図二であり、r=45、α=0.5、β=0.25である。 異なるモジュール中心のサイズの正確な解読率を示す図であり、r=45、α=0.5、β=0.25である。 異なるガウス標準偏差係数の結果の比較図であり、r=45、c=11である。 異なるガウス標準偏差係数の結果の比較図であり、r=45、c=11である。 本発明は、他の同類方法との比較を示す図であり、(a)は、原始画像であり、(b)はVisualead（文献14）であり、(c)は論文（文献18）の方法であり、(d)は論文（文献19）の方法であり、(e)は本発明の方法である。
ガウス関数の標準正規分布は、各分野で応用され、ガウス曲線の約68.3%の数値は平均値まで1つの標準偏差以内の範囲に分布され、約95.4%の数値は、平均値まで2つの標準偏差以内の範囲に分布され、約99.7%の数値は、平均値まで三つの標準偏差以内の範囲に分布される。図4に示すように、紺色区域は、平均値まで1つの標準偏差以内の数値範囲であり、正規分布おいて、この範囲が占める割合は、全部数値の68%であり、二つの標準偏差以内の割合は、合わせて95%であり、三つの標準偏差以内の割合は、合わせて99%である。
三次元コードを生成する本発明において、ガウス関数値の分布特性を調整することで、モジュールブロック画像の画素の輝度に対応させ、モジュール中心の輝度を最も明るくまたは最も暗くさせ、周囲の輝度が段々均一に暗くまたは明るくなり、画像色彩の変化の度合いが比較的平滑になり、最終的に三次元コードの良好な視覚効果が得られる。
以下では、本発明の技術について具体的に分析する。
1.1、 流れの概要
本発明により提供される三次元コードの生成方法は、主に、閾値層及びモジュールブロックの輝度を設定する等の4つの段階がある。生成する三次元コードは、ユーザの識別プログラムより正確に解読できるとともに、高い視覚品質の外観を有する必要がある。図5は、本発明のフローチャートであり、表1は、本明細書において使用される符号表である。
本発明の入力は、バージョンがVであり、フォールトトレランスレベルがCであり、モジュール辺長画素数がwである二次元コード（ZXing[16]等のプログラムから生成可能）、及び、主題画像Oである。先ず、二次元コードのバージョンVにより、計算式(2)(3)を利用して原画像OのサイズをN×N画素の画像Sに調整する。本方法は、アスペクト比を維持する画像スケーリング方法を採用し、主題画像の全体画像の内容情報を保留するとともに、主要な画像オブジェクトに原始アスペクト比例を呈させることができ、優れた視覚效果が得られる。
本発明は、モジュールブロック内の各画素の輝度Y調整することで、モジュール中心区域内の各画素の平均輝度LにΔLを増加してTにおける相応する位置の閾値の要求に達し、Y+ΔLが、三次元コードと原始の二次元コードの同じ位置のモジュール値が一致するように保証することができ、即ちB = Q、BとQの全ての同じ位置の値が対応して相等する。
前述により、本発明の流れの概要は以下のとおりである。
入力：三次元コードに生成しようとする主題画像O、及び埋め込もうとする情報。
出力：三次元コード。
実行ステップ：
ステップ1：埋め込み情報を含む二次元コードを生成する。
ステップ2：二次元コードのバージョン及び設定されたモジュールのサイズwにより、Oを辺長が(17+4*V)*w画素の正方形画像Sにまでスケーリングする。
ステップ3：Sを利用して閾値層T(Threshold Mask)を生成する。
ステップ4：Sと二次元コードをお互いに重畳させ、二次元コードモジュールのSに対応するブロックを捜し出す。
ステップ5：二次元コードモジュールの色彩により、Sにおいてモジュール中心区域に対応する平均輝度値LとT及び設定された靭性値rとを比較し、修正が必要かどうかを判断する。
ステップ6：修正する必要が無い場合、Sに対応するモジュール区域はいかなる修正も行わず、修正が必要である場合、ガウス変調関数を利用して区域の輝度を調整することで、LとT及びrとを比較して二次元コードの色彩に符合させる。
ステップ7：ステップ5〜6を、全てのモジュールの処理が完了するまで重複する。
ステップ8：Sと二次元コード定位標識が対応する区域を混合処理して三次元コードをなす。
ステップ9：三次元コードの周辺に広さが4*w画素である白色静止区を加える。
1.2、閾値層の生成
本発明の三次元コードの生成は、画像の輝度を調整する必要があるため、先ず、通常のRGB色彩空間をYUV色彩空間に転換する。図６に示すように、YUV色彩空間において、Yは、輝度(Luminance)を表し、UとVはそれぞれ彩度、クロミナンス(Chrominance)を表す。本方法では、画像の輝度値のみを調整する必要があるため、YUV中のY平面のみを取り出し、その外の空間は、保留していかなる変動もしない。
本発明は、Y平面のグレースケール図Gに対する更なる処理により、スケーリング後の画像Sの閾値層(Threshold Mask)を生成することができ、黒白の境界線を、S輝度を調整する時の閾値として定義する。本発明では、図７に示すように、市販のZXing[16]プログラム及び論文[17] に提示された二値化方法を参考し、ペインを利用して画像の各ブロックの平均輝度を計算する。
画像を重複しないブロックに分割し、ブロックのサイズは、三次元コードを生成する時に設定するモジュールサイズwに伴って変動し、ペインのサイズは、5×5ブロックであり、各ブロックの平均輝度は、当該ブロックを中心とするペイン内の全てのブロックの平均輝度であり、この輝度を閾値として使用し、計算式(8)は、その計算方法である。
例えば、図8は、w=8である時の結果であり、生成された閾値層は、引き続き使用される。
1.3、モジュールブロック輝度の設定
本発明で、三次元コードを生成する際に、スケーリング後の画像Sが二次元コードに対応する定位標識と校正標識の区域に対して混合処理のみを行い、二次元コードモジュールの黒白色彩により、相応するブロックの輝度を全体的に低下または向上させ、画像を修飾し、定位に影響を与えない。
二次元コードに対応するコーディング区域に対しては、以下のステップにより輝度を調整する。解読器により二次元コード画像が二値化された後、モジュールに対し検出を行う。即ち、モジュールブロック中心の周囲においてサンプリング判断を行い、モジュール中心区域が黒である場合、モジュールの値を1にし、白である場合、0にする。更に、3×3画素のモジュールを正確に解読するためには、少なくとも中心（即ち、辺長がモジュール1/3サイズの正方形区域）の画素が正確な情報を含むように保証する必要がある。そのため、本方法で、Sに対し処理する時に、全体モジュールのブロック（以下モジュールブロックと称する）に対応する平均輝度の代わりに、二次元コードモジュール中心c×c画素に対応する平均輝度を用い、計算式(9)は、その計算方法である。
cはすくなくとも、モジュールサイズwの1/3である。ｃが大きいほど、生成された三次元コードの解読安定性がよいが、視覚效果が悪く、cが小さいほど、解読安定性が悪いが、視覚效果がよい。
1.4、モジュールブロックの属性の判断
本発明は、黒と白を分界する閾値層Tを二値化の閾値としてスケーリング後の画像Sモジュールブロックの属性を判断し、即ち、モジュール中心区域の平均輝度を調整する必要があるかどうか、及び、必要な調整量を判断する。計算式(10)に示すように、モジュール中心区域の平均輝度が閾値を満たす場合には修正しない。
ここで、(m、n)は、二次元コードモジュールの索引を表し、lm、nは、該座標点のモジュール中心区域の平均輝度値を表し、tm、nは、該座標点のモジュール中心区域のT値を表し、qm、nは、該座標点の二次元コードモジュールの色彩を表し、黒色は0、白色は1である。
計算式(10)において、lm、nはいかなる調整をしないが、その原因は、モジュール中心区域の平均輝度値が、ちょうど条件を満たした時に、該モジュールブロックの画素が二値化された後、検出モジュールが得た値が、ちょうど二次元コードの色彩に等しいため、いかなる調整もしない。閾値を満たさないlm、nを調整するために、計算式(11)において、
lm、nにｒ（靭性）値を足すか引いて、tm、nより大きいか小さくする。rが大きいほど、生成する三次元コードの解読安定性がよく、視覚效果が悪い。rが小ほど、解読安定性が悪く、視覚效果がよい。
lm、nがtm、nに近すぎるか等しい場合、計算式(11)にいかなる修正もしない。そのため、計算式(11)をさらに計算式(12)に修正する。
現実で、スキャニングして識別する際に、表示メディアの不同、光源差異、解読器の二値化アルゴリズムの不同等により誤差が発生するため、tm、nにr値を足すか引いて、これらの誤差を折衷することで、正確な解読の確率を高める。
上記より、計算式(13)が得られる。
Δlm、nは正確な解読を確保するための、lm、nの必要な変動量である。lm、nが既に二値化を満たした場合、正確な二次元コードモジュール色彩になり、いかなる調整もしない。満たしていない場合に、Δlm、nを足して輝度値を調整する。ここで、Δlm、nが正であると輝度の増加を表し、負であると輝度の低下を表す。
1.5、モジュールブロックの輝度の調整
モジュールブロックの輝度を調整する際に、本発明では、計算式(14)に示すように、Δlm、nにガウス係数をかけてモジュールブロック内の画素の輝度値を調整する。
これにより、モジュール中心点の画素の輝度値に近づくほど、変動量が大きく、且つモジュール中心区域の平均輝度の変動量が計算式(13)を満たすようになる。計算式(14)によると、各モジュールブロックのガウス係数が異なり、計算式(15)、計算式(16)に示すように、これは対応するブロックのガウス標準偏差σm、n次第であり、σm、nは、同一のモジュールブロックの平滑程度sm、nにより動態決定される。
計算式(17)は、前述の方法を具体的な処理過程を表示するものである。本方法により、モジュールブロックのガウス標準偏差を大きくし、平均輝度の変動量を小さくし、鋭利なモジュールブロックのガウス標準偏差を小さくし、平均輝度の変動量を大きくし、人類の視覚システムの色彩及び輝度に対する感知認識に符合させることができる。更に、ガウス関数を利用して全体モジュールの輝度を調整して、モジュール中心区域の識別率を高め、正確な解読を確保するとともに、モジュールブロックの輝度変化をより平滑にし、更なる視覚效果を有する。
計算式(15)の係数a、bは、常数であり、モジュールブロックの平滑程度により対応するブロックのガウス関数の標準偏差を決定するが、それらの大きさは、設定されたガウス関数の標準偏差の最大値と最小値に関連する。本方法では、二つのパラメータα、β（以下では、ガウス標準偏差係数と称する）を利用して動態的に設定された標準偏差最大値σmaxと最小値σminを調整し、ガウス関数の標準正規分布により、95%以上の関数値が、対称軸の両辺の各2个の標準偏差の範囲内にあり、それらの計算式を、計算式(18)、(19)のように設計する。
モジュール中心c×c画素（cはすくなくともモジュールサイズwの1/3である）区域が、モジュール検出際の重要区域であるため、本方法では、α=0.5、β=0.25にする。α、βが大きいほど、標準偏差の最大値、最小値を大きく設定し、生成される三次元コードモジュール中心において変化された画素数が多く、変動量が小さい。α、βが小さいほど、標準偏差の最大値、最小値を小さく設定し、生成される三次元コードモジュール中心において変化された画素が少なく、変動量大きい。
2、標準製作パラメータ
2.1、製作結果
本発明で使用される装置の規格は、 Intel(R) Core(TM) I7-4790 CPU 3.60GHz、4GB RAMであり、Java言語導入ZXingライブラリを使用して三次元コードの生成を行い、ユーザのカスタムパラメータ、例えば、予め設定された埋め込もうとする情報（フォールトトレランスレベル、靭性、モジュールサイズ）、モジュール中心区域のサイズ及びガウス標準偏差係数α、β等を提供する。
図9は、本発明により生成される、バージョンが2であり、フォールトトレランスレベルがLであり、モジュールサイズが25であり、靭性が 32であり、モジュール中心のサイズが11であり、ガウス標準偏差係数α、βがそれぞれ0.5と0.25である三次元コードを示す。本発明は、主題画像と二次元コードモジュールが対応する画素ブロックとの平均輝度を考量して、原始モジュールの色彩を満たす場合、いかなる修正もせず、原始画像を最大化に呈するようにし、そうでない場合、ガウス変調関数を利用してモジュールブロックの輝度を調整することで、輝度の変化がより平滑になり、視覚化效果がよりよくなる。そのため、生成の結果から、本発明の方法が前述した他の方法より好ましいことが分かる。
2.2 実験テスト
本方法による製作結果に対して品質分析を行うために、実験テスト段階において、異なる装置、異なる解読アプリケーション及び異なるパラメータを使用して実験結果の正確な解読率をテストした。本方法により生成された40枚の三次元コードに対して実験テストを行い、画像のモジュールサイズが25画素であり、バージョンが2である場合に、各図は、(25×25)×(25×25)=625×625画素を有し、画像は、DELL 2407WFPスクリーンを用いて表示し、携帯電話のカメラの正面を三次元コードに合わせて実験テストを行った。具体的に、表２に実験テスト装置及び解読アプリケーションを示す。

2.3、三次元コードの品質
2.3.1、靭性について
各画像の輝度の分布が異なるため、スキャニング装置及び解読器の性能は多少違うが、光源の変化等も解読の品質に影響を与える。標準的な靭性パラメータを確定するために、本発明では、先ず、経験により、モジュール中心のサイズを9（約モジュールサイズの1/3）に設定し、ガウス標準偏差係数をα、βをそれぞれ0.5と0.25に設定し、その後、異なる靭性値を設定して実験結果の正確な解読率をテストする。図10、11は、それぞれ、二枚の画像の異なる靭性における生成結果を表示し、図中のrは靭性を表し、cはモジュール中心のサイズを表し、α、βはガウス標準偏差係数を表す。
スキャニングテストの結果を図12に示し、横座標は、靭性値を表し、縦座標は、正確な解読率を表し、図中の折線の番号と表2の番号は一対一に対応し、相応する装置と解読プログラムを表す。結果から、靭性値が40ある場合、三次元コードの正確な解読率はいずれも80%を超え、靭性値が55である場合、正確な解読率はいずれも100%達することが分かる。靭性が大きいほど、画像の修正を判断する基準が謹厳であり、原始画像のより多い区域が修正され、画像の十全度性が低いが、解読率が高い。この実験結果により、視覚化の品質、本標準では靭性を45に設定することで、生成される三次元コードの良好な解読率と自然に近い視覚品質を両立することができる。
2.3.2、モジュール中心について
標準靭性パラメータに基づき、標準的なモジュール中心のサイズを更に確定するために、本実施例では、靭性を45に設定し、ガウス標準偏差係数α、βをそれぞれ0.5と0.25に設定し、引き続き表2の装置及び解読プログラムを使用して異なるモジュール中心のサイズにおける正確な解読率をテストする。図13、14は、それぞれ二枚の画像の異なるモジュール中心のサイズにおける製作結果を示し、図中のrは靭性を表し、cはモジュール中心のサイズを表し、α、βはガウス標準偏差係数を表す。
スキャニングテストの結果を図15に示し、横座標は、モジュール中心のサイズを表し、総座標は、正確な解読率を表す。結果から、モジュール中心のサイズが11である場合、三次元コードの正確な解読率はいずれも100%に達することが分かる。中心区域が大きいほど、輝度の変動量が大きく、解読率が高いが、原始画像の十全性が低い。この実験結果により、本標準では、モジュール中心のサイズを11に設定することで、生成される三次元コードをスムーズに解読することを確保し、優れた視覚品質を得ることができる。
2.3.3、ガウス標準偏差について
本実施例では、靭性を45に設定し、モジュール中心のサイズを11に設定し、図16、17に示すように、異なるガウス標準偏差係α、βにおいていずれも優れた視覚化效果と解読品質を有する三次元コードを生成した。図に示すように、ガウス標準偏差係数が大きいほど、ガウス変調関数標準偏差の最大値、最小値を大きく設定するほど、モジュール中心区域において変化される画素が多く、輝度の変動量が小さく、人類の視覚システムにより符合する。
3、結論
現在、二次元コードは、ほとんどの移動装置に応用され、使用者が迅速且つ正確に関連情報を得る。しかし、従来の二次元コードの乱雑な外見は、直観的にその内容の関連性と、予期している結果を理解しにくかった。また、醜い外見は、通信メディアの美観を影響するため、三次元コードは、新しいトレンドになると期待される。
モジュールコーディングの修正は、方法の中の１つであり、主に二次元コードのフォールトトレランスとコーディング区のパディングビット（Padding bit）を利用して画像の埋め込みを行うが、埋め込み画像の面積がフォールトトレランスレベル、バージョンサイズ、埋め込み情報の長さ等の多くの要素により制限される。そのため、直接的な埋め込みは、モジュール構造を破壊して解読に影響を与え、パディングビットを利用してコーディングを操縦すると消耗する時間が長く、且つ修飾後の效果も理想的でない。
本発明では、モジュールコーディングを修正しない方法を採用し、モジュールの輝度や色彩を変化させる。同類の方法は、表3に示すように、論文（文献14、18、19）では、いずれも各モジュール中心区域を修正することで、識別性を保証し、中心区域以外の区域を利用して画像をより完璧に表す。
図18に、本発明と前述の方法との生成結果を示す。Visualead（文献14）は、オンラインコーディングプログラムであり、各モジュールの色彩を表すために全体モジュールを修正するため、画像にばらつきがあるように見え、原始画像も、完璧に表現されていない。論文（文献18）では、モジュールを3×3サブモジュールに分け、ハーフトーン技術を利用してより完璧に画像を表現することを提案し、二次元コードモジュールの中心区域が、解読する時において、当該モジュール色彩を決定する需要な区域であることを発見したが、この方法では、各モジュールに最適なモードを支配するために大量の計算を行う必要があるため、合成速度が遅く、且つ視覚效果が優れない。論文[19]での方法は、モジュール中心の正方形区域の分層に対する識別を増強させることで、モジュール中心が黒色や白色になり、解読を保証することはできるが、険しく突き出した黒白の格子により、視覚效果が依然としてよくない。
本発明は、ガウス変調関数を設計し、モジュールブロックの輝度を調整することで、画素の輝度が平滑に変化し、且つ変化後のモジュール中心区域の輝度が円形に広がりながら変化し、人類の視覚システムにより適合するが、前述の他の同類の方法は、主に、モジュール中央の正方形ブロックを介して輝度を調整するので、視覚效果が良くない。
前述によると、本発明により提出される生成方法と関連するパラメータは、三次元コードがより容易に眼視で識別されるようにするとともに、モジュール中心区域画素の平均輝度値が解読の際の二値化に求められる閾値値を満たすように確保することができ、解読の安定性を有効に保証する。
前述によると、三次元コードは、二次元コードに基づいて1つの色彩と輝度の次元を増加したため、生成過程において、損害されたモジュールの数を出来る限り減少させ、使用可能な面積を最大に使用するとともに、原始画像と視覚の迫真性を保持する必要がある。そのため、先ず、本発明は、モジュールサイズにより、モジュール中心区域を異なる階層に分け、各層は共に矩形や円形であり、最外層の輝度は、ちょうど二値化の際に求められる閾値を満たし、モジュール中心に近い階層であるほど、原始二次元コードの輝度に近く、二次元コードの正確な解読を確保する。次に、本方法は、ガウス変調関数を利用してモジュール中心区域の画素の輝度を修正することで、画素色彩の変動量が、中心から四周に平滑に逓減され、かつモジュールブロックの平滑程度により、逓減される速度を決定し、輝度を調整した後のモジュールブロックがより平滑になり、人類の視覚システムの色彩及び輝度に対する感知認識に符合させ、視覚を最適化する目標を達成する。
以上の実施例は、本発明の技術思想を説明するためのものであり、これにより本発明の保護範囲を限定するのではなく、本発明により提出された技術思想に基づいてなされたいかなる変更なども、本発明の保護範囲内に属すべきである。

Claims (8)

  1. 三次元コードの生成方法であって、
    埋め込み情報を含む二次元コードを生成するステップ１、
    二次元コードのバージョン及び設定された二次元コードモジュールのサイズにより、画像Oをスケーリングして正方形画像Sを得るステップ２、
    Sを用いて閾値層Tを生成するステップ３、
    Sと二次元コードをお互いに重畳させ、二次元コードモジュールがSに対応するブロックを捜し出すステップ４、
    二次元コードモジュールの色彩により、Sにおいてモジュール中心区域に対応する平均輝度値Lを、T及び設定された靭性値rに比較し、修正が必要かを判断するステップ５、
    修正する必要がない場合、Sに対応するモジュール区域は、いかなる修正もせず、修正する必要がある場合、Lを、T及びrに比較して二次元コードのカラーに符合するように、ガウス変調関数を用いて区域の輝度を調整するステップ６、
    ステップ5〜6を、全部のモジュール処理が完了するまで繰り返すステップ７、及び、
    Sと、二次元コード定位標識に対応する区域とを混合処理して三次元コードをなすステップ8、を含むことを特徴とする三次元コードの生成方法。
  2. 前記ステップ2において、正方形画像Sの辺長は、画素
    であり、ここで、wは、二次元コードモジュールの辺長画素数であり、vは、二次元コードのバージョンである、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元コードの生成方法。
  3. 前記ステップ3の具体的な内容は、SのRGB空間を、YUV色彩空間に転換し、そのうちのY平面のグレースケール図Gに対し処理を行い、閾値層Tを生成してS輝度を調整する時の閾値とする、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元コードの生成方法。
  4. 前記処理の内容は、YUV色彩空間に転換された画像を重複しないブロックに分割し、ペインのサイズが5×5であるブロックを設け、そのうち１つのブロックを中心とするペイン内の全部のブロックの平均輝度を当該ブロックの平均輝度と定義する、ことを特徴とする請求項３に記載の三次元コードの生成方法。
  5. 前記ステップ4において、モジュールブロック中心の周囲でサンプリング判断を行い、モジュール中心区域が黒である場合、モジュールの値を1にし、白である場合、0にし、二次元コードモジュール中心c×c画素に対応する平均輝度で全体モジュールのブロックに対応する平均輝度を代替し、cは、三次元コードモジュール中心区域の辺長画素数である、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元コードの生成方法。
  6. 前記ステップ6において、輝度を調整する変更量は、

    であり、 (m,n)は、二次元コードモジュールの索引を表し、lm,nは、座標点(m,n)のモジュール中心区域の平均輝度値を表し、tm,nは、座標点(m,n)のモジュール中心区域のT値を表し、qm,nは、座標点(m,n)二次元コードモジュールのカラーを表し、黒色は0、白色は１である、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元コードの生成方法。
  7. 前記ステップ8以降に、更に、三次元コードの周辺に白色静止区を増加するステップ９を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元コードの生成方法。
  8. 前記ステップ9において、増加した白色静止区の広さは、4*w画素であり、wは、二次元コードモジュールの辺長画素数である、ことを特徴とする請求項７に記載の三次元コードの生成方法。
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