二維碼的發(fā)展和工作原理

二維碼到底是怎么工作的呢？又是怎么被手機(jī)所識(shí)別的呢？今天我們就來聊聊二維碼的故事。

二維碼發(fā)展過程

其實(shí)早在1970年，美國易騰邁公司前身Interface Mechanisms就已經(jīng)發(fā)明了二維碼，但直到近幾年才普及起來。二維碼用特定的幾何圖形按照一定規(guī)律，在平面上印制出黑白相間的矩形方陣，用來記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息。它的原理和它的哥哥一維條形碼比較像,但一維條形碼的使用受到了較大的限制，有時(shí)甚至變得毫無意義。另外，要用一維條形碼表示漢字的場合，顯得十分不方便，且效率很低,所以高密度、高可靠性的二維碼就應(yīng)運(yùn)而生了。二維條碼是大容量、高可靠性信息實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、攜帶并自動(dòng)識(shí)讀的最理想的方法。

從上世紀(jì)90 年代初，中國物品編碼中心將二維碼技術(shù)引進(jìn)中國，隨著國外二維碼制在中國不斷拓展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，由于PDF417、QR等國外碼制沒有考慮中國漢字編碼的問題，在我國使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)中國漢字信息表示效率不高等問題。在2003年至2005年，中國物品編碼中心與我國網(wǎng)路暢想、意銳新創(chuàng)公司共同研發(fā)的漢信碼碼制，正式開啟了中國二維碼的新篇章。隨著漢信碼技術(shù)的發(fā)展成熟與國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，我國二維碼產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用發(fā)展有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)二維碼碼制標(biāo)準(zhǔn)的支持，適合中國需求的二維碼民族產(chǎn)業(yè)開始起步。

到了今天，隨著iPhone、Android等智能手機(jī)軟硬件平臺(tái)的發(fā)展成熟，騰訊公司、百度公司等互聯(lián)網(wǎng)巨頭開始在二維碼上投入巨額資源研發(fā)和推廣，二維碼的移動(dòng)應(yīng)用市場被培養(yǎng)起來，公眾對于二維碼，特別是手機(jī)二維碼認(rèn)知逐漸成熟。用于手機(jī)識(shí)讀的二維碼廣泛出現(xiàn)在廣告、網(wǎng)頁、招牌、票據(jù)等載體上，手機(jī)“掃一掃”，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)獲取信息或上網(wǎng)、添加微信、微博關(guān)注等應(yīng)用，已經(jīng)走入千家萬戶，悄無聲息的改變著我們的生活。

二維碼是怎么生成的

二維碼其實(shí)就是由很多0、1組成的數(shù)字矩陣。二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的；在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理：它具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個(gè)字符占有一定的寬度；具有一定的校驗(yàn)功能等。同時(shí)還具有對不同行的信息自動(dòng)識(shí)別功能、及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特點(diǎn)。二維條碼/二維碼能夠在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量的信息。

簡單的說，二維碼就是把你想表達(dá)的信息翻譯成黑白兩種小方塊，然后填到這個(gè)大方塊中。有點(diǎn)類似我們中學(xué)的答題卡，就是把我們的語言翻譯成機(jī)器可識(shí)別的語言，說白了就是把數(shù)字、字母、漢字等信息通過特定的編碼翻譯成二進(jìn)制0和1，一個(gè)0就是一個(gè)白色小方塊，一個(gè)1就是一個(gè)黑色小方塊。

當(dāng)然這其中還有很多糾錯(cuò)碼，假如需要編碼的碼字?jǐn)?shù)據(jù)有100個(gè)，并且想對其中的一半，也就是50個(gè)碼字進(jìn)行糾錯(cuò)，則計(jì)算方法如下。糾錯(cuò)需要相當(dāng)于碼字2倍的符號(hào)，因此在這種情況下的數(shù)量為50個(gè)×2＝100碼字。因此，全部碼字?jǐn)?shù)量為200個(gè)，其中用作糾錯(cuò)的碼字為50個(gè)，也就是說在這個(gè)二維碼中，有25%的信息是用來糾錯(cuò)的，所以這也就解釋了二維碼即使缺了一點(diǎn)或者變皺了也一樣能被識(shí)別。有些朋友可能會(huì)問，為什么每個(gè)二維碼上都會(huì)有三個(gè)黑色大方塊呢？那就要涉及下面的內(nèi)容：手機(jī)是如何識(shí)別二維碼的。

二維碼怎么被手機(jī)識(shí)別的？

由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長不同，白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光.所以當(dāng)攝像頭掃描黑白相間的二維碼上時(shí)，手機(jī)利用點(diǎn)運(yùn)算的閾值理論將采集到的圖象變?yōu)槎祱D像,即對圖像進(jìn)行二值化處理,得到二值化圖像后,對其進(jìn)行膨脹運(yùn)算,對膨脹后的圖象進(jìn)行邊緣檢測得到條碼區(qū)域的輪廓。

然后經(jīng)過一項(xiàng)灰度值計(jì)算公式對圖像進(jìn)行二值化處理。得到一幅標(biāo)準(zhǔn)的二值化圖像后，對該符號(hào)進(jìn)行網(wǎng)格采樣，對網(wǎng)格每一個(gè)交點(diǎn)上的圖像像素取樣，并根據(jù)閾值確定是深色“1”還是淺色“0”，從而得到二維碼的原始二進(jìn)制序列值，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)和譯碼，最后根據(jù)條碼的邏輯編碼規(guī)則把這些原始的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。

上文中我們提到的三個(gè)大黑方塊起什么作用呢？我們在使用手機(jī)掃描的時(shí)候無論是什么方向，都能夠正確識(shí)別二維碼的內(nèi)容，就是因?yàn)槭謾C(jī)通過三個(gè)大黑方塊識(shí)別出二維碼正確的方向。上述識(shí)別過程說起來分很多步驟，但在實(shí)際生活中，也就是兩三秒的工夫，非?？欤?/p>

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