武警工程大學(xué)信息工程系 李 棟 馮立杰 蘇 航

適應(yīng)logo形狀的彩色QR碼的設(shè)計(jì)

武警工程大學(xué)信息工程系 李 棟 馮立杰 蘇 航

針對(duì)目前帶有l(wèi)ogo的普通黑白QR碼信息容量比較小，并且logo會(huì)覆蓋編碼模塊，造成誤碼率很高的問(wèn)題，本文提出了一種適應(yīng)logo大小的彩色QR碼。論文首先通過(guò)選取多種顏色作為編碼顏色提升了QR碼的信息容量，并給出了要選取對(duì)比度最大的顏色的原則；然后提取logo的輪廓，并根據(jù)提取出來(lái)的logo的輪廓，將編碼模塊放置在logo輪廓的周?chē)?。容量分析以及MATLAB仿真表明，該方案達(dá)到了提升二維碼容量以及解決由于編碼模塊被覆蓋而造成的糾錯(cuò)能力下降的問(wèn)題的目的。

彩色QR碼；logo輪廓；信息容量；糾錯(cuò)能力；多進(jìn)制

0　引言

二維碼是一種表達(dá)數(shù)據(jù)的圖形符號(hào)，是一種能夠自動(dòng)存儲(chǔ)、攜帶商品等信息并且能夠被機(jī)器自動(dòng)識(shí)讀的重要手段［1-2］。 20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)開(kāi)始對(duì)條碼技術(shù)進(jìn)行研究，一些科研部門(mén)和高等院校對(duì)條碼技術(shù)的研究取得了一些成果［3］。由于二維條碼是由黑白兩種顏色構(gòu)成的，比較單調(diào)，美觀性較差；其次，二維條碼的信息容量還是無(wú)法滿(mǎn)足信息爆炸式發(fā)展的社會(huì)。針對(duì)二維條碼不美觀的問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種中間帶有Logo圖形的二維條碼，讓二維碼在美觀方面有了一定的改善［4］，但是這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的二維碼存在糾錯(cuò)能力弱的問(wèn)［5］。因此，為解決黑白二維條碼信息容量小的問(wèn)題，出現(xiàn)了彩色二維條碼［6］。

1. 彩色QR二維條碼的設(shè)計(jì)思想

我們生活中所見(jiàn)到的黑白QR碼通過(guò)將數(shù)據(jù)變成二進(jìn)制數(shù)，然后分別用黑白兩種顏色表示0、1值，為了能夠增加QR碼的信息密度，因此需要考慮通過(guò)用一個(gè)模塊表示多進(jìn)制數(shù)來(lái)提升QR碼的信息容量密度［7］，這樣就能夠使相同版本的QR碼容納更多的信息量。

現(xiàn)在廣告中使用的黑白QR碼都是將logo單純的放在二維碼的中央，這樣會(huì)導(dǎo)致QR碼的糾錯(cuò)能力大幅度下降，并且如果logo過(guò)大還將導(dǎo)致二維碼無(wú)法識(shí)讀。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文讀取logo的輪廓，然后將編碼模塊放置在logo周?chē)瑥亩嵘S碼的糾錯(cuò)能力。

2. 顏色的選取及使用

彩色QR碼的識(shí)別涉及到了圖像的分割，彩色圖像的分割常常是根據(jù)RGB彩色模型空間來(lái)進(jìn)行的，這種辦法簡(jiǎn)單直接而且效果很好［8］， 根據(jù)RGB顏色模型圖，可以看出黑、白、紅、綠、藍(lán)、品紅、青、黃是最容易被識(shí)別的。本文規(guī)定數(shù)據(jù)位流得四進(jìn)制值分別為0、1、2、3，對(duì)應(yīng)的顏色分別為綠、黃、紅、藍(lán)。

3. 輪廓的提取及模塊放置

3.1Logo圖形輪廓提取

目前我們生活中所見(jiàn)的帶有l(wèi)ogo的黑白QR碼都是先生成條碼，然后再根據(jù)條碼的糾錯(cuò)等級(jí)將logo圖形縮小到其糾錯(cuò)能力的范圍之內(nèi)，然后將其加入到QR碼之中。由于logo圖形覆蓋了部分碼字，這樣就大大降低QR碼的糾錯(cuò)能力。

本文設(shè)計(jì)的自適應(yīng)logo的彩色QR碼先通過(guò)圖像處理技術(shù)提取出logo圖形的輪廓，具體步驟： （1）讀取Logo圖形并確定整個(gè)Logo的尺寸；（2）對(duì)確定了尺寸的logo圖形進(jìn)行灰度化和二值化操作；（3）進(jìn)行邊緣提取。

下面我們以圖為例子提取輪廓。最終提取出來(lái)的邊緣輪廓就是所要確定logo圖形的形狀。如圖1所示。

下面我們?cè)诰幋a的時(shí)候?qū)⒏鶕?jù)logo的邊緣輪廓來(lái)放置編碼模塊。

3.2適應(yīng)Logo輪廓的模塊放置

彩色QR碼中的logo圖形是可以隨意改變的，所以QR碼的版本號(hào)也是不確定的。自適應(yīng)logo的彩色QR碼在布置功能圖形時(shí)，布置方法基本和黑白QR碼功能圖形的布置方法是一樣的：先放置三個(gè)位置探測(cè)圖形在二維碼的三個(gè)角，然后分別加入定位圖形和校正圖形。

而本文放置模塊按照排列4×2的方式從左下角蛇形順序布置，在遇到功能圖形時(shí)放置模塊參照文獻(xiàn)。而當(dāng)要放置模塊的區(qū)域遇到logo圖形的邊界時(shí)則避開(kāi)，不放置模塊。

圖1 logo的輪廓提取方法

4. 彩色二維碼編碼實(shí)例

本文以一段號(hào)碼20160309576432為例子（符號(hào)版本5-L），將信息通過(guò)下面步驟轉(zhuǎn)換為最終位流序列。

將數(shù)字的每3位進(jìn)行分組，因?yàn)?99轉(zhuǎn)換為四進(jìn)制是33213，所以如果轉(zhuǎn)換后的四進(jìn)制不足5位，則在前面補(bǔ)0。

（1）將各組后的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)位數(shù)的四進(jìn)制位流：201 603 095 764 32201→03021；603→21123；095→01133；764→23330；32→00200

（2）四進(jìn)制數(shù)連接成位流序列：03021 21123 01133 23330 00200

（3）字符計(jì)數(shù)指示符轉(zhuǎn)換成四進(jìn)制位流：6→00012

（4）將數(shù)字模式指示符以及字符計(jì)數(shù)指示符加入到位流序列中：01 00012 03021 21123 01133 23330 00200，形成最終位流序列。

最后添加相應(yīng)的版本信息和格式信息生成自適應(yīng)logo的彩色QR碼，得到圖2。

圖2 彩色二維碼

5. 彩色QR碼的容量以及糾錯(cuò)能力分析

一個(gè)黑白QR碼如果具有n個(gè)模塊的，那么黑白QR碼的信息容量為2n。假設(shè)一個(gè)彩色QR碼的選用的顏色數(shù)量為k，使用不同的顏色標(biāo)識(shí)k進(jìn)制中各個(gè)對(duì)應(yīng)0，1，2，..，k，那么具有n個(gè)模塊的彩色QR碼的信息容量為kn，那么彩色QR碼的信息量就變成黑色QR碼的k/2）n倍 。

通過(guò)將編碼模塊放置在logo圖形周?chē)?，有效避免了logo圖形覆蓋在編碼模塊上造成的模塊丟失，有效提高了二維碼的糾錯(cuò)能力。

6. 結(jié)論

二維碼的出現(xiàn)極大地改變了人們的生活，但是黑白二維碼仍然存在著諸多缺點(diǎn)。本文針對(duì)黑白QR碼容量低的問(wèn)題設(shè)計(jì)了彩色QR碼。通過(guò)采用多種顏色編碼的方式，提升了信息編碼密度；由于本文中的模塊是排布在logo周?chē)?，所以不?huì)造成模塊丟失，從而提升了二維碼的糾錯(cuò)能力。

本文設(shè)計(jì)的QR碼充分考慮了應(yīng)用的市場(chǎng)需求，在增強(qiáng)二維碼的信息容量的同時(shí)不影響二維碼的美觀性，能夠很好地刺激人們掃描的欲望，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

［1］章莉，杜敏，吳百鋒.連續(xù)型2維圖形矩陣碼格式設(shè)計(jì)及掩模方案［J］.中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2009，07：1426-1431.

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［3］陳炯.QR code編解碼技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

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［5］李朝輝.基于圖像處理的彩色二維條碼的研究［D］.天津：天津工業(yè)大學(xué)，2009.

［6］賈華國(guó).基于移動(dòng)終端彩色二維條碼編解碼算法研究與應(yīng)用［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

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