[发明专利]一种二维码系统及其识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息存储、定位和识别技术领域，特别是一种全方位可识读的二维码系统极其识别方法。

背景技术

条形码简称条码，它是一种具有特殊形状和特殊排列方式的光学符号。目前常见的条码可分为一维条码和二维条码。

一维条码(以下简称一维码)在全世界都已经广泛应用并且为人们所熟知。一维码只在水平方向上表示信息，而在竖直方向则不表示任何信息。自20世纪70年代问世以来，一维码发展非常迅速，已经广泛应用于物流仓储、生产制造、图书出版物、邮政、交通运输、生产自动化管理等各个领域。Code 39码是其中一种比较著名的一维码。

一维条码虽然应用广泛，但是其存储数据量相对较少，主要依靠后台数据库的支持，条码只是提供了对物品的一种索引。此外，一维码对汉字编码的支持很差，尺寸相对较大，保密性低。针对一维码的这些不足之处，迫切需要一种更大存储容量、更高的保密性、更强的纠错性、可以独立于数据库支持、具有多种编码甚至可扩展编码方式的条码系统。针对这些问题应运而生了一种新的条码系统——二维条码。

二维条码简称二维码，它采用不同灰度或者不同颜色的图形单元表示特定的数据信息，图形单元按照矩阵形式进行排列。由于在水平和竖直方向上同时存储信息，因此信息量更大。信息容量的提升为差错编码算法和加密算法的应用提供了空间，很多经典的算法广泛应用到二维码中，提高了系统的容错性和鲁棒性。

二维码的主要特点是：

(1)信息容量大：二维码在一维码的基础上将信息表示的空间维数从一维增加到了二维，因而容量大大增加。例如，在GB/T1828-2000国家标准中，版本40的QR码能容纳1817个汉字，这种信息容量是一维条码远远达不到的。

(2)强纠错能力：一维码没有考虑纠错功能。二维码引入了纠错码，使得二维码在部分受损时，仍然可以部分或者全部识读出信息。二维码的纠错算法采用通用的差错编码算法，例如，在GB/T1828-2000国家标准中的QR码采用RS算法，当纠错等级为H时，纠错容量为30％。

(3)编码范围广：二维码不仅可以表示常规的阿拉伯数字、英文字母、ASCll符，通过扩展编码，还可以表示中文字符、日文字符等多种字符集，而且可扩展编码集方式使得它可以适应未来更多的字符集编码方式。

(4)引入加密机制：二维码超大信息容量为众多优秀的加密算法提供了发挥空间，这样可以防止各种证件、卡片等的伪造。

二维码有许多不同的码制，大致可分为以下两种类型：

(1)堆叠式二维码：简单的将多个一维码在纵向堆叠起来，并且在码的两端放置了条状图形分别表示整个码字的左右边界。其中以美国的PDF417最为著名。

(2)矩阵式二维码：在平面图形上的矩形区域内通过不同灰度或者不同颜色的正方形图形单元的不同排列组合表示信息。码字的定位往往依靠码字图形中具有特殊形状的定位图形。典型的矩阵式二维码包括：QR Code、Data Matrix、Visual Code、紫光码等等。

QR码是由日本的Nippondenso公司于1994年开发的。在QR码图形的左上侧、右上侧和左下侧，存在三个特殊的较复杂的定位图形符号，如图2所示。通过特殊的定位图形，系统能迅速的定位整个码字图形区域，并判别码字图形的识读方向。QR码使用著名的Reed-Solomon算法(简称RS算法)用于差错译码，并且它能进行三种等级的容量选择。QR码是一种工业级的二位条码技术，在日本本国已经得到了充分的发展和应用。

随着个人无线通信业务的迅猛发展，带摄像头的智能手机日益普及和流行，使用手机摄像头作为二维码的扫描设备成为二维码应用的一个新的亮点，也就是通常说的手机二维码，这是二维码的一个极具发展空间的应用领域。通过智能手机上安装的专门的识读软件，用户可以方便的进行网页浏览、下载并欣赏音视频内容等等。很多国家和地区的手机上都预装了二维码识读软件，许多出版物和平面媒体广告上都印刷有可供手机识读软件使用的二维码。