二维码原理及应用
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二维码原理及应用
2-Dimensional Bar Code
2020/5/11
.
1
二维码概念介绍 二维码原理介绍 二维QR码特点 二维码现实应用 二维条形码识别
2020/5/11
.
2
一、 条形码简史
1920
1949年美国乔·伍德兰德 、伯 尼·西尔沃发明了第一个条形码 专利。
1940 1950
60年代 西尔沃尼亚发明一套 条形码系统并在北美铁路系统 成功应用。
2020/5/Байду номын сангаас1
.
13
1.1 QR码版本7结构图
2020/5/11
空白区 位置探测图形
位置探测图形 分 隔符 定位图形 校正图形
格式信息 版本信息 数据和纠错码字
功能 图形
符号
编码区 格式
.
14
1.1 三种常见二维码性能比较
码制
QR Code
Data Martix
PDF 417
符号结构
研制公司 码制分类 识读速度 识读方向 识读方法 汉字表示
有代表性的行排式二维码有CODE49
CODE16K
1
PDF417
2020/5/11
.
7
1.1 常见二维码条码
2020/5/11
QR 码
.
8
1.1 二维条码与一维条码比较
项目 条码类型
信息密 度与信 息容量
错误校验 及纠错正
能力
垂直方向是 否携带信息
用途
对数据库 和通讯网 络的依赖
识读设备
一维条码
2020/5/11
Denso Corp
Matrix Inc.
矩阵式
30个/秒
2-3个/秒
Symbol 行排式 3个/秒
全方位（360°）
深色/浅色模块判别
13bit
16bit
±10° 条空宽度尺寸判别
16bit
.
15
1.1 数据密度比较
实例：80个字符组成的信息:
1234567890-123456720-123456-30-234567-
❖ 二维条码的识读设备依工作方式的不同分为： 手持式：即二维码扫描枪。可以扫描PDF417、QR码、DM码二维码的
条码扫描枪。 固定式：即二维码读取器，台式，非手持，放在桌子上或固定在终端设
备里，比如SUMLUNG的SL-QC15S等等。
2020/5/11
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26
1.1 二维码识别
从识读一个QR码符号到输出数据字符的译码步骤是编码程序的逆过程。 ❖ 1、定位并获取符号图像。 ❖ 2、识读格式信息 ❖ 3、识读版本信息，确定符号的版本。 ❖ 4、用掩模图形掩模图形参考已经从格式信息中得出对编码区的位图进行异或
2020/5/11
.
20
1.1 应用案例二（票务销售）
❖ 火车票实名制是指乘客在购买火车票和乘坐火车时，需要登记、核 查个人的真实姓名和身份的一种制度。对预防、减少和打击铁路沿线 上的各种犯罪行为、保障乘客的人身安全、加强乘车管理都有一定的 作用。
2020/5/11
.
21
1.1 应用案例三（食品追溯）
2020/5/11
.
17
四、二维码应用
1.信息获取（名片、地图、WIFI密码、资料） 2.网站跳转（跳转到微博、手机网站、网站） 3.广告推送（用户扫码，直接浏览商家推送的广告） 4.手机电商（用户扫码、手机直接购物下单） 5.优惠促销（用户扫码，下载电子优惠券，抽奖） 6.会员管理（用户手机上获取会员信息、VIP服务）
二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形 码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。
2020/5/11
.
11
1.1 二维条码特点
（9）多语言形式，可表示图像
二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的 机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码的形式 表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字的条码。
2020/5/11
.
6
1.1 行排式二维码
❖ 行排式二维码(又称：堆积式二维码或层排式二维码)，其编码原理是建立在一维 码基础之上，按需要堆积成二行或多行。
❖ 它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点，识读设备 与条码印刷与一维码技术兼容，但由于行数的增加，需要对行进行判定、其译码 算法与软件也不完全相同于一维码。
（3）成本低
与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一 小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。
（4）易于制作
条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印 刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。
2020/5/11
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10
1.1 二维条码特点
（5）构造简单
条形码识别设备的构造简单，使用方便。
2020/5/11
.
23
1.1 应用案例五（超市购物）
❖Home Plus 日前在韩国的地铁站内推出了一种新型的电子虚拟超市。顾客在 地铁站内可像逛实体超市一样浏览各种商品，然后使用手机二维码扫描应用拍 下所选择商品，并通过手机在网上进行结算，超市就会将所购产品按时送到用 户的家中。
2020/5/11
2020/5/11
空白区 位置探测图形
位置探测图形 分 隔符 定位图形 校正图形
格式信息 版本信息 数据和纠错码字
功能 图形
40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80
QR code (M)
X=0.25mm 8.2mm sq.
X=0.35mm 11.5mm sq.
X=0.5mm 16.5mm sq.
Data Matrix
X=0.25mm 8.0mm sq.
X=0.35mm 11.2mm sq.
（6）灵活实用
条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识 别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整 个系统的自动化管理。
（7）高密度
二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度 ，而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真正 实现了用条码对信息的直接描述。
（8）纠错功能
1997、2000年确定了国家标准 。
2020/5/11
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3
二维码简介
二维码，又称二维条码，最早起源于日本，原本是Denso Wave公司为了追踪汽 车零部件而设计的一种条码。它是用特定的几何图形按一定规律在二维平面上分布 的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙。在现代商业活动中，可实现的应 用十分广泛。 ❖ 1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列， 用以表达一组信息的图形标识符。 ❖ 2.一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的条、空及其相应的字符(数字 字母)组成的标记，即传统条码。 ❖ 3.二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空 相间的图形来记录数据符号信息。
❖将蔬菜、肉类、奶类等的生产厂家、生产日期、出厂日期、物流等 信息生成二维码，贴在包装袋上。 ❖消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑码号发短信，即可随时随 地查询产品源信息与质量认证等信息等，并可及时举报虚假、错误信 息。
2020/5/11
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22
1.1 应用案例四（网站解析）
❖将网址、以及下载地址生成二维码。手机解码后，即可快速联网，减 少输入网址的麻烦。
.
24
1.1 应用案例六（防伪查询）
❖用户在手机终端上安装二维码识别软件，通过手机扫描产品上的二维码或将 产品上的二维码码编号用短信方式发送到防伪系统平台后，即可获知产品真伪 信息的服务，该方式操作更为方便、快捷。
2020/5/11
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25
五、二维码识别
❖ 二维条码的阅读设备依阅读原理的不同可分为： （1） 线性CCD和线性图像式阅读器 （2） 带光栅的激光阅读器 （3） 图像式阅读器
图21*21的矩阵中，黑白的区域在QR（Quick Response）码规范中被指定 为固定的位置，称为寻像图形和定位图形。寻像图形和定位图形用来帮助解码程 序确定图形中具体符号的坐标。黄色的区域用来保存被编码的数据内容以及纠错 信息码。蓝色的区域，用来标识纠错的级别（也就是Level L到Level H)和所谓的 "Mask pattern",这个区域被称为“格式化信息”。
1960 1970
1988年 中国成立了中国物品 编码中心。
1980 1990
2000
20世纪20年代 约翰·科芒德 实现邮政单据自动分检方法。
1959年 吉拉德·费伊塞尔申请 了用条形码表示数字的专利。
70年代 UPC 码（Universal Product Code） 在北美超市 得到广泛应用。
处理消除掩模。 ❖ 5、根据模块排列规则，识读符号字符，恢复信息的数据与纠错码字。 ❖ 6、用与纠错级别信息相对应的纠错码字检测错误。 ❖ 7、根据模式指示符和字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。 ❖ 8、最后，按照使用的模式译码得出数据字符并输出结果。
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27
1.1 QR码版本7结构图
对物品 的描述
可不依赖 数据库及 通讯网络 而单独应 用
对于行排式二 维条码可用线 扫描器的多次 扫描识读；对 于矩阵式二维 条码仅能用图 像扫描器识读
2020/5/11
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9
三、 二维条码特点
（1）可靠性强
条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个 字符才会出现一个错误。
（2）效率高
条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。
（10）具有加密机制
可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示 。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复所表 示的信息。
除此之外二维码还具有可表示信息量密度高、尺寸大小比例 可变、可以使用激光或CCD阅读器方便识读等众多优点。
2020/5/11
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12
1.1 QR码
QR Code是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码，它具有 以下特点： ❖ 1.高密度编码，信息容量大：可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字 节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。 ❖ 2.编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进 行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。 ❖ 3.容错能力强，具有纠错功能：这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照 样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。 ❖ 4.译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万 分之一。 ❖ 5.可引入加密措施：保密性、防伪性好。 ❖ 6.成本低，易制作，持久耐用。 ❖ 7.条码符号形状、尺寸大小比例可变。 ❖ 8.二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读, QR Code具有全方位（360°）识读特 点。 ❖ 9.能够有效地表示中国汉字
2020/5/11
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18
1.1 二维码手机端
娱乐
沟通
.
2020/5/11
资讯
图片、铃声下载 游戏下载
音乐、影音下载
移动博客
移动空间
移动相册
移动名片
新闻
打折优惠
位置服务
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19
1.1 应用案例一（交友聊天）
❖2012年腾讯QQ同时在线用户数突破一亿七千万。
❖微信是由腾讯公司开发，发展比较迅速的新媒体通讯社交平台，截止 2013年用户已经达到了3.5亿。
信息密 度低， 信息容 量较小
可通过校 验字符进 行错误校 验，没有 错纠能力
不携带信息
对物品 的标识
多数应用 场合依赖 数据库及 通讯网络
可用线扫描 器识读，如 光笔、线阵 CCD、激光枪 等
二维条码
信息密 度高， 信息容 量大
具有错误 校验和纠 错能力， 可根据需 求设置不 同的纠错 级别
携带信息
2020/5/11
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4
二、二维码原理
1 矩阵式二维码
2
行排式二维码
2020/5/11
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5
二、矩阵式二维码
矩阵式二维码（又称棋盘式二维码）是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩 阵中的不同分布进行编码。右图是国内常用的矩阵式二维码实例，手机正常扫描 后会跳出高可靠性的信息：
在矩阵元素位置上，出现方点、圆点或其他形状点表示二进 制“1”，不出现点表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式 二维码所代表的意义。矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技 术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码 制。具有代表性的矩阵式二维码有：Code One、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。
X=0.5mm 16.0mm sq.
PDF417 (level 3)
X=0.25mm 34.2mm亊15mm
30mm
X=0.35mm 47.9mm亊21mm
X=0.5mm 68.5mm亊
2020/5/11
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1.1 数据密度比较
300 个字符或数字被编进这样大小的QR码里面
同样的数据只有条码空间的1/11的大小
2-Dimensional Bar Code
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1
二维码概念介绍 二维码原理介绍 二维QR码特点 二维码现实应用 二维条形码识别
2020/5/11
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一、 条形码简史
1920
1949年美国乔·伍德兰德 、伯 尼·西尔沃发明了第一个条形码 专利。
1940 1950
60年代 西尔沃尼亚发明一套 条形码系统并在北美铁路系统 成功应用。
2020/5/Байду номын сангаас1
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1.1 QR码版本7结构图
2020/5/11
空白区 位置探测图形
位置探测图形 分 隔符 定位图形 校正图形
格式信息 版本信息 数据和纠错码字
功能 图形
符号
编码区 格式
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1.1 三种常见二维码性能比较
码制
QR Code
Data Martix
PDF 417
符号结构
研制公司 码制分类 识读速度 识读方向 识读方法 汉字表示
有代表性的行排式二维码有CODE49
CODE16K
1
PDF417
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1.1 常见二维码条码
2020/5/11
QR 码
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1.1 二维条码与一维条码比较
项目 条码类型
信息密 度与信 息容量
错误校验 及纠错正
能力
垂直方向是 否携带信息
用途
对数据库 和通讯网 络的依赖
识读设备
一维条码
2020/5/11
Denso Corp
Matrix Inc.
矩阵式
30个/秒
2-3个/秒
Symbol 行排式 3个/秒
全方位（360°）
深色/浅色模块判别
13bit
16bit
±10° 条空宽度尺寸判别
16bit
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15
1.1 数据密度比较
实例：80个字符组成的信息:
1234567890-123456720-123456-30-234567-
❖ 二维条码的识读设备依工作方式的不同分为： 手持式：即二维码扫描枪。可以扫描PDF417、QR码、DM码二维码的
条码扫描枪。 固定式：即二维码读取器，台式，非手持，放在桌子上或固定在终端设
备里，比如SUMLUNG的SL-QC15S等等。
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1.1 二维码识别
从识读一个QR码符号到输出数据字符的译码步骤是编码程序的逆过程。 ❖ 1、定位并获取符号图像。 ❖ 2、识读格式信息 ❖ 3、识读版本信息，确定符号的版本。 ❖ 4、用掩模图形掩模图形参考已经从格式信息中得出对编码区的位图进行异或
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1.1 应用案例二（票务销售）
❖ 火车票实名制是指乘客在购买火车票和乘坐火车时，需要登记、核 查个人的真实姓名和身份的一种制度。对预防、减少和打击铁路沿线 上的各种犯罪行为、保障乘客的人身安全、加强乘车管理都有一定的 作用。
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1.1 应用案例三（食品追溯）
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四、二维码应用
1.信息获取（名片、地图、WIFI密码、资料） 2.网站跳转（跳转到微博、手机网站、网站） 3.广告推送（用户扫码，直接浏览商家推送的广告） 4.手机电商（用户扫码、手机直接购物下单） 5.优惠促销（用户扫码，下载电子优惠券，抽奖） 6.会员管理（用户手机上获取会员信息、VIP服务）
二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形 码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。
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1.1 二维条码特点
（9）多语言形式，可表示图像
二维条码具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的 机制。不论何种语言文字它们在计算机中存储时以机内码的形式 表现，而内部码都是字节码，可识别多种语言文字的条码。
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1.1 行排式二维码
❖ 行排式二维码(又称：堆积式二维码或层排式二维码)，其编码原理是建立在一维 码基础之上，按需要堆积成二行或多行。
❖ 它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点，识读设备 与条码印刷与一维码技术兼容，但由于行数的增加，需要对行进行判定、其译码 算法与软件也不完全相同于一维码。
（3）成本低
与其它自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一 小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。
（4）易于制作
条形码制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印 刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。
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10
1.1 二维条码特点
（5）构造简单
条形码识别设备的构造简单，使用方便。
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1.1 应用案例五（超市购物）
❖Home Plus 日前在韩国的地铁站内推出了一种新型的电子虚拟超市。顾客在 地铁站内可像逛实体超市一样浏览各种商品，然后使用手机二维码扫描应用拍 下所选择商品，并通过手机在网上进行结算，超市就会将所购产品按时送到用 户的家中。
2020/5/11
2020/5/11
空白区 位置探测图形
位置探测图形 分 隔符 定位图形 校正图形
格式信息 版本信息 数据和纠错码字
功能 图形
40ABCDEFGH50IJKLMNOP60QRSTUVWX70YZABCDEF80
QR code (M)
X=0.25mm 8.2mm sq.
X=0.35mm 11.5mm sq.
X=0.5mm 16.5mm sq.
Data Matrix
X=0.25mm 8.0mm sq.
X=0.35mm 11.2mm sq.
（6）灵活实用
条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识 别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整 个系统的自动化管理。
（7）高密度
二维条码通过利用垂直方向的堆积来提高条码的信息密度 ，而且采用高密度图形表示，因此不需事先建立数据库，真正 实现了用条码对信息的直接描述。
（8）纠错功能
1997、2000年确定了国家标准 。
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二维码简介
二维码，又称二维条码，最早起源于日本，原本是Denso Wave公司为了追踪汽 车零部件而设计的一种条码。它是用特定的几何图形按一定规律在二维平面上分布 的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙。在现代商业活动中，可实现的应 用十分广泛。 ❖ 1.条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列， 用以表达一组信息的图形标识符。 ❖ 2.一维条码是由一组粗细不同、黑白(或彩色)相间的条、空及其相应的字符(数字 字母)组成的标记，即传统条码。 ❖ 3.二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的条、空 相间的图形来记录数据符号信息。
❖将蔬菜、肉类、奶类等的生产厂家、生产日期、出厂日期、物流等 信息生成二维码，贴在包装袋上。 ❖消费者购买产品时，只需手机扫码或编辑码号发短信，即可随时随 地查询产品源信息与质量认证等信息等，并可及时举报虚假、错误信 息。
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1.1 应用案例四（网站解析）
❖将网址、以及下载地址生成二维码。手机解码后，即可快速联网，减 少输入网址的麻烦。
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1.1 应用案例六（防伪查询）
❖用户在手机终端上安装二维码识别软件，通过手机扫描产品上的二维码或将 产品上的二维码码编号用短信方式发送到防伪系统平台后，即可获知产品真伪 信息的服务，该方式操作更为方便、快捷。
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五、二维码识别
❖ 二维条码的阅读设备依阅读原理的不同可分为： （1） 线性CCD和线性图像式阅读器 （2） 带光栅的激光阅读器 （3） 图像式阅读器
图21*21的矩阵中，黑白的区域在QR（Quick Response）码规范中被指定 为固定的位置，称为寻像图形和定位图形。寻像图形和定位图形用来帮助解码程 序确定图形中具体符号的坐标。黄色的区域用来保存被编码的数据内容以及纠错 信息码。蓝色的区域，用来标识纠错的级别（也就是Level L到Level H)和所谓的 "Mask pattern",这个区域被称为“格式化信息”。
1960 1970
1988年 中国成立了中国物品 编码中心。
1980 1990
2000
20世纪20年代 约翰·科芒德 实现邮政单据自动分检方法。
1959年 吉拉德·费伊塞尔申请 了用条形码表示数字的专利。
70年代 UPC 码（Universal Product Code） 在北美超市 得到广泛应用。
处理消除掩模。 ❖ 5、根据模块排列规则，识读符号字符，恢复信息的数据与纠错码字。 ❖ 6、用与纠错级别信息相对应的纠错码字检测错误。 ❖ 7、根据模式指示符和字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。 ❖ 8、最后，按照使用的模式译码得出数据字符并输出结果。
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1.1 QR码版本7结构图
对物品 的描述
可不依赖 数据库及 通讯网络 而单独应 用
对于行排式二 维条码可用线 扫描器的多次 扫描识读；对 于矩阵式二维 条码仅能用图 像扫描器识读
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三、 二维条码特点
（1）可靠性强
条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15000个 字符才会出现一个错误。
（2）效率高
条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。
（10）具有加密机制
可以先用一定的加密算法将信息加密，再用二维条码表示 。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，便可以恢复所表 示的信息。
除此之外二维码还具有可表示信息量密度高、尺寸大小比例 可变、可以使用激光或CCD阅读器方便识读等众多优点。
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1.1 QR码
QR Code是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码，它具有 以下特点： ❖ 1.高密度编码，信息容量大：可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字 节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。 ❖ 2.编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进 行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。 ❖ 3.容错能力强，具有纠错功能：这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照 样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。 ❖ 4.译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万 分之一。 ❖ 5.可引入加密措施：保密性、防伪性好。 ❖ 6.成本低，易制作，持久耐用。 ❖ 7.条码符号形状、尺寸大小比例可变。 ❖ 8.二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读, QR Code具有全方位（360°）识读特 点。 ❖ 9.能够有效地表示中国汉字
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1.1 二维码手机端
娱乐
沟通
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资讯
图片、铃声下载 游戏下载
音乐、影音下载
移动博客
移动空间
移动相册
移动名片
新闻
打折优惠
位置服务
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1.1 应用案例一（交友聊天）
❖2012年腾讯QQ同时在线用户数突破一亿七千万。
❖微信是由腾讯公司开发，发展比较迅速的新媒体通讯社交平台，截止 2013年用户已经达到了3.5亿。
信息密 度低， 信息容 量较小
可通过校 验字符进 行错误校 验，没有 错纠能力
不携带信息
对物品 的标识
多数应用 场合依赖 数据库及 通讯网络
可用线扫描 器识读，如 光笔、线阵 CCD、激光枪 等
二维条码
信息密 度高， 信息容 量大
具有错误 校验和纠 错能力， 可根据需 求设置不 同的纠错 级别
携带信息
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二、二维码原理
1 矩阵式二维码
2
行排式二维码
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二、矩阵式二维码
矩阵式二维码（又称棋盘式二维码）是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩 阵中的不同分布进行编码。右图是国内常用的矩阵式二维码实例，手机正常扫描 后会跳出高可靠性的信息：
在矩阵元素位置上，出现方点、圆点或其他形状点表示二进 制“1”，不出现点表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式 二维码所代表的意义。矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技 术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码 制。具有代表性的矩阵式二维码有：Code One、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。
X=0.5mm 16.0mm sq.
PDF417 (level 3)
X=0.25mm 34.2mm亊15mm
30mm
X=0.35mm 47.9mm亊21mm
X=0.5mm 68.5mm亊
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1.1 数据密度比较
300 个字符或数字被编进这样大小的QR码里面
同样的数据只有条码空间的1/11的大小