二维码及其识别技术

二维码及其识别技术
什么是二维码
二维条码是指在一维条码的基础上扩展出另一维具有可读性的条码，使用黑白矩形图案表示二进制数据，被设备扫描后可获取其中所包含的信息。

一维条码的宽度记载着数据，而其长度没有记载数据。

二维条码的长度、宽度均记载着数据。

二维条码有一维条码没有的“定位点”和“容错机制”。

容错机制在即使没有辨识到全部的条码、或是说条码有污损时，也可以正确地还原条码上的资讯。

二维码的分类
二维码的种类很多，不同的机构开发出的二维码具有不同的结构以及编写、读取方法。

主要有堆叠式二维码（又称:行排式二维条码或堆积式二维条码或层排式二维条码)和矩阵式二维码(又称棋盘式二维条码)两类：
(1) 堆叠式二维码
●PDF417
●Code49
●Code16K
●Ultracode
(2) 矩阵式二维码
●QR码
●Code One
●Aztec
●Data Matrix
●Maxicode
●龙贝码
●矽感网格矩阵（GM）
●矽感紧密矩阵（CM）
●汉信码
其中龙贝码、矽感网格矩阵（GM）、矽感紧密矩阵（CM）和汉信码具有国内专利技术的二维码。

国外的二维码主要类型见下图
国内技术的二维码主要类型见下图
PDF417码
PDF417条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。

PDF417码是由留美华人王寅敬（音）博士发明的。

PDF是取英文Portable Data File三个单词的首字母的缩写，意为“便携数据文件”。

因为组成条码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成，如果将组成条码的最窄条或空称为一个模块，则上述的4个条和4个空的总模块数一定为17，所以称417码或PDF417码。

PDF4-17码
PDF417二维条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。

PDF417条码可表示数字、字母或二进制数据，也可表示汉字。

一个PDF417条码最多可容纳1850个字符或1108个字节的二进制数据，如果只表示数字则可容纳2710个数字。

PDF417的纠错能力分为9级，级别越高，纠正能力越强。

由于这种纠错功能，使得污损的417条码也可以正确读出。

我国目前已制定了PDF417码的国家标准。

中国-PDF417二维条码已列为95期间的国家重点科技攻关项目。

97年12月PDF417条码国家标准《四一七条码》已经正式颁布。

PDF417条码的特点及优点：
1.信息容量大：根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳250到1100个字符。

在国际标准
的证卡有效面积上(相当于信用卡面积的2/3，约为76mm*25mm), PDF417条码可以容纳1848个字母字符或2729个数字字符，约500个汉字信息。

这种二维条码比普通条码信息容量高几十倍。

2.编码范围广：PDF417条码超越了字母数字的限制，可以将照片、指纹、掌纹、签字、声
音、文字等凡可数字化的信息进行编码。

3.保密、防伪性能好：PDF417条码具有多重防伪特性，它可以采用密码防伪、软件加密及
利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能。

4.译码可靠性高：普通条码的译码错误率约为百万分之二左右，而PDF417条码的误码率不
超过千万分之一，译码可靠性极高。

5.修正错误能力强：PDF417条码采用了世界上最先进的数学纠错理论，如果破损面积不超
过50％，条码由于沾污、破损等所丢失的信息，可以照常破译出丢失的信息。

6.容易制作且成本很低：利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏/热转印、制卡机等打印技术，
即可在纸张、卡片、PVC、甚至金属表面上印出PDF417二维条码。

由此所增加的费用仅是油墨的成本，因此人们又称PDF417是“零成本”技术。

7.条码符号的形状可变：同样的信息量，PDF417条码的形状可以根据载体面积及美工设计
等进行自我调整。

PDF417在我国的应用前景:
由于二维条码具有成本低，信息可随载体移动、不依赖于数据库和计算机网络、保密防伪性能强等优点，结合我国人口多、底子薄、计算机网络投资资金难度较大、对证件的防伪措施要求较高等特点，可以预见，PDF417条码在我国极有推广价值。

可以应用在如下领域：
1.证件管理：由于二维条码可以把照片或指纹编在二维条码中，有效地解决了证件的可机读
及防伪等问题，因此可广泛地应用在护照、身份证、驾驶证、暂住证、行车证、军人证、健康证、保险卡等任何需要唯一识别个人身份的证件上。

2.执照年检：行车证、驾驶证的年审，各种工商营业执照、税务登记证、卫生检疫证、企事
业代码证、统计登记证等各种政府部门登记证件的年检，可以通过采用二维条码，解决年检登记的计算机录入问题，既节约了政府工作人员的时间，同时，为企事业单位提供了良好的服务。

采用这种先进的技术，有利于改善政府的服务和公众形象。

3.报表管理：海关报关单、税务报表、保险登记表等任何需重复录入或禁止伪造、删改的表
格，都可以将表中填写的信息编在PDF417条码中，以解决表格的自动录入和防止篡改表中内容。

4.机电产品的生产和组配线：如汽车总装线、电子产品总装线，皆可采用二维条码并通过二
维条码实现数据的自动交换。

5.银行票据管理。

6.行包、货物的运输和邮递。

QR二维码
QR码是二维条码的一种，1994年由日本DENSO WA VE公司发明。

QR来自英文“Quick Response”的缩写，即快速反应的意思，源自发明者希望QR码可让其内容快速被解码。

根据Denso Wave公司的网站数据，QR码是属于开放式的标准，QR码的规格公开，虽由Denso Wave公司持有的专利权益，但不会被运行。

QR码最常见于日本，并为目前日本最流行的二维空间条码。

QR码比普通条码可存储更多数据，亦无需像普通条码般在扫描时需直线对准扫描仪。

QR码呈正方形，只有黑白两色。

在3个角落，印有较小，像“回”字的的正方图案。

这3个是帮助解码软件定位的图案，用户不需要对准，无论以任何角度扫描，数据仍可正确被读取。

符号规格21×21模块（版本1）-177×177 模块（版本40）(每一规格：每边增加4个模块)。

数据表示方法深色模块表示二进制“1”，浅色模块表示二进制“0”。

除了标准的QR码之外，也存在一种称为“微型QR码”的格式，是QR码标准的缩小版本，主要是为了无法处理较大型扫描的应用而设计。

微型QR码同样有多种标准，最高可存储35个字符。

QR码示例：
内容为诸葛亮的《诫子书》：夫君子之行，静以修身，俭以养德，非澹薄无以明志，非宁静无以致远。

夫学须静也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。

淫慢则不能励精，险躁则不能治性。

年与时驰，意与日去，遂成枯落，多不接世，悲守穷庐，将复何及。

QR码与PDF417比较:
1.QR码比PDF417识别速度快，可达到30个/秒，而PDF417为3个/秒；
2.QR码可以实现360°全方向旋转识读，PDF417需要在+/-10°的范围内才能被识读；
3.QR码表示汉字的效率比PDF417码高20%，QR码使用13bit表示一个汉字，而PDF417
使用16bits表示一个汉字；
4.QR码数据容量大，信息密度大，最多可表示多达3KB的内容，PDF417最多确只能表示
1KB的内容；
5.QR码是正方形，PDF417是长方形，同样数据容量、有限的面积的情况下QR码可以表示
更多的内容；
6.QR码对识读设备要求较低，PDF417当容量比较大时长度也会随之增加，所以就要求识读
设备可以读取较长的空间；
7.支持QR码开发的工具控件非常多，使用起来非常方便；
8.QR码又被称为手机二维码，所以QR码不但支持了传统PC设备上的Windows、Linux等
系统，还支持了手机平台的主要系统，例如：Windows Mobile、Symbian OS、等，而PDF417尚未见过类似的应用。

QR码数据容量：
数字最多7,089字符
字母最多4,296字符
二进制数（8 bit）最多2,953 字节
日文汉字／片假名最多1,817字符（采用Shift JIS）
中文汉字最多984字符（采用UTF-8）
中文汉字最多1,800字符（采用BIG5）
以上是用QR码制作的《千字文》，前图960个字符，后图为290个字符，两图合起来共1250个字，为千字文全文（含标点）。

QR码的纠错能力：
L水平7%的字码可被修正
M水平15%的字码可被修正
Q水平25%的字码可被修正
H水平30%的字码可被修正
QR code有容错能力，QR码图形如果有破损，仍然可以被机器读取内容，最高可以到7%~30%面积破损仍可被读取。

所以QR code 可以被广泛使用在运输外箱上。

相对的，容错%愈高，QR code 图形面积愈大。

所以一般折衷使用15%容错能力。

QR码的应用：
利用30万像素以上的照相手机，搭配手机内的QR码解码软件，对着QR码一照，解码软件会自动解读此信息，显示于手机屏幕上面。

目前也有运用到Webcam的镜头来解码，预计未来所有有镜头的科技产品，都会被导入此QR码的机制。

此外，QRDOOR、QuickMark提供PC版的QR码解码软件，让没有照相手机的用户也能直接通过PC版QR码解码软件直接截取屏幕上的QR码，以得到相关信息，让一般手机和PC用户也能体验QR码带来的方便性。

运用QR码及GPS的手机导航技术，让用户简化在手机中输入座目标程序，只须通过QR码照像手机一照，便可及时将地理座标存储在手机当中。

Click for full-size image
QR码的主要应用的项目可分成四类：
1.自动化文字传输：通常应用在文字的传输，利用快速方便的模式，让人可以轻松输入如地
址、电话号码、行事历等，进行名片、进程数据等的快速交换。

2.数字内容下载：通常应用在电信公司游戏及影音的下载，在帐单中打印相关的QR码信息
供消费者下载，消费者通过QR码的解码，就能轻易连接到下载的网页，下载需要的数字内容。

3.网址快速链接：以提供用户进行网址快速链接、电话快速调用等。

4.身分鉴别与商务交易：许多公司现在正在推行QR码防伪机制，利用商品提供的QR码链
接至交易网站，付款完成后系统发回QR码当成购买身分鉴别，应用于购买票券、贩卖机等。

在消费者端，也开始有企业提供了商品品牌确认的服务，通过QR码链接至统一验证中心，去核对商品数据是否正确，并提供生产履历供消费者查询，消费者能够更明白商品的信息，除了能够杜绝仿冒品，对消费者的购物更是多了一层保护。

二维码码识别工具
二维码制作和识别工具，参见二维码识别工具。