QRCode二维码生成方案及其在带LOGO型二维码中的应用（1）

原文:QRCode二维码生成方案及其在带LOGO型二维码中的应用（1）

提要：很多公司为商业宣传之需，常将企业LOGO加入二维码中，但如果LOGO遮挡区域足够地大，二维码就变得无法识别。那么，有没有一种办法将上述区域预先“抠空”出来（以便专门放置LOGO），而其他区域则专门来放置二维码的有效数据呢？——这就是本文想探讨的问题。

本文重点探讨的是二维码的高级应用及改进，其主要的思路是通过掩码等手段，提前对二维码生成进行改进。

由于二维码通常是黑白方块型的，人眼无法直接识别，但为了商业和宣传的需要，很多公司都乐意将自己的LOGO标识加入到二维码中，以更方便直接识别。

为了便于理解，先比较以下两图：

       

图1   未加LOGO的彩色二维码              图2  加LOGO后的彩色二维码

但一旦LOGO加入到二维码中特别是LOGO足够显眼而遮挡住二维码本身而影响其本身的可识别性时，问题随之产生。下图就标识出了上面所加LOGO所遮盖的二维码区域。

图3  LOGO所遮盖的二维码区域示意

我们可以想像，如果LOGO遮挡区域足够地大，二维码就变得无法识别。那么，有没有一种办法将上述区域预先“抠空”出来（以便专门放置LOGO），而其他区域则专门来放置二维码的有效数据呢？——这就是本文想探讨的问题。

众所周知，为了增加QR码阅读的可靠性，最好均衡地安排深色与浅色模块。应尽可能避免类似“位置探测图形”的位图1011101出现在符号的其他区域。

为了满足上述条件，应按以下步骤进行掩模：

1)掩模不用于功能图形；
2)用多个矩阵图形连续地对已知的编码区域的模块图形（格式信息和版本信息除外）进行XOR操作。XOR操作将模块图形依次放在每个掩模图形上，并将对应于掩模图形的深色模块的模块取反（浅色变成深色，或相反）；
3)对每个结果图形的不合要求的部分记分，以评估这些结果；
4)选择得分最低的图形。

下表给出了掩模图形的参考（放置于格式信息中的二进制参考）和掩模图形生成的条件。掩模图形是通过将编码区域（不包括为格式信息和版本信息保留的部分）内那些条件为真的模块定义为深色而产生的。所示的条件中，i代表模块的行位置，j代表模块的列位置，(i,j)=(0,0)代表符号中左上角的位置。

图4   掩模图形参考及条件

图5   QRCode的八种掩模方案

图6  掩模结果（版本1符号的所有的掩模图形，用掩模图形参考000到111的掩模结果）。

下图为掩模过程：

图7  符号的掩模过程

这些掩模方案的特征是黑点与白点呈形状的均匀地几何分布。将它们与原有图案进行异或操作后，掩模后的图像会对原有图像有明显的改进，有利于更好地识别。

罚点记分：

在依次用每一个掩模图形进行掩模操作之后，要通过对每一次如下情况的出现进行罚点记分，以便对每一个结果进行评估，分数越高，其结果越不可用。在下表中，N1到N4为对不好的特征所罚分数的权重（N1=3，N2=3，N3=40，N4=10），i为紧邻的颜色相同模块数大于5的次数，k为符号深色模块所占比率离50%的差距，步长为5%。虽然掩模操作仅对编码区域进行，不包括格式信息，但评价是对整个符号进行的。

最终，应选择掩模结果中罚分最低的掩模图形用于符号掩模。

图8   罚点记分表

从上表可以看出，该罚点记分方法有一定的人为性，特别是N1到N4为对不好的特征所罚分数的权重（N1=3，N2=3，N3=40，N4=10）。有人利用统计学中的方差来解决此类通用问题，其方法是：对每小块的黑点与白点数进行统计，若与期望的平均分布的值相差越大，则其越不可用。其采样的样本越多，采样窗口越小，所获得的数据就越精确。根据上述八种掩模方案的均方差，对计算结果进行比较，最终选取最优掩模。

类似这样：
double CompareVariance(bool[][] matrix)
{
  int S=0;

  for(int i = 0; i < matrix.Length; i++)
    for(int j = 0; j < matrix[0].Length; i++)
      if(!(matrix[i][j]^matrix[i][j+1])) S++;

  for(int j = 0; j < matrix[0].Length; i++)
    for(int i = 0; i < matrix.Length; i++)
      if(!(matrix[i][j]^matrix[i][j+1])) S++;

  double s = S/(2n(n-1));

  return s;
}

为了实现本文所述的上述目标，我们在掩码实施前对二维码的生成方案进行改进，提前根据需要预留特定位置给LOGO标识。

鉴于篇幅太长，请看后续：

QRCode二维码生成方案及其在带LOGO型二维码中的应用（2） http://blog.csdn.net/johnsuna/article/details/8525743