一：什麼是二維碼
二維碼 （2-dimensional bar code）是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上） 分佈的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的。 在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。
1.堆疊式/行排式二維條碼，如，Code 16K、Code 49、PDF417
2.矩陣式二維碼，最流行莫過於QR CODE 二維碼的名稱是相對與一維碼來說的，比如以前的條形碼就是一個“一維碼”，它的優點有：二維碼存儲的數據量更大；可以包含數字、字符，及中文文本等混合內容；有一定的容錯性（在部分損壞以後可以正常讀取）；空間利用率高等。
二：什麼是QR二維碼
QR(Quick-Response) code是被廣泛使用的一種二維碼，解碼速度快。 由DENSO(日本電裝)公司開發，由JIS和ISO將其標準化。
QR碼呈正方形，只有黑白兩色。在3個角落，印有較小，像「回」字的的正方圖案。這三個是幫助解碼軟件定位的圖案，使用者不需要對準，無論以任何角度拍攝，內容仍可正確被讀取。
- 位置探測圖形、位置探測圖形分隔符：用於對二維碼的定位，對每個QR碼來說，位置都是固定存在的，只是大小規格會有所差異；這些黑白間隔的矩形塊很容易進行圖像處理的檢測。
- 校正圖形：根據尺寸的不同，矯正圖形的個數也不同。矯正圖形主要用於QR碼形狀的矯正，尤其是當QR碼印刷在不平坦的面上，或者拍照時候發生畸變等。
- 定位圖形：這些小的黑白相間的格子就好像座標軸，在二維碼上定義了網格。
- 格式信息：表示該二維碼的糾錯級別，分爲L、M、Q、H；
- 數據區域：使用黑白的二進制網格編碼內容。8個格子可以編碼一個字節。
- 版本信息：即二維碼的規格，QR碼符號共有40種規格的矩陣（一般爲黑白色），從21x21（版本1），到177x177（版本40），每一版本符號比前一版本 每邊增加4個模塊。
- 糾錯碼字：用於修正二維碼損壞帶來的錯誤。
三：QR碼的數據編碼方式
- 數字（Numeric）：0-9
- 大寫字母和數字（alphanumeric）：0-9，A-Z，空格，$，%，*，+，-，.，/，:
- 二進制/字節：通過 ISO/IEC 8859-1 標準編碼
- 日本漢字/假名：通過 Shift JISJIS X 0208 標準編碼
QR碼還有四種容錯級別可以選擇：
1. L（Low）：7%的字碼可被修正
2. M（Medium）：15%的字碼可被修正
3. Q（Quartile）：25%的字碼可被修正
4. H（High）：30%的字碼可被修正
四：將數據編碼成QR碼的流程
- 數據分析：確定編碼的字符類型，按相應的字符集轉換成符號字符； 選擇糾錯等級，在規格一定的條件下，糾錯等級越高其真實數據的容量越小。
- 數據編碼：將數據字符轉換爲位流，每8位一個碼字，整體構成一個數據的碼字序列。其實知道這個數據碼字序列就知道了二維碼的數據內容。
數據可以按照一種模式進行編碼，以便進行更高效的解碼，例如：對數據：01234567編碼（版本1-H）， 1）分組：012 345 67 2）轉成二進制：012→0000001100 345→0101011001 67 →1000011 3）轉成序列：0000001100 0101011001 1000011 4）字符數 轉成二進制：8→0000001000 5）加入模式指示符（上圖數字）0001：0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011 對於字母、中文、日文等只是分組的方式、模式等內容有所區別。基本方法是一致的 - 糾錯編碼：按需要將上面的碼字序列分塊，並根據糾錯等級和分塊的碼字，產生糾錯碼字，並把糾錯碼字加入到數據碼字序列後面，成爲一個新的序列。
在二維碼規格和糾錯等級確定的情況下，其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就確定了，比如：版本10，糾錯等級時H時，總共能容納346個碼字，其中224個糾錯碼字。 就是說二維碼區域中大約1/3的碼字時冗餘的。對於這224個糾錯碼字，它能夠糾正112個替代錯誤（如黑白顛倒）或者224個據讀錯誤（無法讀到或者無法譯碼）， 這樣糾錯容量爲：112/346=32.4% - 構造最終數據信息：在規格確定的條件下，將上面產生的序列按次序放如分塊中 按規定把數據分塊，然後對每一塊進行計算，得出相應的糾錯碼字區塊，把糾錯碼字區塊 按順序構成一個序列，添加到原先的數據碼字序列後面。 如：D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, … D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68，…
- 構造矩陣：將探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。
把上面的完整序列填充到相應規格的二維碼矩陣的區域中 - 掩摸：將掩摸圖形用於符號的編碼區域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區域能夠比率最優的分佈。 一個算法，不研究了，有興趣的同學可以繼續。
- 格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相應區域內。 版本7-40都包含了版本信息，沒有版本信息的全爲0。二維碼上兩個位置包含了版本信息，它們是冗餘的。 版本信息共18位，6X3的矩陣，其中6位時數據爲，如版本號8，數據位的信息時 001000，後面的12位是糾錯位。
五：QR二維碼的識別過程
- 定位
手機拍攝QR 碼圖像時，可能會同時採集到條碼周圍其他的圖像。這些干擾圖像會增加圖像處理的複雜度，因此，可以把這些沒必要的干擾圖像通過裁切的方式去除。校正後，直接對正方形A’B’C’D’外的區域裁切，就可以去除其餘背景。 QR 碼符號中有3 個位置探測圖形，分別位於符號圖像4 個角中的3 個角，每個 4 位置探測圖像都是由固定深淺顏色的模塊組成。模塊深淺顏色順序爲深色—淺色—深色—淺色—深色，各元素寬度的比例爲1∶ 1∶ 3∶ 1∶ 1
即使圖像有旋轉，位置探測圖像的模塊顏色順序和寬度比例也不變。對二值化後的圖像按行、列分別逐點掃描，把同一灰度級的相鄰像素記錄爲線段。如果有5 段線段的長度比例符合1∶ 1∶ 3 ∶ 1 ∶ 1，且深淺顏色順序爲深—淺—深—淺—深，則記錄該線段。掃描完後，把行相鄰的線段分爲1 組，去除與所有線段都不相鄰的行線段( 可能是隨機的干擾線段) 。同樣處理列線段，把行線段組和列線段組中相互交叉的組分類，求出交叉的行、列線段組的中心點，即爲位置探測圖形的中心。 - 預處理
基本原理：QR 碼作爲手機二維碼，其應用模式如下圖所示。手機等智能設備通過攝像頭採集帶有條碼符號的圖像，對圖像進行灰度化、二值化、旋轉校正等預處理，進行條碼檢測。如果檢測到非QR 碼，則重新採集; 如果是QR 碼，則進行圖像信息的取樣。用Reed － Solomon 碼的譯碼算法對取到的數據進行糾錯譯碼，統計出現的錯誤數量。如果錯誤數量超出糾錯容量，則糾錯譯碼失敗，重新採集圖像; 如果可以正確進行糾錯譯碼，則把糾錯後的信息進行各種數據模式下的譯碼，恢復出編碼信息，繼而根據應用模式進行信息輸出、發送短信或網址跳轉等後續處理。