一种隐形二维码在儿童读物中的应用

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摘 要:介绍一种隐形二维码技术,将其应用于儿童读物,在不影响纸张视觉效果的前提下,可读出纸张中每一个位置隐藏的二维码数据,并根据所获数据播放相应的声音,从而实现图、文、声并茂。但由于普通二维码都具有明显的寻边特征,因此将影响视觉效果。在此提出一种更简单的、可用于该技术的矩阵码,并阐明它的隐形及定位方法,以及一种可应用的低成本实现方案。经实践验证,效果良好。

关键词:隐形二维码;矩阵码;儿童读物;寻边特征

中图分类号:TP391文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)04-029-03

Application of Invisible Two-dimensional Code in Children′s Books

SHAO Yanqiu

(Anshun College,Anshun,561000,China)

Abstract:An application of invisible two-dimensional code is introduced,which is used in children′s books.The matrix code is hidden on paper and can not weaken the visual effects of publications.Sound is displayed according to the data detected contained in the matrix code that distributed on the paper.However,the traditional two-dimensional code has distinct finder pattern,which can affect the visual effects.This paper mainly introduces a kind of invisible code,illuminates its orientation principle and proposes a kind of low cost,applicable framework of its application.

Keywords:invisible two-dimensional code;matrix code;children′s books;finder pattern

0 引 言

随着人们对信息密度要求的提高,二维码技术在各个领域已逐步得到应用,主要有PDF417码、Code49码、Code 16K码、Data Matrix码、MaxiCode码等,大体分为层排式和矩阵式两大类[1]。

二维条码具有庞大的信息携带量,能够把过去使用一维条码时存储于后台数据库中的信息全部包含在条码中,可直接通过阅读条码得到相应的信息,并且二维条码还有错误修正技术及加密防伪功能,增加了数据的安全性[1]。

与其他类型的编码一样,二维条形码也有许多不同码制。从原理上主要分为:线性堆叠式二维码、矩阵式二维码、邮政码。常用的码制有:Data Matrix,Maxi Code,Aztec,QR Code,Vericode,PDF417,Ultracode,Code 49,Code 16K等,目前,Data Matrix应用广泛,如Intel的奔腾处理器的背面就印制了这种码[2]。

在Data Matrix编码中,采用一定灰度差的明暗相间的等距区域来表示信息的内容,因此要专门开辟空间印刷二维条码。但它很容易被复制。从保密性、美观性的需要出发,人们发明了隐形二维码,主要有覆盖式隐形二维码和光学隐形二维码,而在包装及印刷行业较多采用覆盖式隐形码。

1 编码方法

图1是一种覆盖式隐形矩阵式子二维码的应用示例,在“黄色”字符区域内,覆盖的是按图2(a)类型分布的点阵二维码,而“yellow”字符区域则被图2(b)类型的点阵二维码所覆盖。这些不同的二维编码单元以较小的视觉对比度密集的印刷在纸张的各个应用区,当扫读器扫描到某个二维码后,经过译码过程获得该单元的序列号,再播放对应编号的声音文件。由于编码单元与纸张背景的视觉对比度较小,因此人眼很难看到背景下隐藏的码元,从而实现隐形。

图1 覆盖式隐形二维码

图2 隐形二维码点阵图示例

在通用的Data Matrix二维码中,每一个相同大小的黑色或白色方格称为一个数据单位。Data Matrix符号就是由许多改类型的数据单位组成(见图3)。寻边区用于定位和定义数据单位大小,而不含有任何编码信息,被寻边区包围的数据区包含着编码信息[3](见图4)。在数据区内,Data Matrix的黑白两色小方格表示数据0和1。

图3 Data Matrix 符号说明

图4 Data Matrix寻边区与数据区

从图4可以看出,该类Data Matrix二维码有明显的寻边区,而且形状规则。如果采用该型编码覆盖于纸张上,将会出现明显的背景花纹,影响阅读效果,因此儿童读物上采用的二维检码不能有明显的寻边特征。所以不适宜采用这种Data Matrix码。

有人提出采用如下方式实现,在编码过程加入特定算法,使从任意方向的扫描,只有一种数据结果符合编码规范,而这个结果就是所需要的编码。但这样做将使编码的复杂程度增加,同时增加了扫读器的译码时间,降低效率,同时大大减小了码的信息容量,如图5所示。

这里采用了一种简单的定位方法,取棋盘中的8个点作为定位基准,亦即已包含了“方位丛”信息的一个模组。该基准为扫瞄器提供重要的方位资讯,同时实现了定位基准的“隐身”。定位基准符之外的其他位元分散在基准符的周围,作为主要信息码。当扫读器识别到一个二维码时,首先确定其定位基准,然后根据周围黑白点位的分布,正确的识读出二维码包含的数据[4]。

图6是该隐形码采用的定位基准。不对称的斜十字架结构确定了惟一的方位信息。但为避免在同一个二维码中出现两个“方位丛”,必须适当降低二维码的信息密度,同时为了保证信息识读的正确性和可靠性,需要加入验证位元和冗余码[5]。由于在一本儿童读物中,所需的代码一般在1 000个以下,而多本儿童读物可在每本的封面加入读本识别码,因此这类隐形二维矩阵码可以出色地完成任务。

图5 一种矩阵码图

图6 “方位丛”示例

2 系统结构及工作原理

该隐形码的读取通过光学扫描装置完成,如图7所示,当扫读器获得矩阵码后,按照矩阵码位置的分布,将其转换成一串二进制代码[6]。扫读器由高性能摄像头、控制器、图像处理器组成。

图7 儿童读物二维码扫读器实现框图

2.1 整体原理

当移动扫读器(扫描笔)时,扫描器将获得一个个移动的图像,当扫描笔放在某个代码区位时,图像处理器将获得至少包含一个完整二维码的图像区,同时可根据二维码图的稳定时间来判断使用者是否已选择特定目标。如果是,图像处理器将进行译码,经过译码过程得到序列号之后,控制器将调用外存中对应的声音文件,从而实现多媒体阅读的功能[7]。

2.2 图像扫描

采用CCD扫描器作为图像采集设备,它利用光电藕合原理,可对二维条码图案进行成像,然后再通过图像处理器以抑制噪声,由于该隐形码点阵与纸张背景的视觉对比度较小,因此在判定使用者选定目标后,图像处理器必须识别并放大点阵与背景的对比度信息,然后再进行下一步的译码过程。该扫描过程无机械旋转部件,适合体积较小的手持扫读器使用,同时可有效地提高使用寿命。

CCD的成像原理类似于照相机,因此景深的处理至关重要。如果要加大景深,则要相应地加大透镜,从而使CCD体积过大,不适用于扫读器。因此要设法提高CCD的分辨率,即增加成像光敏元件的单位元素。选择高分辨率的CCD能够解决这个问题,从而准确地别出隐藏的二维码。

2.3 语音电路

在本文的音频处理电路中,没有采用专用的语音处理芯片,也无需专门的扩宽接口电路,只需要控制器配合功能部件(如D/A、存储器等),就能完成数字化信号的语音处理,在几乎不增加硬件成本的情况下实现语音处理功能。其基本思想是由控制器将数据从外存中读出,然后通过数模转换器D/A 转换成模拟信号,经放大后在扬声器上输出语音[8,9]。

音频电路子系统结构框图如图8所示。

图8 音频电路系统框图

3 结 语

本文介绍一种实际应用于多媒体儿童读物的隐形二维码,并介绍了具体的编码过程和扫读取的实现原理。在实际应用中,需要对二维码进行容错纠错处理以满足产品的可靠性要求[10]。在软件阶段也需要考虑软件与硬件的配合,满足抗干扰、避免误动作等方面的要求。该技术已经被应用于儿童出版物中,经实践检验效果令人满意。

参考文献

[1]胡俊翘,叶苏丹.一种高信息密度的二维码矩阵码的技术及应用[J].计算机工程,1995,21(4):46-48.

[2]唐莉,刘富强,钱黎强.Data Matrix二维码图像处理与应用[J].电子技术应用,2004(3):6-8.

[3]胡晓岽,何加铭.Data Matrix码识别技术研究[J].杭州电子科技大学学报,2008,28(5):124-126.

[4]余强,裴颂文.基于圆检测的二维条码定位方法[J].计算机应用与软件,2008,25(12):109-111,155.

[5]付彬,冯宇梁.基于边沿检测的Maxicode边界定位算法[J].计算机工程,2006,32(10):196-197.

[6]陈媛媛,施鹏飞.二维条形码的识别及应用[J].测控技术,2006,25(12):17-19.

[7]赵庆阳.三维激光扫描仪数据采集系统研制[D].西安:西安科技大学,2008.

[8]Douglas R Frey.Chaotic Digital Encoding:An Approach to Secure Communication[J].IEEE Trans.on CAS Ⅱ,1993,40(10):660-666.

[9]王大方,殷小贡.数字语音处理软件及其接口电路设计[J].电讯技术,2003,43(2):84-86.

[10]谭进怀.语音报数示波器控制电路的设计与实现[J].国外电子测量技术,2007,26(12):34-37.