CN102509143B - 连续型大容量多进制条码显示与解析方法 - Google Patents

Abstract

连续型大容量多进制条码显示与解析方法，涉及一种数据传输方法。它是为了解决现有的条码的数据传输容量有限，以及不具有连续型、条码颜色失真和单向传输技术安全性低的问题。本发明通过一维条码和多进制条码的结合以及边框、定位点和比色板的设计，实现了条码数据的连续传输，一帧条码的容量也大有增加，颜色恢复较为准确，再加上一维条码还携带有这一帧数据的哈希值，可以检验传输数据的正确性和完整性，数据传输技术安全性大幅度提高。本发明适用于数据传输。

Description

连续型大容量多进制条码显示与解析方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法。

背景技术

当今社会是信息高速发展的时代，每个领域都需要进行大量数据的连续传输，其中在利用条码技术进行数据录入和传输的领域也是如此。最初只是利用一维条码进行少量信息的录入，但是这种方式传输的数据量很少，远不能满足社会发展的需求，二维条码应运而生并且被广泛应用，现在已经有多进制条码，条码的数据容量越来越大。从一维条码到二维条码再到多进制条码，都是为了适应现代社会发展需求而创造。

但是当要利用条码技术进行大量数据的传输或数据的连续传输时，因为条码的容量是有限的，所以一般的条码传输技术都不再适用。通常的解决方法都是从增大单张条码的容量入手，但是这种方法局限性很大，条码的容量还是有限的，而且扩展比较困难。

发明内容

本发明是为了解决现有的条码的数据传输容量有限，以及不具有连续型、条码颜色失真和单向传输技术安全性低的问题，从而提供一种连续型大容量多进制条码显示与解析方法。

连续型大容量多进制条码显示方法，每帧条码的编码方法均相同，每帧条码的编码方法为：

步骤一、用户指定显示区域的尺寸和单个条码的尺寸；所述显示区域长度为M，宽度为N；所述条码长度为Length，宽度为Width；

根据用户指定的显示区域的尺寸和单个条码的尺寸计算出能摆放的条码个数m*n和边框的尺寸L*Q以及各个组件的位置信息，其中m为多进制条码的行数，n为多进制条码的列数，L为边框的长度，Q为边框的宽度；

步骤二、根据显示区域的尺寸生成一个黑色的边框，即生成长度为L，宽度为Q的边框；

在边框内侧的左上角、右上角和左下角处分别设置一个边际定位点；

将传输数据编码为m*n个多进制条码，并将这些多进制条码以阵列的方式设置在尺寸为L*Q的边框内，其中m为多进制条码的行数，n为多进制条码的列数；

每个多进制条码的两侧分别设置一个一号比色板和一个二号比色板，相邻两个多进制条码之间只有一个一号比色板或一个二号比色板；

在位于边框内侧左上角的比色板的下方设置有一个内部定位点；在位于边框内侧右上角的比色板的下面设置有一个内部定位点；在位于边框内侧左下角的比色板的上面设置有一个内部定位点；在其余每个一号比色板的上方和下方分别设置有两个内部定位点；在其余每个二号比色板的上方和下方分别设置有两个内部定位点；

步骤三、将面积为L*Q的区域作为一帧数据，将该帧数据的哈希值制成一维条码；将两个该一维条码以中心对称的方式分别设置在边框内侧的右上角和左下角处，从而获得编码后的一帧条码。

步骤一中，每帧条码的区域面积为M*N，该区域为中心对称的区域，该区域与一帧数据的区域的面积关系为：

M＝L+2×x

N＝Q+2×y

L＝2×9+m×Length+(m-1)×5

Q＝2×9+n×Width+(n-1)×5

x为该区域边框左侧边与其内部的一帧数据边框的左侧边的距离，y为该区域边框上边与其内部的一帧数据边框的上边的距离，x和y均为正数。

黑色边框的设置，黑色边框用于界定数据区域，解析过程中边框内的数据为有效数据。

边际定位点的设置，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块组合而成，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置。

一维条码的设置，一维条码可以使用任意标准和格式的条码，其编码内容为序号和本屏数据的哈希值。

内部定位点的设置，由大小为5×5的深色模块和3×3的浅色模块加1×1的深色模块组合而成，大小为5×5的深色模块和3×3的浅色模块加1×1的深色模块同心设置。

比色板的设置，一号比色板与二号比色板按照多进制条码中心对称且分散排布。例如8种颜色的比色板，将比色板分为两段，按照条码为中心对称的方式排列，并保证两段相接处的颜色差异性尽量大。

条码区的设置，显示帧中的条码的先后顺序为从左到右，从下到上依次编号为0,1，…，(m*n-1)。

条码区的设置，其中的多进制条码可以进行90°、180°和270°的任意角度旋转。

连续型大容量多进制条码的解析方法，

步骤A、采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码；

步骤B、对步骤A中采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码的每一帧照片进行图像处理；

步骤C、识别三个边际定位点的中心坐标并在左下角和右上角附近解析一维条码，获得序列号和数据哈希值；两个一维条码进行比对，判断该帧条码是否可用，如果判断结果为否，则该帧条码无效，结束对该帧条码的解码；如果判断结果为是，继续进行下列步骤；

步骤D、识别内部定位点的中心坐标，根据内部定位点获得各个比色板，并分割出多进制条码。

步骤E、利用比色板对多进制条码进行颜色失真的检测和校正，并逐一解码。

步骤F、根据解码后的数据计算其哈希值，并与一维条码所表示的哈希值作比较，判断还原后的数据是否正确及完整；如果判断结果为否，则丢弃该帧条码数据；如果判断结果为是，则解码成功，完成该帧条码的解码。

接收端在区域面积为M*N中，确定多进制条码的个数的方法是：根据公式：

m＝[(L-2×9+5)/(Length+5)]

n＝[(Q-2×9+5)/(Width+5)]

获得的；式中，[ ]表示取整；Length为多进制条码的长度；Width为多进制条码的宽度。

步骤B中，使用黑色边框快速的对图像进行旋转。

步骤C中边际定位点的识别，在拍摄图片的上1/5部分和下1/5部分分别寻找边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置的黑-白-黑-白-黑序列，并得到边际定位点的中心坐标。

步骤C、F中，利用对角序列号的相等性判断当前帧的有效性；对于多进制条码所对应的一号比色板与二号比色板，取平均值得到最终比色板，条码区每个像素的颜色值都要根据最终比色板重新赋值；当前像素颜色值与最终比色板中的颜色值依次比较，最终比色板中欧氏距离最相近的颜色为当前像素的新颜色值；利用哈希值验证本帧数据解码的正确性。

有益效果：本发明通过一维条码和多进制条码的结合以及边框、定位点和比色板的设计，实现了条码数据的连续传输，一帧条码的容量也大有增加，颜色恢复较为准确，再加上一维条码还携带有这一帧数据的哈希值，可以检验传输数据的正确性和完整性，数据传输技术安全性大幅度提高。

附图说明

图1是本发明的编码后的多进制条码的结构示意图；图2是是本发明的边际定位点结构示意图；图3是本发明的内部定位点结构示意图；图4是本发明的一维条码结构示意图；图5是本发明的比色板结构示意图；图6是本发明的8色比色板的排列示意图；图7是本发明的条码顺序示意图；图8是本发明的显示样例。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1到图8说明本具体实施方式，连续型大容量多进制条码显示方法，每帧条码的编码方法均相同，每帧条码的编码方法为：

步骤一、用户指定显示区域的尺寸和单个条码的尺寸；所述显示区域长度为M，宽度为N；所述条码长度为Length，宽度为Width；

根据用户指定的显示区域的尺寸和单个条码的尺寸计算出能摆放的条码个数m*n和边框的尺寸L*Q以及各个组件的位置信息，其中m为多进制条码7的行数，n为多进制条码7的列数，L为边框的长度，Q为边框的宽度；

步骤二、根据显示区域的尺寸生成一个黑色的边框1，即生成长度为L，宽度为Q的边框；

在边框1内侧的左上角、右上角和左下角处分别设置一个边际定位点2；

将传输数据编码为m*n个多进制条码，并将这些多进制条码7以阵列的方式设置在尺寸为L*Q的边框1内，其中m为多进制条码7的行数，n为多进制条码7的列数；

每个多进制条码7的两侧分别设置一个一号比色板5和一个二号比色板6，相邻两个多进制条码7之间只有一个一号比色板5或一个二号比色板6；

在位于边框1内侧左上角的比色板的下方设置有一个内部定位点4；在位于边框1内侧右上角的比色板的下面设置有一个内部定位点4；在位于边框1内侧左下角的比色板的上面设置有一个内部定位点4；在其余每个一号比色板5的上方和下方分别设置有两个内部定位点4；在其余每个二号比色板6的上方和下方分别设置有两个内部定位点4；

步骤三、将面积为L*Q的区域作为一帧数据，将该帧数据的哈希值制成一维条码；将两个该一维条码以中心对称的方式分别设置在边框1内侧的右上角和左下角处，从而获得编码后的一帧条码。

步骤一中，每帧条码的区域面积为M*N，该区域为中心对称的区域，该区域与一帧数据的区域的面积关系为：

M＝L+2×x

N＝Q+2×y

L＝2×9+m×Length+(m-1)×5

Q＝2×9+n×Width+(n-1)×5

x为该区域边框左侧边与其内部的一帧数据边框的左侧边的距离，y为该区域边框上边与其内部的一帧数据边框的上边的距离，x和y均为正数。

黑色边框的设置，黑色边框用于界定数据区域，解析过程中边框内的数据为有效数据。

边际定位点的设置，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块组合而成，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置。

一维条码的设置，一维条码可以使用任意标准和格式的条码，其编码内容为序号和本屏数据的哈希值。

内部定位点的设置，由大小为5×5的深色模块和3×3的浅色模块加1×1的深色模块组合而成，大小为5×5的深色模块和3×3的浅色模块加1×1的深色模块同心设置。

比色板的设置，一号比色板与二号比色板按照多进制条码中心对称且分散排布。例如8种颜色的比色板，将比色板分为两段，按照条码为中心对称的方式排列，并保证两段相接处的颜色差异性尽量大。

条码区的设置，显示帧中的条码的先后顺序为从左到右，从下到上依次编号为0,1，…，(m*n-1)。

条码区的设置，其中的多进制条码可以进行90°、180°和270°的任意角度旋转。

具体实施方式二、连续型大容量多进制条码的解析方法，

步骤A、采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码；

步骤B、对步骤A中采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码的每一帧照片进行图像处理；

步骤C、识别三个边际定位点的中心坐标并在左下角和右上角附近解析一维条码，获得序列号和数据哈希值；两个一维条码进行比对，判断该帧条码是否可用，如果判断结果为否，则该帧条码无效，结束对该帧条码的解码；如果判断结果为是，继续进行下列步骤；

步骤D、识别内部定位点的中心坐标，根据内部定位点获得各个比色板，并分割出多进制条码；

步骤E、利用比色板对多进制条码进行颜色失真的检测和校正，并逐一解码；

步骤F、根据解码后的数据计算其哈希值，并与一维条码(3)所表示的哈希值作比较，判断还原后的数据是否正确及完整；如果判断结果为否，则丢弃该帧条码数据；如果判断结果为是，则解码成功，完成该帧条码的解码。

接收端在区域面积为M*N中，确定多进制条码的个数的方法是：根据公式：

m＝[(L-2×9+5)/(Length+5)]

n＝[(Q-2×9+5)/(Width+5)]

获得的；式中，[ ]表示取整；Length为多进制条码的长度；Width为多进制条码的宽度。

步骤B中，使用黑色边框快速的对图像进行旋转。

步骤C中边际定位点的识别，在拍摄图片的上1/5部分和下1/5部分分别寻找边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置的黑-白-黑-白-黑序列，并得到边际定位点的中心坐标。

步骤C、F中，利用对角序列号的相等性判断当前帧的有效性；对于多进制条码所对应的一号比色板与二号比色板，取平均值得到最终比色板，条码区每个像素的颜色值都要根据最终比色板重新赋值；当前像素颜色值与最终比色板中的颜色值依次比较，最终比色板中欧氏距离最相近的颜色为当前像素的新颜色值；利用哈希值验证本帧数据解码的正确性。

本发明的使用方法包括以下几个步骤：

步骤1，根据已知的区域大小，算出本区域的一帧条码的个数，即m和n的值，得到m和n后，边际定位点和内部定位点的位置和个数就确定了；比色板颜色根据多进制条码颜色确定，比色板的位置在多进制条码的两边；根据先后顺序算出真一帧条码的序号并把已经算好的此帧数据的哈希值做成一维条码放到特定的位置；

步骤2，对于已经编码完成的多进制条码，把条码放进所设计条码区域内，每m*n个多进制条码是一帧；

步骤3、显示条码帧，可以在屏幕等显示设备上显示，也可以通过打印等手段显示；

步骤4，获取条码帧，可以用摄像头或扫描枪之类的设备，然后传输到接收端；

步骤5，接收端对接收到的信息作处理。首先寻找边框来旋正图像，接下来寻找边际定位点，确定其中心坐标并判断图像的旋转形式，然后寻找内部定位点并确定其中心坐标，通过边际定位点和内部定位点获取一维条码的位置信息，解析出一维条码所携带的帧号信息，若判断此条码图像可用，则根据定位点取出比色板并做图像处理工作，把(m*n)个条码分割出来，然后逐一解码。而排列顺序和分割顺序都是事先约定好的，其顺序是从左下到右上的原则，只要按照约定好的顺序依次把数据还原即可。

步骤6，对于还原出来的数据，计算其哈希值并与一维条码所携带的哈希值作比较，判断这一帧数据的正确性和完整性。

步骤7，若这一帧数据正确，那么通过帧号把这一帧数据还原到原来的位置，当所有帧都还原成功后，原始数据就传输到了接收端。

本实施方式包括边框、边际定位点、内部定位点、比色板、一维条码和多进制条码。

边框

由拍摄所得到的图像，由于摄像机和条码没对正等原因，可能造成条码图像的旋转等失真，为了得到旋转角度，一般方法是利用Hough变换求取最长的直线然后获得角度。但是Hough变换的运算量很大，本发明设计了边框，边框就是位于***的一圈矩形，作用之一就是以边框的直线求取角度，另外就是把所用内容都放在里面，其大小易控制。

边际定位点

通过外边框可以得到旋正的条码图像，但是具***置不能确定，只要知道了边框上三个角的位置就能定位出条码图像并能知道条码图像是不是正的(比如有90°的偏转)，所以就需要有能快速定位图像的方法，基于此本发明设计了边际定位点。边际定位点是由大小为9*9的深色模块和7*7的浅色模块加5*5的深色模块组合而成，其模块宽度比为9:7:5；边际定位点一共有三个，分布于整个图像的右上、左上和左下角。寻找边际定位点时只需寻找“边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置”这种特征的图形即可。

内部定位点

边框内部有不止一个的多进制条码，定位图像后需进行条码的分割，只有边际定位点还不足以分割出条码，基于此本发明设计了内部定位点。内部定位点和边际定位点形式上基本相同，只是尺寸略有不同，由大小为5*5的深色模块和3*3的浅色模块加1*1的深色模块组合而成。其模块宽度比为5:3:1，内部定位点的个数依据放置条码的个数而定，假设条码行数为m，列数为n，则内部定位点的个数为(m+1)*(n+1)–3；找到内部定位点和边际定位点的坐标后就可以分割出每一张条码图像。寻找内部定位点时只需寻找模块宽度为5:3:1的这种特征的图形即可。

一维条码

在传输大量数据时，会传输很多帧条码来实现此目的，为了知道每一帧条码携带数据在整体数据中的位置和解码条码后所得到的数据的正确性，就需要有携带这些数据的载体。基于此本发明设计了一维条码。一维条码在右上和左下的两边际定位点旁边，一维条码里的信息为帧号和多维条码所携带数据的哈希值。哈希值用来验证一屏条码所携带数据的正确性、完整性。帧号的设计是实现连续性的关键，通过识别帧号可以确定多维条码携带数据的位置，解析出条码携带的数据后，按照帧号就可以知道数据的安置顺序从而恢复出原始的数据。而在图像的上下两个位置安放了相同的一维条码是为了检测所获取的此帧条码图像是否可用。例如：本发明通过图像采集设备电脑屏幕等显示设备上快速切换的条码图像，由于屏幕以60Hz的频率刷新时，每次刷新需要一定的时间，所获得的图像会存在许多不可用情况，比如正在切换为下一幅图像时所采集的图像就会出现上半部分和下半部分不同的情况，所以通过上下两个一维条码可以检测是否重帧(前一图像和后一图像相同)，是否是半帧(只有图像的一半)，是否是错帧(上下的一维条码不一样)，只有当上下两个一维条码显示的内容相同时，本发明认为这帧是可取的，即是有用的帧。

比色板

由于拍摄条件等因素，拍摄所得的图像颜色会有失真，而且并非是均匀的失真。为了后续的图像处理和条码识别，需要对其进行颜色失真校正，从而恢复出原来的标准色。基于此本发明设计了比色板，例如：二维灰度条码的比色板为黑白二色，对于八色的彩色条码其比色板为标准八色(八色比色板，分别为红、绿、蓝、白、黑、黄、青、品红)，即比色板的颜色和条码的颜色是根据实际应用情况对应起来的。由于所获取的条码图像的颜色失真不均匀，本发明在每个条码图像的左右两侧各安放了一个比色板，这两个比色板的模式是不同的，每个条码通过以其邻近的比色板为基准做颜色校正，可以使恢复出来的颜色更接近实际颜色。在比色板颜色的设计顺序上，每个条码的两边比色板的颜色顺序不一样，这样做是为了让两比色板上相同的颜色能经历不同的在这一段距离内最大程度颜的色失真，进一步减小了对比的误差。

多进制条码

多进制条码是数据的载体，承载的是需要传输的数据。本发明在设计上，条码位于边框中，每个角上都有边际定位点或内部定位点，为了使拍摄或解码的效果更好，多进制条码是可以旋转显示的，比如进行90°或180°的旋转，如此可以把多进制条码中比较重要的区域旋转到图像拍摄效果较好的区域。在进行解码时，对于解不出来的多进制条码也可以进行旋转解码。

本发明通过一维条码和多进制条码的结合以及边框、定位点和比色板的设计，实现了条码数据的连续传输，一帧条码的容量也大有增加，颜色恢复较为准确，再加上一维条码还携带有这一帧数据的哈希值，可以检验传输数据的正确性和完整性，数据传输技术安全性大幅度提高。

Claims (7)

1.连续型大容量多进制条码显示方法，其特征是：每帧条码的编码方法均相同，每帧条码的编码方法为：

步骤一、用户指定显示区域的尺寸和单个条码的尺寸；所述显示区域长度为M，宽度为N；所述条码长度为Length，宽度为Width；

根据用户指定的显示区域的尺寸和单个条码的尺寸计算出能摆放的条码个数m*n和边框的尺寸L*Q以及各个组件的位置信息，其中m为多进制条码(7)的行数，n为多进制条码(7)的列数，L为边框的长度，Q为边框的宽度；

所述组件包括：一个黑色的边框(1)、三个边际定位点(2)、两个一维条码(3)、全部的内部定位点(4)、全部的一号比色板(5)、全部的二号比色板(6)和m*n个多进制条码(7)；

步骤二、根据显示区域的尺寸生成一个黑色的边框(1)，即生成长度为L，宽度为Q的边框；

在边框(1)内侧的左上角、右上角和左下角处分别设置一个边际定位点(2)；

将传输数据编码为m*n个多进制条码，并将这些多进制条码(7)以阵列的方式设置在尺寸为L*Q的边框(1)内，其中m为多进制条码(7)的行数，n为多进制条码(7)的列数；

每个多进制条码(7)的两侧分别设置一个一号比色板(5)和一个二号比色板(6)，相邻两个多进制条码(7)之间只有一个一号比色板(5)或一个二号比色板(6)；

在位于边框(1)内侧左上角的比色板的下方设置有一个内部定位点(4)；在位于边框(1)内侧右上角的比色板的下面设置有一个内部定位点(4)；在位于边框(1)内侧左下角的比色板的上面设置有一个内部定位点(4)；在其余每个一号比色板(5)的上方和下方分别设置有两个内部定位点(4)；在其余每个二号比色板(6)的上方和下方分别设置有两个内部定位点(4)；

步骤三、将面积为L*Q的区域作为一帧数据，将该帧数据的哈希值制成一维条码；将两个该一维条码以中心对称的方式分别设置在边框(1)内侧的右上角和左下角处，从而获得编码后的一帧条码。

2.根据权利要求1所述的连续型大容量多进制条码的显示方法，其特征在于步骤一中，每帧条码的区域面积为M*N，该区域为中心对称的区域，该区域与一帧数据的区域的面积关系为：

M＝L+2×x

N＝Q+2×y

L＝2×9+m×Length+(m-1)×5

Q＝2×9+n×Width+(n-1)×5

x为该区域边框左侧边与其内部的一帧数据边框的左侧边的距离，y为该区域边框上边与其内部的一帧数据边框的上边的距离，x和y均为正数。

3.根据权利要求1所述的连续型大容量多进制条码显示方法，其特征在于黑色边框的设置，黑色边框用于界定数据区域，解析过程中边框内的数据为有效数据；还在于边际定位点的设置，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块组合而成，边际定位点由大小为9×9的深色模块和7×7的浅色模块加5×5的深色模块同心设置。

4.根据权利要求1所述的连续型大容量多进制条码显示方法，其特征在于条码区的设置，显示帧中的条码的先后顺序为从左到右，从下到上依次编号为0,1，…，(m*n-1)；其中的多进制条码可以进行90°、180°和270°的角度旋转。

5.针对权利要求1所述连续型大容量多进制条码显示方法的连续型大容量多进制条码的解析方法，其特征是：

步骤A、采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码；

步骤B、对步骤A中采用摄像或扫描设备获取连续型大容量多进制条码的每一帧照片进行图像处理；

步骤C、识别三个边际定位点的中心坐标并在左下角和右上角附近解析一维条码，获得序列号和数据哈希值；两个一维条码进行比对，判断该帧条码是否可用，如果判断结果为否，则该帧条码无效，结束对该帧条码的解码；如果判断结果为是，继续进行下列步骤；

步骤D、识别内部定位点的中心坐标，根据内部定位点获得各个比色板，并分割出多进制条码；

步骤E、利用比色板对多进制条码进行颜色失真的检测和校正，并逐一解码；

步骤F、根据解码后的数据计算其哈希值，并与一维条码(3)所表示的哈希值作比较，判断还原后的数据是否正确及完整；如果判断结果为否，则丢弃该帧条码数据；如果判断结果为是，则解码成功，完成该帧条码的解码。

6.根据权利要求5所述的连续型大容量多进制条码的解析方法，其特征在于接收端在区域面积为M*N中，确定多进制条码的个数的方法是：根据公式：

m＝[(L-2×9+5)/(Length+5)]

n＝[(Q-2×9+5)/(Width+5)]

获得的；式中，[ ]表示取整；Length为多进制条码的长度；Width为多进制条码的宽度。

7.根据权利要求5所述的连续型大容量多进制条码的解析方法，其特征在于步骤C、F中，利用对角序列号的相等性判断当前帧的有效性；对于多进制条码所对应的一号比色板与二号比色板，取平均值得到最终比色板，条码区每个像素的颜色值都要根据最终比色板重新赋值；当前像素颜色值与最终比色板中的颜色值依次比较，最终比色板中欧氏距离最相近的颜色为当前像素的新颜色值；利用哈希值验证本帧数据解码的正确性。