CN102916804A - 一种基于局部颜色校验的二维码编码、解码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于局部颜色校验的二维码编码方法及装置、解码方法及装置，其中编码方法是根据事先定义的染色区域编码解码表，随机生成染色区域数据，以生成的染色区域数据作为密钥进行加密，得到二维码生成信息；然后通过二维码生成算法生成二维码黑白图像；最后根据染色区域数据对得到的二维码黑白图像进行染色，得到局部彩色二维码图像。解码方法是读取二维码图像上的染色区域数据，使用标准二维码解码算法进行解码；对解码后的信息以染色区域数据为密钥通过解密算法进行解密，得到二维码图像的原始信息。本发明在原有黑白二色的基础上，增加了染色区域信息，能够扩充二维码的编码空间，提高被仿冒的难度。

Description

一种基于局部颜色校验的二维码编码、解码方法及装置

技术领域

本发明涉及二维码编码、解码研究领域，特别涉及一种基于局部颜色校验的二维码编码方法、编码装置及解码方法和解码装置。

背景技术

二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息，在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。

二维条码具有保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本低等特性，现已广泛地应用在表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。但是因为编/解码技术公开，制作假冒的二维码的门槛也很低。另外标准二维码版本都是使用黑白二色，其编码空间也有限。

因此，需要一种行之有效的防伪标识，一方面能使二维码被仿冒难度加大，另一方面能扩充二维码的编码空间，保证二维码不被篡改。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于局部颜色校验的二维码编码方法、编码装置及解码方法和解码装置，上述编解码装置和方法是基于局部颜色校验的，在原有黑白二色的基础上，增加了染色区域信息，能够扩充二维码的编码空间，同时提高二维码被仿冒的难度。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于局部颜色校验的二维码编码方法，包括以下步骤：

（1）在二维码模板上，根据事先定义的染色区域编码解码表，随机生成染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量、各染色区域的形状、各染色区域的颜色；

（2）将二维码原始信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥进行加密，得到二维码生成信息；

（3）将步骤（2）得到的二维码生成信息通过二维码生成算法生成二维码黑白图像；

（4）根据步骤（1）所制定的二维码模板和生成的染色区域数据对步骤（3）得到的二维码黑白图像进行染色，最终得到局部彩色二维码图像。

优选的，所述步骤（1）中，事先定义的染色区域编码解码表是指事先根据染色区域可能出现的形状和颜色分别建立的编码解码表，在形状编码解码表中，定义每一种形状对应一个数值，同样在颜色编码解码表中，定义每一种颜色对应一个数值，然后连同染色区域数量，建立<染色区域数量i，各染色区域形状S，各染色区域颜色C>的密钥向量。

优选的，所述步骤（2）中，二维码原始信息包括需加密的隐藏信息和不需加密的明文信息，将需加密的隐藏信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥进行加密，然后将得到的加密后的隐藏信息和不需加密的明文信息进行拼合得到二维码生成信息。

更进一步的，所述步骤（2）中，把需加密的隐藏信息，以步骤（1）所生成的<i，S，C>的密钥向量，根据现有公开双向加密算法（不需指定某个，可以根据现有技术任选）进行加密，得到加密后的隐藏信息。

更进一步的，所述步骤（2）中，将明文信息和加密后的隐藏信息进行拼合采用如下的算法：把明文信息记为M₁，加密后的隐藏信息记为M₂，使用分隔符w进行拼接。一种简单的拼接方式是二维码信息M＝M₁+w+M₂，密文信息紧跟明文信息后，以此思路可以由二维码生成方进行明文和密文的简单字符串拼接工作。另一种简单拼接方式是***拼接，二维码信息M＝M₁₁+M₂₁+M₁₂+M₂₂……，按照固定的***位置把隐藏信息***到明文信息里面，以此思路也可以由二维码生成方进行明文和密文的字符串拼接。

优选的，所述步骤（3）中，将二维码生成信息生成二维码图像采用如下的二维码生成算法：根据步骤（2）得到的二维码生成信息，使用标准的二维码生成算法（例如二维码PDF417、Datamatrix、Maxicode、QR Code、Code 49、Code16K、Vericode、Ultracode的生成算法），生成标准的二维码黑白图像。

一种基于局部颜色校验的二维码解码方法，包括以下步骤：

（1）根据事先定义的染色区域编码解码表，读取二维码图像上的染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量、各染色区域的形状、各染色区域的颜色；

（2）读取二维码图像，把局部染色的二维码图像中的有颜色区域作为黑色区域，然后将二维码图像当作标准黑白二维码图像，使用标准二维码解码算法进行解码；

（3）对解码后的信息以染色区域数据为密钥通过解密算法进行解密，得到二维码图像的原始信息。

优选的，所述步骤（2）中，采用现有标准的二维码解码算法（例如二维码PDF417、Datamatrix、Maxicode、QR Code、Code 49、Code 16K、Vericode、Ultracode解码算法）对原始的二维码图像信息进行解码。

优选的，所述步骤（3）中，解码后的信息包括已加密的隐藏信息和未加密的明文信息，步骤如下：首先通过拆分算法将解码后的信息拆分为加密的隐藏信息和未加密的明文信息；再将已加密的隐藏信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥采用解密算法进行解密，最后得到二维码图像的原始信息。

更进一步的，所述步骤（3）中，将明文信息和加密后的隐藏信息进行拆分采用如下的算法：在所述步骤（2）得到的二维码简单拼接信息中，寻找进行明文和密文的拆分依据的分隔符（记为w），分隔符前后分别为明文数据和密文数据，一种简单的拆分方式是根据二维码信息M＝M₁+w+M₂，拆分明文数据M₁和密文数据M₂。在所述步骤（2）得到二维码***拼接信息中，根据二维码信息M＝M₁₁+M₂₁+M₁₂+M₂₂……，还原M₁=M₁₁+M₁₂+M₁₃……，M₂=M₂₁+M₂₂+M₂₃……，还原明文数据M₁和密文数据M₂。

优选的，所述步骤（3）中，对步骤（2）所得到密文数据以染色区域数据为密钥通过标准的双向解密算法进行解密。

一种基于局部颜色校验的二维码编码装置，包括：

染色区域数据生成装置，用于在二维码模板中根据事先定义的染色区域编码解码表生成染色区域；

二维码生成装置，包括加密模块和二维码编码模块，所述加密模块与所述二维码编码模块连接，所述二维码生成装置与染色区域数据生成装置连接；加密模块，用于以染色区域数据为密钥对需加密的隐藏信息进行加密；二维码编码模块，用于将加密模块加密后得到的二维码生成信息生成二维码黑白图像；

二维码彩色图像生成装置，根据染色区域数据生成装置的数据对二维码生成装置生成的二维码黑白图像进行染色，得到局部染色的二维码彩色图像。

优选的，所述二维码生成装置还包括拼合模块，拼合模块用于将不需加密的明文信息和已加密的隐藏信息进行拼合，然后将拼合后的数据发送到二维码编码模块；所述拼合模块分别与加密模块、二维码编码模块连接。

一种基于局部颜色校验的二维码解码装置，包括：

二维码染色区域读取装置，用于根据事先定义的染色区域编码解码表读取二维码图像中染色区域数据；

二维码读取装置，包括：

读取模块，用于读取二维码图像；

二维码解码模块，用于对读取模块读取到的二维码图像信息进行解码；

解密模块，用于以染色区域数据为密钥对解码后加密的隐藏信息进行解密；

所述读取模块、二维码解码模块、解密模块依次连接。

优选的，所述二维码读取装置还包括拆分模块，用于将二维码解码模块解码后的信息拆分成不经加密的明文信息和经加密的隐藏信息；所述拆分模块分别与二维码解码模块、解密模块连接。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过以染色区域数据作为二维码隐藏信息的密钥，使二维码的局部颜色和二维码的数据配对，实现对数据的监控、监管，本发明的编码方法、解码方法、编码装置及解码装置具有相同或相应的技术特征：以染色区域数据作为二维码隐藏信息的密钥进行加密或解密过程。本发明一方面可以通过局部彩色对二维码编码空间进行扩展，另一方面可以使用本发明的二维码读取设备读取隐藏在二维码中的信息，保证了二维码的完整性、安全性和保密性，并使二维码能携带隐藏信息，加强了二维码的防伪性和唯一性，开拓二维码作为数据标签外的新应用领域，使得二维码在流通过程的各个环节，都能查验到二维码的真伪，防范假冒现象。

2、本发明可以广泛应用于需要标签辅助的商品流通、生产过程控制、管理过程控制等等各行各业，例如供应商把产品信息及防伪信息通过局部色彩叠加算法在普通黑白二维码基础上生成局部为彩色的二维码。在市场上，消费者通过通用的二维码读取程序，读取二维码中的产品信息；供应商通过专业读取设备，读取二维码中局部彩色的隐藏信息，达到数据溯源、销售监控等管理。

附图说明

图1为本发明实施例1二维码编码装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1二维码解码装置的结构示意图。

图3为本发明实施例1编码方法及解码方法在商品防窜货应用中的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例中基于局部颜色校验的二维码编码装置如图1所示，该装置包括染色区域数据生成装置、二维码生成装置和二维码彩色图像生成装置，所述二维码生成装置包括依次连接的加密模块、拼合模块和二维码编码模块。

染色区域数据生成装置，用于在二维码模板中根据事先定义的染色区域编码解码表生成染色区域的相关数据（包括染色区域数量、颜色、形状等）。

加密模块，用于以染色区域数据为密钥对需加密的隐藏信息进行加密。

拼合模块，用于对不经加密处理的明文信息和经加密处理的隐藏信息进行拼合，然后将拼合后的数据发送到二维码编码模块。

二维码编码模块用于将经加密的隐藏信息和未经加密的明文信息生成标准的二维码黑白图像。二维码编码模块可采用二维码PDF417、Datamatrix、Maxicode、QR Code、Code 49、Code 16K、Vericode、Ultracode的生成算法进行生成。

二维码彩色图像生成装置，根据染色区域数据生成装置所得到的染色区域、数量和颜色对二维码生成装置生成的二维码黑白图像进行染色，得到局部染色的二维码彩色图像。

本实施例中基于局部颜色校验的二维码解码装置如图2所示，包括二维码染色区域读取装置和二维码读取装置；所述二维码解码装置包括依次连接的读取模块、二维码解码模块、拆分模块和解密模块。

二维码染色区域读取装置，用于根据事先定义的染色区域编码解码表读取二维码图像中染色区域数据；染色区域的数据包括染色区域数量、颜色、形状等。

读取模块，用于读取二维码图像。

二维码解码模块，用于对读取模块读取到的二维码图像信息进行解码。

拆分模块，用于将二维码图像解码后的信息拆分成不经加密处理的明文信息和经加密处理的隐藏信息。

解密模块，用于以染色区域数据为密钥对拆分模块拆分后的经加密处理的隐藏信息进行解密。

图3为本实施例在商品防窜货应用中的示意图。如图所示，本实施例按照图3所示的编码方法完成编码过程后，生产厂商在产品及其包装上粘贴或打印局部彩色二维码，生产厂商、消费者和销售***门可根据需要按图所示的解码方法对条形码和二维码进行解码并输出结果。具体的，本实施例中采用的编码方法和解码方法如下。

本实施例中基于局部颜色校验的二维码编码方法，包括以下步骤：

（1）在二维码模板（矩形或正方形）上，根据事先定义的染色区域编码解码表，随机生成染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量、各染色区域的形状、各染色区域的颜色。事先定义的染色区域编码解码表是指事先根据染色区域可能出现的形状和颜色分别建立的编码解码表，在形状编码解码表中，定义每一种形状对应一个数值，同样在颜色编码解码表中，定义每一种颜色对应一个数值，然后连同染色区域数量，建立<染色区域数量i，各染色区域形状S，各染色区域颜色C>的密钥向量。

（2）二维码原始信息包括需加密的隐藏信息M₁和不需加密的明文信息M₂；使用双向加密算法将隐藏信息M₁以染色区域数据向量<i,S，C>作为密钥进行加密，得到加密后的隐藏信息M₁′＝F(M₁,<i,S,C>)；将M₁′和M₂通过拼合算法拼合，得到二维码生成信息M＝P(M₁′,M₂)。一种简单的拼接方式是使用分隔符w进行拼接，二维码信息M＝M₁+w+M₂，密文信息紧跟明文信息后，以此思路可以由二维码生成方进行明文和密文的简单字符串拼接工作。另一种简单拼接方式是***拼接，二维码信息M＝M₁₁+M₂₁+M₁₂+M₂₂……，按照固定的***位置把隐藏信息***到明文信息里面，以此思路也可以由二维码生成方进行明文和密文的字符串拼接。

（3）将步骤（2）得到的二维码生成信息通过标准的二维码生成算法（例如二维码PDF417、Datamatrix、Maxicode、QR Code、Code 49、Code 16K、Vericode、Ultracode生成算法），生成标准的二维码黑白图像。

（4）根据步骤（1）所制定的二维码模板和生成的染色区域数据对步骤（3）得到的二维码黑白图像进行染色，最终得到局部彩色二维码图像。

本实施例中基于局部颜色校验的二维码解码方法，包括以下步骤：

（1）根据事先定义的染色区域编码解码表，读取二维码图像上的染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量i,、各染色区域的形状S，、各染色区域的颜色C，获得染色区域数据向量<i,S,C>。

（2）读取二维码图像，把局部染色的二维码图像中的有颜色区域作为黑色区域，然后将二维码图像当作标准黑白二维码图像，使用标准二维码解码算法进行解码得到信息M。

（3）通过拆分算法<M₁′,M₂>=P^-1(M)得到经加密处理的隐藏信息M₁′和未经加密的明文信息M₂；再通过解密算法对M₁′以染色区域数据向量<i,S,C>作为密钥进行解密，得到加密前的隐藏信息M₁，将原始信息M₁和M₂输出。

其中二维码可以包括如下信息：隐藏信息包括防伪信息、密码信息和识别信息；可以为产品供应商信息、产品分销商信息、产品原产地信息、产品重量、出厂时间信息、产品有效期、产品批号和产品总数量信息；证件、票据的发售点信息、有效期、使用单位或个人信息、金额、发出单位、接收单位、发出时间、规格、往返地的信息；证件有效期、审核单位信息、证件所属人或单位信息等。明文信息可以为产品序列号、产品基本信息、产品基本介绍、产品供应商信息、产品分销商信息、产品原产地信息、产品重量、出厂时间信息、产品有效期、产品批号和产品总数量信息；证件、票据的发售点信息、有效期、使用单位或个人信息、金额、发出单位、接收单位、发出时间、规格、往返地信息；证件有效期、审核单位信息、证件所属人或单位信息；或特定的密码加密/解码所采用的密钥信息等。

在实际应用中，消费者可通过手机、PDA、电脑摄像头等，读取条形码中的产品序号和二维码的明文信息。

销售***门可使用本实施例的二维码读取装置，读取二维码的明文信息、以染色区域数据为密钥读取二维码的隐藏信息；可检查产品包装与产品是否相符，是否被拆封销售；进行产品销售防窜货管理；进行产品真伪鉴别。

另外，本实施例所述编码解码装置和方法还可应用在税务***上，在按本实施例所述的编码方法完成编码过程后，***打印单位在***上打印二维码；消费者和相关***门可根据需要按本实施例所述的解码方法对条形码和二维码进行解码并输出结果。

其中二维码的内容包括明文信息：***开具单位、商品明细、金额、纳税人编号、开票日期等，还包括隐藏信息：税务机关识别号、明文信息校验等。

消费者可通过手机、PDA、电脑摄像头等读取***序号和二维码的明文信息。

相关***门可通过本实施例所述的二维码读取装置，读取二维码的隐藏信息和明文信息。

因此，本发明可以广泛应用于需要标签辅助的商品流通、生产过程控制、管理过程控制等等各行各业，例如供应商把产品信息及防伪信息通过局部色彩叠加算法在普通黑白二维码基础上生成局部为彩色的二维码。在市场上，消费者通过通用的二维码读取程序，读取二维码中的产品信息；供应商通过专业读取设备，读取二维码中局部彩色的隐藏信息，达到数据溯源、销售监控等管理。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于局部颜色校验的二维码编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在二维码模板上，根据事先定义的染色区域编码解码表，随机生成染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量、各染色区域的形状、各染色区域的颜色；事先定义的染色区域编码解码表是指事先根据染色区域可能出现的形状和颜色分别建立的编码解码表，在形状编码解码表中，定义每一种形状对应一个数值，同样在颜色编码解码表中，定义每一种颜色对应一个数值，然后连同染色区域数量，建立<染色区域数量i，各染色区域形状S，各染色区域颜色C>的密钥向量；

（2）将二维码原始信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥进行加密，得到二维码生成信息；

（3）将步骤（2）得到的二维码生成信息通过二维码生成算法生成二维码黑白图像；

（4）根据步骤（1）所制定的二维码模板和生成的染色区域数据对步骤（3）得到的二维码黑白图像进行染色，最终得到局部彩色二维码图像。

2.根据权利要求1所述的基于局部颜色校验的二维码编码方法，其特征在于，所述步骤（2）中，二维码原始信息包括需加密的隐藏信息和不需加密的明文信息，将需加密的隐藏信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥进行加密，然后将得到的加密后的隐藏信息和不需加密的明文信息进行拼合得到二维码生成信息。

3.根据权利要求2所述的基于局部颜色校验的二维码编码方法，其特征在于，所述步骤（2）中，把需加密的隐藏信息，以步骤（1）所生成的<i，S，C>的密钥向量，根据现有公开双向加密算法进行加密，得到加密后的隐藏信息；

所述步骤（2）中，将明文信息和加密后的隐藏信息进行拼合采用如下的算法：第一种是采用分隔符，即把明文信息记为M₁，加密后的隐藏信息记为M₂，使用分隔符w进行拼接；第二种是采用***拼接，即按照固定的***位置把隐藏信息***到明文信息里面；

所述步骤（3）中，将二维码生成信息生成二维码图像采用如下的二维码生成算法：PDF417、Datamatrix、Maxicode、QR Code、Code 49、Code 16K、Vericode、Ultracode。

4.一种基于局部颜色校验的二维码解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据事先定义的染色区域编码解码表，读取二维码图像上的染色区域数据，染色区域数据包括染色区域数量、各染色区域的形状、各染色区域的颜色；

（2）读取二维码图像，把局部染色的二维码图像中的有颜色区域作为黑色区域，然后将二维码图像当作标准黑白二维码图像，使用标准二维码解码算法进行解码；

（3）对解码后的信息以染色区域数据为密钥通过解密算法进行解密，得到二维码图像的原始信息。

5.根据权利要求4所述的基于局部颜色校验的二维码解码方法，其特征在于，所述步骤（3）中，解码后的信息包括已加密的隐藏信息和未加密的明文信息，步骤如下：首先通过拆分算法将解码后的信息拆分为加密的隐藏信息和未加密的明文信息；再将已加密的隐藏信息以步骤（1）生成的染色区域数据作为密钥采用解密算法进行解密，最后得到二维码图像的原始信息。

6.根据权利要求5所述的基于局部颜色校验的二维码解码方法，其特征在于，所述步骤（3）中，将明文信息和加密后的隐藏信息进行拆分是根据编码算法中的拼合算法来决定的，如果是采用分隔符，则寻找进行明文和密文的拆分依据的分隔符，分隔符前后分别为明文数据和密文数据；如果是采用的***拼接，则根据固定的***位置，把隐藏信息和明文信息分别还原出来；

所述步骤（3）中，对步骤（2）所得到密文数据以染色区域数据为密钥通过标准的双向解密算法进行解密。

7.一种基于局部颜色校验的二维码编码装置，其特征在于，包括：

染色区域数据生成装置，用于在二维码模板中根据事先定义的染色区域编码解码表生成染色区域；

二维码生成装置，包括加密模块和二维码编码模块，所述加密模块与所述二维码编码模块连接，所述二维码生成装置与染色区域数据生成装置连接；加密模块，用于以染色区域数据为密钥对需加密的隐藏信息进行加密；二维码编码模块，用于将加密模块加密后得到的二维码生成信息生成二维码黑白图像；

二维码彩色图像生成装置，根据染色区域数据生成装置的数据对二维码生成装置生成的二维码黑白图像进行染色，得到局部染色的二维码彩色图像。

8.根据权利要求7所述的基于局部颜色校验的二维码编码装置，其特征在于，所述二维码生成装置还包括拼合模块，拼合模块用于将不需加密的明文信息和已加密的隐藏信息进行拼合，然后将拼合后的数据发送到二维码编码模块；所述拼合模块分别与加密模块、二维码编码模块连接。

9.一种基于局部颜色校验的二维码解码装置，其特征在于，包括：

二维码染色区域读取装置，用于根据事先定义的染色区域编码解码表读取二维码图像中染色区域数据；

二维码读取装置，包括：

读取模块，用于读取二维码图像；

二维码解码模块，用于对读取模块读取到的二维码图像信息进行解码；

解密模块，用于以染色区域数据为密钥对解码后加密的隐藏信息进行解密；

所述读取模块、二维码解码模块、解密模块依次连接。

10.根据权利要求9所述的基于局部颜色校验的二维码解码装置，其特征在于，所述二维码读取装置还包括拆分模块，用于将二维码解码模块解码后的信息拆分成不经加密的明文信息和经加密的隐藏信息；所述拆分模块分别与二维码解码模块、解密模块连接。

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