二维码的原理是什么?一文读懂二维码的原理

 

最近好奇二维码的原理是什么？怎么能做到一扫就能挑指定的页面或功能的呢？下面通过搜集资料整理了一些关于二维码的原理文章，希望可以帮助到你快速的了解二维码的原理

首先，二维码是什么呢？

大家平时都用惯了各种二维码了，扫码支付、扫码骑车、扫码点餐等等。对那些黑白方块大家都很熟悉了。长啥样就不贴图。

之所以叫二维码，因为它是二维的，这里的二维不是黑、白，而是有横向、纵向之分，就是初中数学里的x轴，y轴。

类比的一维码就是条形码，看上去也是有横向和纵向高度啊？但因为每个x对应的y是一样的，就是两条平行横线切过去，获取到的信息是一样的。

其次，二维码是的组成部分有哪些？

以QR Code为例，也就是我们最常见的二维码，里面存储的信息其实是分割成多个部分的。

（1）探测区（红色圈），就是三个回字型正方形框。用来定位二维码边界。为啥是三个回字型，不是两个，不是4个？两个不足以定位，已知两个顶点，至少可以向上或向下画出两个不同正方形。4个顶点可以确定唯一正方形，但没办法做图形旋转角度矫正了，没法确定左上角、右下角，因为四个顶点全对称了。三个刚好，既能确定出唯一位置，又能任何角度拍照都可以旋转恢复成只有右下角没有探测区的0旋转标准图。

（2）定位线（蓝色框），用来做分割不同区域，方便定位，定位线始终是黑白相间的，且只有一行、一列，非常明显。

（3）版本信息（红色框），版本信息存的是这个二维码是什么版本，不同版本二维码大小不一样，比如版本1，是21✖️21的正方形，版本2，是25✖️25的正方形，最大版本是版本40，是177✖️177的正方形，显然版本越大，能存的信息就越多。

（4）格式信息（黄色圈），格式信息里存储了这个二维码数据是按什么模式解析。比如数字是0001，字母数字是0010，汉字是1101。cxd1301是字母数字，所以格式信息是0010。

（5）数据区域（绿色圈），二维码的有效数据是存储在绿色区域里，这里不仅存储了有效数据，还有纠错码字，这样的话，就算二维码损坏部分都可以识别。

三、二维码里的数据怎么读 

首先二维码是一个个小方块构成的，其中黑色小方块代表“1”，白色小方块代表“0”。实质上二维码是存储的0和1的二进制比特流。

这个数据是怎么存进去的呢？

小写c的ASCII码对应十进制99，转化成二进制就是01100011，对应写入二维码就是白、黑、黑、白、白、白、黑、黑。

cxd1301,在二维码里存的就是01100011 01111000 01100100 00110001 00110011 00110000 00110001。

然后这些二进制比特流，还需要加上字符个数7对应的二进制0000111，编码标识字母数字是0010，以及结束符0000，纠错级别H，对应的AC-42，对应二进制10，以及补齐符00，最后串成一大串的01比特串一起存入二维码。转化为黑、白点变化。

这些还没有完，为了让数据区域不出现大面积空白或黑块，还要进行底图叠加。这个叠加采用的是异或操作，将要写入的数据和底图异或处理后就得到最终的二维码。最完蛋的是我不知道是和8个底图中的那个进行了异或，所以要肉眼读二维码，就要读取8个，放弃了。

最后要说的是，二维码的数据读取顺序是从右下角开始的，顺序参照网上找的以下这张图片。

二维码缺损是否可以用 ？

对于条形码，如果有破损，只要有其中一行没有坏就问题不大，那二维码呢，如果有破损什么的是否还可以扫描成功？肯定是可以的，这个也一直是我认为二维码比较神奇的地方。

二维码的容错有7%（L）、15%（M）、25%（Q）、30%（H）四种，以H为例，表示30%的字码可以被修复，换句话说就是30%的破损不影响扫码。这就比较牛了，大大提高了二维码的使用场景。

有这么几种情况是会影响二维码识别的：

（1）探测区破损，至少一个探测区破损了，这种情况下，不能准确识别出这是否是一个二维码，就更没有后续的识别了；

（2）版本信息全没，且格式信息也不全，那就识别不出来了。但凡只要有一个版本信息及一个格式信息正常，就可以识别。

（3）数据区域破损超过30%。基本上就算大面积污损数据区域，识别率都还能有一定保障，例如下面这个数据区的破损情况，拿手机多扫一下还是可以扫出来。

注：因为存在识别率问题，可能要多扫两次。

二维码可以存储多少信息

通过查询QR码的技术文档，可以发现，如果二维码使用最大版本40，也就是177*177的的二维码，最大可存储信息是：

（1）纯数字，7089字符；

（2）纯字母，4296字符；

（3）二进制，2953字节；

（4）汉字（UTF-8），最多984汉字。

考虑到，一般情况下，没有人真往二维码里存一篇小说的或一部电影，基本上就是存小说和电影的观看或下载地址，所以最大到3K的二维码，容量基本上满足使用要求了。

这里来一个超大信息的二维码，这个二维码由于信息过多，所以密密麻麻，小图的情况下基本上是没法识别了，但放大到一定程度，还是有可以会被识别出来。这里要注意如果是单纯汉字最多984个汉字。因为一个标点和数字是1个字符，一个汉字是3个字节，所以如果有字母和数字，看上去就不止983个字了。

附一个Python识别二维码的代码，大家愿意玩的可以看下

from pyzbar.pyzbar import decode

from PIL import Image
decocdeQR = decode(Image.open("decode.png"))
print(decocdeQR[0].data.decode('ascii'))

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