论文部分内容阅读
QR码作为移动互联网的入口之一,凭借其制作方便、存储容量大以及扫描稳定等特点,成为人们日常生活中最常使用的二维码。但是,由杂乱无章的黑白块构成的传统QR码,较差的视觉效果无法令人满意。近年来,越来越多的学者开始对QR码美化技术进行研究。传统方法通过更改QR码模块的颜色或者形状,来对QR码进行美化。但是这类方法没有考虑QR码编解码原理,美化效果一般且造成解码率的下降。因此,如何生成兼具良好的视觉效果与解码稳定性的QR码,是QR码美化中的一个关键问题。本文深入分析了QR码的编解码原理,并对美化QR码算法进行了研究,使生成的QR码不但具有良好的视觉效果又能保证解码的稳定性,主要工作如下:(1)研究了QR码与RS码的编码原理,构建了用于修改QR码数据填充区的正向基矩阵,同时利用伽罗华域对异或运算封闭的特性,使用了高斯约旦消元法构建了用于修改QR码校验区的反向基矩阵。但由于正反向基矩阵同时使用时,会造成黑白模块翻转相互影响。为了减少这种影响,使得生成的二值QR码图像能最大程度接近背景图像,本文利用图像边缘检测、显著性检测、以及模块距离权重制定了模块视觉显著性量化策略,并针对该策略构建出能量优化模型。由于RS码的数学运算是定义在伽罗华域上的,常见的凸优化方法无法求解该问题,为此我们使用了模拟退火算法对优化模型进行了求解。(2)经过优化处理的二值QR码需依照背景图像对其进行彩色渲染才能具有更好的视觉效果。为此,本文根据解码器的解码方式,给出了对背景图像每个区域的属性进行判断并相应进行亮度调整的算法。由于解码器采样时,采样点主要集中于模块中心区域,并且人眼对图像上平滑的区域关注度较低,对锐利的区域关注度较高。算法中使用高斯模型对这一特性进行拟合,对模块的亮度改变量进行确定,从而平衡了美化QR码的视觉效果与解码稳定性。图像熵能够反映图像上一个区域的平滑程度,我们将高斯模型的参数形式化为图像熵的一个函数,实现了高斯模型参数的自适应变化。最后通过实验的方式对模型的参数进行了确定。通过问卷调查与解码实验的方式,针对所提出QR码美化算法的视觉效果和解码稳定性进行验证。大量实验结果表明,利用本文提出的算法所生成的QR码不但具有较好的视觉效果,也具有良好的扫描稳定性。