彩码技术的生成原理的分析与研究

吴佳怡，冯锋

（宁夏大学信息工程学院，宁夏银川750021）

条码技术是当今最流行的一种自动识别与数据采集技术，条码技术就像基因一样可以携带物品的大部分数据[1]，条码技术凭借其便捷、成本低信息可随载体移动、储存信息量大等优势[2]，迅速在各个行业中得到了广泛的应用和推广。条码技术的出现极大地优化了数据采集和信息处理的流程[3]。目前，一维条码和二维条码已在商业、农业、交通运输等多个行业有着广泛的应用，但它们存在安全性低、存储信息较少等方面的缺点。彩码，作为新一代条码技术产品应运而生并且得到广泛的关注，彩码具有成本低、识别度高等方面的优势，能很大程度上解决目前条码技术的瓶颈。彩码技术的发展会在自动识别技术中占有重要地位，能大大提高工作效率。

1 彩码技术的分析

1.1 条码技术的发展

条码技术最早产生于二十世纪二十年代[4]，在Westinghouse实验室里，Kermode发明了最早的条码标识，即一个“条”表示数字1，两个“条”表示数字2，以此类推。条码最初的设想是应用于邮政行业，Kermode“异想天开”地对邮政单据实现自动分拣。即在信封上做标记（条码），条码中所传达的信息便是收件人的信息。然后他又发明了条码识读设备，即扫描器和译码器。此后不久Douglas Young又对这种最初的条码加以改良。Kermode这种条码所含信息量相当的低，很难编出十个以上的不同代码。而Douglas Young的条码利用了各个条之间的空间尺寸的变化，这样可以使用更少的条，从而占用更小的空并传达更多的信息。但直到1949年专利文献中才第一次出现了条形码符号的记载。二十世纪七、八十年代开始应用于工业领域[5]，这项专利也在发展中不断改良，变成了今天我们常见的一维条码。但那时候由于条码识读设备以及成本等因素的影响，条码技术并未得到广泛的应用。

随着计算机的发展，针对一维码存储容量不足等缺点[6]，二维条码在1970年由Iterface Mechanisms公司开发出来，自二维码问世以来，便普遍得到人们的关注。我国是从八十年代中期开始，在一些高等院校、科研部门及一些出口企业开始广泛的研究和应用条形码技术[7]。而彩码是在二维码基础上而发展的一种新型信息条码产品。随着条码技术的广泛使用，提高了数据采集和数据处理的速度，极大提高了生产效率[8]。

1.2 彩码的起源

彩码最初是由韩国著名私立大学延世大学的科研团队发明的，原本的设想是改变残障人士的生活，通过电脑自带的摄像头来检测，残障人士只需简单的操作数字键或按键即可。但彩码应用于手机上时，由于手机按键并不十分方便，彩码便改为直接由摄像头扫描，即可读取出需要的信息。日本Colorzip公司率先获得专利，并在2000年推出相关产品，成为全球第一家开发出运用于智能手机的5×5四色矩阵彩码。在日本得到了很好的发展。在2011年初，伴随着易清互动（北京）信息技术有限公司的成立，彩码正式登陆中国市场。

目前，彩码技术在韩国、日本等国家已经有较为成熟的市场，彩码已经普及到百姓的日常生活中。小到路边的LED广告牌，大到各大公司的标志，全都有彩码的身影。而在我国，大部分使用的条码技术还局限于一维条码和二维条码，相信随着我国各个行业的迅猛发展，彩码必定作条码技术的主导力量而应用在各个领域之中。

1.3 彩码的定义及工作原理

彩码又叫彩色码，丽码等，如图1所示。彩码是在传统的黑色的二维码的基础上发展而来。彩码图形是由一个n×n的矩阵图构成，矩阵的外框通过黑色线条封闭，并且在外框黑边外留白[9]。

图1 彩码

彩码技术不同于以往的一维码或二维码技术，它并非将所有信息加密后编入编码之中，它只需存储一些类似“指针”的信息，比如服务器地址等等[10]。彩码的工作原理是运用读取器和手机向服务器发送索引资讯，经过验证，把索引资讯上传到彩码所在的服务器上，转换成URL资讯，调转到相应的存储服务器上，便可以把需要读取的信息显示在手机上。彩码的工作原理如图2所示。彩码的矩阵状态和颜色数字化的模拟数据，与其他的数据处理，是通过专用的服务器地址。可将必要的信息（如文字信息、视频信息、URL内容和其他数据等）通过网络快速传播。

图2 彩码的工作原理

1.4 彩码的特点

彩码作为条码技术的一份子，不仅具有成本低、易推广、存储信息量大、使用便捷等其他条码拥有特点，还具有其他条码技术不存在的优势。彩码由于其特殊的识别方式（即通过对单元中颜色的判断，已确定传达的信息）导致彩码具有较高的抗形变能力。由此特性，彩码矩阵的每个小单元都可以做形变，可以调整颜色取值或插入其他非识别颜色来改变和扩充彩码图案，使得彩码图案整体是可以进行图像和创作设计的。这便是彩码最大的特性，即在遵循一定的规则下，彩码可以通过平面创意设计，将企业的行业特质、服务特性及CIS标志融合其中，形成具有视觉意义的移动领域的信LOGO[11]，使彩码成为企业“新名片”。经过畸变的彩码如图3所示。

图3 畸变后的彩码

其次，彩码的识别范围广，对识别设备要求低，具有很强的扛畸变能力，可良好适应于户外大型LED显示屏，地铁公交等多种复杂的环境中。

2 彩码技术与二维码技术的比较研究

2.1 二维码技术

二维码，也称二维条码，是相对于一维条码而言的，它根据某种特定的几何图形，按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形[12]。二维码是将需要保存的信息（如文字，图片等）通过相应的编码算法编译为一个方块条形码。当需要读取信息时，通过专门的扫码器和扫码软件，自动读取条码（重新解码信息），从而获得相应的信息。二维码以它的高容量、高密度、快速定位与自动解码等特点[13]，迅速登陆各个行业并广泛使用。在我国，目前使用范围最广的条码技术，非二维码莫属。

2.2 彩码和二维码的存储量的比较分析

二维码，是通过对信息（照片，文字等）进行相应的编码处理。因此，二维码的存储量有限，二维码最多能存储1850个大写字母，或2710个小写字母，或1108个字节，或500多个汉字。如果使用标准状态下的一维码EAN13与纠错等级为M的QR二维码相比较，相同面积下二维码所表示的信息约为一维码的八十多倍[14]。虽然二维码相比于一维条码，信息容量已经高越出十几倍。但随着近几年各个行业的飞速发展，信息量存储有限已经成为二维码的瓶颈了。并且二维码一旦生成便不可修改其内容，二维码并不存在“有效期”的说法，如果需要销毁信息，已经传播出去的二维码无法撤回。

而彩码是所携带的信息，可以理解为一个“指针”，其相应的信息全都储存在后台服务器上。而当我们要传输的信息改变时，并不需要重新生成一个新的彩码，可以直接通过对后台服务器上所存储的信息的改变，而更新彩码所传输的内容，可以实现彩码的二次利用，因此彩码所能存储的信息是无限量的。当彩码需要被销毁时，可直接对其后台服务器进行操作，并不需要对已经传输出去的彩码进行回收等工作。相信彩码能满足各个行业的需求应用。

2.3 彩码和二维码的安全性的比较分析

目前。随着二维码的广泛运用，其安全性也成为各方关注的焦点。二维码建立了一个信息传输的通道[15]，但由于二维码的编译和解码过程是完全对公众开放，以及市面上存在多种多样的二维码编译和解析软件质量无法预测，导致二维码内容与制作难以监管，因此二维码所携带信息的安全性及其防伪就成了广泛关注的焦点[16]。常见为木马植入、信息劫持、web攻击、诱导登陆恶意网站等。由于二维码与生俱来的安全隐患，影响了二维码的进一步发展。

彩码，作为解决传统条码的各类瓶颈应运而生的新产品，其安全性自然有所提高。彩码真正要传输的信息都存储在相应的服务器上，所以可以通过对服务器的监管以防止各类问题的产生。彩码本身的信息只是相当于一个指针，所以无需特别对其本身所存储信息的加密花费过多的研究。

2.4 彩码和二维码的模糊识别的比较分析

二维码在识别时，需要先寻找“位置探测器”，即在二维码的左上，左下，右上角3个位置，然后进行编译解码。二维码允许最大容错能力为30%，即当在手机像素不高、二维码破损或污染、强光照射等情况时，导致二维码部分缺失，只要不超过其本身的30%，即可读取。但30%为最高情况并且在相对条件下（由于破损的位置、读取软件的能力等），通常情况下大约能达到15%。二维码并不允许弯曲，所以二维码只能用于平面中。而且印刷时也需要有高品质印刷，并对印刷材料有所要求。

彩码相对于二维码，最显著的优势就是在于其识别时的要求。第一，彩码在容错能力方面表现突出，彩码允许最大可连续污染面积高达16.6%，最大可污染离散面积高达56%。第二，彩码还拥有抗畸变能力，彩码图形在上下、左右相对变形夹角可以达到30°。第三，彩码还允许图案表面弯曲，最高允许的弯曲角度为90°。其四，彩码不需要“位置探测器”，即彩码在任何角度都能被识别。在识别距离是大于单边外框尺寸的15倍时，允许最大识别角度为45°。这样的优势，使得彩码不仅能在传统的平面广告中使用，还可以在户外大型屏幕、杂志、海报等情况下使用，并且能印刷在塑料制品、易拉罐、无纺布等材质上。这使彩码又一大显著特性。

2.5 彩码和二维码的其他方面的比较分析

二维码读取时对拍摄的镜头有一定要求，需要高精度的摄像头，并且需要有近摄功能的摄像头才能读取。而彩码对读取器的像素要求不高，并且拍摄距离最远可以达到数十米之外，还支持多角度拍摄。

二维码对其大小尺寸有一定要求，需要在一定面积内表达出所需传达的信息。而彩码是最小需要6×6mm的识别尺寸，最大直至用户满意的尺寸。

3 结论

条码技术是现代信息科学的重要手段。条码技术从产生到趋于趋成熟的今天，已经取得巨大的进步条码技术的应用也趋于多样化、行业化的发展。条码技术的应用很大程度上提高了我国商品再国际上的竞争力，促进了经济的发展[17-20]。彩码技术，凭借其自身特点，可更好的应用于流媒体行业，彩码可以很好的适应户外宣传屏幕、海报、流动宣传车等；彩码可以印刷在产品的外包装来追踪产品的安全性及其生产的全过程；彩码还可以经过精心设计，成为企业宣传的一张“新名片”；彩码运用于票务系统中，除了能实现现有的功能，还能大大提升安全性，并能时刻通过后台服务器修改票务信息。

在日常生活中，已经离不开条码技术，彩码作为新一代条码技术，随着我国通讯行业的发展及5G时代的到来，相信彩码凭借其“与生俱来”的优势，能得到各个行业的青睐，并快速发展。