欢迎来到扫码时代

神们自己

在我们的日常生活中，扫码早已普及：付款要扫码，加微信要扫码，开会签到要扫码……《中国互联网络发展状况统计报告》显示，早在2016年，我国平均每天扫码就已超过15亿次。我们每天都可能接触二维码，但似乎很少想过：二维码究竟是怎样工作的？那一团乱码般的黑白图案中，到底蕴藏着什么样的秘密？

二维码图案看似乱码，其实是精心设计的程序化信息。想要了解二维码的工作原理，我们先要了解“二进制”这个伟大发明。在计算机的世界中，任何信息都由0和1组成，这就是二进制。任何一个数字、字母和汉字，都可以转化为二进制形式，例如，十进制的2在二进制中用10表示，大写字母A在二进制中用01000001表示。任何信息都可以转化为由0和1构成的二进制数字，这种转化方法叫作“编码”。

计算机只能看懂0和1，于是人类发明了编码，使任何信息都可以转换成由0和1组成的二进制数字。那么，我们怎样把信息输入计算机呢？你的第一反应可能会是：用键盘打字。不过在很多场合下，用键盘打字既不方便，也不高效。比如你去超市买东西，结账时售货员需要在极短的时间内输入大量商品的名称、价格、数量，如果用键盘输入的话，你身后的队伍会排很长。实际上，售货员会用专用的扫描枪扫商品条形码。条形码，就是二维码的前身。

用视觉信号代替键盘输入，是一个了不起的技术飞跃。条形码发明于20世纪20年代，这项100年前的古老技术如何做到稳定快速地读取信息呢？其实，它的工作原理和我们用机器阅卷的原理相似。

你在考试时肯定涂过答题卡，但你有没有想过，为什么不能直接写ABCD，而是要用2B铅笔把对应选项的小方块涂黑呢？原因就是为了方便机器自动阅卷。每个人手写的ABCD千奇百怪，通过人工智能做视觉识别无法做到100%的准确率，即使是人工批卷，也免不了会有看走眼的时候。不过，每个人用2B铅笔涂黑的小方块都是一样的。机器阅卷的基本原理就是用一个扫描器发射光并接收光，通过测定反射信号，得到二进制数字。黑色反射光最少，机器识别为1；白色反射光最多，机器识别为0。把你答题卡上涂的小方块排成一排，就能代表一串0和1组成的数字：

把上面這张图纵向拉长，你就得到了一个最原始的条形码。我们可以把条形码拆分为一个个小方格，黑色小方格代表1，白色小方格代表0。条形码中的每一根黑条，就相当于答题卡涂黑的一个小方块，通过黑条和白条之间的间距变化编码信息。当超市售货员用扫描枪对准条形码时，你会看到扫描器发出一道细长的红光，就像在条形码上画了一条线。这道细细的红线扫过黑条纹和白条纹，黑色和白色的反光量不同，从而转换为0和1的二进制数字。

条形码也叫“一维码”，因为它的信息只在横向排列。不管条形码纵向拉伸多长，它表达的信息都不会改变，因为每根条纹只代表一个数，这样承载的信息量太少了。为了解决这个问题，世界上第一个二维码在1994年问世了。二维码和条形码的最大区别在于，它是“二维”的，像围棋棋盘一样，每一颗棋子（黑或白）都能表示信息。虽然二维码面积比一般的条形码还小，却能容纳更多信息，真可谓“降维打击”。

二维码的先进之处远不止于此。条形码只能从一个方向扫描，如果把扫描枪旋转90度，它就无法读取信息了。但二维码可以从任何方向扫描！无论二维码贴得多歪，无论你的手机怎么旋转，都不会影响扫描成功！

这个神奇的功能是怎么做到的？答案就在于二维码的三个顶角上。你可能已经注意到，任何二维码，它们的三个顶角都是一样的，都是一个方框套一个方块。这三个顶角，就是二维码的定位区。

这个看似普通的“方框套方块”图案，其实是精心设计的。二维码可以印在杂志、广告、商品包装上，也可以显示在电脑或手机屏幕上，但它不会和周边的图案混淆，因为这个“方框套方块”的定位区有着极为罕见的比例构图。你可以用尺量一下最外层方框的线条粗细、内部空白方框的线条粗细、中心正方形方框的边长，你会发现它们的比例是精确的1∶1∶3。

为了研发二维码，科学家收集了大量广告单、杂志、纸板，把图片和文字都处理成黑白两色，统计黑白两色的面积比例。他们最终发现，印刷品中最罕见的宽幅比例，正是1∶1∶3！所以，二维码几乎不会和周边的图案混淆。当手机扫码时，它先找到3个定位区，然后就可以识别出整个二维码区域。

细心的你也许还会注意到，二维码右下角还有一个小方块，如下图橙色框所示：

这个方块也是用于定位的标记，但和三个角的定位区不一样，它不是用于定位旋转，而是用于确保二维码在扭曲、拉伸的情况下仍然能够被识别。没错，歪歪扭扭的二维码仍然能用！哪怕把二维码印在篮球上，它还是可以被正常识别。

小小一个二维码，蕴藏着超越时代的精妙设计和复杂功能。它能存储大量信息，识别速度极快，成功率极高，还有超强的纠错能力。这就是科技时代带给我们的礼物。