一种可视化二维码编码方法和系统

1.本发明涉及二维码可视化技术领域，更具体地，涉及一种可视化二维码编码方法和系统。


背景技术：

2.二维条码是应用在物联网感知层的一项重要技术，发展物联网的需求推动了二维条码的研究，二维条码又反过来促进物联网技术的普及，如今传统二维条码的应用范围已经非常广泛，涵盖了手机支付、商品溯源、防伪、物流、快速登陆等领域，成为链接现实与网络的重要桥梁。传统二维条码采用白与黑这两种对比度极高的颜色来分别表示1和0两种位模块，虽然能够较大程度上保证二维条码识别解码的鲁棒性，但是宣传领域如海报、广告等对美观性要求较高的场合，单调的黑白传统二维码难以满足人们的需求。
3.现有技术的一种基于图像的二维码、二维码生成系统及生成方法，通过筛选出能够包含显示在二维码图案中的图像，然后将所述图像嵌入二维图案中形成二维码显示图像，提升二维码美观度，但该方法对能够显示在二维码图案中的图像有限制，不能对任意图像嵌入二维码，不是一种通用的对二维码进行美化的方案。


技术实现要素：

4.本发明为克服上述技术问题，提供的一种提升二维码美观性并可适用各种图案的可视化二维码编码方法和系统。
5.本发明技术方案如下：
6.一种可视化二维码编码方法，包括步骤：
7.s1、确定用于生成二维码的初始信息以及初始载体图像；
8.s2、对初始信息进行编码得到信息比特流，根据信息比特流确定初始载体图像所需的尺寸，将初始载体图像缩放为已确定的尺寸；
9.s3、计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度，提取初始载体图像的第一蓝色通道；
10.s4、将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，对编码区域进行二阶小波变换和奇异值分解得到奇异值，根据比特映射规则和信息比特流对第一蓝色通道的奇异值进行调制，然后对经过奇异值调制的第一蓝色通道依次进行反变换和线性变换得到第二蓝色通道，从而实现初始信息嵌入初始载体图像；
11.s5、根据第二蓝色通道以及第一色度和第一饱和度，得到第二编码图像；
12.s6、计算第二编码图像的第二色度、第二饱和度和第二亮度，用第一亮度替换第二亮度得到第三编码图像，再将第三编码图像转换回rgb空间得到第三红色通道，第三绿色通道和第三蓝色通道，用第二蓝色通道替换第三蓝色通道，得到最终编码图像；
13.s7、在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形，得到可视化二维码。
14.本技术方案提出了一种可视化二维码编码方法，编码初始信息得到信息比特流，
然后将信息比特流调制到载体图像的蓝色通道从而将信息比特流嵌入载体图像，然后叠加载体图像的红色通道和绿色通道，实现载体图像与传统二维条码的深度结合，大幅度降低黑白双色模块在二维条码中所占的比例使二维码观感更协调，通过保留原始图像的观感，明显提升二维条码的美观程度，并且适用于任意载体图像，提升适用范围。
15.进一步地，步骤s2对初始信息进行编码具体为：
16.s21、将初始信息转化为二进制ascii码，得到初始比特流；
17.s22、对初始比特流进行rs冗余编码得到信息比特流。
18.进一步地，步骤s3计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度具体表示为：
19.c
max
＝max(r1,g1,b1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
20.c
min
＝min(r1,g1,b1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021][0022][0023]v1
＝c
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]
其中，r1、g1、b1分别为第一红色通道、第一绿色通道和第一蓝色通道，h1、s1、v1分别为第一色度、第一饱和度和第一亮度，c
max
为第一中间值，c
min
为第二中间值。
[0025]
进一步地，步骤s4计算奇异值的方法具体为：
[0026]
将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，将每一个编码区域用两个矩阵表示，对矩阵进行二阶小波变换得到两个低频子带，对两个低频子带进行奇异值分解得到对应的两个奇异值。
[0027]
进一步地，步骤s4根据信息比特流对奇异值进行调制具体为：
[0028]
设置奇异值阈值t＝min(s
01
,s
02
)，其中s
01
,s
02
为每一个编码区域对应的两个奇异值，根据信息比特流调制奇异值的大小，比特映射规则的公式为：
[0029][0030]
其中，bit为调制后的奇异值对应编码区域的数据；
[0031]
若当前奇异值s
01
、s
02
和信息比特流的当前比特不相符，则需要对奇异值进行调整；
[0032]
当信息比特流的当前比特为0，但s
01-s
02
《t时，调整方法为：
[0033]
d＝t-(s
01-s
02
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0034]
[0035][0036][0037][0038]
其中，∑1为第一个低频子带的奇异值矩阵，∑2为第二个低频子带的奇异值矩阵，∑
′1为调整后的第一个低频子带的奇异值矩阵，∑
′2为调整后的第二个低频子带的奇异值矩阵，d为第三中间值，f1为第四中间值，f2为第五中间值，；
[0039]
当信息比特流的当前比特为1，但s
02-s
01
《t时，调整方法为：
[0040]
d＝t-(s
02-s
01
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0041][0042][0043]
f1，f2通过公式(10)、(11)计算得到；对第一蓝色通道中每一个编码区域根据信息比特流按位完成调制操作后，即完成对初始载体图像的初始信息嵌入，此时的蓝色通道分量记为第二蓝色通道。
[0044]
进一步地，步骤s5第二编码图像的rgb值的计算方法具体为：
[0045][0046][0047][0048][0049][0050]
[0051][0052]
其中，h1为第一色度，s1为第一饱和度，r2为第二编码图像的第二红色通道，g2为第二编码图像的第二绿色通道，b2为第二编码图像的第二蓝色通道。
[0053]
进一步地，步骤s6中，用第一亮度替换第二亮度后，将第二编码图像转换回rgb空间的方法具体为：
[0054][0055]
f＝h
2-hiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0056]
p＝v1*(1-s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0057]
q＝v1*(1-f*s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0058]
t＝v1*(1-(1-f)*s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0059][0060]
其中，h2为第二色度，s2为第二饱和度，v1为第一亮度；r3、g3、b3分别为第三编码图像的第三红色通道、第三绿色通道和第三蓝色通道。
[0061]
进一步地，步骤s7在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形的方法具体为：
[0062]
在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形得到第四蓝色通道，将第四蓝色通道与第三红色通道和第三绿色通道叠加，得到可视化二维码。
[0063]
一种可视化二维码编码系统，包括：数据获取单元、比特流转换单元、尺寸调整单元、hsv计算单元、编码区域划分单元、调制单元、rgb计算单元、定位图形嵌入单元、通道提取单元、替换单元；
[0064]
数据获取单元获取用于生成二维码的初始信息以及初始载体图像；
[0065]
比特流转换单元对初始信息进行编码得到信息比特流，根据信息比特流确定编码图像所需的尺寸，尺寸调整单元将初始载体图像缩放为已确定的尺寸；
[0066]
hsv计算单元计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度，通道提取单元提取初始载体图像的第一蓝色通道；
[0067]
编码区域划分单元将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，每一个编码区域由有效区域和保护间隔组成；调制单元对有效区域进行二阶小波变换和奇异值分解得到奇异值，根据比特映射规则和信息比特流对第一蓝色通道的奇异值进行调制，然后调制单元对第一蓝色通道依次进行反变换和线性变换得到第二蓝色通道，完成信息嵌入；
[0068]
rgb计算单元根据初始载体图像的第一色度和第一饱和度以及第二蓝色通道，更新初始载体图像的红色通道与绿色通道，得到第二红色通道、第二绿色通道和第二蓝色通
道作为第二编码图像的rgb值；
[0069]
hsv计算单元根据hsv色彩转换规则，计算第二编码图像的第二色度、第二饱和度和第二亮度，替换单元用第一亮度替换第二亮度，然后rgb计算单元将第二编码图像转换回rgb空间得到第三红色通道、第三绿色通道和第三蓝色通道，替换单元用第二蓝色通道替换第三蓝色通道，得到最终编码图像；
[0070]
定位图形嵌入单元在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形，得到可视化二维码。
[0071]
进一步地，比特流转换单元对初始信息进行编码得到信息比特流的方法具体为：
[0072]
s21、将初始信息转化为二进制ascii码，得到初始比特流；
[0073]
s22、对初始比特流进行rs冗余编码得到信息比特流。
[0074]
本发明提出了一种可视化二维码编码方法和系统，与现有技术相比，本发明的有益效果是：编码初始信息得到信息比特流，然后将信息比特流调制到载体图像的蓝色通道从而将信息比特流嵌入载体图像，然后叠加载体图像的红色通道和绿色通道，实现载体图像与传统二维条码的深度结合，大幅度降低黑白双色模块在二维条码中所占的比例使二维码观感更协调，通过保留原始图像的观感，明显提升二维条码的美观程度，并且适用于任意载体图像，提升适用范围。
附图说明
[0075]
图1为可视化二维码编码方法步骤示意图；
[0076]
图2为编码区域示意图；
[0077]
图3为定位图形示意图；
[0078]
图4为可视化二维码示意图。
具体实施方式
[0079]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0080]
实施例1
[0081]
一种可视化二维码编码方法，如图1所示，包括步骤：
[0082]
s1、确定用于生成二维码的初始信息以及初始载体图像；
[0083]
s2、对初始信息进行编码得到信息比特流，根据信息比特流确定初始载体图像所需的尺寸，将初始载体图像缩放为已确定的尺寸；
[0084]
s3、计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度，提取初始载体图像的第一蓝色通道；
[0085]
s4、将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，编码区域如图2所示，对编码区域进行二阶小波变换和奇异值分解得到奇异值，根据比特映射规则和信息比特流对第一蓝色通道的奇异值进行调制，然后对经过奇异值调制的第一蓝色通道依次进行反变换和线性变换得到第二蓝色通道，从而实现初始信息嵌入初始载体图像；
[0086]
s5、根据第二蓝色通道以及第一色度和第一饱和度，得到第二编码图像的第二红色通道、第二绿色通道和第二蓝色通道；
[0087]
s6、计算第二编码图像的第二色度、第二饱和度和第二亮度，用第一亮度替换第二亮度得到第三编码图像，再将第三编码图像转换回rgb空间得到第三红色通道，第三绿色通道和第三蓝色通道，用第二蓝色通道替换第三蓝色通道，得到最终编码图像；
[0088]
s7、在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形，定位图形如图3所示，得到可视化二维码，可视化二维码如图4所示。
[0089]
将定位图形包围在已调制完成的蓝色通道四周。定位图形最主要的功能就是确定二维码所在的位置，并且可以通过扫描定位图形亮度切换的次数来确定二维码的大小，也可以通过确定定位图形的四个角点的位置来进行畸变校正。
[0090]
本实施例提出了一种可视化二维码编码方法，首先编码初始信息得到信息比特流，然后将信息比特流调制到载体图像的蓝色通道从而将信息比特流嵌入载体图像，然后叠加载体图像的红色通道和绿色通道，实现载体图像与传统二维条码的深度结合，大幅度降低黑白双色模块在二维条码中所占的比例使二维码观感更协调，通过保留原始图像的观感，明显提升二维条码的美观程度，并且适用于任意载体图像，提升适用范围。
[0091]
传统二维条码如dm code的编码区也是由编码区域组成的，但传统二维条码的编码区域是黑白的。本方案的编码区域则是嵌入了初始信息的图像，图像本身被分割成一个个编码区域来进行信息嵌入，从而实现载体图像与传统二维码的深度融合。
[0092]
实施例2
[0093]
在实施例1的基础上，本实施例中步骤s1通过比特流确定初始载体图像所需的尺寸的方法为：比如编码过后比特流为324个比特，而二维码图像是正方形，那么可以分为18*18个编码区域，再加上二维码四周有一个编码区域宽度的定位图形，所以大小总共是20*20个编码区域，每个编码区域设定为18像素*18像素，可知载体图像尺寸为360*360像素。
[0094]
步骤s2对初始信息进行编码具体为：
[0095]
s21、将初始信息转化为二进制ascii码，得到初始比特流；
[0096]
s22、对初始比特流进行rs冗余编码得到信息比特流。
[0097]
步骤s3计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度具体表示为：
[0098]cmax
＝max(r1,g1,b1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0099]cmin
＝min(r1,g1,b1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0100][0101][0102]v1
＝c
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0103]
其中，r1、g1、b1分别为第一红色通道、第一绿色通道和第一蓝色通道，h1、s1、v1分别为第一色度、第一饱和度和第一亮度，c
max
为第一中间值，c
min
为第二中间值。
[0104]
步骤s4计算奇异值的方法具体为：
[0105]
将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，每一个编码区域由有效区域和保护间隔组成，有效区域是模块内对角线上的两个等大的正方形区域，将有效区域用矩阵表示，对矩阵进行二阶小波变换得到两个低频子带ll1和ll2，对两个低频子带进行奇异值分解得到奇异值s
01
、s
02
。
[0106]
由于二维码在拍摄过程中可能有畸变产生，此时译码过程中要用到畸变矫正和插值技术，插值是用相邻的像素来估计当前像素，设置了保护间隔能够减少相邻模块对本模块的像素值的干扰。
[0107]
步骤s4根据信息比特流对奇异值进行调制具体为：
[0108]
设置奇异值阈值t＝min(s
01
,s
02
)，其中s
01
,s
02
为每一个编码区域对应的两个奇异值，根据信息比特流调制奇异值的大小，比特映射规则的公式为：
[0109][0110]
其中，bit为调制后的奇异值对应编码区域的数据；
[0111]
若当前奇异值s
01
、s
02
和信息比特流的当前比特不相符，则需要对奇异值进行调整；
[0112]
当信息比特流的当前比特为0，但s
01-s
02
《t时，调整方法为：
[0113]
d＝t-(s
01-s
02
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0114][0115][0116][0117][0118]
其中，∑1为第一个低频子带的奇异值矩阵，∑2为第二个低频子带的奇异值矩阵，∑
′1为调整后的第一个低频子带的奇异值矩阵，∑
′2为调整后的第二个低频子带的奇异值矩阵，d为第三中间值，f1为第四中间值，f2为第五中间值，；
[0119]
当信息比特流的当前比特为1，但s
02-s
01
《t时，调整方法为：
[0120]
d＝t-(s
02-s
01
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0121][0122][0123]
f1，f2通过公式(10)、(11)计算得到；对第一蓝色通道中每一个编码区域根据信息比特流按位完成调制操作后，即完成对初始载体图像的初始信息嵌入，此时的蓝色通道分量记为第二蓝色通道。用经过处理后的奇异值矩阵进行反变换，得到的低频子带再进行二
阶小波逆变换，得到sq
′1,sq
′2.最后要对像素值作线性变换，线性变换方法如下：
[0124]
min＝min(sq
′1,sq
′2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0125]
若min《0，执行：
[0126][0127]
max＝max(sq
′1,sq
′2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0128]
若max》255，执行：
[0129][0130]
对第一蓝色通道中每一个编码区域根据信息比特流按位完成调制操作后，即完成对初始载体图像蓝色通道的信息嵌入，此时的蓝色通道分量记为第二蓝色通道。
[0131]
步骤s5第二编码图像的rgb值的计算方法具体为：
[0132][0133][0134][0135][0136][0137][0138][0139]
其中，h1为第一色度，s1为第一饱和度，r2为第二编码图像的第二红色通道，g2为第二编码图像的第二绿色通道，b2为第二编码图像的第二蓝色通道。
[0140]
步骤s6中，利用第二红色通道像素值、第二绿色通道像素值和第二蓝色通道像素
值根据hsv色彩转换规则，计算第二编码图像的第二色度、第二饱和度和第二亮度的方法与步骤s3计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度的方法相同；第二色度、第二饱和度和第二亮度为第二编码图像的hsv值，用第一亮度替换第二亮度后，将第二编码图像转换回rgb空间的方法具体为：
[0141][0142]
f＝h
2-hiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0143]
p＝v1*(1-s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0144]
q＝v1*(1-f*s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0145]
t＝v1*(1-(1-f)*s2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0146][0147]
其中，h2为第二色度，s2为第二饱和度，v1为第一亮度；r3、g3、b3分别为第三编码图像的第三红色通道、第三绿色通道和第三蓝色通道。
[0148]
步骤s7在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形的方法具体为：
[0149]
在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形得到第四蓝色通道，将第四蓝色通道与第三红色通道和第三绿色通道叠加，得到可视化二维码。
[0150]
实施例3
[0151]
一种可视化二维码编码系统，包括：数据获取单元、比特流转换单元、尺寸调整单元、hsv计算单元、编码区域划分单元、调制单元、rgb计算单元、定位图形嵌入单元、通道提取单元、替换单元；
[0152]
数据获取单元获取用于生成二维码的初始信息以及初始载体图像；
[0153]
比特流转换单元对初始信息进行编码得到信息比特流，根据信息比特流确定编码图像所需的尺寸，尺寸调整单元将初始载体图像缩放为已确定的尺寸；
[0154]
hsv计算单元计算初始载体图像的第一色度、第一饱和度和第一亮度，通道提取单元提取初始载体图像的第一蓝色通道；
[0155]
编码区域划分单元将第一蓝色通道划分为若干个编码区域，每一个编码区域由有效区域和保护间隔组成；调制单元对有效区域进行二阶小波变换和奇异值分解得到奇异值，根据比特映射规则和信息比特流对第一蓝色通道的奇异值进行调制，然后调制单元对第一蓝色通道依次进行反变换和线性变换得到第二蓝色通道，完成信息嵌入；
[0156]
rgb计算单元根据初始载体图像的第一色度和第一饱和度以及第二蓝色通道，更新初始载体图像的红色通道与绿色通道，得到第二红色通道、第二绿色通道和第二蓝色通道作为第二编码图像的rgb值；
[0157]
hsv计算单元根据hsv色彩转换规则，计算第二编码图像的第二色度、第二饱和度和第二亮度，替换单元用第一亮度替换第二亮度，然后rgb计算单元将第二编码图像转换回rgb空间得到第三红色通道、第三绿色通道和第三蓝色通道，替换单元用第二蓝色通道替换
第三蓝色通道，得到最终编码图像；
[0158]
定位图形嵌入单元在最终编码图像的第二蓝色通道中嵌入定位图形，得到可视化二维码。
[0159]
比特流转换单元对初始信息进行编码得到信息比特流的方法具体为：
[0160]
s21、将初始信息转化为二进制ascii码，得到初始比特流；
[0161]
s22、对初始比特流进行rs冗余编码得到信息比特流。
[0162]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。