淺讀二維碼的印刷質(zhì)量評(píng)估

■ 文/永發(fā)印務(wù)（東莞）有限公司　馬超、張朝忠

目前，二維碼的春風(fēng)也吹到了煙草印刷包裝行業(yè)，國(guó)內(nèi)已相繼有云南、川渝、廣東、廣西、湖北、河南、福建、河北、吉林等中煙公司相繼在煙包上應(yīng)用二維碼，讓煙包也有了身份證。消費(fèi)者可隨時(shí)查詢?？梢哉f，二維碼在煙包上的應(yīng)用勢(shì)在必行。

圖1是陜西中煙生產(chǎn)印制二維碼的好貓(長(zhǎng)樂)香煙，通過手機(jī)掃一掃功能，即可查看產(chǎn)品真?zhèn)舞b別方法，確定產(chǎn)品真?zhèn)巍?/p>

好貓長(zhǎng)樂牌香煙

二維碼所在位置

圖1　陜西中煙好貓(長(zhǎng)樂)香煙二維碼掃描后主要頁面

從圖1可以看到，消費(fèi)者可以通過掃碼來了解產(chǎn)品真?zhèn)蔚蔫b別方法，鑒別產(chǎn)品真?zhèn)?，保護(hù)自己權(quán)益；還有一些產(chǎn)品例如川渝中煙生產(chǎn)印制二維碼的軟龍涎香嬌子產(chǎn)品，通過掃描二維碼，即可查看產(chǎn)品特色賣點(diǎn)，了解產(chǎn)品信息，反饋信息，保護(hù)自己的權(quán)益。同樣煙草公司可以利用大數(shù)據(jù)來評(píng)估產(chǎn)品的銷售情況，獲得客戶反饋，針對(duì)客戶的需求調(diào)整市場(chǎng)策略，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)銷。而作為煙包印刷企業(yè)，更關(guān)注的是二維碼的印刷標(biāo)準(zhǔn)和印刷的質(zhì)量要求，來更好的服務(wù)客戶。本文主要針對(duì)二維碼的起源、標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量指標(biāo)等方面進(jìn)行探究，以便為生產(chǎn)提供參考。

一、二維條碼概述

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T 12095-2000 條碼術(shù)語》中定義條碼：由一組規(guī)則排列的條、空及其對(duì)應(yīng)字符組成的標(biāo)記，用以表示一定的信息。其中，只在一維方向上表示信息的條碼符號(hào)稱一維條碼，在二維方向上表示信息的條碼符號(hào)稱二維條碼 。

1987年由David Allals博士提出 Code 49堆疊式碼，隨后的1989年美國(guó)國(guó)際資料公司發(fā)明Data Matrix，并廣泛用于商品的防偽、統(tǒng)籌標(biāo)識(shí)，1990年美國(guó)SYMBOL公司設(shè)計(jì)出 PDF417，PDF是英文“Portable Data File”的縮寫，寓意此碼是一個(gè)便攜式數(shù)據(jù)文件，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在國(guó)防、公共安全 、金融、海關(guān)及政府管理等領(lǐng)域。1994年日本 Denso公司研制QR碼，QR是英文“Quick Response” 的縮寫，寓意此碼是一種快速響應(yīng)碼，我們手機(jī)微信中的二維碼就是典型的QR碼 。

2005年我國(guó)自主研發(fā)了首個(gè)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二維條碼碼制——漢信碼，它支持B18030的全部中文漢字，具有抗畸變、抗污損能力強(qiáng)，信息容量高等特點(diǎn)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。下圖2是國(guó)際市場(chǎng)常用的幾種二維碼碼制，而表1是將二維碼（QR、PDF417、DM、漢信碼）特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

圖2　國(guó)際市場(chǎng)常用的幾種二維碼

從表1中我們可以看到，漢信碼具有信息容量大、高度的漢字表示能力和壓縮效率，編碼范圍廣范，并支持加密技術(shù)，很強(qiáng)的抗污損和畸變能力使其可以被附著在常用的平面或桶裝物品上，可以在缺失兩個(gè)定位標(biāo)的情況下進(jìn)行識(shí)讀，特別適合生產(chǎn)車間、物流等惡劣環(huán)境下使用，修正錯(cuò)誤能力強(qiáng)。同時(shí)用戶可以選擇不同等級(jí)的糾錯(cuò)能力，制作容易且成本較低，有利于我國(guó)的二維碼技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用、推廣，最重要的是可以規(guī)避相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。但目前鑒于僅限于使用專用設(shè)備和新生事物的推廣特點(diǎn)，目前正處于推廣階段。

另外QR Code碼同樣擁有超高速識(shí)讀、全方位（360°）識(shí)讀、能夠有效地表示中國(guó)漢字、日本漢字等特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)密度大、占用空間小，同時(shí)由于支持手機(jī)等一些智能設(shè)備的掃讀，成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流的的二維碼，擁有絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見到。目前，傳統(tǒng)的包裝行業(yè)常用的是矩陣式二維碼，因此在本文僅討論矩陣式二維條碼的印刷質(zhì)量評(píng)價(jià)。

表1　常用二維碼對(duì)比（QR、PDF417、DM、漢信碼）

二、矩陣式二維條碼符號(hào)的等級(jí)與印刷質(zhì)量評(píng)判

2009年我國(guó)在修改采用ISO/IEC 15415的基礎(chǔ)上頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《G/BT 23704-2009 信息技術(shù) 自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)二維條碼符號(hào)印制質(zhì)量的檢驗(yàn)》，以 “符號(hào)等級(jí)”作為主要質(zhì)量指標(biāo)對(duì)二維碼印制質(zhì)量進(jìn)行符合性評(píng)價(jià)。另外GB/T 23704規(guī)定了矩陣式二維碼符號(hào)的檢測(cè)、分級(jí)以及符號(hào)整體質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法。其表達(dá)形式與普通條碼檢測(cè)類似，主要有等級(jí)/孔徑/測(cè)量波長(zhǎng)/角度。例如：3.0/5/660/30 表示此二維條碼符號(hào)的符號(hào)等級(jí)為3.0級(jí)，使用檢測(cè)儀的檢測(cè)孔徑為0.125mm（孔徑標(biāo)號(hào)為05），測(cè)量波長(zhǎng)為660nm，入射角度為30°。

（一）矩陣式二維碼的檢測(cè)原理如下：

1.在一定的照明和采集視角條件下獲得一個(gè)高分辨率的灰度原始圖像；

2.用合成的圓形孔徑對(duì)此原始圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算，得到參考灰度圖像；

3.從參考灰度圖像測(cè)量出符號(hào)反差，調(diào)制比和固有圖像無損等參數(shù)值，并對(duì)這些參數(shù)值進(jìn)行分級(jí)；

4.采用整體閾值將參考灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值化圖像，分析二值化圖像，得出參考譯碼、軸向不一致性、網(wǎng)格不一致性、未使用的糾錯(cuò)以及符號(hào)或應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的其它參數(shù)值。

5.掃描等級(jí)是符號(hào)反差、調(diào)制比、固有圖形污損、參考譯碼、軸向不一致性、網(wǎng)格不一致性和未使用的糾錯(cuò)等7個(gè)參數(shù)等級(jí)以及碼制標(biāo)準(zhǔn)或應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的其它參考參數(shù)等級(jí)的最低值，符號(hào)等級(jí)是多次掃描得出的算術(shù)平均值。

下面我們從符號(hào)反差、調(diào)制比、固有圖形污損、參考譯碼、軸向不一致性、網(wǎng)格不一致性和未使用的糾錯(cuò)7個(gè)數(shù)分別討論它們對(duì)二維條碼質(zhì)量的影響。

（二）矩陣式二維條碼的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.參考譯碼等級(jí)

該指標(biāo)用于評(píng)價(jià)二維碼符號(hào)是否能正確識(shí)讀，只有通過和不通過。如果參考譯碼算法不能對(duì)二維碼符號(hào)圖形正確譯碼，參考譯碼等級(jí)為0，反之為4。

2.符號(hào)反差

該指標(biāo)用于評(píng)價(jià)二維條碼符號(hào)中深淺兩種反射狀態(tài)的差異是否足夠明顯。符號(hào)反差為參考灰度等級(jí)圖像中最高反射率和最低反射率值之差，如表2所示。

表2　符號(hào)反差的分級(jí)

3.調(diào)制比等級(jí)

該指標(biāo)用于評(píng)價(jià)二維條碼符號(hào)深(淺)色模塊反射率一致性。印刷增量、相對(duì)于網(wǎng)格交叉點(diǎn)模塊位置的錯(cuò)誤擺放，印刷基底的光學(xué)特征、印刷的不均勻度都會(huì)降低模塊反射率和整體閾值的差值。如果調(diào)制比不足，會(huì)錯(cuò)誤增加辨別深色淺色模塊的可能性，如表3所示。

表3　碼字調(diào)制比的分級(jí)

將參考譯碼算法處理二值化圖像得到的網(wǎng)格放置到符號(hào)的參考灰度圖像上，并將合成孔徑的中心放到網(wǎng)格交叉處，然后測(cè)量符號(hào)的每一個(gè)碼字中各個(gè)模塊的反射率值。調(diào)制比MOD計(jì)算公式：

式中：

MOD—調(diào)制比；

R—在一個(gè)碼字中最接近整體閾值的模塊的反射率；

GT—整體閾值；

SC—符號(hào)反差。

4.固有圖形污損等級(jí)

該指標(biāo)用于評(píng)價(jià)尋像圖形、空白區(qū)、定位圖形、導(dǎo)引圖形以及其它固有圖形的污損情況。這種污損是因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)模塊由淺到深或由深到淺反轉(zhuǎn)造成的，評(píng)價(jià)基于模塊的顏色反轉(zhuǎn)的數(shù)目，不同的碼制，應(yīng)用相應(yīng)的閾值進(jìn)行分級(jí)。

如圖3所示，共分為六個(gè)部分進(jìn)行評(píng)價(jià)：A1、A2、A3、B1、B2、C，區(qū)域中固有圖像污損等級(jí)為所有調(diào)制比等級(jí)水平所導(dǎo)出的最高等級(jí)，符號(hào)的固有圖像無損等級(jí)等于這六個(gè)區(qū)域等級(jí)的最低值，如表4所示。

圖3　快速響應(yīng)矩陣碼固有圖形示意圖

表4　快速響應(yīng)矩陣碼固有圖形污損等級(jí)閾值

5.軸向不一致性等級(jí)

組成矩陣式二維條碼符號(hào)數(shù)據(jù)區(qū)域的模塊在理想情況下位于一個(gè)正多邊形的網(wǎng)格中，采用參考譯碼時(shí)繪制出模塊的中心位置，軸向不一致性衡量軸向尺寸不均勻的程度，在某些視角上，軸向不一致性(AN)不合格會(huì)引起二維碼識(shí)讀障礙。軸向不一致性(AN)用于評(píng)價(jià)每個(gè)網(wǎng)格軸向上的相鄰模塊中心點(diǎn)的間距在不同的軸向之間的差異量，如表5所示。軸向不一致性的計(jì)算公式如下：

式中：

AN —— 軸向不一致性；

XAVG——X軸向的平均間距；

YAVG—— Y軸向的平均間距。

表5　軸向不一致性的分級(jí)

6.網(wǎng)格不一致性(GN)等級(jí)

網(wǎng)格不一致性衡量網(wǎng)格交叉位置偏離于其理想位置的最大矢量偏差。網(wǎng)格交叉位置可通過使用參考譯碼算法對(duì)給定符號(hào)的二值化圖像進(jìn)行處理后得出。

使用符號(hào)的參考譯碼算法，在符號(hào)數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)將所有的網(wǎng)格交叉位置畫出來。將這些位置和同等尺寸理想符號(hào)的理論位置進(jìn)行比較。對(duì)于所有交叉位置，實(shí)際的交叉位置和理論的交叉位置之間的距離的最大值以X尺寸為單位進(jìn)行表示，并用于分級(jí)，如表6所示。

表6　網(wǎng)格不一致性分級(jí)

7.未使用的糾錯(cuò)等級(jí)

未使用的糾錯(cuò)用于評(píng)價(jià)為糾正符號(hào)局部或點(diǎn)的各種錯(cuò)誤所消耗的糾錯(cuò)容量。未使用的糾錯(cuò)按公式計(jì)算：

e—拒讀錯(cuò)誤數(shù)；

t—替代錯(cuò)誤數(shù)；

Ecap—符號(hào)的糾錯(cuò)容量；

如果沒有使用糾錯(cuò)，且能夠譯出，則UEC=1，如果(e+2t)大于Ecap，怎UEC=0，如果一個(gè)符號(hào)中有多個(gè)糾錯(cuò)塊，應(yīng)分別計(jì)算每一個(gè)糾錯(cuò)塊的UEC值，其中最小值來表示等級(jí)，如表7所示。

表7　給出未使用糾錯(cuò)的的分級(jí)方法

（三）矩陣式二維條碼的質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.掃描等級(jí)

每次掃描等級(jí)為測(cè)量所得參數(shù)的等級(jí)的最低值，為了確定質(zhì)量等級(jí)低的原因，有必要檢查掃描中的每一個(gè)有關(guān)參數(shù)的等級(jí)，如表8所示。

2.符號(hào)等級(jí)

符號(hào)等級(jí)為多次掃描二維碼符號(hào)的掃描等級(jí)的算術(shù)平均值，每次掃描等級(jí)應(yīng)為參考譯碼、符號(hào)反差、調(diào)制比、固有圖形的污損、軸向不一致性、網(wǎng)格不一致性、未使用的糾錯(cuò)等參數(shù)等級(jí)的最低值。如果兩個(gè)掃描產(chǎn)生的譯碼數(shù)據(jù)不同，那么符號(hào)掃描等級(jí)為0，符號(hào)等級(jí)按4.0到0.0的順序表示符號(hào)質(zhì)量的高低，且保留一位小數(shù)。

表8　測(cè)量參數(shù)和值

3.印刷增量

印刷增量衡量構(gòu)成符號(hào)的圖像相對(duì)于標(biāo)稱尺寸的增大或減小的程度，增量嚴(yán)重時(shí)會(huì)妨礙識(shí)讀，印刷增量標(biāo)志著圖像的深色淺色模塊邊界擴(kuò)張的程度。根據(jù)碼制規(guī)范和參考譯碼算法，以模塊為單位，在每個(gè)軸上為每種圖形結(jié)構(gòu)確定其標(biāo)稱尺寸Dnom，使用參考譯碼算法確定網(wǎng)格線，沿符號(hào)軸上每一個(gè)待測(cè)圖形結(jié)構(gòu)，通過在網(wǎng)線上對(duì)像素進(jìn)行記數(shù)，確定圖形結(jié)構(gòu)兩個(gè)邊緣之間的實(shí)際尺寸D,計(jì)算出每個(gè)軸向上的印刷增量，其值為（D-Dnom）的算術(shù)的平均值。

三、結(jié)語

隨著二維碼的廣泛普及應(yīng)用，制作和使用也越來越簡(jiǎn)單有效，市場(chǎng)、客戶對(duì)二維碼的印刷質(zhì)量要求也越來越高，在認(rèn)識(shí)二維碼檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上更好地管控二維碼的印刷質(zhì)量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，贏得市場(chǎng)。同時(shí)，由于二維碼作為鏈接虛擬世界的窗口，其本身作為印刷品也存在著易盜用復(fù)制等問題。作為印刷包裝企業(yè)，我們?cè)陉P(guān)注二維碼印刷質(zhì)量的同時(shí)也應(yīng)注重二維碼的防偽技術(shù)，研發(fā)多種防偽手段，為客戶提供多層次、多方位的防偽二維碼解決方案，提高公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。