专利名称：高效信息点阵图形及其生成和解码方法
技术领域：
本发明涉及一种信息点阵图形及其生成和解码方法，特别是涉及一种针对限制功能通用设备而具有高效识别效率的信息点阵图形及其生成和解码方法。
背景技术：
信息通过图形的排列方式进行表示并且通过识别设备进行识别，是信息点阵图形的一大特征。信息点阵图形以识别方便、应用成本低等优点被广泛应用。近年来，随着计算机应用的不断普及，信息点阵图形的应用得到了很大的发展。信息点阵图形可以标出商品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息，因而在商品流通、图书管理、邮电管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。
根据目前现有技术，信息点阵图形可以分为一维信息点阵图形(也可称为一维条码)和二维信息点阵图形或者信息点阵图形(也可称为二维条码)。
一维信息点阵图形是将线条与空白按照一定的编码规则组合起来的符号，用以代表一定的字母、数字等资料。在进行辨识的时候，使用识别设备扫描，得到一组反射光信号，此信号经光电转换后变为一组与线条、空白相对应的电子讯号，经解码后还原为相应的文数字，再传入电脑。一维信息点阵图形辨识技术已相当成熟，是一种可靠性高、输入快速、准确性高、成本低、应用面广的资料自动收集技术。
目前世界上约有225种以上的一维信息点阵图形，每种一维信息点阵图形都有自己的一套编码规格，规定每个字母(可能是文字或数字或文数字)是由几个线条(Bar)及几个空白(Space)组成，以及字母的排列。一般较流行的一维条码有39码、EAN码、UPC码、128码，以及专门用于书刊管理的ISBN、ISSN等。
一维信息点阵图形虽然提高了资料收集与资料处理的速度，但由于受到数据容量的限制，一维信息点阵图形仅能标识商品，而不能描述商品，因此相当依赖电脑网络和数据库。在没有数据库或不便连网络的地方，一维信息点阵图形很难派上用场。也因此，最近几年开始有人提出一些储存量较高的二维信息点阵图形。由于二维条码具有高密度、大容量、抗磨损等特点，所以更拓宽了条码的应用领域。同时因为一维信息点阵图形采用的线条表示方法对低像素图像采集设备十分不利，很容易被周边的线条影响，而二维信息点阵图形由于采用了长宽近似的矩形点表示，所以很适合CCD、CMOS等图像采集设备进行采集，尤其有利于降低对图像像素的要求。
二维信息点阵图形可以分为堆叠式(Stacked)二维信息点阵图形和矩阵式(Matrix)二维信息点阵图形。堆叠式二维信息点阵图形的编码原理是建立在一维信息点阵图形的基础上，将一维信息点阵图形的高度变窄，再依需要堆成多行，其在编码设计、检查原理、识读方式等方面都继承了一维信息点阵图形的特点，但由于行数增加，对行的辨别、解码算法及软件都与一维信息点阵图形有所不同。较具代表性的堆叠式二维信息点阵图形有PDF417，Code16K，Supercode，Code49等。
矩阵式二维信息点阵图形是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点(Dot)的出现表示二进制的“1”，不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制。具有代表性的矩阵式二维信息点阵图形有Datamatrix、Maxicode、Softstrip、Codel、Philips Dot Code等。
现有的无论是一维信息点阵图形还是二维信息点阵图形，都是通过识别设备进行本地的图像或者是信号采集，然后对其图像、信号信息进行基于图象识别技术的技术处理，得到原始的0/1信息点阵图形信息，再通过本地的解码程序进行处理。由于现有的信息点阵图形所包含的信息在扩张，而需要进行信息点阵图形设备的范围也在扩张。同时，通过分析发现现在越来越多的领域应用了信息点阵图形技术，而不简单是在传统意义上的提供一种简单快速信息录入的途径。也就是说，为一些特殊的领域专门建立封闭于其可控范围的信息点阵图形方案，这种情况可以成为“专署信息点阵图形应用”。
但是，现有的二维信息点阵图形对于识别设备具有较高的要求，对于限制功能通用设备而言，其在使用中还具有识别效率不高、甚至无法识别的问题。
上述的限制功能通用设备，指的是在运算处理能力、图像采集能力上均由于其移动性、长时间脱机工作等原因而造成限制的设备。作为一种通用设备，即没有专业用于图像识别设备的功能特点。这一点主要来自于通用设备并不给被摄物体以主动的稳定光源，这就使得其无法得到很理想的识别图像。同时，由于在图像采集镜头方面亦没有进行特别的设计，那么就造成进一步降低了识别图像的质量。此类设备的典型范例有PDA(个人数字助理)、移动电话、移动电脑、数据终端等。以移动电话为例，此类设备由于需要满足长时间待机以及轻巧体积的原因，使得其功能上受到了很大的限制。一般采用不足100Mhz主频的中央处理器，同时采用30万甚至更差的图像采集设备。并且，在众多的限制功能设备中多采用Java语言进行算法实现，由于其采用的JVM(Java虚拟机)的运行机制，使得在其低运算能力的情况下进一步限制了图像识别算法速度的提升。此类设备的图像处理单元一般作为相机拍照功能，而非实时的图像采集功能，亦即多不带有微距拍摄能力。
这就面临了由于需要满足更多低图像采样能力、低信息处理能力识别设备的快速识别需求，同时又可以满足对二维信息点阵图形的优点的充分利用。所以，有必要提供一种能够供上述限制功能通用设备使用，并具有更高识别效率的二维信息点阵图形。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的信息点阵图形存在的缺陷，而提供一种新的高效信息点阵图形，所要解决的技术问题是使其对于限制功能通用设备而言，具有更高的识别效率，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，克服现有的信息点阵图形的生成方法存在的缺陷，而提供一种新的高效信息点阵图形的生成方法，所要解决的技术问题是使其能够制作出对于限制功能通用设备而言，具有更高的识别效率的信息点阵图形，从而更加适于实用。
本发明的再一目的在于，提供一种信息点阵图形的识别方法，所要解决的技术问题是使其能够在有效识别上述的高效信息点阵图形所记载的信息，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高效信息点阵图形，其包括搜索区域，位于在该信息点阵图形中心；数据区域，位于搜索区域外围；同步区域，位于上述的数据区域和搜索区域之间，或者位于数据区域之外；以及水平旋转对准区域，位于该高效信息点阵图形的最外层。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的高效信息点阵图形，其中所述的搜索区域是由数个黑白相间的圆环或者偶数正多边形环所构成。
前述的高效信息点阵图形，其中所述的黑白相间的圆环或者偶数正多边形环具有相同的宽度。
前述的高效信息点阵图形，其中所述的数据区域是由数个黑色和数个白色的点阵所构成。
前述的高效信息点阵图形，其中所述的水平旋转对准区的宽高比例为4∶3前述的高效信息点阵图形，其中所述的同步区域和搜索区域是同心的正多边形或者同心的圆形。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种权利要求1所述的高效信息点阵图形的生成方法，其包括以下步骤获得原始信息步骤，将原始数据转换为输入字符序列；实施编码策略步骤；实施安全策略步骤；生成RS纠错码步骤；数据散列步骤；以及生成信息点阵图形步骤。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的高效信息点阵图形的生成方法，其中所述的生成RS纠错码步骤，该纠错码采用BCH码的子类——Reed Solomon码实现。
本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种权利要求1所述的高效信息点阵图形的信息识别方法，其包括以下步骤获得包含信息点阵图形的图像；识别搜索区域特征；获得信息点阵图形特征值；按照数据点排列规律获得信息矩阵；矩阵散列还原数据；RS纠错；安全策略解码；解码策略获得原始信息；输出原始信息。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的高效信息点阵图形的信息识别方法，其中所述的矩阵散列还原数据；RS纠错；安全策略解码；以及解码策略获得原始信息是可以在服务器上进行的。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明提出的高效信息点阵图形是一种搜索区域在中心，然后从中心开始扩散，在外围是数据区域，在数据区域和搜索区域之间，或者在数据区域外面设有点阵同步区域。在同步区域外围，作为信息点阵图形的水平旋转对准区域。其中高效率信息点阵图形的搜索区域这一点主要在于，此种信息点阵图形由于采用的是创新的中心搜索方法，所以可以快速精确的确定信息点阵图形在目标图像中的位置、角度、尺寸等关键信息。由于可以快速高效的确定信息点阵图形的信息矩阵，而不需要常规条码所做的旋转、匹配等步骤，所以可以大大节省图像识别处理的空间复杂度和时间复杂度，由此减少对识别终端硬件条件的限制，可以将此种信息点阵图形的图像识别程序使用在更通常的设备中，例如低处理速度、低图像感光元件解析度的设备上。同时，由于信息点阵采用中心搜索方法，并提供了多种形态的选择余地，由此不仅比原有常规条码在使用上更灵活，可以方便提供“专署信息点阵图形”(这种就是为专门领域专门用途所采用的唯一形态信息点阵图形，可以有效保护使用方的信息传递封闭性和安全性)，同时这种设计很大程度上优化了扫描、识别过程，拓宽了信息点阵图形的应用领域。
水平旋转位置对准区域在图像识别过程中，对于图像本身的变形、旋转往往需要消耗大量的运算时间。为了能够适应功能限制类图像识别设备的要求，应该尽量避免目标图像的旋转、倾斜等情况，尽量保证目标图像其自身平面与图像识别设备的感光平面平行。本方法创新性的在信息点阵图形的外圈范围设计了对准机制，无论是采用实时图像进行扫描，还是依据设备激光标尺进行扫描，只需要将设定好的瞄准点与信息点阵图形外围点相吻合，即可在最大程度上保证图形平面和感光平面平行。同时，由于本信息点阵图形的搜索区域放置在了图像中心处，那么才可以使此水平旋转位置对准区域的方案成为可能。作为其他信息点阵图形的设计，其均需要保证外围图像为干净的白色，以尽量减少对图像信息提取的干扰。在这一点上，本信息点阵图形有着明显的优势。
通过远程解码方法完成信息点阵图形信息提取过程由于可作为一种“专署信息点阵图形”，所以保护信息点阵图形使用上的封闭性是非常重要的。也就是说，对于信息点阵图形的发行方可以很轻松的控制信息点阵图形的识别与使用，由此防止由于信息点阵图形所带来的经济效益流失。这样，一套远程解码方法就可以有效的确保“专署信息点阵图形”的使用安全。在这点上创新性的将图形的图像识别处理过程和信息矩阵解码纠错过程分隔开来，而没有采用传统意义上图像识别处理过程和信息矩阵解码纠错过程在一个终端本地统一进行，直接输出结果数据的方法。识别终端通过图像或者扫描方式得到包含信息点阵图形的图像，通过识别信息点阵图形的特征，得到其所代表的信息数据矩阵，然后识别终端将得到的信息数据矩阵发送到远程解码服务器上，服务器对所发过来的数据矩阵进行纠错解码并将结果信息发回终端确认。整套过程可以减少终端的处理数据量，利用网络技术实现瘦客户端的构架，降低了识别信息点阵图形的终端要求。同时，这种架构可以很好的保护信息点阵图形的纠错解码算法，在终端程序中的指示图像识别算法，而按照原先的条码解码过程由于无法分开，所以需要严格保护的解码过程需要放置在终端机中，出于安全考虑就无法将其算法应用在可以反编译的如JAVA这种利用虚拟机运行的程序语言上，限制了其拓展应用。而本方案这样就可以采用JAVA等利用虚拟机运行的可移植语言编写终端服务程序，借助其“一次编译、处处运行”的特性，进一步拓宽了识别终端应用。
对信息点阵图形的信息实施了从生成到解码的信息安全保护为了能够进一步保护“专署”功能，本方案提供了包含在信息点阵图形编码解码过程中的安全信息保护功能。常规条码本身不提供任何信息安全保护功能，其自身无法保证信息的安全，同时由于常规条码的解码过程是固定在识别终端中的，所以也无法满足信息安全保护的要求。而由于本方法是通过远程进行解码的，所以在进行信息安全保护的过程中可以实施配合生成方，通过网络进行密钥的更新，最大程度确保信息安全。同时，由于进行信息安全保护的数据加密技术需要较大的运算量，而越安全的密码算法其运算量就越大，由于本方案采取了远程解码的方法，所以信息安全保护并不会影响终端识别的速度，从很大程度上满足了对安全、效率和适用度都有着极高要求的应用领域。
编码策略编码策略的目的就是在于对原始信息进行必要的编码处理，使得根据不同的编码策略得到对不同原始信息的处理，由此更合并更高效的处理不同的原始信息格式，同时为下一步进行数据安全策略或直接进入RS纠错编码提供规格统一的“中间码元序列”。
不同的编码策略具有不同的压缩比率，从而所能提供的码的数据密度也就不同。针对不同类型数据选择合适的编码策略，可以大幅度提高码的数据密度，以在相同的空间内存放更多的信息。
信息点阵图形支持多种类型的编码策略，并且每种都有其适合的使用领域，提供该领域内最高的数据压缩率。而系统对这些策略的综合使用，保证了信息点阵图形整体数据密度的最大化。
所有编码策略中最基本的是针对ASCII码表0-127号字符的基本ASCII编码策略。其工作原理是将ASCII码加1，即从原始信息转变成为数据码元。该策略的数据压缩比率为1∶1，即1个ASCII字符占用8bit合1byte的空间。基本ASCII编码策略是所有编码策略的基础，是信息点阵图形的默认编码策略。
在基础ASCII编码策略之上，系统针对原始数据中比较容易出现的连续数字情况提供了双连续数字编码策略，将两个连续的十进制数字编码到8bit的空间中，数据压缩比率为2∶1，比默认编码策略节省了一倍的空间。
扩展ASCII编码策略专门用来处理大于等于128的ASCII值，在本系统中，即是用来处理GB2312编码集定义的中文字符。按照GB2312规范定义，一个中文字符由16bit合2byte组成，每个byte的值都在128～254范围内，扩展编码策略使用转义字符235表示一个扩展ASCII值的开始，同时将该扩展ASCII值通过减128降至基本ASCII码范围，之后使用基本ASCII码编码策略，加1生成数据码元。
有了以上三种策略，基本上已经可以满足所有文字数据信息的编码需求。
安全策略对于通过编码策略所得到的“中间码元序列”，可以根据信息点阵图形应用领域的不同对其进行信息安全保护。其主要的目的就在于对信息点阵图形的生成和使用进行有效的控制，为特殊的应用领域进行必要信息安全保护。由于这种信息安全策略是首次被加载入了信息点阵的生成过程，由此将安全方案整合入信息点阵图形的生成和使用解码过程，在很大程度上简化了信息点阵图形使用者在信息安全保护方面所需要进行的投入，同时由于是嵌入进了信息点阵图形的生成、解码过程，使得信息安全能够被更好的保护。
根据使用者不同的信息安全需求可以指定各种级别的信息安全保护方法。可以总体上分为对称密码安全策略和非对称密码安全策略。针对信息安全要求不高同时对解码解密效率有苛刻要求的可以考虑采用的对称密码安全策略，经常采用的方案有美国的DES及其各种变形，比如3DES、GDES、NewDES和DES的前身Luc ifer；欧洲的IDEA；日本的FEALN、LOKI 91、Skipjack、RC4、RC5以及以换位密码和代替密码为代表的古典密码等。而对于非对称密码技术，由于可以有效控制生成和使用过程，也就是说对于生成方可以有效控制信息的使用方的范围以及权限，同时信息使用方也可以确保信息来源的可靠性，所以非对称密码技术拥有很高的信息安全保护性能，但是由于其编码、解码效率明显逊于对称密码技术，所以对信息安全保护要求很高同时对信息解码效率不是很苛刻的领域可以采用非对称密码信息安全策略。常用的非对称密码技术有RSA、背包密码、McEliece密码、Diffe-Hellman、Rabin、OngFiatShamir、零知识证明的算法、椭圆曲线ECC、EIGamal算法等。同时，针对广义上作为普通条码使用的信息点阵图形，由于其初衷为能尽量推动使用面的扩张，而不对其信息安全进行考虑，所以也可以考虑不采用信息安全策略，而直接进入纠错码校验生成过程。
用RS生成校验码并校验信息点阵图形使用Reed Solomon码进行纠错。RS码作为BCH码最重要的一个子类，继承了其纠错能力可控的特性，同时由于RS码的一次根式x-a就是最小多项式，无需再计算，再加上它本身式MDC码，集重长与一身，使其在实践中应用广泛，主要应用在无线通信和磁、光介质存储等系统中。
IBM 3370磁盘存储系统采用256进制RS码的缩短码，并对应8bit一组的二进制衍生码。在CD唱片中，采用了两级纠错加交织器的差错控制方案。纠错码用的使256进制的(255，251)RS码。在宇航中，RS码和卷积码是一对黄金搭配，用于深太空通信中的纠错编码。深太空信道属随机差错信道，用卷积码比较合适。但一旦信道噪声超出卷积码的纠错能力，将导致突发性质的译码错误，这时用RS码来对付将是最佳选择。在“探险者号”飞向木星和土星的旅程中，信息就是以RS码为外码、卷积码为内码的级联码实现信道编码的。
信息点阵码采用256进制的RS码，生成扩域元素的本原多项式是P(x)＝x+x+x+x+1，根据数据码元信息的长度及差错控制级别选择不同的生成多项式计算纠错码。算得的纠错码元直接接在数据码元的结尾，形成最终的码元序列。
在解码过程中，系统将码元序列输入到RS解码器中，解码器根据码元后端的纠错码元对数据进行校验、纠错，如果突发错误没有超出该级别RS码允许的错误数量，则纠正错误并输出正确结果和错误个数；如果错误超过了允许的限制，则解码失败。
散列算法为了使得在图案发生破损、变色、被遮盖等情况时还尽可能的恢复数据，系统需要采用一个种能够将同以码元的不同bit合理分散开的散列算法，以避免破损时同时丢失一个码元的8bit信息，提高解码成功率。
信息点阵图形首先使用标准散列算法将有RS编码器处理完成的码元序列散列到一个最小包容方阵中，之后采用由中心出发，旋转向四周扩张的算法将方阵转换到图形中，包围中心的定位环。
图1至图3是本发明的高效信息点阵图形实施例的示意图。
图4是本发明一实施例搜索区域构成示意图。
图5至图8是本发明几种不同数据区域的构成示意图，分别是六边形，多边形，扇形，圆形等形状的数据区域。
图9至图11是本发明的同步区域结构示意图。
图12是本发明的高效信息点阵图形具体实施例。(图12与图16对调)图13是本发明的信息点阵图形生成方法的流程示意图。
图14是本发明信息点阵图形的信息识别流程图。
图15是本发明对于水平旋转对准区域的设计需要与其对准目标向匹配设计方案的示意图。
图16是本发明实施例中，在终端显示的信息点阵图形。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的(名称)其具体实施方式
、结构、方法步骤、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1至图3所示，是本发明的高效信息点阵图形的示意图。本发明提出的高效信息点阵图形是一种搜索区域2在中心，然后从中心开始扩散，在外围是数据区域1，在数据区域和搜索区域之间，或者在数据区域外面设有点阵同步区域3，在同步区域外围，设有作为信息点阵图形的水平旋转对准区域4。
水平旋转对准区域水平旋转对准区域4在整个图形的最外围，其内部并不是存储信息的单元，其作用在于当使用者用设备获取本信息点阵图形图像的时候，可以让使用者有根据并方便的将信息点阵图形平面与信息获取平面达到平行关系。
水平旋转对准区域的实现方法是在数据区域4(如果外围有同步区域，则在同步区域)的外围建立一套图形，其图形的为宽高比例为4∶3(此依据通常图像采集设备的图像长宽比例，如果对于特别设备，则可以采用定制的长宽比例)。在图像采集设备的程序设计中，将其内部实时图像显示的外围边框中加入对准目标。水平旋转对准区域的外围，拥有明确的对准目标提示。在使用者采用图像识别设备，通过实时显示屏幕看到信息点阵图形目标时，需要将水平旋转对准区域的外延对准程序中显示边框里的对准目标。
请参阅图15所示，是本发明对于水平旋转对准区域的设计需要与其对准目标向匹配设计方案的示意图。对于水平旋转对准区域设计方案有指向型设计(如图15中的(a)～(c))、拼接型设计(如图15中的(d)～(f))以及填充型设计(如图15中的(g)～(i))。指向型设计指的是，在水平旋转对准区域中采用箭头、锐角等方式，带有明显的指向性，其对准目标设计为类似点状的小图形，可以考虑是星形、三角形等，但需要其面积不能过大，以中心对称图形为佳。使用者需将水平旋转对准区域的指向性部分指向对准目标即可。拼接型(如图15中的(d)～(f))设计采用的是对于一张包含有对准区域的图像，将其在4∶3范围外的区域作为对准目标，使用者将对准区域和对准目标拼接成完整图形来达到对准的效果。填充型(如图15中的(g)～(i))指的是在对准区域中有部分存在于对准目标中，此时对准目标不一定存在于图像显示的外延，而是可以浮在图像显示的区域内部(如图15中的(g))。使用者将对准目标填充入对准区域内(如图15中的(h))形成完成图像，即可达到对准的效果(如图15中的(i))。
对准区域的设计要尽量保证其内部的点阵区域(亦即包括数据区域、搜索区域、同步区域)在其划出的区域内保证最大。因为点阵区域越大越有利于识别。对准区域的设计本身就划分出了一个显示设备能够看到的区域，那么在此区域内部点阵区域的大小实际上已经被设定好了，所以就需要确保点阵区域在获取的识别图像中尽可能的扩大其面积。
搜索区域请参阅图4所示，是本发明一实施例搜索区域构成示意图。搜索区域2由同心圆，或者同心的偶数边等边多边形构成，中心点为一个单位的圆或者偶数边等边多边形，黑色，称中心点为F0。包围在中心点的是宽度为一个单位的圆或者偶数边等边多边形，白色，称这一圈为F1。围绕在F1周边的是宽度为一个单位的同等圆或者偶数边等边多边形，黑色，称这一区域为F2。以此类推，黑白颜色间隔出现，最少的搜寻区域要由F0F1F2F3F4组成，此数量可以根据实际情况进行增加。从搜索区域主要能够快速判断是否有信息点阵图形存在于候选图像中，这样可以很大程度的提高搜索速度。同时，由于这种信息点阵图形的搜索区域位于图像中央，这种设计可以给识别带来诸多好处1、搜索在中央，可以更好的引导在扫描时将图形放置在图像中心，利于扫描；2、由于将搜索区域放在中间，所以在对图像进行判断是否存在目标信息点阵图形的时候，就可以只对图像中心区域进行搜索，这样可以大大缩短判断是否存在信息点阵图形的空间复杂度和时间复杂度；3、可以确保水平旋转对准区域的成立，最大程度上减少外围图像对识别的影响。搜索中心区域的过程是首先在中心可能区域内进行横向搜索，检查是否存在有符合长度间隔相近并连续黑白变化的区域，如果横向搜索没有发现此类区域，那么就直接退出扫描；如果发现了，那么就在可能的区域中心进行上下两方向得纵向搜索，检查是否存在与横向变化规律相同的黑白变化方法，如果没有发现，则说明其搜索区域不符合要求，直接退出扫描；如果发现，这时就可以确定候选图像中存在高速中心搜索扩散延展信息点阵图形。这时，可以根据搜索区域中黑白变化的规律来得到在候选图像中点阵图形的单位长度，如果是偶数边等边多边形的搜索区域，还可以准确得到点阵图形的旋转角度。由于可以在一个很小的区域内部得到一个点阵图形的准确位置、尺寸、旋转角度，那么就可以减少在原候选图像中的全面搜索，减少了信息处理量，提高了搜索速度。同时，由于采用的是F0F1F2F3F4......方式的包围图形，这种设计可以最大程度控制非信息点阵图形对中心搜索关键区域的干扰，既可以确保点阵图形的周边信息不会影响实际的扫描，又保证了信息点阵图形对其周围其他信息的影响达到最小。
请参阅图5至图8所示，是本发明几种不同数据区域的构成示意图，分别是六边形，多边形，扇形，圆形等形状的数据区域。数据区域1是保存数据的区域，由黑白点阵的排列表示数据的原始信息，然后再经过编码、纠错得到结果信息。数据区域的形状可以和搜索区域的轮廓形状相同，也可以不同。需要保证的一点是，数据区域的单位长度需要和搜索区域的单位长度相同。首先，对数据区域的单位长度进行规定，数据区域按照搜索区域的轮廓向外延伸，每圈形区域的宽度需要和搜索区域每圈的宽度相同，也就是说其单位长度一致。针对偶数边等边多边形信息点阵图形，其四周图形以每个边所代表的等边三角形区域来说明。数据信息点的排布从数据信息区域最靠近中心的一层开始，逐一向外延伸。具体每层信息点排布方法依据如下两种规则第一种是每层放置奇数和信息点，中间信息点的梯形中垂线在等边三角形过信息点阵图形中点的中垂线上。每个信息点都可以看作是一个梯形，具体每个信息点的大小，需要满足信息点梯形的中位线的长度是信息点阵图形的单位长度，并且要求信息点梯形的两个斜边的延长直线通过信息点阵图形的中点。对于每层两侧，不够填下一个点，而又空白的区域，用白色区域填充，当白色区域的面积大于等于单位长度正方形面积的一半时，可以考虑其与临近三角区域的同层的白色区域建立成一个信息点，这样可以最大限度的利用信息点阵图形数据区域的有效面积；第二种放置方法是，每层放置奇数个信息点，中点的信息点的中线延长线需要通过信息点阵图形的中心，每层每个信息点的形状均为边长为单位1的等边直角矩形，中间信息点位置确定后顺次向两边延伸，当信息点排布到等腰三角形腰线的时候，如果无法再完整一个信息点，那么计算最后一个信息点与等腰三角形腰线所包围的区域的面积，如果大于等于单位长度正方形面积的一半时，则将其与临近层的连接区域整合成一个独立的信息点，由此充分利用信息点阵图形数据区域的面积。对于圆形搜索区域的信息点阵图形，周边按照搜索区域圆心为标准，建立从搜索区域外围开始的圆半径步进频率为单位1的同心圆数据区域。在呈环状的信息点阵图形中，选取一条原点为圆心的射线，此射线穿过环状区域留下的直线段作为环状数据信息区域的其实位，从起始位开始，每层设立独立于其他层的信息点排布。每个信息点的规则如下环状数据信息区域中的每个信息点可以是单位长度直角等边矩形，也可以是一弧形。如果为单位长度直角等边矩形，那么在从该层起始位置开始紧凑排布，一直到无法放置下一个完整的单位长度直角等边矩形为止，余下的面积用白色填充，需要注意的是此时每层的宽度，也就是相邻同心圆半径之差会略大于一个单位长度。如果选择弧形作为信息点的形状，则要求其每个信息点的弧形中位线的长度为单位1，然后由该层起始位置顺序排布，直到无法放置下一个完整的弧形，余下的面积用白色填充。由此一来，以由搜索区域所确定下来的信息点阵图形中心而扩散出来的数据区域就可以最大限度的存储信息点，由此代表目标存储的信息。由于，针对一种数据区域形状所得到的各层中每个信息点与中心点的相对位置是固定的，所以，只要确定了中心点的位置，从分析搜索区域而得到的单位长度和旋转角度，就可以依据实现计算好的每个信息点相对中心点的变化尺度，直接使用在实际图形上，快速得到数据点的准确位置，由此在图像中判断数据点所代表的信息。信息点阵图形在数据区域上的优点在于其能够通过搜索区域快速得到完整数据区域的关键点坐标，使得信息提取过程中减少了空间复杂度和时间复杂度，可以满足低运算能力处理环境的需求。同时，由于搜索区域的位置是靠中心点来确定的，这就使得限定在一个很小的区域内，其实际的偏差量小于单位1，而通过对数据区域信息点的设计，其每个点的都相似于一个边长单位1的等边直角矩形，所以可以最大限度得到每个数据区域的准确信息。数据区域的格式设计的目的就是在于，将每个点的中心和其四周所有点的中心距离近似保持在单位1，这样就可以最大限度避免图像阀值分割质量带来的影响。
请参阅图9-图11所示，是本发明的同步区域结构示意图。同步区域的主要目的在于能够对搜索区域得到的信息点阵图形的位置，长度，旋转角度进行矫正，确保更准确的得到数据区域每个信息点的准确坐标。同步区域是一个有这已知变化规律的区域，这种已知的变化规律可以由生成时任意指定，而不局限于黑白信息点间隔出现。由于需要通过对同步区域内黑白点阵排列规律的提取来对图形基本信息进行矫正，所以需要将同步区域内部的单位信息点的尺寸和形状与数据区域信息点保持一致。同步区域的位置在偶数边等边多边形和圆形信息点阵图形中有所不同，下面分别说明在偶数边等边多边形中，同步区域可以放置在搜索区域的外层，也可以放置在数据区域的外层，同时可以将同步区域放置在距离搜索区域外层某一个层数的位置，这时同步区域和搜索区域外层之间还有固定的几层可以作为数据区域，同时同步区域外侧可以继续延伸数据区域的内容。为了能够更精确的得到信息点阵图形的基本数据，那么可以采用多个同步区域的方法，对搜索区域得到的数据进行多次同步矫正，得到最准确的数据区域信息点坐标位置。对于数据区域为圆形的情况，与偶数边等边多边形相同，可以按照任意要求设定同步区域的特点和位置，所不同的是，圆形区域需要在其数据区域起始位上做同步区域。具体规则是，由于对于圆形数据区域每层都有一个起始位，同时所有数据区域的每层的数据起始位置都相同，所以将同步区域设定位每层的数据区域起始位，由此可见在圆形数据区域中存在一个排列在过圆心直线上的为数据区域每层起点的同步区域。利用其排列的特殊性和已知性，便可以确定数据区域的开始，并可以以此进行数据区域的解码处理。同时偶数边等边多边形也可以采用这种方法来确定数据区域处理的起始点。信息点阵图形的同步区域可以灵活适应不同的应用，对于要求图形单位点阵较大，而总体提供的图形面积又有限的情况，可以考虑不使用同步区域，以此来减少整体图形面积，当然这样的问题也就是在于需要在后期的解码算法上矫正信息点位置的信息，可能会降低解码的成功率和效率。对于要求能够准确得到数据区域信息点分布的应用，同时在信息点阵图形面积要求不是很苛刻的情况下，可以考虑增加多组多位置的同步区域。
请参阅图13所示，是本发明的信息点阵图形生成方法的流程示意图。其主要包括以下步骤获得原始信息步骤S10；实施编码策略步骤S11；实施安全策略步骤S12；生成RS纠错码步骤S13；数据散列步骤S14；生成信息点阵图形步骤S15。
获得原始信息步骤S10，即输入转换为信息点阵图形的原始信息。可被接受的原始信息包括基本ASCII码表0-127的所有字符，以及GB2312字符集中所有中文字符，在转换为扩展ASCII码后进行编码。以数据1为例，将一个16位的数据区中，最开头两位填充这条应用的类型，如“00”，最后一位填写识别码0，余下的位，在数据前添加0后将其填充满。对于此例，则填充“00000000000001”。然后将数据按照ASCII扩展到byte数组中
＝48[1]＝48[2]＝48[3]＝48[4]＝48[5]＝48[6]＝48[7]＝48[8]＝48[9]＝48[10]＝48[11]＝48[12]＝48[13]＝48[14]＝49[15]＝48实施编码策略步骤S11，编码的意图即是将原始数据转换为纠错码生成系统可使用的输入字符序列，并同时尽可能的对数据进行压缩，以提高数据存储密度，提供高容量的信息点阵。
信息点阵图形提供多种基本编码策略，允许选择使用，也可以结合使用。因为针对不同的数据段，其效率最高的编码策略可能是不同的。如果不选择具体的编码方案，则有系统在编码前分析原始信息，自行决定采用哪种策略或哪几种策略进行编码。
编码过程结束后，输出“中间码元序列”。当没有选择信息点阵图形的尺寸时，根据该序列的长度为其选择最小匹配尺寸。针对超过255个码元的长码元序列，系统自动以255为单位将其划分为多个数据序列。
实施安全策略步骤S12，即对“中间码元序列”进行安全策略处理，按照预先设定的好的安全策略进行加密处理，可以使用对称或非对称密码算法对“中间码元序列”进行信息安全保护。
在本例中，则对其进行编码压缩后得到如下数列
＝130[1]＝130[2]＝130[3]＝130[4]＝130[5]＝130[6]＝130[7]＝140生成RS纠错码步骤S13，纠错码采用BCH码的子类——Reed Solomon码实现。RS不但继承了BCH纠错能力可控的特性，而且由于其自身的特性，使得其编码、解码速度都比常以往的码要快，为性能受限设备上的编/解码操作提供了可能。纠错码计算模块对每个长度不超过255的数据码元序列计算RS纠错码，并将生成的纠错码连接在数据码元序列后以形成最终的码元序列。对于上面得到的“中间码元序列”在进行RS编码后得到如下数列
＝130[1]＝130[2]＝130[3]＝130[4]＝130[5]＝130[6]＝130[7]＝140[8]＝46[9]＝176[10]＝118[11]＝75[12]＝180[13]＝90[14]＝105[15]＝212[16]＝182 ＝69数据散列步骤S14，按照中心扩散散列算法，将包含数据及纠错码的码元序列散列到选定大小的信息点阵图形中，添加中心定位标志及识别边界，最终生成信息点阵图形。在本例中，对其信息进行的扩散散列算法后得到的结果如下{1，0，0，1，0，0，0，0，1，0，0，1，1，0，0，}，{1，0，1，0，1，1，1，0，0，1，0，0，0，0，1，}，{1，0，0，1，1，1，0，1，0，0，0，0，0，0，0，}，{0，1，0，1，1，0，1，0，1，1，1，1，0，1，0，}，{1，1，1，1，0，0，0，1，0，0，1，1，1，0，1，}，{1，1，0，1，0，1，0，1，1，1，0，1，0，0，1，}，{0，1，0，1，0，1，0，0，0，1，0，1，1，0，1，}，{1，0，1，0，0，1，0，1，0，1，0，1，0，0，0，}，{0，0，0，1，0，1，1，0，0，1，0，1，0，1，0，}，{1，0，1，0，0，1，1，1，1，1，0，1，0，1，1，}，{0，0，0，1，0，0，1，0，0，0，1，0，0，1，1，}，{1，0，0，1，0，1，1，1，1，1，1，1，0，0，1，}，{0，1，1，0，1，1，1，0，0，0，1，0，0，0，1，}，{1，1，0，1，0，0，1，0，0，0，1，0，0，0，0，}，{1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，1，1，0，0，1，}生成信息点阵图形步骤S15，将以上数据按照图形设计规范录入到数据区域，再按照要求增加搜索区域、同步区域亦即对准区域，即可最终得到如下信息点阵图形，如图16所示。
概括来讲对于编码过程，首先输入原始信息序列，选择性输入信息的编码策略、安全策略、信息点阵图形的尺寸，如果不输入，系统将自动为其选择。经过编码、安全加密、生成纠错码、散列、填充等步骤，最终生成信息点阵图形。
请参阅图14所示，是本发明信息点阵图形的信息识别流程图。其主要包括以下步骤获得包含信息点阵图形的图像S20；识别搜索区域特征S21；获得信息点阵图形特征值S22；按照数据点排列规律获得信息矩阵S23；矩阵散列还原数据S24；RS纠错S25；安全策略解码S26；解码策略获得原始信息S27；输出原始信息S28。
获得包含信息点阵图形的图像S20，进行图像信息提取的过程，首先就是利用信息点阵图形的对准区域，将图像对准以便识别。在本例中，采用的是横纵中轴线方向的指向型对准区域。当使用者利用识别设备，从程序的实时监视窗口中看到信息点阵图形时，将其位于上下左右四个位置的指向型对准区域指向程序窗口四周的对准目标，即可获得理想的识别图像，请参阅图12所示。
识别搜索区域特征S21，通过性能受限设备，例如手机，取得含有信息点阵图形的图像，对其进行分析、识别，取得其对应的点阵信息矩阵。由于本解码过程采用的是创新性的远程解码过程，在性能受限的识别终端设备、窄带网络通讯环境以及高效率中心服务器的各自长短处进行了优化整合，使得各部分发挥最佳的性能。在性能受限的识别终端，主要考虑完成对图像的信息提取工作。其主要工作就是获得包含信息点阵图形的图像、对其图像进行中识别搜索区域特征，如果识别搜索区域特征失败，则解码过程结束，并在识别终端上给出结束信息，当识别搜索区域特征成功时，则进行获得信息点阵图形特征值S22，并按照数据点排列规律获得信息矩阵S23。上述的步骤S20～S23在识别终端上进行。
当通过识别终端得到信息点阵图形所代表的数据矩阵后，将其通过发送到远程解码服务器上，远程解码过程开始对所收到的信息矩阵进行纠错、解码以及安全解密等工作，如果能够成功得到原始信息则将结果发送回识别终端，告知识别终端进行输出。如果通过纠错或者解密过程发现所得到的信息存在问题，则将问题发送回识别终端。
在本例中，受限设备从图像中获得如下数据，并发给服务器端{1，0，0，1，0，0，0，0，1，0，0，1，1，0，0，}，{1，0，1，0，1，1，1，0，0，1，0，0，0，0，1，}，{1，0，0，1，1，1，0，1，0，0，0，0，0，0，0，}，{0，1，0，1，1，0，1，0，1，1，1，1，0，1，0，}，{1，1，1，1，0，0，0，1，0，0，1，1，1，0，1，}，{1，1，0，1，0，1，0，1，1，1，0，1，0，0，1，}，{0，1，0，1，0，1，0，0，0，1，0，1，1，0，1，}，{1，0，1，0，0，1，0，1，0，1，0，1，0，0，0，}，{0，0，0，1，0，1，1，0，0，1，0，1，0，1，0，}，{1，0，1，0，0，1，1，1，1，1，0，1，0，1，1，}，{0，0，0，1，0，0，1，0，0，0，1，0，0，1，1，}，{1，0，0，1，0，1，1，1，1，1，1，1，0，0，1，}，{0，1，1，0，1，1，1，0，0，0，1，0，0，0，1，}，{1，1，0，1，0，0，1，0，0，0，1，0，0，0，0，}，{1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，1，1，0，0，1，}利用与编码过程完全相同的散列算法将点阵信息矩阵还原成码元序列，即矩阵散列还原数据S24。本例中即得到
＝130 ＝130[2]＝130[3]＝130[4]＝130[5]＝130[6]＝130[7]＝140[8]＝46[9]＝176[10]＝118[11]＝(87)[12]＝180[13]＝90[14]＝105[15]＝(253)[16]＝182[17]＝69然后，进行RS纠错S25，使用RS解码算法对码元序列进行差错纠正。纠错算法对信息本身的缺失具有很高的修复能力，但也与在进行纠错编码时所选择的纠错方法和级别有关，当且仅当错误数量在纠错能力范围内时，可以得到完整的“加密中间码元序列”。如果，RS纠错失败，则解码过程结束，并在识别终端上给出结束信息；在本例中，获得的RS码与原信息有误，通过比较原始信息可看到其中用括号标注的信息发生了错误，但是通过纠错算法，依然获得了正确无误的“中间元码序列”，如下所列
＝130[1]＝130[2]＝130[3]＝130[4]＝130[5]＝130[6]＝130[7]＝140接下来，进行安全策略解码S26，对做得到的“加密中间码元序列”进行解码安全策略，按照预先设定好的密码方案对其进行解密处理，如果可以正确解密那么则会得到“中间码元序列”。在本例中获得如下数据
＝48 ＝48[2]＝48[3]＝48[4]＝48[5]＝48[6]＝48[7]＝48[8]＝48[9]＝48[10]＝48[11]＝48[12]＝48[13]＝48[14]＝49[15]＝48然后，解码策略获得原始信息S27，解码模块根据数据码元中的提示字符，确定该段码元所使用的编码策略，并对其进行解码操作，最终合并所有零散的信息段，组成原始信息序列。至此，一个解码过程完毕。本例中即可得到1这一数据。
最后，将得到的原始数据发送到识别终端，输出原始信息S28。
概括来讲对于解码过程，输入信息点阵图形，系统识别图像，取得其对应的数据矩阵，利用与编码过程相同的散列算法将数据还原为码元，使用RS码进行纠错，如果成功使用适当安全策略和解码策略进行解码得到原始信息序列，否则解码失败。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种高效信息点阵图形，其特征在于其包括搜索区域，位于在该信息点阵图形中心；数据区域，位于搜索区域外围；同步区域，位于上述的数据区域和搜索区域之间，或者位于数据区域之外；以及水平旋转对准区域，位于该高效信息点阵图形的最外层。
2.根据权利要求1所述的信息点阵图形，其特征在于其中所述的搜索区域是由数个黑白相间的圆环或者偶数正多边形环所构成。
3.根据权利要求2所述的高效信息点阵图形，其特征在于其中所述的黑白相间的圆环或者偶数正多边形环具有相同的宽度。
4.根据权利要求1所述的高效信息点阵图形，其特征在于其中所述的数据区是由数个黑色和数个白色的点阵所构成。
5.根据权利要求1所述的高效信息点阵图形，其特征在于其中所述的水平旋转对准区域的宽高比例为4∶3。
6.根据权利1-5任一项所述的高效信息点阵图形，其特征在于其中所述的同步区域和搜索区域是同心的正多边形或者同心的圆形。
7.一种权利要求1所述的高效信息点阵图形的生成方法，其特征在于其包括以下步骤获得原始信息步骤，将原始数据转换为输入字符序列；实施编码策略步骤；实施安全策略步骤；生成RS纠错码步骤；数据散列步骤；以及生成信息点阵图形步骤。
8.根据权利要求7所述的高效信息点阵图形的生成方法，其特征在于其中所述的生成RS纠错码步骤，该纠错码采用BCH码的子类——ReedSolomon码实现。
9.一种权利要求1所述的高效信息点阵图形的信息识别方法，其特征在于其包括以下步骤获得包含信息点阵图形的图像(S20)；识别搜索区域特征(S21)；获得信息点阵图形特征值(S22)；按照数据点排列规律获得信息矩阵(S23)；矩阵散列还原数据(S24)；RS纠错(S25)；安全策略解码(S26)；解码策略获得原始信息(S27)；输出原始信息(S28)。
10.根据权利要求9所述的高效信息点阵图形的信息识别方法，其特征在于其中所述的步骤矩阵散列还原数据(S24)；RS纠错(S25)；安全策略解码(S26)；以及解码策略获得原始信息(S27)是可以在服务器上进行的。
全文摘要
本发明涉及一种高效信息点阵图形及其生成和解码方法。该高效信息点阵图形包括水平旋转对准的区域，搜索区域，同步区域以及数据区域。其生成方法包括原始信息的数据整理、信息安全处理过程、纠错编码过程、生成点阵矩阵以及信息点阵图形的图形生成。信息点阵图形的解码方法包括信息点阵图形信息矩阵的提取、信息矩阵纠错方法以及解码输出结果数据的过程。该信息点阵图形由于采用的是创新的中心搜索方法，所以可以快速精确的确定信息点阵图形在目标图像中的位置、角度、尺寸等关键信息。同时，由于采用了外围水平旋转对准区域，使得可以快速准确得到方位正确并且没有形变的信息点阵图形。
文档编号G06K7/00GK101086761SQ20061008733
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者姜晓航, 王曦 申请人:姜晓航, 王曦