高容量二维彩色条形码和用于解码其的方法
【技术领域】
[0001] 该发明涉及二维（2D)彩色条形码，并具体地，其涉及二维彩色条形码的结构以及 用于解码其的方法。
【背景技术】
[0002] 条形码是数据的光学机器可读表示。2D彩色条形码由按照二维方式（即，沿着水 平和垂直方向两者）排列的小正方形或矩形单元形成，并且对于每一单元使用一个颜色。 不同颜色表示不同数据值。条形码的数据容量和单元数目和颜色数目之间的关系能表达为 [0003] 数据容量=(单元数目）X Iog2 (颜色表示的数目）
[0004] 使用小单元尺寸和更多颜色表示的条形码设计能实现给定区域中的相对高的数 据容量。然而，各种因素限制单元能成为多么小。
[0005] 数字打印机的信道偏移是硬件缺陷（imperfections)引起的必然效应。信道表示 打印机使用的不同原色（例如，青、品红、黄和黑或者CMYK);信道偏移表示以下事实，即，当 使用不同原色来打印具有相同位置值的像素时，所打印的像素的实际位置可以不是十分相 同。偏移量可以是全局的（即，跨越整个图像的相同偏移）和/或局部的（即，它们在页面 的不同区域中可以是不同的）。当条形码单元小时，信道偏移效应可显著影响结果，促使相 邻单元之间的间隔改变，并且单元甚至能彼此合并。
[0006] 而且，单元的颜色密度取决于单元面积。小面积的颜色密度当与大面积的颜色密 度相比时相对低，这可引起对于具有小单元的条形码的颜色确定的难度。
[0007] 此外，不同打印机和扫描仪的工作条件可变。不同打印机将具有不同输出，同样不 同扫描仪将具有不同输出。工作条件也可以随着时间改变，使得来自一个打印机或一个扫 描仪的输出在不同时间也可以改变。
【发明内容】
[0008] 本发明的实施例提供了 2D彩色条形码布局的设计、以及能解码条形码以降低扫 描仪和打印机的条件的变化的影响的鲁棒算法。
[0009] 本发明的目的是提供高容量2D彩色条形码设计、和在上面讨论的打印机和扫描 仪的物理限制下工作良好的用于解码条形码的鲁棒方法，方法能不管来自扫描仪和打印机 的变化而降低解码的误差率。
[0010] 本发明的附加特征和优点将在接下来的描述中阐明并且部分将根据该描述而清 楚，或者可通过本发明的实践得知。本发明的目的和其他优点将通过在书写的描述及其权 利要求以及附图中具体指出的结构来实现和达到。
[0011] 为了实现这些和/或其他目的，如实施和广泛描述的那样，本发明提供了一种打 印二维彩色条形码，包括：多个数据单元，每一数据单元具有多个原色之一，所述数据单元 具有相同尺寸，并被排列以形成包括被空白隔开的多列和多行的二维阵列；位于该条形码 的角落处的多个角落定位器单元，所述角落定位器单元具有黑色并具有比数据单元的尺寸 大的尺寸；和多个边界参考单元，每一边界参考单元具有多个原色之一，所述多个边界参考 单元被排列以形成位于所述角落定位器单元之间并基本上环绕所述数据单元的二维阵列 的四个边界，并且两个角落定位器单元之间的每一边界中的边界参考单元具有包括所述多 个原色的预定重复颜色序列。
[0012] 在另一方面中，本发明提供了一种用于解码扫描图像中的二维彩色条形码的方 法，该条形码具有已知布局，该已知布局包括形成二维阵列的多个数据单元，该二维阵列 包括被空白隔开的多列和多行、位于条形码的角落处的多个角落定位器单元、以及形成位 于角落定位器单元之间并基本上环绕所述数据单元的二维阵列的四个边界的多个边界参 考单元，每一数据单元和边界参考单元具有多个原色之一，所述数据单元和一些边界参考 单元具有相同尺寸，所述角落定位器单元具有黑色以及比数据单元的尺寸大的尺寸，两个 角落定位器单元之间的每一边界中的边界参考单元具有包括所述多个原色的预定重复颜 色序列，该解码方法包括：(a)使用角落定位器单元的位置来计算所有数据单元和边界参 考单元的中心位置；(b)使用所有边界参考单元，计算在沿着每一边界的多个位置处的每 一原色的信道偏移；（C)通过对具有相应原色的所有边界参考单元中的像素的颜色值求平 均，来计算每一原色的参考颜色值；（d)对于该数据单元阵列的区域内的每一像素：(dl)计 算多个色差值，每一色差值是该像素的颜色值与原色之一或白色的参考颜色值之间的色 差；（d2)基于所述色差值，计算针对所述多个原色的多个像素颜色概率，每一像素颜色概 率代表像素是对应原色的概率；(e)对于每一数据单元：（el)计算与所述多个原色对应的 单元的多个预测位置，每一预测位置通过向步骤（a)中计算的数据单元的中心位置添加对 应原色的局部信道偏移来计算，其中所述局部信道偏移通过内插在步骤（b)中计算的沿着 四个边界的多个位置处的对应原色的信道偏移来计算；(e2)计算针对所述多个原色的多 个单元颜色概率，每一单元颜色概率代表数据单元是对应原色的概率，每一单元颜色概率 通过在位于具有数据单元的尺寸并且以对应原色的预测位置为中心的区域中的像素上、对 针对对应原色的像素颜色概率求和来计算；（e3)通过比较针对所述多个原色的多个单元 颜色概率，来确定数据单元的颜色；和（f)将数据单元的颜色变换为数字数据。
[0013] 在另一方面中，本发明提供了运行以上处理的数据处理设备。
[0014] 应理解的是，以上一般描述与以下详细描述是示范性和解释性的，并意欲提供要 求保护的本发明的进一步解释。
【附图说明】
[0015] 图1描绘了根据本发明实施例的彩色条形码布局。
[0016] 图IA(用颜色）描绘了根据本发明实施例的一个示范彩色条形码和相邻条形码的 部分。
[0017] 图2、2A和2B示意性图示了根据本发明实施例的条形码解码方法。
[0018] 图3示意性图示了其中可实现本发明实施例的数据处理设备。
【具体实施方式】
[0019] 图1描绘了根据本发明实施例的示范彩色条形码的布局。该彩色条形码包括形成 二维阵列的多个数据单元11，每一单元具有多个颜色之一。在优选实施例中，所述多个颜色 是青（C)、品红（M)、黄⑴和黑（K)，并且每一单元能代表2比特信息。CMYK是打印机中使 用的原色，并且它们中的每一个由一种彩色墨水打印并被称为颜色信道。所以，利用一种墨 水打印条形码中的每一单元，并且每一单元的颜色将是均匀的。每一单元具有定义的尺寸， 并且单元被隔开定义的距离。优选地，这些单元是正方形形状，形成沿着垂直和水平方向对 准的列和行，并且行距离和列距离相等。在一个特定实施例中，单元尺寸是3 X 3像素，并且 单元之间的距离（空白的宽度）是水平和垂直方向两者的2个像素。
[0020] 条形码具有位于条形码的角落的四个角落定位器单元12、以及在位于角落定位器 之间的条形码的四边的每一边上的一排边界参考单元13A、13B，使得数据单元11的阵列位 于边界之内。能在解码期间使用以给出条形码的四个角落的地点的角落定位器12优选在 颜色上是黑色的并且大于数据单元。在该示例中，它们的尺寸是13X13像素，即，它们的尺 寸对应于内部阵列中的数据单元的3X3块。较大尺寸使得它们相对易于定位。
[0021] 边界参考单元13A、13B包括按照预定义颜色序列排列的青、品红、黄和黑参考单 元。所述参考单元能提供在解码处理中有用的信道偏移（全局和局部）信息以及颜色信息。 在一个实施例中，青、品红、黄和黑参考单元13A和数据单元11具有相同尺寸，使得这些参 考单元的颜色密度与数据单元的颜色密度相似，而黄参考单元13B比数据单元长。这是因 为黄色与白背景接近，并且更难以精确检测。在该示例中，黄参考单元13B的尺寸是3x13 或13x3像素；即，它们的尺寸对应于内部阵列中的数据单元的1x3或3x1块。边界参考单 元13A、13B彼此隔开，并与角落定位器12隔开比内部数据单元阵列中的单元分隔更大的距 离，以便避免参考单元的潜在重叠。在该示例中，两个相邻参考单元之间、角落地点和相邻 参考单元之间、以及参考单元与相邻数据单元之间的距离（空白）是7像素；该距离对应于 内部数据单元阵列中的两列（或行）之间的距离，如果去除每一其他列（或行）的话。
[0022] 在该示例中，边界参考单元的预定义颜色序列是Y、K、M、K、C、K、......的重复序 列；即，每一其他参考单元是黑，并且黑参考单元之间的参考单元形成重复颜色序列（黄单 元变得更大）。按照该方式排列的四排边界参考单元沿着角落定位器之间的条形码的四边 的整体长度延伸。这允许在条形码的不同区域中测量参考单元的信道偏移，并用来估计条 形码中的任何位置处的数据单元的局部信道偏移。
[0023] 设计不对称性，使得四个角落定位器之一能与其他角落定位器区分，这在解码处 理中有用。这可按照任何适当的方式实现。在一个示例中，通过