电子车票系统中二维码识别准确率的研究

【摘 要】本文的电子车票业务以二维码技术及手机支付技术为基础，从如何提高二维码电子凭证识别准确率出发，分析传统的识别技术的不足，考虑手机屏幕的磨损及屏幕保护膜的因素，提出“边框对比三倍均衡算法”，可以有效解决屏幕磨损及磨砂贴膜情况下的二维码电子凭证识别准确率问题，对于二维码电子凭证业务的推广应用具有借鉴作用。

【关键词】二维码 磨砂保护膜 屏幕磨损 电子凭证

一、研究背景与现状

随着手机发展，手机的应用不仅只限于简单通话和发信息了，也可应用到各个领域中去。笔者所在的江门移动公司与汽运集团合作开发了全国第一套基于二维码电子凭证技术的电子车票系统，并成功的进行了商用。通过研究二维码的编码及识别算法，有效的提高二维码电子凭证的识别准确率，在手机屏幕2级以上磨损及安装了磨砂保护膜的情况下，二维码电子凭证识别准确率超过99%。

二、二维码电子车票系统介绍

客户登录电子车票票务系统，购买车票后，系统将生成一个包含乘车信息的二维码凭证，并以彩信的形式发到客户的手机上。客户在乘车前，在专用设备上扫描手机上的二维码凭证，验证通过后可以乘车。

三、国内技术对比

手机二维码的应用有两种模式：主读与被读。目前国内二维码在手机方面主要应用在是主读模式。在被读模式下由于手机上显示信息需要经过手机屏幕，部分手机还外加了一个保护膜，这样屏幕的反光度、弧度、透明度、保护膜的厚度、颗粒程度、磨损程度对会对二维码的识别产生影响，市面上的二维码识别设备没有考虑到手机屏幕的影响，识别准确率较低，目前主要应用在电子飞机票方面，针对商务人士使用。

在国内针对手机二维码信息识别的研究才刚刚起步，市场面上产品在识别方面的算法主要是基于直方图均衡化算法。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。相当于增加了象素灰度值的动态范围从而达到增强图像整体对比度的效果。直方图均衡化算法能改善二维码信息的识别准确率，但没有专门针对手机屏幕磨损情况下及磨砂屏幕保护膜的识别情况进行处理，在手机屏幕磨损达到2级或以上或手机有磨砂屏幕保护膜的情况下，识别准确率约为80%。

四、二维码Data Matrix格式介绍

电子车票系统使用Data Matrix格式，该格式的特点是尺寸与其编入资料量相互独立的特点，其最小尺寸是目前所有条码中最小的，具有固定的寻边区，编码具有较强的纠错能力。

数据区是Data Matrix二维条码中包含实际内容的区域，它的每一个黑白小方格表示一个数据单位，通常黑色代表“1”，白色代表“0"，对应相应的码字的各个字节位。黑白小方格构成了数据区对应所有码字的各个位，对数据区进行解码就可以得到二维码携带的实际内容。

五、影响二维码识别准确率的因素

（一）屏幕磨损

手机中在使用过程中，非常容易发生的情况就是手机外壳的屏幕磨损，出现刮花、裂痕、老化等，这对二维码凭证的识别有非常大的影响。屏幕磨损是二维码电子凭证识别过程中的难点。

为了便于理解，把屏幕磨损情况进行分析，归纳为五个等级：1.0级磨损：看不到划痕，屏幕光滑，具有良好的可用性。2.1级磨损：有轻微划痕，划痕不明显，不影响手机的正常使用。3.2级磨损：明显划痕，划痕清晰可见，但不影响手机的正常使用，划痕占到屏幕总面积20%以下。4.3级磨损：屏幕模糊，有很多明显划痕，划痕占到屏幕总面积的20%以上。5.4级磨损：屏幕有严重划痕，表现为：屏幕碎裂或有裂纹。1级磨损不影响手机的正常使用，磨损当屏幕磨损为2、3、4级时，有可能超出了二维码自身的纠错，导致识别结果错误。

（二）手机贴膜

磨砂贴膜由于磨砂表面的颗粒性，会对识别器所发出的光产生漫反射，使得光线散开，会影响到识别的准确度。当手机屏幕上增加了磨砂防护膜后，识别器识别出的图像有大量干扰信息，难以识别出有用的二维码信息。

六、“边框对比三倍均衡”算法介绍

“边框对比三倍均衡”算法分为四个步骤：

（1） 直方图均衡化，取出噪音。

（2） 尺寸标准化（三倍均衡），识别的图像整理为72*72尺寸。

（3） 寻边区定位，把寻边区从图片中区分出来，计算出寻边区的灰度值。

（4） 静态锐化，通过寻边区的灰度，对图片有用信息进行锐化。

考虑到目前手机屏幕最小分辨率达到120x120，在编码时使用72*72的矩阵来表示24*24的二维码。用3*3=9个像素表示一个数值，二维码电子凭证的实际大小为72x72。

在识别过程中，以3*3为单位分组进行识别，每组的数值取该组的平均值，在译码环节，把72x72的尺寸缩小到24x24的尺寸，完成译码。三倍均衡相当于规定了手机中二维码电子凭证的尺寸，以3*3为单位分组进行处理。这样相当于扩大了9倍的纠错能力。

“边框对比三倍均衡”算法的识别成功率达到了100%，在商用环境下识别准确率达到了99.9%。

结束语

本文以探讨实际应用为目的，通过对影响手机上二维码识别的因数分析，提出了提高二维码识别准确率的方法，并进行了实际的应用。

参考文献：

[1]Pavlidis T，Swartz J.Fundamentals of bar code information theory[J].IEEE Computer，1990，23（4）：74-86.

[2]Information technology―International symbology pecification―Data Matrix[S].INTERNATIONAL STANDARD ISo，mC 16022：2000，2004-05―15.