如何完善 QR 码质量

关键要点

以下向您介绍关于完善 QR 码的知识：

了解 QR 码组成部分，如静区、定位图案和对齐图案。
了解 ISO 关于可读性和错误纠正的分级标准。
了解对比度和调制如何影响 QR 码性能。
了解针对不同应用优化 QR 码的技术。

什么是 QR 码？

Masahiro Hara 开发了快速响应系统符号，也就是更为人熟知的 QR 码，旨在加快汽车零部件上的读码速度。他不仅达成了目标，还收获了更多；由于该技术相较于传统条码具有诸多优势，因此成为了 ISO 标准。具体优势包括：

解码速度最高提升 10 倍
更大的数据存储容量
灵活的尺寸
任何方向上的可读性
即使多达 30% 的条码受损，仍具有可读性

不过，这些优势取决于 QR 码的质量。为内部或公共用途生产 QR 码的公司需要确保 QR 码易于解码，而做到这一点的最佳方式是使用条码验证器。条码验证器通过测试多个参数来分析 QR 码，以确定整体质量等级。

在深入探讨分级流程之前，让我们先回顾一下 QR 码的各个部分。

large-QR Code Structure_04.webp

了解 QR 码的结构

静区：条码边缘周围的空白区域，有助于将条码与附近的设计元素或标记区分开来。在针对 QR 码的 ISO 16480 标准中，最小尺寸为 1 个模块（即码中最小方块的尺寸）；而在针对旨在于移动设备上读取的 QR 码的 ISO 18004 标准中，最小尺寸为 4 个模块。

定位图案： 三个完全相同的嵌套的黑白方块，能让扫描仪更快速、更轻松地确定方向和读取条码。

对齐图案： 较小的黑白嵌套方块，确保即使条码偏斜或位于曲面上也可以被读取。这些方块指示读码器软件将网格放置在何处。

码越大，所需的对齐图案就越多。
超过 45 个模块的 QR 码需要多个对齐图案。

定时图案：连接三个定位图案方块的 L 形线条，有助于读码器确定模块的尺寸及数据所在的位置。

格式信息： 码中明确指定错误容限和数据掩模图案的特定区域。

版本信息： 条码中的特定区域，可用于识别该条码使用 40 种版本 QR 码中的哪一种，以及符号中所使用的数据掩模、错误纠正级别和链接值。与额外的对齐图案一样，此信息仅列在大于 45 x 45 模块的符号中。

数据和校正密钥： 条码的大部分区域，使用浅色和深色模块进行数据和错误纠正。

错误纠正功能可实现条码中即便有 30% 的区域受损仍能被解码。

QR 码分级流程

QR 码根据解码过程的步骤进行分级。详细信息在针对标签印制条码的 ISO 15415 标准以及针对直接部件标记码 (DPM) 的 ISO 29158 标准中进行了阐述。

符号读取软件通过确定位于 QR 码角部的三个较大定位图案来开始解码。定位到这些图案后，时钟轨迹与对齐图案便会构建字符网格。每个模块的颜色都在网格线的交叉点处进行测量（该交叉点靠近模块中心），并将测得的颜色与模块应有的颜色进行比较。

用于颜色测量的圆形采样

模块的颜色在称为光圈的圆形样本中进行测量，该圆形样本的中心位于网格线的交叉点上。由于图像在光圈内通常具有不同的灰色阴影，因此读码器会根据该区域内的平均颜色来评估模块。

QR Color.avif

确定深色或浅色模块

码中所有模块的平均值会在称为直方图的图形上进行绘制。然后，码中深浅两个级别中间的灰色值被设置为全局阈值。每个模块根据其颜色比全局阈值浅还是深而被解释为“浅色”或“深色”。这使读码器能够适应不同的光照条件和印刷背景。

QR 码模块分级

一旦确定模块为深色或浅色，就会对其实际颜色级别进行评估，以查看其与全局阈值的接近程度。与全局阈值的距离越远越好：浅色模块应属于图像中最亮的区域，而深色模块应接近最暗的区域。

为了体现这一点，模块会根据其与直方图中间值的距离获得更高的等级，而距离全局阈值越近则等级就越低。

QR 码的总体等级取决于其所有组成部分的等级：定位图案、时钟轨迹、版本信息块、格式信息块、对齐图案和常规数据模块。

每个模块的分级规则各不相同，具体取决于它们对 QR 码可读性的影响程度。

定位图案分级参数

Finder grader pattern.avif

确定单元格颜色后，解码过程中的下一阶段是识别定位图案：

定位图案的等级分配：

0 个不正确的模块-A
1 个不正确的模块-B
2 个不正确的模块-C
3 个不正确的模块-D
4 个或 4 个以上不正确的模块 -F

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定时图案

定时图案：水平和垂直时钟轨迹

Timing pattern Qr.avif

基于时钟轨迹的等级分配

0 个不正确的模块-A
≤ 7% 不正确的模块-B
≤11% 不正确的模块-C
≤14% 不正确的模块-D
> 14% 不正确的模块-F

对齐图案

Alignment Patterns QR.avif

对每个对齐图案进行检查，以查看其是否包含任何不正确的模块，然后根据存在错误的对齐图案所占的百分比进行分级。如果只有一个对齐图案，则该图案的任何损坏都会导致评定为 F 级。

基于对齐图案的等级分配

0 个损坏的对齐图案-A
≤ 10% 损坏的对齐图案-B
≤ 20% 损坏的对齐图案-C
≤ 30% 损坏的对齐图案-D
> 30% 损坏的对齐图案-F

版本信息块

版本信息块仅出现在具有 45 x 45 模块或更多模块的 QR 码符号中。这些块在符号中的两个位置重复，以提供冗余保护，防止损坏。

基于版本信息块的等级分配

0 个不正确的模块-A
1 个不正确的模块-B
2 个不正确的模块-C
3 个不正确的模块-D
> 3 个不正确的模块-F

格式信息块

由于有两个格式信息块，因此格式信息块的等级是两个等级的平均值。如果其中一个损坏并获得 F 级，另一个获得 A 级，则格式信息块的总体等级将为 C 级。

基于格式信息块的等级分配

0 个不正确的模块-A
1 个不正确的模块-B
2 个不正确的模块-C
3 个不正确的模块-D
> 3 个不正确的模块-F

QR 码符号的其他分级参数

除了特定于 QR 码的图案外，对所有二维码进行分级时还使用以下参数。

解码成功

任何 QR 码都必须可按照 QR 码规范中给出的流程进行解码。任何损坏到无法解码的条码都获得 F 级。被成功解码的符号会获得 A 级，但符号的实际等级将取决于固定图案的等级或下述其他参数。

未使用的错误纠正

与大多数二维符号一样，QR 码符号包含错误纠正功能，即使某些模块无法读取，该功能也使解码器能够恢复数据位。然而，错误纠正功能仅限于一定数量的模块，所使用的错误纠正功能的百分比决定了未使用的错误纠正 (UEC) 的等级。

基于 UEC 的等级分配

≥ 62% 未使用的错误纠正-A
≥ 50% 未使用的错误纠正-B
≥ 37% 未使用的错误纠正-C
≥ 25% 未使用的错误纠正-D
<25% 未使用的错误纠正-F

轴向不均匀性

QR 码及其组成单元预计将会是。任何影响符号高宽比的失真均以轴向不均匀性 (ANU) 进行测量。ANU 的值通过将两个轴的长度之差除以这两个轴的平均尺寸进行计算。

基于 ANU 的等级分配：

≤ 6% ANU-A
≤ 8% ANU-B
≤ 10% ANU-C
≤ 12% ANU-D
> 12% ANU-F

网格不均匀性

解码过程会生成由相交线构成的网格，这些网格应位于模块的中心。理想情况下，网格在垂直和水平方向上呈现等距分布。

但在实际使用中，网格会适应时钟轨迹模块和对齐图案的位置，因此可能与理想网格不完全相同。

网格不均匀性 (GNU) 测量实际网格与理想网格的网格交叉点之间的最大差值（以 X 维度的百分比表示）。

基于 GNU 的等级分配

网格不均匀性等级的数量：

≤ 38% GNU-A
≤ 50% GNU-B
≤ 63% GNU-C
≤ 75% GNU-D
> 75% GNU-F

调制（MOD 和 RM）

调制是对数据模块的实际颜色与全局阈值及其预期颜色进行比较。越接近全局阈值，模块的不确定性就越大，该模块的等级也就越低。每个颜色等级的模块所占百分比决定了等级。思考调制的更简单方式是，将其视为存在对比度问题的局部区域。

由于 QR 码具有错误纠正功能，因此少数不确定的模块不会导致符号无法读取。然而，随着越来越多的模块变得不确定，该符号的读取难度越来越大，也更容易受到污垢或损坏的影响。

MOD 和 RM 的分级流程

为了生成调制等级，等级低于 A 的模块被计为错误，并且根据未使用的错误纠正公式计算出等级。然后，对等级低于 B、C 和 D 的模块重复该过程。等级计算方式为：“最坏情况下的最佳等级”，即对于每个限制等级，选择限制等级和 UEC 结果中的较低等级，而 MOD 或 RM 的最终等级为这些选择中的最高等级。