淺讀二維碼的印刷質量評估

■ 文/永發印務（東莞）有限公司　馬超、張朝忠

目前，二維碼的春風也吹到了煙草印刷包裝行業，國內已相繼有云南、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用二維碼，讓煙包也有了身份證。消費者可隨時查詢。可以說，二維碼在煙包上的應用勢在必行。

圖1是陜西中煙生產印制二維碼的好貓(長樂)香煙，通過手機掃一掃功能，即可查看產品真偽鑒別方法，確定產品真偽。

好貓長樂牌香煙

二維碼所在位置

圖1　陜西中煙好貓(長樂)香煙二維碼掃描后主要頁面

從圖1可以看到，消費者可以通過掃碼來了解產品真偽的鑒別方法，鑒別產品真偽，保護自己權益；還有一些產品例如川渝中煙生產印制二維碼的軟龍涎香嬌子產品，通過掃描二維碼，即可查看產品特色賣點，了解產品信息，反饋信息，保護自己的權益。同樣煙草公司可以利用大數據來評估產品的銷售情況，獲得客戶反饋，針對客戶的需求調整市場策略，實現精準營銷。而作為煙包印刷企業，更關注的是二維碼的印刷標準和印刷的質量要求，來更好的服務客戶。本文主要針對二維碼的起源、標準及質量指標等方面進行探究，以便為生產提供參考。

一、二維條碼概述

國家標準 《GB/T 12095-2000 條碼術語》中定義條碼：由一組規則排列的條、空及其對應字符組成的標記，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稱一維條碼，在二維方向上表示信息的條碼符號稱二維條碼 。

1987年由David Allals博士提出 Code 49堆疊式碼，隨后的1989年美國國際資料公司發明Data Matrix，并廣泛用于商品的防偽、統籌標識，1990年美國SYMBOL公司設計出 PDF417，PDF是英文“Portable Data File”的縮寫，寓意此碼是一個便攜式數據文件，現已廣泛地應用在國防、公共安全 、金融、海關及政府管理等領域。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碼，我們手機微信中的二維碼就是典型的QR碼 。

2005年我國自主研發了首個完全自主知識產權的二維條碼碼制——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，信息容量高等特點，達到了國際先進水平。下圖2是國際市場常用的幾種二維碼碼制，而表1是將二維碼（QR、PDF417、DM、漢信碼）特點進行對比。

圖2　國際市場常用的幾種二維碼

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，很強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，可以在缺失兩個定位標的情況下進行識讀，特別適合生產車間、物流等惡劣環境下使用，修正錯誤能力強。同時用戶可以選擇不同等級的糾錯能力，制作容易且成本較低，有利于我國的二維碼技術研發與應用、推廣，最重要的是可以規避相關知識產權風險。但目前鑒于僅限于使用專用設備和新生事物的推廣特點，目前正處于推廣階段。

另外QR Code碼同樣擁有超高速識讀、全方位（360°）識讀、能夠有效地表示中國漢字、日本漢字等特點，且數據密度大、占用空間小，同時由于支持手機等一些智能設備的掃讀，成為國內市場上主流的的二維碼，擁有絕對的市場優勢，在我們日常生活中經常見到。目前，傳統的包裝行業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量評價。

表1　常用二維碼對比（QR、PDF417、DM、漢信碼）

二、矩陣式二維條碼符號的等級與印刷質量評判

2009年我國在修改采用ISO/IEC 15415的基礎上頒布了國家標準《G/BT 23704-2009 信息技術 自動識別與數據采集技術二維條碼符號印制質量的檢驗》，以 “符號等級”作為主要質量指標對二維碼印制質量進行符合性評價。另外GB/T 23704規定了矩陣式二維碼符號的檢測、分級以及符號整體質量評價的方法。其表達形式與普通條碼檢測類似，主要有等級/孔徑/測量波長/角度。例如：3.0/5/660/30 表示此二維條碼符號的符號等級為3.0級，使用檢測儀的檢測孔徑為0.125mm（孔徑標號為05），測量波長為660nm，入射角度為30°。

（一）矩陣式二維碼的檢測原理如下：

1.在一定的照明和采集視角條件下獲得一個高分辨率的灰度原始圖像；

2.用合成的圓形孔徑對此原始圖像進行卷積運算，得到參考灰度圖像；

3.從參考灰度圖像測量出符號反差，調制比和固有圖像無損等參數值，并對這些參數值進行分級；

4.采用整體閾值將參考灰度圖像轉化為二值化圖像，分析二值化圖像，得出參考譯碼、軸向不一致性、網格不一致性、未使用的糾錯以及符號或應用標準規定的其它參數值。

5.掃描等級是符號反差、調制比、固有圖形污損、參考譯碼、軸向不一致性、網格不一致性和未使用的糾錯等7個參數等級以及碼制標準或應用標準規定的其它參考參數等級的最低值，符號等級是多次掃描得出的算術平均值。

下面我們從符號反差、調制比、固有圖形污損、參考譯碼、軸向不一致性、網格不一致性和未使用的糾錯7個數分別討論它們對二維條碼質量的影響。

（二）矩陣式二維條碼的質量評價指標

1.參考譯碼等級

該指標用于評價二維碼符號是否能正確識讀，只有通過和不通過。如果參考譯碼算法不能對二維碼符號圖形正確譯碼，參考譯碼等級為0，反之為4。

2.符號反差

該指標用于評價二維條碼符號中深淺兩種反射狀態的差異是否足夠明顯。符號反差為參考灰度等級圖像中最高反射率和最低反射率值之差，如表2所示。

表2　符號反差的分級

3.調制比等級

該指標用于評價二維條碼符號深(淺)色模塊反射率一致性。印刷增量、相對于網格交叉點模塊位置的錯誤擺放，印刷基底的光學特征、印刷的不均勻度都會降低模塊反射率和整體閾值的差值。如果調制比不足，會錯誤增加辨別深色淺色模塊的可能性，如表3所示。

表3　碼字調制比的分級

將參考譯碼算法處理二值化圖像得到的網格放置到符號的參考灰度圖像上，并將合成孔徑的中心放到網格交叉處，然后測量符號的每一個碼字中各個模塊的反射率值。調制比MOD計算公式：

式中：

MOD—調制比；

R—在一個碼字中最接近整體閾值的模塊的反射率；

GT—整體閾值；

SC—符號反差。

4.固有圖形污損等級

該指標用于評價尋像圖形、空白區、定位圖形、導引圖形以及其它固有圖形的污損情況。這種污損是因為一個或多個模塊由淺到深或由深到淺反轉造成的，評價基于模塊的顏色反轉的數目，不同的碼制，應用相應的閾值進行分級。

如圖3所示，共分為六個部分進行評價：A1、A2、A3、B1、B2、C，區域中固有圖像污損等級為所有調制比等級水平所導出的最高等級，符號的固有圖像無損等級等于這六個區域等級的最低值，如表4所示。

圖3　快速響應矩陣碼固有圖形示意圖

表4　快速響應矩陣碼固有圖形污損等級閾值

5.軸向不一致性等級

組成矩陣式二維條碼符號數據區域的模塊在理想情況下位于一個正多邊形的網格中，采用參考譯碼時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)不合格會引起二維碼識讀障礙。軸向不一致性(AN)用于評價每個網格軸向上的相鄰模塊中心點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

6.網格不一致性(GN)等級

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

使用符號的參考譯碼算法，在符號數據區域內將所有的網格交叉位置畫出來。將這些位置和同等尺寸理想符號的理論位置進行比較。對于所有交叉位置，實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尺寸為單位進行表示，并用于分級，如表6所示。

表6　網格不一致性分級

7.未使用的糾錯等級

未使用的糾錯用于評價為糾正符號局部或點的各種錯誤所消耗的糾錯容量。未使用的糾錯按公式計算：

e—拒讀錯誤數；

t—替代錯誤數；

Ecap—符號的糾錯容量；

如果沒有使用糾錯，且能夠譯出，則UEC=1，如果(e+2t)大于Ecap，怎UEC=0，如果一個符號中有多個糾錯塊，應分別計算每一個糾錯塊的UEC值，其中最小值來表示等級，如表7所示。

表7　給出未使用糾錯的的分級方法

（三）矩陣式二維條碼的質量評價

1.掃描等級

每次掃描等級為測量所得參數的等級的最低值，為了確定質量等級低的原因，有必要檢查掃描中的每一個有關參數的等級，如表8所示。

2.符號等級

符號等級為多次掃描二維碼符號的掃描等級的算術平均值，每次掃描等級應為參考譯碼、符號反差、調制比、固有圖形的污損、軸向不一致性、網格不一致性、未使用的糾錯等參數等級的最低值。如果兩個掃描產生的譯碼數據不同，那么符號掃描等級為0，符號等級按4.0到0.0的順序表示符號質量的高低，且保留一位小數。

表8　測量參數和值

3.印刷增量

印刷增量衡量構成符號的圖像相對于標稱尺寸的增大或減小的程度，增量嚴重時會妨礙識讀，印刷增量標志著圖像的深色淺色模塊邊界擴張的程度。根據碼制規范和參考譯碼算法，以模塊為單位，在每個軸上為每種圖形結構確定其標稱尺寸Dnom，使用參考譯碼算法確定網格線，沿符號軸上每一個待測圖形結構，通過在網線上對像素進行記數，確定圖形結構兩個邊緣之間的實際尺寸D,計算出每個軸向上的印刷增量，其值為（D-Dnom）的算術的平均值。

三、結語

隨著二維碼的廣泛普及應用，制作和使用也越來越簡單有效，市場、客戶對二維碼的印刷質量要求也越來越高，在認識二維碼檢測質量標準的基礎上更好地管控二維碼的印刷質量，提高產品的質量，贏得市場。同時，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制等問題。作為印刷包裝企業，我們在關注二維碼印刷質量的同時也應注重二維碼的防偽技術，研發多種防偽手段，為客戶提供多層次、多方位的防偽二維碼解決方案，提高公司的市場競爭力。