Q-R二维条形码的研究与仿真开题报告
1．本课题的目的及研究意义
随着信息化和全球化的发展，用条形码符号表示更多信息的要求与日俱增，而一维条形码存贮容量有限，只能识别一种商品，却不能对它进行详细的描述，并且一维条形码太依赖于计算机网络和后台数据库，离开这些数据库，一维条形码便失去意义。此外一维条形码有一个明显的缺点，即垂直方向不携带数据，故数据密度偏低。因此二维码便应运而生, 最初是由日本自动化组建制造商Denso-Wave在1994年作为一种通过补给链跟踪机动车提出的技术。随后多种线性码的可能性被相继挖掘，但由于它们在存储空间和字符种类上的限制，其运用范围也有所局限，直到QR二维码的出现。QR二维码在水平和垂直方向均存储信息，在字符种类上它不仅可以包含数字，字母，二进制的信息，还能携带中文汉字信息，主要分为分为矩阵式二维条形码和堆叠式二维条形码，具有存储容量大，保密性高，容错能力强等优点。
（一）研究目的
鉴于一维条形码的存贮容量小，不能满足现实需求，本课题的研究目的在于在了解二维条形码生产，发展前景和国内外应用现状的前提下，掌握QR二维码与普通一维码和其他种类的二维码之间的区别，清楚QR二维码原理，性质，结构，并且能够利用MATLAB等软件通过仿真自己编写一个QR二维码或者通过仿真能对任意一个QR二维码进行图像信息提取并进行译码分析。
（二）研究意义
QR二维码在水平和垂直方向均能存储信息，信息容量大，对主系统网络依赖性能低，保密性高，并且还能表示汉字图像及多种文字信息。除此之外，相较于PDF417、Data Martix等其他二维码，QR二维码所使用的CCD识读设备效率是其他二维码的数十倍，每秒钟能识读30个含有100个字符的QR二维码符号。另外，QR二维码能够全方位360°地被识别，而PDF417的识别角度只有±10°。而且QR二维码所采用的独特的数据压缩模式，仅用13bit就能表示一个汉字，相对其他二维码，效率要提高了20%，这也是QR二维码在我国具有良好发展前景的一个重要因素。
上述QR二维码的种种优点，引起了国内的很多很多行业商家的巨大兴趣，对于这种新兴技术的需求也必将与日俱增，结合国外QR二维码的运用范围，将来不仅在火车票，彩票上会运用QR二维码作为防伪标志，在日常生活用品，乃至建筑广告上也会越来越多的出现QR二维码的身影，因此本课题对QE二维码的研究具有重大现实意义。
二维码自动识别系统是以数字图像处理，模式识别，计算机视觉等技术为基础的智能识别系统。相对于日本及欧美国家，我国还处于研究摸索阶段，还不能掌握QR二维码的核心技术，因此市场上销售的二维码识别系统普遍比较昂贵，所以二维码技术得不得很大的推广。本课题通过尝试对QR二维码的编解码的研究分析，能使大家对QR二维码的体系有一个全面的了解。
2．本课题的国内外的研究现状
20世纪80年代末国外开始着手对二维码技术进行了研究，QR二维码最先由日本开始于1994年开发并广泛运用，并于1999年的时候制定了日本工业标准， QR二维码在日本的运用逐渐开始出现饱和，随后QR二维码进入欧美市场并正向全世界蔓延。2000年，2003年，2008年，中国，韩国，越南，新加坡也分别制定了自己国家的标准。而相较于PDF417，MAXI Code等其他类型的二维码，QR二维码拥有低成本，高容量的优势（如上图）。
在二维条码设备开发研制、生产方面，美国、日本等国的设备制造商生产的识读设备、符号生成设备，已广泛应用于各类二维条码应用系统，除此之外在国外二维码在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等多个领域都已经得到了广泛的运用。而QR码能得到各个国家青睐的一个重要原因在于，它可以借助各类摄入式图像设备采用CCD摄像方式将条码图像摄取后进行识读。2009年8月英国超级连锁店Mark&Spencer在其自有饮料瓶上使用了QR二维码，顾客通过手机扫描获得超市贩卖商品的相关信息， Mark&Spencer一举成为全国第一大零售商。而由ComScore统计的最新的一项报告显示，在美国约有1400万的智能手机用户使用QR二维码扫描商品。可见在国外，QR二维码早已深入人们的日常生活。
而在我国，二维码技术开展的相对较迟，1997年AIM制定的QR code国际标准和2000年ISO/IEC制定的国际标准为我国制定出中国国家标准GB/T18284-2000-快速响应矩阵码提供了模本，为QR二维码在我国的推广奠定了基础。尤其是QR二维码专有的汉字模式，即用13bit表示一个汉字，相对于其他二维码效率要高出20%，更加适合在我国推广运用，而且与磁条，条形码的横向比较来看，二维码不仅在价格还是在携带的信息量上都有显著优势。我国最早接触QR二维码的是在香港台湾地区，中国大陆地区于2009年12月10日采用QR二维码作为火车票的防伪码，取代之前所采用的一维码，另外在一些公交站台也开始逐渐出现一些商品的QR二维码的广告。
QR二维码依赖智能手机，就目前中国智能手机的用户数量，它在中国的发展前景可以说是很广阔的，据统计，截止2012年8月中国智能手机用户已经达到了2.9亿，环比增长了15%。但是在欧洲，日本，韩国等国家，几乎每款手机都具有条码扫描识别软件，而中国移动运营商在06年的时候才推出二维码识别的应用，推广时间相对落后。并且中国市场与国外市场有所不同的是，在QR二维码市场开发阶段，不仅存在一维码，还存在各种各样的二维码，这就急需形成一个规范的QR二维码市场，为用户提供可靠相关商品信息。
QR码已经成为一种有效的信息存储和传递飞方法，并在全球各行各业迅速普及，并有望在进出口等国际物流和国际EDI中成为通用码制，进行国际化信息管理，在因此在全球经济化和智能手机的普及的驱动下，相信在中国QR二维码的大量运用的那天也指日可待。
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
3．本课题的研究内容
二维码的编码方式特别复杂，一共有8种编码模式，分别是：扩充解释模式、数字模式、字母模式、8位字节模式、中国汉字模式、结构链接模式、混合模式和FNC1模式，每种模式处理的处理方法也不尽相同，产生的数据码也不一样。编码程序需对用户所输入的数据信息进行分析并选择适当的编码模式，并且要能在不同编码模式之间灵活切换。鉴于所处的大环境，本课题主要着重于中国汉字模式这种模式的编码，采用不同编码模式编码的数据前面要加上该模式所对应模式指示符和字符计数指示符如图1 ，主要可用C语言进行仿真编码，具体流程图如图2。
而在进行图像译码之前，还需经过图像的预处理，主要来讲就是灰度化，中值滤波和二值化的处理。我们可以利用MATLAB软件，结合图像处理书中讲到的三种图像处理的算法，进行适当的改进，达到预处理的目的。具体而言灰度化有最大值法，平均值法和加权平均值法。中值滤波主要是为了滤除图像中的噪声，对椒盐噪声有显著的改善效果。图像的二值化是把多级的图像转化为只有黑（灰度为0）白（灰度为1）两种灰度级的二值图。
4．本课题的实行方案、进度及预期效果
（一）实行方案和进度安排
1.2012.11.29-2012.12.4： 学生自由选题
2. 2012.12.5-2012.12.9： 老师确认选题
3.2012.12.19-2012.12.15：学院审核选题
4. 2012.12.20-2013.2.3： 初步查阅相关资料，撰写并提交开题报告
5.2012.2.4-2012.4： 根据已有查阅结果，定期和导师交流，写周记记录各个时段的研究成果，完成论文初稿
6.2012.5： 运行已编写的程序，分析程序优劣，不断改进已有程序
7.2012.6: 跟导师交流，不断改进论文，最终定稿
（三）预期效果
熟练掌握QR二维码的结构和特性，通过数据分析，对不同类型的字符集进行QR编码（包括纠错码的生产，构造信息的最终码字序列，标志模块和加入掩膜的格式版本信息）。掌握图像的定位识别的原理，利用MATLAB软件能够对QR二维码进行灰度化，滤波及图像的二值化的预处理，提取码像信息，最后通过识别深/浅模块，格式信息译码，恢复数据码字，数据信息译码读取QR码中所携带的信息。
5、已查阅参考文献：
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【4】增谷裕生，QR码：适用的二维码【J】, 中国物流与采购，2003(20):49
【5】刘东，高西全，QR码图像处理及识别算法的研究【A】, 信息技术，2009，28(1):61-62
【6】 胡孝鹏，董强，于忠清，基于图像处理的QR码识别【A】, 航空计算技术2007,37(2):99
【7】王文豪，张亚红，朱全银，单劲松．QR Code二维条形码的图像识别【A】．计算机技术与发展，2009，19(10)
【8】周利红，刘书家，QR码图像处理和译码方法研究【A】, 北京工商大学学报, 2008,26（1）
【9】徐辉，QR Code二维条码编解码系统的应用研究【D】, 南京：南京邮电学院，2011:1-4
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【12】株式会社电装，QR コードの概要，【EB/OL】,
【13】Filipe Miguel Álvaro de Lima，The state of QR codes: a qualitative research on Swedish premium fashion brands【R】, The Swedish School of Textiles，2012
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【15】GB/T 18284-2000，快速响应矩阵国家标准
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【19】朱虹等，数字图像处理基础【M】,科学出版社，2005
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