QR码技术及其在烟酒包装防伪中的应用

申 冉 陈 威

（曲阜师范大学工学院）

QR码技术及其在烟酒包装防伪中的应用

申 冉 陈 威

（曲阜师范大学工学院）

QR码具有很强的实用性、可靠性、安全性以及可拓展性，其简单方便的操作方式深受消费者与烟酒生产厂家的欢迎。从QR码的特点、结构、编码识别原理以及在烟酒包装的应用等方面，阐述了QR码技术的重要性及产生的必然性。

烟酒防伪QR码防伪系统

引言

当今社会，假冒伪劣的烟酒产品猖獗，不仅扰乱了烟酒市场的销售秩序，而且严重危害消费者的生命健康。防伪标识是消费者辨别真伪的主要依据，但是过于简单的防伪标识易于被仿制伪造，复杂的标识消费者又难于使用，因此易识别而难仿造的QR码防伪技术应运而生。应用QR码进行防伪包装能够有效地保护消费者的利益，提高品牌烟酒的防伪能力，维护企业自身形象，促进烟酒市场的现代化管理和健康发展。

1、QR码概述

1.1 QR码简介

QR码（Quick Response Code）又叫做快速响应矩阵码，属二维码范畴。它存储量大、可靠性能好，还具有快速识别的特点，可以高效的表示汉字，在国内拥有良好的应用前景。

如图1所示，QR码呈正方形，只有黑白两色，其中3个角上印有较小的“回”字形图案。这3个图案是帮助解码软件定位的图案，使用者不需要对准，无论以任何角度扫描，资料仍可正确被读取［1］。

图1 QR码

1.2 QR码的特点

（1）信息容量大、密度高。二维码的垂直方向尺寸表示的是条码的信息密度，与一位条码相比，二维条码能够表示字节，这就为多种语言文字表示提供了可能。可以把产品的全部信息存储在一个二维码中，若查看产品的信息，需要使用读取设备扫描二维码即可，不需要建立数据库。

（2）编码范围广。二维码可以把声音、图片、文字等用数字化信息编码，然后以条码形式表示出来，能表示多种文字和图像。

（3）保密防伪效果好。二维码可以采用密码、签字、指纹等多种信息形式进行防伪，因此保密性能高。

（4）表示文字多。与一位条码相比，二维条码能够表示字节，为多种语言文字表示提供了可能。

（5）制作简单、成本低廉。利用现有打印技术在纸张、卡片、PVC以及金属表面都能够印出二维条码。

（6）可进行360度识别。

（7）QR码与其他二维码有很大区别［1］，如表1所示。

表1 QR码与其他二维码的比较

1.3 QR码的符号结构

如图2所示，QR码为正方形，是由颜色深浅不同的正方形模块组成。每个不同深浅的模块都表示一组特定的数据信息，深色表示二进制的“1”，浅色表示二进制的“0”。QR码图形是由编码区和功能图组成的，前者是表示图像信息后者则与识别有关。功能图形是由空白区、寻像图形、矫正定位图形和位置探测图形分隔符组成［2］。

图2 QR码基本结构

2、QR码编码与识别原理

2.1 QR码的编码原理

如图3所示，QR码的编码步骤大体上可以分为7步，即数据分析、数据编码、纠错编码、构造最终信息、构造最终模块、掩模运算、添加版本信息和构造信息［3］。

图3 编码流程图

（1）数据分析

数据分析是对输入数据进行比较，是所有编码方法中最合适的编码模式。QR码有多种编码模式，寻找一种合适的编码方式可提高编码效率，在数据分析阶段需要进行选择编码纠错等操作。此外，在数据分析阶段还需要选择编码版本，若没有规定版本，将会采用默认与数据匹配的最小版本。

（2）数据编码

数据编码是指数据流按照特定的方式编成二进制的字符串，在字符串之前按照编码模式和编码版本选择相应的模式指示符和字符计数指示符，并将其合并成最终的完整数据流。表2是不同编码方式下，模式指示符与字符计数指示符的长度规定。

表2 模式指示符与字符计数指示符的长度规定

（3）生成纠错码

QR码的纠错码采用RS纠错算法生成。纠错码能够使QR码图像在污损后也能防止丢失数据。纠错码的等级分为L、M、Q和H，纠错能力为7%、15%、25%和30%。具体纠错步骤：

①根据纠错等级把获得的数据码进行分块；

②生成数据码多项式，系数是步骤1当中分块之后的数据码。多项式的最高项系数是第1位数据码，最低项系数是最后1位数据码；

③按照版本号和纠错等级生成对应的纠错码多项式。使用多项式除以数据码多项式，得到另一个剩余多项式。该多项式最高项的系数就是这组数据码的第1位纠错码字，最低项系数是最后1位纠错码字。

（4）构造信息排布序列

经过前两步在得到了数据码字与纠错码字之后，按照一定的规则排列得出信息的排布序列。

（5）布置模块

如图4所示，在每个8位的码字以两模块宽的纵列从符号的右下角开始，按照蛇形排列。位序列在纵列中从右至左，按照模块的排列方向从最高位至最低位依次排放。图5是图4中部分模块的位序列排列。

图4 模块排列

图5 位序列排列

（6）掩模

为了确保符号模块的深浅比例相近，避免符号的其他位置出现位置探测图形1011101序列，需要进行掩模。根据表3所示的掩模生成条件，生成8种掩模图形，分别与上述布置好的模块进行异或运算。对8种结果进行测试，选择最低的作为最终结果，并把相应的掩模图形参考添进格式信息。

表3 掩模图形生成条件

（7）添加格式版本信息

根据纠错等级以及掩模图形的参考，得到格式信息的5位数据位。使用BHC（15，5）编码得到10位纠错位。15位的格式信息和掩模图形进行异或运算，将结果放到格式信息对应的位置。

依据版本号生成6位数据位的版本信息，再经过BHC（18，6）纠错编码得到12位的纠错位。将18位版本信息放入相应位置。版本7以上才有版本信息，版本1－6的信息全是0。

2.2 QR码的识别原理

QR码的识别读取主要分为3个步骤，即图像的预处理、识别和解码［4］［5］。图像的预处理主要是定位QR码图像，识别过程是通过识别找到单位模块的条码符号矩阵，之后再将符号矩阵转化成一维的字节，QR码解码过程通过纠错得到在符号矩阵中存储的信息数据。

（1）QR码图像的预处理

图像的预处理就是为了解决在设备扫描图像时出现的失真、倾斜、偏光模糊等影响图像读取的现象，为提高识别率提供前提。

（2）QR码的识别

识别后得到的QR码单元符号矩阵决定QR码是否正确解码，所以图像的识别必须依据图像的黑白特点避免光照不均匀产生的影响。识别算法的根本思路是根据黑白块是否均匀来求二值化图像的阈值，所以要对图像进行灰度图的二值化处理，这样可以消除光照不均匀产生的影响，用边缘检测的方法和投影计算法来计算水平和垂直两边界峰点的集合，利用峰点对QR码模块划分，求出模块对应图像，最后得到QR码的符号矩阵。

（3）QR码的解码

解码流程如下：

①识别读取格式信息；

②用掩模图形对矩阵进行异或处理，消除掩模；

③利用模块的排列规则，识读符号字符，恢复数据和纠错码字；

④用同等级的纠错信息检测错误，有则改正；

⑤将得到的字符计数指示符和模式指示符按照使用的模式进行译码，输出结果。

3、QR码在烟酒包装防伪中的应用

QR码防伪性能的优越性表现在它携带的信息无法被伪造，烟酒企业可以将他们的产品信息经过加密技术存放到QR码中，然后把条码贴在产品的外包装和开口处，消费者在购买产品时可以用手机把条码拍摄下来，以图片的形式发送到指定服务器，经过服务器的解密处理后再将明文的产品信息反馈给消费者，这样消费者在辨别产品的同时也了解到详细的产品信息。

对于消费者来说，越简单有效地防伪技术越受欢迎，消费者只需要拿出手机拍下QR码防伪图像发送给生产厂家就能得到结果，方便快捷。对于生产者来说，QR码防伪技术可靠性好、技术成本低、装配简单、不需要改变生产工艺流程和设备就能轻松实现产品的防伪。

在实际操作过程中，涉及到的业务流程包括QR码个性化信息安全处理、QR码印刷、商品的流通和真伪检测等环节。具体操作流程［6］如下：

（1）可变信息安全处理环节。产品出厂之前，将不同的烟酒生产厂家及产品的名称、净含量、生产日期、构成成分、生产批次、产地等信息经过加密处理，与每一产品的唯一识别码混合起来生成QR码图像；

（2）二维码印刷环节。根据上一步骤产生的QR码图像，在包装车间的生产流水线上，利用喷墨印刷系统在产品内外包装的封口处进行印刷。与此同时，将可变信息处理环节得到的唯一性的商品编码也发送到喷墨印刷设备上，以数字印刷的方式喷印在包装盒上，最终完成出厂流通；

（3）商品的流通环节。代理商在经过申请审查合格后，在企业内部系统上注册认证，由系统分配一个具有唯一性的账号。当产品到达此经销商处之后，由经销商负责扫码，然后将产品信息发送给企业终端系统，经企业验证为真品后将信息回馈给经销商并在二维码上添加经销商的信息；若为假冒产品则启动警报，提示经销商为假货。零售商系统功能与代理商一致，只是在产品销售前还需要再次扫码，此时QR码的信息上会多出一条“此产品已售出”的标识； （4）真伪检测环节。消费者辨别真伪的方式有三种，第一是在购买产品时由零售商负责向消费提供真伪依据。第二是消费者利用手机或拍照设备将条码发送到企业终端，根据反馈的信息辨别真伪。第三是利用厂家在商场里设立的条码查询机器，将条码对准扫描器用机器来辨别真伪［7］。

4 结语

与目前我国存在的包装防伪、数码防伪和破坏性防伪技术相比，QR码技术具有优越的保密防伪性能和简单易行的编码操作性能，能有效保护我国的烟酒品牌，维护消费者和生产者双方的利益，且能对其它商品的防伪保护起到示范作用。因此，推动QR码防伪技术在我国商品生产流通领域内的应用势在必行。

［1］中国物品条码中心.条码技术基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2008.

［2］郭琳.QR Code二维条码编译码及自动识别技术的研究［D］.云南：昆明理工大学，2008.

［3］宋维.二维条码QR Code纠错算法的研究与实现［D］.北京：北京机械工业学院，2007.

［4］卢镔.QR码识别方法研究及应用［J］.南京：南京理工大学，2013.

［5］刘东，高西全.QR码图像处理及识别算法研究［J］.信息技术，2004.

［6］解龙.基于加密QR码的商品流通管理应用研究［J］.北京：北京印刷学院，2014.

［7］包宋德.基于二维条码品牌白酒防伪系统研究［J］.湖南：湖南大学，2010.

项目来源：山东省高等学校科技计划项目（No：J14LD51）曲阜师范大学博士科研启动基金（No：BSQD2012058）曲阜师范大学科技计划项目（No：xkj201413）

QR Technology and Application in Alcohol and Tobacco Packaging Anti－counterfeiting

Shen Ran Chen Wei
（College of Engineering Qufu Normal University）

QR codes have strong practicability，reliability，security and expansibility，its simple and convenient operating mode is popular among consumers and tobacco manufacturers.From the characteristics，structure，identification principle and application in alcohol and tobacco packaging，this paper expounds the importance and inevitability of QR code technology.

Alcohol and Tobacco Anti－counterfeiting QR codes Anti－counterfeiting System