QR二维码设计的基本原则及要点分析

孔猛

目前二维码的设计越来越具有个性化，同时也造成了部分二维码难以被准确、高效地识读。本文从QR二维码设计中的符号结构、功能图形、编码区、颜色、放置位置及载体选择等方面介绍了QR二维码在设计环节应遵循的基本原则及注意事项。

二维条码（二维码）是在一维条码的基础上产生的，它突破了一维条码只能在单一方向上承载信息，信息容量有限的缺点，代之以能够在两个方向上同时表达信息，大大提高了编码信息容量。不仅如此，二维码还具有密度高、纠错能力强、可表示多种多媒体信息及文字信息、可引入加密机制、译码可靠性高等诸多优势。

目前，我国市场上使用的二维码有多种，主要有QR码、DM码、PDF417码、汉信码、龙贝码、GM码等，其中QR二维码是目前使用最广泛，设备支持度最高的一种二维码。

二维码不同于普通的图片，它是一种可供电子设备识读的特殊图形，是信息数据的重要载体，它在设计中的尺寸、纠错、光学特性等诸多方面都有着严格的要求。正确的设计是二维码能被识读设备准确、可靠、快速识读的关键。在二维码无处不在的今天，越来越多的设计师已不满足于仅以黑白方块造型的二维码设计，开始讲究美观、个性和富有冲击力。与此同时，社会上也出现了一些虽然很有个性化，但却很难识读或不能识读的二维码。下面笔者以QR二维码为例，简要介绍设计二维码时应该遵循的基本原则和规律。

认识QR二维码

QR二维码又叫快速响应矩阵码（quick response code，QR code），是1994年由日本Denso公司研制出的一种矩阵式二维条码符号，具有信息容量大、可靠性高、识读速度快、可全方位识读、能有效地表示中国汉字、保密防伪性强等优点。

QR二维码的可编码字符集包括：数字型数据（0～9）；字母数字型数据（数字0～9，大写字母A～Z，9个其他字符：space、$、%、*、+、-、·、/、：）；8位字节型数据及中国汉字字符（GB2312对应的汉字和非汉字字符）。可编码字符容量：数字最多7089个字符，字母 最多4296个字符，8位字节数据最多2953个字符，中国汉字最多1817个字符。

QR二维码的符号结构见图1，它是由正方形的模块组成的矩阵图，包含功能图形和编码区格式两个部分。功能图形用于符号标识、确定符号位置、尺寸及还原旋转变形等，包含位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形和校正图形。编码区域是数据编码后的存储区域，包含格式信息、版本信息、数据和纠错码字等。

QR二维码的设计和制作

1. 功能图形的设计

功能图形是二维码符号中关系到二维码能否正确识别的重要因素，它的设计必须符合二维码的颜色、模块比例及完整性等要求，不能以美观或个性化的角度随意改变。

①寻像图形

寻像图形包括3个相同的位置探测图形（见图2），分别位于符号的3个角上，它们可以帮助二维码识读设备迅速地识别出视场中QR二维码符号，并明确符号的位置和方向。每个位置探测图形可以看作是由3个重叠的同心正方形组成，它们的宽度比为7∶5∶3，且模块颜色顺序为深浅深。要保证QR二维码能够被识读，这里要注意的是A.3个回字形的位置探测图形必须是完整的，不能残缺也不能被遮盖。B.模块之间的比例要遵循1∶1∶3∶1∶1的模块比。C.模块的颜色必须是深浅深的排列。

②位置探测图形分隔符

在每个位置探测图形和和编码区域之间有宽度为1个模块的分隔符，它的功能是区分位置探测图形和编码数据区，它要设计成浅色，如果把分隔符设计成深色则很容易造成二维码识读失败。

③定位图形和校正图形

定位图形（见图3）有水平和垂直的两个，分别位于3个位置探测图形之间，符号的第6行和第6列，由深色和浅色模块交替组成。其作用是辅助定位并确定QR二维码的版本和密度。

校正图形（见图4），与位置探测图形类似，其模块比为1∶3∶5，其作用是对每一个正方形模块的图像失真进行校正。

由于QR二维码具有强大的纠错能力，定位图形和校正图形可以部分遮挡，仍可以被识读。

2.编码区的设计

①格式信息

格式信息用来指出使用的纠错级别及掩膜编号，它的正确译码对整个二维码符号的的识读至关重要，所以在符号中出现两次以提供冗余。

②版本信息

版本信息用来标识二维码的版本号。QR二维码共有40种版本，分别为版本1至版本40。版本1的规格为21×21模块，版本2的规格为25×25模块，每增加一个版本，每个边增加4个模块，直到版本40，规格为177×177模块。每个版本所能容纳的字符数和数据容量不同，详见GB/T18284-2000《快速响应矩阵码》表7。在设计时，如果用户没有指定所采用的符号版本，则选择与数据相适应的最小的版本。版本信息对二维码的识读也是极为重要的，因此版本信息在符号中也出现两次以提供冗余。

③纠错等级的选择

纠错能力强是QR二维码的重要特性，这也是QR二维码在有一定残缺时仍能被识读的原因。QR二维码按照纠错能力从小到大分为4个等级，分别为L级、M级、Q级和H级。在编码时应根据QR二维码的使用环境及用户要求选择适当的纠错等级。不同纠错等级对应的纠错能力见表1。

纠错等级的选择与下列因素有关：

A.预计的符号质量水平。预计的符号质量等级越低，应用的纠错等级就应越高。

B.首读率的重要性。

C.在初次扫描识读失败后，再次成功扫描的机会。

D.印刷符号的空间限制了使用较高的纠错等级。

利用QR二维码纠错能力强的特点，在编码区域可以嵌入一些logo或者图片，但必须保证图片覆盖面积在编码区域的30%以内且需要避开二维码的功能图形、格式信息和版本信息区域。

3.保留足够的空白区

空白区为环绕在符号四周的浅色区域，用以快速地区分周围环境和二维码，其反射率应该与浅色模块相同，宽度至少为4个模块宽。

即在QR码四周4个模块宽度内必须是和浅色一致的颜色并且不能有文字、图案和边框等。

4.QR二维码符号尺寸的确定

QR二维码符号为正四边形结构，尺寸为二维码尺寸和空白区尺寸的和。例如：版本2（25×25模块），模块尺寸为0.46mm，符号尺寸大小为：0.46×25+0.46×8=15.18mm（二维码的尺寸+空白区尺寸=符号区域的尺寸）。

5.颜色的设计

QR二维码属于矩阵式二维码，其深色模块代表二进制“1”，浅色模块代表二进制“0”，识读设备采用摄像式识读方法进行识读，因此必须使深色模块和浅色模块的符号反差足够大，才能保证二维码的准确识读。

6.选择合理的印刷和放置位置

设计者在设计二维码印刷和放置位置时应遵循：“符号不易变形，便于识读“的基本原则。一般设计者比较注意平面设计图中二维码的完整性，容易忽视制成包装后或实际商品应用中对二维码的损害。例如塑料瓶薄膜易产生的皱褶、波纹、隆起、转角处或表面曲率过大都容易使二维码符号变形，应引起足够重视。

7.二维码载体的选择

载体是记录二维码信息的介质，常见的有印刷品、电子屏幕和实物载体等。印刷品和实物载体要避免选择反光的材质，同时要注意印刷油墨的密度和渗洇。电子屏幕要注意屏幕的像素并合理安排二维码的显示尺寸。

总之，设计师在设计二维码时应在保证二维码准确、高效识读的基础上综合考虑二维码的印制位置、载体、扫描环境和受众群体的接受度等因素后，才能设计出一个优秀的二维码。

作者单位：徐州市标准化研究所