浅读二维码的印刷质量评估

■ 文/永发印务（东莞）有限公司　马超、张朝忠

目前，二维码的春风也吹到了烟草印刷包装行业，国内已相继有云南、川渝、广东、广西、湖北、河南、福建、河北、吉林等中烟公司相继在烟包上应用二维码，让烟包也有了身份证。消费者可随时查询。可以说，二维码在烟包上的应用势在必行。

图1是陕西中烟生产印制二维码的好猫(长乐)香烟，通过手机扫一扫功能，即可查看产品真伪鉴别方法，确定产品真伪。

好猫长乐牌香烟

二维码所在位置

图1　陕西中烟好猫(长乐)香烟二维码扫描后主要页面

从图1可以看到，消费者可以通过扫码来了解产品真伪的鉴别方法，鉴别产品真伪，保护自己权益；还有一些产品例如川渝中烟生产印制二维码的软龙涎香娇子产品，通过扫描二维码，即可查看产品特色卖点，了解产品信息，反馈信息，保护自己的权益。同样烟草公司可以利用大数据来评估产品的销售情况，获得客户反馈，针对客户的需求调整市场策略，实现精准营销。而作为烟包印刷企业，更关注的是二维码的印刷标准和印刷的质量要求，来更好的服务客户。本文主要针对二维码的起源、标准及质量指标等方面进行探究，以便为生产提供参考。

一、二维条码概述

国家标准 《GB/T 12095-2000 条码术语》中定义条码：由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，用以表示一定的信息。其中，只在一维方向上表示信息的条码符号称一维条码，在二维方向上表示信息的条码符号称二维条码 。

1987年由David Allals博士提出 Code 49堆叠式码，随后的1989年美国国际资料公司发明Data Matrix，并广泛用于商品的防伪、统筹标识，1990年美国SYMBOL公司设计出 PDF417，PDF是英文“Portable Data File”的缩写，寓意此码是一个便携式数据文件，现已广泛地应用在国防、公共安全 、金融、海关及政府管理等领域。1994年日本 Denso公司研制QR码，QR是英文“Quick Response” 的缩写，寓意此码是一种快速响应码，我们手机微信中的二维码就是典型的QR码 。

2005年我国自主研发了首个完全自主知识产权的二维条码码制——汉信码，它支持B18030的全部中文汉字，具有抗畸变、抗污损能力强，信息容量高等特点，达到了国际先进水平。下图2是国际市场常用的几种二维码码制，而表1是将二维码（QR、PDF417、DM、汉信码）特点进行对比。

图2　国际市场常用的几种二维码

从表1中我们可以看到，汉信码具有信息容量大、高度的汉字表示能力和压缩效率，编码范围广范，并支持加密技术，很强的抗污损和畸变能力使其可以被附着在常用的平面或桶装物品上，可以在缺失两个定位标的情况下进行识读，特别适合生产车间、物流等恶劣环境下使用，修正错误能力强。同时用户可以选择不同等级的纠错能力，制作容易且成本较低，有利于我国的二维码技术研发与应用、推广，最重要的是可以规避相关知识产权风险。但目前鉴于仅限于使用专用设备和新生事物的推广特点，目前正处于推广阶段。

另外QR Code码同样拥有超高速识读、全方位（360°）识读、能够有效地表示中国汉字、日本汉字等特点，且数据密度大、占用空间小，同时由于支持手机等一些智能设备的扫读，成为国内市场上主流的的二维码，拥有绝对的市场优势，在我们日常生活中经常见到。目前，传统的包装行业常用的是矩阵式二维码，因此在本文仅讨论矩阵式二维条码的印刷质量评价。

表1　常用二维码对比（QR、PDF417、DM、汉信码）

二、矩阵式二维条码符号的等级与印刷质量评判

2009年我国在修改采用ISO/IEC 15415的基础上颁布了国家标准《G/BT 23704-2009 信息技术 自动识别与数据采集技术二维条码符号印制质量的检验》，以 “符号等级”作为主要质量指标对二维码印制质量进行符合性评价。另外GB/T 23704规定了矩阵式二维码符号的检测、分级以及符号整体质量评价的方法。其表达形式与普通条码检测类似，主要有等级/孔径/测量波长/角度。例如：3.0/5/660/30 表示此二维条码符号的符号等级为3.0级，使用检测仪的检测孔径为0.125mm（孔径标号为05），测量波长为660nm，入射角度为30°。

（一）矩阵式二维码的检测原理如下：

1.在一定的照明和采集视角条件下获得一个高分辨率的灰度原始图像；

2.用合成的圆形孔径对此原始图像进行卷积运算，得到参考灰度图像；

3.从参考灰度图像测量出符号反差，调制比和固有图像无损等参数值，并对这些参数值进行分级；

4.采用整体阈值将参考灰度图像转化为二值化图像，分析二值化图像，得出参考译码、轴向不一致性、网格不一致性、未使用的纠错以及符号或应用标准规定的其它参数值。

5.扫描等级是符号反差、调制比、固有图形污损、参考译码、轴向不一致性、网格不一致性和未使用的纠错等7个参数等级以及码制标准或应用标准规定的其它参考参数等级的最低值，符号等级是多次扫描得出的算术平均值。

下面我们从符号反差、调制比、固有图形污损、参考译码、轴向不一致性、网格不一致性和未使用的纠错7个数分别讨论它们对二维条码质量的影响。

（二）矩阵式二维条码的质量评价指标

1.参考译码等级

该指标用于评价二维码符号是否能正确识读，只有通过和不通过。如果参考译码算法不能对二维码符号图形正确译码，参考译码等级为0，反之为4。

2.符号反差

该指标用于评价二维条码符号中深浅两种反射状态的差异是否足够明显。符号反差为参考灰度等级图像中最高反射率和最低反射率值之差，如表2所示。

表2　符号反差的分级

3.调制比等级

该指标用于评价二维条码符号深(浅)色模块反射率一致性。印刷增量、相对于网格交叉点模块位置的错误摆放，印刷基底的光学特征、印刷的不均匀度都会降低模块反射率和整体阈值的差值。如果调制比不足，会错误增加辨别深色浅色模块的可能性，如表3所示。

表3　码字调制比的分级

将参考译码算法处理二值化图像得到的网格放置到符号的参考灰度图像上，并将合成孔径的中心放到网格交叉处，然后测量符号的每一个码字中各个模块的反射率值。调制比MOD计算公式：

式中：

MOD—调制比；

R—在一个码字中最接近整体阈值的模块的反射率；

GT—整体阈值；

SC—符号反差。

4.固有图形污损等级

该指标用于评价寻像图形、空白区、定位图形、导引图形以及其它固有图形的污损情况。这种污损是因为一个或多个模块由浅到深或由深到浅反转造成的，评价基于模块的颜色反转的数目，不同的码制，应用相应的阈值进行分级。

如图3所示，共分为六个部分进行评价：A1、A2、A3、B1、B2、C，区域中固有图像污损等级为所有调制比等级水平所导出的最高等级，符号的固有图像无损等级等于这六个区域等级的最低值，如表4所示。

图3　快速响应矩阵码固有图形示意图

表4　快速响应矩阵码固有图形污损等级阈值

5.轴向不一致性等级

组成矩阵式二维条码符号数据区域的模块在理想情况下位于一个正多边形的网格中，采用参考译码时绘制出模块的中心位置，轴向不一致性衡量轴向尺寸不均匀的程度，在某些视角上，轴向不一致性(AN)不合格会引起二维码识读障碍。轴向不一致性(AN)用于评价每个网格轴向上的相邻模块中心点的间距在不同的轴向之间的差异量，如表5所示。轴向不一致性的计算公式如下：

式中：

AN —— 轴向不一致性；

XAVG——X轴向的平均间距；

YAVG—— Y轴向的平均间距。

表5　轴向不一致性的分级

6.网格不一致性(GN)等级

网格不一致性衡量网格交叉位置偏离于其理想位置的最大矢量偏差。网格交叉位置可通过使用参考译码算法对给定符号的二值化图像进行处理后得出。

使用符号的参考译码算法，在符号数据区域内将所有的网格交叉位置画出来。将这些位置和同等尺寸理想符号的理论位置进行比较。对于所有交叉位置，实际的交叉位置和理论的交叉位置之间的距离的最大值以X尺寸为单位进行表示，并用于分级，如表6所示。

表6　网格不一致性分级

7.未使用的纠错等级

未使用的纠错用于评价为纠正符号局部或点的各种错误所消耗的纠错容量。未使用的纠错按公式计算：

e—拒读错误数；

t—替代错误数；

Ecap—符号的纠错容量；

如果没有使用纠错，且能够译出，则UEC=1，如果(e+2t)大于Ecap，怎UEC=0，如果一个符号中有多个纠错块，应分别计算每一个纠错块的UEC值，其中最小值来表示等级，如表7所示。

表7　给出未使用纠错的的分级方法

（三）矩阵式二维条码的质量评价

1.扫描等级

每次扫描等级为测量所得参数的等级的最低值，为了确定质量等级低的原因，有必要检查扫描中的每一个有关参数的等级，如表8所示。

2.符号等级

符号等级为多次扫描二维码符号的扫描等级的算术平均值，每次扫描等级应为参考译码、符号反差、调制比、固有图形的污损、轴向不一致性、网格不一致性、未使用的纠错等参数等级的最低值。如果两个扫描产生的译码数据不同，那么符号扫描等级为0，符号等级按4.0到0.0的顺序表示符号质量的高低，且保留一位小数。

表8　测量参数和值

3.印刷增量

印刷增量衡量构成符号的图像相对于标称尺寸的增大或减小的程度，增量严重时会妨碍识读，印刷增量标志着图像的深色浅色模块边界扩张的程度。根据码制规范和参考译码算法，以模块为单位，在每个轴上为每种图形结构确定其标称尺寸Dnom，使用参考译码算法确定网格线，沿符号轴上每一个待测图形结构，通过在网线上对像素进行记数，确定图形结构两个边缘之间的实际尺寸D,计算出每个轴向上的印刷增量，其值为（D-Dnom）的算术的平均值。

三、结语

随着二维码的广泛普及应用，制作和使用也越来越简单有效，市场、客户对二维码的印刷质量要求也越来越高，在认识二维码检测质量标准的基础上更好地管控二维码的印刷质量，提高产品的质量，赢得市场。同时，由于二维码作为链接虚拟世界的窗口，其本身作为印刷品也存在着易盗用复制等问题。作为印刷包装企业，我们在关注二维码印刷质量的同时也应注重二维码的防伪技术，研发多种防伪手段，为客户提供多层次、多方位的防伪二维码解决方案，提高公司的市场竞争力。