一種光譜二維碼的編碼和解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明將光譜編碼技術(shù)與二維碼技術(shù)融合，公開(kāi)了一種光譜二維碼的編碼和解碼方法。在該方法中，光譜二維碼的編碼具體過(guò)程如下：(1)將圖形編碼信息寫入二維碼的圖形中，將光譜編碼信息寫入二維碼的圖形單元中，每個(gè)圖形單元由1×N的一維光譜向量構(gòu)成，包含N位的光譜編碼信息；(2)根據(jù)編碼信息利用光譜二維碼生成器對(duì)每個(gè)圖形單元進(jìn)行光譜向量的編碼，然后對(duì)二維碼的圖案進(jìn)行圖形編碼，最終生成光譜二維碼。本發(fā)明利用光譜編碼技術(shù)增加了光譜維度的信息通道，進(jìn)一步提高了二維碼的信息存儲(chǔ)量，存儲(chǔ)量為傳統(tǒng)二維碼技術(shù)的2N?1倍，從而解決了目前二維碼的存儲(chǔ)信息量低的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
-種光譜二維碼的編碼和解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明將光譜編碼技術(shù)與二維碼技術(shù)融合，設(shè)及一種新型的光譜二維碼的編碼和 解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向上）分布的黑白相 間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的；在代碼編制上利用構(gòu)成計(jì)算內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的"0"、"r比特 流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過(guò)圖象輸入設(shè) 備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀W實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。
[0003] 二維碼信息容量的大小取決于二維碼的物理尺寸和掃碼設(shè)備的分辨能力，理論上 二維碼的信息容量可W達(dá)到無(wú)窮大，但是考慮到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，二維碼的尺寸受到限制，目 前主流的增大二維碼信息容量的方法為:減小二維碼像素尺寸增大二維碼像素?cái)?shù)、改變編 碼方式提高編碼效率、存儲(chǔ)短網(wǎng)址指向保存在云端的信息等，然而運(yùn)些方法并不能從根本 上提升二維碼的信息容量。另一方面，目前二維碼技術(shù)均是采用無(wú)差別掃碼技術(shù)，任意對(duì)象 均可通過(guò)手機(jī)等其他工具對(duì)二維碼進(jìn)行掃碼識(shí)別其中的信息。該種二維碼技術(shù)作為信息傳 播媒介存在一定的安全隱患，尤其是對(duì)于設(shè)及用戶信息安全的領(lǐng)域，如財(cái)產(chǎn)安全、個(gè)人私密 信息等。此外，目前傳統(tǒng)的二維碼技術(shù)自身雖然具有一定的保密防偽性能，但所采用的方式 僅是利用簡(jiǎn)單的位異或方法，并不能算得上是嚴(yán)格的安全防偽技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)傳統(tǒng)二維碼技術(shù)存在信息容量低、安全系數(shù)低的缺陷，本發(fā)明的目的是將光 譜編碼技術(shù)與二維碼技術(shù)結(jié)合，提供一種新型的編碼和解碼方法。目前在二維碼領(lǐng)域還沒(méi) 有利用光譜編碼進(jìn)行二維碼編碼的方式。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種光譜二維碼的編碼和解碼方法，該光譜二維碼包括圖形編碼和光譜編碼，其 特征在于，所述光譜二維碼的編碼具體過(guò)程如下：
[0007] (1)將圖形編碼信息寫入二維碼的圖形中，將光譜編碼信息寫入二維碼的圖形單 元中，每個(gè)圖形單元由IXN的一維光譜向量iSj構(gòu)成，包含N位的光譜編碼信息，其中向量 長(zhǎng)度N的值為；
[000引
[0009] 式中，Ar為光譜二維碼的光譜范圍，A A和FWHM為讀取光譜二維碼的光譜儀的光譜 分辨率和半峰寬；
[0010] (2)根據(jù)編碼信息利用光譜二維碼生成器對(duì)每個(gè)圖形單元進(jìn)行光譜向量的編 碼，然后對(duì)二維碼的圖案進(jìn)行圖形編碼，最終生成光譜二維碼。
[0011] 所述光譜向量贏苗的編碼方式為二值編碼，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:N位的編碼信息由 O和I組成，即每個(gè)有效波長(zhǎng)的編碼值為O或I，光譜二維碼生成器根據(jù)二值編碼信息對(duì)二維 碼每個(gè)圖形單元的發(fā)射光譜進(jìn)行設(shè)置，如果波長(zhǎng)、處的二值編碼值為1，則對(duì)應(yīng)的在此波段 有中屯、能量幅值為Amp(Ai)的光譜分量生成;如果波長(zhǎng)、處的二值編碼值為0,則對(duì)應(yīng)的在此 波段沒(méi)有光譜分量生成，即Amp(Ai)=O,其中，i = l，2,…，N;由于二值編碼不受能量幅值的 影響，Amp(Ai)的設(shè)置只需要大于最小能量闊值A(chǔ)mpJh即可。
[0012] 進(jìn)一步地，所述光譜二維碼的解碼過(guò)程如下：利用光譜二維碼掃描機(jī)器拍攝光譜 二維碼，獲取光譜二維碼的圖形信息和光譜信息;通過(guò)解碼分別獲取二維碼的圖形編碼信 息和光譜編碼信息，并將二者信息進(jìn)行融合，最終獲得光譜二維碼的信息;其中光譜二值編 碼的解碼步驟如下:對(duì)光譜能量幅值A(chǔ)mp (Ai)進(jìn)行判定，如果光譜能量幅值A(chǔ)mp (Ai)大于闊值 Amp_Th，則輸出為1;如果小于闊值A(chǔ)mp_Th，則輸出為0。
[0013] 所述光譜向量i品g的編碼方式為幅值編碼，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:N位的編碼信息由 函數(shù)f(、)生成，函數(shù)f(、)輸出值存在幅值上的差異，其中，i = l，2,…，N;光譜二維碼生成 器根據(jù)幅值編碼信息對(duì)二維碼每個(gè)圖形單元的發(fā)射光譜進(jìn)行設(shè)置;發(fā)射光譜的能量幅值 Amp(入 i)為：
[0014] Amp(Ai) =H(f (Ai))
[0015] 其中H為轉(zhuǎn)換函數(shù)，二維碼不同圖形單元采用的轉(zhuǎn)換函數(shù)H可W相同或者不同。
[0016] 進(jìn)一步地，所述光譜二維碼的解碼過(guò)程如下：利用光譜二維碼掃描機(jī)器拍攝光譜 二維碼，獲取光譜二維碼的圖形信息和光譜信息;通過(guò)解碼分別獲取二維碼的圖形編碼信 息和光譜編碼信息，并將二者信息進(jìn)行融合，最終獲得光譜二維碼的信息;其中光譜幅值編 碼的解碼步驟如下:對(duì)光譜能量幅值A(chǔ)mp (Ai)進(jìn)行判定，如果光譜能量幅值A(chǔ)mp (Ai)小于闊值 AmpJh，則輸出為0;如果大于闊值A(chǔ)mp_Th，則利用轉(zhuǎn)換函數(shù)H的反函數(shù)H-I對(duì)Amp (Ai)進(jìn)行處 理，輸出解碼值。
[0017] 所述光譜二維碼生成器利用半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)、光干設(shè)技術(shù)、或者巧光發(fā)光技術(shù)生 成光譜二維碼。
[0018] 進(jìn)一步地，在步驟(1)中，對(duì)光譜編碼信息進(jìn)行加密處理。
[0019] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0020] (1)本發(fā)明利用光譜編碼技術(shù)增加了光譜維度的信息通道，進(jìn)一步提高了二維碼 的信息存儲(chǔ)量，存儲(chǔ)量為傳統(tǒng)二維碼技術(shù)的2^-1倍，從而解決了目前二維碼的存儲(chǔ)信息量低 的問(wèn)題；
[0021] (2)本發(fā)明的光譜二維碼，只有特定用戶利用特殊的光譜相機(jī)才能夠得到光譜二 維碼的完整信息，保證了信息安全和用戶隱私，繼而實(shí)現(xiàn)二維碼技術(shù)針對(duì)特定人群的讀取 和識(shí)別；
[0022] (3)本發(fā)明在光譜編碼階段，相對(duì)于傳統(tǒng)的二維碼技術(shù)又引入了一層加密機(jī)制，使 得二維碼的安全性和可靠性得到大大的提高。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明光譜二維碼組成元素示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明光譜二維碼的生成流程圖；
[0025] 圖3為光譜二維碼光譜二值編解碼原理圖；
[0026] 圖4為光譜二維碼光譜幅值編解碼原理圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明光譜二維碼的識(shí)別流程圖；
[0028] 圖6為實(shí)施例中InP量子點(diǎn)吸收和激發(fā)光譜與粒子尺寸關(guān)系圖（引用出處：0.1. Micic,H.M.Cheong,H.Fu,et al.Size-Dependent Spectroscopy of InP Quantum Dots [J].Journal of Physical Qiemistry B,1997,101(25));
[0029] 圖7為QR二維碼結(jié)構(gòu)分布示意圖；
[0030] 圖8為實(shí)施例中光譜二維碼光譜幅值編碼的光譜示意圖；
[0031] 圖9為實(shí)施例中平面反射光柵原理圖；
[0032] 圖10為實(shí)施例中光柵光譜二維碼示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明光譜二維碼的每個(gè)圖形單元由IXN的一維光譜向量i品5構(gòu)成，包含N位的 光譜信息，如圖1所示。向量長(zhǎng)度N取決于光譜二維碼生成器的光譜范圍^，讀取光譜二維碼 的光譜儀光譜分辨率A A和半峰寬為FWHM，理論上N的最大值N,max為
[0034]
(1)
[0035] 生成二維碼的流程圖如圖2所示，需要寫入光譜二維碼的信息通過(guò)各自的編碼方 式分別進(jìn)行圖形編碼和光譜編碼，圖形編碼是將信息寫入二維碼的圖形中，與傳統(tǒng)二維碼 方法相似;光譜編碼是將信息寫入二維碼圖形單元的光譜中。圖形編碼程序和光譜編碼程 序共同寫入硬件驅(qū)動(dòng)，作用于專業(yè)的光譜二維碼生成硬件，根據(jù)硬件的不同，利用不同的生 成原理生成光譜二維碼，包括半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)、光干設(shè)技術(shù)、或者巧光發(fā)光技術(shù)等。
[0036] 根據(jù)光譜向量編碼方式不同，有二值編碼和幅值編碼兩種生成方式。
[0037] 光譜二值編碼的實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示，N位的編碼信息f由0和1組成，即每個(gè)有效波 長(zhǎng)的編碼值為0或1，光譜二維碼生成器根據(jù)二值編碼信息對(duì)二維碼的發(fā)射光譜進(jìn)行設(shè)置。 如果波長(zhǎng)、Q = I，2,…，N)處的二值編碼值為1，則對(duì)應(yīng)的在此波段有中屯、能量幅值為Amp (、)的光譜分量生成;如果波長(zhǎng)、(i = 1，2，…，N)處的二值編碼值為0，則對(duì)應(yīng)的在此波段沒(méi) 有光譜分量生成，Amp(、）= 〇。由于二值編碼不受能量幅值的影響，Amp(Ai)的設(shè)置只需要大 于最小能量闊值A(chǔ)mp_Th即可。
[00：3 引
口）
[0039] 光譜幅值編碼的實(shí)現(xiàn)方式如圖4所示，N位的編碼信息由函數(shù)f (Al)生成，函數(shù)f輸 出值存在幅值上的差異，因此稱為幅值編碼。光譜二維碼生成器根據(jù)幅值編碼信息對(duì)二維 碼的發(fā)射光譜進(jìn)行設(shè)置。發(fā)射光譜的能量幅值A(chǔ)mp(Ai)表達(dá)式如(3)所示。H為轉(zhuǎn)換函數(shù)，輸 入為幅值編碼信息f(、），輸出為發(fā)射光譜的能量幅值A(chǔ)mp(、）。為了提高編碼速度，函數(shù)H可 W取系數(shù)為1的正比函數(shù)，即Amp(、）=f (Al)，此時(shí)同一個(gè)編碼波段光譜處的能量幅值與編 碼信息值相等。為了提高二維碼的保密性，可W設(shè)置復(fù)雜的轉(zhuǎn)換函數(shù)H，此時(shí)光譜能量幅值 Amp(Ai)不再等于編碼函數(shù)f (Al)。
[0040] Amp(、）=H(f(入 i))(i = l，2，...N) (3)
[0041] 另外，因?yàn)槎S碼由多個(gè)元素單元組成，不同元素單元之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)H可W相互 獨(dú)立，W提高二維碼的保密性。包含mXn個(gè)元素單元的二維碼，公式(3)可寫成公式(4)。
[0042] Amp(x'y)(入i)=H(x'y)(f(x'y)(、))(i = l，2,...N，x=l,2,...m,y=l,2,...n) (4)
[0043] 光譜二維碼除了對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行光譜編碼，對(duì)二維碼圖案也可進(jìn)行圖像編碼，包 含m X n個(gè)元素，并且光譜向量長(zhǎng)度為N的光譜二維碼，若采用光譜二值編碼和圖像編碼結(jié)合 的方式可包含的信息量為2mxnxw;若采用光譜幅值編碼和圖像編碼結(jié)合的方式可包含的信 息量為imXnXWj為光譜幅值編碼的有效位數(shù)(1>2)。
[0044] 識(shí)別二維碼的流程圖如圖5所示，利用專業(yè)的光譜二維碼掃描機(jī)器，例如光譜相 機(jī)，拍攝光譜二維碼，獲取光譜二維碼的圖形信息和光譜信息，通過(guò)解碼程序解碼，分別獲 取二維碼圖形和光譜中的信息，二維碼光譜解碼獲得每個(gè)圖形單元的光譜解碼值，二維碼 圖形解碼可W定位出數(shù)據(jù)編碼區(qū)域和圖形解碼序列，用每個(gè)圖形單元的光譜解碼值代替每 個(gè)圖形單元的圖形解碼值，形成新的圖形解碼序列，最終獲得光譜二維碼的信息。
[0045] 光譜二值解碼的方式如圖3,對(duì)光譜能量幅值A(chǔ)mp(Ai)進(jìn)行判定，如果大于闊值 Amp_Th，則輸出為1;如果小于闊值A(chǔ)mp_Th，則輸出為0。
[0046]
按)
[0047] 光譜幅值解碼的方式如圖4所示，對(duì)光譜能量幅值A(chǔ)mp(Ai)進(jìn)行判定，小于闊值 Amp_Th，則輸出為0;如果大于闊值A(chǔ)mp_Th，則利用函數(shù)Ifi對(duì)Amp進(jìn)行處理，輸出解碼值f/。 [004引 f' =H-I(Amp) (6)
[0049]除了利用轉(zhuǎn)換函數(shù)H提高光譜二維碼的保密性，也可W對(duì)編碼信息f進(jìn)行保密設(shè) 置，并將編碼信息f的解密方法作為信息寫入特定波長(zhǎng)的光譜編碼中。
[(K)加]實(shí)施例1:
[0051 ]基于量子點(diǎn)技術(shù)的光譜二維碼編解碼
[0052] 量子點(diǎn)由有限數(shù)目的原子組成，=個(gè)維度尺寸均在納米數(shù)量級(jí)。量子點(diǎn)受激后可 W發(fā)射巧光，且發(fā)射光譜窄而對(duì)稱，顏色可調(diào)，可利用其巧光發(fā)光技術(shù)來(lái)制備光譜二維碼； 同時(shí)，量子點(diǎn)通過(guò)電激發(fā)也可W發(fā)光，利用其制備的量子點(diǎn)二極管也可W用來(lái)生成光譜二 維碼。
[0053] 首先根據(jù)編碼需求設(shè)計(jì)光譜編碼向量^寡 =Ssn游苗成￡睞誠(chéng)…與:游為|；|。
[0054] 根據(jù)光譜編碼向量態(tài)的波長(zhǎng)信息，調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸大小和化學(xué)物質(zhì)組成，從 而改變量子點(diǎn)的發(fā)射光譜。WInP量子點(diǎn)為例，發(fā)射光譜和粒子尺寸如圖6所示，當(dāng)改變它的 粒徑，從2.6nm調(diào)整到到6. Onm時(shí)，發(fā)射波長(zhǎng)可W從595nm移到780nm，發(fā)光波段^為185皿，半 峰寬FWHM為30nm，光譜分辨率為Inm，根據(jù)公式(1)，光譜編碼向量的長(zhǎng)度最大為6,編碼波長(zhǎng) 為[595nm，635nm，680nm，725nm，750nm，780nm]，對(duì)應(yīng)粒子的直徑為[2.6nm，3nm，3.5nm， 4.2nm，4.8nm，6nm]。
[0055] W二值編碼為例，編碼信息f可設(shè)置為[I，0，I，I，0，I ]，對(duì)應(yīng)的光譜編碼向量
，為方便說(shuō)明，可設(shè)置各分量值相等，即 根據(jù)光譜編碼向量Iiif，改變量子點(diǎn)InP半導(dǎo)體的 粒子尺寸和濃度可獲得對(duì)應(yīng)的發(fā)射光譜。
[0056] 光譜二維碼的單個(gè)元素完成編碼后，下個(gè)步驟是對(duì)mXn陣列的量子點(diǎn)都按照同樣 的方式進(jìn)行光譜編碼，并利用普通圖像二維碼編碼方法，本實(shí)施例中WQR CODE二維碼編碼 方式進(jìn)行說(shuō)明。圖7為QR二維碼的結(jié)構(gòu)分布圖，二維碼元素單元分為兩部分:功能圖形區(qū)域 和數(shù)據(jù)編碼區(qū)域。第一步設(shè)置功能圖形區(qū)域，該區(qū)域圖形包括:位置探測(cè)圖形、位置探測(cè)圖 形分隔符、定位圖形和校正圖形;對(duì)該區(qū)域的二維碼元素單元進(jìn)行光譜編碼，功能圖形區(qū)域 的光譜編碼不包含數(shù)值信息，只需要能夠區(qū)分不同形狀即可，參考圖7,本實(shí)施例中可W對(duì) 功能圖形區(qū)域中的黑色區(qū)域設(shè)置編碼信息f為[1，0,0,0,0,0]，白色區(qū)域設(shè)置編碼信息'為 [0,0，1，0,0,0];第二步設(shè)置數(shù)據(jù)編碼區(qū)域，數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字，與傳統(tǒng)孤碼的區(qū)別 在于，傳統(tǒng)孤碼的每個(gè)元素單元所包含的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制"r或者"0"，本實(shí)施例中每個(gè)元素 單元所包含的數(shù)據(jù)為化it的二進(jìn)制數(shù)f。
[0057]光譜二維碼解碼階段，可利用公開(kāi)號(hào)為CN102279050A的專利《一種多光譜計(jì)算重 構(gòu)方法及系統(tǒng)》中提到的光譜重構(gòu)方法提取光譜編碼信息。具體步驟如下：
[005引步驟1，獲取光譜二維碼的雙路多光譜圖像;步驟2,根據(jù)QR CODE二維碼解碼原理， 利用圖像處理方法，識(shí)別出二維碼的功能圖形區(qū)域和二維碼的數(shù)據(jù)編碼區(qū)域;步驟3,對(duì)光 譜二維碼數(shù)據(jù)編碼區(qū)域單個(gè)元素單元的多光譜圖像的采樣點(diǎn)光譜信息進(jìn)行主成分分析，得 到每個(gè)元素單元主成分光譜向量基;步驟4,根據(jù)主成分光譜向量基、相機(jī)采集的RGB向量、 相機(jī)的R通道積分曲線、相機(jī)的G通道積分曲線W及相機(jī)的B通道積分曲線重構(gòu)未知光譜點(diǎn) 上的光譜信息Ampuy);步驟5,利用公式5獲取二維碼每個(gè)元素單元光譜編碼信息步 驟6,將數(shù)據(jù)編碼區(qū)域的每個(gè)元素單元的編碼信息f/(x,y)按照既定的順序進(jìn)行組合，最終獲 得二維碼的全部數(shù)據(jù)信息。
[0化9]實(shí)施例2:
[0060] 幅值光譜編解碼
[0061] WlnP量子點(diǎn)為例，光譜編碼向量長(zhǎng)度N=6。
[0062] 編碼階段
[0063] 第一步，設(shè)置編碼信息并歸一化編碼信息，編碼信息f為具有相對(duì)值大小的編碼向 量，如'=[7,4,2,5,0,3];由于在解碼階段，拍攝距離和角度等因素會(huì)影響解碼裝備獲取的 光譜絕對(duì)值，因此在編碼階段需設(shè)置歸一化的編碼信息，此實(shí)施例中W第=位為標(biāo)準(zhǔn)值，歸 一化編碼信I
[0064] 第二步，轉(zhuǎn)換函數(shù)H采用系數(shù)為1的正比函數(shù)，即盃苗^/，各波段的發(fā)射光譜如圖8 中的虛線所示；
[0065] 第S步，轉(zhuǎn)換函數(shù)H校準(zhǔn)，由于相鄰波段之間存在重疊，因此實(shí)際發(fā)射光譜的^向 量與設(shè)計(jì)值存在偏差，如圖8中的實(shí)線所示;利用軟件仿真（例如Matlab、Mathematica等數(shù) 字處理軟件進(jìn)行數(shù)值模擬)或?qū)嶋H測(cè)量(例如利用光譜儀進(jìn)行光譜測(cè)量)可獲得實(shí)際的發(fā)射 光譜值利用公式(7)可計(jì)算獲得校準(zhǔn)后自勺轉(zhuǎn)換函數(shù)吏飛；
[0066]
(T)
[0067] 解碼階段
[0068] 第一步，利用實(shí)施例1中的光譜重構(gòu)方法科獲取光譜向量
[0069] 第二步，對(duì)光譜向量進(jìn)行闊值判定，小于Amp_^的光譜值對(duì)應(yīng)的光譜解碼值 f為0;大于Amp_^的光譜值對(duì)應(yīng)的光譜解碼值f/可利用公式(6)和校準(zhǔn)后的轉(zhuǎn)換函數(shù)1計(jì) 算得到；
[0070] 第=步，歸一化解碼值，對(duì)光譜解碼值f/進(jìn)行歸一化操作W消除該影晌.電于在編 碼階段，采用第=位的數(shù)值進(jìn)行歸一化，因此在解碼階段，歸一化解碼值
[0071] 實(shí)施例3:
[0072] 光譜編碼信息f加密
[0073] WlnP量子點(diǎn)為例，光譜編碼向量長(zhǎng)度N=6。
[0074] 編碼階段：
[0075] 第一步，建立加密算法E與代碼對(duì)應(yīng)關(guān)系的查找表格，例如1代表DES算法，2代表 DSA算法，3代表1DEA算法，4代表只對(duì)固定位編碼，等等；
[0076] 第二步，選擇加密算法，此實(shí)施例中設(shè)計(jì)加密算法對(duì)應(yīng)代碼為4,即f(l)=4;
[0077] 第=步，根據(jù)所選擇的加密算法E對(duì)明文P加密生成密文C，賦值給編碼信息f。根據(jù) 加密算法要求，對(duì)編碼向量的固定位(例如第S位)進(jìn)行編碼，即f(3)=data，其余位的值為 隨機(jī)值，良Pf (2/4/5) =r曰ndam,編石馬向量f = [4，r曰ndam，d曰t曰，r曰ndam，r曰ndam，r曰ndam];
[0078] 第四步，采用實(shí)施例2中的方法生成光譜二維碼。
[00巧]解碼階段：
[0080] 第一步，采用實(shí)施例2中的方法獲取光譜解碼值f/ ;
[0081] 第二步，提取f/第一位的值，f/ (1) =4,查表獲取光譜加密算法；
[0082] 第=步，根據(jù)加密算法對(duì)f/進(jìn)行解碼，提取明文信息P = f(3)=da化。
[0083] 實(shí)施例4:
[0084] 基于反射光柵的光譜二維碼編解碼
[0085] 平面反射光柵是在高精度平面上刻有一系列等寬而又等間隔的刻痕所形成的元 件，一般的光柵在一毫米內(nèi)刻有幾十條至數(shù)千條的刻痕，如圖9所示，當(dāng)一束平行的復(fù)合光 入射到反射光柵上，光柵能將它按波長(zhǎng)在空間分解為光譜，分散光譜波長(zhǎng)與入射角度i、反 射角度e W及光柵刻痕長(zhǎng)度d有如下關(guān)系：
[00 化]mA = d(sin 目+sini) (8)
[0087] 其中m為光譜級(jí)次，本實(shí)施例中，光譜級(jí)次固定為1。
[0088] 編碼階段，根據(jù)編碼向量要求，對(duì)每一個(gè)二維碼單元設(shè)計(jì)刻痕間隔d，如圖10所示。 例如歸一化的編碼向量.IiJ為[1,1，0,1]，采用的波長(zhǎng)為[400皿,500皿,600皿,700皿]，則 只需對(duì)400nm、5(K)nm、700nm對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)進(jìn)行刻痕，分別對(duì)應(yīng)刻痕間隔(11、(12、(13，在入射角和 反射角固定的情況下，有dl: d2: d3 = 4:5:7。
[0089] 解碼階段，采用復(fù)合平行光照射二維碼，為了確保分解光譜各個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光譜 級(jí)次為1，復(fù)合平行光的波段采用400~800皿的復(fù)合光，任意入射角度照射光譜二維碼，利 用光譜相機(jī)在任意反射角度拍攝光譜二維碼，利用實(shí)施例1中的方法獲得二維碼的光譜信 息。W編碼階段的二維碼單元為例，由于入射角度和反射角度固定，獲得光譜峰值的比值關(guān) 系為公式(9)。參考編碼波段比值為4:5:6:7,可W解碼得到編碼值為1101。
[0090] Al：A2：A3 = dl：d2：d3 = 4：5：7 (9)
[0091] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選例實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任 何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，該光譜二維碼包括圖形編碼和光譜編碼，其特 征在于，所述光譜二維碼的編碼具體過(guò)程如下： (1) 將圖形編碼信息寫入二維碼的圖形中，將光譜編碼信息寫入二維碼的圖形單元中， 每個(gè)圖形單元由IXN的一維光譜向j構(gòu)成，包含N位的光譜編碼信息，其中向量長(zhǎng)度N 的儼t.式中，為光譜二維碼的光譜范圍，△ λ和FWHM為讀取光譜二維碼的光譜儀的光譜分辨 率和半峰寬； (2) 根據(jù)編碼信息利用光譜二維碼生成器對(duì)每個(gè)圖形單元進(jìn)行光譜向量1^的編碼， 然后對(duì)二維碼的圖案進(jìn)行圖形編碼，最終生成光譜二維碼。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，所述光譜向 量1?的編碼方式為二值編碼，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:Ν位的編碼信息由O和1組成，即每個(gè)有 效波長(zhǎng)的編碼值為〇或1，光譜二維碼生成器根據(jù)二值編碼信息對(duì)二維碼每個(gè)圖形單元的發(fā) 射光譜進(jìn)行設(shè)置，如果波長(zhǎng)A 1處的二值編碼值為1，則對(duì)應(yīng)的在此波段有中心能量幅值為 Amp (λ〇的光譜分量生成;如果波長(zhǎng)\處的二值編碼值為〇，則對(duì)應(yīng)的在此波段沒(méi)有光譜分量 生成，即Amp(Ai) =〇，其中，i = 1,2，···，Ν;由于二值編碼不受能量幅值的影響，Amp(Ai)的設(shè) 置只需要大于最小能量閾值A(chǔ)mp_Th即可。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，所述光譜二 維碼的解碼過(guò)程如下：利用光譜二維碼掃描機(jī)器拍攝光譜二維碼，獲取光譜二維碼的圖形 信息和光譜信息;通過(guò)解碼分別獲取二維碼的圖形編碼信息和光譜編碼信息，并將二者信 息進(jìn)行融合，最終獲得光譜二維碼的信息;其中光譜二值編碼的解碼步驟如下:對(duì)光譜能量 幅值A(chǔ)mp (Ai)進(jìn)行判定，如果光譜能量幅值A(chǔ)mp (Ai)大于閾值A(chǔ)mp_Th，則輸出為1;如果小于閾 值A(chǔ)mp_Th，則輸出為0。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，所述光譜向 量???的編碼方式為幅值編碼，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:N位的編碼信息由函數(shù)f (A1)生成，函數(shù) f(M)輸出值存在幅值上的差異，其中，? = 1，2，···，Ν;光譜二維碼生成器根據(jù)幅值編碼信息 對(duì)二維碼每個(gè)圖形單元的發(fā)射光譜進(jìn)行設(shè)置;發(fā)射光譜的能量幅值A(chǔ)mp(M)為： Amp(Ai)=H(f(Ai)) 其中H為轉(zhuǎn)換函數(shù)，二維碼不同圖形單元采用的轉(zhuǎn)換函數(shù)H可以相同或者不同。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，所述光譜二 維碼的解碼過(guò)程如下：利用光譜二維碼掃描機(jī)器拍攝光譜二維碼，獲取光譜二維碼的圖形 信息和光譜信息;通過(guò)解碼分別獲取二維碼的圖形編碼信息和光譜編碼信息，并將二者信 息進(jìn)行融合，最終獲得光譜二維碼的信息;其中光譜幅值編碼的解碼步驟如下:對(duì)光譜能量 幅值41^(^〇進(jìn)行判定，如果光譜能量幅值411^|(>〇小于閾值細(xì)?_1'11，則輸出為0 ;如果大于閾 值A(chǔ)mp_Th，則利用轉(zhuǎn)換函數(shù)H的反函數(shù)Γ1對(duì)Amp(M)進(jìn)行處理，輸出解碼值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，所述 光譜二維碼生成器利用半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)、光干涉技術(shù)、或者熒光發(fā)光技術(shù)生成光譜二維碼。7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的一種光譜二維碼的編碼和解碼方法，其特征在于，在 步驟(1)中，對(duì)光譜編碼信息進(jìn)行加密處理。
【文檔編號(hào)】G06K7/14GK106022200SQ201610299246
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】丁健文, 李想, 閆鋒, 朱曦, 潘巍松
【申請(qǐng)人】江蘇南大五維電子科技有限公司