QR碼技術(shù)及其在煙酒包裝防偽中的應(yīng)用

申 冉 陳 威

（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院）

QR碼技術(shù)及其在煙酒包裝防偽中的應(yīng)用

申 冉 陳 威

（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院）

QR碼具有很強(qiáng)的實(shí)用性、可靠性、安全性以及可拓展性，其簡單方便的操作方式深受消費(fèi)者與煙酒生產(chǎn)廠家的歡迎。從QR碼的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、編碼識(shí)別原理以及在煙酒包裝的應(yīng)用等方面，闡述了QR碼技術(shù)的重要性及產(chǎn)生的必然性。

煙酒防偽QR碼防偽系統(tǒng)

引言

當(dāng)今社會(huì)，假冒偽劣的煙酒產(chǎn)品猖獗，不僅擾亂了煙酒市場的銷售秩序，而且嚴(yán)重危害消費(fèi)者的生命健康。防偽標(biāo)識(shí)是消費(fèi)者辨別真?zhèn)蔚闹饕罁?jù)，但是過于簡單的防偽標(biāo)識(shí)易于被仿制偽造，復(fù)雜的標(biāo)識(shí)消費(fèi)者又難于使用，因此易識(shí)別而難仿造的QR碼防偽技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)用QR碼進(jìn)行防偽包裝能夠有效地保護(hù)消費(fèi)者的利益，提高品牌煙酒的防偽能力，維護(hù)企業(yè)自身形象，促進(jìn)煙酒市場的現(xiàn)代化管理和健康發(fā)展。

1、QR碼概述

1.1 QR碼簡介

QR碼（Quick Response Code）又叫做快速響應(yīng)矩陣碼，屬二維碼范疇。它存儲(chǔ)量大、可靠性能好，還具有快速識(shí)別的特點(diǎn)，可以高效的表示漢字，在國內(nèi)擁有良好的應(yīng)用前景。

如圖1所示，QR碼呈正方形，只有黑白兩色，其中3個(gè)角上印有較小的“回”字形圖案。這3個(gè)圖案是幫助解碼軟件定位的圖案，使用者不需要對(duì)準(zhǔn)，無論以任何角度掃描，資料仍可正確被讀?。?］。

圖1 QR碼

1.2 QR碼的特點(diǎn)

（1）信息容量大、密度高。二維碼的垂直方向尺寸表示的是條碼的信息密度，與一位條碼相比，二維條碼能夠表示字節(jié)，這就為多種語言文字表示提供了可能?？梢园旬a(chǎn)品的全部信息存儲(chǔ)在一個(gè)二維碼中，若查看產(chǎn)品的信息，需要使用讀取設(shè)備掃描二維碼即可，不需要建立數(shù)據(jù)庫。

（2）編碼范圍廣。二維碼可以把聲音、圖片、文字等用數(shù)字化信息編碼，然后以條碼形式表示出來，能表示多種文字和圖像。

（3）保密防偽效果好。二維碼可以采用密碼、簽字、指紋等多種信息形式進(jìn)行防偽，因此保密性能高。

（4）表示文字多。與一位條碼相比，二維條碼能夠表示字節(jié)，為多種語言文字表示提供了可能。

（5）制作簡單、成本低廉。利用現(xiàn)有打印技術(shù)在紙張、卡片、PVC以及金屬表面都能夠印出二維條碼。

（6）可進(jìn)行360度識(shí)別。

（7）QR碼與其他二維碼有很大區(qū)別［1］，如表1所示。

表1 QR碼與其他二維碼的比較

1.3 QR碼的符號(hào)結(jié)構(gòu)

如圖2所示，QR碼為正方形，是由顏色深淺不同的正方形模塊組成。每個(gè)不同深淺的模塊都表示一組特定的數(shù)據(jù)信息，深色表示二進(jìn)制的“1”，淺色表示二進(jìn)制的“0”。QR碼圖形是由編碼區(qū)和功能圖組成的，前者是表示圖像信息后者則與識(shí)別有關(guān)。功能圖形是由空白區(qū)、尋像圖形、矯正定位圖形和位置探測圖形分隔符組成［2］。

圖2 QR碼基本結(jié)構(gòu)

2、QR碼編碼與識(shí)別原理

2.1 QR碼的編碼原理

如圖3所示，QR碼的編碼步驟大體上可以分為7步，即數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)編碼、糾錯(cuò)編碼、構(gòu)造最終信息、構(gòu)造最終模塊、掩模運(yùn)算、添加版本信息和構(gòu)造信息［3］。

圖3 編碼流程圖

（1）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，是所有編碼方法中最合適的編碼模式。QR碼有多種編碼模式，尋找一種合適的編碼方式可提高編碼效率，在數(shù)據(jù)分析階段需要進(jìn)行選擇編碼糾錯(cuò)等操作。此外，在數(shù)據(jù)分析階段還需要選擇編碼版本，若沒有規(guī)定版本，將會(huì)采用默認(rèn)與數(shù)據(jù)匹配的最小版本。

（2）數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)編碼是指數(shù)據(jù)流按照特定的方式編成二進(jìn)制的字符串，在字符串之前按照編碼模式和編碼版本選擇相應(yīng)的模式指示符和字符計(jì)數(shù)指示符，并將其合并成最終的完整數(shù)據(jù)流。表2是不同編碼方式下，模式指示符與字符計(jì)數(shù)指示符的長度規(guī)定。

表2 模式指示符與字符計(jì)數(shù)指示符的長度規(guī)定

（3）生成糾錯(cuò)碼

QR碼的糾錯(cuò)碼采用RS糾錯(cuò)算法生成。糾錯(cuò)碼能夠使QR碼圖像在污損后也能防止丟失數(shù)據(jù)。糾錯(cuò)碼的等級(jí)分為L、M、Q和H，糾錯(cuò)能力為7%、15%、25%和30%。具體糾錯(cuò)步驟：

①根據(jù)糾錯(cuò)等級(jí)把獲得的數(shù)據(jù)碼進(jìn)行分塊；

②生成數(shù)據(jù)碼多項(xiàng)式，系數(shù)是步驟1當(dāng)中分塊之后的數(shù)據(jù)碼。多項(xiàng)式的最高項(xiàng)系數(shù)是第1位數(shù)據(jù)碼，最低項(xiàng)系數(shù)是最后1位數(shù)據(jù)碼；

③按照版本號(hào)和糾錯(cuò)等級(jí)生成對(duì)應(yīng)的糾錯(cuò)碼多項(xiàng)式。使用多項(xiàng)式除以數(shù)據(jù)碼多項(xiàng)式，得到另一個(gè)剩余多項(xiàng)式。該多項(xiàng)式最高項(xiàng)的系數(shù)就是這組數(shù)據(jù)碼的第1位糾錯(cuò)碼字，最低項(xiàng)系數(shù)是最后1位糾錯(cuò)碼字。

（4）構(gòu)造信息排布序列

經(jīng)過前兩步在得到了數(shù)據(jù)碼字與糾錯(cuò)碼字之后，按照一定的規(guī)則排列得出信息的排布序列。

（5）布置模塊

如圖4所示，在每個(gè)8位的碼字以兩模塊寬的縱列從符號(hào)的右下角開始，按照蛇形排列。位序列在縱列中從右至左，按照模塊的排列方向從最高位至最低位依次排放。圖5是圖4中部分模塊的位序列排列。

圖4 模塊排列

圖5 位序列排列

（6）掩模

為了確保符號(hào)模塊的深淺比例相近，避免符號(hào)的其他位置出現(xiàn)位置探測圖形1011101序列，需要進(jìn)行掩模。根據(jù)表3所示的掩模生成條件，生成8種掩模圖形，分別與上述布置好的模塊進(jìn)行異或運(yùn)算。對(duì)8種結(jié)果進(jìn)行測試，選擇最低的作為最終結(jié)果，并把相應(yīng)的掩模圖形參考添進(jìn)格式信息。

表3 掩模圖形生成條件

（7）添加格式版本信息

根據(jù)糾錯(cuò)等級(jí)以及掩模圖形的參考，得到格式信息的5位數(shù)據(jù)位。使用BHC（15，5）編碼得到10位糾錯(cuò)位。15位的格式信息和掩模圖形進(jìn)行異或運(yùn)算，將結(jié)果放到格式信息對(duì)應(yīng)的位置。

依據(jù)版本號(hào)生成6位數(shù)據(jù)位的版本信息，再經(jīng)過BHC（18，6）糾錯(cuò)編碼得到12位的糾錯(cuò)位。將18位版本信息放入相應(yīng)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碼的識(shí)別原理

QR碼的識(shí)別讀取主要分為3個(gè)步驟，即圖像的預(yù)處理、識(shí)別和解碼［4］［5］。圖像的預(yù)處理主要是定位QR碼圖像，識(shí)別過程是通過識(shí)別找到單位模塊的條碼符號(hào)矩陣，之后再將符號(hào)矩陣轉(zhuǎn)化成一維的字節(jié)，QR碼解碼過程通過糾錯(cuò)得到在符號(hào)矩陣中存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)。

（1）QR碼圖像的預(yù)處理

圖像的預(yù)處理就是為了解決在設(shè)備掃描圖像時(shí)出現(xiàn)的失真、傾斜、偏光模糊等影響圖像讀取的現(xiàn)象，為提高識(shí)別率提供前提。

（2）QR碼的識(shí)別

識(shí)別后得到的QR碼單元符號(hào)矩陣決定QR碼是否正確解碼，所以圖像的識(shí)別必須依據(jù)圖像的黑白特點(diǎn)避免光照不均勻產(chǎn)生的影響。識(shí)別算法的根本思路是根據(jù)黑白塊是否均勻來求二值化圖像的閾值，所以要對(duì)圖像進(jìn)行灰度圖的二值化處理，這樣可以消除光照不均勻產(chǎn)生的影響，用邊緣檢測的方法和投影計(jì)算法來計(jì)算水平和垂直兩邊界峰點(diǎn)的集合，利用峰點(diǎn)對(duì)QR碼模塊劃分，求出模塊對(duì)應(yīng)圖像，最后得到QR碼的符號(hào)矩陣。

（3）QR碼的解碼

解碼流程如下：

①識(shí)別讀取格式信息；

②用掩模圖形對(duì)矩陣進(jìn)行異或處理，消除掩模；

③利用模塊的排列規(guī)則，識(shí)讀符號(hào)字符，恢復(fù)數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字；

④用同等級(jí)的糾錯(cuò)信息檢測錯(cuò)誤，有則改正；

⑤將得到的字符計(jì)數(shù)指示符和模式指示符按照使用的模式進(jìn)行譯碼，輸出結(jié)果。

3、QR碼在煙酒包裝防偽中的應(yīng)用

QR碼防偽性能的優(yōu)越性表現(xiàn)在它攜帶的信息無法被偽造，煙酒企業(yè)可以將他們的產(chǎn)品信息經(jīng)過加密技術(shù)存放到QR碼中，然后把條碼貼在產(chǎn)品的外包裝和開口處，消費(fèi)者在購買產(chǎn)品時(shí)可以用手機(jī)把條碼拍攝下來，以圖片的形式發(fā)送到指定服務(wù)器，經(jīng)過服務(wù)器的解密處理后再將明文的產(chǎn)品信息反饋給消費(fèi)者，這樣消費(fèi)者在辨別產(chǎn)品的同時(shí)也了解到詳細(xì)的產(chǎn)品信息。

對(duì)于消費(fèi)者來說，越簡單有效地防偽技術(shù)越受歡迎，消費(fèi)者只需要拿出手機(jī)拍下QR碼防偽圖像發(fā)送給生產(chǎn)廠家就能得到結(jié)果，方便快捷。對(duì)于生產(chǎn)者來說，QR碼防偽技術(shù)可靠性好、技術(shù)成本低、裝配簡單、不需要改變生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備就能輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的防偽。

在實(shí)際操作過程中，涉及到的業(yè)務(wù)流程包括QR碼個(gè)性化信息安全處理、QR碼印刷、商品的流通和真?zhèn)螜z測等環(huán)節(jié)。具體操作流程［6］如下：

（1）可變信息安全處理環(huán)節(jié)。產(chǎn)品出廠之前，將不同的煙酒生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品的名稱、凈含量、生產(chǎn)日期、構(gòu)成成分、生產(chǎn)批次、產(chǎn)地等信息經(jīng)過加密處理，與每一產(chǎn)品的唯一識(shí)別碼混合起來生成QR碼圖像；

（2）二維碼印刷環(huán)節(jié)。根據(jù)上一步驟產(chǎn)生的QR碼圖像，在包裝車間的生產(chǎn)流水線上，利用噴墨印刷系統(tǒng)在產(chǎn)品內(nèi)外包裝的封口處進(jìn)行印刷。與此同時(shí)，將可變信息處理環(huán)節(jié)得到的唯一性的商品編碼也發(fā)送到噴墨印刷設(shè)備上，以數(shù)字印刷的方式噴印在包裝盒上，最終完成出廠流通；

（3）商品的流通環(huán)節(jié)。代理商在經(jīng)過申請(qǐng)審查合格后，在企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)上注冊(cè)認(rèn)證，由系統(tǒng)分配一個(gè)具有唯一性的賬號(hào)。當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)此經(jīng)銷商處之后，由經(jīng)銷商負(fù)責(zé)掃碼，然后將產(chǎn)品信息發(fā)送給企業(yè)終端系統(tǒng)，經(jīng)企業(yè)驗(yàn)證為真品后將信息回饋給經(jīng)銷商并在二維碼上添加經(jīng)銷商的信息；若為假冒產(chǎn)品則啟動(dòng)警報(bào)，提示經(jīng)銷商為假貨。零售商系統(tǒng)功能與代理商一致，只是在產(chǎn)品銷售前還需要再次掃碼，此時(shí)QR碼的信息上會(huì)多出一條“此產(chǎn)品已售出”的標(biāo)識(shí)； （4）真?zhèn)螜z測環(huán)節(jié)。消費(fèi)者辨別真?zhèn)蔚姆绞接腥N，第一是在購買產(chǎn)品時(shí)由零售商負(fù)責(zé)向消費(fèi)提供真?zhèn)我罁?jù)。第二是消費(fèi)者利用手機(jī)或拍照設(shè)備將條碼發(fā)送到企業(yè)終端，根據(jù)反饋的信息辨別真?zhèn)?。第三是利用廠家在商場里設(shè)立的條碼查詢機(jī)器，將條碼對(duì)準(zhǔn)掃描器用機(jī)器來辨別真?zhèn)危?］。

4 結(jié)語

與目前我國存在的包裝防偽、數(shù)碼防偽和破壞性防偽技術(shù)相比，QR碼技術(shù)具有優(yōu)越的保密防偽性能和簡單易行的編碼操作性能，能有效保護(hù)我國的煙酒品牌，維護(hù)消費(fèi)者和生產(chǎn)者雙方的利益，且能對(duì)其它商品的防偽保護(hù)起到示范作用。因此，推動(dòng)QR碼防偽技術(shù)在我國商品生產(chǎn)流通領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用勢在必行。

［1］中國物品條碼中心.條碼技術(shù)基礎(chǔ)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

［2］郭琳.QR Code二維條碼編譯碼及自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究［D］.云南：昆明理工大學(xué)，2008.

［3］宋維.二維條碼QR Code糾錯(cuò)算法的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院，2007.

［4］盧鑌.QR碼識(shí)別方法研究及應(yīng)用［J］.南京：南京理工大學(xué)，2013.

［5］劉東，高西全.QR碼圖像處理及識(shí)別算法研究［J］.信息技術(shù)，2004.

［6］解龍.基于加密QR碼的商品流通管理應(yīng)用研究［J］.北京：北京印刷學(xué)院，2014.

［7］包宋德.基于二維條碼品牌白酒防偽系統(tǒng)研究［J］.湖南：湖南大學(xué)，2010.

項(xiàng)目來源：山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目（No：J14LD51）曲阜師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金（No：BSQD2012058）曲阜師范大學(xué)科技計(jì)劃項(xiàng)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