Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемые изобретения относятся к области формирования носителей информации, содержащих агрегирующий двумерный код, таких как идентификационные документы или информационные носители, содержащие технологические инструкции или информационные материалы, а также для использования в маркетинговых целях.

Уровень техники

Основные проблемы, с которыми сталкиваются потребители рынка систем для работы с идентификационными документами, использующими решения на основе QR-кодов, определяются ограничением на объем информации, которую можно поместить в QR-код, и требованием поддержания стабильности считывания QR-кодов на заданном уровне.

В попытке увеличить объем данных, которые можно сохранить с использованием QR-кода, можно выделить следующие типы решений.

Использование в одном документе двух или более QR-кодов или использование в дополнение к основному QR-коду дополнительного двумерного штрих-кода, выполненного по технологии «невидимого штрих-кода». Очевидно, что такой путь повышения объема размещаемой на идентификационном документе информации за счет использования нескольких QR-кодов меньшего размера имеет следующие недостатки:

1) ограничение числа доступных моделей сканеров QR-кодов в связи с отсутствием у ряда моделей как функционала одновременного чтения нескольких QR-кодов с последующим объединением полученных сведений в единый блок, так и функционала чтения «невидимых QR-кодов»;

2) стандартные приложения для мобильных устройств не имеют функционала одновременного чтения нескольких QR-кодов с последующим объединением полученных сведений в единый блок, что может потребовать разработку дополнительных программных модулей для систем, работающих с QR-кодами;

3) суммарная площадь, с учетом обязательных разделительных полей между QR-кодами, занимаемая несколькими QR-кодами на документе, превышает площадь, занимаемую QR-кодом старшего уровня, что повышает вероятность механического повреждения всего информационного поля, занимаемого на документе QR-кодами.

4) расположение на идентификационном документе 2-х и более QR-кодов менее 30-й версии вместо одного QR-кода 40-й версии приведет в вынужденному уменьшению размеров всего поля каждого из располагаемых QR-кодов, и, с учетом количества элементов по версиям, и каждого отдельного модуля QR-кода, приведет к значительному снижению читабельности всего QR-кода сканерами, контрольными терминалами и мобильными устройствами.

Вторым способом увеличения объема данных, которые можно сохранить с использованием QR-кода является использование полутоновых или цветных ячеек вместо ячеек, содержащих черный и белый цвет. Увеличение количества цветов, с одной стороны, приводит к увеличению объема информации, которую можно сохранить при помощи QR-кода, но, с другой стороны, накладывает ограничения на минимальный размер ячейки, а, следовательно, увеличивает размер QR-кода, при этом количество применяемых цветов ограничивается как возможностями устройств печати, так и возможностями устройств считывания.

Так, например, DataMatrix коды, предлагаемые в US 2022/0327302 A1, опубл. 13.10.2022, формируемые на основе цветных прямоугольных элементов с 3-х битной цветовой кодировкой, возможно использовать для маркировки этикеток контейнеров и пробирок с материалами для биохимических исследований, но только для небольшого числа цветов в кодовой палитре и только для кодов с низкой плотностью расположения элементов изображения. При увеличении числа цветов в составе кода и использовании для формирования изображения плотно расположенных и гранично неразделенных прямоугольных элементов, а также при отсутствии в составе изображения контрольной цветовой кодовой таблицы, данное решение будет очень сильно зависимо (при его использовании для бесконтактного считывания изображения кода) от условий внешнего освещения. Наличие цветовых составляющих во внешних источниках освещения может приводить к значительному смещению цветовой палитры сканируемого изображения, вызывая тем самым ошибки декодирования.

В US 7032823 B2, опубл. 25.04.2006 описан процесс формирования битового потока для формирования 5-ти слойного массива (RGB-слои, слои яркости и масштаба), при этом предусматривается использование в QR-коде распределенной контрольной цветовой палитры. Данная технология не учитывает цветовые особенности при выводе изображения документов на печать и особенности процесса сканирования документов мобильными устройствами при проведении проверок в различных условиях освещенности. В условиях массового использования с доступными на сегодняшний день устройствами печати/считывания применение такой технологии затруднительно и приведет к большому числу ошибок при декодировании.

Также известны попытки создания двумерных кодов, содержащих цветные фигуры в виде треугольников как основных элементов кодирования данных (US 7936901 B2, опубл. 03.05.2011 и CN 111723890 A, опубл. 29.09.2020). Использование данной технологии не применимо при создании информационных носителей, так как регулярные структуры полутоновых фигур делают практически невозможным использование для их считывания мобильных устройств, в которых применяются технологии контрастного или фазового автофокуса. Кроме того, в различных условиях освещенности при сканировании мобильными устройствами идентификационных документов, практически невозможно получить изображение, на котором можно гарантированно идентифицировать фигуры с близкими полутонами одного цвета.

В CN 107895187 A, опубл. 10.04.2018 показан способ формирования двумерного кода символьного типа, но его применимость позиционируется только для обмена короткими сообщениями, без применения в области идентификационных документов. Приводится пример простого нестандартного матричного кода неопределенного формата. Целью уменьшения объема кода декларируется борьба с возможностью использования кодов, как переносчиков компьютерных вирусов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является патент US 9805296 B2, опубл. 31.10.2017, раскрывающий способ генерации многослойного цветного QR-кода из данных, подлежащих кодированию, включающий:

разделение данных, подлежащих кодированию, на множество блоков данных согласно количеству слоев и уровню исправления ошибок каждого уровня, заданному пользователем;

разбиение данных во всех блоках данных на биты;

независимое кодирование разделенных блоков данных во множество монохромных QR-кодов, при этом каждый монохромный QR-код имеет одно и то же измерение;

перемешивание блоков данных в каждом монохромном QR-коде случайным образом или на основе размеров каждого монохромного QR-кода;

объединение всех монохромных QR-кодов для создания многослойного цветного QR-кода с использованием предопределенной таблицы кодов цветов; и

добавление цветовых ограничений к пространственным узорам,

при этом добавление цветовых ограничений к пространственным шаблонам включает: окрашивание всех шаблонов поиска и шаблонов выравнивания набором цветов для уменьшения ложных срабатываний в процессе локализации.

К недостаткам данного способа генерации многослойного цветного QR-кода можно отнести использование типовых форм элементов QR-кода для формирования результирующего изображения многослойного цветного QR-кода, полностью заполняемых цветом из кодовой палитры, и имеющих общую границу - данное решение неприменимо для использования QR-кодов высокой плотности (версия 20 и выше) в идентификационных документах, так как при печати гранично неразделенных разноцветных элементов будет происходить граничное смешение цветов, что вызовет появление цветов, отсутствующих в палитре и приведет к значительному искажению границ элементов QR-кода.

Также данный патент раскрывает способ декодирования многослойного цветного QR-кода, включающий:

захват изображения одного или более двумерных многослойных цветных QR-кодов, имеющих множество слоев закодированных данных;

обнаружение грубых местоположений цветных QR-кодов с помощью детектора QR-кодов на основе скользящего окна, обученного в автономном режиме;

создание внутри каждого обнаруженного неровного местоположения исправленного цветового QR-кода, который генерируется с использованием надежного алгоритма геометрического преобразования;

выполнение восстановления цвета по исправленному цветовому QR-коду путем восстановления исходного цвета каждого цветового пикселя исправленного цветового QR-кода с использованием классификатора цветов, обученного в автономном режиме, и дальнейшего разложения восстановленного цветового QR-кода на несколько монохромных QR-кодов с использованием предварительно определенной таблицы кодов цветов, используемой в процесс кодирования; и

извлечение закодированных данных из монохромных QR-кодов слой за слоем и объединение монохромных QR-кодов для вывода данных, закодированных в захваченном цветном QR-коде.

К недостаткам данного способа декодирования многослойного цветного QR-кода можно отнести неприменимость данного метода для использования в процессах проверки идентификационных документов, так как захват изображения двумерных многослойных цветных QR-кодов, сформированных из гранично неразделенных разноцветных элементов, при считывании из детектирующим устройством сильно зависим от условий освещенности (в частности от интенсивности источников света и цветового спектра источников света), и интерференции цветов на границах раздела элементов QR-кода, особенно для QR-кодов плотности (версии 21 и выше).

Заявленное изобретение направлено на устранение недостатков известных технических решений.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение объема информации, размещаемой в агрегирующем двумерном коде носителя информации с сохранением возможности распознавания встроенными камерами смартфонов и последующего декодирования.

Технический результат достигается за счет способа формирования агрегирующего двумерного кода носителя информации, включающего следующие действия:

a) выбирают формат, включающий версию и помехозащищенность QR-кода, используемого для дальнейшей агрегации;

b) формируют, по меньшей мере, один набор сведений, подлежащих размещению в агрегирующем двумерном коде;

c) каждый сформированный набор сведений преобразуют в битовый массив данных;

d) разбивают каждый сформированный битовый массив данных, превышающий по объему допустимый для выбранного формата QR-кода, на набор блоков, соответствующих допустимому объему данных выбранного формата QR-кода;

e) для каждого блока данных из полученного, по меньшей мере, одного набора блоков данных формируют QR-код согласно выбранному формату;

f) полученные QR-коды размещают в, по меньшей мере, одной матрице агрегированных значений размерностью [n, n, m+1], где n - размерность двумерной матрицы выбранного формата QR-кода, m - число агрегируемых QR-кодов;

g) для каждого единичного элемента данных используемого формата QR-кода проводят послойную побитовую агрегацию на (m+1)-й агрегирующий слой каждой матрицы с получением идентификатора для каждой ячейки (m+1)-го агрегирующего слоя;

h) определяют размерность частей идентификатора, отвечающих за кодирование информации в ячейках агрегирующего двумерного кода, определяющих цвет символа и символ в ячейке, и формируют контрольную кодовую таблицу, используемую для кодирования;

i) проводят формирование изображения элементов разметки агрегирующего двумерного кода;

j) используя значения идентификатора из каждой ячейки (m+1)-го агрегирующего слоя каждой матрицы агрегированных значений, в соответствии с контрольной кодовой таблицей формируют изображение результирующего агрегирующего двумерного кода, при этом количество символов в одной ячейке агрегирующего двумерного кода соответствует количеству матриц агрегированных значений;

k) в сформированное изображение агрегирующего двумерного кода добавляют поля с контрольной кодовой таблицей;

l) сформированное изображение агрегирующего двумерного кода наносят на носитель информации.

В частности, дополнительно по действию h) определяют часть идентификатора, отвечающую за цвет рамки ячейки.

В частности, что дополнительно по действию h) определяют часть идентификатора, отвечающую за цвет или оптическую плотность фона ячейки.

В частности, поля с контрольной кодовой таблицей размещают в виде распределенного набора элементов агрегирующего двумерного кода в выделенных полях элементов данных или элементов разметки агрегирующего двумерного кода.

В частности, по меньшей мере, один из сформированных QR-кодов содержит средства ограничения доступа к содержащейся в нем информации.

В частности, дополнительно в контрольную кодовую таблицу добавляют информацию о количестве и/или порядке размещения в сборке матриц.

В частности, дополнительно в контрольную кодовую таблицу добавляют информацию о версии агрегируемых QR-кодов.

Также технический результат достигается за счет способа декодирования изображения агрегирующего двумерного кода носителя информации, включающего следующие действия:

a) проводят сканирование изображения агрегирующего двумерного кода с носителя информации;

b) проводят обнаружение изображений элементов разметки агрегирующего двумерного кода;

c) по выделенным элементам разметки проводят позиционирование полученного изображения;

d) по черно-белым полям элементов разметки шаблона поиска определяют границы динамического диапазона и корректирует баланс белого на изображении агрегирующего двумерного кода;

e) проводят декомпозицию изображения агрегирующего двумерного кода и формируют набор изображений его элементов с индексацией, соответствующей нумерации модулей данных QR-кода;

f) проводят выделение из изображения агрегирующего двумерного кода контрольной кодовой таблицы;

g) по контрольной кодовой таблице проводят определение кодирующих элементов, определяющих цвет символа и символ в ячейке, а также определяют размерности частей идентификатора, используемых для кодирования информации, определяющих цвет символа и символ в ячейке, определяют количество и способ выделения QR-кодов из агрегирующего двумерного кода;

h) определяют параметры необходимой цветокоррекции на основе анализа параметров контрольных изображений кодовых цветовых меток для цвета символов;

i) проводят цветокоррекцию набора изображений элементов данных агрегирующего двумерного кода;

j) проводят распознавание всего набора изображений агрегирующего двумерного кода и формируют, по меньшей мере, одну матрицу идентификаторов его элементов, при этом количество формируемых матриц соответствует количеству символов в одной ячейке агрегирующего двумерного кода, заданному в контрольной кодовой таблице;

k) из каждой матрицы идентификаторов выполняют восстановление слоев составляющих QR-кодов;

l) проводят послойное декодирование информации из составляющих QR-кодов с последующим ее распределением по наборам сведений;

m) декодированную информацию выводят на экран контрольного устройства.

В частности, дополнительно по действию g) определяют часть идентификатора, отвечающую за цвет рамки ячейки.

В частности, дополнительно по действию g) определяют часть идентификатора, отвечающую за цвет или оптическую плотность фона ячейки.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - структура элементов разметки QR-кода версии 7.

1 - свободная зона, 2 - шаблон поиска, 3 - разделитель, 4 - шаблон синхронизации, 5 - направляющий шаблон, 6 - информация о формате, 7 - информация о версии, 8 - кодовые слова данных и исправления ошибок, 9 - функциональные шаблоны, 10 - область кодирования.

Фиг. 2 - структура блоков данных и блоков исправления ошибок QR-кода на примере версии 21. Количество модулей данных в QR-коде: 1 - 101 модуль, 2 - 85 модулей.

Фиг. 3 - проведение послойной побитовой агрегации QR-кодов в агрегирующий двумерный код.

Фиг. 4 - структура блоков данных и блоков исправления ошибок (с нумерацией блоков) на примере QR-кода версии 7.

Назначение блоков: D1-D13 - блок данных 1, D14-D26 - блок данных 2, D27-D39 - блок данных 3, D40-D52 - блок данных 4, D53-D66 - блок данных 5, E1-E26 - блок исправления ошибок 1, E27-E52 - блок исправления ошибок 2, E53-E78 - блок исправления ошибок 3, E79-E104 - блок исправления ошибок 4, E105-E130 - блок исправления ошибок 5.

Фиг. 5 - вид единичной ячейки данных агрегирующего двумерного кода при однопотоковой агрегации. Размер ячейки при использовании базовой 21-й версии QR-кода составляет 0,5 x 0,5 мм.

Фиг. 6 - вид единичной ячейки данных агрегирующего двумерного кода при 4-х потоковой агрегации. Размер ячейки при использовании базовой 21-й версии QR-кода составляет 1 x 1 мм.

Фиг. 7 - сравнение карт с размещенными на них QR-кодом версии 40 и агрегирующим двумерным кодом на основе QR-кодов 21-й версии. При сохранении размеров объем данных в агрегирующем двумерном коде увеличен более чем в 4 раза.

Фиг. 8 - пример изображения тестового прототипа агрегирующего двумерного кода.

Осуществление изобретения

Предлагаемая технология кодирования и представления информации в агрегирующих двумерных кодах может быть использована для оптимизации представления объемов информации при размещении персональной идентификационной, биометрической и ведомственной информации о владельце в идентификационных документах, а также при формировании информационных носителей рекламного и технологического назначения, содержащих общую информацию и дополнительные информационные машиночитаемые документы.

Технология основана на использовании набора последовательно применяемых методов (включая нейросетевые методы), позволяющих сформировать изображение агрегирующего двумерного кода высокой емкости и использовать его при размещении как на идентификационных документах ограниченного размера, так и на информационных носителях различного назначения больших размеров. Сформированное изображение может быть прочитано с использованием, как стандартных камер мобильных устройств, так и специализированными считывателями QR-кодов, позволяющими сохранять полученное изображение в растровом формате.

Особенностью предложенного способа является возможность предварительного выбора формата QR-кода, используемого для дальнейшей агрегации. Таким образом агрегирующий двумерный код может создаваться в зависимости от предъявляемых к нему требований по версии и помехозащищенности.

В случае ограниченного пространства для размещения двумерного кода, например, на идентификационных документах, агрегирующий двумерный код формируется по размеру отведенной для его размещения области, учитывая минимально допустимый размер ячейки.

Например, для размещения агрегирующих двумерных кодов могут использоваться вклейки на страницы паспортов в формате ID-3 стандарта ИКАО или идентификационные пластиковые карты в формате ID-1 стандарта ИКАО, что и будет определять максимально допустимый геометрический размер.

Напротив, при отсутствии жестких требований к размеру двумерного кода, например, при размещении на информационных плакатах или стендах, возможно, не увеличивая серию QR-кода, разместить в агрегирующем двумерном коде больший объем информации за счет увеличения числа символов в одной ячейке. Наиболее выгодным с точки зрения емкости агрегирующего двумерного кода является размещение в ячейке знаков в количестве, равном квадрату целого числа, т.е. 4, 9, 16 и т.д.

Количество данных, содержащихся в QR-коде определяется используемой версией кода. При этом, чем выше уровень коррекции (допустимый уровень повреждения QR-кода), тем меньший объем информации доступен для размещения в составе QR-кода (для версий с 20 по 40 представлены в Таблице 1, в битах).

Таблица 1

Версия QR-кода Количество модулей Уровень коррекции (допустимый уровень повреждения) 7% (L) 15% (M) 25% (Q) 30% (H) 20 97x97 6888 5352 3880 3080 21 101x101 7456 5712 4096 3248 22 105x105 8048 6256 4544 3536 23 109x109 8752 6880 4912 3712 24 113x113 9392 7312 5312 4112 25 117x117 10208 8000 5744 4304 26 121x121 10960 8496 6032 4768 27 125x125 11744 9024 6464 5024 28 129x129 12248 9544 6968 5288 29 133x133 13048 10136 7288 5608 30 137x137 13880 10984 7880 5960 31 141x141 14744 11640 8264 6344 32 145x145 15640 12328 8920 6760 33 149x149 16568 13048 9368 7208 34 153x153 17528 13800 9848 7688 35 157x157 18448 14496 10288 7888 36 161x161 19472 15312 10832 8432 37 165x165 20528 15936 11408 8768 38 169x169 21616 16816 12016 9136 39 173x173 22496 17728 12656 9776 40 177x177 23648 18672 13328 10208

Далее приведены примеры формирования и декодирования агрегирующего двумерного кода для идентификационного документа и для информационного стенда.

Пример применения агрегирующего двумерного кода в идентификационном документе.

Особенностью применения агрегирующего двумерного кода в идентификационном документе является ограниченное поле на документе для размещения QR-кода. В данном примере представлен вариант формирования, размещения и декодирования двумерного кода на идентификационном документе для учета оружия граждан (разрешение на хранение и ношение оружия) с выделенным полем для QR-кода размером 40 x 40 мм.

Формирование агрегирующего двумерного кода для идентификационного документа проводится в следующем порядке:

a) выбирается формат, включающий версию и помехозащищенность QR-кода, используемого для дальнейшей агрегации:

Для размещения на площади 40 x 40 мм наиболее оптимально использовать QR-код версии 21, содержащий 9252 модуля данных. Объем данных, размещаемых в QR-коде версии 21, с учетом уровня коррекции «M» (15%) составляет 5712 байт или 5,578 Кбайт (см. табл. 1, фиг. 2 и 4).

b) формируется один набор сведений, подлежащих размещению в агрегирующем двумерном коде:

Предполагается разместить в двумерном коде набор следующих документов и сведений:

1) Идентификационные данные владельца оружия (2 Кбайт);

2) Биометрический профиль владельца оружия (всего до квантирования векторов - 24 Кбайт: 2 вектора радужной оболочки глаза по 3 Кбайт, 1 вектор лица размером 2 Кбайт, 2 вектора отпечатка пальца по 8 Кбайт, всего после квантирования векторов - 6 Кбайт);

3) Карточки имеющегося у владельца оружия (15 по 2 Кбайт);

4) Данные о приобретении патронов (10 по 2 Кбайт);

5) Данные электронной цифровой подписи (1 Кбайт).

Итого общий размер размещаемых в двумерном коде данных: 59 Кбайт.

c) сформированный набор сведений преобразуется в единый битовый массив данных. В случае, если в составе сведений значимая информация присутствует не во всех разделах, например, если у владельца оружия имеется менее 15 единиц, то данные в незаполненных фрагментах сведений заполняются символом дополнительного заполнения «#».

d) сформированный битовый массив данных разбивается, пропорционально объему данных выбранного ранее QR-кода, на число блоков данных (битовых массивов), в результате чего определяется число QR-кодов, необходимое для размещения заданного объема данных. Для размещения 59 Кбайт в наборе QR-кодов 21 версии потребуется 11 QR-кодов. Избыточный набор данных последнего QR-кода заполняется символом дополнительного заполнения «#».

e) для каждого блока данных из набора блоков, полученных после разделения на блоки, формируют QR-код согласно выбранному формату.

f) полученные QR-коды последовательно размещают на слоях с 1 по 11 в матрице агрегированных значений размерностью [101, 101, 12].

g) для каждого единичного элемента данных используемого формата QR-кода проводится послойная побитовая агрегация на 12-й агрегирующий слой матрицы агрегированных значений (см. фиг. 3), в результате чего получают идентификатор для каждой ячейки 12-го агрегирующего слоя.

h) определяется размерность и состав частей идентификатора, отвечающих за кодирование информации в ячейках агрегирующего двумерного кода, определяющих цвет символа и символ в ячейке. Используется 11-битовый идентификатор (с числом бит по числу агрегируемых QR-кодов), в котором резервируются 4 бита для кода цвета символа, 4 бита для кода символа, 3 бита для цвета рамки вокруг символа).

Далее формируется контрольная кодовая таблица, используемая для кодирования, содержащая:

- количество агрегируемых QR-кодов (в данном примере 11);

- количество групп агрегируемых QR-кодов (в данном примере 1);

- количество бит идентификатора, зарезервированных под код цвета;

- количество бит идентификатора, зарезервированных под код символа;

- количество бит идентификатора, зарезервированных под код цвета рамки;

- 4 контрольных изображения кодовых цветовых меток (каждое контрольное изображение содержит по 4 цветных квадрата, разделенных белыми полями) - итого 16 цветных контрольных меток, определяющих кодировку символов.

Таблица символов. Для кодировки 4-х битной таблицы в данном примере используются 16 прописных символов английского алфавита, шрифт полужирный Calibri:

Таблица 2. Символы, используемые для кодировки и номера ячеек для размещения их в них контрольных образцов (тройное резервирование).

№ п/п Символ Номера модулей данных QR-кода 1 A D101, D301, D501 2 B D107, D307, D507 3 C D114, D314, D514 4 D D121, D321, D521 5 E D128, D328, D528 6 F D135, D335, D535 7 G D142, D342, D542 8 H D149, D349, D549 9 I D156, D356, D556 10 K D163, D363, D563 11 L D170, D370, D570 12 M D177, D377, D577 13 N D184, D384, D584 14 O D191, D391, D591 15 P D198, D398, D598 16 Q D713, D743, D777

Данные из элементов QR-кодов временно замещаются данными контрольной кодовой таблицы агрегирующего двумерного кода, и при декодировании будут восстановлены за счет использования формата QR-кода с уровнем коррекции.

Первые семь цветов из кодовой таблицы символов используются для цветового контроля цвета рамок символов.

Используемые цвета - 4 базовых цвета палитры CMYK + 3 дополнительных цвета, получаемых при попарном смешении 3-х базовых цветов CMY + те же 7 цветов с 60% насыщенностью + 2 цвета с 30% насыщенностью (черный и синий).

i) проводится формирование изображения элементов разметки агрегирующего двумерного кода.

j) используя значения идентификатора из каждой ячейки агрегирующего слоя матрицы агрегированных значений, в соответствии с контрольной кодовой таблицей, формируют изображение результирующего агрегирующего двумерного кода (см. фиг. 5).

k) в сформированное изображение агрегирующего двумерного кода добавляют поля с контрольной кодовой таблицей:

Таблица 3. Распределение данных контрольной таблицы по модулям данных QR-кода версии 21 (тройное резервирование).

№ п/п Наименование показателя Номера модулей данных QR-кода 1 Количество агрегируемых QR-кодов D1, D201, D401 2 Количество групп агрегируемых QR-кодов D22, D222, D422 3 Количество бит идентификатора, зарезервированных под код цвета D43, D243, D443 4 Количество бит идентификатора, зарезервированных под код символа D64, D264, D464 5 Контрольные изображения кодовых цветовых меток для цвета символов D85, D285, D485

l) сформированное изображение агрегирующего двумерного кода наносится на носитель информации. Изображение может наноситься непосредственно на носитель информации (в этом случае при необходимости внесения изменения в содержимое документа носитель информации перевыпускается) или изображение может наноситься на вклейки, наклеиваемые на носитель информации. В первом случае для нанесения изображения QR-кода может использоваться сублимационная цветная печать, во втором - термоструйная или пьезоэлектрическая струйная цветная печать.

Использование агрегирующих двумерных кодов на идентификационных документах позволяет решать следующие задачи:

a) обеспечить возможность использования больших объемов данных, особенно при производстве идентификационных документов в условиях значительного дефицита электронных микросхем, используемых для хранения информации в идентификационных документах (см. фиг. 7);

b) значительно (в разы) снизить себестоимость производства идентификационных документов по технологии двумерных кодов, по сравнению с себестоимостью производства идентификационных документов с электронными носителями информации;

c) при совместном использовании технологий двумерных кодов с технологией электронных носителей информации значительно повышается уровень защищенности идентификационного документа.

Декодирование агрегирующего двумерного кода проводится в следующем порядке:

a) проведение сканирования изображения агрегирующего двумерного кода с носителя информации - сканирование проводится при помощи мобильного приложения, использующего камеру смартфона, с последующей коррекцией геометрических искажений полученного изображения агрегирующего двумерного кода. Для минимизации геометрических искажений рекомендуется при сканировании изображения располагать оптическую ось объектива камеры смартфона на нормали к центру сканируемого кода;

b) обнаружение на полученном изображении элементов разметки агрегирующего двумерного кода;

c) проведение позиционирования полученного изображения по выделенным элементам разметки;

d) по черно-белым полям элементов разметки шаблона поиска определяются границы динамического диапазона и корректируется баланс белого на изображении агрегирующего двумерного кода;

e) проведение с использованием предварительно обученной нейросети декомпозиции изображения агрегирующего двумерного кода, формирование набора изображений его элементов, с индексацией, соответствующей нумерации модулей данных QR-кода;

f) проведение распознавания изображений элементов данных, содержащих элементы кодовой таблицы агрегирующего двумерного кода, с последующим формированием контрольной кодовой таблицы;

g) по контрольной кодовой таблице проводят определение размерности частей идентификатора, используемых для кодирования информации, количества агрегируемых QR-кодов, количества групп агрегируемых QR-кодов, количества бит идентификатора, зарезервированных под код цвета символа, количества бит идентификатора, зарезервированных под код символа, количества бит идентификатора, зарезервированных под код цвета рамки, кодовых цветов и набора кодовых символов;

h) определение параметров необходимой цветокоррекции на основе анализа параметров контрольных изображений кодовых цветовых меток для цвета символов;

i) проведение цветокоррекции набора изображений элементов данных двумерного агрегирующего кода;

j) проведение распознавания всего набора изображений элементов данных агрегирующего двумерного кода и формирование 12-го агрегирующего слоя матрицы идентификаторов;

k) из 12-го агрегирующего слоя матрицы агрегированных значений выполняют восстановление слоев с 1 по 11 матрицы QR-кодов;

l) проводят послойное декодирование информации из составляющих QR-кодов с последующим ее распределением по наборам сведений, при котором, для каждого QR-кода выполняется восстановление информации элементов данных, временно занимаемых кодовой таблицей агрегирующего двумерного кода, с последующим объединением наборов сведений в единый результирующий набор сведений;

m) декодированную информация выводят на экран контрольного устройства.

Пример применения агрегирующего двумерного кода для информационного стенда.

Особенностью применения агрегирующего двумерного кода для информационных стендов является отсутствие ограничений на размер QR-кода, что позволяет не только использовать QR-коды версии 40, но и применить многопотоковое агрегирование QR-кодов.

В данном примере представлен вариант формирования, размещения и декодирования двумерного кода на информационном стенде, размещенном рядом с оборудованием, или непосредственно на корпусе оборудования, в производственном цехе предприятия. Предполагается, что особенности производства не позволяют использовать беспроводные технологии связи, а техническому персоналу, обслуживающему оборудование, необходим оперативный доступ к инструкциям по обслуживанию данного оборудования. Используя мобильное приложение на смартфоне или планшете, техник сканирует двумерный код с информационного стенда, содержащий инструкцию по обслуживанию данного оборудования или его отдельного компонента, и выполняет описанные в ней действия.

В данном примере рассмотрим формирование агрегирующего двумерного кода размером 50 x 50 см с использованием агрегирования данных в несколько потоков.

Формирование агрегирующего двумерного кода проводится в следующем порядке:

a) выбирается формат, включающий версию и помехозащищенность QR-кода, используемого для дальнейшей агрегации.

Для размещения на площади 50 x 50 см наиболее оптимально использовать QR-код версии 40, содержащий 29648 модуля данных. Объем данных, размещаемых в QR-коде версии 40, с учетом уровня коррекции «M» (15%) составляет 18672 байт или 18,234 Кбайт (см. табл. 1).

b) формируется один набор сведений, подлежащих размещению в агрегирующем двумерном коде:

Предполагается разместить в агрегирующем двумерном коде:

1) технологическую инструкцию в формате pdf общим объемом 290 Кбайт;

2) данные электронной цифровой подписи (1 Кбайт).

Итого общий размер размещаемых в двумерном коде данных: 291 Кбайт.

c) сформированный набор сведений преобразуется в единый битовый массив данных.

d) сформированный битовый массив данных разбивается пропорционально объему данных выбранного ранее QR-кода на число блоков данных (битовых массивов), в результате чего определяется число QR-кодов, необходимое для размещения заданного объема данных. Для размещения 291 Кбайт в наборе QR-кодов 40 версии потребуется 16 QR-кодов. Для формирования агрегирующего двумерного кода сформируем 4 потока по 4 агрегируемых QR-кода. При использовании 4-х потоков агрегирования, общий объем для размещения данных составит 298752 байт или 291,744 Кбайт. Избыточный набор данных последнего QR-кода заполняется символом дополнительного заполнения «#».

е) для каждого блока данных из набора блоков, полученных после разделения на блоки, формируют QR-код согласно выбранному формату.

f) полученные QR-коды последовательно размещают на слоях с 1 по 4 в 4-х матрицах агрегированных значений размерностью [177, 177, 5].

g) для каждого единичного элемента данных используемого формата QR-кода проводится послойная побитовая агрегация на 5-й агрегирующий слой матрицы агрегированных значений. Операция выполняется последовательно для каждой из 4-х матриц. В результате получают идентификатор для каждой ячейки 5-го агрегирующего слоя каждой из 4-х матриц.

h) определяется размерность и состав частей идентификатора, отвечающих за кодирование информации в ячейках агрегирующего двумерного кода, определяющих цвет символа и символ в ячейке. В каждой из 4-х матриц используется четырехбитовый идентификатор (с числом бит по числу агрегируемых QR-кодов), в котором резервируются 2 бита для кода цвета символа, 2 бита для кода символа. Для рамки цвет не резервируется, так как цвет рамки для кодирования в данном примере не используется (все рамки будут черного цвета).

Далее формируется контрольная кодовая таблица, используемая для кодирования, содержащая:

- количество агрегируемых QR-кодов в одном потоке (в данном примере 4);

- количество групп (потоков агрегирования) агрегируемых QR-кодов (в данном примере 4);

- количество бит идентификатора, зарезервированных под код цвета;

- количество бит идентификатора, зарезервированных под код символа;

- 1 контрольное изображение кодовых цветовых меток (содержит по 4 цветных квадрата, разделенных белыми полями) - итого 4 цветные контрольные метки, определяющие кодировку символов.

Таблица символов. Для кодировки 2-х битной таблицы в данном примере используются 4 прописных символов английского алфавита, шрифт полужирный Calibri:

Таблица 4. Символы, используемые для кодировки и номера ячеек для размещения в них контрольных образцов (тройное резервирование).

№ п/п Символ Номера модулей данных QR-кода 1 A D101, D301, D501 2 B D107, D307, D507 3 C D114, D314, D514 4 D D121, D321, D521

Данные из элементов QR-кодов временно замещаются данными контрольной кодовой таблицы агрегирующего двумерного кода, и при декодировании будут восстановлены за счет использования формата QR-кода с уровнем коррекции.

Используемые цвета - 4 базовых цвета палитры CMYK.

i) проводится формирование изображения элементов разметки агрегирующего двумерного кода (см. фиг. 6).

j) используя значения идентификатора из каждой ячейки агрегирующего слоя матрицы агрегированных значений, в соответствии с контрольной кодовой таблицей, формируют изображение результирующего агрегирующего двумерного кода, при этом в каждом модуле данных агрегирующего двумерного кода размещается по одному набору из 4-х символов (в формате 2 x 2). Каждый из наборов формируется из ячеек 4-х матриц с одинаковыми индексами.

k) в сформированное изображение агрегирующего двумерного кода добавляют поля с контрольной кодовой таблицей:

Таблица 5. Распределение данных контрольной таблицы по модулям данных QR-кода версии 40 (тройное резервирование).

№ п/п Наименование показателя Номера модулей данных QR-кода 1 Количество агрегируемых QR-кодов в одном потоке D1, D201, D401 2 Количество групп агрегируемых QR-кодов (потоков агрегирования) D22, D222, D422 3 Количество бит идентификатора, зарезервированных под код цвета D43, D243, D443 4 Количество бит идентификатора, зарезервированных под код символа D64, D264, D464 5 Контрольное изображение кодовых цветовых меток для цвета символов D85, D285, D485

l) сформированное изображение агрегирующего двумерного кода наносится на носитель информации. Для нанесения изображения двумерного кода может использоваться термоструйная или пьезоэлектрическая струйная цветная печать.

Использование агрегирующих двумерных кодов на информационных стендах позволяет обеспечить возможность использования больших объемов данных, особенно при размещении носителей информации с двумерными агрегирующими кодами в зонах, где по каким-либо причинам невозможно или запрещено применение беспроводной связи.

Декодирование агрегирующего двумерного кода для информационного стенда проводится в следующем порядке:

a) проведение сканирования изображения агрегирующего двумерного кода с носителя информации - сканирование проводится при помощи мобильного приложения, использующего камеру смартфона, с последующей коррекцией геометрических искажений полученного изображения агрегирующего двумерного кода. Для минимизации геометрических искажений рекомендуется, при сканировании изображения, располагать оптическую ось объектива камеры смартфона на нормали к центру сканируемого кода;

b) обнаружение на полученном изображении элементов разметки агрегирующего двумерного кода;

c) проведение позиционирования полученного изображения по выделенным элементам разметки;

d) по черно-белым полям элементов разметки шаблона поиска определяются границы динамического диапазона и корректируется баланс белого на изображении агрегирующего двумерного кода;

e) проведение с использованием предварительно обученной нейросети декомпозиции изображения агрегирующего двумерного кода и формирование набора изображений его элементов с индексацией, соответствующей нумерации модулей данных QR-кода;

f) проведение распознавания изображений элементов данных, содержащих элементы кодовой таблицы агрегирующего двумерного кода, с последующим формированием контрольной кодовой таблицы;

g) по контрольной кодовой таблице проводят определение размерности частей идентификатора, используемых для кодирования информации, количества агрегируемых QR-кодов, количества групп агрегируемых QR-кодов (потоков агрегирования), количества бит идентификатора, зарезервированных под код цвета символа, количества бит идентификатора, зарезервированных под код символа, кодовых цветов и набора кодовых символов;

h) определение параметров необходимой цветокоррекции на основе анализа параметров контрольных изображений кодовых цветовых меток для цвета символов;

i) проведение цветокоррекции набора изображений элементов данных двумерного агрегирующего кода;

j) проведение распознавания всего набора изображений элементов данных агрегирующего двумерного кода и формирование 5-го агрегирующего слоя для каждой из 4-х матриц идентификаторов;

k) из 5-го агрегирующего слоя каждой из 4-х матриц агрегированных значений выполняют восстановление слоев с 1 по 4 матрицы QR-кодов;

l) проводят послойное декодирование информации из составляющих QR-кодов с последующим ее распределением по наборам сведений, при котором, для каждого QR-кода из каждого потока выполняется восстановление информации элементов данных, временно занимаемых кодовой таблицей агрегирующего двумерного кода, с последующим объединением наборов сведений в единый результирующий набор сведений;

m) декодированную информация выводят на экран контрольного устройства.

Дополнение к примерам

Возможен случай, когда сформированные сведения желательно разместить в виде нескольких наборов сведений. Тогда каждый набор сведений по отдельности преобразуют в битовый массив данных, а далее для каждого битового массива производят один и тот же набор действий по формированию QR-кодов. В дальнейшем, при декодировании представленные в виде отдельных наборов сведения также будут представлены отдельно, что позволяет в случае необходимости установить ограничение на доступ к некоторым наборам сведений.

Возможно, что уже имеется сформированный набор сведений, записанный в QR-код. В случае отсутствия доступа к содержимому данного QR-кода, его можно использовать при формировании агрегирующего двумерного кода, включив в один из слоев в имеющемся формате. В данном случае целесообразно формат агрегируемых кодов выбирать по формату уже имеющегося QR-кода. В случае невозможности такого подхода возможно агрегирование QR-кодов различных версий.

При агрегировании QR-кодов различных версий используется базовый шаблон размещения модулей от QR-кода старшей версии из всего агрегируемого набора кодов. Агрегирование битовых ячеек проводится не по принципу геометрического совпадения ячеек в шаблонах QR-кодов, а по их порядковой нумерации. Для этого формируется конверсионная таблица слоев, на основании которой далее проводится построение матрицы [n, n, m+1]. Для QR-кодов меньших версий ячейки из шаблона большей версии, для которых не найдено соответствующих ячеек в младшей версии, заполняются произвольными значениями и игнорируются при обратном преобразовании агрегированного двумерного кода в исходный QR-код. Версии агрегируемых кодов и порядок их сборки указываются в контрольной таблице агрегирующего двумерного кода.

Возможно использование для агрегации QR-кодов разных версий как при однопотоковой, так и при многопотоковой агрегации. При многопотоковой агрегации возможно использование варианта, когда QR-коды разделяются по потокам с учетом одинаковых версий.

В случае, если идентификатор имеет большую длину, то дополнительно к частям идентификатора, отвечающим за цвет символа в ячейке и символ в ячейке, а также за цвет рамки ячейки, возможно, чтобы часть идентификатора отвечала за цвет или оптическую плотность фона ячейки.

Контрольная кодовая таблица может формироваться как в выделенном поле в центре или с краю изображения агрегирующего двумерного кода, так и в виде распределенного набора элементов агрегирующего двумерного кода, размещаемых в выделенных полях элементов данных или элементов разметки агрегирующего двумерного кода.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет увеличить объем информации, размещаемой в агрегирующем двумерном коде носителя информации, с последующим ее декодированием, сохраняя при этом возможность распознавания встроенными камерами смартфонов.

Ограничения при использовании агрегирующих двумерных кодов

При использовании агрегирующих двумерных кодов необходимо учитывать следующие ограничения:

a) ограничения на количество цветов цветовой палитры определяются:

a. размерами носителя или площадью, выделяемой для размещения агрегирующего двумерного кода;

b. оптическим разрешением устройств, используемых для чтения агрегирующего двумерного кода;

b) ограничения на используемые в палитре цвета - нежелательно использовать цвета из палитры Pantone и аналогичных, которые могут попасть за границы цветового пространства принтеров и сканеров, используемых для нанесения и чтения QR-кодов;

c) ограничения на используемые в палитре светлые цвета - рекомендуется, для повышения читаемости агрегирующего двумерного кода, не использовать светлую область цветового охвата устройств, используемых для нанесения и чтения агрегирующего двумерного кода;

d) ограничения на состав используемого оборудования чтения агрегирующих двумерных кодов:

a. для чтения агрегирующих двумерных кодов рекомендуется использовать мобильные телефоны, планшеты или терминалы, оборудованные цветными камерами высокого разрешения (не менее 12 Мп);

b. возможно использование аппаратных специализированных сканеров QR-кодов, позволяющих после чтения структуры QR-кода передавать на устройство обработки изображения цветное изображение QR-кода для его дальнейшей программной обработки;

e) ограничения на состав кодовой таблицы символов: желательно избегать включения в состав кодовой таблицы символов, отличающихся по начертанию (перекрытию по площади изображения) менее, чем на 30%;

f) при формировании изображения агрегирующего двумерного кода не следует включать в состав кодовой таблицы и применять для кодирования символы, в совокупности формирующие геометрические узоры (треугольники, квадраты, полностью залитые цветом или полутоновые ячейки), так как такие изображения препятствуют правильной работе систем автофокусировки считывающих устройств, использующих контрастные или фазовые технологии автофокуса;

g) ограничения на максимальный размер агрегирующего двумерного кода определяются оптическими возможностями объективов и характеристиками матриц считывающих устройств.

Перспективы развития

Дальнейшее повышение плотности информации, размещаемой в агрегирующих двумерных кодах может быть достигнуто частичным изменением форм базовых элементов двумерного кода: кроме стандартных буквенно-цифровых символов, возможно применение для кодирования информации наборов различных геометрических элементов, размещаемых в стандартных знакоместах матрицы агрегирующего двумерного кода. Кроме того, возможно применение как черно-белых, так и полутоновых символьных элементов, как отдельно, так и в различных комбинациях (с учетом ограничений). Появление за последние 5 лет новых мобильных устройств с камерами в сотни мегапикселей дает основания полагать, что в ближайшие годы, при дальнейшем улучшении технологий получения изображения, часть из вышеуказанных ограничений будет снята.

Использование вышеописанного метода возможно для создания не только информационных носителей, но и информационных материалов значительно большего размера, при этом возможно значительное увеличение объема информации, размещаемой в составе агрегирующего двумерного кода, за счет увеличения количества используемых при кодировании цветов и символов.

Изобретение относится к области формирования носителей информации. Техническим результатом является увеличение объема информации, размещаемой в агрегирующем двумерном коде носителя информации с сохранением возможности распознавания встроенными камерами смартфонов и последующего декодирования. Технический результат достигается тем, что в нем предусмотрена возможность декодирования агрегирующего двумерного кода, при этом для формирования агрегирующего двумерного кода носителя информации выполняют этапы на которых: выбирают формат QR-кода; набор сведений, подлежащих размещению в агрегирующем двумерном коде, преобразуют в битовый массив данных; разбивают каждый сформированный битовый массив данных, превышающий по объему допустимый для выбранного формата QR-кода, на набор блоков; для каждого блока формируют QR-код; полученные QR-коды размещают в матрице агрегированных значений; для каждого единичного элемента данных используемого формата QR-кода проводят послойную побитовую агрегацию; определяют размерность частей идентификатора, отвечающих за кодирование информации в ячейках агрегирующего двумерного кода, определяющих цвет символа и символ в ячейке, и формируют контрольную кодовую таблицу, используемую для кодирования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

1. Способ формирования агрегирующего двумерного кода носителя информации, включающий следующие действия: