二维码的秘密

二维码的秘密

来自专栏地理科学探讨4 人赞了文章

不知从什么时候起，我们的生活开始充斥著大大小小的二维码，添加好友需要二维码，移动支付需要二维码，网页链接需要二维码······这个神奇的黑白小框究竟隐含了哪些秘密，它又是实现它的功能的呢？

要认识二维码，首先要从一维码说起，一维码也就是条形码。相对于二维码，条形码其实更早地进入了人们的视野范围。条形码最早应用在工业管理领域，绿箭香口胶是第一个打上条形码的商品。这个简单而神奇的应用是美国人开了先河，美利坚民族的开创能力确实值得敬仰。而中国则在1991年加入国际商品编码协会，在1992年开发第一套POS信息条形码采集系统，这标志著我国具备使用条形码的基础条件，而后随著大超市在中国的布局，条形码便进入了中国人的日常生活中。

每一个标准包装的商品，都有一个条形码。

这个条形码，说白了，就是商品编码。以上这个条形码表达的仅仅是它下面的数字6920152461010，而这一组数字代表的就是商品的编码，当然，这一组数字包含了产地国、生产商、产品编码等信息。你到超市购物，如果收银员扫描失败，那么她在键盘上敲入的也正是条形码下面的数字。

这组数字仅仅是商品编码，它并没有记录商品的价格。至于收银人员扫描后能够获取得到商品的价钱，那是因为扫描过条形码之后，商店货品管理系统定位到该商品，再反馈价格数据。

那么这一个条形码是如何表达商品编码 6920152461010 这组数字的呢？我们看到条形码是由一组规则的黑白条、空组成，不同粗细的「条」、「空」组合，便构成了不同的数字编码。我们来看一下「9」这个数字，它是由一个细「条」+一个「细」空+一个粗「条」按顺在排在一起来表达。同样，其他的数字也是由类似的条空组合去构成。

总所周知，黑白是两个走在两个不同极端的颜色，白色能够反射各种波长的可见光，而黑色能够吸收各种波长的可见光。也就是说黑色和白色对光线反射的强弱是有显著的差异的，条形码正式利用了黑白颜色对光波的吸收和反射显著差异的特点。条形码扫描仪则是一个可以发射可见光和接收其反射信号的仪器。在读取条形码的时候，它先向条形码发射一组可见光，这一组光照到条形码上，再反射给扫描仪上面的接收器，接收器根据其反射回来的光信号的强弱来识别条形码上的「条」、「空」信息：条形码上究竟有多少「条」和多少「空」、各个条空的顺序是如何排序的、以及各个条空的宽度。这些信息组合在一起，其实就是一组数字，计算机则通过扫描仪提供的信息，来解读条形码上面的数字编码，从而进行定位商品。

本文要写的是二维码，但我们花了很大的笔墨和揭露条形码原理，其实二维码原理和条形码原理是一样的，只是二维码在信息的储存量方面比条形码大得多，而且还具有纠错能力、识别率高等优势。可以说二维码是条形码的升级版，只有充分理解条形码的原理，才能更好的读懂二维码。

条形码是由不同粗细的条空组合来记录信息，通过「条」和「空」的长度去记录信息，仅仅从一个维度去记录，能够储存的信息是相当有限的。而二维码则是若干的黑白小方块去记录。不同的黑方块和白方块组合堆砌在一起，从而构成了一个编码序列。由于它从两个维度去记录信息，因而信息储存量更大。条形码是线性的，而二维码则是一个矩阵，显然不在一个二次元上。二维码的一个小框内所包含的信息，如果要用条形码来表示，可能条形码的长度需要去到两三米长，这显然是不现实的，这也是为什么在今天充斥著生活的是二维码而不是条形码，但并不是说条形码没有其他方面优势，条形码相对简单，从一个维度去识别，读取信息也更快，它在库存管理、商品信息采集、超市运营等方面还会有广泛的应用。

所有的二维码都不一样（尽管在你看来每个二维码长得都差不多，但是在计算机眼里，每一张脸都不一样），不过每个二维码都有一个共同点：就是左上、右上，和左下共有三个回字形方块，这三个回字形方块其实用来是识别用的，手机的摄像头其实相当于一个扫描仪，当它扫描到两个维度上距离相等的三个回形方块，便识别到这是一个二维码，从而解读这个二维码框内的信息。

只要手机能够扫描到这三个会形方块，它便能定位得到这是一个二维码，便会咬住不放进行解读，而不管你的二维码是正的，反的，歪的，斜的，不信你可以试著长按倒过来的山人红二维码，依然不会影响你关注公众号。

http://weixin.qq.com/r/Qkh9ZSTEs3nMrWAG9x1Q (二维码自动识别)

二维码都会有纠错能力，也就是说二维码即便存在小范围的缺损，或者污损，并不会影响二维码的读取功能，但有三个地方是不能动的，那就是上面说到的三个回形方块。由于二维码通过二维空间去记录信息，信息储存量可以很大，因而它也预留了足够的空间去进行纠错。其实在这个二维码方框里面，同时存放了数据吗和纠错码，而纠错码就是给二维码纠错用的。通常来说，二维码的物理尺寸越大，它能够放得下的黑白小方块越多，也就包含更多的纠错码，它的纠错水平就越高。也就是说同样一个微信名片，当你选择生成的二维码尺寸越大的时候，它在缺损的情况下能够被读出来的几率就越高。

关于二维码，你读懂了没有？

本专栏及山人红微信公众号将继续和你探讨GPS导航的秘密。卫星是怎样知道你的位置的？它是用望远镜盯著你吗？高德地图上的林志玲为什么能够那么清楚路线？百度地图为什么能够对堵车路段了如指掌？请关注山人红微信公众号，与你一起解读哪些让人费解而又古怪的问题。