你真的了解二维码吗？（一）

不知道您最近有没有看到这样一条新闻，它的标题是：日本人提出向中国收“二维码”使用费，每人一分钱。

看到这条新闻后，遵纪守法的我下意识地打开手机支付宝准备扫描二维码付款，然而却并没有找到付款通道。后来，这则新闻登上了2019年2月十大网络谣言之首。

二维码的前世今生

提及二维码的诞生，我们还得倒回至上个世纪 60 年代之后的日本，虽然 1945 年的第二次世界大战之中日本沦为战败国，可是在经济方面日本却进入了迅速的崛起，日本的各大超市的销售额自然也随着快速增长，不过由于那个时候收银员需要长时间频繁手动输入商品价格，导致那个时候的收银员效率较慢，而且手部容易出现疲劳甚至出现疾病。

在同样是上个世纪 60 年代至 70 年代，条形码联合发明人诺曼・约瑟夫・伍德兰德（Norman Joseph Woodland）发明了一维码（条形码），该技术的诞生几乎改变了全球的商业活动形式，使得收银员的工作效率变得更高效，顾客也可以节省更多时间。不过初代的条形码采用的还是环形设计，想要完成扫描还需要格外安装一部 500 瓦特发光体的巨型扫描仪。

经过几十年的发展，由宽度不等的多个黑条和空白组成的一维码（条形码）开始暴露出不少缺点，例如数据容量较小（30 个字符左右）、只能包含字母和数字、条形码尺寸相对较大（空间利用率较低）、条形码遭到损坏后便不能阅读的缺点。为了弥补这些缺陷，这个时候人们开始寻找更佳的代替方案。

1994 年，日本丰田子公司Denso Wave正式宣布公开首个 QR Code，而 QR 的全称就是“Quick Response”，翻译过来就是快速响应，意味追求高速读取能力的研发概念。其实在发布二维码之初，该日本公司并没有很大的把握可以让二维码完全取代传统的一维条形码（事实上目前二维码确实也还没有完全取代一维条形码），但他们坚信“花若盛开，蝴蝶自来”，好产品自然会有懂得欣赏的人。虽然该日本公司拥有二维码的专利权，可是他们明确表示该专利是免费开放使用的，他们希望二维码成为无需成本、可放心使用的“公共编码”，而该日本公司目前的主要业务为世界汽车系统零部件的制造商，同时他们也在售二维码专用扫描枪等相关产品。

二维码的肉体与灵魂

事实上，二维码相比一维码（条形码）确实具有数据容量更大、超越了字母数字的限制、相对尺寸小、具有抗损毁能力等优势，条形码最多只能存储30个字符左右，但QR码可以存储7089个数字或4296个字母；携带相同的信息量，QR只需要条形码1/10的空间。不过由于二维码的解码数据更加复杂，所以在同样的硬件下它的运算复杂程度也要更高，耗时也会更长。

二维码，从字面上看就是用两个维度（水平方向和垂直方向）来进行数据的编码，条形码只利用了一个维度（水平方向）表示信息，在另一个维度(垂直方向)没有意义，所以二维码比条形码有着更高的数据存储容量。从形成方式上，二维码可以分为两类：

堆叠式二维码

在一维条形码的基础上，将多个条形码堆积在一起进行编码，常见的编码标准有PDF417等。

矩阵式二维码

在一个矩阵空间中通过黑色和白色的方块进行信息的表示，黑色的方块表示1，白色的方块表示0，相应的组合表示了一系列的信息，常见的编码标准有QR 码，汉信码等。

上图中前三种适合传递数据，因为可存储的信息量大。 后三种适合做位姿识别，因为图案识别度高。 

二维码在AI技术上的应用

在位姿识别方面，二维码还有其他一些比较流行的编码方式，比如ARUCO，AprilTag以及ARToolkit+等。

ARTag是M.Fiala在2005年发表的人工标识跟踪注册系统。这个人工标识系统具有很多优秀的特性。ARTag可以适用于各种光照条件, 最大程度地减少光照的影响.ARTag也可以允许人工标识上的部分遮挡。另外ARTag的编码解码算法加入了编码校验和误码恢复法, 并对于2维条形码编码给出了系统的分析。

ARTag在机器人领域其中一个很重要的作用就是识别物体与相机的位姿关系。物体上可以贴上ARTag，或者在平面上贴上ARTag标签，用来标定相机。摄像头识别到ARTag后，可以算出标签在相机坐标中的位置与姿态。下图为Realsense D415深度相机识别到一组ARTag后，标记出每个标签的坐标方位

不知道您最近有没有看到波士顿MIT的四足机器人后空翻呢？就是下面这个。

当然上图跟二维码没啥关系，但是如果您一直关注波士顿动力，那么您会发现下图机器人手中抱的箱子上的二维码就是ARTag本尊了。