QR二維碼設計的基本原則及要點分析

孔猛

目前二維碼的設計越來越具有個性化，同時也造成了部分二維碼難以被準確、高效地識讀。本文從QR二維碼設計中的符號結構、功能圖形、編碼區、顏色、放置位置及載體選擇等方面介紹了QR二維碼在設計環節應遵循的基本原則及注意事項。

二維條碼（二維碼）是在一維條碼的基礎上產生的，它突破了一維條碼只能在單一方向上承載信息，信息容量有限的缺點，代之以能夠在兩個方向上同時表達信息，大大提高了編碼信息容量。不僅如此，二維碼還具有密度高、糾錯能力強、可表示多種多媒體信息及文字信息、可引入加密機制、譯碼可靠性高等諸多優勢。

目前，我國市場上使用的二維碼有多種，主要有QR碼、DM碼、PDF417碼、漢信碼、龍貝碼、GM碼等，其中QR二維碼是目前使用最廣泛，設備支持度最高的一種二維碼。

二維碼不同于普通的圖片，它是一種可供電子設備識讀的特殊圖形，是信息數據的重要載體，它在設計中的尺寸、糾錯、光學特性等諸多方面都有著嚴格的要求。正確的設計是二維碼能被識讀設備準確、可靠、快速識讀的關鍵。在二維碼無處不在的今天，越來越多的設計師已不滿足于僅以黑白方塊造型的二維碼設計，開始講究美觀、個性和富有沖擊力。與此同時，社會上也出現了一些雖然很有個性化，但卻很難識讀或不能識讀的二維碼。下面筆者以QR二維碼為例，簡要介紹設計二維碼時應該遵循的基本原則和規律。

認識QR二維碼

QR二維碼又叫快速響應矩陣碼（quick response code，QR code），是1994年由日本Denso公司研制出的一種矩陣式二維條碼符號，具有信息容量大、可靠性高、識讀速度快、可全方位識讀、能有效地表示中國漢字、保密防偽性強等優點。

QR二維碼的可編碼字符集包括：數字型數據（0～9）；字母數字型數據（數字0～9，大寫字母A～Z，9個其他字符：space、$、%、*、+、-、·、/、：）；8位字節型數據及中國漢字字符（GB2312對應的漢字和非漢字字符）。可編碼字符容量：數字最多7089個字符，字母 最多4296個字符，8位字節數據最多2953個字符，中國漢字最多1817個字符。

QR二維碼的符號結構見圖1，它是由正方形的模塊組成的矩陣圖，包含功能圖形和編碼區格式兩個部分。功能圖形用于符號標識、確定符號位置、尺寸及還原旋轉變形等，包含位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形和校正圖形。編碼區域是數據編碼后的存儲區域，包含格式信息、版本信息、數據和糾錯碼字等。

QR二維碼的設計和制作

1. 功能圖形的設計

功能圖形是二維碼符號中關系到二維碼能否正確識別的重要因素，它的設計必須符合二維碼的顏色、模塊比例及完整性等要求，不能以美觀或個性化的角度隨意改變。

①尋像圖形

尋像圖形包括3個相同的位置探測圖形（見圖2），分別位于符號的3個角上，它們可以幫助二維碼識讀設備迅速地識別出視場中QR二維碼符號，并明確符號的位置和方向。每個位置探測圖形可以看作是由3個重疊的同心正方形組成，它們的寬度比為7∶5∶3，且模塊顏色順序為深淺深。要保證QR二維碼能夠被識讀，這里要注意的是A.3個回字形的位置探測圖形必須是完整的，不能殘缺也不能被遮蓋。B.模塊之間的比例要遵循1∶1∶3∶1∶1的模塊比。C.模塊的顏色必須是深淺深的排列。

②位置探測圖形分隔符

在每個位置探測圖形和和編碼區域之間有寬度為1個模塊的分隔符，它的功能是區分位置探測圖形和編碼數據區，它要設計成淺色，如果把分隔符設計成深色則很容易造成二維碼識讀失敗。

③定位圖形和校正圖形

定位圖形（見圖3）有水平和垂直的兩個，分別位于3個位置探測圖形之間，符號的第6行和第6列，由深色和淺色模塊交替組成。其作用是輔助定位并確定QR二維碼的版本和密度。

校正圖形（見圖4），與位置探測圖形類似，其模塊比為1∶3∶5，其作用是對每一個正方形模塊的圖像失真進行校正。

由于QR二維碼具有強大的糾錯能力，定位圖形和校正圖形可以部分遮擋，仍可以被識讀。

2.編碼區的設計

①格式信息

格式信息用來指出使用的糾錯級別及掩膜編號，它的正確譯碼對整個二維碼符號的的識讀至關重要，所以在符號中出現兩次以提供冗余。

②版本信息

版本信息用來標識二維碼的版本號。QR二維碼共有40種版本，分別為版本1至版本40。版本1的規格為21×21模塊，版本2的規格為25×25模塊，每增加一個版本，每個邊增加4個模塊，直到版本40，規格為177×177模塊。每個版本所能容納的字符數和數據容量不同，詳見GB/T18284-2000《快速響應矩陣碼》表7。在設計時，如果用戶沒有指定所采用的符號版本，則選擇與數據相適應的最小的版本。版本信息對二維碼的識讀也是極為重要的，因此版本信息在符號中也出現兩次以提供冗余。

③糾錯等級的選擇

糾錯能力強是QR二維碼的重要特性，這也是QR二維碼在有一定殘缺時仍能被識讀的原因。QR二維碼按照糾錯能力從小到大分為4個等級，分別為L級、M級、Q級和H級。在編碼時應根據QR二維碼的使用環境及用戶要求選擇適當的糾錯等級。不同糾錯等級對應的糾錯能力見表1。

糾錯等級的選擇與下列因素有關：

A.預計的符號質量水平。預計的符號質量等級越低，應用的糾錯等級就應越高。

B.首讀率的重要性。

C.在初次掃描識讀失敗后，再次成功掃描的機會。

D.印刷符號的空間限制了使用較高的糾錯等級。

利用QR二維碼糾錯能力強的特點，在編碼區域可以嵌入一些logo或者圖片，但必須保證圖片覆蓋面積在編碼區域的30%以內且需要避開二維碼的功能圖形、格式信息和版本信息區域。

3.保留足夠的空白區

空白區為環繞在符號四周的淺色區域，用以快速地區分周圍環境和二維碼，其反射率應該與淺色模塊相同，寬度至少為4個模塊寬。

即在QR碼四周4個模塊寬度內必須是和淺色一致的顏色并且不能有文字、圖案和邊框等。

4.QR二維碼符號尺寸的確定

QR二維碼符號為正四邊形結構，尺寸為二維碼尺寸和空白區尺寸的和。例如：版本2（25×25模塊），模塊尺寸為0.46mm，符號尺寸大小為：0.46×25+0.46×8=15.18mm（二維碼的尺寸+空白區尺寸=符號區域的尺寸）。

5.顏色的設計

QR二維碼屬于矩陣式二維碼，其深色模塊代表二進制“1”，淺色模塊代表二進制“0”，識讀設備采用攝像式識讀方法進行識讀，因此必須使深色模塊和淺色模塊的符號反差足夠大，才能保證二維碼的準確識讀。

6.選擇合理的印刷和放置位置

設計者在設計二維碼印刷和放置位置時應遵循：“符號不易變形，便于識讀“的基本原則。一般設計者比較注意平面設計圖中二維碼的完整性，容易忽視制成包裝后或實際商品應用中對二維碼的損害。例如塑料瓶薄膜易產生的皺褶、波紋、隆起、轉角處或表面曲率過大都容易使二維碼符號變形，應引起足夠重視。

7.二維碼載體的選擇

載體是記錄二維碼信息的介質，常見的有印刷品、電子屏幕和實物載體等。印刷品和實物載體要避免選擇反光的材質，同時要注意印刷油墨的密度和滲洇。電子屏幕要注意屏幕的像素并合理安排二維碼的顯示尺寸。

總之，設計師在設計二維碼時應在保證二維碼準確、高效識讀的基礎上綜合考慮二維碼的印制位置、載體、掃描環境和受眾群體的接受度等因素后，才能設計出一個優秀的二維碼。

作者單位：徐州市標準化研究所