在线扫一扫条形码(商品识别)

引言

二维码已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。登录、支付东西、会议签到都需要扫描二维码。那么被广泛应用的二维码技术背后的原理是什么呢？本文将从二维码的发展和典型应用场景出发，分析二维码背后的技术原理。

二维码发展简史条形码的诞生

在了解二维码的技术原理之前，我们先简单了解一下它是如何发展起来的。早在1948年，伯纳德·瑟沃就是费城气体技术学院的一名研究生。一个偶然的机会，他得知当地一家超市的老板希望院长帮助设计一种可以扫描商品价格的设备，以提高超市的商品销售效率。由于超市的收银员每次结算货物时都需要手动输入结构，当加班流量达到时，收银员的结算效率很低。但是院长觉得这是一件非常困难的事情。

然而，伯纳德·瑟沃(Bernard Cerveau)和他的朋友约瑟夫·伍德兰(Joseph Woodland)觉得这是一个巨大的商机，决定设计并制作一个商业产品。在尝试了用紫外光照射石墨、盲点系统和点状符号系统的方案后，由于当时的技术限制，并没有得到广泛应用。

转眼间，时间来到了20世纪60年代，伍德兰始终没有放弃那一年还没有商业化的金点子。此时，他已经是IBM的一名工程师。在公司期间，他不断阐述自己对条码技术实现的想法，同事们也不断强调条码的商业价值。同时应用了激光和计算机，完成了条形码的技术基础。大约在1969年，伍德兰参加了由IBM投资、乔治·劳雷尔领导的超市扫描仪和标签研究项目组。经过几年的艰苦研究，IBM终于推出了可识别的条形码。

1974年6月26日，世界上第一台条形码扫描仪安装在俄亥俄州特洛伊的Marsh超市。第一个扫描的产品是10包箭牌多汁水果味口香糖，现已被美国历史博物馆收藏。然后，条码被广泛应用于商品、图书、邮政等系统，大大提高了业务运作的效率。

我们可以看到，推动技术进步的往往是现实生活中的业务需求。然而，随着条形码的广泛使用，它的缺点逐渐显现出来:

1.条码的数据表示非常有限，只能表示数字和字母，不能表示更多的其他字符信息；

2.条形码代表的数据量也非常有限。如果想包含更多的数据，只能不断地横向拉伸，导致条码越来越大，不利于商业使用；

3.条码变形或条码丢失，无法获取数据，影响业务正常使用；

由于条形码存在这样或那样的缺点，人们对更多信息的期望与日俱增。

二维码横空出世

二维码的应用虽然在中国大放异彩，但其实是日本人发明的。日本电装波公司(日本电装公司的子公司)的滕宏远是二维码的发明者。在公司的业务中，需要标注汽车零部件的属性信息，包括产地、生产时间、生产批次等信息。传统的条形码不能满足大信息量的标记，需要一种覆盖更多信息的标记方法。

广原认为，既然一维条码不能表达更多的信息，是否可以增加维度使其表达更多的信息？这就是二维码的思维原型。但是后来遇到了如何让这个二维码实现高速阅读。技术研究团队利用正方形四个角中的三个作为定位器，然后通过剩下的一个角判断实际二维码的方向，这样无论从哪个方向扫描，二维码内容的读取都不会受到影响。

经过几年的反复试验，腾宏的原位研究团队终于攻克了技术难关。与条形码相比，这种小方型二维码的信息存储量提高了300倍，二维码的识别速度提高了10倍。1994年，电装波公司开始面向全日本推广二维码技术，并将其命名为“快速反应码”。如今，二维码已经在世界范围内广泛使用，尤其是在中国。

技术原理

在网上，我们很容易找到制作二维码的在线工具网站。在这些网站中，可以转换成二维码的信息包括文字、网址、图片、音视频等等。可见，二维码的本质其实是一种数据信息表达。

我们都知道二维码是由许多白色方块和黑色方块组成的，实际上对应的是计算机世界中的0-1二进制语言。其中黑色方块代表1，白色方块代表0。所以，这些看似不规则的黑白方形二维码的组合，是由0-1组成的信息组合。由0-1组成的二进制数据可以对信息进行编码，也是计算机可以理解的语言。

在扫描手机二维码时，由于二维码是黑白两位数的点阵，当二维码通过光反射进入手机摄像头时，手机中的CMOS感光元件将接收到的光信号转换成电信号，二维码所代表的0-1组合实际上就是手机中对应的高低电位，最终解析成二维码对应的标签信息。

扫码登录

扫码登录是二维码的典型应用场景。以前登录网站需要输入用户名和密码，有时会因为一时想不起来密码而非常着急。既然是二维码登录，那么拿出手机扫描网页端的二维码就可以很方便的完成登录操作。我们来分析一下二维码扫描登录的技术原理。

对于登录来说，它的本质其实包括两件事。第一件事是告诉平台你是谁，第二件事是向平台证明你就是你，不是别人。传统的用户名密码登录方式，用户名其实是告诉平台你是谁，密码向平台证明你就是你。那么在二维码扫描和登录的场景下，其实就是完成这两件事的支撑。我们来看看扫码登录的实现机制。

在扫码登录之前，我们需要先在客户端登录。客户端登录时，需要输入用户名和密码信息。之后，客户端与服务器的交互过程大致如下:

1.首先，用户在客户端输入用户名和密码登录；

2.客户端向服务器发送带有用户名、密码和设备信息的登录请求；

3.服务器验证用户名和密码信息，绑定账号信息和设备信息，返回令牌信息；

4.客户端保存令牌信息；

5.再次登录时，不需要传递用户名和密码，令牌信息和设备信息传递给服务器，服务器验证令牌和设备信息；

这里的令牌信息实际上代替了账号和密码信息，可以理解为一种存储账号、设备等信息的数据结构，用于后期服务器验证。

以上是客户端登录的一般步骤，是客户端扫码登录的基础。接下来我们来看看扫码登录的一般业务流程，如下图:

在这个过程中，最重要的是生成一个临时令牌。这个临时令牌其实就是登录凭证，和二维码一一对应。一旦使用，将会失效。那你为什么会有这个临时令牌？实际上，为了解决扫码和登录的关联，系统需要确认二维码被客户端扫描后登录。

总结

本文主要结合二维码的技术发展，阐述了二维码的技术原理，分析了二维码典型应用场景的技术原理。相信通过这篇论文，大家对二维码的原理有了更深入的了解。