CN103729673B - 一种三维码及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种三维码及其制备方法，该三维码包括多个空间复用的二维编码图形，所述空间复用是指将多个二维编码图形以不同的角度记录在记录材料表面的同一空间处，解码时，利用识读引擎以记录时对应的角度进行识读，从而分别解码出特定角度下记录的二维编码图形字符。与二维码相比，该三维码增加空间利用率、提高了信息容量，通过多视角通道的复用和信息的相互验证，提高了二维码使用和识别的安全性。

Description

一种三维码及其制作方法

技术领域

本发明涉及信息编码技术领域，特别是一种三维码的制备技术。

背景技术

条形码技术，是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的，它是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型技术。条形码是指将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符，条形码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率。一般地有一维码与二维码两类编码方式。

一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于识读器的对准。一维码条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，数据容量30个字符左右，只能包含字母和数字。

二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的，具有对处理图形旋转变化等特点。二维条码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。二维码作为一种信息存储、传递和识别技术不仅应用在工业生产线的自动化管理、物流中的货物分类，库存的查询，邮政物流包裹的管理等，而且也应用在海关、税务等部门对各类报表和票据的管理，以及应用于各类证件的管理上。

二维码技术可以大大降低人为数据录入的出错率，操作方便简单。但是二维码的安全上需要进一步提高。比如在二维码上植入木马病毒链接，对二维码自动付费等造成消费者损失等等。

因此如何在现有的二维码基础上，提出一种更安全有效的编码标示物成为信息载体领域一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的三维码及其制备方法，在现有的二维码编码规则基础上，在记录材料同一位置记录多组二维码图形。每个二维码具有不同的再现视角，识读器以不同的再现视角可以解码不同的字符信息。不仅提高了三维码的制作门槛，而且可以利用更多的二维码信息载体量实现信息的安全性。

根据本发明的目的提出的一种三维码，包括多个空间复用的二维编码图形，所述空间复用是指将多个二维编码图形以不同的角度记录在记录材料表面的同一空间处，解码时，利用识读引擎以记录时对应的角度进行识读，从而分别解码出特定角度下记录的二维编码图形字符。

优选的，所述记录材料包括记录本体和覆盖在记录本体上的微透镜阵列，所述记录本体为光变材料，光束在材料表面时经微透镜阵列收集后，当能量大于记录材料阈值时材料性质发生变化形成颜色点。

优选的，所述微透镜阵列中每个微透镜为微珠或半凸球体，其口径为10um-300um，其排列方式可以是矩阵排列、三角排列或者非规则排列中的一种。

优选的，所述记录本体为浅色纸张或镀铝的塑料薄膜。

同时，本发明的另一目的在于提出的一种如上所述的三维码的制备方法，其空间复用采用微透镜阵列成像工艺实现，该微透镜阵列成像工艺将多个二维编码图形以不同角度记录在记录材料上，所述记录材料包括记录本体和覆盖在记录本体上的微透镜阵列，所述记录本体为光变材料，光束在材料表面时经微透镜阵列收集后，当能量大于记录材料阈值时材料性质发生变化形成颜色点。

优选的，所述微透镜阵列成像工艺采用激光光源、二维编码图形生成装置，以及记录光路实现在记录材料上记录多个二维编码图形，该微透镜阵列成像工艺包括步骤：

1）所述激光光源和二维编码图形生成装置配合生成二维编码图形，并将该二维编码图形通过记录光路投射到记录材料的微透镜阵列表面；

2）微透镜阵列中的每个微透镜分别对二维编码图形全部或部分进行成像，成像点落在记录本体上，记录本体颜色发生变化以记录二维码图形的全部或部分信息；

3）改变记录材料和记录光路之间的角度，重复上述步骤1）和2），以另一个角度记录另一个二维编码图形；

4）多次重复步骤3）后，在记录材料表面的同一个空间中以不同角度记录下多组二维编码图形，完成三维码的制备；

当再现光照明记录材料时，记录材料中的每一个微透镜分别都对二维编码图形的全部或部分记录信息再现成像，每个微透镜的再现成像积分叠加并最终在记录材料表面形成了一个二维编码像面，改变观察角度，看到不同的二维编码像。

优选的，所述二维编码图形生成装置为空间光调制器，激光光源为该空间光调制器提供照明光源，所述记录光路将该空间光调制器上生成的图形聚焦到所述微透镜阵列表面。

优选的，所述二维编码图形生成装置为二维振镜，所谓记录光路为f-θ镜，该二维振镜将激光光源发出的光以逐点的形式通过f-θ镜打印至所述微透镜阵列表面，并形成二维编码图形。

优选的，在所述记录材料的上方还设有一扩散片，扩散片的位置距离材料表面1mm-20mm。

与现有技术相比，本发明的三维码记录字符多，空间利用率高。

同时三维码技术实质是现有的二维码的空间复用技术，与现有二维码技术相比，本发明的三维码安全性比二维码技术高。比如，可以设置某一二维码识读视角编码图形为网页链接，同时设置另一二维码识读视角为网页登陆验证码，或者再同时设置另一二维码识读视角为二级密码等，提高二维码的安全级别。在通常光源下，与普通的二维码是显性的，黑白反差大，上述三维码中的不同视角的二维码有一定隐性特征，必须在对应的视角下才可检测，该三维码相比普通的二维码，具有信息量增大、解码信息可相互验证，提高了二维码的使用的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A-1B是本发明中所采用的记录材料的两种结构示意图。

图2是本发明的微透镜阵列的三种排列方式图。

图3是本发明二维码空间复用实现的原理图。

图4是本发明三维码记录及再现识读的原理图。

图5是本发明第一实施方式下的三维码制备方案示意图。

图6是本发明第二实施方式下的三维码制备方案示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的二维码技术，存在信息量有限，安全度不高等问题。为此，本发明提出了一种富含更多信息量的三维码技术。即将多个二维编码图形进行空间复用，所谓的空间复用，就是将多个二维编码图形以不同的角度记录到材料表面的同一空间出，再现时，只需通过识读器以不同角度扫面，就能获得多个二维码图形内含的信息字符。在本发明中，具体实现空间复用效果的方法为微透镜阵列成像工艺，该工艺主要采用激光光源、二维编码图形生成装置，以及记录光路实现在记录材料上记录多个二维编码图形，该微透镜阵列成像工艺包括步骤：1）所述激光光源和二维编码图形生成装置配合生成二维编码图形，并将该二维编码图形通过记录光路投射到记录材料的微透镜阵列表面；2）微透镜阵列中的每个微透镜分别对二维编码图形全部或部分进行成像，成像点落在记录本体上，记录本体颜色发生变化以记录二维码图形的全部或部分信息；3）改变记录材料和记录光路之间的角度，重复上述步骤1）和2），以另一个角度记录另一个二维编码图形；4）多次重复步骤3）后，在记录材料表面的同一个空间中以不同角度记录下多组二维编码图形，完成三维码的制备。当再现光照明记录材料时，记录材料中的每一个微透镜分别都对二维编码图形的全部或部分记录信息再现成像，每个微透镜的再现成像积分叠加并最终在记录材料表面形成了一个二维编码像面，改变观察角度，看到不同的二维编码像。

为了便于理解本发明的内容，先对发明原理做介绍。

参见附图1A-1B，为所使用到的记录材料，该记录材料包括：覆在上方的微透镜阵列110和记录本体120，微透镜阵列110是由通光孔径为微米级的透镜组成的列阵，它具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点。通常每个透镜的口径在10um-300um之间，微透镜的形状可以是球形状（如图1A所述）或者半球形（如图1B所示）。记录本体120是一种光化学反应后的不可逆光变材料，比如浅色纸张、感光材料、金属材料，当采用激光光源作为记录光源，在超过材料表面阈值能量的照射之后，这种材料会发生包括色彩或反光特性上的改变，比如镀铝的塑料薄膜材料或一些高分子聚合物材料在激光照射下表面引发黑变、变黄等效应。

参见图2，在激光签注中，所使用到的记录材料上的微透镜阵列的排列示意图。微透镜阵列可以是矩阵排列、三角排列、蜂窝排列或者非规则排列中的一种。

参见图3，本发明二维码空间复用实现的原理图。因为在图1所示记录材料中上方覆有一层微透镜阵列薄膜，在光线照明时，覆盖有微透镜阵列薄膜，将光线聚焦在材料的表面上，在通过材料表面的反射，从微透镜阵列透射出来，这样材料有定向后反射的特性。用该原理，可以将多个二维编码图形进行空间整合，即将多个二维编码图形以不同的角度记录在记录材料表面的同一空间处，解码时，利用识读引擎以记录时对应的角度进行识读，从而分别解码出特定角度下记录的二维编码图形字符利，实现空间复用的二维码，在这里成为三维码。

参见图4，本发明三维码记录及再现识读的原理图。如图4所示，设置一种光路，使得一束激光在图1所示的材料上表面或下表面形成一个聚焦点，聚焦点距离材料表面上方或者下方10mm内，可得到不同的视觉效果，聚焦点经过微透镜阵列的成像，将在微透镜阵列下层焦面位置，即记录材料本体上形成有颜色变化的记录阵列点。这些记录阵列点，经过光线照明将会在原聚焦点位置形成一个图像。二维码图形的各个像素点在光路中分别形成聚焦点被在打印（签注或烧蚀）在材料衬底表面上，再现时，在材料表面上方或者下方习惯弄成二维码编图形。以此原理，每幅二维码图形以不同角度分别记录，在不同角度进行二维码识读，就能分别解码出各个视角方向的解码字符。需要说明，激光聚焦点在材料上方打印时，成像后的图像具有上浮效果，激光聚焦点在材料表面的下方打印时，成像后的图像具有下沉效果。

制备本发明的三维码下面，通过具体实施方式对本发明方案做详细描述。

实施方案一：

参见附图5，附图5是本发明第一实施方式下的三维码制备方案示意图。在该第一实施方式中，微透镜阵列成像工艺采用了激光逐点打标形成图形的方法。如图所示，该方案包括激光光源11、振镜12（即二维编码图形生成装置），f-θ镜13（即记录光路），记录材料14，以及设置于f-θ镜13与记录材料14之间的扩散片15。振镜12在外部电脑的控制下二维摆动，激光光源11发出的激光束照射在振镜12上，经过f-θ镜13在扩散片15上形成聚焦点，聚焦点经过扩散片15扩散后经打印材料上表面的微透镜阵列收集，记录在材料下层本体材料中，形成颜色较深物点。振镜12的二维摆动实现将记录点形成二维编码图形，完成一幅二维码图形的打印后，转动记录材料14空间角度，重复上述打印过程形成第二幅二维码编码图形的记录。如上所述，直到完成全部视角二维码的记录。最终在材料同一位置形成多组二维码的记录，从而，实现本发明所述的三维码的制备。扩散片15的作用可以使得图形的像素点扩散，再现时呈现图形浮动的效果。该扩散片15在本发明中并非必需。

实施方案二

参见附图6，附图6是本发明第二实施方式下的三维码制备方案示意图。在该实施方式中，二维编码图形以整幅形式之间通过光路形成。如图所示，该方案包括激光光源21、空间光调制器（DMD或LCOS）23，记录材料26，以及设置空间光调制器23与记录材料26之间的4f成像系统25。空间光调制器23与激光光源21之间可以设置一些准直和扩束用的光学器件22。空间光调制器23通过电脑输入二维码编码图形，经过4f成像系统25在材料表面一定距离形成成像，然后，经过记录材料26上表面的微透镜阵列收集，在材料下层本体材料中记录，从而完成一幅二维码图形的记录。转动记录材料26空间角度，重复上述打印过程，形成第二幅二维码编码图形的记录。如上所述，直到完成全部视角二维码的记录。最终在材料同一位置形成多组二维码的记录，从而，实现本发明所述的三维码的制备。与实施方式一相同，在该实施方式二中，也可以在记录材料26上方放置一块扩散板24，可以使得图形的像素点扩散，再现时呈现图形浮动的效果。

通过上述两个本发明的方法制备得到的三维码，具有较高的安全性能，比如可以设置某一二维码识读视角编码图形为网页链接，同时设置另一二维码识读视角为网页登陆验证码，或者再同时设置另一二维码识读视角为二级密码等，提高二维码的安全级别。在通常光源下，与普通的二维码是显性的，黑白反差大，上述三维码中的不同视角的二维码有一定隐性特征，必须在对应的视角下才可检测，该三维码相比普通的二维码，具有信息量增大、解码信息可相互验证，提高了二维码的使用的安全性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种三维码，其特征在于：包括多个空间复用的二维编码图形，所述空间复用是指将多个二维编码图形以不同的角度记录在记录材料表面的同一空间处，解码时，利用识读引擎以记录时对应的角度进行识读，从而分别解码出特定角度下记录的二维编码图形字符，所述记录材料包括记录本体和覆盖在记录本体上的微透镜阵列，所述记录本体为光变色材料，光束在材料表面时经微透镜阵列收集后，当能量大于记录材料阈值时材料性质发生变化形成颜色点。

2.如权利要求1所述的三维码，其特征在于：所述微透镜阵列中每个微透镜为微珠或半凸球体，其口径为10um-300um，其排列方式可以是矩阵排列、三角排列、蜂窝排列或者非规则排列中的一种。

3.如权利要求1所述的三维码，其特征在于：所述记录本体为浅色纸张或镀铝的塑料薄膜。

4.一种如权利要求1所述的三维码的制备方法，其特征在于：所述空间复用采用微透镜阵列成像工艺实现，该微透镜阵列成像工艺将多个二维编码图形以不同角度记录在记录材料上，所述记录材料包括记录本体和覆盖在记录本体上的微透镜阵列，所述记录本体为光变色材料，光束在材料表面时经微透镜阵列收集后，当能量大于记录材料阈值时材料性质发生变化形成颜色点。

5.如权利要求4所述的三维码制备方法，其特征在于：所述微透镜阵列成像工艺采用激光光源、二维编码图形生成装置，以及记录光路实现在记录材料上记录多个二维编码图形，该微透镜阵列成像工艺包括步骤：

1)所述激光光源和二维编码图形生成装置配合生成二维编码图形，并将该二维编码图形通过记录光路投射到记录材料的微透镜阵列表面；

2)微透镜阵列中的每个微透镜分别对二维编码图形全部或部分进行成像，成像点落在记录本体上，记录本体颜色发生变化以记录二维码图形的全部或部分信息；

3)改变记录材料和记录光路之间的角度，重复上述步骤1)和2)，以另一个角度记录另一个二维编码图形；

4)多次重复步骤3)后，在记录材料表面的同一个空间中以不同角度记录下多组二维编码图形，完成三维码的制备；

当再现光照明记录材料时，记录材料中的每一个微透镜分别都对二维编码图形的全部或部分记录信息再现成像，每个微透镜的再现成像积分叠加并最终在记录材料表面形成了一个二维编码像面，改变观察角度，看到不同的二维编码像。

6.如权利要求5所述的三维码的制备方法，其特征在于：所述二维编码图形生成装置为空间光调制器，激光光源为该空间光调制器提供照明光源，所述记录光路具有成像效果，将该空间光调制器上生成的图形成像到所述微透镜阵列表面。

7.如权利要求5所述的三维码的制备方法，其特征在于：所述二维编码图形生成装置为二维振镜，所述记录光路为f-θ镜，该二维振镜将激光光源发出的光以逐点的形式通过f-θ镜打印至所述微透镜阵列表面，并形成二维编码图形。

8.如权利要求4所述的三维码的制备方法，其特征在于：在所述记录材料的上方还设有一扩散片，扩散片的位置距离材料表面1-20mm。