科学思维-----二维码破损了为什么还能扫出来？

上上千

           二维码如今已经非常流行了，我父母那一代第一次感受到移动互联网真的到来了，生活变了天，再也不会劝我不要网购，容易上当，就是他们几年前有一次看电视，报道了一个在深圳的乞丐，要饭时身前放的已经不是一个破碗了，而是一张又脏又大的二维码。

二维码在中国的兴起就是跟wei/信紧紧绑定的，那是在2011年底，因为那一年12月14日，wei/信3.5版本第一次支持了二维码，但那时候只支持个人名片的扫码。

一年后，wei/信4.3版本才正式支持所有二维码。这些重要时间节点我们可以查查百度指数得到印证。

二维码其实来自于条形码：

条形码最早是1949年美国的食品公司为了追溯食品来源发明的。到了一九五几年的时候，美国的大型超市里出现了一个问题，收银员少，顾客数量多，每人都买一整车的东西运回去，收银员手动输入购物小票的内容实在太慢，为了加快速度，还得再配一个专门打字的。但当某个超市从当地食品公司进货时发现，他们登记食物信息来源只要扫一下条形码就行，突然意识到自己可以这么做，就不用再给那个打字员开工资了。以至于现在所有超市都这么做。

条形码是靠宽窄不同的线存储着信息的，它可以按一套规则翻译成一串数字的，这串数字背后又有一套规则，定义了每一位都是什么含义，所有信息完全存储在线条宽窄里。但线条长短这个维度其实没用来存储信息，可是作为一个贴在物品上的标签来说，不能只有长度没宽度，所以条形码这张纸至少浪费了一个维度。

如果我们能利用上另外的维度，那岂不是更好？

但这也需要契机，因为“如非必须，勿增实体”，是工程领域最流行的行事方法。 条形码只要够用，就不会去发明其他的替代品。

但问题最终还是来了：

当时丰田汽车公司的最大的零配件供应商，叫电装株式会社就发现，他们的零件品类实在太多了，喷油器、散热器、氧传感器、起动机、点火单元、发电机、冷凝器、仪表、车锁、雨刮器、电子钥匙、安全气囊、车载导航，上百种。东西一多，就觉得还是用日语更方便，可是传统条形码不支持片假名，想办法扩容的话条形码标签又会变得很长，于是自力更生，组建了一个研发团队，其实就俩人，用了1年半的时间就研发出了现在我们看到的二维码，那一年是1994年，距今23年，这个二维码就支持数字，字母，符号，拉丁文，中文，当然，肯定还支持日文的片假名。

这些就是二维码一路走来的故事。
为什么二维码涂抹两下不会认不出来？
手机在识别二维码之前其实都是先给它拍照，然后再分析。

二维码的4个角上，除了右下角以外，在其他3个角都有个大眼睛一样的框框，这3个大眼睛是告诉手机二维码这张图在哪里，方向是朝哪边的，右下角虽然没有大眼睛，但仔细看，你能看到这张图横平竖直地还分布着22个小眼睛，它和3个大眼睛配合在一起，用来调整图形畸变。

比如你是歪着扫二维码，或者二维码贴在一个曲面上，都是需要靠这些小眼睛帮忙正畸，这4个点【违规内容】好，手机就知道，哪儿是边框，哪儿是左上方了，所以我们扫码时无论正着扫还是斜着扫都可以识别出来。

三个大眼睛靠近内侧的那个直角的尖尖其实还有虚线连着，但这个实在淹没在信息里看不太出来了，虚线是刻度，这很重要。

除此之外剩下的区域就可以用来存储正文了，剩下的格子越多，能存入的内容就越多，现在总共有40个二维码版本，最低版本是21×21个格子，最高的是177×177个方格，上图里给的就是最高版本，现实中很少用到。

接下来就是编码规则：比如我要存01234567这8位数，先3个3个分组，012一组，345一组，67一组，然后再把这3组数用二进制表示出来，写好以后前面再加上14位的标志位，具体怎么加就不说了。

现在编码的原文就写好了，但是这不能直接转换成二维码，否则转换出来的图形少了一个角都会导致整张图片都读不出来。
那怎么办呢？

就要用到 Reed Soloman 这种方法，把纠错码加进去，纠错码怎么加就不解释了，估计通讯工程的本科课程才会学到。

总之，原理上说，其实就是把01234567这串信息多写几遍，然后打散，这样有地方受损也能有机会在其他地方找到原文。

纠错码可以纠多少错误是有分级的，有7%，15%，25%，30%四个级别，也就是最多遮挡住30%的区域不影响解码。
加入30%纠错码的二维码
所以这就是为什么我在刚刚的二维码上画了个笑脸还能读出来，因为我设的30%的纠错码，我这张二维码是一段200多字的文章，感兴趣的同学可以扫扫看。

现在你知道为什么二维码破损了或者添几笔还能读出来了吧！

纵观二维码的整个发展过程，我们就可以体会到工程师的视角，也许在他们的世界上有2类问题：

一类问题，他们可以准确把握每一个细节，就像二维码图形，每个像素点都能说清是怎么来的。比它更复杂的系统也多得是，比如天河二号超级计算机，虽然极其复杂，但任何故障我们都能查出来，这是因为整套系统从零开始都是工程师们一手搭建的。
但另一种问题，比如为什么有些女生一遇到具体技术细节就特别抗拒？这种问题工程师就很难回答了，因为这些女生的知识构架，不是工程师从零一手搭建起来的，这些人过往的经历、思维习惯都在影响着这些女生的行为方式，对工程师来说，信息缺失太多，没法回答，所以只能尽量体谅对方，用简单的语言把这个过程大致描述出来。

许多鱼

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