发票二维码扫描增强_01_问题分析

问题概述

目前开发的App中涉及到以下场景：基于纸质发票的二维码扫描结果，调用国税总局的查询接口，获取发票的票面信息并自动构建对应的报销单

发票二维码中包含以下信息：

01,04,3200172320,39603420,110.68,20180526,07094405910702570327,9AE7,

国税总局接口中需要以下信息进行查询：

发票代码：3200172320
发票号：39603420
开票日期：20180526
（普票）校验码后六位：570327
（专票）不含税金额：110.68

目前App的二维码扫描一般采用Zbar或者Zxing的解决方案，我们目前使用的是Zbar的扫描方案。该方案在扫描电子发票的二维码以及打印清晰的二维码时扫描迅速、准确。
但是在扫描纸质发票上的二维码时基本无能为力，只有极少部分打印清晰，点阵整齐的发票可以扫描出来。

那我们首先来分析一下为什么无法扫描二维码

二维码生成规则简析

二维码生成原理<转自>：https://coolshell.cn/articles/10590.html#jtss-tsina

原文比较长，捡重要的部分说一下

版本

二维码分为40个版本（Version），第一个版本行、列格子数量为21 * 21，每增加一个版本，行、列各自数量各增加4，即版本为7的二维码，行列格子数量都为 21 + 4*4= 37

区域

二维码图像从功能上分为以下区域：

定位区域：

用于帮助二维码扫描器定位整体图像以及切割数据信息的定位图形，分为以下三种：
1.Position Detection Pattern：二维码左上、左下、右上的定位正方形，正方形分为三部分：黑色外框，白色内框，黑色内正方形，其中宽度比例为：1：1：3，整体图形宽度为 7

2.Alignment Pattern:二维码内部用于辅助定位的正方形结构，分为三部分：黑色内框，白色内框，黑色内正方形，其中宽度比例为1：1：3，整体图形宽度为5，该定位图形在版本2以上的二维码中存在

3.Timing Pattern：二维码内部定义行列基准的辅助线，帮助扫描器识别每个行列的基准位置

元数据区域：

用于描述二维码的本身的格式以及版本信息的数据区域，分为以下两部分：
1.Format Information：存在于所有的尺寸中，用于存放一些格式化数据，包括：Error Correction Level(错误纠正等级)、Mask（掩码类型）

2.Version Information：Version 7以上，需要预留两块3 x 6的区域存放一些版本信息

数据以及纠错码区域：

除了上述的那些地方，剩下的地方存放 Data Code 数据码和 Error Correction Code 纠错码。最终编码的填充方式如下：从左下角开始沿着红线填我们的各个bits，1是黑色，0是白色。如果遇到了上面的非数据区，则绕开或跳过。

发票二维码解析问题简析

二维码扫描器列举以及原理分析

目前市面上有很多App自带了二维码扫描，经过测试，我们得出以下结论：

二维码扫描能力：阿里系（支付宝、钉钉） > 腾迅系（微信、QQ）> 第三方收费插件 > 苹果相机自带二维码扫描 > ZBar方案 > Zxing方案

阿里的扫描器基本可以扫描出所有的发票二维码，很多残缺的二维码图像也可以扫描出来，而且扫描的速度非常快。腾讯的扫描器可以扫描出完整的二维码，即使出现图像偏色、部分模糊的问题，扫描速度稍逊于阿里。第三方收费插件对偏色和部分模糊的处理稍微差一些。苹果自带的二维码扫描可以扫描出打印清晰、整齐的二维码，编码部分出现线段粗细不一致和部分空白也可以扫描。Zbar和Zxing对发票二维码基本无能为力。

Tips：手淘对发票二维码的扫描率远低于钉钉，应该是钉钉对企业的应用场景做了更深入层次的优化

我们对二维码扫描器的工作原理进行分析，扫描器应当是对一张图片进行二维码的特征提取，例如Position Detection Pattern和Alignment Pattern，检索出整体图形大致形状，然后通过Timing Pattern建立扫描坐标体系，再扫描元数据区域，确认解码方案，然后根据坐标体系对数据以及纠错码区域进行扫描和数据分割，获取已编码数据，最后根据解码方案反向解码获得二维码的实际信息。

根据对zxing和zbar的测试，扫描器对结构清晰、整齐的二维码扫描很快，说明当来源图片清晰的时候，扫描器可以顺利的构建特征和坐标，并最终解码。当扫描发票时，由于发票的特征和坐标存在缺陷，导致扫描器无法正确识别。

由于整体二维码解码过程比较复杂，且已经有很好的开源库支持，所以我们的目标不是重新写一个解码器，而是通过一些算法将发票上不明确的二维码特征值提取出来，重新构建一个标准的二维码图形，并输送给zxing或者zbar进行解码。