二维码工作原理是什么?黑白方块分别代表什么?|数字素养

作者: 鱼非我

来源: 数字北京科学中心

发布日期: 2024-05-20 10:30:43

本文探讨了二维码的起源、工作原理及其在现代生活中的广泛应用,并分析了二维码是否会有用完的一天。二维码通过黑白方块的组合存储信息,利用二进制算法实现数据的读取和解码。尽管全球每天生成大量二维码,但现有技术条件下,二维码的使用量远未达到其理论极限。

在数字化浪潮的推动下,二维码已悄然渗透到我们生活的方方面面。从购物支付到社交互动,它都扮演着举足轻重的角色。你是否曾好奇过,这个由黑白方块组成的二维码背后隐藏着怎样的科技原理?为何手机无论从哪个角度都能准确无误地扫码?全球每天都会生成天量二维码,它会有用完的一天吗……今天,一起走进二维码的世界,探寻其背后的科技奥秘。

二维码的起源可追溯至初代的条形码,即一维码,它被视为二维码的早期形态。

上个世纪五十年代,随着经济发展,日本人为解决收银员用手写记录商品售卖情况而引起的结账效率慢的问题,发明了条形码。条形码通过黑白相间、宽度不同的线条组合,利用光线照射时,黑白部分对光的不同反射特性来存储信息。具体来说,黑色线条吸收大部分入射光,几乎不反射回扫描设备;而白色线条则反射大部分入射光。扫描器发射出特定波长的光线,当光线照在条形码上时,接收器检测到反射回来的光强度变化。

1994年,日本人腾弘原对条形码进行了改造,设计出了点阵状的信息存储色块。他改变了原有条形码只能够在水平方向上表达信息,实现了在水平和垂直两个方向上储存和表达信息。这样,矩阵式色块的信息量有了极大的提升。经过了多年的不断发展,产生了多种编码格式的二维码。

如:Data Matrix、MaxiCode、Aztec、QR Code、PDF417、Vericode、Ultracode、Code 49、Code 16K。其中,QR Code因其显著的优势而成为最常见且广泛应用的格式之一。

二维码是一种开放性的信息存储器,它能将固定的信息存储在黑白小方块之中,而且它可以无限使用。

识别二维码的设备并无严格限制,只需具备相应的扫描功能,如智能手机、专用读码器、甚至某些智能相机等,都可以将它所存储的信息读取出来。二维码工作的原理其实就是二进制算法。二进制是将所有的语言信息用机器语言0和1表达出来。二维码图案由一系列黑白相间的方块组成,其中黑色方块代表二进制数值“1”,白色方块代表“0”。这些黑白图案按照特定的编码规则组合,形成一串二进制序列,用于存储各种类型的数据。

假设全世界每天消耗二维码100亿个二维码。如果自宇宙在138亿年前诞生以来,人类就开始以这个速度消耗二维码,那么33×33版本的二维码能够支持人类使用多少个宇宙年龄的年数呢?综上可知,开始以上述假设速度消耗二维码,人类也才用了5.037×10^21个。也就是说,33×33版本足够人类使用7.3805×10^261个“138亿年”。

此外,二维码有很多种类(包括QR Code、Code 49、Code 16K等,QR Code是其中广泛使用的一种),每一种二维码都可以承载很多信息。同一种二维码类型,由于提供了不同尺寸或版本,每个版本都能搭载不同数量的信息。所以,理论上,如果人类能够在宇宙中存在足够漫长的时间,二维码是可以用完的,但这个时间实在太漫长了,也许就连宇宙本身都等不到那一天。

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