二维码是二维黑白点阵编码的图形符号，通过光学识别将0/1像素转为比特流，经纠错解码还原原始数据，并依内容类型触发相应操作。
一、二维码的本质定义
二维码是一种在二维平面上以黑白像素点阵形式编码信息的图形符号，它突破了一维条形码仅沿水平方向存储数据的限制，可在横向与纵向两个维度同时承载数据。每个黑色方块对应二进制中的1，每个白色方块对应二进制中的0，整幅图像即为一段可被光学设备识别并还原的比特流。
1、二维码并非天然存在，而是由原始数据（如网址、文本、联系方式等）经特定编码算法（如QR Code标准中的Reed-Solomon纠错编码与掩模处理）转换而来。
2、其结构包含固定位置探测图形（三个角落的“回”字形方块）、定位图形、格式信息区、版本信息区及数据与纠错码区域，所有模块协同确保设备无论从何种角度、光照或轻微破损条件下均可准确定位与解码。
二、光电信号转换过程
二维码识别依赖于光反射强度差异引发的电信号变化。扫描设备（如手机CMOS传感器）向二维码表面投射环境光或主动光源，接收器实时捕捉各像素点反射回来的光强分布，并将其转化为灰度图像矩阵。
1、图像预处理阶段对采集画面进行二值化处理，设定阈值将灰度图转为纯黑（0）与纯白（1）构成的二值图。
2、系统依据三个位置探测图形的几何关系，校正图像倾斜、透视畸变与缩放比例，完成坐标系归一化。
3、按标准规定的寻址顺序（如QR Code从右下角开始逆时针螺旋读取），逐点提取二值矩阵中每个单元格的0/1状态，形成原始码流。
三、二进制码流解码机制
获取到的0/1序列并非直接对应可读内容，需经过多级协议解析：先分离出格式信息以确认纠错等级与掩模类型；再应用对应掩模规则还原原始数据位；最后利用Reed-Solomon纠错算法检测并修复因污损、反光或低分辨率导致的误码位。
1、纠错码段与数据段交织排列，允许最多30%面积损坏仍可完整恢复原始信息。
2、解码器根据头部标识判断数据模式（数字、字母、字节、汉字或混合模式），调用相应字符集映射表将二进制分组转换为UTF-8或Shift-JIS等编码的字符串。
3、若内容为URL，则交由操作系统启动默认浏览器跳转；若为vCard，则触发联系人导入流程；若为Wi-Fi配置，则自动填充SSID与密码并尝试连接。
四、矩阵式与堆叠式两类实现路径
当前主流二维码分为矩阵式（如QR Code、Data Matrix）与堆叠式（如PDF417、Code 16K）两大技术路线。前者以正方形点阵为基本单元，通过点的有无表达信息；后者将多个一维条码按行堆叠，并添加行指示符与复位符实现跨行同步。
1、矩阵式二维码支持全向识别，具备更强的空间适应性与容错冗余设计，适用于移动终端快速扫读场景。
2、堆叠式二维码单行信息密度接近传统条形码，整体容量随行数线性增长，适合工业环境中需嵌入长文本或结构化数据的标签打印。
五、黑白方块背后的数学基础
二维码的生成本质上是离散数学与信息论的工程实践。所有编码标准均基于伽罗瓦域GF(2⁸)构建多项式运算体系，用以生成纠错码字。例如QR Code中，数据多项式D(x)与生成多项式G(x)在GF(256)内做模除运算，所得余式即为附加在数据后的纠错码R(x)。
1、每个二维码版本（V1至V40）对应不同尺寸的模块总数（21×21至177×177），模块数量严格遵循公式N = 17 + 4 × V。
2、定位图形采用固定比例的黑白交替“回”字结构（7×7模块），其边界满足1:1:3:1:1的宽度比，该比例在频域上形成唯一峰值，便于快速锁定。
3、格式信息区使用BCH(15,5)编码，仅15位即可表示8种掩模模式与4级纠错能力组合，并能纠正任意2位错误。
