二维条码知识概述.docx

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二维条码知识概述

二维条码

  一维条码虽然提高了资料收集与资料处理的速度，但由於受到资料容量的限制，一维条码仅能标识商品，而不能描述商品，因此相当依赖电脑网路和资料库。

在没有资料库或不便连网路的地方，一维条码很难派上用场。

也因此，最近几年开始有人提出一些储存量较高的二维条码。

由於二维条码具有高密度、大容量、抗磨损等特点，所以更拓宽了条码的应用领域。

   近年来，随着资料自动收集技术的发展，用条码符号表示更多资讯的要求与日俱增，而一维条码最大资料长度通常不超过15个字元，故多用以存放关键索引值（Key），仅可作为一种资料标识，不能对产品进行描述，因此需透过网路到资料库抓取更多的资料项目，因此在缺乏网路或资料库的状况下，一维条码便失去意义。

此外一维条码有一个明显的缺点，即垂直方向不携带资料，故资料密度偏低。

当初这样设计有二个目的：

（1）为了保证局部损坏的条码仍可正确辨识，

（2）使扫瞄容易完成。

   要提高资料密度，又要在一个固定面积上印出所需资料，可用二种方法来解决：

（1）在一维条码的基础上向二维条码方向扩展，

（2）利用图像识别原理，采用新的几何形体和结构设计出二维条码。

前者发展出堆叠式（Stacked）二维条码，後者则有矩阵式（Matrix）二维条码之发展，构成现今二维条码的两大类型。

堆叠式二维条码的编码原理是建立在一维条码的基础上，将一维条码的高度变窄，再依需要堆成多行，其在编码设计、检查原理、识读方式等方面都继承了一维条码的特点，但由於行数增加，对行的辨别、解码算法及软体则与一维条码有所不同。

较具代表性的堆叠式二维条码有PDF417,Code16K,Supercode,Code49等。

   矩阵式二维条码是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点（Dot）的出现表示二进制的“1”，不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。

其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。

矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制，已较不适合用“条码”称之。

具有代表性的矩阵式二维条码有Datamatrix,Maxicode,Vericode,Softstrip,Code1,PhilipsDotCode等。

   二维条码的新技术在1980年代晚期逐渐被重视，在「资料储存量大」、「资讯随着产品走」、「可以传真影印」、「错误纠正能力高」等特性下，二维条码在1990年代初期已逐渐被使用。

第8.1节二维条码的基本概念

二维条码术语定义

1.堆叠式二维条码（2DStackedCode）

堆叠式二维条码是一种多层符号（Multi-RowSymbology），通常是将一维条码的高度截短再层叠起来表示资料。

2.矩阵式二维条码（2DMatrixCode）

矩阵式二条码是一种由中心点到与中心点固定距离的多边形单元所组成的图形，用来表示资料及其它与符号相关功能。

3.资料字元（DataCharacter）

用於表示特定资料的ASCII字元集的一个字母、数字或特殊符号等字元。

4.符号字元（SymbolCharacter）

依条码符号规则定义来表示资料的线条、空白组合形式。

资料字元与符号字元间不一定是一对一的关系。

一般情况下，每个符号字元分配一个唯一的值。

5.代码集（CodeSet）

代码集是指将资字元转化为符号字元值的方法。

6.字码（Codeword）

字码是指符号字元的值，为原始资料转换为符号字元过程的一个中间值，一种条码的字码数决定了该类条码所有符号字元的数量。

7.字元自我检查（CharacterSelf-Checking）

字元自我检查是指在一个符号字元中出现单一的印刷错误时，扫瞄器不会将该符号字元解码成其它符号字元的特性。

8.错误纠正字元（ErrorCorrectionCharacter）

用於错误侦测和错误纠正的符号字元，这些字元是由其它符号字元计算而得，二维条码一般有多个错误纠正字元用於错误侦测以及错误纠正。

有些线性扫瞄器有一个错误纠正字元用於侦测错误。

9.E错误纠正（ErasureCorrection）

E错误是指在已知位置上因图像对比度不够，或有大污点等原因造成该位置符号字元无法辨识，因此又称为拒读错误。

通过错误纠正字元对E错误的恢复称为E错误纠正。

对於每个E错误的纠正仅需一个错误纠正字元。

10.T错误纠正（ErrorCorrection）

T错误是指因某种原因将一个符号字元识读为其它符号字元的错误，因此又称为替代错误。

T错误的位置以及该位置的正确值都是未知的，因此对每个T错误的纠正需要两个错误纠正字元，一个用於找出位置，另一个用於纠正错误。

11.错误侦测（ErrorDetection）

一般是保留一些错误纠正字元用於错误侦测，这些字元被称为侦测字元，用以侦测出符号中不超出错误纠正容量的错误数量，从而保证符号不被读错。

此外，也可利用软体透过侦测无效错误纠正的计算结果提供错误侦测功能。

若仅为E错误纠正则不提供错误侦测功能。

条码扫瞄器的分类

   一般对条码扫瞄器的分类如图7.1所示，共可分为四类：

（1）手持雷射条码扫瞄器（Hand-HeldLaserBarCodeReader），

（2）固定式雷射条码扫瞄器（FixedLaserBarCodeReader），（3）CCD条码扫瞄器（ChargeCoupledDeviceBarCodeReader），（4）光笔条码扫瞄器（WAND或称LightPen）。

若依扫瞄方式分类，则有「单点式」、「线型」与「面型」等叁种。

图7.1条码扫瞄器的分类

   条码扫瞄器可分为二个独立之部份：

输入元件（InputDevice）及解码器（Decoder）。

二者可一体成型，也可以电线连接，或利用红外线以无线方式输送资料。

   输入元件主要包括光电转换系统与类比数位转换器两大部份，光电系统主要用来扫瞄条码，扫瞄动作可藉着操作者手的移动或条码的移动来完成。

当光源照射到条码，反射光经光路设计落在感测元件上时，感测元件随着不同射光之强度转换成不同的类比讯号，经类比数位（A/D）转换器器处理成数位码输出。

   数位码输出到解码器中，将数位码解译成条码讯号，即完成了条码扫瞄的工作。

条码扫瞄器的读取系统结构如图7.2所示：

图7.2条码扫瞄器的读取系统结构

1.光笔条码扫瞄器

其取像方式为单点式，藉由人手之移动来完成扫瞄条码之动作，扫瞄速度可达每秒3”到30”。

光笔的读取方式为接触式读取，光笔尖端条码距离最多只能容许0.05”，可视为读取距离，属於条码扫瞄器之低阶产品。

目前的光笔只能读取一维条码。

较需注意的是光径需符合最小条码间距，以能完整读取条码之资料，光源采波长660nmLED为主。

2.CCD条码扫瞄器

线型CCD主要用於一维条码，而面型CCD主要应用於资料量丰富的二维条码。

其感测元件为光耦合器（Charge-CoupledDevice），一般简称为CCD。

CCD的取像方式是属於线型接触式，由於其感测元件长度涵盖条码长度围，所以读取时并不需要左右移动，CCD的解析度约为2048dpi，扫瞄速度较光笔快。

CCD的读取距离较雷射式的短，传统CCD读取距离约可容许10~25mm，并非一定要完全接触。

目前则在增加读取距离上努力，已经有2”~5”之加强型CCD开发出来，未来则希望读取距离能加强至10”。

在读取宽度上，以60mm与80mm为主，光源则以波长660nm红光发光二级体（LED）阵列为主。

3.雷射扫瞄器

藉由雷射光束的扫瞄来读取条码的资料，因此其读取距离较长，约可达10”。

由於它和笔式读码机一样，可自由移动到物体处扫瞄，因此条码的长度在容许的围下并不会受到限制，而且扫瞄时可悬空划过，不必像笔式读码机要接触到条码的表面。

雷射扫瞄器特别适用於大量扫瞄以及印刷品质较差的条码。

   二维条码扫瞄器主要由美国叁大厂SymboTech、PSC、WelchAllyn积极推广中，已成为扫瞄器一重要发展趋势。

二维条码的识别

   二维条码的识别有两种方法：

（1）透过线型扫瞄器逐层扫瞄进行解码，

（2）透过照相和图像处理对二维条码进行解码。

对於堆叠式二维条码，可以采用上述两种方法识读，但对绝大多数的矩阵式二维条码则必须用照相方法识读，例如使用面型CCD扫瞄器。

   用线型扫瞄器如线型CCD、雷射枪对二维条码进行辨识时，如何防止垂直方向的资料漏读是主要的技术关键，因为在识别二维条码符号时，扫瞄线往往不会与水平方向平行。

解决这个问题的方法之一是必须保证条码的每一层至少有一条扫瞄线完全穿过，否则解码程序不识读。

这种方法简化了处理过程，但却降低了资料密度，因为每层必须要有足够的高度来确保扫瞄线完全穿过，如图7.3所示。

我们所提到的二维条码中，如Code49,Code16K的识别即是如此。

图7.3二维条码的识别（每层至少一条扫瞄线通过）

   不同於其它堆叠式二维条码，PDF417建立了一种能「缝合」局部扫瞄的机制，只要确保有一条扫瞄线完全落在任一层中即可，因此层与层间不需要分隔线，而是以不同的符号字元（Cluster）来区分相邻层，因此PDF417的资料密度较高，是Code49及Code16K的两倍多，但其识读设备也比较复杂。

第8.2节　二维条码与一维条码的比较

   一维条码与二维条码应用处理的比较如图3.4所示，虽然一维和二维条码的原理都是用符号（Symbology）来携带资料，达成资料的自动辨识。

但是从应用的观点来看，一维条码偏重於「标识」商品，而二维条码则偏重於「描述」商品。

因此相较於一维条码，二维条码（2D）不仅只存关键值，并可将商品的基本资料编入二维条码中，达到资料库随着产品走的效益，进一步提供许多一维条码无法达成的应用。

例如一维条码必须搭配电脑资料库才能读取产品的详细资讯，若为新产品则必须再重新登录，对产品特性为多样少量的行业构成应用上的困扰。

此外，一维条码稍有磨损即会影响条码阅读效果，故较不适用於工厂型行业。

除了这些资料重覆登录与条码磨损等问题外，二维条码还可有效解决许多一维条码所面临的问题，让企业充分享受资料自动输入、无键输入的好处，对企业与整体产业带来相当的利益，也拓宽了条码的应用领域。

   一维条码与二维条码的差异可以从资料容量与密度、错误侦测能力及错误纠正能力、主要用途、资料库依赖性、识读设备等项目看出，二者的比较如表7.1所示。

表7.1一维条码与二维条码之比较

项目条码类型

一维条码

二维条码

资料密度与容量

密度低，容量小

密度高，容量大

错误侦侧及自我纠正能力

可以检查码进行错误侦测，但没有错误纠正能力

有错误检验及错误纠正能，并可根据实际应用设置不同的安全等级

垂直方向的资料

不储存资料，垂直方向的高度是为了识读方便，并弥补印刷缺陷或局部损坏

携带资料，因对印刷缺陷或局部损坏等可以错误纠正机制恢复资料

主要用途

主要用於对物品的标识

用於对物品的描述

资料库与网路依赖性

多数场合须依赖资料库及通讯网路的存在

可不依赖资料库及通讯网路的存在而单独应用

识读设备

可用线扫瞄器识读，如光笔、线型CCD、雷射枪

对於堆叠式可用型线扫瞄器的多次扫瞄，或可用图像扫瞄仪识读。

矩阵式则仅能用图像扫瞄仪识读

图7.4一维条码与二维条码应用处理的比较

第8.3节　二维条码的应用围

   如前所述，二维条码具有储存量大、性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜等特性，这些特性特别适用於表单、安全、追踪、证照、