硕士学位论文-基于二维条形码的图形图像处理与应用研究.pdf

北京工业大学 硕士学位论文 基于二维条形码的图形图像处理与应用研究 姓名：吴永祥 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：姚伟力;孙桂明 20070501 摘要 二维条码p d f 4 1 7 ( 简称p d f 4 1 7 ) 是九十年代初由世界上最大的条码设备制 造公司一美国s y m b o l 公司发明的，它是一种机器可以识读的二维条码，由于具备 普通一维条码无法比拟的优越性，因此它一经问世，就受到了广大用户的青睐。 p d f 4 1 7 信息容量大，信息密度高，编码能力强，可以对照片、文字、指纹、掌 纹、声音、签名等信息进行编码。p d f 4 1 7 容易印制，成本很低，纠错能力强， 译码可靠性高，并且具有极强的防伪能力，可以机器识读和防伪。由于p d f 4 1 7 这些优点，所以来访登记系统采用二维条码( p d f 4 1 7 ) 来实现对数据的记录和签 名。 本文首先介绍p d f 4 1 7 二维条码技术的基础知识及特点，对其在国内外的研 究与应用现状进行分析和介绍，然后对二维条码( p d f 4 1 7 ) 的结构及编码原理进 行阐述以及阅读器将条码图像转换成数字图像并传输到计算机后，计算机中的图 像处理和识别程序如何将图像数据进行处理和识别，如何将图像数据转换成条码 码字，用p d f 4 1 7 译码算法对条码码字进行译码，最后对来访登记系统进行介绍， 以及二维条码如何生成b m p 文件和如何存储在数据库中进行介绍，通过识读设备 如何将条码信息读入到计算机中。 关键词二维条码；p d f 4 1 7 ；d e s ；来访登记 a b s t r a c t t h e2 1 ) b a r e o d ep d f 4 1 7 ，p 1 ) f 4 1 7f o rs h o r t ，w a si n v e n t e di nt h ee a r l y 1 9 9 0 sb ys y m b o lc o m p a n y ，t h eb i g g e s tp r o v i d e ro fb a r c o d ee q u i p m e n ti n t h ew o r l d i tc a nb er e c o g n i z e db ym a c h i n e r i e s a ss o o na si tc a m ei n t o u s e , i tg e t sv e r yp o p u l a rb e c a u s eo fi t si n c o m p a r a b l es u p e r i o r i t yt ot h e s i m p l e1 db a r c o d e i tc a nr e s t o r eag r e a ta m o u n to fi n f o r m a t i o nw i t hh i g h d e n s i t y i ti sv e r yg o o da tc o d i n g e v e r y t h i n gc a nb ec o d e d , s u c ha s p i c t u r e s ，c h a r a c t e r s ，f i n g e rp r i n t s ，p a l m p r i n t s ，s o u n d s ，s i g n a t u r e sa n d s oo n i tc a nb ee a s i l yp r i n t e d i ti so fl o wc o s ta n di sp o w e r f u li n r e c t i f i c a t i o n t h ec o d i r i gi sv e r yr e l l a b l ea n da n t i - c o u n t e r f e i t t h a n l c s t ot h ea d v a n t a g e sa b o v e ，i ti sa p p l i e di nv i s i t i n gr e g i s t e rs y s t e mt o r e c o r dd a t a t h i st h e s i sf i r s tc o n c e n t r a t e so nt h ee l e m e n t sa n df e a t u r e so ft h e 2 db a r c o d e ，a n a l y z ea n di n t r o d u c et h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h er e s e a r c h a n da p p l i a n c eb o t ha th o m ea n da b r o a d a n dt h e ni te l a b o r a t e st h es t r u c t u r e a n dt h et h e o r yo fc o d i n ga n dr e c o g n i t i o n a tl a s t i ti n t r o d u c e sv i s i t i n g r e g i s t e rs y s t e ma n dh o wp d f 4 1 7p r o d u c e sab m pf i l e ，s a v ea n di n t r o d u c e s i ti nt h ed a t a b a s e a n dp u ti ti n t oc o m p u t e rb yt h er e c o g n i z i n ge q u i p m e n t k e yw o r d s 2 db a r c o d e ：p d f 4 1 7 ：d e s ：v i s i t i n gr e g i s t e rs y s t e m h 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 蹴班p 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：娅 导师签名：上啦只期：斗、吨 1 t二维条码产生背景 第1 章绪论 现代社会，由于条码的使用，极大地提高了数据采集和信息处理的速度，提 高了工作效率，为管理的科学化和现代化作出了很大贡献。自上个世纪7 0 年代 初期问世以来，由于其识读速度、准确、可靠、制作成本低等优点，很快得到了 普及并广泛应用到工业、商业、国防、交通运输、金融、医疗卫生、邮电及办公 室自动化等领域。随着现代高新技术日新月异的高速发展，信息量快速膨胀，我 们已经进入一个信息化的社会。但是由于一维条码的信息量很小，更多的信息只 能依赖后台数据库的支持，离开了预先建立的数据库，这种条码就成了无源之水， 无本之木，因而一维条码应用范围受到了很大的限制。另外，要用一维条码表示 汉字的场合，显得十分不方便，且效率很低。现代高新技术的发展，迫切要求用 条码在有限的几何空间内表示更多的信息，从而满足千变万化的信息表示的需 要。二维条码正是为了解一维条码无法解决的问题而产生的。因为它具有高密度、 高可靠性等特点，所以可以用它表示数据文件( 包括汉字文件) 、图像等。二维条 码是大容量、高可靠性信息实现存储、携带并自动识读的最理想的方法“”。 1 2 二维条码的特性 高密度性： 目前，应用比较成熟的一维条码如e n u p c 条码，因密度较低，故仅作为 一种标识数据，不能对产品进行描述。我们要知道产品的有关信息，必须通过识 读条码而进入数据库。这就要求我们必须事先建立以条码所表示的代码为索引字 段的数据库。二维条码通过利用垂直方向的尺寸来提高条码的信息密度。通常情 况下其密度是一维条码的几十到几百倍，这样我们就可以把产品信息全部存储在 一个二维条码中，要查看产品信息，只要用识读设备扫描二维条码即可，因此不 需要事先建立数据库，真正实现了用条码对“物品”的描述。 具有纠错功麓： 一维条码的应用建立在这样一个基础上，那就是识读时拒读( 即读不出) 要比 北尔t 业人掌1 程坝l 学位论史 误读( 读错) 好。因此一维条码通常同其表示的信息一同印刷出来。当条码受到损 坏( 如污染，脱墨等) 时，可以通过键盘录入代替扫描条码。鉴于以上原则，一维 条码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管弓f 入了校验字符的概念，但仅限于防 止读错。二维条码可以表示数以千计字节的数据，通常情况下，所表示的信息不 可能与条码符号一同印刷出来。如果没有纠错功能，当二维条码的某部分损坏时， 该条码便变得毫无意义，因此二维条码引入错误纠正机制。这种纠错机制使得二 维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以j 下确得到识读。二维条码的纠 错算法与人造卫星和v c d 等所用的纠错算法相同。这种纠错机制使得二维条码成 为种安全可靠的信息存储和识别的方法，这是一维条码无法相比的。 可以表示多种语言文字： 多数一维条码所能表示的字符集不过是1 0 个数字，2 6 个英文字母及一些特 殊字符。条码字符集最大的c o d e1 2 8 条码，所能表示的字符个数也不过是1 2 8 个a s c i i 符。因此要用一维条码表示其它语言文字( 如汉字、日文等) 是不可能的。 多数二维条码都具有字节表示模式，即提供了一种表示字节流的机制。我们知道， 不论何种语言文字，它们在计算机中存储时都以机内码的形式表现，而内部码都 是字节码。这样我们就可以设法将各种语言文字信息转换成字节流，然后再将字 节流用二维条码表示，从而为多种语言文字的条码表示提供了一条前所未有的途 径。 可表示图像数据： 既然二维条码可以表示字节数据，而图像多以字节形式存储，因此使图像( 如 照片、指纹等) 的条码表示成为可能。 可引入加密机制： 加密机制的引入是二维条码的又一优点。比如我们用二维条码表示照片时， 我们可以先用一定的加密算法将图像信息加密，然后再用二维条码表示。在识别 二维条码时，再加以一定的解密算法，就可以恢复所表示的照片。这样便可以防 止各种证件、卡片等的伪造“”。 1 3 二维条码国内外研究状况及意义 国外对二维条码技术的研究始于2 0 世纪8 0 年代末。在二维条码符号表示技 2 第1 辛绪论 术研究方面，己研制出多种码制，常见的有p d f 4 1 7 ，q rc o d e ，c o d e4 9 ，c o d e1 6 k ， c o d eo n e 等。这些二维条码的密度都比传统的一维条码有了较大的提高，如 p d f 4 1 7 的信息密度是一维条码c o d e3 9 的2 0 多倍。在二维条码标准化研究方面， 国际自动识别制造商协会( a i m ) 、美国标准化协会( a n s i 已完成了p d f 4 1 7 ， q rc o d e ，c o d e4 9 ，c o d e1 6 k ，c o d eo n e 等码制的符号标准。 新成立的国际标准化组织国际电工委员会第l 联合委员会的第3 1 分委 员会，即条码自动识别技术委员会( i s 0 i e c j 亿1 s c 3 1 ) ，己制定了q r c o d e 的 国际标准( i s o i e c1 8 0 0 4 ：2 0 0 0 自动识别与数据采集技术条码符号技术 规范q r 码) ，起草了p d f 4 1 7 ，c o d e1 6 k ，d a t am a t r i x ，m a x ic o d e 等二维 条码的i s o i e c 标准草案。 在二维条码设备开发研制、生产方面，美国、只本等国的设备制造商生产的 识读设备、符号生成设备，已广泛应用于二维条码应用系统。二维条码作为一种 全新的信息存储、传递和识别技术，自诞生之日起就得到了世界上许多国家的关 注。美国、德国、日本、墨西哥、埃及、哥伦比亚、巴西、新加坡、菲律宾、南： 非、加拿大等国，不仅已将二维条码技术应用于公安、外交、军事等部门对各类 证件的管理，而且也将二维条码应用于海关、税务等部门对各类报表和票据的管 理。商业、交通运输等部门对商品及货物运输的管理，邮政部门对邮政包裹的管 理。工业生产领域对工业生产线的自动化管理。我国对二维条码技术的研究开 始于1 9 9 3 年。中国物品编码中心对几种常用的二维条码p d f 4 1 7 ，o rc o d e ，d a t a m a t r i x ，m a x ic o d e ，c o d e4 9 ，c o d e1 6 k ，c o d eo n e 的技术规范进行了翻译和 跟踪研究。随着我国市场经济的不断完善和信息技术的迅速发展，国内对二维条 码这一新技术的需求与日俱增。 长期以来，国内常见的二维条码都源自于国外技术。这些“舶来”的二维条 码没有为汉字进行特别的设计优化，对汉字的编码效率较低。相关的识读设备核 心技术几乎都掌握在国外厂商手中，在国内进行销售的大多是国外厂商的代理或 组装产品，不仅生产成本高昂，严格的专利保护更导致了国内的二维条码识读设 备价格昂贵，并在信息安全上存在着隐患。 1 9 9 1 年中国物品编码中心( a n c c ，隶属于国家质量监督检验检疫总局) 代表 中国加入国际物品编码协会( e a n ) ，标志着我国条码产业的f 式诞生。 北京r 业人学1 - 程坝i 掌位论义 中国的条码产业起步较晚，没有任何技术积累，也没有成规模的二维条码研 究机构和企业，因此在万般无奈之下，我国采取了先引进国外技术的策略。以雷 际自动识别制造商协会( a i m i ) 发布的p d f 4 1 7 规范为基础，1 9 9 7 年1 2 月正 式颁布了出中国物品编码中心负责编制的国家标准匹一七条码( g b t 1 7 1 7 2 1 9 9 7 ) ：2 0 0 0 年1 2 月又颁布了基于同本q r c o d e 的国标g b t1 8 2 8 4 - - 2 0 0 0 快速响应矩阵码。总体上来讲，条码标准体系单薄，且缺乏具有自主知识产 权的二维条码。中国物品编码中心也认识到这些问题，在其“条码推进工程”中， 重点提到了“研发适合我国国情的二维条码新码制，开发具有自主知识产权的条 码识读设备，加速我国自动识别技术产业的发展”的发展方针。 经过多年的努力，我们开始摆脱美国、日本在二维条码技术上的垄断。中国 人自行研制的二维条码已经通过鉴定并进入了应用阶段。其中网格矩阵码( 简称 g m 码) 和紧密矩阵码( 简称例码) 便是其中比较具有代表性的技术。另外，有 关政府主管部门也在制定包括二维条码在内的“数字识别码管理办法”，从源头 上规范数字识别码的申请、注册和编码等管理问题。所有这些都将大力推进我国 二维条码产业的发展。 按照信息产业部信科函 2 0 0 5 31 6 号关于下达2 0 0 5 年度第一批电子行业标 准科研计划的通知，计划项目号为s 0 5 0 2 7 的二维条码编制标准由中国电子技 术标准化研究所主办，全国信息技术标准化技术委员会归口。 2 0 0 4 年9 月，信息产业部主持了c m 、g m 二维条码技术及其识读设备科技成 果鉴定会。会上全国信息技术标准化技术委员会建议制定c m 、g m 二维条码技术 及其识读设备的标准，加大市场推广力度，进一步拓展应用领域。 2 0 0 4 年1 1 月，该标准项目开始立项，全国信息技术标准化技术委员会( 下 简称信标委) 委托矽感科技公司起草c m 二维条码通用规范和酬二维条码 通用规范。 ，2 0 0 5 年1 月，中国电子技术标准化研究所的有关专家对此两项标准进行了修 改，完成该规范的征求意见稿。信标委发了信技字 2 0 0 5 0 0 2 号文，组织有关专 家对深圳矽感科技有限公司起草的二维条码的两个标准征求意见。国家税务 总局信息中心设备处、中国药学会、全国产品与服务统一代码管理中心、北京公 达集团、福建实达、广东京粤、深圳亿利达、中国工程院院士、深圳大学、国家 第1 荦鞴论 药品编码办公室、辰兴资讯( 深圳) 有限公司和联合信源音视频技术( 北京) 有 限公司的有关专家回复了意见。根据对回复的意见进行整理，标准的起草人员 完成了此两项标准的送审稿。并子2 0 0 5 年3 月初就发给有关人员。 2 0 0 5 年3 月1 8 日，信标委组织有关专家审查了这两项标准，与会代表一致 通过该标准送审稿的审查“钳。 1 4 p d f 4 1 7 二维条码技术简介 在早期的二维条码技术仍然有很大的局限，如制作成本高、编码效率低、应 用范围窄、纠错能力差等。知道二十世纪九十年代初，世晃上最大的设备制造商 美国s y m b o l 公司发明p d f 4 1 7 二维条码，p d f ( p o r t a b l ed a t af i l e ) 即“便携 数据文件”，是一种堆叠式二位条码，组成条码的每一个条码字符由四条和四空 共十七个模块组成，敌称为p d f 4 1 7 条码。 p d f 4 1 7 码技术相对一维条码技术有五个优势： 1 存储量增加。这是得条码的使用者可以在条码中存储更多的计算机管理的 信息，以减少计算机系统得计算和查询的量，起到提高计算机系统运行速 度和管理效率的作用。 2 承载信息种类增加。p d f 4 1 7 除了能承载数据和字符外，还能存储声音、 照片、文字、指纹、掌纹、签名等信息，运用范围更加广泛。 3 防伪能力强。由于p d f 4 1 7 是用点作为存储单元的，因此他无法像普通的 一维条码那样被复印机复制，普通复印机达不到复制二维条码所需的精 度。这使其有特殊的防伪功能。现在使用的防伪技术价格很贵，而p d f 4 1 7 条码只需要普通的条码打印机打印，成本低廉。我们还可以在它上面存储 防伪图案或者防伪声音信息，在检验产品真伪时只需要读取其条码信息就 行了，既方便又快捷。 4 抗损能力强。p d f 4 1 7 条码采用了最先进的数学纠错理论，这种隐含与符 号内的错误修正技术，不仅可以有效地防止译码错误，提高译码的速度及 可靠性，而且可以将由于条码符号破损、粘污的丢失的信息破译出来。纠 错修正分为0 - 8 级共九个级别。在8 级时如果破损、秸污面积不超过5 0 ， 仍能照常破译出丢失的信息。 北尿l 业人掌i 丰芏坝i 掌位论义 5 译码正确率。普通条码的译码错误为百万分之二左右，而p d f 4 1 7 条码的 译码错误率小于千万分之一。 在国际上，已被标准化组织如i s o 、a n s i 、i e c 、a i m 、a i a g o d e t t e 、a a m v a 、 c e n 、t c i f 、e d i f i c e 接受为标准，p d f 4 1 7 被广泛应用于身份证、驾驶证、军人 证、选民证、社会福利卡、护照、签证等各类系统。在我国，中国物品编码中心 岛1 9 9 3 年便开始了对二维条码技术的研究和开发，出版第一本有关于二维条码 技术的专著二位条码技术，1 9 9 7 年1 2 月我国正式颁布了第一个二维条码国 家标准四一七码。目前，有关部门正着手制定p d f 4 1 7 实施放案的，进行推广。 预计今后p d f 4 1 7 二维条码技术将会有更大的发展空间，应用更多领域。 基于以上的许多优点，所以本选用p d f 4 1 7 二维条码的作为研究对象“”。 1 5 主要王作内容及特色 1 p d f 4 17 二维条码理论、标准的介绍。 包括p d f 4 1 7 条码的符号设计规则、技术特性、条码制作及p d f 4 1 7 条码和其 他技术的比较。 2 p d f 4 17 二维条码编码规则和识读原理。 包括二维条码的构成，a s c i i 码、汉字等都可以通过二维条码p d f 4 1 7 的编码 进行传递，如何将这些信息进行压缩。用v c + + 如何编写p d f 4 1 7 条码生成程 序。如何将读到的条码进行译码以及如何纠错等。 3 对智能安保系统一来访登记系统进j 亍介绍及二位条码在该系统中的应用。 p d f 4 1 7 二维条码在门禁和来访登记系统中的应用，如何利用条码进行存储人 员信息和进行门禁的控制。 4 对本文的工作进行了总结，并对下一步工作方向进行了探讨和展望。 1 6 本论文的难点 由于p d f 4 1 7 在国内还不是很普及，相关的资料也不是很多，所以在研究过 程中遇到过各种各样的国难，其中主要有三方面的困难 1 p d f 4 1 7 二维条码的识读中图像的二值化和阀值的选择对我来说困难比较 大，其中的算法用到了大量的数学知识。 弟i 节绪论 2 p d f 4 1 7 二维条码数据的压缩算法，压缩模式的转化，这些没存一直没有 找到相关的资料。 3 p d f 4 1 7 二维条码的加密和解密算法，主要是在p d f 4 1 7 条码应用d e s 加密 算法。 虽然遇到了上述的很多困难，但是通过自己不断的学习，阅读了大量的相关 知识的书籍，一步一步的逐渐的弄懂了其中的原理，为以后进一步的研究和学习 打下了比较好基础。 1 7 本论文的结构 本论文分为五章，论文结构如下： 1 第1 章绪论。 包括二维条码产生的背景、特征、国内外研究状况和意义、二维条码技术简 介和本论文工作的主要内容和特色，并对论文的难点和论文的结构作了简述。 2 第2 章p d f 4 1 7 二维条码技术。 主要介绍了p d f 4 1 7 条码技术的起源、编码规则、技术特点、标注化现状和应 用领域进行介绍，最后两节对二维条码的优势和在中国的发展前景作了阐述。 3 第3 章p d f 4 1 7 的结构及编码原理。 本章主要对p d f 4 1 7 条码符号结构和特点，如何对p d f 4 1 7 条码进行压缩，如 何进行数据编码和错误编码的检测和纠正进行了详细的阐述。 4 第4 章p o f 4 1 7 条码图像的识别和解码。 本章主要对图像处理和识别方法进行了详细的阐述，包括图像二值化、自适 应阀值及条码图像的位置检测技术，最后对数据的解码进行了简介。 5 第5 章p d f 4 17 条码在来访登记系统上的应用。 本章对p d f 4 1 7 二维条码的应用进行了介绍，主要在来访登记系统上的应用， 主要包括来访登记系统功能简介，p d f 4 1 7 条码在来访登记上的应用和在系统 开发中本人主要的工作。 北京f 。业人学r 程坝l 学位论义 - m l l i 第2 章p d f 4 17 二维条码技术 2 1p d f 4 17 二维条码技术起源 条码技术至今已有5 0 多年的历史。从2 0 世纪4 0 年代的美国发起，7 0 1 8 0 年 代在国际上得到了广泛的应用。随着国外条码技术的应用，我国于7 0 年代末到 8 0 年代初开始研究，并在部分行业完善条码管理系统，如邮电、银行、连锁店、 图书馆、交通运输及各人企事业单位等。1 9 8 8 年1 2 月我国成立了“中国物品 编码中心”，并于1 9 9 1 年4 月1 9 日正式申请加入了国际编码组织e a n 协会。近 年来，我国的条码事业发展迅速，目前，商品使用的前缀码有“6 9 0 ”、“6 9 1 ”和 “6 9 2 ”，条码技术在我国己得到了广泛的应用。 条码种类很多，常见的大概有二十多种码制。目前，国际广泛使用的条码种 类有e a n 、u p c 码( 商品条码，用于在世界范围内唯一标识一种商品。我们在超 市中最常见的就是e a n 和u p c 条码) 、c o d e 3 9 码( 可表示数字和字母在管理领 域应用最广) 、i t f 2 5 码( 在物流管理平应用较多) 、c o d e b a r 码( 多用了医疗、 图书领域) 。c o d e 9 3 码、c o d e l 2 8 码等。其中，e a n 码是当今世界上广为使用的 商品条码已成为电子数据交换( e d i ) 的基础u p c 码主要为美国和加拿大使用： 在各类条码应用系统中，c o d e 3 9 码因其可采用数字与字母共同组成的方式而在 各行业内部管理上被广泛使用：在血库、图书馆和照像馆的业务中c o d e b a r 码也 被广泛使用。 人们日常见到的咖0 在商品包装上的条码，是普通条码，这种普通的2 线条 码自本世纪7 0 年代初期问世以来，很快得到了普及并广泛应用到工业、商业、 国防、交通运输、金融、医疗卫生、邮电及办公室自动化等领域。 ， 但是由于一纸条码的信息容量很小，如商品上的条码仅能容纳1 3 位的阿拉 伯数字更多的描述商品的信息只能依赖数据库的支持，离开了预先建立的数据 库这种条码就变成了无源之水，无本之木，因而条码的应用范围受到了一定的 限制。基于这个原因人们迫切希望发明一种新的条码，除具有普通条码的忧点 外，同时具有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强、易于制作、成本低等优点。 正是为了满足人们的这种需求，美国s y m b o l 公司经过几年的努力，于1 9 9 1 年币 式推出名为p d f 4 1 7 的二维条码，简称为p d f 4 1 7 码，即“便携式数据文件”。 第2 币p d f 4 1 7 一维条码技术 i i p d f 4 1 7 二维条码作为一种新的信息存储和传递技术，从诞生之时就受到了 国际社会的广泛关注。经过几年的努力，现己应用在国防、公共安全、交通运输、 医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等多个领域。 二维条码依靠其庞大的信息携带量，能够把过去使用一维条码时存储于后台 数据库中的信息包含在条码中，可以直接通过阅读条码得到相应的信息，并且二 维条码还有错误修正技术及防伪功能，增加了数据的交全性。 二维条码可把照片、指纹编制于其中。可有效地解决证件的可机读和防伪问 题。因此，可广泛应用于护照、身份证、行车证、军人证、健康证、保险卡等。 美国亚利桑纳州等十多个州的驾驶证、美国军人证、军人医疗证等在几年前 就已采用了p d f 4 1 7 技术。将证件上的个人信息及照片编在二维条码中，不但可 以实现身份证的自动识读，而且可以有效的防止伪冒证件事件发生。菲律宾、埃 及、巴林等许多国家也己在身份证或驾驶证上采用了二维条码，我国香港特区护 照上出采用了二维条码技术。 另外在海关报关单、长途货运单、税务报表、保险登记表上也都有使用二维+ 条码技术来解决数据输入及防止伪造、删改表格的例子。在我国部分地区注册会 计师证和汽车销售及售后服务等方面，二维条码也得到了初步的应用。 2 2 p d f 4 1 7 编码规则 唯一性：同种规格同种产品对应同一个产品代码，同种产品不同规格应对应 不同的产品代码根据产品的不同性质，如：重量、包装、规格、气味、颜色、 形状等等，赋予不同的商品代码。 永久性：产品代码一经分配，就不再更改，并且是终身的。当此种产品不再 生产时，其对应的产品代码只能搁置起来不得重复起用再分配给其它的商品。 无含义：为了保证代码有足够的容量以适应产品频繁的更新换代的需要，最 好采用无含义的顺序码。 p d f 4 1 7 二维条码是一种多行堆叠、连续、可变长的符号标识，每一条码标识 可由3 到9 0 行标识堆叠而成，p d f 4 1 7 二维条码每一行标识从左到右由一起始标 识，l 3 0 个数据字符以及结束标识组成。p d f 4 1 7 二维条码标识行及字符列均可 在满足实际需要的情况下进行调节从而调节其外观的比例得到不同的标签尺寸 北京t 业人学t 程坝i 学位论殳 要求、p d f 4 1 7 二维条码符号结构如图2 1 所示： 图2 - ip d f 4 1 7 条鹳结构酗 f i g u r e2 - 1t h es t r u c t u r eo f p d f 4 1 7 2 。3p d f 4 17 二维条码技术特点 p d f 4 1 7 技术特点： 1 、高密度、大容量 根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳2 5 0 1 1 0 0 个字符。在i s o 国际标 准证卡格式有效面积上( 相当于于信用卡面积的2 3 约为7 6 m mx 2 5 m m ) ，当 p d f 4 1 7 条码的窄条( 模块) 宽为0 1 7 m m 时可以容纳1 8 4 8 个字母符或2 7 2 9 个 数字符，约5 0 0 个汉字信息。 2 、编码范围广 p d f 4 1 7 条码可以将文字、签字及照片、指纹、掌纹、声音等人体生物特征信 息进行混合编码。 3 、保密防伪性强 p d f 4 1 7 条码可以具有多重防伪特性 ( 1 ) 本身无法以肉眼直接阅读，具有信息隐匿功能： ( 2 ) 只供机器识读不能改写，具有信息锁定功能； ( 3 ) 还可以采用密码防伪、软件加密及利用所含的生物特征信息，如指纹、 照片等进行防伪，同此，具有极强的保密防伪性能。 在二维条码体系中，主要有以下方式进行加密： a 标准的预留码字，可用来设计个性化的编码方式 b 加入了个性特征 1 0 ；f ；2 乖p d f 4 1 7 一维条俏杖木 c 可以采用加密算法进行加密。 4 、译码正确率高 曾通条码的译码错误率为百万分之二左右，而p d f 4 1 7 条码的译码错误率小 于于力分之一。 5 、抗损能力强 p o f 4 1 7 条码采用了最先进的数学纠错理论，这种隐含于符号内的错误修正技 术不仅可以有效地防止译码错误，提高译码的速度及可靠性，而且可以将由于 条码符号破损、粘污的丢失的信息破译出来。错误修正分为o 一8 九个级别。在 八级时，如果破损、粘污面积不超过5 0 。仍能照常破译出丢失的信息。 6 、制作成本低廉 利用现用的激光、喷墨、热敏、热转印、制卡机等打印技术，即可在纸张、 卡片、p v c 、甚至盒属表面上印出p d f 4 1 7 二维条码。由此增加的费用仅是油墨 的成本。因此有人称p d f 4 1 7 是“零成本”技术。 7 、制作灵活 可以根据载体面积的大小及实际需要，方便地实际和制作出各种尺寸的 p d f 4 1 7 条码。以下三个条码所表示的是同一内容。 8 、性能稳定 电扰、磁扰对纸制的p d f 4 1 7 毫无影响，非接触式的扫描阅读又避免了物理 磨损，这是其他存储器如i c 卡、磁卡无法相比的。 。 2 4p d f 4 17 二维条码的标准化现状 p d f 4 1 7 条码己为越来越多的标准化机构所接受。国际标准组织( i s o ) 与国 际电工委员会( i e c ) 的第一联合委员会第三十一分委员会已起草了p d f 4 1 7 二维 条码标准1 9 9 4 年被选为国际自动识别制造协会( a i m ) 标准。1 9 9 5 年被北美和 欧洲汽车工业组织( a i m g o d e t t e ) 选为各种生产及管理和纸面e d i 的标准。1 9 9 5 年被美国机动车管理局( a a m v a ) 选为所有驾驶员及机动车管理的二维条码应用 标准。1 9 9 6 年美国国家标准协会( a n s i ) 已将p d f 4 1 7 条码作为美国的运输包装 的纸面e d i 标准。t 9 9 7 年欧洲标准化协会( c e n ) 通过了欧洲标准。1 9 9 7 年我国 国家质量监督局正式颁布p d f 4 1 7 条码的国家标准四一七条码“”。 北京t 业人学r 程坝i 学位论文 美国工业论坛( t c i f ) 已将p d f 4 1 7 列为重要电讯产品的标识标准。欧洲负 责e d i 、条码在电子方面应用的工业组织( e d i f i c e ) 已将p d f 4 1 7 定为管理和纸 面e d i 应用标准，并列人运输标识条码标签应用指南。 2 5p d f 4 17 二维条码的应用领域 1 、证件管理 由于可以把照片或指纹编在p d f 4 1 7 二维条码中、有效地解决了证件的机读 及防伪等问题，二维条码卡又具有防干扰、不易磨损的特性，因此，可广泛应用 在护照、身份证驾驶证、暂住证、停车证、军人证、持枪证、健康证、保险卡 等任何需要识别个人身份的证件上我国对香港地区恢复行使主权后，香港居民 发放的特区护照上采用的就p d f 4 t 7 二维条码技术。 2 、证照年检 行车证、驾驶证的年审，各种工商营业执照、税务登记证、卫生检疫证、企 事业代码证、统计登记证等各种政府登记证件的年检，可以通过p d f 4 1 7 二维条 码技术来解决检证登记的计算机录入问题。把那些重要的固定信息用p d f 4 1 7 二 维条码表示，只需轻轻一扫即可直接获得相关信息，审核时不再需要手工重复录 入，也不需实时地和数据库进行数据交换。既减轻了网络负担又提高了工作效率。 例如；一些国家把包含车主信息、底盘、发动机等内容的p d f 4 1 7 二维条码贴于 汽车风挡玻璃上，一旦发上车祸或违章，执论者只需用识读器读耿该p 1 ) f 4 1 7 二 维条码。不到一秒中就完成车主及车辆登记。 3 、报表管理 海关报关单、税务报表、保险登记表等任何需要重复录入或禁止伪造、删改 的表格都可以将表中填写的信息编在p d f 4 1 7 条码中，可以解决表格的自动录入 和防上篡改表中内容。例如西班牙税务局在税务申报单上打印了二维条码只需 扫描条码，所有数据立刻进入计算机。采用该技术后，整个税务征管工作的报表 处理效学提高了8 3 。在我国，税务部门每年花费7 0 以上的人力用于税务报表 管理，不到3 0 的人大用于税务稽查。这种比例失调，显然没把稽查放在适当 的位置。p d f 4 1 7 技术可以解放人批人力，促进我国税务征收体系的全面发展。 4 、结合e d i 进行物流及库存管理 1 2 铕2 币p d f 4 i7 一维条峭坎术 使用e d i 技术下单，收货前会收至a s n ( 出货通知 ，收货以需扫描货物魄 p d f 4 1 7 标签，对比a s n ，即可知道收货是否f 确。 5 、工业生产管理 在工业生产上，上海汽车工业、波音公司、m o t o r d l a 、e a i s s o n 等许多世界 著名厂家已经使用了p d f 4 1 7 技术用于生产控制，产品标识及产品运输上提高了 生产的自动化程度，加强产品的质量控制及售后服务。 6 银行票据管理 在银行票据上使用二线条码，有效的防止单证伪造。从1 9 9 9 年丌始，银行 汇票、支票上已经使用二线条码防伪。 7 、货物彳亍包运输及后勤管理 p d f 4 1 7 信息容量人，可以储存包裹货物详细信息，并且它容易打印，可打印 在纸上、标签上，随货物一起运输。同时根据需要进行加密，防止数据被篡改。 此外，p d f 4 1 7 自身的自动纠错能力，使得即使标签受到一定程度的污损，也能 被识读。 8 、作为新一代国际通用商品标识 1 9 9 8 年底，国际物品编码协会( e a n ) 和美国统一编码委员会( u c c ) 首次联 合推出了一套编码标准。它是将一线条码和p d f 4 1 7 二维条码结合起来的复合码、 它将成为全世界下一代共同使用的物品编码。 2 6 二维条码与i c 卡及磁卡技术的比较 在证卡技术的应用上，p d f 4 1 7 条码卡及i c 卡、磁卡技术比较如下； 1 磁卡 优点；可读可写，成本略高于p d f 4 t 7 二维条码： 缺点： a 十信息容量小，常依赖于外界的数据库； b 保密防伪性差； c 可靠性低，易受电磁场干扰而损毁信息； d 寿命短( 1 年) 。 2 i c 卡 北尿i 业人学】程坝卜他沦且 优点：信息容量大，可读可写； 缺点。 a 成本高，i c 卡的成本通常是p d f 4 1 7 条码卡的3 5 倍 b 寿命短( 2 - 3 年) 易于折毁； c 可靠性差，易受外界强磁场干扰而损毁信息； d 保密防伪性相对较差。信息可改写既是i c 卡的优点，同时亦成为i e 卡的缺点， 为伪造信息匿下契机 3 p d f 4 1 7 二维条码卡 优点； a 信息容量大、保密防伪性强、可靠性高 b 成本低按照材料的不同选用不同的载体一张p d f 4 1 7 条码卡，价格。最多 几元钱人民币，甚至几角几分即可实现； ，c 寿命长，p d f 4 1 7 二维条码卡的寿命可达8 、9 年( p v c 卡) 。 缺点： 信息不可改写。这点恰恰增强了二线条码卡的防伪能力。 通过上述对比分析，可以看出，二维条码卡几乎包客了磁卡和i c 卡的所有 优点。唯一的缺点是不可改写，而如果为了增强证卡的保密防伪性，对于证照等 不需经常改写的应用场合，信息不可改写恰恰增强了证卡的保密防伪性能。 2 7p d f 4 1 7 技术在中国的发展前景 二维条码可直接打印在产品上，不仅可以印在纸介质上，也可印于塑料，玻璃， 陶瓷等介质上，在某些机电产品的标牌、印刷电路板或塑料产品上，用雕刻腐蚀 制板工艺和激光印刻工艺很容易把简单几何图形( 比如圆点) 组成的二线条码 直接印制在产品上。而且，二线条码还具有信息密度高应用范围广，可靠性好， 易于图象处理系统识读等优点，正适用于现在产品识别的需要，近年来倍受国内 外学者专家的关注，已经进行了许多有意义的理论探索和应用开发。中国物品编 码中心自1 9 9 3 年便丌始了对二维条码技术的研究和丌发。现已出版了我国一本 有关二线条码技术的专著二线条码技术。 出于二线条码有成本低信息随载体移动，不依赖于数据库和计算机的优点， 4 第2 币p d f 4 1 7 一维条蚂技术 非常适合在中国推广。随着中国加入世贸组织进程的不断深人，我国政府和企业 都面临巨大的挑战如何提高工作效率、改善服务、树立新形象，尽快与国际接 轨，寻找一种新的管理方式，是迫在眉睫的问题。二维条码作为一种便携式数据 文件、具有网络保密、防伪性能高等优点。尤其适用了海关公安、税务、生融。 工商等领域。能有利的打击走私、骗税等违法活动。此技术已受到党和国家领导 人的高度重视目前有关部门正着手制定实施方案进行推广。上海汽车工业、 银行汇票、支票、北京市民卡、全国政协八次会代表证等都成功的使用了p d f 4 1 7 二维条码由此可见，二线条码市场在中国有着巨大的潜力，等待我们去开发。 2 8 本章小结 本章主要介绍了二维条码的技术起源，以及它的技术特点和优势，在国内外 二维条码的标准现状，在我国的应用情况等进行了论述和研究，通过以上的介绍 是我们了解到在我国二维条码还处在初级阶段，需要更多的人去研究，使我国能 够赶上或超过世界先进水平。 北京- 1 业人学t 程坝i 学位论文 第3 章p d f 4 1 7 的结构及编码原理 3 p d f 4 17 条码的符号结构和特- 陛 p d f 4 t 7 条码符号是一个多行结构。符号顶部和低部为空白区，上下空白区 之间为多行结构，每行数据符号字符数相同，行与行左右对齐直接连接，其最小 行数为3 行，最大为9 0 行。符号结构如图3 一l 所示： 每一层包括： a 左空白区： b 起始符； 翻3 - 1p d f 4 1 7 条码结构嗤 f i g u r e3 - 1t h es t r u c t u r eo f p d f 4 1 7 c 左层指示符号字符； dl 到3 0 个数据符号字符； e 右层指示符号字符； f 终止符； g 右空白区； p d f 4 1 7 二维条码的可编码字符集包括全a s c i i 字符及扩展a s c i i 字符或8 位二进制数据，多达8 1 1 ，8 0 0 种不同的字符集或解释。条码的符号尺寸是可变 的，高度范围为3 9 0 行，宽度范围为9 0x 一5 8 3 x ，x 是符号的模块宽度。条码 的最大数据量( 错误纠正等级为0 时) 为每个符号表示1 8 5 0 个大写字母或2 7 1 0 个数字或1 1 0 8 个字节。 鹅3 幸p d f 4 i7 的结构及编蚂腺理 3 2p d f 4 1 7 条码的符号表示 p d f 4 1 7 二维条码符号中，由特定的条和空组合而成的表示信息的基本单位畔 做符号字符。每个字符4 个条和空组成，自左至右从条开始。每个条或空包括1 6 个模块。在一个符号中，4 个条和4 个空的总模块数为1 7 。如图3 2 所示： b is l坛蛭 协 1 3 b 4蚪 图3 - 2 符号字符 f i g u r e3 - 2t h ei m a g eo f c o d es y m b o l p d f 4 1 7 条码码字集包含9 2 9 个码字，码字的取值范围为0 - 9 2 8 。在码字集 中，码字的使用遵循下列规则： 码字0 - 8 9 9 ：根据当前的压缩模式和g u 解释，用于表示数据。 码字9 0 0 9 2 8 ：在每一模式中，用于具有特定目的符号字符的表示。具体规 定如下： 码字9 0 0 、9 0 1 、9 0 2 、9 1 3 和9 2 4 用于模式标识； 码字9 2 5 、9 2 6 、9 2 7 用于g l i ； 码字9 2 2 、9 2 3 、9 2 8 用于宏四一七条码； 码字9 2 1 用于阅读器初始化； 码字9 0 3 - 9 1 2 、9 1 4 9 2 0 保留待用。 。 条码符号字符由三个簇构成，每一簇包含以不同的条、空形式表示的所有9 2 9 个p d f 4 1 7 条码的码字。在一簇中，每一符号字符对应唯一的码字，其范围为 0 - 9 2 8 。p d f 4 1 7 条码使用簇号0 、3 、6 。簇号的定义适用于所有的p d f 4 1 7 条 码符号字符。p d f 4 1 7 条码的每行只使用一个簇中的符号字符。同一簇每三行重 复一次。第一行使用第0 簇，第二行使用第3 簇，第三行使用第6 簇，第四行 使用第0 簇，以此类推。行号由上往下递增，最上一行行号为l 。 对于特定的符号字符，其簇号由下式确定： 簇号= ( b , - b ：+ b , - b 4 ) m o d9 式中，b 、b ：、b 。、b 。分别表