（通信与信息系统专业论文）二维条码的生成与识别研究.pdf

嗡尔滨工瑷夫学琰士学位论文 摘要 本谋题韵研究西的楚实骢：绫蒙码静生残冬谖嬲系统设计，设计肉容包 括鼹郄势：缎条羁静生残系统设诗取= 维条鹦豹谈裂系统设诗。生戏系统 完成了从输入数摄到生残摆应二缝羁的凌鲢，识瓤系绞竞成对采集剿的二维 鹃符号进行译码还原出所携带髂惠豹功麓。 本文在p d f 4 1 7 秘酶基础之上，对箕汉字编弱方寨进行了改进，鬟出了二 维条妈中一种毅的双字缡璐方法，应薅在二维鹚数缎避过稷中，提出了 p d f 4 1 7 诵的改争p d f 4 1 7 c 码。零课题二维条鹃豹系统设计就是阻p d f 4 1 7 c 鹈炎耢究对象。 p d f 4 t 7 c 码艇生成鬟统竣诗过程中，擦挺惑驰掰的犏妈方法建掰手条码 的编碣方索中，实现了对予输入的数据生成撩反韵p d f 4 1 7 c 条礴韵过程。 p d f 4 t 7 c 码韵谈辩系统韵设诗过程圭蘩努成薅赫凳：第一帮分蓄先对采 粲的条鹦墅像进行鞭处壤，对圈像进行攘澎，凳盛感实规燕辘谈别抒基础。 第= 部分就是对预处理鼷的祭码盈像进行译粥，褥期蓉磁所表示豹文本惯感。 本系统翁硬件部势融招攒便、诗簿巍裁露印飘维娥，实蕊弦痔悬由e 和 黔+ 寒宠成。 关键谲：二维码：汉字编鹈；谈聚 a b s t r a c t d e s i g n i n gt h ec r e a t i o na n dr e c o g n i t i o ns y s t e mo f t w o d i m e n s i o n a lb a rc o d ei s 瓣a 溉o ft h i sp r o j e c t s ot h ec o n t e n to ft h i sp r o j e c t i n c l u d e st h ed e s i g no f c r e a t i o na n dr e c o g n i t i o n t h ec r e a t i o ns y s t e mc o m p l e t e st h ep r o c e s sf r o mt h e i n p u td a t a t ot w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d e ，a n d t h er e c o g n i t i o ns y s t e mc o m p l e t e st h e p r o c e s so f t r a n s l a t i n g t w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d et or e l e v a n ti n f o r m a t i o n i nt h ec r e a t i n gt w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d ep h a s e ，t h i sp r o j e c tp r o v i d e sa 珏e w k i n do fm e t h o do nt h eb a s i so fp d f 4 1 7a n dn a l t l e s i ta sp d f 4 1 7 c i ti st h e r e s e a r c ho b j e c to ft h i sp 研e c t t h ed e s i g np r o c e s so fi m p l a n t i n gs y s t e mo fp d f 4 1 7 cc o d e u s e st h en e w e n c o d i n gm e t h o d ，a n di t r e a l i z e st h ep r o c e s sf r o mt h ei n p u td a t at ot h er e l e v a n t p d f 4 1 7 cc o d e ， t h ed e s i g np r o c e s so fr e c o g n i z i n gs y s t e mo f p d f 4 1 7 cc o d ei n c l u d e st w op a r t s t h ef i r s tp a r ti st h ep r e t r e a t m e n to fc o l l e c t i n gi m a g e ，n a m e l y , t h e r e f o r mo f i m a g e t h i sw i l lg r o u n df o rt h ec o r r e c td e c o d i n g t h es e c o n dp a r t i sc o d i n gt h eb a r - c o d e i m a g ea f t e rp r e 地a t m e n t t h eh a r d w a r eo ft h es y s t e mi sc o m p o s e d o fs c a l l _ 圮r ，p r i n t e ra r ac o m p u t e r t h e p r o g r a m i sc o m p l e t eu s 堍ca n dc 斗十 k e y w o r d s ：t w o - d i m e n s i o n a l b a r c o d e ，e n c o d i n g o fc h i n e s ec h a r a c t e r s ， r e c o g n i t i o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中己 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 卫 座一 月 与华 ， 矿 哞 字 伽 磐 锄 者 肌 怍 日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 二维条码技术是近年来的新兴技术。由于传统条码( 即一维条码) 受信 息容量的限制，在没有数据库和不方便联网的地方使用受到限制。另外，要 用一维条码表示汉字信息几乎是不可能的，这在有些应用汉字的场合，显得 十分不方便，且效率很低。为了解决传统条码所存在的问题，出现了二维条 码技术，这里首先介绍一下二维条码技术在国内外的应用现状及发展前景。 1 1 二维条码的应用现状及发展前景 1 1 1 国外二维条码的研究和应用 国外对二维条码技术的研究始于8 0 年代末，现已研制出多种码制，如 c o d e 4 9 ，c o d e1 6 k ，p d f 4 1 7 ，c o d eo n e 等，这些二维条码的密度都比一维条 码有了很大的提高，如二维条码p d f 4 1 7 码，其信息密度是一维条码c o d e3 9 的2 0 多倍。 在国外，二维条码的标准化工作已经开始。例如，p d f 4 1 7 ，c o d eo n e ， c o d e l6 k ，c o d e4 9 ，d a t am a t r i x 与m a x i c o d e 等二维条码已成为国际自动识 别设备制造商协会( a i m i ) 与美国标协( a n s i ) 的符号标准。欧洲标准化委 员会( c e n ) 已经起草了p d f 4 1 7 的欧洲标准。国际民航组织也正在审阅 p d f 4 1 7 ，决定将增加为国际旅游证件、包括护照、签证及其它旅游证件的机 读符号标准。新成立的i s o ，正c j 1 l s c 3l ( 国际标准化组织与国际电工委 员会的第一联合委员会的第三十一分委员会) 已经起草p d f 4 1 7 、c o d e1 6 k 、 d a t am a t r i x 及m a x i c o d e 四种二维码的i s o 标准，其标准草案已于1 9 9 7 年6 月完成。除了上述标准化机构外，二维条码已经或正在被一些政府部门或工 业团体采纳。 在美国，二维条码已在身份证、驾驶证、军人证件上开始应用。用它除 了将人的姓名、单位、地址、电话等信息进行编码外，还可将人体的特征如 指纹、视网膜扫描以及照片等个人信息贮存在可识别的条码中，这样不但可 哈尔滨工程大学硕士学位论文 以实现证件信息的自动录入，而且可以防止证件的伪造，减少犯罪。p d f 4 1 7 已在美国、加拿大、新西兰的交通部门的执照年审、车辆违章登记、罚款及 年检上开始应用。在欧洲、美国、日本等已将二维码c o d e o n e 应用于汽车及 电子产品的组装。在墨西哥p d f 4 1 7 已在报关单证上开始应用，从而防止了 伪造及犯罪。 二维条码作为一种新的信息存储和传递技术，从一出现就受到了国际社 会的广泛关注。它的应用体现在以下几个方面： ( 1 ) 运输行业的应用 一个典型的运输业务过程通常经历：供应商一) 货运代理，货运代理一) 货运公司，货运公司一) 客户等几个过程，在每个过程中都牵涉到发货单据 的处理。发货单据含有大量的信息，包括：发货人信息，收货人信息，货物 清单、运输方式等等。单据处理的前提是数据的录入，人工键盘录入的方式 存在着效率低、差错率高的问题，已不能适应现代运输业的要求。二维码在 这方面提供了一个很好的解决方案，将单据的内容编成一个二维码，打印在 发货单据上在运输业务的各个环节使用二维条码阅读器扫描条码，信息便 录入到计算机管理系统中，即快速又准确。 ( 2 ) 身份识别卡的应用 美国国防部已经在军人身份卡上印刷p d f 4 1 7 码。持卡人的姓名，军衔， 照片和其他个人信息被编成一个p d f 4 1 7 码印在卡上。卡被用来做熏要场所 的进出管理及医院就诊管理。该项应用的优点在于数据采集的实时性，低实 施成本，卡片损坏也能阅读，以及防伪性。我国香港特别行政区的居民身份 证也采用p d f 4 1 7 码。其他的应用，如营业执照、驾驶执照、护照、我国城 市的流动人口暂住证、医疗保险卡等也都是很好的应用方向。 ( 3 ) 文件和表格应用 日本s e i m e i 保险公司的每个经纪人在会见客户时都带着笔记本电脑。 每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来。当他们回到办公室后需要将保 单数据手工输入到公司的主机中。为了提高数据录入的准确性和速度，他们 在制作保单的同时将保单内容编成一个p d f 4 1 7 条码，打印在单据上，这样 他们就可以使用二维条码阅读器扫描条码数据录入主机。其它类似的应用还 有：海关保单表、税务申报表、政府部门的各类申请表等等。 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 4 ) 资产跟踪 美国钢管公司在各地拥有不同种类的管道需要维护，为了跟踪每根管子， 他们将管子的编号，制造厂商，长度，等级，尺寸，厚度以及其他信息编成 一个二维条码，制成标签后贴在管子上。当管子移走或安装时，操作员扫描 条码标签，数据库信息得到及时更新。工厂可以采用二维条码跟踪生产设备， 医院和诊所也可以采用二维条码标签跟踪设备、计算机及手术器械。 1 1 2 国内二维条码的研究和应用 二维条码是一种新兴的自动识别技术，与其它自动识别技术相比具有成 本低、信息可随载体移动、不依赖于数据库和计算机网络、保密防伪性强等 优点，它一出现便受到我国条码管理部门和有关政府部门的重视。中国物品 编码中心自1 9 9 3 年便开始了对二维条码技术的研究，现己出版了我国第一本 有关二维条码技术的专著( - - 维条码技术，为了对二维条码技术开展全面研 究并开辟应用试点，中国物品编码中心的课题二维条码技术研究与应用试 点已列入国家科委“九五”重点攻关项目。该课题将从基础研究、标准制 定、设备开发和试点建立方面开展工作，旨在推动二维条码在我国的应用进 程。另外，许多科研单位、开发公司、大专院校都己开始着手进行二维条码 技术的应用开发。 目前，许多部门已有使用二维条码用于人员管理和物品管理的愿望，如 公安部门想将二维条码应用于身份证和流动人员管理上，进出境管理部门正 在探讨将二维条码应用在护照上，海关也想尝试将其用在报关单上。有的甚 至已经开始应用，例如，上海汽车销售中心已将二维条码p d f 4 1 7 应用于车辆 信息的跟踪管理，中国银行北京地区开始在汇票上采用二维码等。结合我国 人口多，底子薄，计算机网络投资资金难度较大，对证件的防伪要求较高等 特点，因此，二维条码在我国极有推广价值。 二维条码在我国的主要应用领域： ( 1 ) 二维条码在身份证上的应用 我国是个人口众多的国家，如何合理有效地管理好身份证，并充分发挥 其作用t 一直是公安机关长期面临的问题。特别是改革开放以来，我国经济 得到迅速发展，各城市、农村人1 ：3 流动频繁。给公安机关带来了严峻的考验。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 传统的身份证由于缺乏机器识读功能，并且防伪性能相对较差，因此在许多 关键部门无法对身份证进行有效验证和登记，使得公安机关不能全面掌握这 些重要信息，给管理工作带来了很大困难。尤其是近几年来，全国各地利用 假身份证进行犯罪的事件屡屡发生，使得国家一些重要部门遭受到严重的损 失，而公安机关由于缺乏详实的资料，限制了打击力度。因此，改进现有的 居民身份证，是提高公安部门执法力度一个十分积极有效的办法。 ( 2 ) 二维条码在边境通行证上的应用 随着我国改革开放的深入，我国和国外政治、经济上的联系也日趋紧密， 特别是近几年来，边贸活动e l 益频繁，这是我国改革开放的产物，也是经济 迅速发展的产物。经过各边境管理部门的不懈努力，边境管理工作取得了很 大成绩，但也存在着一些突出问题。采用传统的管理方式，因手段有限，无 法记载详实的数据，使得边境管理部门不能全面掌握边境往来人员的信息， 因此无法提供必要的统计数据，也缺乏应有的管理力度。因此，如何加强边 境过往人员的管理和信息统计是非常重要的问题 ( 3 ) 二维条码在医疗卡上的应用 医疗卫生是关系到每个人身体健康的社会公共事业。近几年来，我国医 疗卫生领域的管理现代化水平取得了长足的进步，许多中型以上的医院都采 用了计算机管理并且正在从单机向网络化的方向发展。但与国际先进水平相 比，我国的医疗卫生水平还相对较落后。医疗卫生系统如何调整发展步伐， 改善管理机制、提高自身业务水平和管理水平，更好地发挥医院的整体优势， 提高经济效益和增强竞争能力，是目前急待解决的问题。 ( 4 ) 二维条码税务申报系统总体方案设计 目前，我国的税务申报主要都是采用传统的手工申报，税局每日都要处 理非常繁多的报表，所有报表需要手工重复录入到计算机中，因此税务人员 的工作量很大，申报过程缓慢而烦琐。通过利用二维条码，实现税表信息传 递的自动化，提高税务申报的效率和质量，减少数据录入所需的庞大的人力、 物力，降低数据输入、审核的错误率，从而可以全面提高我国税务征管的水 平。 ( 5 ) 二维条码在化验单上的应用 目前，世界上许多国家在如何发挥医疗投资效益、改善医疗管理、提高 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 服务质量等方面积攒了许多成功的经验，其中之一就是使用了二维条码技术。 通过使用二维条码技术可以给医疗卫生系统带来高效率作业，通过减少错误， 更准确地配药，提高了对病人的护理质量，通过正确识别病人、快速获取病 例档案及进行各项检查，为临床治疗提供了条件。 总之，二维条码在我国有着广阔的应用前景，条码技术在我国的推广应 用必将为我国信息产业的发展和现代化的经济建设带来可观的社会效益和经 济效益。 1 2 p d f 4 1 7 条码简介 目前已公布的二维条码码制有很多种，其中的p d f 4 1 7 层叠式条码已经 成为国际通用的二维条码而且被定为我国二维条码的标准，作为低成本、高 速度的便携数据文件，p d f 4 1 7 在管理、运输、证件识别等方面得到了广泛的 应用，与其它信息载体相比有着很多的优越性( 见表1 1 ) 。本文中的p d f 4 1 7 c 二维条码是在它的基础上提出的，所以下面对p d f 4 1 7 条码的起源、标准化 现状进行介绍。 1 2 1 p d f 4 1 7 条码起源 p d f 4 1 7 码是由留美华人王寅敬( 音) 博士发明的。p d f 是取英文p a r t a b l e d a t a f i l e 三个单词的首字母的缩写，意为“便携数据文件”。因为组成条码的 每一符号字符都是由4 个条4 个空构成，如果将组成条码的最窄条或空称为 一个模块，则上述4 个条4 个空的总模块数一定为1 7 ，所以称为4 1 7 码或 p d f 4 1 7 码。 删麟辨酸瞰醚浆删 图1 1 一个p d f 4 1 7 符号的符号字符 警玺鎏苫銎盔兰鎏害兰譬笙銮 表1 1p d f 4 1 7 条码卡与i c 卡及磁卡技术的魄较 优点缺点 磁卡 霹读可墨，成本咚离于l ，接意容纛夺，常裱较予摊界黪数据库；2 ，援密防伪梭差； p d f 4 1 7 = 维条码卡3 ，可靠性低易受电磁场干扰面损毁信息：4 寿命短( 一 豁) 。 i c 卡 l 戚本高。1 c 卡豹成本通常是p d f 4 1 7 条碣卡韵3 - 5 储； 信息容薰犬，可读可写。 2 寿命短( 2 - 3 年) ，嚣于拆毁；3 可靠性蓑，翕受辨嚣强 馘场的干扰而损毁信息；4 保密辅伪性相对较差，信患可 教写既是l c 卡的优点，届时办成为l c 卡的缺点，为伪造 信息留下契机 p d f 4 1 7l 。接纛察重大、缳塞醛铸 条码卡性强、可靠性商；2 成本信息不可改写，这点恰恰增强了= 维条码卡的防伪能力。 坻、按照耪科的零冠选用 载体，一张p d f 4 1 7 条码卡 按格最拳凡元钱人燕币。 甚至几角几分却可盛现t p d f 4 1 7 是一耱多层、霹交长发、具毒亵容譬秽镬误绸延能力熬连续登二 维条码。每一个p d f 4 1 7 符号可以表示超过1 1 0 0 个字节、1 8 0 0 个a s c i i 字 符或2 7 0 0 个数据。县体数嚣取决予震表示麴数撂鲶秘类及表示模式。p d f 4 1 7 可谴过线饿扫描器、光拇激光扫描器或二维成像设备识读 _ ，帆i 阉1 2p d f 4 1 7 符号的结构 1 ，2 2 p d f 4 1 7 条码的标准化现状 自s y m b o l 公司1 9 9 1 年将p d f 4 1 7 作为公开的系统标准技术厝，p d f 4 1 7 条码为越来越多的标准化机构所撩崇。如： 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a i m _ 一1 9 9 4 年被定为国际自动识别制造商协会( a i m ) 标准。 a n s im h l o 8 1 9 9 6 年美国标准委员会( 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 的标准。 c e n 呻7 年欧洲标准化委员会( c e n ) 通过了p d f 4 1 7 的欧洲标准。 国际标准化维织( i s o ) 与国际电工委员会( i e c ) 的第一联合会第三十 一分委员会正在起草p d f 4 1 7 二维条码标准。 中国p d f 4 1 7 二维条码已被列为9 5 期间的国家重点科技攻关项目。9 7 年1 2 月p d f 4 1 7 条码国家标准四一七条码正式颁布。 a 队g o d e t t e 一1 9 9 5 年北美和欧洲汽车工业组织已将p d f 4 1 7 选定为 各种生产及管理纸面e d i 的标准。 a a m v a 一1 9 9 5 年美国机动车管理局将p d f 4 1 7 选定为所有驾驶员及机动 车管理的二维条码应用标准。美国一些洲、加拿大部分省份已经在车辆年检、 行车证年审及驾驶证年审等方面，将p d f 4 1 7 选为机读标准。 t c i f 一美国工业论坛已将p d f 4 1 7 列为重要电讯产品的标识标准。 e d i f i c e 一欧洲负责e d i 及条码在电子工业方面应用的工业组织已将 p d f 4 1 7 定为管理纸面e d i 应用标准，并列入运输标识条码标签应用指南。 巴林一已将p d f 4 1 7 定为身份证的机读标准，最近还将有一些国家陆续在 身份证上选用p d f 4 1 7 二维条码。 美国国防部d o d 卜_ 在其新的军人身份证上采用p d f 4 1 7 条码作为机读标 准，将照片及紧急医疗信息编入条码，大约1 6 ，0 0 0 ，0 0 0 多张军人卡己在7 0 0 多个世界各地的美军基地投入使用。另外，荚国国防部还将p d f 4 1 7 条码作 为后勤管理和纸面e d i 应用标准。 1 3 本课题的研究目的及内容 从上面所描述的二维条码发展及应用现状中，可以了解到，国外的二维 条码技术已经处于应用阶段，并以生产出性能较好的二维条码识别系统。而 我国还处在研究阶段，与国外水平还有很大差距。制约二维条码技术在我国 发展的主要原因是目前市场上销售的二维条码识别系统价格十分昂贵，国内 虽然也出现了一些设计和生产二维条码阅读器的公司，但他们的产品大多数 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 是基于美国s y m b o l 公司的激光阅读器，价格相对较高。本课题研究条码系统 的纯软件实现，可以拓宽条码应用领域，节约条码应用成本。 因为目前的二维码码制全部都是国外提出的，对汉字编码方法未加深入 研究，例如在p d f 4 1 7 中对汉字采用字节模式编码，将一个汉字看成是两个 字节( 区码和位码) ，编码效率较低，因此根据我国的国情，二维码在我国的 推广过程中考虑汉字的编码是必须的，这是本文研究的一个方面，即提出了 更优越的汉字编码方案，并掌握二维条码的编码技术，根据相应方案设计二 维码的生成系统。 现在条码的标准虽已公开，但是译码算法却很少，这是本文讨论的另一 方面。在研究二维条码图像之前，先对一维条码图像进行基于软件的算法研 究，实现译码。因为传统的一维条码译码是直接用硬件完成，用的是模拟的 方法，并不是采用图像处理和分析的方法实现译码。从一维条码开始研究好 处在于一维条码图像比二维条码图像简单，实现起来相对容易。如果一维条 码能够通过图像处理和分析的方法完成比较理想的译码，那么就可以运用这 种译码方法结合二维条码的特点和编码规则，实现对二维条码的译码过程。 在本课题的研究过程中，采用的研究步骤是： ( 1 ) 掌握二维条码的编码技术，提出更高效率的编码方案，同时设计二维 条码的生成系统，最终生成二维条码符号图像( 作为原始图像) 。 ( 2 ) 研究二维条码的译码算法。与编码进行比较，解译生成的二维条码符 号图像所代表的信息，实现正确译码。 ( 3 ) 二维条码译码算法的检验，首先通过计算机仿真的方法加入噪音，生 成干扰图像，用此对译码算法进行检验。 ( 4 ) 再将原始图像进行扫描仪，得到具有实际噪音干扰的条码图像，对其 进行译码，判断译码正确性。 ( 5 ) 对整个条码系统进行运行实验。 8 盘玺鎏苫瑟盔兰鎏害兰誊笙奎 第2 章条形码技术 2 1 条形码技术 条码技术自问世2 0 多年来发展迅速，受到入们的普遍关注。条码、e d i 、 集浆箱3 火技术己成为国际商界3 大标准贸易方式面被广泛采用。目前一维 条褐技术醴广泛应用于商她、金融业、交通运输渡、医疗卫生、酃电、制造 业、仓储业等，一蝗管理部门也融开始将条码技术应用予管理工作，如驾驶 证、身份诞的管理等。二维条褐静接现要是觚质上提高了条码技术的斑鞠水 平，从量上拓宽了条码技术的应用领域，使条码熙加胜任信息交换的媒介。 条鹚技术翁应瘸擞穴建撬离了工 擘效率，掇离了数据采集藕信怠鲶理魏速覆， 为错理科学化和现代化做出了积极的贡献。 2 1 ，1 一维条谒简介 久翻豳常觅戮静印弱在商品包装上豹条羁是传统条鹤，这种蒋通豹维 条码自本世纪7 0 年代初期问世以来，很快得到了渚及和广泛的应用。 一缝条强由一维麓鬟| l 摊弼豹条、空鞠籀应的字符组躐。条舀馁怠靠蘩和 空的不同宽度和位鬣来传递，信息量的大小由条礴的宽度靼印刷的精度采决 定豹，条戮越宽，惫含豹条秘空越多，信惫耋越大：条筠印捌豹赣度越离， 单位长度内可以容纳的条和空越多，传递的信息擞也就越大。这种条码技术 哭缝在一令方彝上遗过“条”与“空”熬捺穰缝台来存褚接怠，掰豁秘它“一 维条码”。这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，而且很容易译成二 遂裁数弱专遂裁数。这些条窥空瑶虢由爸耪不目的缀合方法，麸褥捧裁誉两 的图形符号，即各种符号体系，也称码制，适用予不同场龠。 一维条码载释类缎多，邑知豹条殛秘粪褒奁魏有2 5 0 耱之多。墓蘩镬雳 频率最高的几种一维条码码制有：黼n 、u p c 、三九码、交叉二五码年玎e a n l 2 8 码。其中u p c 条鼹主要躅予l 美媲区。歉n 条璐是国黪遗愿簿鼍傣系，宅 们魑一种寇长、无禽义的条码，妻耍用于商品标识。e a n l 2 8 条码是由国际 物赫编码协会农美国统一代码委员会联台舞= 发、共露采罴豹一秘特定的条薅 9 愉尔滨工獠大学硕士学位论文 簿号。它是种连续型、非定长务会义戆褰密度代羁，躅戳表承嶷产墨嬲、 批号、数爨、规格、保质期、收赞地等更多的商晶信息。另有一姥码制主器 楚逯应予慕些特殊场合，搬痒德憋妈思予斑疼、黧蕊键、壤裹等熬跟踪管疆， 二五码用于包装、运输和阑际航掇系统为机票进彳亍顺序编号。还商类似三九 码的九三码，它的密度较蠢，可代替三丸秘。 任何一个完熬的一维条码通常都是由两侧的空白区，起始符、数据字符、 校骏特( 司选) 、终止 奇秘供人识别字符缎残的。一维条秘符号中麴数握擎簿 和校验符怒代表编码信息的字符，扫描识读后需要传输处理，左菊两侧的空 白区、起始符、终止符等郡是不代表编码信息的辅助符号，仅供条玛扫撼识 读时使用，不需要参与信息代码传输 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 h ! l j l n j l j l j l j l l l j l l l l l l l l l i i l 瀚2 1 一雏条码符号 一维条码只是在一个方向( 一般是水平方向) 表达偿息，焉在垂壹方向 剿不表达秘俺信怠，其一定的高度通常是为了便予阅读器的对准( 如图2 1 ) 。 一维条码的应用可以提高信息录入的速度，减少麓错率，但是一维条码也存 在一些不踅之憝： ( 1 ) 数据容恳较小：3 0 个字符左右 ( 2 ) 兵能惫含字霉和数字 ( 3 ) 条码尺寸相对较大( 空间利用率较低) 2 1 2 ：维条碣的起源( 2 db a r c o d e ) 近年采。隧着工韭鬏域自动识翳技术辍现代淹新技术的发展，迫切螫求 用条码在脊限的几何空间内表示更多的信息，设计出与传统条码不同的袖珍 数糖文 争式条码。 目前，应用比较成熟的通用商品条码( e a n u p c ) ，仅作为种标识数 豢，不麓辩产最逡嚣搐述。尽管霹疆逶过建立数鬃痒来存德产鑫信息，必须 进入数据库。并输入用条粥表示的产品编码( 离开了预先建立的数据库，遮 1 0 晗尔滨工程大学硕士学位论文 秘条玛就交残 炙源之农，无本之本，禹褥条羁熬应惩蔻覆受裂了一定戆限 制。) ，也可以做到用一个徽长的条码表示出产品的相关信息，如价格、名称、 制造厂、鬟囊、送痒日期、毫效期等，这样裁不叛扶数撵窿孛查掇售塞，只 要用识读设备扫描条码即w 。但甍在有限的印刷谳积上印刷包含大量信息的 袈玛，不褥不在掇亳密度方瑟下功夫。褒信息密痰方蘧，传统条遐骞一个臻 显的弱点，那就惑垂直方向不携带信息。难直方向的冗余有两个豳的：是 为傈 正局部损坏抟条码能诞确识刹：二是使扫描容易完成。 要提高信息密度，一种简明的方法就是减少条码的条高，做出一个很窄 很长的条弼，然弼这秘方法劳不安用，爨为通常遇到的情况是在一个固慰薤 积上印刷出所需信息。这一问题的解决可用两种方法：一是在维条码基础 上向二维条码方向发展；：是采用新的集农形体和结构设计出二缝条码码制。 在水平和瓣直方向豹二维空问存储信息的条码，称为二缭条码( 2 d i m e n s i o n a l b a rc o d e ) 。因为它具有高密度、大容量等特点，所以可以用它来液示数掇文 件( 包括激字文件) 、图片等。二维条码悬各种证件及卡片等大容燕、高可靠 性信息实现存贮携带并自动识读的最理想的方法。 鋈蔚搬据二绫条玛实现原理、结构形式的差辩，可分为难积式或层擗式 二维条码( s t a c k e db a rc o d e ) 和棋盘式或矩阵式二维条硒( d o tm a t r i xb a r c o d e 两大类型。 删艟瓣酬 a 层排式 b 矩阵式 图2 2 二维条码符号 使用二维条碣可以解决鲡下闷题 ( 1 ) 表示包括汉字在内的小型数据文件。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一i l l l l r ( 2 ) 在有限的丽积上( 如电予芯片上) 表示大量的信息。 ( 3 ) 对“物品”进行精确描述。 ( 4 ) 茨止鑫肄涯 牛、卡片及攀整黪爨逡。 ( 5 ) 在远离数据库期不便联网的地方实现数搌采集。 二维条码的出现是条码发展史上的里程碑，在经济龛球化、信息网络化、 警产国际纯的当今衽会，簧使条码更加胜任信息交换的媒介，= 维条鹞技术 戆痤焉推广 豢重要晨不霹缺少。 2 ， 3 二维条码与一雏条谒的阮较 从符号学的角度讲。二维条码和一维条码都是信息表示、携带和识读的 孚段，它们肖着获蔺的特点： ( 1 ) 篱苇。条鹚符号制佟窖茹。搀獾撵作篱萃易章亍。 ( 2 ) 信息采集速度快。荣通计算枫的键发录入速度是每分铸2 0 0 字符，藤 利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的2 0 倍。 3 ) 采集信息麓大。利用条码扫描，一次可以采集十凡位字符的信息，而 整哥辍透过选择不辩码稍静条磷增翔字符密菠，僵录入韵信息慧成倍 地增加。 ( 4 ) 设备结构简单，成本低。 但从皮用角度讲，尽管在一些特定场合可以选择其中的一种来满足需 癸，餐它钓蠡每应蠲铡燕煮惹不两豹：维条码是对物品酾标识，：维条码雯l j 是对掳晶鹣接述。除了愿途方嚣懿蓑别终，二维条妈溷传统条码京信怠容量 等方面也存在较大差别( 见褒2 1 ) 。 2 2 条形鹤的自动识剜技术 条码符号的识读怒条码系统的重要部分，是能褥发挥条码技术优越性的 关键因素之一。 表2 1 一维条码同二维条码的对照 条码 信息密度垂赢方囱是否携糯途对数据瘁和识读设备 类型 带懋患透信隧终静姆 信息容量依赖 信息密度 不携带信息，垂直 燕要 多数应用场可用线性扫描器识读 缝较低，信阕于 条息容量较 方向的冗余是为台必须依赖如光笔、线阵c c d 、激 对 了谖读寿便并簿“物数据库及逶先枪等 码 ，| 、 低对印刷缺赡或售隧络的存 局部损坏等方面 “的 在 的敏感性 标识 傣患密窿 携带信息阁于可不依赖数对于堆积式二维条码 维高信息窑 条 辩扬据彀逶绩两霹嗣线扫籀器桶多敬 嚣大 鹦 鼎的络的存在霭扫描识读，也霹惩强象 描述单独应用扫描识读，对于矩阵式 二维条码仅能用图像 扫播禚识读 一维条鼹识读系统是囊扫搽系统、售号整形、译码曼部分组成。 蔓搓系 统中的扫描器把条码符号转换成数字脉冲符号，经信号羧形( 主要包撼信号 放大、滤波、波形整形) 由译码器译码，将结果传缭计算机。其中，译码的 遥程是通过测量并琵较分析条空宽度的方法把数字脉冲信号转换成条码符号 黢表示豹信患，鄂皴渖宽度溅羹法。 为了将译码过程幽计冀机软传实现，本文采用的方法是基予图像的二维 条码译码算法。 2 2 1 二维条码阅读器 二维条璐鳇翱读设备农阅读暴瑾靛不嚣可努为： ( 1 ) 线性0 1 2 1 ) 釉线1 生图像式阅读器 可阅读一维条码和线性堆叠式= 维码在阅读三维码时需要沿条码的垂 壹方离捐过熬个条码，称为“扫动式阅读”。这类产晶眈较便盛，有很好的性 哈尔滨工程大学礤士学位论文 一i r 价磁； ( 2 ) 繁巍搬戆激光溺读嚣 可阅读一维条码和线性堆鼗式= 维码。阅读二维码时将光线对准条码， 由光栅元件完成疆直捆描，不需要手工移动。 ( 3 ) 鞠像式诵读器 采用摄像方式将条玛麴像摄取嚣进学分耩窝翳褥，霹瑟读一维条磁帮掰 考类型的二维条码，是一种高端设答。 2 3 本耄小结 本章介绍了条形码技术的威用，其中介绍了应用广泛的维条码和新兴 的二维条码技术，并对两者的信息密度、识别设备、等性质进行了比较。最 詹介缯了条形码豹自动识舶技术及谈读器其。 1 4 啥尔滨工程大学磋士学位论文 第3 章二维条码( p d f 4 17 0 ) 的生成系统设计 二缎码p d f 4 1 7 玛融被定戈我隧二维条码懿标准，毽其体裂我瀑懿瘦粥 枣其局黢性，慰汉字戆编码效率较 氛。零课题对p d 群1 7 鹃静编码方法瓣迸 行研究籍，针对汉字在二维码中豹编码提出一种新的方法，将其应用在二维 条码的编码方案中，提出了p d f 4 1 7 码韵改塑，称为p d f 4 1 7 c 码。本章提出 了p d f 4 1 7 e 筠豹编褐方案并设计了其生成系统。 p d f 4 1 7 c 褥是壤叠式二维条码，与一维码的结构有很大的相似乏处，所 珏这墨蓄先介绍一下一雏条褐符号的结构和编码规掰，然君进彳子二维码的生 戏系绕设诗。 3 。1 一维条码编码技术简介 目前一维条码应用最广泛的主要有e a n 和u p c 嚣耪，其中嚣a n 玛是我 圈主要采用的编码标准，本文也就针对e a n 码进行研究，所以本文辨究躲 维条码主要指e a n 码。 e a n 码有两种版本一标准版和缩短版。标准版表示1 3 做数字，又熬 为e a n l 3 码，缩短版表示8 位数字，又称e a n 8 。磁种条码的最压一位强校 骏位，由前面1 2 位或7 位数字计算得出。 e a n 码由前缀码、厂商识别码、商品项耳代码和校验码组成。前缀码 麓国际e a n 组织表示各会员组织的代码，我国为6 9 0 、6 9 1 和6 9 2 ；厂商代 粥是e a n 编码组织在e a n 分配的前缀码的纂础上分配给厂商的代码；商品 项目代码由厂商自行编码；校验码为了校验代码的正确性。在编制商品项目 代弱辩，厂商必须遵守商品编码的基本原则：对同一商品项阏的商品必须编 镅福黼韵商晶项胬代码，对不同的商品项目必须编制不同的商品项目代码。 保证商品颂窝与其标识代码一一对应，即一个商品项目只有一个代码，一个 彳弋鹃炎标识一个商品项圈。 鳐瞬装健力宝饮料的条码为6 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 9 8 ，箕中6 9 0 代表我国e a n 缝织t 1 0 1 0 代表，东健力宝公司，1 0 1 0 9 是昕装饮科的商品代码，这样的编 t 5 晗尔滨工穰大学硕士学位论文 码方式裁缣涯了纛论在嚣避露遣，6 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 9 8 羲难一辩应该耱褒晶。 另外，图书和期刊作为特殊商品也采用了e a n l 3 表示i s b n 和i s s n 。 藏缀9 7 7 坡惩予麓列号i s s n ，强蕊号i s b n 用9 7 8 是蔻缀，我国梭分配锼黑 7 开头的i s b n 号，因此我国出版社出版的图书上的条码垒部为9 7 8 7 开头。 3 一维条鹃符号结构 一个完整夔条码由囊绷空白熬、起始字符、数据字符、校验掌雩孥( 哥逡) 和终止字符组成。图3 1 豕出了一个条码符号的完憋结构，图3 2 示出条码符 号 圈3 。1 条羁籀号缝稳 3 1 2 条码的编码方法 鬻3 2 袈褥簿号 条码的编码方法是指条码中条空的编码规则以及：进制的逻辑表示的 竣嚣。众掰躅知，诗嬖捉浚冬哭黢滚读二迸卷l 数糍( 数豢廷骞“0 ”露“l ” 两种逻辑表示) ，条码符号作为一种为计算机信息处理而提供的光电扫描信息 图形楚号，选应瀵足圣 算撬二遴铡豹要求。条玛鹣编码方法裁是鬟逶过设誊幸 条码中条匈空的排列组合来表示不同的= j 圭制数据。一般来说，条码的编码 方法毒两辫：模块缀合和宽度调节法。 模块组合法怒指条码符号中，条与空是由标准宽度的模块组含而成。一 个标准宽度的条表示二进制的“1 ”，恧一个标准宽度毂空模块表零二进制懿 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 “0 ”。商品条码模块的标准宽度是o 3 3 r a m ，它的一个字符由两个条和两个空 构成，每一个条或空有l - 4 个标准宽度模块组成。 宽度调节法是指条码中，条与空的宽窄设置不同，用宽单元表示二进制 的“1 ”，而用窄单元表示二进制的“0 ”，宽窄单元之比一般控制在2 3 。 3 2 二维条码( p d f 4 1 7 c ) 的编码系统设计 3 2 1p d f 4 17 c 的符号结构 p d f 4 1 7 c 码的可编码字符包括1 0 7 个a s c i i 字符和我国1 9 8 1 年公布的 g b 2 3 1 2 - 8 0 中包括的全部汉字。 p d f 4 1 7 c 符号是由一定数目的符号字符组成。其符号字符集借鉴p d f 4 1 7 符号字符集。从整体上看，每一个p d f 4 1 7 c 符号都是由空白区包围的一系列 条空和若干层组成。与一维条码相比，除了编码规则外，为了便于理解可以 形象的说p d f 4 1 7 c 条码符号是截短的一维条码符号的层层堆积( 如图3 3 ) ， 在多层符号的周围存在一个模块宽的边框。且符号上下方存在一定宽度的空 白区。 图3 3 p d f 4 1 7 c 码符号 从每一层的结构看，从左向右方向它包括： a 左空白区：对其有一定的宽度要求。 b 起始符：层起始标志。 c 左层指示符字符：显示一些条码符号信息。 d 1 到3 0 个数据符号字符：每层数据符号个数最多不能超过3 0 个。 e 右层指示符字符：显示一些条码符号信息。 f 终止符：层结束标志。 g 右空白区：同a 。 1 7 晗尔滨工糕大学硕士学位论_ 文 3 。2 。2 簿号字符定义 p d f 4 1 7 c 的字符集肖以不间条、空形式表豕的9 2 9 个符号字符( 其值对 应0 - 9 2 8 ) ，每个符号字符对应一种条空排列形式”。9 2 9 个码词的应用情况如 下： 0 - 8 9 9 的码词用来表示数据，9 0 0 9 2 8 的码词用于特定目的。 3 2 3 瀑编码 对于个p d f 4 1 7 c 簿号，允涤有3 粥是，镣瑟最多令戳 霉数撵。 图3 , 4 表示了普通p d f 4 1 7 c 符号的层结构。每层以教层指示符( l ) 开 始，其螽必数握镣号字稳，然最为塞层指添铸( 廷) 。 f x ，玢( x ，v ) s ( x ，z )( x ，y ) t ( x ，v )x ，z ) s a ( x ，y )( x ，、，) t r f x ，动了) o t ( x ，f x 勘 p 图3 4 表，右层指示符 层指舔祷的馕由屡号娃) ，狩号的层数( 3 至9 0 ) 、每屡数据符母字符的个 数( 1 到3 0 ) 以及错误纠难等级( o 到8 ) 决定。 左层掇示符的值由下列等式绘蹬： 当i m o d3 = 0 时，“一3 0 x i + y 当i m o d3 = 1 时，l i 鹕0 ) ( i + z 当im o d3 = 2 时，l i - - 3 0 x i + v 右层搬示符的值由下梦4 等式绘墩： 当ir o o d3 - - 0 时，毯= 3 0 v 当ir o o d3 = 1 时，r i = 3 0 x i + y t 8 睹尔演工獠夹学硕士学位论文 当im o d3 = 2 拜重，r i - - 3 0 x i + z 在以上各等式中的参数定义如下： x i = i n t ( 层号3 ) ，i = o ，l 8 9 v = n c r ( 层数* 1 ) 1 3 】 z - 错误纠正等级+ 3 + ( 层数1 ) r o o d3 v = 每屡列数- 1 例如，假定一个p d f 4 1 7 符号3 层，每层3 个数据，错误纠正等级为1 ， 馥( l 0 ，l 1 ，l 2 ) 与( r 0 ，r 1 ，r 2 ) 分掰为( o ，5 ，2 ) 与 n 锣 ( 4 3 ) f 其中：w 表示图像灰度变化范围，表示以x 为中心围成的8 个方向的象素点 的灰度值的平均值。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 针对条码图像的特点，结合上述思想，对图像各列象素取中间值，并用 此值作为该列象素的值。即：对于每一列j ： y ( i ，j ) = m e d ( f ( i ，j ) ) ，其中：i = 0 ，1 ，2 m ( m _ 总行数) ( 4 4 ) 在对一维条码图像进行整形去噪时，主要采用的算法是取中值的方法【9 】。 根据中值法的原则，二值条码图像的灰度值只有2 5 5 ( 白，空) 和0 ( 黑条) ， 因此先对图像各列灰度值分别相加取平均，再与1 2 7 5 相比，如均值大于 1 2 7 5 ，说明此列表现为“空”，全部赋“2 5 5 ”；反之表现为“条”，全部赋为 “0 ”。这样处理后的图像见图4 1 3 删蛐硼 图4 1 3 预处理后的条码图像 ( 3 ) 图像几何变换 在图像的几何变换中主要是处理图像的偏转问题。这一过程主要针对二 维码进行，因为一维条码的结构特点决定了它在一定范围内偏转是不影响其 识别的。而二维码图像包含信息量大，图像要求较高。在扫描过程中图像产 生偏转是不可避免，因此对图像进行几何校正非常有必要。 本文要实现的几何变换过程是图像的旋转，这是一种相对复杂的几何变 换口】。一般图像旋转是以图像中心为原点，旋转一定的角度。旋转后，图像 的大小一般会改变，既可以把转出显示区域的图像截去，也可以扩大图像范 围以显示所有图像。 下面的过程推导了旋转运算的变换公式。如图4 1 4