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浙江工业大学硕士学位论文 d a t am a t r i x 二维条形码技术及在邮政上的应用研究 摘要 二维条码本身所具有的高容量、高密度、纠错能力强、安全强度高等特点使得二维条 码作为信息的载体在信息自动化领域发挥着越来越重要的作用。作为二维条码的一种， d a t am a t r i x 条码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种图形符号 自动识读处理码制。由于d a t am a t r i x 二维条码的信息密度比较高，其识别技术比一维条 码的识别更为复杂，因此d a t am a t r i x 二维条码的有效快速识别成为当前重要的研究领域。 针对假冒的数字邮资戳印时有出现，给邮政经营造成了较大损失的问题。本论文设计 了新型数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条码符号的生成和识别系统。文中首先简要介绍 了d a t am a t r i x 二维条码作为防伪码在数字邮资戳印的标准，并介绍了与标准相关的3 d e s 加密技术。随后结合d a t am a t r i x 二维条码图像的结构特征，实现了数字邮资戳印上二维 条码图像的生成。其后，开发了数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条码的识别系统，主要 包括基于数字图像处理技术的条码图像处理和d a t am a t r i x 条码的译码。在条码的图像处 理中，为提高实际应用中的正确译码率，通过预处理和两次图像定位，从实际图像中分割出 图像，再从中读取数据，进行正确识别。在d a t am a t r i x 条码的译码上，重点分析研究了 r e e d s o l o m o n 码在d a t am a t r i x 二维条码中的应用方法，并详尽地推导和实现了在伽罗华 域g f ( 2 5 6 ) 域内r e e d - s o l o m o n 码的编译码方法。 在v i s c u a lc + + 平台上的试验结果表明，数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条码的生 成系统能够正确地打印出条码，条码的识别系统能够准确的识别出d a t am a t r i x 条码，证 明了上述系统的可行性和稳定性。 关键词：d a t am a t r i x 二维条码，数字邮资戳印，3 d e s 加密算法，r e e d s o l o m o n 码，e u c l i d 算法，图像处理算法 浙江工业大学硕士学位论文 r e s e a r c ho fd a t am a t i u xt w o d i m e n s i o n a l b a r c o d ea p p l i e di np o s t a b s t r a c t w i t hh i g h e rc a p a c i t y ，h i g h e rd e n s i t y ，m o r ep o w e r f u le r r o r - c o r r e c t i o na b i l i t ya n dh i g h e r s e c u r i t ya b i l i t y ，t w o - d i m e n s i o n a l ( 2 d ) b a r c o d eh a sp l a y e da l li m p o r t a n tr o l ei nt h ei n f o r m a t i o n a u t o m a t i o nf i e l d b a s e do nd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n ga n dc o m b i n e dc o d i n gt h e o r y ，d a t am a t r i x t w o d i m e n s i o n a lb a r c o d ei sas y m b o ls y s t e mp r o c e s s e da u t o m a t i c a l l yu s i n gi m a g er e c o g n i t i o n t e c h n o l o g y t h er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g yo f2 di sm o r ec o m p l e xt h a nt h a to fo n e d i m e n s i o n a l b a r c o d e ，e s p e c i a l l yo ft w o d i m e n s i o n a lm a t r i xb a r c o d e ，s o i ti sa l li m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l dt o r e c o g n i z e d2 db a r c o d ef l e e t l ya n de f f e c t i v e l y a i m i n ga tt h ep r o b l e mo ff a k ed i g i t a lp o s t a g es t a m pw h i c hc a u s e sl a r g ee c o n o m i cl o s s e st o t h ep o s t ，an e wd a t am a t r i xt w o - d i m e n s i o n a lb a r c o d eg e n e r a t i o na n di d e n t i f i c a t i o ns y s t e mu s e d i nt h ed i g i t a lp o s t a g es t a m pw a sd e v e l o p e d f i r s t ，t h es t a n d a r d so fd a t am a t r i xt w o d i m e n s i o n a l b a r c o d ea ss e c u r i t yc o d ei nd i g i t a lp o s t a g es t a m pw a sb r i e f l yi n t r o d u c e d ，f o l l o w i n g3 d e s e n c r y p t i o na l g o r i t h mw a sd e s c r i b e d t h e nw i t ht h es t u d yo ft h e s t r u c t u r eo fd a t am a t r i x t w o d i m e n s i o n a lb a r c o d e ，t h ef u n c t i o no fd r a w i n gt w o - d i m e n s i o nb a r c o d ei si m p l e m e n t e di nt h e d i g i t a lp o s t a g es t a m p s e c o n d ，t h i sp a p e r a l s od e v e l o p e dd a t am a t r i xt w o d i m e n s i o n a lb a r c o d e i d e n t i f i c a t i o ns y s t e mw h i c hu s e di nt h ed i g i t a lp o s t a g es t a m p m a i n l yi n c l u d i n gt h et e c h n o l o g y o fb a r c o d ep r o c e s s i n gb a s e do nt h ed i g i t a li m a g ep r o c e s s i n ga n dt h ed e c o d i n go fd a t am a t r i x b a r c o d e i nt h et e c h n o l o g yo fp r o c e s s i n g ，i no r d e rt oe n h a n c et h ec o r r e c td e c o d i n gr a t ei nt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，am e t h o do fr e c o g n i z i n gd a t am a t r i xw a sp r e s e n t e db yp r e p r o c e s s i n ga n d t w i c e - l o c a l i z a t i o n ，d a t am a t r i xs y m b o li ss e g m e n t e df r o mt h ei m a g ea n di t sd a t aw e r eo b t a i n e d i nt h ed e c o d i n go fd a t am a t r i xb a r c o d e t h i sp a p e rg i v e sat h r o u g ha n a l y s i so fr sc o d es a p p l i c a t i o ni nt w o d i m e n s i o n a lb a r c o d ed a t am a t r i x ，g i v i n gd e t a i l e de r r o r c o r r e c t i n gp r i n c i p l e s i ng f ( 2 5 6 ) a n dr e a l i z i n gi t sa l g o r i t h m f i r s t t h er e s u l to ft h er e s e a r c hw a sa p p l i e di nt h ev i s u a lc + + p l a t f o r m ，a n dd a t am a t r i x t w o d i m e n s i o n a lb a rc o d eg e n e r a t i o ns y s t e mi nt h ed i g i t a lp o s t a g es t a m pc a l le x a c t l yp r i n tt h e b a r c o d e ，d e c o d i n gs y s t e mc a ne x a c t l yr e c o g n i z et h eb a r c o d e ，w h i c hp r o v e dt h ef e a s i b i l i t ya n d s t a b i l i t yo ft h es y s t e m 浙江工业大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：d a t am a t r i xt w o - d i m e n s i o n a lb a r c o d e ，d i g i t a lp o s t a g es t a m p e ， 3 d e se n c r y p t i o na l g o r i t h m ，r e e d s o l o m o nc o d e ，e u c l i da l g o r i t h m ， i m a g er e c o g n i t i o na l g o r i t h m 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名皋磷 醐节v 一日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在么年解密后适用本授权书。 2 、不保密哦 ( 请在以上相应方框内打“ ) 岁罗 净崃 崎 伽 琴 期期 彰哆 夥“ 粮| 拳 、 名名签签 者师 作导 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 【摘要】阐述了本论文研究的背景和意义，介绍了d a t a m a t r i x 二维条码识别技术和邮资数字戳印的 发展研究现状。最后阐述了本论文的主要研究的内容。 1 1 课题研究的背景和意义 随着经济全球化、信息网络化进程的加快，在信息技术迅速发展的今天，信息技术已 成为推动我国经济发展，实现产业优化升级以及工业化、现代化的重要手段。作为信息技 术的重要组成部分，自动识别与数据采集技术实现了信息系统获取信息的高效率与自动 化，是促进信息有效利用的重要技术手段【1 】。二维条码技术作为自动识别与数据采集技术 的重要组成部分之一。二维条码识别技术是以计算机、光电技术和通信技术的发展为基础 的，集编码、印刷、识别、数据采集与一体的综合性科学技术，是信息数据自动识别、输 入的重要方法。在众多自动识别技术中，条码技术是目前应用最广的一种自动识别技术。 它越来越被人们所认识和接受，己成为一种推动经济发展和社会进步的重要力量【2 】。 与其他自动识别技术相比，二维条码技术具有输入速度快、可靠性高、成本低廉、易 于操作、采集信息量大、灵活实用等许多优点。二维条码具有编码高密度、信息容量大、 编码范围广、纠错能力强、译码可靠性高，可进行信息加密等特点，克服了一维条码的诸 多缺点。二维条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码， 也可以表示多种语言文字和图像数据。它是实现高可靠性信息存储、携带并自动识读的最 理想方法。d a t am a t r i x 条码作为二维条码中的一种，是目前一种应用非常广泛的主流二 维条码。它具有二维条码的所有优点。目前由国际标准化组织i s o 与国际电工委员会i e c 已经完成了d a t am a t r i x 二维条码码制国际标准( i s o i e c l 6 0 2 2 条码符号规范) 制定。 d a t am a t r i x 可编码字符最大数据集包括汉字字符( g b 2 3 1 2 对应得汉字和非汉字字符) 可达1 8 0 0 多个字符，d a t am a t r i x 二维条码符号可以3 6 0 度识读。条码表面受到3 0 的污 染或损伤，照样可以1 0 0o 6 0 地识读出来。有些条码甚至只需要读取资料的2 0 即可精确辨 读【3 1 。在目前所有的二维条形码中，d a t am a t r i x 的尺寸是所有条形码中最小的，因为它发 展的构想就是希望在较小的条码标签上存入更多的资料量，并且d a t am a t r i x 二维条码的 尺寸与其编入的资料量却是相互独立的，因此它的尺寸比较有弹性【4 】。与p d f 4 1 7 等二维 1 浙江工业大学硕士学位论文 条码相比它更具有编码、识读及应用优势。 d a t am a t r i x 二维条形码技术正在或即将广泛的应用在社会的各个领域上，但其最核 心的技术都掌握在美日等国的少数几家大公司手中，我国虽然奋起直追也已经取得了编解 码和纠错算法的一些研究成果，但是在d a t am a t r i x 识别算法方面仍然比较薄弱，识别速 度慢、识别准确率不高、识别装置价格昂贵已经成为制约d a t am a t r i x 二维条码技术发展 在我国的瓶颈 5 】，同时另一方面虽然d a t am a t r i x 二维条码的标准和编码算法虽然己经公 开。但是国内译码的算法却很少。为使我国在二维条形技术方面不受美日等国制约降低条 码自动识别技术装置的成本，提高识别速度和识别率。对d a t am a t r i x 二维条形码识别系 统的软件的研究( 如d a t am a t r i x 码的编码算法、加密算法、图象处理算法、纠错码的编 码和译码算法等) 势在必行。 传统的邮票由国家邮政总局统一发行，用户支付邮资时要先到邮局购买邮票，然后按 规定的邮资额将邮票粘贴在邮件封套上。根据邮资额的不同，用户往往要购买不同面值的 邮票搭配使用。在邮件量小、处理速度要求不高的情况下，这样的邮资支付方式还是容易 接受的。但随着邮件量的增加，特别是大宗用户交寄邮件时，粘贴传统邮票的方式就很不 适应了。目前，过去在处理大宗用户业务时，邮局采用在邮件上加盖邮资己付戳来代替粘 贴邮票，这种邮资支付方式处理速度快，但却没有反映用户支付的邮资金额，这就有可能 造成大宗邮件邮资“跑、冒、滴、漏现象，使邮政部门蒙受了经济损失【6 】。同时由于传 统的实物邮票销售方式决定了它不可能有任何有价值的记录，所以它只能从硬件上实现防 伪，如使用和纸币类似的防伪技术，但是代价较昂贵。由于传统信件量的逐年减少，世界 邮政正将目光转向新技术和互联网，力求通过这些渠道为顾客提供电子邮政服务以满足顾 客的需求，同时也为邮政开辟新的收入渠道【7 】。 随着高新技术的发展，近几年来使用新型数字式邮资机打印邮资戳印在世界许多国家 的邮政部门得到很大的发展。相对于印刷技术要求很高的邮票而言，由于邮资机戳印图案、 色彩要简单许多，因此假冒的邮资机戳时有出现，给邮政经营造成了较大损失。 中国邮政从2 0 0 7 年起开始逐步引进数字式邮资机。数字式邮资机打印的数字式邮资 戳印具有戳印清晰、防伪功能强、通信能力好等特点，并且数字式邮资戳印是采用二维条 码作为它的防伪码，每枚带有二维条码的邮资戳印，相当于带有自己的特殊“密码”，具 有很高的防伪性，每个邮戳对应唯的机器码，可以杜绝一戳多件而造成的邮资流失，符 合邮政部门的各种业务要求。但目前数字式邮资机对中国邮政还是一个新生事物，尤其是 如何利用数字式邮资机打印防伪戳记的功能，构建个中国邮政安全的邮资处理平台问题 浙江工业大学硕士学位论文 在国内还是一篇空白【8 】。因此研究数字式邮资机特别是针对数字式邮资机打印防伪戳记问 题，从防伪码的信息内容、如何生成使用、如何识别数字邮资戳印方面进行深入的探讨和 研究，使之成为数字式邮资机在中国邮政的推广使用的技术依据，为进一步为构造中国邮 政邮资安全处理平台的使用和管理工作打下坚实基础。 综上所述，本论文对数字式邮资戳印防伪码d a t am a t r i x 二维条码的生成和识别算法 研究不仅具有十分重要的理论意义，而且二维条码自主产权的掌握，可以降低产品的成本， 具有经济意义。同时本研究也有利于提高邮政作业的工作效率，有利于我国邮政全力推进 邮局自动识别系统的计算机管理，加快邮政现代化建设步伐，更具有现实意义。 1 2d a t am a t r i x 条码技术的国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外对二维条码始于2 0 世纪4 0 年代的美国，至今已有5 0 多年的历史。d a t am a t r i x 码 是最早的二维条码，在1 9 8 8 年5 月d e n n i sp r i d d y 和r o b e r ts c y m b a l s k i 在d a t am a t r i x 公 司发明了d a t am a t r i x 码【l 】。其发展的构想是希望在较小的条码标签上存入更多的资料量。 早期的d a t am a t r i x 码是从e c c 0 0 0 到e c c 1 4 0 ，也是极少数把卷积运算用于纠错的二维 条码，那时属于非公开码。到1 9 9 5 年5 月，j a s o nl e 对d a t am a t r i x 码进行改进，他把 r e e d s o l o n m 纠错算法用于d a t am a t r i x 码，称为e c c 2 0 0 9 1 。r e e d s o l o m n 纠错算法有比 卷积算法更高的抗突发性错误的能力。1 9 9 5 年1 0 月国际自动识别制造商协会接受d a t a m a t r i x 码成为公开的二维条码。时至今日，在二维条码符号表示技术研究方面，已研制出 多种二维条码，全球大概有p d f 4 1 7 、d a t am a t r i x 、q rc o d ec o d e 4 9 等三十多种二维条码， 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。其中只有p d f 4 1 7 、d a t am a t r i x 、m a x ic o d e 等3 种已经成为国 际自动识别制造商协会( a i m ) 的标准。在二维条码标准化方面的研究，国际自动识别制 造商协会( a t m ) 、美国标准化协会( a b s i ) 完成了p d f 4 1 7 ，q rc o d e ，c o d e4 9 ，c o d e 1 6 k ，c o d eo n e 等码制的符号标准，而二维条码技术国际标准由国际标准化组织i s o 与 国际电工委员会i e c 成立的第1 联合委员会j t c l 的第3 1 分委员会，即自动识别与数据 采集技术分委员会( i s o i e c j t c i s c 3 1 ) 己经完成了p d f 4 1 7 、c o d e1 6 k 、d a t a m a t r i x 及m a x ic o d e 等二维条码码制的i s o 标准的制定【l o 】，另外a z t e cc o d e 等码制标准正在研 究制定过程中。系统一致性方面的标准已完成二维条码符号印制质量的检验( i s 0 i e c 1 5 4 1 5 ) 、二维条码试读器测试规范( i s 0 i e c1 5 4 2 6 2 ) 。在二维条码识别算法研究方面， 3 浙江工业大学硕士学位论文 美国的m e t r o l o g i c 公司、s y m b o l 公司、h h p 公司、意大利的d a t a l o g i c 公司和 日本的d e n s o 、c a s i o 公司【5 】等几家国外大型条码公司都已经拥有了较成熟的编码、解 码、纠错及识别算法，并能够生产二维条码相关的各种打印设备及识读设备。在二维条码 设备开发研制和生产方面，美国、日本、德国等国的设备制造商生产的识读设备、符号生 成设备，已经广泛的应用于各类二维条码应用系统。目前，二维条码在国外已经是一项非 常成熟的技术。西班牙政府在企业和个人的税务报表上打印二维条码，方便地实现了税务 数据的传递，消除了烦琐的数据重复录入，杜绝了数据的非法篡改，防止了计算机病毒的 相互传递，减轻了计算机网络建设的负担【1 1 1 。美国亚利桑那州等十多个州的驾驶证、美 国军人证、军人医疗证等几年前就已采用了二维条码技术【1 2 】，美国ata 是美国航空业 的权威技术协会，它要求飞行器上的标识字符采用d a t am a t r i x 二维条码。其优点是包含 的信息量大，在钛合金表面打上永久性d a t am a t r i x 符号，不产生破坏应力，而其它打印 字符都会产生危险的应力。美国汽车工业集团a i a g 及欧洲汽车工业协会已发出通知，要 求汽车零部件及整车上打刻二维条码d a t am a t r i x 【l 引。 美国国防部以及美国半导体及材料协会也正打算用d a t am a t r i x 二维条码用在各自的 领域。德国、日本、墨西哥、埃及、哥伦比亚、巴西、新加坡、加拿大等国不仅已将二维 条码技术应用于公共安全、外交、物流、邮政、医疗、商业和对各类证件的管理和身份识 别，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【1 4 】等。 1 2 2 国内研究现状 我国对二维条码技术的研究开始于1 9 9 3 年。虽然我国条码自动识别技术发展较晚， 但进展很快。中国物品编码中心对几种常用的二维条码p d f 4 1 7 ，q rc o d e ，d a t am 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，促使我 国条码技术推广应用和条码设备生产得到了迅速发展，条码系统成员发展到了几万家，使 用条码标识的产品达到了几十万种。条码自动扫描商店( p o s ) 发展到几万家。在生产、 仓储、交通运输、医疗等领域也建立了一批p o s 系统，e d i 也开始在一些领域试点。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【5 】，中国物品编码中心在原国家质量技术监督局和国家有关部门的大力支持下，对 二维条码技术的研究不断深入。在消化国外相关技术资料的基础上，于2 0 0 3 年3 月制定 4 浙江工业大学硕士学位论文 完成了二维条码标准体系，给出了我国二维条码标准体系的总体框架，以作为规划、计划 我国二维条码技术与应用标准的基础与依据。目前，我们已经在基础标准制定上取得了一 定的进展。中国物品编码中心已经制定了3 个二维条码的国际标准：g b t1 7 1 7 2 1 9 9 7 四 一七条码，g b t1 8 2 8 4 2 0 0 0 快速响应矩阵码与汉信码 1 3 】。 目前二维条码技术已在我国的汽车行业自动化生产线、医疗急救服务卡、涉外专利案 件收费、珠宝玉石饰品管理、高速公路收费管理及银行汇票上得到了应用【1 6 】，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。1 9 9 9 年3 月在北京举行的全国人大第九届 三次全体会议和全国政协第九届三次会议期间，在随行人员证件、记者证、旁听证上成功 地应用了二维条码技术，引起了与会代表和新闻界的极大关注：我国香港别行政区已将二 维条码应用在特别行政区的护照上。龙贝二维条码的出现以及具有自主知识产权的二维条 码一汉信码的研发成功，实现了我国自主知识产权标准零的突破，必将更加有力的推动二 维条码在我国的应用。 另外，我国已有1 0 0 0 多家公司、研究所、企业、大专院校在从事条码自动识别装备 的研究、开发、生产、销售。已由原来的代卖代销国外产品发展到了自行研制、生产、开 发，正在逐步向国产化迈进，年销售达到了十亿人民币，条码自动识别技术装备产业在我 国已有了一个雏形【1 7 】。部分企业还开发出了具有自主知识产权的条码识别技术设备，并 在利用国外先进技术和产品进行二次开发和集成应用等方面也取得重大突破。厦门大学已 经在2 0 0 4 年取得五种二维条码p d f 4 1 7 、q rc o d e 、c o d eo n e 、d a t am a t r i x 、m a x ic o d e 的编译码和纠错算法等成果f 5 】。但就目前总的来说，我国拥有自主知识产权的条码技术和 产品非常有限，新大陆是国内唯一拥有核心技术的二维条码自动识别公司，但最终都没有 实现核心技术的自主化 1 8 。由此可以看出二维条形码技术与国外先进水平还有很大的距 离，大部分产品的核心技术还被国外企业所掌握。我国现在使用的条码自动识别技术装备 全打多数还是依靠国外进口或零部件组装，国内条码自动识别技术装备开发、生产能力还 相当薄弱。据统计我国二维条码技术的销售额还不到全球销售额的1 ，另一方面由于我 国幅员辽阔，人口众多，因此中国是一个潜力巨大的新兴市场。据有关资料统计分析显示， 2 0 0 4 年条码识别技术装备在我国市场的销售额总计约为3 0 亿元人民币，而且每年将以3 5 左右的速度增长，我国已成为全球条码技术装备市场增长最快的国家【l9 1 。这对国内的条 码产业即是机遇又是挑战。由于二维条码技术在海关、公安、税务、金融、工商管理等领 浙江工业大学硕士学位论文 域的应用。因此该项技术受到了党和国家领导人的高度重视。目前有关部门正在制定实施 方案，尽快在国内的一些行业进行试点及推广应用。显然中国的二维条码市场具有不可限 量的巨大潜力，二维条码技术有着十分广阔的应用前景。但是二维条码技术识别装备贵、 速度慢、准确率不高已成为制约二维条码技术在我国的瓶颈，加之该技术具有商业保密性， 资料来源较少，相关研究受到很大限制，因此我国对二维条码自动识别技术的研究可以说 是任重而道远。 总之，在我国二维条码在邮政和电子邮票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 3 邮资数字戳印的国内外发展现状 1 3 1 国外邮资数字戳印使用概况 据资料介绍，1 9 0 4 年新西兰成为最早使用邮资机的国家，但邮资机与日戳组合则是 1 9 2 0 年由美国首先使用的。因此美国成为世界上最早使用邮资机打印有资戳印的国家【2 0 1 。 邮资机是一种可以根据邮件种类和重量计算出相应的资费金额，在邮件或签条上打印 邮资凭证，并有记账和结算功能的自动化邮政机具【2 1 1 。邮资机打印的邮资凭证称为邮资 机戳印。邮资机戳印是一种复合式戳印，通常由日戳、邮资戳两部分组成，近年来有部分 国家的邮资机戳印又增加了宣传戳和防伪码【2 2 】。邮资机戳印可以直接打印在邮件上，也 可以印在纸签上，然后再贴在邮件上使用。邮资机戳印直接打印在邮件上，通常称为邮资 机戳。若先打印在专用的纸签上再粘贴在邮件上，则称为邮资机签条( 即邮资标签) 。 目前，许多国家邮政部门使用邮资机打印邮资机戳印，邮资机戳印已成为邮资凭证的 一种形式。邮资机实际上就是邮政的印钞机，由邮资机打印的邮资戳印即代表了实际的金 额和收入，可保障邮资安全可控。国外邮资机戳印的图形与文字基本是右部为邮资金额戳 记，左部则为日期戳记。 邮政上首次正式利用的二维条形码技术是1 9 9 9 年8 月9 日美国邮政推出网络邮资 ( i n t e m e tp o s t a g e ) 。1 9 9 9 年3 月澳大利亚世界邮展期间，该国邮政发行了1 个名为“未来 邮件 的纪念封，封上的邮资机戳用电脑打印，也含有二维条形码【2 3 1 。 2 0 0 0 年以后，伴随着信息化技术的迅速发展，国外开始陆续使用并正在逐步推广增 加二维码的邮资机戳印。例如美国已用二维码邮资机戳印取代以前的有数字式注册许可证 号码的邮资机戳印或邮资机签条，而且还能够在平信或航空邮件上打印邮资机戳印；德国 也在推广使用带二维码的邮资机戳印。而塞浦路斯邮政则是采用了带一维条形码的邮资机 6 浙江工业大学硕士学位论文 戳印，将挂号签条同邮资机符志融为一体2 4 1 。 1 3 2国内邮资戳印发展的主要变化和现状 二十世纪5 0 年代初期，根据邮政业务发展需要，中国邮政开始在收寄大宗信函和印 刷品时使用手工盖印的“邮资已付戳记作为邮资凭证。盖“邮资已付邮戳处理大宗 邮件可以节省贴邮票时间，有利于提高工效和降低成本。 随着自动化技术的发展，上世纪8 0 年代初出现了“邮资己付 邮戳电动盖戳机，对 那些外观为信封状、厚度较小的大宗邮件进行机器盖戳，从而进一步提高了工作效率。有 的“邮资己付 电动盖戳机上还加装邮政宣传戳或水波纹线。但形状不够规则或厚度较大 的邮件仍然只能使用手戳，形成手盖戳与机盖戳并用的局面。 8 0 年代中期，随着邮政业务的发展需要，我国开始从国外少量引进和试用几种型号 的邮资机，如美国的“必能宝、瑞士的“哈斯勒 、法国的“n e o p o s t 等等，用邮资机 戳印代替邮票作为邮资凭证【2 5 1 。 1 9 9 2 年1 月，邮电部认真总结了邮资机的使用经验，认为使用“邮资已付”电动盖 戳机后虽然减轻了工作人员劳动强度，提高了邮件处理速度，但从邮政业务管理方面来说， 存在着邮政企业较难实施邮资的准确计费和资费收取等问题。而邮资机可以在加强资费管 理，有效控制邮资的误收、漏收，增加外汇收入，提高处理规格质量和效率，减轻劳动强 度等方面发挥良好作用。同时，由于邮件可直接进入邮政部门的分拣环节，加快了邮件处 理速度，保证邮件传递时限，最终使用户受益。此外，邮资机既可处理大宗邮件，又可在 邮政业务窗口收寄各种邮件，应用十分方便。 1 9 9 9 年1 月，国家邮政局宣布停用“邮资已付”邮戳，开始批量引进国外邮资机， 用邮资机加盖的资费日戳戳印替代“邮资已付 邮戳。这将有助于提高邮政资费透明度， 制止跨界揽收、低资费收寄邮件的行为。 在2 0 0 1 年中国国际邮政物流技术设备展览会上也曾展示过多种带有二维条形码的邮 政邮资凭证。2 0 0 3 年3 月福州联信自助邮政自助收寄机正式启用，用户寄挂号邮件时， 将会的到一枚带二维条形码的“挂号邮件收据”。这是我国邮政首次使用二维条形码这一 崭新的数据存储和通信技术【z 3 | 。 含有二维条形码的有资戳印具有很好的发展前景。这是因为，第一，新型邮资机戳印 具有更好的防伪性能，它具有很高的防伪性，符合邮政部门的各种要求：第二，有利于强 化邮政系统的业务管理。在二维条码设计时，不仅可以将用户代码、邮资机编号、打印日 7 浙江工业大学硕士学位论文 期等信息编入，还可对邮件重量、邮资金额等数据进行处理、统计，有利于有效的日常管 理，甚至实现联网监管。所以，带二维条码的新型邮资机戳印取代旧式邮资机戳印，将是 大势所趋。 1 4 课题研究的内容 本课题研究了邮政上数字邮资戳印上防伪码d a t am a t r i x 条码的生成方法，以及d a t a m a t r i x 二维条码图像的识别算法，在此基础上研究开发了数字邮资戳印上防伪码d a t a m a t r i x 二维条码的识别系统。本文共分为六章，各章内容安排如下： 第一章主要提出本论文的研究背景、研究目的和研究意义，介绍了d a t am a t r i x 二维 条码识别系统和数字邮资戳印的发展现状，最后阐明本论文的主要研究内容。 第二章首先介绍了d a t am a t r i x 码作为数字邮资戳印中防伪码的标准，接着详细介绍 了d a t am a t r i x 条码的基本结构、编码原理和图像生成标准。然后重点分析和实现了3 d e s 的加密算法。最后按照防伪码的标准用v c + + 实现了数字邮资戳印的d a t am a t r i x 二维条 码生成系统。 第三章以扫描的数字邮资戳印d a t am a t r i x 二维条码为例，主要详述了条码图像的处 理过程，并对各个过程进行了详细的研究。根据d a t am a t r i x 二维条码的特点提出了基于 投影法的d a t am a t r i x 条码的识别方法，主要包括图像的灰度化、中值滤波、二值化、条 码的初定位和精确定位等算法。深入探讨了在条码图像处理方面如何可以提高条码的识别 率。 第四章对数字邮资戳印上的d a t am a t r i x 条码经图像处理过后所得到的码字序列进行 译码，主要包括d a t am a t r i x 条码的解码、r e e d s o l o m o n 码的纠错和m a c 码的验证程序， 重点分析了r e e d s o l o m o n 纠错码的生成算法和纠错算法，对其流程作了深入探讨和研究， 并实现相应的程序。 第五章对整个系统进行测试以确定程序的可行性和稳定性，分别对d a t am a t r i x 编码 和解码程序，r e e d s o l o m o n 纠错码的纠错能力和条码的图像处理能力等进行测试。对测 试结果进行了详细的分析，结果表明数字邮资戳印上d a t am a t r i x 识别系统能够快速、准 确的识别出条码。 第六章对全文的工作进行归纳和总结，并且对今后课题更进一步发展的提出了设想和 展望。 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条码的生成 【摘要】本章对数字邮资戳印防伪码d a t a m a t r x 条码的标准进行了介绍，然后根据这个标准和d a t a m a t r i x 条码的标准用v c + + 实现了数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条形码符号的生成。 2 1 数字邮资戳印上d a t am a t r i x 条码的要求 随着高新技术的发展，近几年来使用新型数字式邮资机打印邮资戳印在世界许多国家 的邮政部门得到很大的发展，每枚带二维条码的邮资凭证，相当于带有自己的特殊“密码”， 具有很高的防伪性，每个邮戳对应唯一的机器码，可以杜绝一戳多件而造成的邮资流失， 符合邮政部门的各种业务要求；在二维条码设计时不仅可以将用户代码、邮资机编号、打 印日期等信息编入，还可对邮件重量、邮资金额等数据进行处理、统计，有利于有效的日 常管理，甚至实现联网监管；二维条码技术既可用于邮政营业窗口，又可用于处理大宗邮 件，有良好的经济效益，又易于普及应用。虽然我国对二维条码的新型邮资机戳印还没有 具体制定标准，但这项工作已经得到国家的高度重视。北京邮政科学研究设计院受中国邮 政集团公司和北京市邮政公司的委托，承担设计了邮资机和邮资系统戳印技术标准。这个 标准现在还没有实施而处于征求意见稿时期。本文所介绍的数字邮资戳印上d a t am a t r i x 二维条码的要求都是来自于这个标准【2 6 1 。 2 1 1 数字邮资戳印的式样和外形尺寸 邮资系统戳印戳印有两种类型，一种叫机械戳印即用实物戳体压印出的戳迹，它也就 是传统的戳印。另外一种为数字邮资戳印，也即除采用实物戳体压印以外的方法生成的戳 迹。因为二维条码的新型邮资机戳印是属于数字邮资戳印，所以这里重点介绍数字邮资戳 印。 数字邮资戳印的式样和外形尺寸如图2 1 所示i 9 浙江工业大学硕士学位论文 】1 m ：铑术 一11 一i l 一 2 4 一 = i 徽标 地即院息 = i 村【牛勾f 自息和资9 嗽口 ，哥 防伪 资费金额 卜 码 u , j t , 卅漶i n t 1 2 5 2 47 1_-一一 5 0 图2 1数字邮资戳印式样和外形尺寸 数字邮资戳印各区域尺寸为： ( 1 ) “徽标区域尺寸为1 l m m l l m m ； ( 2 ) “地理信息、机构信息和资费戳号 区域尺寸为2 4 m m l1 m m ； ( 3 ) “资费金额”区域尺寸为2 4 m m x 7 m m ； ( 4 ) “时间信息”区域尺寸为2 4 m m 5 m m ； ( 5 ) “防伪码 区域尺寸为1 2 5 m m x l 2 5 m m 。 2 1 2数字邮资戳印的区域信息 数字邮资戳印的区域文字应包含下列信息： ( 1 ) 中国邮政徽标，采用y z 厂r0 0 3 5 2 0 0 2 中国邮政徽标组合规范三； ( 2 ) 人民币标志“￥； ( 3 ) 资费金额，用5 位数表示，中间用小数点隔开，如“￥0 0 1 0 0 ”； ( 4 ) 地理信息； ( 5 ) 机构信息； ( 6 ) 资费戳号； ( 7 ) 时间信息。 数字邮资戳印的防伪码区采用d a t am a t r i x 二维条码。 2 1 3 数字邮资戳印防伪码( d a t am a t rix 码) 技术要求 ( 1 ) 条码 l o 浙江工业大学硕士学位论文 1 条码类型 遵循国际标准“i s o i e c16 0 2 2 ：2 0 0 0 ，采用数据矩阵码( d a t am a t r i x ) e c c 2 0 0 正方 形符号类型。 2 模块宽度 模块宽度采用o 5 1 r a m 。 3 空白区 符号四周空白区的最小宽度为1 个模块宽度，见( 2 ) 。 4 数据编码 数据编码采用b a s e2 5 6 编码方案。 5 信息格式 信息格式由厂商代码、密钥版本号、表头号、总处理件数、单件邮资、处理时间和m a c 验证码等7 个信息项顺序组成，共17 个字节。 厂商代码由1 位数字表示，数字范围为：1 湘邮；2 必能宝；3 - n e o p o s t ；4 北京科 研院；5 浙江工大普特；6 上海院。编码占用1 字节，采用该数值对应的1 6 进制a s c i i 码值表示，见表2 1 。 密钥版本号由1 位数字表示。编码占用1 字节，采用该数值对应的1 6 进制a s c i i 码 值表示，见表2 1 。 表头号用7 位数字表示。编码占用3 字节，采用该数值对应的6 位1 6 进制值表示( 高 位在前低位在后，位数不足高位用0 补足，下同) ，见表2 1 。 总处理件数用9 位数字表示。编码占用4 字节，采用该数值对应的8 位1 6 进制值表 示，见表2 1 。 单件邮资取值范围为0 0 1 9 9 9 9 9 。编码占用3 字节，采用单件邮资乘以1 0 0 后的整 数值对应的6 位1 6 进制值表示，见表2 1 。 处理时间用6 位数字表示，由4 位日历年的后2 位数字，日历月的2 位表示数字和日 历日的2 位表示数字组成，编码占用3 字节，采用该数值对应的6 位1 6 进制值表示，见 表2 1 。 m a c 验证码由以上6 个信息项编码，经3 d e s 算法生成。编码占用2 字节，算法见( 3 ) 。 表2 1 为上述信息的示例。 浙江工业大学硕士学位论文 表2 1 条码信息内容示例表 ( 2 ) 规格式样 1 防伪码式样 防伪码式样见图2 2 ，尺寸单位：咖。 0 - 5 卜i e 墨型l 图2 - 2 防伪码式样 2 防伪码尺寸 防伪码符号尺寸为：0 51 * 2 0= 1 0 2 0 m m 空白区尺