二维条码文献综述.doc

二维条码（PDF417）的防伪技术研究4号黑体加编页码1 二维条码1.1 二维条码的产生条码技术自20世纪70年代初问世以来，发展十分迅速，仅仅20年时间，它已广泛应用于商业流通、仓储、医疗卫生、图书情报、邮政、铁路、交通运输、生产自动化管理等领域。条码技术的应用极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。由于受信息容量的限制，一维条码通常是对物品的标识，而不是对物品的描述。所谓对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条码的形式标识在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读，代码或一维条码本身不表示该产品的描述性信息。因此，在通用商品条码的应用系统中，对商品信息，如生产日期、价格等的描述必须依赖数据库的支持。在没有预先建立商品数据库或不便联网的地方，一维条码表示汉字和图像信息几乎是不可能的，即使可以表示，也显得十分不便且效率很低。随着现代高新技术的发展，迫切需要用条码在有限的几何空间内表示更多的信息，以满足千变万化的信息表示的需要。二维条码 （2-dimensional bar code）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。二维条码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。1.2 二维条码的分类及发展国外对二维条码技术的研究始于20世纪80年代末。在二维条码符号表示技术研究方面，已研制出多种码制，常见的有DF417， QR Code，Code 49，Code 16K，Code One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PDF417的信息密度是一维条码Code39的20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（AIM）、美国标准化协会（ANSI）已完成了PDF417， QR Code，Code 49，Code 16K，Code One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一联合委员会的第三十一分委员会，即条码自动识别技术委员会（ISO/IEC/JTC1/SC31），已制定了QR Code的国际标准 （ISO/IEC 18004：2000自动识别与数据采集技术条码符号技术规范QR码，起草了PDF417， Code 16K，Data Matrix， Maxi Code等二维条码的ISO/IEC标准草案。在二维条码设备开发研制、生产方面，美国、日本等国的设备制造商生产的识读设备、符号生成设备，已广泛应用于各类二维条码应用系统。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、巴林、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1993年。中国物品编码中心对几种常用的二维条码PDF417， QR Code，Data Matrix， Maxi Code，Code 49，Code 16K，Code One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研究和需求与日俱增。例如：矽感科技条码识别子系统采用自主知识产权的CIS影像传感技术，配合自主研发的CompactMatrix二维条码，克服了软硬件方面的专利壁垒，有效地降低了二维条码识别子系统的成本。龙贝二维码系统拥有包括底层核心技术的全套自主知识产权，填补了我国空白。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，制定了两个二维条码的国家标准：GB/T 17172-1997四一七条码，GB/T 18284-2000快速响应矩阵码。有关龙贝二维条码，矽感二维条码的中国标准正在制定过程中，为使二维条码技术能够在我国的证照管理领域得到应用，在国外应用软件平台的基础上，中心开发了人像照片和指纹数据压缩软件。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、珠宝玉石饰品管理及银行汇票上得到了应用；1999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； 我国香港特别行政区已将二维条码应用在特别行政区的护照上。对于我国自主开发的龙贝二维条码和CM二维条码的应用已经有相关的报道，它将广泛地应用于安全性要求高的各类证照，物流和信息流同步要求高的邮政、生产线、仓储、货物配送等领域以及管理要求高的银行、工商、税务、海关等部门。中国民航总局在全国127个机场的机动车驾驶证安全防伪系统中开始采用龙贝二维条码。在中国民航驾驶证的龙贝二维码中装有24位全天然彩色面部照片生物装置，面积只有6.0厘米，且信息密度比美国军人身份证采用的二维码技术要高24.55倍，比美国最先进的肯塔基州驾驶证要高66.26倍。矽感科技研究开发的拥有完全自主知识产权的CM二维条码及相应的识读技术，在其关键的信息存储量最大可达32KB，从而使得利用这一技术对诸如头像、指纹、声音、掌纹等更多的信息进行编码和存储成为可能，且可容纳信息密度高、纠错能力强、译码可靠性高，加之该公司采用独特的CIS影像传感专利技术，使其识读设备具有极高的价格竞争力。美国40个州驾照制作有望全面采用中国的CM二维条码(CompactMatrix)技术，还与墨西哥达成了其全国身份证使用这一技术的推介应用意向。1.3 二维条码的防伪技术种类我国条码技术虽然起步较晚，但是发展很快。目前，许多部门已将二维条码用于人员管理和物品管理。在防伪领域，二维条码也显示了它独特的优越性，防伪技术术语标准将二维条码归为多媒体类中的一种防伪技术。二维条码难以伪造，可以与其他防伪技术结合运用，能够有效地防止伪造现象，是目前防伪技术中的一个研究热点。目前国内二维条码的防伪技术有：1. 二维条码互动防伪系统。它是由一个网络服务器作为防伪中心的设备，通过由DDN专线、中断线、Cisco25511、HOB 组成的互联网络连接线路与企业计算机终端实现数据的传递，具有互动防伪的效果。2. 组合编码防伪方法。它是一种用于产品防伪的组合编码防伪方法。组合编码包括数字编码及条形码或二维码。数字编码用于消费者通过电话、Internet或手机短信息等方式检验产品真伪。条形码或二维条码用于市场监管人员查证。这种防伪方法为消费者及市场监管人员验证产品真伪提供了方便，可有效的满足防伪需要。3. 二维条码防伪印刷方法。它是一种用于票证、商品编码、条形码、二维条码的防伪印刷。这种印刷是将版面分次印刷，从印刷品的编制码着手，在编码中选定指定码。指定码由用户根据需要自己指定。变色、变形和组合则由计算机程序控制，将指定码印出变色、变形或它们组合的数码标志，这是目前使用先进的机械印刷方法才能完成的。4. 覆隐二维条码防伪技术。就是在保持条码原有几何结构不变的情况下，运用印刷设备、贴标设备、烫印设备，对条码进行光化学处理，使条码的PCS 值条、空对比度降到0，但仍然能够被覆隐条码专用阅读设备阅读，条码信息不能被拷贝。采用覆隐防伪机读油墨将印刷在商品包装上的个性化条码信息覆隐后，条码信息层、覆隐层和商品包装融为一体，被覆隐的条码信息肉眼和可见光波段的仪器不可见，保密防伪性能极强。5. 二维条码符号中条空反射率的差异对译码识读的影响。与可逆温变油墨结合印刷二维条码符号，温变前后，条码符号条、空颜色发生变化，使二维条码数据信息的读取成功或失败，达到防伪效果。2 PDF417的特点及防伪2.1特点PDF417二维条码是一种高密度、高信息量的便携式数据文件，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。PDF417二维条码具有如下特点： 1、信息容量大 根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳250到1100个字符。在国际标准的证卡有效面积上(相当于信用卡面积的2/3，约为76mm*25mm),PDF417条码可以容纳1848个字母字符或2729个数字字符，约500个汉字信息。PDF417条码可以将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等凡可数字化的信息进行编码。这种二维条码比一维条码信息容量高近百倍。 2、译码可靠性高 普通条码的译码错误率约为百万分之二左右，而PDF417条码的误码率不超过千万分之一，译码可靠性极高。 3、纠错能力强 PDF417二维条码采用了世界上最先进的数学纠错算法，如果条码破损面积不超过50，由于沾污、破损等所丢失的信息，一般都可破译出来。 4、容易制作且成本低 利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏/热转印、制卡机等打印技术，即可在纸张、卡片、PVC、甚至金属表面上印出PDF417二维条码，由此所增加的费用仅是油墨的成本，因此人们又称PDF417是零成本技术。5、保密，防伪性能好。2.2 防伪PDF417二维条码具有多重防伪特性，它可以采用密码防伪、软件加密，以及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能。 防伪行业五花八门的防伪技术层出不穷，但是一种真正优秀的防伪技术必须具备以下几个特点：1. 防伪成本低廉，保证成本可用性，企业可在大范围内接受采纳防伪技术。2. 辨认惟一，确保防伪特征的辨认结果具有惟一性，同时识别方法要简便、迅速，一项好的防伪技术应不受时间、场合、环境的限制。3. 防伪技术具有独占性和不可替代性，在诸多的生产防伪产品要素中，至少要有一种必不可少且不可替代的要素始终独家占有，才能避免被仿冒。4. 具有很强的防伪实用性，不易被攻破，防伪寿命长。就二维条码本身来说（以PDF417 码为例），并不能同时具备以上几个条件，它的关键技术是编码技术。但是由于PDF417 条码不是专用信息安全技术，一旦被伪造者掌握编码、译码方法就可以伪造或简单识读，甚至可以简单复制。因此，PDF417条码技术要在防伪领域广泛应用，必须与其他防伪技术相结合。第一，与加密技术结合：PDF417 条码的防伪加密技术就是在PDF417 条码的基础上运用密码学的原理把密钥的私钥或公钥体制与PDF417条码的编码技术相结合，根据不同的用途，结合不同的加密算法可以进行数据加密，从而克服了条码所载信息在网上和其他物理空间传输时容易被破译和复制的缺点。引用了加密算法的PDF417条码具有很高的保密性和防伪性，可以广泛的应用于各个领域并可直接或间接的带来巨大的经济和社会效益。 第二，与生物识别技术结合：这种结合就是将PDF417条码技术与生物识别如虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别技术、DNA 检测技术等结合，凭借这些生物特征的惟一性，使得标识信息惟一，从而达到很高的防伪性。 第三，与数字水印技术相结合：数字水印技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。在证卡管理中，利用PDF417 条码技术和数字水印技术相结合，一方面用PDF417条码存储持卡人的文本信息，另一方面用数字水印技术携带持卡者的图像信息，这种结合方法可以达到很高的防伪效果。第四，与纹理防伪技术结合：纹理防伪技术是通过在纸浆中掺入符合标准要求的有色纤维，生成纹理纸，制成纹理标签。每个纹理标签上形成一个随机的、个性化的三维结构。纹理防伪技术就是将纹理信息及其他重要信息用信息密度很大的PDF417条码标识出来，用户在条码的识读中获取纹理信息和纹理标签上的纹理分布对比，即可分辨真伪。这种防伪技术在批量小、价格昂贵的高档商品的防伪中有着很大的发展前途。3 总结自Symbol公司1991年将PDF417作为公开的系统标准技术后，PDF417条码为越来越多的标准化机构所推崇。如： AIM - 1994年被选定为国际自动识别制造商协会（AIM）标准。ANSI MH10.8 - 1996年美国标准化委员会(ANSI)已将PDF417条码做为美国的运输包装的纸面EDI的标准。CEN - 97年欧洲标准化委员会(CEN)通过了PDF417的欧洲标准。国际标准化组织(ISO)与国际电工委员会(IEC)的第一联合委员会第三十一分委员会正在起草PDF417二维条码标准。中国 - PDF417二维条码已列为95期间的国家重点科技攻关项目。97年12月PDF417条码国家标准四一七条码已经正式颁布。 AIAG/ODETTE1995年北美和欧洲汽车工业组织已将PDF417选定为各种生产及管理/纸面EDI的标准。AAMVA1995年美国机动车管理局将PDF417选定为所有驾驶员及机动车管理的二维条码应用标准。美国一些州、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PDF417选为机读标准。TCIF美国工业论坛已将PDF417列为重要电讯产品的标识标准。EDIFICE欧洲负责EDI及条码在电子工业方面应用的工业组织已将PDF417定为管理/纸面EDI应用标准，并列入运输标识条码标签应用指南。巴林已将PDF417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PDF417二维条码。美国国防部DOD在其新的军人身份证上采用PDF417条码作为机读标准，将照片及紧急医疗信息编入条码，大约16,000,000多张军人卡已在700多个世界各地的美军基地投入使用。另外，美国国防部还将PDF417条码作为后勤管理和纸面EDI应用标准。二维条码PDF417做为一种新的信息存储和传递技术，从诞生之始就受到了国际社会的广泛关注。经过几年的努力，现已广泛地应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。 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PDF417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件的自动识读，而且可以有效地防止伪冒证件事件的发生。菲律宾、埃及、巴林等许多国家也已在身份证或驾驶证上采用二维条码，据不完全统计，准备在身份证或驾驶证上采用二维条码PDF417的国家已达40多个，我国对香港地区恢复行使主权后，香港居民新发放的特区护照上采用的就是二维条码PDF417技术。除了证件上，在工业生产、国防、金融、医药卫生、商业、交通运输等领域，二维条码同样得到了广泛的应用。总之，在市场经济不断发展，市场趋于一体化的今天，二维条码将在对外贸易中的信息交换及产品防伪方面发挥越来越重要的作用。但目前来说，二维条码技术尚未成熟，缺少相应识读设备和条码检测的标准，这仍需广大防伪科技工作者的共同努力。参考文献1 黄颖为,龚小超. 二维条码技术及其在防伪中的应用.中国品牌和防伪,2007.60-632 黄颖为,龚小超.组合防伪技术的研究.中国防伪,2005.3 哈流柱, 付子平, 齐成.防伪技术概要.中国防伪.2005.29-304 陈平,周克俭, 张丙齐. 二维条形码(PDF417)及其应用.电子技术应用,1999.15-165 张霖. 浅谈二维条码PDF417码编