（通信与信息系统专业论文）特种设备中的金属防伪技术——二维条码的生成与译码.pdf

摘要 硕士学位论文 a b s t r a c t t h e d y n ami c m a n a g e men t o fs p e c i a le q u i p m e n ti s w i t h 1 nt h es c o p e o f d u t i e s o fs t a t eq u a l i t ys u p e r v i s i o nb u r e a u sa tv a r i o u sl e v e 1 s ands p e c i a le q u i p m e n t s t a b i 1 i t yn o t o n l y a f f e c t s t h e g e n e r a 1 i m a g e a n d s t e a d y d e v e 1 o p m e n t o f a n a t i o n b u ta l s oc o n c e r n st h es a f e t yo fp e o p l e sl i v e sa n db e l o n g i n g s .i nr e s p o n s e t ot h e a p p e a r a n c eo ff a k ec e r t i f i c a t e sc o r r e s p o n d i n gt ot h ed i f f e r e n ts t a g e s o fs p e c i a le q u i p men ts u p e r v i s i o n ，t h eg o v e r n m e n t a ld e p a r t m e n tc o n c e r n e dh a s p u tf o r t ht h es o l u t i o nt h a te 帅1 o y st h ec o m p a r a t i v e 1 y a d v a n c e dt e c h n o 1 o g yo f t w o 一 d i m e n s i o n a l b a r c o d e ， w h i c h m e ans c o m b i n i n g t h e r e p o r t i n g o f t h e c e r t i f i c a t e s i n f o r mat i o nw i t ht h ew h o l ep r o c e s so fp r o d u c i n g ，s u p e r v i s i n g a n dc h e c k i n gt h es p e c l a le q u l 卿e n tb yu s i n gl a s e r b e am p r o c e s s i n gt e c h n i q u e s s oa s t o a c h i e v e s c i e n t i f i c 帕n a g e m e n t o fs p e c i a l e q u 1 p m e n t . t h e p r e s e n t p a p e r a n a l y s e s t h e e n c o d i n g a n d d e c o d 1 n g o f t w o 一 d i m e n s i o n a l b a r c o d e ，w h i c h c o n s t i t u t et h en u c l e u st e c h n i q u eo ft h i sa d v a n c e ds o l u t 1 o n . t h e a i m o f t h e p r e s e n t r e s e arc h i s t o 呢t e r i a l i z e t h e d e s l g n o f t 贾 。 一 d 1 men s i o n a l b a r c o d e g e n e r a t 1 n g a n d r e c o g n i z i n g s y s t e m s r e s p e c t i v e l y . t h e d e s i g n i n c l u d e sb o t h ag e n e r a t i n g s y s t e ma n dar e c o g n i z i n g s y s t e m .t h e g e n e r a t i n gs y s t e mc a r r 1 e so u tt a s k sr a n g i n gf r o mi n f o r m a t i o ni n p u tt ot h e g e n e r a t i o no ft w o 一 d i m e n s i o n a lb a rc o d ew h i l et h er e c o g n i z 1 n gs y s t e mc a r r i e s o u ts u c ht a s k sa sd e c o d i n gc o l l e c t e dt w o 一 d i m e n s i o n a lb ar c o d ea n dr e s t o r i n g t h eo r i g i n a li n f o r mat l o ne n c o d e d .w h i l ean u m b e ro f t w o 一 d i m e n s i o n a l b a rc o d e are a v a l l a b l e ， p d f 4 1 7 has p a s s e d c h i n a ，s n a t l o n a l s t a n d ard s e t f o r t w o 一 d i m e n s i o n a lb a rc o d e .a c c o r d i n g l y ，t h ep r e s e n tp 即e rp u t sf o r w ardb o t h a ne n c o d i n gm e t h o da n dad e c o d i n gmet h o df o rt 贾 。 一 d i m e n s i o n a l b ar c o d eo nt h e b a s i so fc a r e f u la n a l y s i sa n ds t u d yo fo n e 一 d i men s l o n a lb a r c o d e s . ke拼o r d s :s p e c i a le q u i p m e n t s t w o 一 d i m e n s i o n a lb a rc o d e a n t i 一 f o r g e r yt e c h n o l o g y p d f 41 7 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人己经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文 中作了明确的说明。 研究生签名: 阵建耳刁 词 年， 月 乎 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 : 对津间才 加 了 年/ 月8 日 硕士学位论文特种设备中的金属防伪技术 绪论 1 . 1 条码 概 述t.1 条码技术自问世 20 多年来发展迅速， 受到人们的普遍关注。 条码、 e d i 、集装 箱 3 大技术己成为国际商界 3 大标准贸易方式而被广泛采用。 目前一维条码技术己广 泛应用于商业、金融业、交通运输业、医疗卫生、邮电、制造业、仓储业等，一些管 理部门也己 开始将条 码技术应用于管 理工作， 如驾驶证、 身份证的管理 等。 二维条码 的出现更是从质上提高了 条码技术的 应用水 平，从量上拓宽了 条码技 术的应 用领域， 使条码更加胜任信息交换的媒介. 条码技术的应用极大地提高了工作效率， 提高了数 据采集和信息处理的速度，为管理科学化和现代化做出了积极的贡献。 人们日常见到的印刷在商品包装上的条码是传统条码， 这种普通的一维条码自本 世纪 70 年代初期问世以来，很快得到了普及和广泛的应用。 条码由一组规则排列的 条、 空和相 应的字符组成。 条码信息靠条和空的不同宽度 和位置来传递，信息量的大小是由条码的宽度和印刷的精度来决定的， 条码越宽，包 容的 条和空越多， 信息量越大: 条码印 刷的精度越高， 单位长度内 可以 容纳的 条和空 越多， 传递的 信息量也就越大。这种条码技术只能 在一 个方向 上通过 “ 条” 与 “ 空” 的 排列组合来存储信息， 所以 叫它 “ 一维条 码” 。这种用条、空组 成的数据编码可以 供机器识读， 而且很容易译成二进制数和十进制数。 这些条和空可以有各种不同的组 合方法， 从而构成不同的图形符号，即各种符号体系，也 称码制，适用于不同 场合。 条码的种类很多， 已 知的条码种类现在就有2 50种之多。 目 前使用频率最高的 几 种一维条码码制有: e a n 、u p c 、 三九 码、交插二五码和e a n 1 28 码。其中u p c条 码主要用于北美地区。 e a n条码是国际 通用符号体系，它们是一 种定长、无含义的 条码， 主要用于商品标识。 e a n1 28条码是由国际物品编码协会和美国统一代码委员 会联 合开发、 共同 采用的 一种特定的 条码符号。 它是一种连续型、 非定长有含义的高 密 度代码， 用以表示生产口 期、 批号、 数量、 规格、 保质期、 收货地等更多的商品信 息。 另有一些码制主要是适应于 某些特殊场合， 如库德巴 码用于血库、图 书馆、 包裹 等的 跟踪管 理， 二五码用于包装、 运输和国 际航空 系统为机票进行顺序编号。 还有类 似三九码的 九三码， 它的密度较高， 可 代替三 九码。以 上所说的都是一维条码， 就是 常说的传统条码。 任何一个完整的一维条码通常都是由两侧的空白区、起始符、数据字符、 校验符 ( 可 选) 、 终止符和供人识别字符组成的。 一维条码符号中的数据字符和校验符是 代表 绪论 硕士学位论 文 编 码信息的 字符， 扫描识读后需要 传输处 理， 左右两 侧的 空白区、 起始符、 终止符等 都是不代表编码信息的辅助符号， 仅供条码扫描识读时使用， 不需要参与信息代码传 输。 !1!川 11! 图 1 . 1 一维条码符号 一维条码只是在一个方向 ( 一般是水平方向 ) 表达信息， 而在垂 直方向则不表 达任 何信息，其一定的高 度通常是为了 便于阅 读器的 对准( 如图 1 . 1) 。 一维条 码的 应用可 以 提高信息录入的速度，减少差错率， 但是一维条码也存在一些不 足之处: * 数据容量较小:3 0 个字符左右 * 只能包含字母和数字 * 条码尺寸相对较大 ( 空间 利用率较低 ) * 条码遭到损坏后便不能阅读 由于受信息容量的限制，传统条码仅仅是对 “ 物品”的标识，而不是对 “ 物品” 的描述， 故传统条码的使用，不得不依赖数据库的存在。 在没有数据库和不便联网的 地方， 传统条码的 使用受到了较大的限制， 有时甚至变得毫无意义。 另外， 要用一 维 条码表示文本信息几乎是不可能的， 这在有些应用文字的场合，显得十分不方便， 且 效率很低。为了解决传统条码的这些问题，从而出现了二维条码。 1 . 2 二维条 码的起源 近年来， 随着工业领域自 动识别技术和现 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，设计出与传统条码不同的袖珍数据文件式条码。 目 前， 应用比 较成熟的通用商品 条码(ea n 用p c ) ， 仅作为一种标识数据， 不能 对 产品进行描述。 尽管我们可以 通过建立数据库来存储产品信息， 必须进入数据库， 并 输入用条码表示的 产品 编码( 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) 。 我们也可以做到用一个很长的 条码表示出产品的相关信息，如价格、名称、制造厂、重量、进库日期、有效期等. 这样就不必从数据库中查出信息， 只要用识读设备扫描条码即可。 但要在有限的印刷 面积上印刷包含大信息量的条 码，不得不在提高密 度方面 下功夫. 在信息密 度方面， 传统条码有一个明显的弱点， 那就是垂直方向不携带信息。 垂直方向的冗余有两个目 的: 一是为保证局部损坏的条 码能正确识别; 二是使 扫描容 易完成。 如果有些特定应 用场合能确保条码标签不被损坏， 或者有条件对损坏条码重新制作， 我们便可以 通过 利用垂直方向的尺寸来增加条码的密度， 当然我们必须以小心的扫描和较昂贵的扫描 硕士学位论文特种设备中的金属防伪技术 设备为代价。 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 码， 然而这种方法并不实用，因为通常我们遇到的情况是在一个固定面积上印刷出所 需信息。 这一问题的解决可用两种方法: 一是在一维条码基础上向二维条码方向扩展; 二是利用图像识别原理， 采用新的几 何形体 和结构设计出 二维条码码制。目 前， 根据 二维条码实现原理、结 构形状的差异，可 分为堆积式或层排式二维条码(s ta c k e db ar c o de) 和棋盘式或矩阵式二维条码(dotma t ri x b arc ode) 两大类型。 二维条码正是为了 解决一维条码无法解决的问题而诞生的。因为 它具有高密度、 大容量等 特点， 所以 可以用它表示数据文件( 包括汉字文件) 、图片等。二维条码是各 种证件及卡片等大容量、高可靠性信息实现存携带并自动识读的最理想的发法。 使用二维条码可以解决如下问题: .表示包括汉字在内的 小型数据文件。 .在有限 的面积上( 如电子芯片上) 表示大量信息。 .对 “ 物品”进行精确描述。 .防止各种证件、卡片及单证的仿造。 .在远离数据库和不便联网的地方实现数据采集。 二维条码的出现是条码发展史上的里 程碑， 它从质上提高了条码技术的应用领 域。 在经济 全球化、 信息网络化、 生 产国际化的当今社会， 要使条 码更加胜任信息交 换的媒介，二维条码技术的应用推广非常重要且不可缺少。 1 . 3二维条码的应用现状及发展前景 1 . 3 . 1二维条码技术是防 伪领域的一个重要应用 防伪技术目 前己 经成为市场经济发展伴生的一 个新的技术领域， 它要求的技术含 量越来越高。早期的防伪技术，由 于其技术容易被掌握，所需设备和材料易于得到， 使防伪变得越来越困难。另一方面， 绝大多数防伪技术被好多厂家所掌握，防伪者造 伪的 事件也 屡见不鲜。 因此， 如何能 提高 证件的防伪性能， 是目 前的一大难点。 当今 的防伪技术集各种高新技术于一体， 它涉及到光学、化学、 物理学、电磁学、计算机 技术、印刷技术、包装技术等各个领域， 逐渐成为一门新兴的高新技术交叉学科，得 到人们的 重视和大量研究。 为了防伪， 人们研制了 许多方法， 这些技术在一段时间内 和一定程度上曾发挥过防伪作用， 但是，随着高精技术的日益普及， 特别是特种印刷 的成本在快速下降， 使得造假变得越来越容易。新型防伪技术的开发己 势在必行。 1 9 9 7 年10月5 日， 国 家技术监督局公布了中 华人民 共和国国家标准 防伪技术 绪论 硕士学位论文 术语首版， 编号为g b 汀17004 sel9 97， 并定于1998年5 月1 日 开始实施。 其中先 列入了一批比较常用的防伪技术，他们是:防伪油墨、防伪印油、印章防伪、防伪全 息、 防伪纸张、 防复印技术、电 子创 作防伪技术、 多媒体防 伪技术、 结 构防伪技 术和 原子核 双卡防伪技术， 共有十种。 这显然是 不全面的， 例如生物学防 伪技术以 及一些 其他新的防伪技术尚 未列入， 需要在将来 进行修改 和补 充。 在 防伪技术术语 标准 中，二 维条 码被归类为多媒体类中的 一种防伪技术。 二维条码强大的 保密防 伪性能， 使得它很快成为防伪领域中 应用前景甚为看好的 一种重要防伪技术。 由 于二维条码难 以 伪造， 尤其可以 与加密技术结合运用， 能 够有效 地防 止伪造现象， 减少犯罪， 因此 是目前防伪技术中的一个研究热点。 1 . 3 . 2二维条码的应用现状 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。 二维条码在这方面提供了一个很好的解决方案， 将单据的 内 容编成一个二维条码， 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， 既快速又准确。 在美国， 虽然 e d i 应用革新了业务流程的核心部分，但不巧的是它却忽略了流程中的关键角色一 货运公 司。许多 e d i 报文对于货运商来说总是迟到，以至于因不能及时确认准确的装运单 信息而影响了货物运输和客户单据的生成。美国货运协会 ( a t a )因此提出了纸上 e d i 系统。 发 送方将 e di 信息编成一张 p d f 4 17 条码标签提交给货运商， 通过扫描 条码， 信息 立即传入货运商的计算机系统。 这一切都发生在 恰当的时间和恰当 的地点， 使得整个运输过程的效率大大提高。 2 、身份识别卡的应用 美国国防部已 经在军人身 份卡上印 制 p d f 4 17 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 17码印 在卡上。 卡被用来 做重要场所的 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 ( 比 如枪击) 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了p d f 4 17 码 。 3 、 文件和表格应用 日 本 s ei mei 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 硕士学位论文特种设备中的金属防伪技术 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 17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 条码将数据录入主机。其它类似的应用还有:海关报关单、税务申报单、 政府部门的 各类申请表等等。 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、 位置编号、制造厂商、 长度、 等级、 尺寸、厚 度以及其他信息编成一个 p d f 417 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 . 3 . 3 二维条 码的发 展 前景 叫 近几年来， 随着我国 计算机技术、 网 络技术的快 速发展， 目前 各个行 业的计 算机 己不再仅仅是作为打字机使用， 而真正发挥出计算机的实际功效， 成为各种信息管理、 自 动控制等 现代化管理系统的 重要组 成部分， 而条码作为快速、 准确、 灵活的 前端数 据采集技术， 也正随着这个发展潮流不断地进步。 特别是随着政府机构改革力度的加 强， 如何提高政府职员的工作效率， 树立良 好的公众形象， 更好地为大众服务， 成为 新一届政府工作的一件大事。这次改革也推动着各行各业现代化管理模式的不断深 入，从而为条码技术的发展创造了契机。 随 着中国 加入世贸组织进程不断的深入， 我国政府行业和企业都面临着巨 大的挑 战， 如何加强政府 和企业自 身的素质， 提高 工作效率， 改善服务质量， 在尽可能短的 时间内 与国际接轨， 是迫在眉睫的问 题。 特别是金融、 海关、 邮政、 航空， 铁路等需 要与国际频繁接触的领域， 目 前已 经面临着非常激烈的国际竞争， 因此更加需要使用 高科技手段来提高自己的 经营与管理， 增强 服务意 识，从而为 进入 w t o作 好准备。 由于二 维条码技术在海关、 公安、 税务、 金融、 工商管理等领域的 应用， 能 有力 地配 合国家目 前打击走私、 打击 骗取国家外汇 和出口 退税等违法犯罪行为， 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具体实施方案， 尽快 在国内的一些行业进行试点及推广应用。 由此可以看出， 二维条码作为一项先进的自 动识别技术， 国际与国内发展的条件 都已 经成熟， 在中国的 应用是指日 可待的。 例如， 我国目前正在进行的 第二代身份证 的换证工作， 如果采用了p d f 4 17技术， 那么该种自 动识别技术将为改善我国的 治安 环境及人口管理作出重要贡献。此外，我国目前正在进行的邮政业务综合网的建设， 二维条码作为一种非常可靠、 快捷、便宜的数据传递方式， 将配合邮政综合网为中国 绪论硕士学位论文 的邮政建设发挥重要作用。 由此可见， 中国的二维条码市场具有不可限量的巨大潜力。 总 之， 二维条码技术有着十分广阔的应用前景。 1 . 4本课题产生的背景 特种设备是指涉及生命安全、 危险性较大的 锅炉、 压力容器 ( 包括 气瓶) 、 压力 管道、 电 梯、 起重机械、 客运索道、 大型 游乐设 施， 当前随着我国 经济不断发展， 特 种设备的数量和种类日 益增多， 这些设 备的 安全状况直接影响国家的整体形象和 稳定 发展， 安全监察、 检验检测的任务越来越繁重， 采用先进技术， 推行科学的管理方法， 已经成为各监察部门提高管理水平、强化监管力度的重要工作内容。 特种设备日常监督包括: 1 、计划 报批: 制造企业根据自 身情况，制定生产计划，准备详细的 设计资 料和 声场资料，报审特设出批准。 2 、 产品监督检验: 得到批准后，锅炉压力容器检验所和特种设备安 全监督 检验 所派 驻驻厂监检员， 对于 制造厂的 生产进行全程监督，出具监 检报告。 3 、 安装检验: 特种设备出厂投入使用前必须向当地特设处申请安装、 产品查询， 经过当地锅炉压力容器检验所和特种设备安全监督检验所进行安装检验， 出 具安装检验报告， 才可以 投入使用。 4 、 定期检验: 根据特种设 备的 性质，由 锅炉压力 容器检验所和特种设备安全监 督检验所进行定期检验，出具检验报告。 5 、 报废处理:向 特设处申 请， 锅炉压力容器检验所和特种设备安全监督检验所 进行现场确认，进行报废处理。 目前，在特种设备的各个监督环节，出现了大量的假证书，为平时的监督管理和 查处带来了强大的技术阻力，同时造成了设备质量的重大质量隐患。 而目前特种设备 证书防伪技术尚 处空白， 对于主 管部门 来说没有成熟的技术手段进行 稽查， 造成了大 量人力、 物力的浪费。 如果利用目前较为先进的二维条码技术，将报告证书信息利用 先进的激光加工工艺， 贯穿到整个特种设备的生产、 监督、 稽查的各 个环 节， 此问 题 自 然就解决了。 本人承担了其中的二维条码的编码 和译码部分的工作。 1 . 5 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， 我们可以了 解到， 目 前在我国 二维 条码技术还不是很成熟， 分析并掌握二维条码的编码技术， 根据相应方案设计二维条 码的生成系统， 这是本课题研究的内容 之一， 现在条 码的 标准虽己 公开， 但是译码 算 法却很少， 这是本课题研究讨论的另一 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 硕士学位论文 特种设备中的金属防伪技术 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 、了 解分析条形码的技术特征。 2 、熟悉分析一维条码的编码译码算法。 3 、比 较一维条码与二维条码的不同点。 4 、 分析国标中二 维条码的 编码算法用程序实现， 最终生成二维条码符号图 像( 作 为原始图像) 。 5 、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。 6 、 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。 7 、再 将原始图 像进行扫描， 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。 8 、对整个条码系统进行运行实验。 条码识别系统的构成硕士学位论文 2 条码识别系统的构成叫 2 . 1 基于光电 扫描模式的 条码识别系统 基于光电扫描模式的条码识别系统，是在生活生产中的传统主流系统，主要由 条码、光电 扫描器及解码器、端口 机、 显示终端和系统主 机构成， 如下图2 . 1 : 终端 网络 接 口 图2 . 1 基于光电 扫描模式的 条码识别系统组成 条码可以 被直接印刷在要被扫描的物品上或者印 刷在标签上， 标签是由 专 业标 签供应商印刷或者在现场印刷。 流行的条码现场印刷技术包括:点矩式和其它打击式 方法、热敏和热敏转换技术、喷墨技术、离子沉淀和电 子照相技术 ( 激光印 刷) 。 流 行的非现 场印刷预制标签的 技术包括: 苯安印 刷、 激光融刻、 金属版印 刷、 照相 排版 印刷、离 子沉淀和电子照相技术。 光电扫描器通过传输线与端口 机相连，光源一般就设计在扫描端口内。 在进行 扫描时， 条 码是由一个红外线或可见光源照射， 深色的条吸收光， 空条则 将光反向 回 扫描器. 扫描器将光的反射情况转换成电子脉冲， 它模仿条码的条空格式。解码器使 用数学算 法将电子脉冲 转换成一种二进制码， 然后将解码后的信息传送给一部手 持式 终端机、 个人电 脑、控 制器或计算机主机。 解码器也许会与一部扫描器内 接或 外接。 扫描器使 用可见光 和红 外线发光二级管( led)、 氦氖激光或固 态激光二级管( 可见 光和 红外线) 等光源来识读这种符号。 一些扫描器要求接触符号， 另一些则可以 从远至几 英尺以 外的 距离 来识读符号。 一些扫描器是固定式的， 另一 些则是手持式的。 大多 数 的是具有移动式或固定式可见光束来照射条码符号。 系 统主机对整个系统的 所有端口 点起着统 一管理，数据库及网络通信支撑等核 心作用。 一般备有大型 数据库甚至是数据仓库，以 及网络管理系统。 端口 机则 视整个系统的大小不同 承担任务 繁简不一样。在一般的系统端口 机只 需协助主机进行数据的 输入输出即可; 在大型的 仓储管理系 统中， 端口 机也备有 数据 库系统及其它管理与分析软件。 g 硕士学位论文 特种设备中的金属防伪技术 2 . 2 基于图像模式条码识别系统 基于图像模式条码识别系统也主要由条码、 条码信息输入器、 端口 机、显示终端 和系统主机构成。在这类系统中条码的处理与识别工作主要由系统主机 ( 或端口 机) 的译码软件来实现.条码信息输入器可以是一些具有二维c c d管组， 这种扫描器能 够如同照相一样地一次“ 看到” 整个条码， 也可以是数码相机。 矩阵式条码目 前还只 可适用于基于图像模式识别系统， 因为识读矩阵式符号必须使用二维c c d 图 像仪，o 基于图像模式条码识别系统不仅能识读一维条形码、 重叠类和矩阵式符号等不同结构 的条码， 而且可对条码进行多方位进行识读。 此外， c c d扫描器还具有如下特点: 1 、 c c d扫描器操作非常方 便， 只要在有效景深范围内， 光源照射到条形码符号 即可自 动完成扫描。初学者一看就会操作。 2 、 对于不易接触的物品，如表面不平的物品、软质的 物品、贵重物品、易损伤 的物品等均能方便地进行阅读。 3 、 c c d扫描器无任何运动部件，因 此性能 可靠，使用寿命较长。 4 、 可内 设译码电 路， 将扫描器和译码器制成一体。 5 、与激光枪相比具有耗电省， 可用电池供电，体积小，便于携带。 介于c c d扫描器的上述特点， 我们最终采用它作为采集条形码符号的主要方式。 一维条码的编码技术硕士学位论文 3 一维条码的编码技术 e a n 一13码 目 前一维条码应用最广泛的 主要有e a n和u p c 两种， 其中e a n码是我国主 要采 用的 编码标准， 本文也就针对e a n 码进行研究， 所以 本文研究的一维 条码主 要指e a n 码 。 e a n码有两种版本标准版和缩短版。 标准版表示 13位数字， 又称为e a n 1 3 码，缩短版表示 5位数字，又称 e a n s 。两种条码的最后一位为校验位，由前面 12 位或 7 位数字计算得出。 e a 入码由前缀码、 厂商识别 码、 商品项目 代码和校验码组成。 前缀码是国际e a n 组织表示各会员组织的代码，我国为6 90、 6 91 和 6 92;厂商代码是 e a n编码组织在 e a n分配的 前缀码的基础上分配给厂商的 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。 在编制商品项目代码时， 厂商必须遵守商品编码的基本 原则: 对同 一商品项目 的商品必须编制相同 的商品项目 代码， 对不同的商品 项目 必须 编 制不同的商品项目 代码。 保证商品项目 与其 标识代码一一对应， 即一 个商品项目 只 有一个代码 ，一个代 码只 标识一个商 品项 目。如 听装 健力宝饮料 的条码为 6 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 9 8 ，其中 6 9 0代表我国 e a n 组织，1 0 1 0代表广东健力宝公司，1 0 1 0 9 是听装饮料的商品代码， 这样的 编码方式就 保证了无论在何时何地， 6 9 0 10101 0 1098 就唯一对应该种商品。 另外，图书和期刊作为 特殊 商品也 采用了e a n 13表示is b n和is sn 。前缀9 77 被用于期刊号lss n ， 图书号is b n用9 78为前缀， 我国被分配使用7 开头的is b n号， 因此我国 出版社出 版的图书上的条码 全部为9787开头。 格式如图3 . 1 。 条形码符号 数字码 冰xx减城x 前 缀码fif z 凡 制造厂商 代码mi m z 珑呱 商品标识 代码 1 1 1 2 1 o 1 1 ， 校验码 c 图3 . i e a n 一13 格式 硕士学位论文 特种设备中的金属防伪技术 3 . 1 一 维 条 码符号 结 构网 一个完整的条码由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符 ( 可选)和终止 字符组成。图3 . 2示出了一个条码符号的完整结构。 图 3 . 2条码符号结构 下图3 . 3 示出了一个具体的条码符号。 一个黑条/ 白空代表一个模块 !一一一一!一 一!一一一 左侧空白区 图 3 . 3条码符号 更具体的e a n 一13条码的结构如图 3 . 4 。 侧空白区 9 5 + 1 8 模块 9 5 模 块 9 5 模块 左 侧 空 白 起 始 符 左侧 数据 符6 位数 字 中 间 分 隔 符 右侧 数据 符 5 位数 字 校验 符 1 位数 字 终 止 符 右 侧 空 白 左、右侧空白: 起始符: 图 3 . 4 标准版 e a n 一13 的条形码构成 没有任何印 刷符号， 通常是空白， 位于条码符号的两 侧。 用以 提 示阅读， 准备扫 描条 码符号，共有 18个模块组成 ( 其中 左侧空 白 不得少于9 个模块宽 度) ， 一般左侧空白11个模块， 右侧空白 7 个模块。 条形码符号的第一位字符是起始符，它特殊的条空结构用于识别 条形码符号的开始。由3 个模块组成。 一维条码的编码技术硕士学位论文 左侧数据符: 中间分隔符: 右侧数据符: 条码校验符: 终止符: 介于起始符和中间 分隔 符之间的表示信息的 一组条 码字 符。 表示 前缀码 ( 不包括前置 码) 和厂商代码， 共6 位数字。 条码字 符按 图3 .6中a子 集或b子集的 形式构成。 左侧数据符由42 个 模块 组成。 位于条码中间位置的若干条与空，用以区分左、右侧数据符，由 5 个模块组成。 位于中间 分隔符 右侧， 表示一 定信息 的条码字符， 选自 图3 .6中 c子集的条码字符，表示5 位商品代码，由 35 个模块组成。 表示 校验码的条码字符，最后一 个条 码字符， 选自 图3 石中c子 集，用以 校验条码符号的正确与否， 由7 个模块组 成。 条形码符号的最后一位字符是终止符，它特殊的条空结构用于识 别条形码符号的结束。由 3 个模块组成。 3 . 2以n 条 码的编码原则 及方法叫 3 . 2 . i e an条码的编码原则 国际 通用的商品代码( i n t e r n a t i o n a l art i c l e n u m b e r i n geee a n 代码) 和北美地 区 通用的 商品 代码 ( u n i v e r s a l p r o d u c t c o d e一u pc 代码) 在结构上有所不同， 但 均包括5 位数字的 商品 项目 代码， 所谓编 码原则 就是 针对商品项目 代码而言的。 我们 所研究的 一维条码是我国主要采用的e an代码， 编码时应遵循如下原则: . 唯一性 所谓唯一性是指商品项目与其标识代码一一 对应，即 一个商品 项目 只有一个代 码， 一个代码只标识同一商品项目。 商品 项目 代码一旦确定， 永不改变， 即使该商品 停止生产，停止供应了， 在一段时间以内 ( 一些国家规定为3 年)也不得将该代码分 配给 其他商品 项目 。 在商品系统中商品 及商品价格的 差异是靠不同的 代码 识别的。 唯 一的 商品项目 代码与厂商代码和国别( 地区) 组 配在一 起就可以保证商品 的代码标识 在一 个国家( 地区) 乃至全世界范围内都是唯一的。 唯 一性是商品编码最重要的一条 原则，也是传统条码的局限所在。 . 无含义 无含义是指代码数字本身及其位置不表示商品的任何特定信息。平常说的 “ 流水 号” 就是一种无含义代码。 在 e an 系统中， 商品编码仅仅是一种识别商品的手 段， 而不是 商品分类的手段。 无含义使商品编码具有简单、灵活、可靠、充分利用 代码容 量大、 l 2 硕士学位论文特种设备中的金属防伪技术 生命力强等特点，所以传统条码需要借助数据库的存在。 . 全数字型代码 在 ean 系统中，商品编码全部采用阿拉伯字母。 3 . 2 . ze a n 的编码方法 条码的编码方法是指条码中条空的编码规则以及二进制的逻辑表示的设置。 众所 周知，计算机设备只能识读二进制数据 ( 数据只有 “ 0 ”和 ，1”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符号， 也应满足计算机 二进制的要求。 条码的编码方法就是要通过设计条码中条与空的排列组合来表示不同 的二进制数据。一般来说，条码的编码方法有两种:模块组合法和宽度调节法。 模块组合法是指条码符号中， 条与空是由 标准宽度的模块组合而成。 一个标准宽 度的条表示二进制的，l” ， 而一个标准宽度的空模块表示二进制的“ 0 ” 。 商品条码模 块的标准宽度是0 . 33咖， 它的一个字符由两个条和两个空构成， 每一个条或空由1 飞 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 气 而用窄单元表示二进制的 “ 0 ” ，宽窄单元之比一般控制在 2 一3 。 3 . 3e a n 一13的编码规则 e a n 一13的编码是由数据符、起始符、终止符、中间分隔符组成，编码见表3 . 1 和图35 。e a n 一13条码符号所包含的模块总数为 1 13个。e a n sel3条码的前置码不 用条码表示， 也不包括在左侧数据符中。 左侧数据符是根据前置码所决定的条码字符 构成方式( 奇排列和偶排列) 来表示前置码之后的6 位数字的， 见表3 . 2 。 表 3 . i e a n 一13编码 字符值 二进制表示 左侧数据符右侧数据符 奇 性 字 符(a组 ) 偶性字符 (b组)偶性字符 (c组) 0 l 2 3 4 6 6 7 8 9 起始符 中间分隔符 终 比符 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 00 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 01 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 01 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 一维条码的编码技术 硕士学位论文 数字字符 a子集 ( 奇)b子集 ( 偶) c子集 ( 偶) . 叮育口陌 汀 . .盯 侧 1 日 1演潇耳、山 即 公 川 姗 赚叮 耳孺毓. 刃 熟 .亩祖 陌汀 由 盆 m们 弓 价! ，打 娜节 忿 1 吐 月 珍 t打 . . 叮 佃 七 翔 叮1 吞 下 ， . 口 m t n贾 扣们 t 习 目 1n t祖 n 资 刀 . 畜暇盯蓄 用 犷 r 盯门 . 爪 下 被 介 仰 篇叮娜 起始符 终止符nj 一侧 中 间 分 隔 符 通用商品条码字符集示意图 左侧数据符的奇偶排列规则 二dq 乃0八口 图表 l 21 百久 o，扭 ， o a人人a人 l人皿人b习 2a b8人 月 3aabb8人 4人b人日b 5砂 n人日 6bbb人a ，仑ab人b 右人b人万 b人 9人分8人8 硕 士学位 论文特种设备中的金属防伪技术 注:表中a为 a 子集，b 为 b 子集 纵向值 0 一9 :代表前置码数值 横向值 1 2 一7 :代表代码位置序号 以代 码 “ 6 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 92” 为例，其条码符号中左侧数据符的排列形式是由 前置 码 “ 6 ”决定的。从表 3 . 2中可查出左侧数据符的排列规律为 abb b aa。从表 31 中可 查出右侧数据符的排列规律始终为 ccc cc.故可得代码 “ 6 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 92” 的左、 右 侧数据符的排列形式见表 3 . 3 。 表3 . 3 代码 “ 6 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 ”的左、右侧数据符的 排列形式 左侧 右侧 代码 字符 690l234567892 条码 字符 的排 列规 则 abbbaaccccc 条码 字符 的模 块排 列 : :?:“ 井狱 :?黑芸 1 1 目) l 阅 1 4 刃1 门 兀 旧丫署 注:上表中条码字符的模块排列应为一行，因版面限制排成两行。 硕士学位论文特种设备中的金属防伪技术 4 一维条码译码算法的研究 在论述了一维条码 ( e a n码)的 编码技术之后， 我们就要应用这一编码规则对 条码进行译码。这里，我们就选择我国商品编码中常见的 e a n码来研究一维条码的 译码过程。 4 . 1 图 像处理技术的发展与应用幻 数字图像处理亦称计算机图像处理， 是指利用数字计算机或其它高速、 大规模集 成数字硬件， 对从图 像信息转换来的 数字电 信号进行某些数字运算和处理， 以 期提高 图像的质量或达到人们所要求的某些预期效果。 早在本世纪 20 年代，人们利用巴特兰 ( b artlane) 电缆图片传输系统，经过大 西洋传送了第一幅数字图像， 它使传输的时间从一个多星期减少到了三小时， 使人们 感受到数字图像传输的威力。它的传输方法， 首先是对图像进行编码， 然后在接收端 用一台电报打印机利用字符模拟中间色调把图像还原出来， 这是个初步尝试。 为了对 图像的灰度、 色调和清晰度进行改善， 人们采用各种方法对图 像的传输、 打印和恢复 等技术进行改进， 这种努力一 直延续到此后的40 年。 直到 大型计算机出现后， 人们 才开始用计算机来改 善图 像。