第二章第2节条形码技术.ppt

1 第二节条形码技术的原理与应用 2 2 1条形码技术的起源与发展2 2 2一维条形码EAN码店内码条形码阅读机一维条形码在其它领域的应用2 2 3二维条形码2 2 4电子标签 2 2 2 1条形码的起源与发展 条形码是一种可供电子仪器识别的标准符号 条形码技术是一种自动识别技术 条形码技术研究的主要内容 1 如何将需要处理的数据用条形码表示 2 如何实现相应的自动识别 即把条形码所表示的数据转换为可以自动采集的数据 3 技术的应用 思考题 产生自动识别技术的原因是什么 3 条形码最早出现在二十世纪40年代 应用和发展是在70年代 40年代 美国乔 伍德兰德和伯尼 西尔沃研究用代码表示食品项目及相应的识别设备 1959年 吉拉德 费伊塞尔等几位科学家 提出了用七段平行条描述数字0 9的方法 60年代 标识有轨电车北美的铁路系统1970年 美国制定了通用商品代码UPC码1973年 UPC标准化1977年 欧洲 EAN13 EAN81981年 EAN成为国际性组织1991年 中国加入EAN组织 并颁布通用商品条形码标准CODEBAR 39码 CODE128 CODE93等225种码二维条形码 金属码 隐形码 RFID 条形码的历史 4 条形码发明的年代 5 早期的条形码符号 6 2 2 2一维条形码 条形码 BARCODE 是由黑色条符和白色条符根据特定的规则构成的用来表示字母 数字和其它符号的图案 目前国际上广泛使用的条形码有 UPC条形码 EAN条形码 39条形码 25条形码 93条形码 库德巴条形码 128条形码 7 商品条形码 UPC码和EAN码 国际上通用的商品条形码分为两大类 EAN和UPCUPC 通用产品代码 美国1973年制定的商品编码标准 主要用于百货日用品的零售业 后又扩大到仓库 医院 书刊 杂志 包装等领域 北美采用的标准 EAN码 国际物品编码协会商品用码 全名为欧洲商品条形码 EuropeanArticleNumber 1977年 由欧洲十二个工业国家所共同制定的一种条形码 目前已成为国际性的条形码系统 EAN条形码系统的管理是由国际商品条形码总会负责各会员国的国家代码的分配与授权 再由各会员国的商品条形码机构 对其国内的制造商 批发商 零售商等授予厂商代码 已有30多个国家加盟EAN 我国1991年加入了EAN组织 8 EAN码 EAN是由数字组成的编码 它有两个版本 13位数字组成的标准EAN13码8位数字组成的压缩EAN8码 9 EAN的编码结构 EAN13X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2X1前缀码厂商代码商品代码校验码前缀码 用来标识国家的代码 由EAN国际组织统一分配厂商代码 由各国家的EAN组织分配商品代码 由厂商自己编制商品代码是唯一的 即商品和代码一一对应校验码 用来判定此次阅读是否有效的码 10 主要国家的EAN代码 11 校验码 X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2X1校验码的工作原理 校验码是在编码时根据下面的规则计算出来的值 当扫瞄器读入条形码进行解码时 先对读入的X13 X2字码进行运算 若运算结果与校验码相同 则判定此次阅读有效 校验码的计算 C1 X13 X11 X9 X7 X5 X3C2 X12 X10 X8 X6 X4 X2 3CC C1 C2 取个位数C 校验码 10 CC 若值为10 则取0 12 EAN8的编码结构 X8X7X6X5X4X3X2X1前缀码商品代码校验码前缀码 与EAN13相同为国家的EAN代码商品代码 由各国 地区的EAN机构分配校验码 与EAN13的算法相同 13 EAN13码的结构 14 EAN13码的符号构成 15 左护线的逻辑值 101 右护线的逻辑值 101 中线的逻辑值 010100 白色条纹1 黑色条纹 EAN13码的结构 16 EAN编码的逻辑值 17 EAN编码的逻辑值 例 690123456789X1 X1 26901234567892右资料码567892 采用C类编码 100111010100001000100100100011101001110100左资料码901234 若采用A类编码 00010110001101001100100100110111101010001加上左护线101 中线01010 左护线1011010001011000110100110010010011011110101000110101010011101010000100010010010001110100111010010110100101110010111000100100100010000101011100101010110001010111101100100100110010110001101000101298765 B类码 左资料码901234用B类码298765 B类码 432109 C类码 298765432109 6298765432109 18 EAN8的编码结构 X8X7X6X5X4X3X2X1前缀码商品代码校验码前缀码 与EAN13相同为国家的EAN代码商品代码 由各国 地区的EAN机构分配校验码 与EAN13的算法相同EAN8码比EAN13码短 主要应用在包装比较小的商品上 19 EAN8码的结构 20 条形码标准 1个字符由7个模块组成 当放大系数为1时 1个模块的宽度为0 330mm 1个字符的宽度为2 31mm 21 条形码标准 22 条形码标准 23 店内码 店内码产生的原因 商店若要实现条形码管理 每一件商品必须要有条形码我国目前有部分商品在包装上没有条形码 带有条形码的商品当中还有一些条形码是错码或重码 需要对这些没有条形码和带有错码重码的商品进行编码 商场里的一些商品是随机重量销售的 如水果蔬菜鲜鱼肉等 这类商品的价格只能在称重后才能确定 所以需要采用带有价格的条形码来管理 店内码应用时应该注意 店内码是商店内部定义和识别的编码 店内码应该遵守EAN13或EAN8码 24 无码商品的店内码编码结构 商品分类码可以根据贸易部颁发的 社会商业商品分类与代码 进行编码 25 带价格店内码编码结构 26 条形码处理流程 27 条形码的识读过程 1 将商品的代码数据转换成条形码符号印刷在符号载体上2用扫描器扫描条形码符号载体上的条形码符号3扫描器得到与条形码符号的条 空相对应的一组光信号4通过光电转换技术将光信号转换成相应的电脉冲信号 5对电脉冲信号放大 整形 滤波 数字脉冲信号6对得到的数字脉冲进行分析处理 译码 7将条形码所表示的数字码进行处理条形码的读取过程可分成光电扫描与译码两大过程 28 光电扫描 条形码阅读器中的光电扫描过程完成将条形码符号转换为数字信号的过程 29 条形码阅读机的工作原理 光学系统 光学系统由发光源 光学透镜和光栅等元件组成 光源发出扫描光 经透镜与光栅会聚形成扫描光束对条形码符号进行扫描 并接收与条形码符号相应的反射光信号送至电路系统进行处理电路系统 电路系统由光电转换器 光敏元件 放大器 整形滤波电路组成 当电路系统从条形码阅读器接收到光信号后 由光电转换器进行A D转换变成与光信号反相的电脉冲信号 由放大器对电脉冲信号进行放大 由整形滤波电路滤除电脉冲信号的噪音和干扰 再通过闸门电路电脉冲信号整形为易于处理的数字脉冲信号 30 条形码识读过程的光电信号波形图 31 光电扫描器的扫描方式 1 手动扫描 是指由扫描器与条形码符号载体之间作相对运动实现的扫描 采用手动扫瞄 其特点是识读距离小于1mm 是一种接触式的扫描过程 2 自动扫描 即光源发出的光经光学系统聚成光点后 由阅读器中的扫描光束运动机构使光点在被识读的条形码上完成扫描 直接自动扫描 阅读器光电扫描部分中的扫描光束运动机构发出扫描光束扫描条形码 激光条形码阅读器间接自动扫描 将条形码符号映像在光电二极管阵列上 然后对此光电二极管阵列依次采样完成扫描 CCD阅读器 32 常见的自动扫描的条形码阅读器 1 CCD条形码阅读器 33 常见的自动扫描的条形码阅读器 1 CCD条形码阅读器这类阅读器采用一组发光二极管的泛光源照明整个条形码 光电二极管 组成的探测器阵列上 再经过探测器的光电转换电路系统 对探测器阵列中的一个光电二极管依次采集信号即完成扫描 从而间接地实现了对条形码符号的自动扫描 34 常见的自动扫描的条形码阅读器 2 激光条形码阅读器 35 常见的自动扫描的条形码阅读器 2 激光条形码阅读器 激光条形码阅读器以激光作为扫描光源 激光束射在旋转棱镜上 通过棱镜的转动产生扫描光束 经过条形码符号 完成对条形码的自动扫描 由条形码反射回来的光信号再经电路系统 对信号进行光电转换 放大 滤波 整形后变为数字信号输入译码器 36 条形码译码 条形码阅读器的光电扫描部分将条形码符号转换为数字脉冲信号 而译码过程则是将扫描器输入的数字脉冲信号还原成条形码符号所表示的数据 条形码的识读过程中往往会由于各种原因造成出错 最终使条形码的阅读失败 使条形码识读出错的因素很多 除了条形码符号的印刷质量以外 不论是在条形码阅读器的扫描过程或是译码过程 均存在着众多的造成阅读出错的因素 37 条形码译码形式 1 硬件译码方式 通过数字电路的功能逻辑完成对数字信号的译码 速度快 但灵活性和适应性较差 电路的功能逻辑一旦固定 再要改变只能设计译码电路的逻辑线路 2 软件译码方式 通过固化在ROM中的译码程序来完成译码 这种译码方式的适应性和灵活性好 但译码速度较慢 硬件译码方式 软件译码方式 38 条形码译码方法 由于条形码阅读器受在扫描过程和译码过程中各种出错因素的影响 因此不能单纯地用一般的对脉冲信号计数的方法来进行译码 所以实用的条形码阅读器往往采比较法来进行译码 l 1 逐一对扫描器采集到的信号进行条与条 空与空 条与空的比较 2 将信号的比较结果与译码器内设定的特定值比较 3 再对这一系列的比值进行正确性及校验的比较分析处理 39 译码的工作过程 1 译码电路逐一记录数字脉冲信号宽度 2 采用硬件及软件方式对数据进行比较分析及相应处理 3 采用软件程序对比较结果进行正确性判定 4 用校验码来校验本次译码的结果 40 条形码译码步骤 1 计数电路测量条形码符号的每个元素宽度 2 确认条形码符号的两侧静区 3 通过判别起始符 终止符 判定码制及扫描方向 4 将每个元素宽度量化成相应码制的若干个单位元素宽度 5 确保被量化元素宽度与所译码制编码规则一致 6 将数字脉冲信号转换成计算机可识别的数据并进行传输 7 显示该条形码的字符 同时蜂鸣器或显示器指示本次阅读成功 41 数字脉冲记数器 42 条形码阅读机的种类 43 条形码阅读机的种类 笔式阅读机 是一种外型像笔的阅读机 使用时移动光笔扫瞄物体上的条形码 光笔的价格便宜 但扫瞄的长度稍受限制 适合一般小商店使用 固定式阅读机 是一种体积较大 价格较高的扫瞄系统 使用时阅读机固定 以物品的移动来扫瞄解码 适合输送带或一般大型超市使用 44 条形码阅读机的种类 CCD ChangeCoupledDevice 阅读机 采用发光二极管的光源照射整个条码 再透过平面镜和光栅将条形码映射到由光电二极管组成的感应矩阵上完成光电转换 再依次采集信号识别出条形码符号 CCD阅读机操作方便 不直接接触条形码也可识别 性能较可靠 寿命较长 激光阅读机 由激光光束来读取条形码的信息 它和光笔式扫瞄器一样 可自由移动到物体处扫瞄 光笔要接触到条形码表面才能阅读 而激光阅读机扫瞄时无需接触条形码 45 采用条形码技术的优越性 46 一维条形码在其它领域的应用 条形码除在商品零售业应用外 还广泛应用于交通运输 生产制造 医疗卫生 仓储 邮电 海关 银行等领域 一 仓库管理条形码不仅适用于商业商品库存管理 同样适用于工厂产品和原料库存管理 采用条码自动识别技术作为数据采集 出入库 盘点 手段 47 一维条形码在其它领域的应用 二 条形码在工业中的应用美国福特汽车公司每辆车都带一表明其型号 规格和总装厂的条码 取代了过去车辆在发货和转销过程中多达11次的人工记录出厂编号的繁琐工作 福特公司在比利时的saor1ouis工厂还把条码刻在车体底部的金属件上 通过装配线上某扫描装置可以对车辆自总装开始到发货出厂的全过程进行跟踪 作为福特汽车公司的竞争对手通用汽车公司 它已经用条码来区分主要部件 如阀门 汽化器等 很多国家都在自动生产线上采用了条码技术 用来提高生产过程的效率和准确性 48 一维条形码在其它领域的应用 三 办公室自动化管理固定资产管理和档案管理随着降低成本和固定资产的数量日益增加 条形码技术对固定资产进行管理十分有效 1 使用条形码对固定资产进行分类和编码 2 使用条形码数据采集器进行资产清点 建立固定资产数据库 3 使用条形码数据采集器控制固定资产的购入 领用和数据库的维护与管理实时同步进行 4 使用条码数据采集器进行固定资产的定期盘存 四 门卫 考勤管理 1 门卫管理 合法进入者每人持有一张条码卡片 进入时在卡槽式扫描器中刷卡或刷卡加密码 若正确 系统中主机通过继电器控制电子锁打开 否则 门不开 2 考勤管理 使用条码技术管理企事业单位的人事考勤 49 一维条形码在其它领域的应用 四 邮电管理在邮电业务管理中 存在着大量的邮件处理 如挂号信 邮政快件等 为分清责任和方便查询 在交接过程中 工作人员都要登录清单 做为相互交接的凭证 以往登录清单一直沿用手工方式 工作量大 效率低 容易造成人为错误 将条码技术应用于邮电业务管理 从根本上改变了传统的手工登录方法 将工作人员从繁忙紧张的工作中解脱出来 避免了人为造成的错误 大大提高了工作效率 为登单作业自动化提供了先决条件 50 一维条形码在其它领域的应用 五 图书管理在图书管理中通常采用分类编码 使每本书都有一个索书号 把索书号印制成条码标签贴在书上 配合计算机系统的使用 当书籍流动时 只要扫描索书号条码即可 省去了将长串书号敲入的过程 失误率极低 51 2 2 3二维条形码 二维条形码产生的背景 作为一项自动识别技术 一维条形码自本世纪70年代初期问世以来 由于其识读快速 准确 可靠 制作成本低等优点 很快被广泛应用在商业 图书管理 仓储 邮电 交通和工业控制等领域 由于一维条形码的信息容量很小 如EAN商品条形码仅能容纳8位或者13位阿拉伯数字 商品的详细描述只能依赖数据库 离开了预先建立的数据库 一维条码的使用就受到了局限 人们迫切希望一种新的码制 除具备一维条形码的优点外 同时还有信息容量大 可靠性高 保密防伪性强等优点 52 二维条形码的类别 提高信息密度 一种简明的方法就是减少条形码的条高 做出一个很窄很长的条形码 然而这种方法并不实用 因为通常我们遇到的实际情况是要求在一个固定的面积上印刷出所需信息 这一问题的解决可用两种方法 一是在一维条形码基础上向二维条形码方向扩展 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形码 目前 已经研制出多种可供实用的二维条形码 根据二维条形码实现原理 结构形状的差异 可分类为堆积式二维条形码或称为层排式二维形条形码和棋盘式或称为矩阵式二维条形码两大类型 53 堆积式二维条形码 54 堆积式二维条形码 堆积式二维条形码的编码原理是在一维条形码基础之上 按需要堆积成两行或多行的二维条形码 堆积式二维条形码在编码设计 校验原理 识读方式等方面继承了一维条形码的特点 识读设备与条形码印制与一维条形码技术兼容 但由于行数的增加 行的鉴别 译码算法与支持的软件不完全相同于一维条形码 目前 有代表性的堆积式二维条形码有Code49 PDF417 Codel6K条形码等 55 矩阵式二维条形码 CODEONE二维条形码 56 矩阵式二维条形码 汉信码 QR码 DataMatrix码 57 矩阵式二维条形码 矩阵式二维条形码以矩阵的形式组成 在矩阵相应元素位置上 用点 方点 圆点或其他形状的点 的出现表示二进制 1 点的不出现表示二进制的 0 点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义 矩阵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新型图形符号自动识读处理码制 具有代表性的矩阵式二维条形码有Codeone DataMatrix Maxicode条形码等 58 一维条形码所表示的数据量有限 且不具备纠错功能 而二维条形码弥补了这一不足 二维条形码近几年刚刚发展起来 正在应用于多种领域 我们在奔腾处理器外壳上见到的一个光刻的小方块就是DataMatrix二维条形码 PDF417二维条形码是一种堆叠式二维条码 目前应用最为广泛 PDF417条形码是由美国YMBOL公司发明的 PDF PortableDataFile 意思是 便携数据文件 组成条形码的每一个条形码字符由4个条和4个空共17个模块构成 故称为PDF417条形码 PDF417二维条形码 59 PDF417二维条形码 PDF417 PortableDataFile 码 美国Symbol公司1991年推出PDF417条形码符号由多层堆积而成 其层数为3 90 每层包括 左空白区 起始符 左层指示符 数据符 右层指示符 终止符及空白区 由于其层数与每层的符号字符是可变的 故可根据实际印刷空间做成不同尺寸 纵横比 的符号 PDF417条形码的符号字符以 17 4 6 的方式组合 即每个符号字符由4个条及4个空组成 每个条或每个空由1到6个模块组成 其模块总数为17 PDF417条形码的符号字符集分成三个不同的 簇 每簇可表示929个PDF417符号字符的值 或称为码词 一个PDF417条形码的符号可用于表示多于1100字节 1800个ASCII字符或2700个数字的数据 具体数目取决于组合模式 60 PDF417条形码的结构 61 二维条形码的识别有两种方法 一种方法是通过照相和图像处理对二维条形码进行译码 另一种方法则可通过扫描实现译码 对于堆积式二维条形码 可以用上述两种方法识读 但对于绝大多数矩阵式二维条形码必须用图像扫描的方法来识读 二维条形码的识别 62 扫描器对二维条形码识别 63 扫描器对二维条形码识别 X 模块宽度 N 每一个符号字符所包含的模块数 H 每层的高度 通常是模块宽X的整数倍 W 每一层所包含的符号字符数 扫描线与水平线的最大倾角 有 tg H NWX 如果译码程序可以 缝合 局部扫描 这样只要扫描线能完全通过符号字符即可 故最大角 为 tg H NX 64 扫描器对二维条形码识别 尽管一个单一的扫描线可以完全通过符号中的一层 但由于扫描次序可能与层的排列次序不一致 所以每层都需要一个层指示符 才能保证各层信息的正确连接 造成不按次序扫描的原因有两个方面 一是扫描设备的限制 如手动扫描 二是尽管按次序扫描 但有些层可能一次读不出来 需要重新识读 Code49 Code16k等 它们的识别都是建立在扫描线完全通过每一层的基础上的 所以每层高度做得必须足够高 故其信息密度不可能很大 DF417码不需要像其他二维条形码一样 层与层之间必须存在分隔 相邻层的区分靠不同的符号字符簇来实现 故它的信息密度较高 在识读PDF417条形码符号时 译码器便可穿过不同层的扫描数据 每一层的扫描线不必落在一层之内 65 PDF417条形码的错误纠正 PDF417条形码支持错误纠正 每个PDF417条形码的符号至少需要2个错误纠正码词用于错误校验 最多可向数据信息中