一维条形码生成与识别技术

一维条形码生成与识别技术陶 胜摘 要： 介绍了 EAN-13 条形码的构成格式， 编码规则及识别和生成等技术， 并以 VC 实现条形码图像的生成。关键词：EAN-13； 条形码； 条码生成1引言条形码 （简称条码） 技术是集条码理论、 光电技术、 计算 机 技 术 、 通 信 技 术 、 条码印制技术 于 一体的一种自动识 别 技 术。 条形码是由宽度不同、 反射率不同的条 （黑色） 和空 （白 色）， 按照一定的编码规则编制而成， 用以表达一组数字或字 母符号信息的图形标识符。 条形码符号也可印成其他颜色， 但 两种颜色对光必须有不同的反射率， 保证有足够的对比度。 条 码技术具有速度快、 准确率高、 可靠性强、 寿命长、 成本低廉 等特点， 因而广泛应用于商品流通、 工业生产、 图书管理、 仓 储标证管理、 信息服务等领域。针 对 EAN-13 条 码 ， 介 绍 了 其 格 式 、 编码规则等技术特 点， 并在 Visual C+ 6.0 环境下实现了一维条码的图像生成与 识别， 具有较好的应用价值。数字字符有三种编码形式， 左侧数据符奇排列、 左侧数据符偶排列以及右侧数据符 偶 排列 。 这样十个数字将有 30 种 编 码 ，数据字符的编码图案也有三十种，至于从这 30 个数据字 符中选哪十个字符要视具体情况而定。 在这里所谓的奇或偶是指所含二进制 “1” 的个数为偶数或奇数 2。2.1 EAN-13 码的格式EAN 条形码有两个版本 ， 一 个 是 13 位 标 准 条 码 （EAN-13 条 码 ） ， 另 一 个 是 8 位 缩 短 条 码 （EAN-8 条 码 ） 。 EAN-13条码由代表 13 位数字码的条码符号组成， 如图 1 所示 1。2EAN-13 条形码简介一维条码主要有 EAN 和 UPC 两 种 ， 其 中 EAN 码 是 我 国 主要采取的编码标准。 EAN 是欧洲物品条码 （European Article图 1 EAN-13 码的格式前 2 位 （ F1F2 ， 欧 共 体 12 国 采 用 ） 或 前 3 位 （F1F3，其他国家采用） 数字为国家或地区代码 ， 称为前缀码或前缀 的 英 文 缩 写 ， 是以消费资料为 使 用 对 象 的Number Bar Code）国际统一商品代码。 只要用条形码阅读器扫描该条码， 便可以了解该商品的名称、 型号、 规格、 生产厂商、 所属国家或地区 等丰富信息。EAN 通用商品条码是模块组合型条码 ， 模块是组成条码 的最基本宽度单位 ， 每个模块的宽 度为 0.33 毫 米 。 在 条 码 符 号中， 表示数字的每个条码字符均由两个条和两个空组成， 它 是多值符号码的一种， 即在一个字符中有多种宽度的条和空参 与编码。 条和空分别由 14 个同一宽度的深、 浅颜色的模块组 成， 一个模块的条表示二进制的 “1”， 一个模块的空表示二进号 。 例如：我国为 690， 日本为 49*， 澳大利亚为 93* 等（ 其中的 “*” 表示 09 的任意数字） 。 前 缀 后 面 的 5 位 （M1M5）或 4 位 （M1M4） 数字为商品制造商的代码， 是由该国编码管 理局审查批准并登记注册的。 厂商代码后面的 5 位 （I1I5） 数 字为商品代码或商品项目代码， 用以表示具体的商品项目， 即 具有相同包装和价格的同一种商品。 最后一位数字为校验码， 用以提高数据的可靠性和校验数据输入的正确性， 校验码的数 值按国际物品编码协会规定的方法计算。2.2 EAN-13 条形码的构成EAN-13 条形码的构成如图 2 所示。制的“0”， 每个条码字符共有 7 个模块。 即一个条码字符条空宽度之和为单位元素的 7 倍， 每个 字符含条或空个数 各 为 2，相邻元素如果相同， 则从外观上合并为一个条或空， 并规定每 个字符在外观上包含的条和空的个数必须各为 2 个 ， 所 以 EAN 码是一种 (7， 2) 码。图 2 典型 EAN-13 条形码的构成EAN 条码字符包括 09 共 10 个数字字符，但对应的每个（1） 左、 右侧空白： 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。（2） 起始符： 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。（3） 左侧数据符： 位于中间分隔符左侧， 表示一定信息的 条码字符， 由 42 个模块组成。（4） 中间分隔符： 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。（5） 右侧数据符： 位于中间分隔符右侧， 表示一定信息的 条码字符， 由 35 个模块组成。（6） 条码校验符： 表示校验码的条码字符， 用以校验条码 符号的正确与否， 由 7 个模块组成。（7） 终止符： 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。一个条形码图案是数 条黑色和白色线条组成 ， 如 图 3 所 示。表 1EAN-13 编码出特点。 前置符与左侧六位字符的奇偶排列组合方式的对应关系见表 2， 实际上由表 2 这种编码规定可看出， F1 与这种组合 方式是一一对应固定不变的 。 例 如 ： 我 国 的 国 别 识 别 码 为 “ 690” ， 因此它的前置符为 “ 6” ， 左 侧数据符的奇偶排列为 3，“E” 表示偶字符， “O” 表示奇字符。“OEEEOO”表 2 左侧数据符奇偶排列结合方式图 3 条形码图案实例图案分成五个部分， 从左至右分别为： 起始部分、 第一数据部分、 中间部分、 第二数据部分和结束部分。（1） 起始部分： 由 11 条线组成， 从左至右分别是 8 条白 线， 一条黑线， 一条白线和一条黑线。（2） 第一数据部分： 由 42 条线组成， 是按照一定的算法 形成的， 包含了左侧数据符 （d1d6） 这些数字的信息。（3） 中间部分： 由 5 条线组成， 从左到右依次是白线， 黑线， 白线， 黑线， 白线。（4） 第二数据部分： 由 42 条线组成， 是按照一定的算法 形成的， 包含了右侧数据符 （d7d12） 这些数字的信息。2.4 EAN-13 条形码的校验方法校验码的主要作用是防止条形码标志因印刷质量低劣或包 装运输中引起标志破损而造成扫描设备误读信息。 作为确保商 品条形码识别正确性的必要手段， 条形码用户在标志设计完成 后， 代码的正确与否直接关系到用户的自身利益。 对代码的验 证， 校验码的计算是标志商品质量检验的重要内容之一， 应该 谨慎严格， 需确定代码无误后才可用于产品包装上。下面是 EAN-13 条形码的校验码验算方法， 步骤如下 3：（1） 以未知校验位为第 1 位， 由右至左将各位数据顺序排 队 （包括校验码）。（2） 由第 2 位开始， 求出偶数位数据之和， 然后将和乘以3， 得积 N1。（3） 由第 3 位开始， 求出奇数位数据之和， 得 N2。（4） 将 N1 和 N2 相加得和 N3。（5） 用 N3 除以 10， 求得余数， 并以 10 为模， 取余数的补 码， 即得校验位数据值 C。结尾部分：由 11 条线组成，从左至右分别是一条黑 （5）线， 一条白线和一条黑线， 8 条白线。2.3 EAN-13 的编码规则EAN-13 的编码是由二进制表示的 。 它 的 数 据 符 、 起 始 符、 终止符、 中间分隔符编码见表 1。左侧数据符有奇偶性， 它的奇偶排列取决于前置符， 所谓 前置符是国别识别码的第一 位 F1 ， 该位以消影的形式隐含在 左侧六位字符的奇偶性排列中， 这是国际物品编码标准版的突（6） 比较第 1 位的数据值与 C 的大小， 若相等， 则译码正确， 否则进行纠错处理。例如， 设 EAN-13 码中数字码为 6901038100578 （ 其中校 验码值为 8）， 该条码字符校验过程为： N1=3 （7+0+1+3+1+9）=63， N2=5+0+8+0+0+6=19， N3=N1+N2=82， N3 除以 10 的余数为 2， 故 C=10-2=8， 译码正确。3EAN-13 条形码的生成条形码的生成方法如下 3：（1） 由 d0 根据表 3 产生和 d1d6 匹配的字母码， 该字母码 有 6 个字母组成， 字母限于 A 和 B。表 3 d0 映射表进行搭配结果为 9A、 0B、 1B、 0B、 3A、 8A， 查表 4 得第一部分数据的编码分别为 0001011、 0100111、 0110011、 0100111、0111101、 0110111； d7d12 和 C 进行搭配结果为 1C、 0C、 0C、5C、 7C、 8C， 查表 4 得第二 部分数据的编码分别为 1100110、1110010、 1110010、 1001110、 1000100、 1001000。条形码识别44.1 条码识别的基本原理EAN-13 是一种 (7, 2) 码， 即每个字符的总宽度为 7 个模 块宽， 交替由两个条和两个空组成， 而每个条空的宽度不超过4 个模块， 如图 4 所示。（2） 将 d1d6 和 d0 产生的字母码按位进行搭配， 来产生一个数字-字母匹配对。 并通过查表 4 生成条形码的第一数据部 分。图 4 EAN-13 条码宽度的定义图 4 中 C1， C2， C3， C4 表示当前字符中四个相邻条、 空的宽度， T 是一个字符的宽度 ， 满足： 1Ci4， Ci 为整数， i=表 4数字 字母映射表41， 2， 3， 4； 且 T=Ci=7。i=1用 n 表示当前字符单位模块的宽度 ， 则 n=T/7。 令 mi=Ci/n， i=1， 2， 3， 4 。 由 m1， m2， m3， m4 的值可以得到编码。 例 如 ： 若 m1=1， m2=3， m3=1， m4=2， 且条码的排列 为 条 空 条 空， 则可知当前字符的编码为 1000100， 是右侧偶字符 7。 若 m1=3， m2=1， m3=1， m4=2， 且条码的排列为空 条 空 条， 则可知当前字符的编码为 0001011， 是左侧偶字符 9。由于条码印刷和图像采集设备的限制 ， 在图像采 集 时 边 缘 部分还存在着半像素问题， 实际扫描后得到的图像会出现一定 程度的边缘模糊， 尤其当条码密度较大， 条空间距较小时边缘 模糊更为明显。 边缘出现模糊时， 将导致寻找条空边缘时产生 一定偏差， 当这个偏差超过半个模块宽度时 ， 便会出现误码。 如果再考虑到流通过程中磨损、 水渍浸泡等因素引起的图像缺 陷， 在这种情况下如果用边缘检测的方法确定条空序列会大大 降低条码的识别率。 本文采用的方法为： 以起始模块的中心为 起始中心、 一个单位模块宽度为间距来检测条空序列。4.2 条形码扫描方向的判别为了能够正确地解译条形码， 在解译条形码符号所表示的 数据之前， 需要先进行条形码扫描方向的判别， EAN-13 的起（3） 将 d7d12 和 C 进行搭配， 并通过查表 4 生成条形码的第二数据部分。（4） 按照两部分数据绘制条形码 ： 1 对应黑线， 0 对应白 线。例如， 假设一个条形码的数据码为： 6901038100578。 d0=6， 对应的字母码为 ABBBAA， d1d6 和 d0 产 生 的 字 母 码 按 位始字符和终止字符的编码结构都是“101”， 只能通过它进行码制的判别 (对于多种条码识别的时候， 其它码制的条码起始字符和终止字符都不是 “101”)， 但 是不能通过起始 字 符 和 终 止 字符来判别它的扫描方向。 由 EAN-13 码的编码结构可知， 它 的右侧字符为全偶， 而左侧字符的奇偶顺序由前置符决定， 没 有 全 偶 的 ， 从 而 可 以 利 用 此 原 理 来 确 定 EAN-13 码 的 扫 描 方 向。 如果扫描到的前 6 个字符为全偶， 即为反向扫描， 否则为 正向扫描。4.3 条形码字符的判别方法从上述条码识别原理知， 它的逻辑值可以通过和单位模块 比较判别。 这种方法对于印刷质量很好、 没有缺陷的条码很适 用， 但是对于条码印刷质量存在缺陷， 则不能正确地解译。 因 此本文提出了一种解决此类问题的较好方法， 即相似边距离测 量方法。表 6 EAN-13 条码字符值与归一化值的对应关系（反向译码）表 7 和表 8 分别为正向译码和反向译码时 EAN-13 条 码 编码与归一化值的对应关系。表 7EAN-13 条码编码与归一化值的对应关系（正向译码）图 5 条码字符宽度示图相似边距离就是相邻条和空的宽度之和 ， 如图 5 中的 T1，T2， 定义 T1， T2 的归一化值 AT1 和 AT2 如下：表 8EAN-13 条码字符值与归一化值的对应关系（反向译码）表 5 列出了正向译码时 EAN-13 条码字符值与归一化值 的对应关系，表 6 列出了反向译码时 EAN-13 条（AT1， AT2）码字符值与归一化值 （AT1， AT2） 的对应关系， 其中 “E” 表示偶字符， “O” 表示奇字符。表 5 EAN-13 条码字符值与归一化值的对应关系（正向译码）由表 58 可以看出， 条形码编码和归一化值在多数情况下呈现一一对应的关系， 只要确定了归一化值就能确定字符值 ， 但是有四种情况例外。 以正向译码为例， 在表 6 中， 左侧奇字 符和右侧偶字符 1, 7 归一化值均为 44， 左侧奇字 符 和 右 侧 偶 字符 2, 8 归一化值均为 33， 左侧偶字符 1, 7 归一化值均为 34， 左侧偶字符 2, 8 归一化值均为 43， 这几种情况可 以 根 据 字 符 的条空宽度 C1， C2， C3， C4 进一步判别。 表 9 为 1728 字 符 标准条空宽度值， 其中字符上有“-” 的对应条， 否则对应空。或 T2 哪个处在临界值， 修改它的归一化整数值 ， 这样可实现纠错。（2） 当字符数据为 2、 8、 1、 7 时 ， 由于条码宽度不精确 表 9 1728 字符标准条空宽度值导致误码，即 2 判成 8、 1 判成 7，或 反 之 。 分析这种误码相 对于校验位的差值有一定规律， 因此可利用此规律进行纠错 。由 EAN-13 校验方法知： 当偶数位上有 2 错译成 8 或 1 错译成7 时， 计算得到的实译值与校验值差-8 或 2， 反之 8 错译成 2 或 7 错译成 1 时， 计算得到的实译值与校验值差 8 或-2； 当奇 数位上有 2 错译成 8 或 1 错译成 7 时， 计算得到的实译值与校 验值差-6 或 4， 反之， 8 错译成 2 或 7 错译成 1 时， 计算得到 的实译值与校验值差 6 或-4； 当然别的字符译错也可能出现这 些 差 值 ， 但 几 率 很 小 ， 可 以 不 予 考 虑 。 这 样若程序校验没通 过， 可加一个判断， 根据差值判断其属于上述哪种情况， 找出 出错的字符并纠正。5 程序实现5.1 应用 Visual C+生成条形码图像5.11 创建工程文件（1） 打开 VC+ 6.0， 点击 “File” 菜单的 “New” 菜单项，根据表 9 中各字符条空宽度的特点可知： 对于左侧奇字右 侧 偶 字 符 1 和 7， 可 通 过 比 较 C3 与 C4 来 判 别 ， 若 C3符、C4， 则为字符 1， 反之为 7； 对于左侧奇字符、 右侧偶字符 2和 8， 可通过比较 C2 与 C3 来判别， 若 C2C3 ， 则为字符 8， 反 之为 2； 对于左 侧 偶 字 符 1 和 7， 可 通 过 比 较 C1 与 C2 来 判 别， 若 C1C2， 则为字符 7， 反之为 1； 对于左侧偶字符 2 和8， 可通过比较 C2 与 C3 来判别，为 8。若 C2C3，则为字符 2，反之采用相似边距离归一化的条码识别方法， 当条码质量存在缺陷使得实际测量值和条码应该具有的理论值有较大偏差时 ， 仍能正确解译。 例如对于左侧奇字符 “0” 进行译码， 该 字符 的四个元素宽度的理论值应该是 C1=3， C2=2， C3=1， C4=1， 但 是由于印刷等原因的影响 ， 实际上测量值是 C1=2.5， C2=2.5，C3=0.8， C4=1.2。 如果只根据元素宽度的测量值进行译码 ， 那么这四个元素的宽度测量值四舍五 入 取 整 后 分 别 为 3、 3、 1、1， 从而造成译码错误。 若采取相似边距离归一化的条码识别 方法进行译码， 此时 T1=C1+C2=5， T2=C2+C3=3.3， T=7， AT1=5， AT2=3， 由表 7 知字符编码为左侧奇字符 “0” 。 可见利用相似 边距离归一化的条码识别方法判别字符值， 可以得到比较满意 的效果。4.4 纠错处理采用相似边距离归一化的译码方法能够在一定程度上消除 条、 空误差对译码识别的影响。 当系统误差特别是条码印刷误 差较大导致 T1、 T2 改变时， 译码将出错。 因此译码软件应 具 有一定的纠错能力， 以减少条空宽度值不精确的影响， 提高条 码识别率 1。 纠错主要从以下两方面进行：（1） 如果条码字符的 T1 或 T2 在临界位置， 当条或空的宽 度有误差时， 就会导致 或 的整数值增 1 或减 1。 如果 AT1 和 AT2 中只有一个发生错误， 则引起该字符的奇偶性、 字符值的 改变， 如果 AT1 和 AT2 都出错 ， 则引起该字符值的改变 ， 但 奇偶性未变。 实际情况中第一种现象出现的概率比第二种情况在出现的界面 中 选 定栏 ， 点 击“ Projects”“ MFC APPWizard(exe)”， 工程文件名为 Generator。 按 “确定” 按纽， 进入 MFCAPPWizard。（2） 在 MFC APPWizard 第 一 步 选 择 Single document 文 档 类型。 第二步和第三步按 默 认 方 式 。 第 四 步 中 去 掉 “Docking” 前toolbar” 、 “Initial status bar” 、 “Printing and print preview面的 “”， 即不选该三项。 然后点击 “Advanced ”， 在出现的界面中填写 “File extension” 为 “bmp”。 第五步和第六步按 默认方式。 最终生成工程 Generator。（3） 修改菜单。 增加 操作 菜单； 删除 “编辑” 菜单； 修改“帮助” 菜单。 参见工程文件。（ 4） 插入两个对话框 （IDD_WELCOME、IDD_GIVECODE）并修改这两个对话框。 参见工程文件。类代码编制5.1.2（1） 在 Generator 工程中增加新类 CWelcomeDlg， 类 型 为Generic Class。（2） 在 Generator 工程中增加新类 CGiveCodeDlg， 类 型 为Generic Class。（3） 点击 “View” 菜单的 “ClassWizard” 菜单项， 在出现 的界面中， 选择 Class Name 为 “CGeneratorView”， 增加成员函 数， Object Ids、 Messages、 Member functions 分别为：1） ID_EDIT_GIVE、 COMMAND、 ON_ID_EDIT_GIVE：COMMAND；2） ID_FILE_SAVE、 COMMAND、 ON_ID_FILE_SAVE。（4） 给类 GeneratorView 添加成员变量， 参见源程序大得多， 因此本文主要对第一种情况进行纠错。由表 1 和表 2可知， 右侧字符为全偶字符排列， 左侧字符有 10 种奇偶排列，这 11 种排列构成有效的排列集合， 把所译的字符串奇偶 排列 与有效的奇偶排列对比， 判断是否为排列集合成员。 若是， 所 译的字符串不作任何 处理 ； 若不是， 所译码出错， 并 找 出 T1数 ， Object Ids、 Messages、 Member functions 分 别 为 ：CmainFrame、 WM_CREATE、 ON_WM_CREATE;（5） 打开文件 MainFrame.cpp， 增加 “#include WelcomeDlg.h”， 增加代码， 参见源程序。（6） 打开 RecognizorView.cpp 源文件， 输入成员函 数 ， 参 见源程序。（7） 编译、 连接、 运行。6结语介绍了一维条码格式、 编码规则等技术特点， 以及条码图 像生成与识别的基本原理， 并用 Visual C+实现了条码图像生 成和具有一定纠错能力的条码识别软件。 尽管关于一维条码识 别的设备很多， 但这些都是针对于光电识别的。 光电识别设备 只能识别印刷质量好的条码， 而通过图像处理技术辨识一维条 码能对质量差的条码达到好的识别效果， 因此它明显优于光电 识别设备。参考文献1 熊 小 寒 条形码技术与标准化 M 天 津 ： 天 津 大 学 出 版 社， 19922 李金哲等 条形码自动识别技术 M 辽宁： 科学技术出版 社， 19933 苏彦华等 数字图像识别技术典型案例 M . 北京:人民邮 电出版社， 2004(收 稿 日 期 ： 2009-12-26）决战 CeBIT 2010 科士达全线产品强势出击3 月 2 日， 全球规模领先的 ICT 产业盛会2010 年 汉诺 威消费电子、 信息及通信博览会 (CeBIT 2010) 在德国汉诺威展 览中心拉开帷幕， 来自全球 个国家和地区的 000 多家公司 参加了本届展会， 其中， 连续多年参加本展会的中国大陆本土 UPS 行业旗舰品牌厂商 深圳科士达科技股份有限公司， 再 次以高规格展台形象、 全系列具有业界领先水准的创新型产品 吸引了来自各个国家和地区的电源采购商， 在开幕当日即成为 本届展会倍受瞩目的中国展商之一。以 “发展 挑 战ICT 为您成就更好的事业 和生活 ” 为 主 题的本届展会， 将从 IT 和通讯 （ICT） 发展趋势出发， 以商 业 解决方案、 ICT 技术基础设备、 未来科技等角度 ， 为 全 球 业 界 展现最新科技成果。 开幕当日， 共有 300 多家中国大陆本土企 业亮相， 展出内容集中在电子消费/数码产品、 卫星导航、 汽车 解决方案 、 通讯类产品等 方面 ， 而台湾则有包 括华 硕 、 宏 碁 、 微星在内的 200 多家企业参展， 此外， 本届展会还将有包括德 国 总 理 梅 克 尔 、 西班牙首相萨 帕 特罗 ， 以 及 微 软 、 英 特 尔 、 SAP、 戴 尔 、 IBM、 Google、 Skype、 摩 特 罗 拉 、 阿 尔 卡 特 等 政 界和国际知名企业的高阶主管将出席。Generatorview.h。（5） 打 开 文 件 GeneratorView.h， 增 加 代 码 ， 参 见 源 程 序 。打开文件 GeneratorView.cpp， 增加代码， 参见源程序。（6） 点击 “View” 菜单的 “ClassWizard” 菜单项， 在出现 的 界 面 中 ， 选 择 Class Name 为 “CWelcomeDlg” ， 增 加 成 员 函 数 ， Object Ids、 Messages、 Member functions 分 别 为 ： IDOK、 BN_CLICKED、 OnOK ()。（7） 点击 “View” 菜单的 “ClassWizard” 菜单项， 在出现的 界 面 中 ，选 择 Class Name 为 “ CMainFrame” ，增 加 成 员 函数 ， Object Ids、 Messages、 Member functions 分 别 为 ：CmainFrame、 WM_CREATE、 OnCreate()。（8） 打开文件 MainFrame.cpp， 增加 “#