第六章条码技术识读案例.ppt

第六章 条码识读 条码识读系统条码符号是图形化的编码符号 对条码符号的识读就是要借助一定的专用设备 将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可识别的数字信息 从系统结构和功能上讲 条码识读系统是由扫描系统 信号整形 译码三部分组成 扫描系统由光学系统及探测器 即光电转换器件组成 它完成对条码符号的光学扫描 并通过光电探测器 将条码条空图案的光信号转换成为电信号 信号整形部分由信号放大 滤波 波形整形组成 它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号 其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应 译码部分由计算机方面的软硬件组成 它的功能是对得到条码矩形波信号进行译码 并将结果输出到条码应用系统中的数据采集终端 1 扫描系统 扫描系统的主体是光学结构 该结构应该具备以下两个性能 具有一个扫描光路 以产生一个光点 该光点在人工或自动控制下能沿某一轨迹作直线运动且通过一个条码符号的左空白区 起始符 数据符 终止符及右空白区 具有一个条码符号反射光的接收系统 它应能够并擅长接收扫描光点从条码符号上反射回来的漫反射光 条码扫描系统可采取不同的光源 扫描形式 光路设计来实现上述功能 扫描器的光源 扫描器所选用的光源种类很多 主要有半导体光源 激光光源 也有选用白炽灯 闪光灯等光源的 激光与其它光源相比 有其独特的性质 有很强的方向性 单色性和相干性极好 其它光源无论采用何种滤波技术也得不到像激光器发出的那样的单色光 可获得极高的光强度 条码扫描系统采用的都是低功率的激光二极管 使之短暂射入人眼时不会给人眼带来伤害 但它仍具有其他光源难以达到的光照度 扫描方式 扫描器扫描识读条码符号主要方式分为手动扫描 自动扫描及CCD扫描 手动扫描 手动扫描比较简单 扫描器内部不带有扫描装置 发射的照明光束的位置相对于扫描器固定 完成扫描过程需要手持扫描器扫过条码符号 这种扫描器属于固定光束扫描器 光笔和大多数卡式条码阅读器都采用这种扫描方式 自动扫描 自动扫描是指条码扫描器内部含有使扫描光束做扫描运动的装置 如旋转镜组 摆镜等 自动扫描的扫描光源为激光 CCD扫描 CCD ChargeCoupledDevice 电荷耦合装置是一种电子自动扫描的光电探测器 由光电二极管构成扫描器首先将条码符号的整个图像呈现在线阵的CCD上 然后CCD对其上的光信号进行光电转换并进行自动扫描 并不需要增加任何运动机构 所以它是一种特殊的自动扫描 扫描系统的一些重要特性 扫描器的分辨率对于条码扫描系统而言 分辨率就是正确检测读入的最窄条码符号的宽度 英文是MINIMALBARWIDTH 缩写为MBW 选择设备时 并不是设备的分辨率越高越好 而是应根据具体应用中使用的条形码密度来选取具有相应分辨率的阅读设备 使用中 如果所选设备的分辨率过高 则条码符号上微小的污点或脱墨都会对扫描信号都会产生严重的影响 如图2 35 a 所示 若扫描光点做得很小 由于扫描对印刷缺陷的敏感度很高 所以会造成识读困难 如果扫描光点做得太大 扫描信号就不能反映出条与空的变化 同样造成识读困难 如图2 35 b 所示 较为优化的一种选择是 扫描光点的直径等于或略小于条码符号中最窄单元的宽度 如图2 35 c 所示 扫描系统的扫描光点也就是扫描光学系统的光信号的采集点 调节该光点的大小有两种方法 一种是采用一定尺寸的探测器接收光栏 另一种则是通过控制实际扫描光点的大小 对于普通扫描光源的扫描系统 由于照明光斑一般很大 所以主要采用探测器光栏来调节扫描光点的大小 工作距离和景深 根据扫描器与被扫描的条码符号的相对位置 扫描器可分为接触式和非接触式两种 所谓接触式 即扫描时 扫描器直接接触被扫描的条码符号 而非接触式 即扫描时 扫描器与被扫描的条码符号之间可保持一定距离的范围 这一范围就叫作扫描景深 通常用DOF表示 扫描景深是非接触式的条码扫描器的一个重要参数 在一定程度上 扫描识读距离的范围和条码符号的最窄元素宽度 以及条码其他的质量参数有关 值大 条码印刷的误差就小 条码符号条空反差大 该范围相应地会大一些 通常 扫描景深一般适用于具体应用中的条码符号尺寸和该尺寸下的标准条码符号 制造厂商一般针对不同的条码识读距离和条码符号密度开发出不同的扫描器 扫描频率和扫描图案 通常 手持激光扫描器的扫描频率一般在36sps 每秒的扫描次数 CCD扫描的扫描频率大约在100sps 在全向或栅状扫描中 扫描频率甚至能超过1000sps 只是全向扫描器能够扫出含有多条扫描线的扫描图案 其中某条线的扫描频率和手持式激光扫描器的扫描频率大体相当 在识读移动物品上的条码符号时 条码符号的方向 大小和运动速度对扫描频率和扫描图案有一定的要求 这些要求可以通过计算得到 扫描宽度 对于光笔或刷卡式扫描器 从理论上讲 这两种扫描器可以扫出任一长度的条码符号 但实际上 条码符号太长时 扫描速度不稳定 并且扫描轨迹容易超出条码符号的有效扫描区域 对于激光扫描器特别是手持式激光扫描器 条码符号离扫描窗口太近时 扫描线的扫描宽度较小 条码宽度较大时 则扫不出来 线性CCD条码扫描器识读窗口有的是6cm宽 有的是8cm宽 条码符号的最大宽度应该略小于CCD条码扫描器识读窗口的宽度 具体到某一种CCD扫描器 能达到的扫描宽度应参见该设备的说明书 2 信号整形系统 在信号整形系统 首先要将扫描系统传来的光信号转型为电信号 经过放大和滤波后再进行整形 具体流程如下 接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号并通过发送电路进行放大 由于扫描光斑具有一定尺寸 条码印刷时的边缘模糊性以及一些其他原因 经过电路放大的条码电信号是一种平滑的起伏信号 并不呈现条码符号亮暗条之间泾渭分明的特征 这种信号边缘常被称为条码的 模拟电信号 这种信号还需经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来 变成通常所说的 数字信号 译码系统 将信号整形系统的输出信息 按照标准数字信号的电压的大小进行量化 输入到码码系统 再由译码器译出其中所含信息 各种条码符号的标准译码算法来自于各个条码符号标准 而且 不同的扫描方式对译码器的性能要求也不同 条码扫描器 在条码识读器中 有一种具有现场实时数据采集和处理功能的识读设备叫做数据采集器 它具备实时采集 自动存储 即时显示 即时反馈 自动处理 自动传输功能 实际上 它是移动式数据处理终端和某一类型的条码扫描器的集合体 手持式条码扫描器 手持式条码扫描器应用于许多领域 尤其适用于条码尺寸多样 识读场合复杂 条码形状不规整的应用场合 这类扫描器包括光笔 激光枪 手持式全向激光扫描器 手持式CCD扫描器 手持式数据采集器等 光笔 光笔属于接触式 固定光束扫描器 在其笔尖附近中含有发光二极管 LED 作为照明光源 并含有光电探测器 在选择光笔时 要根据应用中的条码符号正确选择光笔的孔径 分辨率 分辨率高的光笔的光点尺寸能达到4密尔 0 1毫米 6密尔属于高分辨率 10密尔属于低分辨率 一般光笔的光点尺寸在0 2毫米左右 选择光笔分辨率时 有一个经验的计算方法 条码最小单元尺寸X的密尔数乘以0 7 然后进位取整 该密尔数就是使用的光笔孔径的大小 例如 X 10mil 那么就应该选择孔径在7个密尔左右的光笔 光笔的耗电量非常低 这一点它比较适用于和电池驱动的手持数据采集终端相连 光笔的光源有红光和红外光两种 红外光笔擅长识读被油污弄脏的条码符号 光笔的笔尖容易磨损 一般用蓝宝石笔头 不过 光笔的笔头可以更换 早期的光笔扫描器和译码器是分开的 最近几年 制造商开始将译码器集成在光笔的内部 激光枪 激光枪属于手持式自动扫描的激光扫描器 扫描动作通过转动或振动多边形棱镜等光装置实现 一般扫描频率为每秒40次左右 这种扫描器的外形结构类似于手枪 如图2 39所示 这种扫描器的主要特点是识读距离长 通常只有它们的扫描区域能在1英尺以外 有些超长距离的扫描器 其扫描距离甚至可以达到10英尺 目前新型的CCD扫描器也可以达到一般的激光扫描器所能够达到的识读距离 在室外阳光直射条件下 有的扫描器可以通过编程延迟激光点的扫描 以便人们能够用激光点对准待扫描的条码符号 在工业应用环境中 激光枪的摔碰会给激光枪中的机械扫描装置带来损害 采用重量轻的光电扫描装置代替传统的振镜或转镜扫描装置将会大大提高扫描器对环境的适应能力 手持式全向激光扫描器 这种全向激光扫描器是从台式全向扫描器中发展而来的 它适用于商业POS系统以及文件识读系统 识读时可以手持 也可以放在桌子上或挂在墙上 使用灵活方便 手持式CCD扫描器 CCD扫描器属于非接触式扫描器 传统上 它的识读距离很短 被识读的条码符号必须紧靠扫描器的识读窗口 但现在新型的CCD扫描器识读距离和景深已经达到普通激光扫描器的性能 CCD扫描器内部不含有机械移动的部件 这是它的一大优点 它抗摔 结实 适用于比较恶劣的环境 另外 由于其结构简单 操作简单 省力 所以在扫描器中具有最好的性价比 手持式数据采集器 手持式数据采集器有线阵和面阵两种 线阵图像扫描器起源于CCD扫描器 它对光学系统和电路系统作了极大的改进 线阵图像采集器可以识读一维条码符号和堆积式的条码符号 面阵图像采集器类似于 数字摄像机 拍静止图像 它通常由激光束对识读区域进行扫描 激光束的扫描像一个照相机的闪光灯 在扫描的同时 二维面阵成像单元对照亮的区域的反射信号进行采集 面阵图像采集器可以识读二维条码 当然也可以在多个方向上识读一维条码 目前 能够自动识别光学字符的面阵图像采集器已经在市场上出现 固定式扫描器 固定式扫描器扫描识读不用人手把持 适用于省力 人手劳动强度大 如超市的扫描结算台 或无人操作的自动识别场合 这里 将介绍卡槽式扫描器 固定式单线 单方向多线式 栅栏式 扫描器 固定式全向扫描器和固定式CCD扫描器 1 卡槽式扫描器 卡槽式扫描器属于固定光束扫描器 其内部的结构和光笔类似 它上面有一个槽 手持带有条码符号的卡从槽中滑过实现扫描 这种扫描器广泛用于时间管理以及考勤系统 它经常和带有液晶显示以及数字键盘的终端集成为一体 2 固定式单线 单方向多线式 栅栏式 激光扫描器 这两类扫描器通常用于对传送带上的条码符号进行扫描 固定式单线扫描器在结构上和手持式激光扫描器类似 只是触发扫描的装置有所不同 它们是靠超声波或光电感应来触发扫描 并且它们对识读物品上条码符号的高度 位置和方向有着较为严格的要求 单方向多线式 栅栏式 扫描器类似于全向扫描器 只是它的扫描线只有一个方向 采用栅栏式扫描器识读传送带上的物品时 对条码符号的位置要求比较宽松 但对条码符号的高度和方向仍需作限制 3 全向激光扫描器 全向扫描指的是标准尺寸的商品条码以任何方向通过扫描器的区域时 扫描器的某个或某两个扫描线都会扫过整个条码符号 一般全向扫描器的扫描线方向为3 5个 每个方向上的扫描线为4个左右 这方面的具体指标取决于扫描器的具体设计 这种扫描器一般用于商业超市的收款台 全向扫描器一般有3个到5个扫描方向 扫描线数一般为20个左右 它们有些安装在柜台下面 有的可以安装在柜台侧面 全息式激光扫描器为高性能的全向式激光扫描器 它用高速旋转的全息盘代替了棱镜状多边转镜扫描 扫描速度可高达8000线 秒 特别适用于在工业传送带上识读不同距离 不同方向的条码符号 这种类型的扫描器对传送带的最大速度要求小的为每秒0 5米 高的可达每秒4米 固定式CCD扫描器 固定式CCD扫描器和手持式CCD扫描器在结构上几乎完全