第3章 条码自动识别技术

第3章自动识别技术

AutomaticIdentificationTechnology学习任务概述一维条形码技术12二维条形码技术3EPC与RF技术43.1概述自动识别技术（AutomaticIdentificationTechnology）是信息数据字典识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术为基础的综合性科学技术。自动识别技术通过自动（非人工方法）获取物品标识信息并且不使用键盘即可将数据实时输入计算机、程序逻辑控制器或其他微处理器控制设备的技术。3.1概述自动识别技术研究领域：初步形成一个包括条码技术、射频识别技术、磁识别技术、声音识别技术、图像识别技术、光字符识别技术和生物识别技术等及计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的学科。其中，最常用的自动识别技术是条码技术和射频识别技术。3.1概述自动识别技术的特点：准确性——自动数据采集，彻底消除人为错误；高效性——信息交换实时进行；兼容性——自动识别技术以计算机技术为基础，可与信息管理系统无缝联结。AutomaticIdentificationTechnologyisthefoundationoftheInternetofThings.3.2一维条形码3.2.1一维条码起源3.2.2一维条码概述3.2.3一维条码标准3.2.4一维条码译码20世纪20年代，JohnKermode发明了最早的条码标识及条码识读设备，由扫描器、边缘定位线圈、译码器组成。1949年，NormanWoodland和BernardSilver注册了第一个条码——“公牛眼”。3.2.1条码起源1970年，美国超级市场委员会制定了通用商品代码（UniversalProductionCode，UPC），UPC是一种条码。条码的出现引发了商业的一次革命，给商业带来了便捷和效益。目前在全球经济的各个领域仍然在使用条码。现在超市都采用条码进行收费。

1972年，MonarchMarking等人研制出库德巴（CodeBar）码，主要应用于血库。3.2.1条码起源1973年，美国统一编码委员会（UniversalCodeCouncil，UCC）成立。UCC是标准化组织，UPC条码由UCC管理。1974年，DavideAllair发明了39码，被美国国防部采纳，成为军用条码码制，后广泛用于工业。1976年，美国和加拿大的超级市场开始使用UPC条码应用系统。3.2.1条码起源1977年，欧洲物品编码协会（EuropeanArticleNumber，EAN）成立，开发出与UPC条码完全兼容的EAN条码。1981年，EAN更名为国际物品编码协会（InternationalArticleNumberingAssociation，IAN）。这时EAN已经发展成为一个国际性的组织，EAN条码作为一种消费单元代码，在全球范围内被用于唯一标识一种商品。3.2.1条码起源EAN会员遍及全球130多个国家和地区，我国于1991年加入EAN组织。2002年11月26日，UCC正式加入EAN组织，使EAN·UCC系统成为全球统一的编码体系。2005年，更名为GS1（Globestandard1）。GS1结束了欧、美物品编码协会30多年的分治与竞争，统一全球物品的编码标准成为欧美共同的目标。3.2.1条码起源

伴随着经济全球化的进程，需要对全球每个物品进行编码和管理，条码的编码容量满足不了这样的要求。1999年，电子产品编码（ElectronicProductCode，EPC）应运而生了。EPC码统一了全球物品的编码方法，其编码容量足够大，可以给全球每个物品一个唯一的编码。3.2.1条码起源

EPC的概念是由美国麻省理工学院的两位教授提出的，为推进EPC系统的发展，美国麻省理工学院成立了Auto-ID中心。2003年11月，EAN和UCC联合收购了EPC，正式接管了EPC在全球的应用推广工作，成立了全球电子产品编码中心EPCglobal。同时Auto-ID中心更名为Auto-ID实验室。3.2.1条码起源EPCglobal主要职责是在全球范围内建立和维护EPC网络，保证采用全球统一的标准完成物品的自动、实时识别，以此来提高国际贸易单元信息的透明度与可视性。EPCglobal在美国、英国、日本、韩国、中国、澳大利亚和瑞士建立了7个Auto-ID实验室，5个世界著名的研究性大学参与EPC研发。3.2.1条码起源

目前全球比较成熟的物联网标准体系有欧美支持的EPC物联网标准体系和日本的泛在识别中心UIDCenter

制定的UID（UbiquitousID）物联网标准体系。

EPC和UID是两种主要的物联网标准体系，它们有各自的特征，并且相互竞争。为了制定具有自主知识产权的物联网标准体系，UID采用Ucode编码，它能兼容日本已有的编码体系，同时也能兼容其它国家的编码体系。3.2.1条码起源

泛在识别中心制定UID物联网标准体系的思路与EPCglobal类似，其目标也是推广自动识别技术，构建一个完整的编码体系，组建物联网进行通信。

UID的核心任务是赋予世界任何一个物体唯一的识别号，实现全球范围内物品信息的跟踪与共享，建立物与物的通信网络，实现物联网。日本和国外有数百个知名厂商加入和使用UID体系，如日本的NEC、索尼、日立、东芝，国外的微软、三星、LG公司等等。3.2.1条码起源3.2一维条形码3.2.1一维条码起源3.2.2一维条码概述3.2.3一维条码标准3.2.4一维条码译码

条形码（barcode）简称条码，是将宽度不等的多个黑条和空白按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。

条码是商品的“身份证”，是商品流通于国际市场的“通用语言”。3.2.2一维条码概述一维条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记。用以表示一定的信息，并能够用特定的设备识读，转化成与计算机兼容的二进制和十进制数字信息。条码信息靠条和空的不同宽度和位置来传递，由条码宽度和印刷精度来决定信息量的大小。3.2.2一维条码概述编码方法：指条码中条、空的编码规则以及二进制的逻辑表示的设置。模块组合法：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“1”，一个标准宽度的空模块表示二进制的“0”。宽度调节法：条与空的宽窄设置不同，用宽单元表示二进制“1”，用窄单元表示二进制“0”。3.2.2一维条码概述一个完整的条码的组成次序依次为：静区、起始符、数据符、分割符（可选）、校验符（可选）、终止符以及供人识读的字符组成。3.2.2一维条码概述静区：指条码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域。起始/终止符：指位于条码开始和结束的若干条与空，标志条码的开始和结束，同时提供了码制识别信息和阅读的方向。数据符：位于条码中间的条、空结构，它包含条码所表达的特定信息。校验符：用来判定此次阅读是否有效的字码。3.2.2一维条码概述模块：构成条码的基本单位是模块，模块是指条码中最窄的条或空，模块的宽度通常以mm或mil（千分之一英寸）为单位。密度（Density）：条码的密度指单位长度的条码所表示的字符个数。模块尺寸越小，密度越大，所以密度值通常以模块尺寸的值来表示（如5mil）。宽窄比：对于只有两种宽度单元的码制，宽单元与窄单元的比值称为宽窄比，一般为2-3左右（常用的有2：1，3：1）。宽窄比较大时，阅读设备更容易分辨宽单元和窄单元，因此比较容易阅读。基本术语3.2.2一维条码概述对比度（PCS）：条码符号的光学指标，PSC值越大则条码的光学特性越好PCS=（RL-RD）/RL×100%（RL：条的反射率RD：空的反射率）双向条码：条码的两段都可以作为扫描起点的。中间分隔符：在条码符号中，位于两个相邻的条码符号之间且不代表任何信息的空。连续性条码：在条码字符中，两个相邻的条码字符之间没有中间分隔符的条码。非连续性条码：在条码字符中，两个相邻的条码字符之间存在中间分隔符的条码。基本术语3.2.2一维条码概述3.2一维条形码3.2.1一维条码起源3.2.2一维条码概述3.2.3一维条码标准3.2.4一维条码译码3.2.3一维条码标准

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。一维条码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率；

一维条码有许多种码制，包括EAN-8码、EAN-13码、Code25码、Code39码、Code93码、Code128码、ITF25码、Matrix码、库德巴码、UPC-A码和UPC-E码等。一维条码3.2.3一维条码标准Standard2of5Symbology

Standard2of5encodesinformationinthewidthsofthebars.二五条码是一种只用“条”表示信息的非连续型条码。每一个条码字符由规则排列的5个“条”组成，其中有两个“条”为宽单元，其余的“条”和“空”以及字符间隔都是窄单元。字符集：0~9 3.2.3一维条码标准几种常用的一维条码二五条码 二五条码由左侧空白区、起始符、数据符、终止符及右侧空白区构成。空不表示信息，宽单元表示二进制的“1”，窄单元表示二进制的“0”

，起始符用二进制“110”表示，终止符用二进制“101”表示。3.2.3一维条码标准几种常用的一维条码二五条码字符集为数字字符0～93.2.3一维条码标准Interleaved2of5barcode

Interleaved2of5encodesnumberofnumericcharactersinthewidths(eithernarroworwide)ofthebarsandspacesofthebarcode.ThisallowsInterleaved2of5toachieveasomewhathigherdensity.3.2.3一维条码标准AtypicalInterleaved2of5barcodeis:NotethattheabovebarcodeisphysicallysmallerthanitsequivalentrepresentationusingStandard2of5.3.2.3一维条码标准Interleaved2of5barcode 交插二五条码是一种条、空均表示信息的连续型、非定长、具有自校验功能的双向条码。它的字符集为数字字符0～9。下图是表示“3185”的交插二五条码的结构。3.2.3一维条码标准交插二五码由左侧空白区、起始符、数据符、终止符及右侧空白区构成。它的每一个条码数据符由5个单元组成，其中两个是宽单元（表示二进制的“1”），三个窄单元(表示二进制的“0”)。条码符号从左到右，表示奇数位数字符的条码数据符由“条”组成，表示偶数位数字符的条码数据符由“空”组成。组成条码符号的条码字符个数为偶数。不足左侧补0.3.2.3一维条码标准应用于商品批发、仓库、生产/包装识别、运输以及国际航空系统的机票顺序编号等。

ASCIICHARACTERBARCODEENCODING0NNWWN1WNNNW2NWNNW3WWNNN4NNWNW5WNWNN6NWWNN7NNNWW8WNNWN9NWNWN3.2.3一维条码标准Code39

Symbology

Code39wasthefirstalpha-numericsymbologytobedeveloped.In1981,itwasestablishedastheofficialdepartmentofdefenseandtheofficialgovernmentsymbologystandard. Code39containsCapitallettersAtoZ,Numbers0to9,Spacecharacter,+,-,*,/,.,$,%characters.3.2.3一维条码标准Code39

Symbology 三九条码是一种条、空均表示信息的非连续型、非定长、具有自校验功能的双向条码。 三九条码的每一个条码字符由9个单元组成（5个条单元和4个空单元），其中3个单元是宽单元（用二进制的“1”表示），其余是窄单元（用二进制的“0”表示），故称之为“39条码”。3.2.3一维条码标准

39条码符号包括：左右两侧空白区，起始符、条码数据符（包括符号校验字符）、终止符。条码字符间隔是一个空，它将条码字符分隔开。3.2.3一维条码标准由于39码是自校验，校验位可忽略不计。在应用要求的精度非常高的水平时可能需要。校验位的计算： 1）参考39码的检查码查 询表得出各个字符的相 对值；

2）将各个相对值累加并 除以43，所得余数即为 相对值，查它的对应编 码即可。3.2.3一维条码标准CodeBarSymbology 库德巴条码是一种条、空均表示信息的非连续型、非定长、具有自校验功能的双向条码。它由条码字符及对应的供人识别字符组成。广泛用于医疗卫生和图书馆行业，也用于邮政快件上。3.2.3一维条码标准 库德巴条码的每一个字符由7个单元组成（4个条单元和3个空单元），其中两个或3个是宽单元（用二进制“1”表示），其余是窄单元（用二进制“0”表示）。3.2.3一维条码标准几种常用的一维条码库德巴条码3.2.3一维条码标准UPC（UniformProductCode）UPC码是最早大规模应用的条码，是一种长度固定、连续型条码，目前主要在美国和加拿大使用。UPC：统一产品代码，现有A、B、C、D、E版本A版本：12位数字E版本：8位数字，最后一位为校验位3.2.3一维条码标准 UPC规定，每个UPC商品条码字符由2个条、2个空共7个模块组成，每一个条码字符都对应于A、B、C三种排列方式。3.2.3一维条码标准UPC-A码商品条码的符号表示如下所示。左侧数据符用A子集表示，右则数据符和校验符用C子集表示。3.2.3一维条码标准（1）厂商识别代码:2000年开始，根据厂商对未来产品种类的预测，分配由（X11～X7）可变长度的厂商识别代码，X12为系统字符。（2）商品项目代码：由（X6～X2）组成。（3）校验码：计算方法与EAN/UCC-13代码相同。

X12(X11X10X9X8X7)(X6X5X4X3X2)X1厂商识别代码商品项目代码校验码3.2.3一维条码标准UPC-A商品条码的代码结构系统字符0、6、7用于一般商品，通常为6位厂商识别代码；系统字符2、4、5的厂商识别代码用于内部管理的商品。3.2.3一维条码标准X8X7X6X5X4X3X2X1商品项目代码校验码UPC-E商品条码的代码结构UPC-E商品条码由8位数字(X8～X1)组成，是将系统字符为“0”的UPC-A代码进行消零压缩所得。X8～X2为商品项目识别代码；

X8为系统字符，取值为0；

X1为校验码，校验码为消零压缩前UPC-A商品条码的校验码。3.2.3一维条码标准消零压缩方法见表。3.2.3一维条码标准EANEAN码（EuropeanArticleNumber）是欧共体按照UPC码的标准制定的欧洲物品编码，与UPC码兼容，而且两者具有相同的符号体系。EAN码的字符编号结构与UPC相同，也是长度固定、连续型的数字式码制，字符集是0~9。EAN码有两种类型，标准版（EAN-13码）和缩短版（EAN-8码）。3.2.3一维条码标准EAN/UCC-13：

690

1234

56789

2（结构1）前缀码厂商识别代码商品项目代码校验码结构种类前缀码厂商识别代码商品项目代码校验码结构一X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2X1结构二X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2X1结构三X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4X3X2X1690、691采用结构1；692、693采用结构2；694，695暂未启用，是否采用结构三视发展待定3.2.3一维条码标准3.2.3一维条码标准EAN-13码3.2.3一维条码标准EAN-13码前置码不包括在左侧数据符内，不用条码字符表示。左侧数据符选用A子集、B子集进行二进制表示且取决于前置码的数值。右侧数据符及校验码均用C子集表示。3.2.3一维条码标准EAN-13码3.2.3一维条码标准几种常用的一维条码EAN-13码3.2一维条形码校验码的计算步骤如下：

(1)由右至左编制代码位置序号

(2)偶数位数字的和×3＋奇数位数字的和（检验码除外）

(3)用10减去（2）中和的个位数，其差为校验码。

序号13121110987654321代码690123456789？(9+1+3+5+7+9)×3＋(6+0+2+4+6+8)=102＋26=128

？=10–8=269012345678923.2.3一维条码标准EAN/UCC-8代码是EAN/UCC-13的补充，用于标识小型商品。由8位数字组成，其结构如下：

商品项目识别代码校验码X8X7X6X5X4X3X2X1

商品项目识别代码由国家（或地区）编码组织负责统一分配和管理。（要确保其在全球的唯一）其中X8X7X6为前缀码

校验码按照EAN/UCC-13代码中的校验位计算即可。3.2.3一维条码标准EAN-8码3.2.3一维条码标准典型一维条形码制比较3.2.3一维条码标准3.2一维条形码3.2.1一维条码起源3.2.2一维条码概述3.2.3一维条码标准3.2.4一维条码译码3.2.4一维条码译码3.2.4一维条码译码

扫描系统，完成对条码符号的光学扫描，通过光电转换器，将获得的条码符号的光信号转换成为模拟电信号。

信号整形部分，将扫描系统获得的模拟电信号处理成为标准电位的矩形波信号，即标准的数字脉冲信号，其高低电平的宽度与条码符号的条空尺寸相对应。

译码部分，一般由嵌入式微处理器组成，它的功能是对获得的条码脉冲数字信号进行译码，译码的结果通过接口电路输出到条码应用系统中的数据终端。一维条码的不足之处：

*数据容量较小：30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

3.3二维条形码从“线”到“面”的飞跃3.3二维条形码友情提示：请勿乱扫二维码，谨防上当受骗！

二维条码（2-dimensionalbarcode

）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面上（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。

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。

二维条码可以分为行排式二维条码（2Dstackedbarcode）和矩阵式二维条码（2Dmatrixbarcode）。3.3二维条形码3.3二维条形码1.堆叠式/行排式/堆积式/层排式二维条码

其编码原理是建立在一维条码基础之上，按需要堆积成二行或多行。它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维条码的一些特点，识读设备与条码印刷与一维条码技术兼容。但由于行数的增加，需要对行进行判定、其译码算法与软件也不完全相同于一维条码。层排式二维条码可通过线性扫描器逐层实现译码，也可通过照相和图像处理进行译码。3.3二维条形码 因为组成条码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成，自左向右从条开始。每一个条或空由1～6个模块组成。在一个符号字符中，4个条和4个空的总模块数为17，所以称为PDF417条码。 PDF417是一种多层、可变长度、具有高容量和纠错能力的二维条码。每一个PDF417符号可以表示1108个字节、1850个ASCⅡ字符或2710个数字的信息。PDF417二维条码3.3二维条形码PDF417二维条码项目特性可编码字符集全部ASCII字符或8位二进制数据，可表示汉字类型连续型、多层字符自校验功能有符号尺寸可变，高度3到90行，宽度90到583个模块单位双向可读是错误纠正码词数2～512个最大数据容量（错误纠正级别为0时）每个符号可表示1850个文本字符或2710个数字或1108个字节附加特性可选错误纠正等级，可跨行扫描附加选择宏PDF417条码、GLI（全球标记标识符）、截短PDF4173.3二维条形码 PDF417条码符号是一个多行结构。每行数据符号字符数相同，行与行左右对齐直接衔接。其最小行数为3行，最大行数为90行。每行构成为左空白区、起始符、左行指示符号字符、1～30个数据符号字符、右行指示符号字符、终止符、右空白区。

行指示符号字符的值(码字)指示417条码的行号(i)、行数(3～90)、数据区中的数据符号字符的列数据(1～30)、错误纠正等级(0～8)。3.3二维条形码PDF417条码的起始符和终止符都是惟一的。自左向右由条开始，起始符的条、空组合序列为81111113，终止符的条、空组合序列为711311121PDF417二维条码3.3二维条形码2.矩阵式/棋盘式二维码

它是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，用点（方点、圆点或其他形状）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式二维条码所代表的意义。矩阵式二维条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码有：CodeOne、MaxiCode、QRCode、DataMatrix等。绝大多数矩阵式二维条码必须采用照相方法识读。

3.3二维条形码快速响应矩阵码QuickResponseCode

由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵式二维条码，它除了具有信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图像多种信息、保密防伪性强等优点外，还具有以下特点：⑴超高速识读，适用于工业自动化生产线管理等领域。⑵全方位识读，可360度识读。⑶能够有效地表示中国汉字、日本汉字数字字符——7089个 字母数据——4296个八位字节数据——2953个 日本汉字——1817个中国汉字——最多984字节3.3二维条形码快速响应矩阵码QuickResponseCode

QRCode码符号由名义上的正方形模块构成，组成一个正方形阵列。QRCode码版本共有40种规格，分别为版本1~版本40。每一版本在上一版本基础上每个方向增加4个模块。版本1:21模块×21模块……..版本40:177模块×177模块3.3二维条形码快速响应矩阵码QRCode

QRCode码包括编码区域、寻像图形、分隔符、定位图形和校正图形在内的功能图形组成。3.3二维条形码快速响应矩阵码QRCode

寻像图形包括三个相同的位置控测图形，每个位置探测图形可以看作是由在三个重叠的同心的正方形组成，它们分别为(7×7)个深色模块、(5×5)个浅色模块和(3×3)个深色模块。位置探测图形的模块宽度比为1：1：3：1：1。3.3二维条形码QR码编码流程3.3二维条形码数据分析：分析输入的数