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条形码

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条形码(barcode)是一种用宽窄不同、黑白相间的直线条纹的组合来表示数字或字母的特殊号码。通常印在卡片、书籍封面或商品包装物 上,用以表示各种证件号、书号或商品号,以便于计算机管理。有些国家有厂商专门生产条形码,图书馆可向市场购买。

条形码 - 简介

条形码条形码

条形码

条形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。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条(简称条)和白条(简称空)排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息,因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。

条形码因条形组成规则不同而形成多种码制。流行的有通用产品码(UPC)、欧洲商品编码 (EAN)、39码、2~5码、交错2~5码和条码等。通用产品码、欧洲商品码、2~ 5码和交错2~5码的组成字符只有10个(数字0~9);条码的字符除0~9外,还有a、b、c、d4个英文字母和6个其他符号共20个;39码的字符最多,有0~9、A~Z和其他8个符号共44个。
条形码 - 历史发展

条形码

条形码技术最早产生在风声鹤唳的二十世纪二十年代,诞生于威斯汀豪斯(Westinghouse)的实验室里。一位名叫约翰·科芒德(John Kermode)性格古怪的发明家“异想天开”地想对邮政单据实现自动分检,那时候对电子技术应用方面的每一个设想都使人感到非常新奇。
  
他的想法是在信封上做条码标记,条码中的信息是收信人的地址,就象今天的邮政编码。为此科芒德发明了最早的条码标识,设计方案非常的简单,即一个“条”表示数字“1”,二个“条”表示数字“2”,以次类推。然后,他又发明了由基本的元件组成的条码识读设备:一个扫描器(能够发射光并接收反射光);一个测定反射信号条和空的方法,即边缘定位线圈;和使用测定结果的方法,即译码器。
  
科芒德的扫描器利用当时新发明的光电池来收集反射光。“空”反射回来的是强信号,“条”反射回来的是弱信号。与当今高速度的电子元器件应用不同的是,科芒德利用磁性线圈来测定“条”和“空”。就象一个小孩将电线与电池连接再绕在一颗钉子上来夹纸。科芒德用一个带铁芯的线圈在接收到“空”的信号的时候吸引一个开关,在接收到“条”的信号的时候,释放开关并接通电路。因此,最早的条码阅读器噪音很大。开关由一系列的继电器控制,“开”和“关”由打印在信封上“条”的数量决定。通过这种方法,条码符号直接对信件进行分检。
  
此后不久,科芒德的合作者道格拉斯·杨(Douglas Young),在科芒德码的基础上作了些改进。
  
科芒德码所包含的信息量相当的低,并且很难编出十个以上的不同代码。而杨码使用更少的条,但是利用条之间空的尺寸变化,就象今天的UPC条码符号使用四个不同的条空尺寸。新的条码符号可在同样大小的空间对一百个不同的地区进行编码,而科芒德码只能对十个不同的地区进行编码。
  
直到1949年的专利文献中才第一次有了诺姆·伍德兰(Norm Woodland)和伯纳德·西尔沃(Bernard Silver)发明的全方位条形码符号的记载,在这之前的专利文献中始终没有条形码技术的记录,也没有投入实际应用的先例。诺姆·伍德兰和伯纳德·西尔沃的想法是利用科芒德和杨的垂直的“条”和“空”,并使之弯曲成环状,非常象射箭的靶子。这样扫描器通过扫描图形的中心,能够对条形码符号解码,不管条形码符号方向的朝向。
  
条形码条形码

在利用这项专利技术对其进行不断改进的过程中,一位科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Azimov)在他的《赤裸的太阳》(The Naked Sun)一书中讲述了使用信息编码的新方法实现自动识别的事例。那时人们觉得此书中的条形码符号看上去象是一个方格子的棋盘,但是今天的条形码专业人士马上会意识到这是一个二维矩阵条形码符号。虽然此条形码符号没有方向、定位和定时,但很显然它表示的是高信息密度的数字编码。
  
直到1970年Iterface Mechanisms公司开发出“二维码”之后,才有了价格适于销售的二维矩阵条码的打印和识读设备。那时二维矩阵条形码用于报社排版过程的自动化。二维矩阵条形码印在纸带上,由今天的一维CCD扫描器扫描识读。CCD发出的光照在纸带上,每个光电池对准纸带的不同区域。每个光电池根据纸带上印刷条码与否输出不同的图案,组合产生一个高密度信息图案。用这种方法可在相同大小的空间打印上一个单一的字符,作为早期科芒德码之中的一个单一的条。定时信息也包括在内,所以整个过程是合理的。当第一个系统进入市场后,包括打印和识读设备在内的全套设备大约要5000美元。
  
此后不久,随着LED(发光二极管)、微处理器和激光二极管的不断发展,迎来了新的标识符号(象征学)和其应用的大爆炸,人们称之为“条码工业”。今天很少能找到没有直接接触过即快又准的条形码技术的公司或个人。由于在这一领域的技术进步与发展非常迅速,并且每天都有越来越多的应用领域被开发,用不了多久条形码就会像灯泡和半导体收音机一样普及,将会使我们每一个人的生活都变得更加轻松和方便。

各种一维条码的发明年代归纳于表 1. 1,标准制定年代则归纳于表 1. 2。   

表1.1 一维条码发明年代表   

年 条码名称 发明人或公司 特殊意义   

1949 Bull’s Eye Code(公牛眼码) N. Joe Woodland, Bernard Silver 第一个条码   

1973 UPC IBM 首次大规模应用的条码  

1972 Codabar Monarch Marking System  

1974 39码 David C. Allias (Intermec) 第一个商业性文数字条码   

1976 EAN EAN协会    

1981 Code 128   

1983 Code 93   

表1.2 一维条码标准制定年代表   

年 条码 纳入标准   

1982 Code39 Military Standard 1189   

1983 Code39, Interleaved 2 of 5, Codabar ANSI MH10.8M   

1984 UPC ANSI MH10.8M   

1984 Code39 AIAG标准   

1984 Code39 HIBC标准   

从UPC以後,为满足不同的应用需求,陆陆续续发展出各种不同的条码标准和规格,时至今日,条码已成为商业自动化不可缺少的基本条件。条码可分为一维条码 (One Dimensional Barcode, 1D) 和二维码(Two Dimensional Code, 2D)两大类,目前在商品上的应用仍以一维条码为主,故一维条码又被称为商品条码,二维码则是另一种渐受重视的条码,其功能较一维条码强,应用范围更加广泛,详细内容将在下一章介绍。   目前全世界一维条码的种类达225种左右,本书仅介绍最通用的标准,如UPC、EAN、39码、128码等。此外,书籍和期刊也有国际统一的编码,特称为ISBN(国际标准书号)和ISSN(国际标准丛刊号)。

条形码 - 识别原理

条形码

要将按照一定规则编译出来的条形码转换成有意义的信息,需要经历扫描和译码两个过程。物体的颜色是由其反射光的类型决定的,白色物体能反射各种波长的可见光,黑色物体则吸收各种波长的可见光,所以当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后,反射光照射到条码扫描器内部的光电转换器上,光电转换器根据强弱不同的反射光信号,转换成相应的电信号。根据原理的差异,扫描器可以分为光笔、CCD、激光三种。电信号输出到条码扫描器的放大电路增强信号之后,再送到整形电路将模拟信号转换成数字信号。白条、黑条的宽度不同,相应的电信号持续时间长短也不同。然后译码器通过测量脉冲数字电信号0,1数目来判别条和空的数目.通过测量0,1号持续的时间来判别条和空的宽度。此时所得到的数据仍然是杂乱无章的,要知道条形码所包含的信息,则需根据对应的编码规则(例如:EAN-8码),将条形符号换成相应的数字、字符信息。最后,由计算机系统进行数据处理与管理,物品的详细信息便被识别了。
条形码 - 优越性

条形码

1.可靠性强。条形码的读取准确率远远超过人工记录,平均每15000个字符才会出现一个错误。

2.效率高。条形码的读取速度很快,相当于每秒40个字符。

3.成本低。与其它自动化识别技术相比较,条形码技术仅仅需要一小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪,成本相当低廉。

4.易于制作。条形码的编写很简单,制作也仅仅需要印刷,被称作为“可印刷的计算机语言”。

5.易于操作。条形码识别设备的构造简单,使用方便。

6.灵活实用。条形码符号可以手工键盘输入,也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别,还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。
条形码 - 扫描方法

条形码

条形码的扫描需要扫描器,扫描器利用自身光源照射条形码,再利用光电转换器接受反射的光线,将反射光线的明暗转换成数字信号。不论是采取何种规则印制的条形码,都由静区、起始字符、数据字符与终止字符组成。有些条码在数据字符与终止字符之间还有校验字符。

▲静区:顾名思义,不携带任何信息的区域,起提示作用。

▲起始字符:第一位字符,具有特殊结构,当扫描器读取到该字符时,便开始正式读取代码了。

▲数据字符:条形码的主要内容。

▲校验字符:检验读取到的数据是否正确。不同编码规则可能会有不同的校验规则。

▲终止字符:最后一位字符,一样具有特殊结构,用于告知代码扫描完毕,同时还起到只是进行校验计算的作用。
为了方便双向扫描,起止字符具有不对称结构。因此扫描器扫描时可以自动对条码信息重新排列。 条码扫描器有光笔、CCD、激光三种。

▲光笔:最原始的扫描方式,需要手动移动光笔,并且还要与条形码接触。

▲CCD:以CCD作为光电转换器,LED作为发光光源的扫描器。在一定范围内,可以实现自动扫描。并且可以阅读各种材料、不平表面上的条码,成本也较为低廉。但是与激光式相比,扫描距离较短。

▲激光:以激光作为发光源的扫描器。又可分为线型、全角度等几种。

线型:多用于手持式扫描器,范围远,准确性高。

全角度:多为卧式,自动化程度高,在各种方向上都可以自动读取条码。
条形码 - 技术优点

条形码

条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。条形码技术具有以下几个方面的优点:

A.输入速度快:与键盘输入相比,条形码输入的速度是键盘输入的5倍,并且能实现“即时数据输入”。

B.可靠性高:键盘输入数据出错率为三百分之一,利用光学字符识别技术出错率为万分之一,而采用条形码技术误码率低于百万分之一。

C.采集信息量大:利用传统的一维条形码一次可采集几十位字符的信息,二维条形码更可以携带数千个字符的信息,并有一定的自动纠错能力。

D.灵活实用:条形码标识既可以作为一种识别手段单独使用,也可以和有关识别设备组成一个系统实现自动化识别,还可以和其他控制设备联接起来实现自动化管理。

另外,条形码标签易于制作,对设备和材料没有特殊要求,识别设备操作容易,不需要特殊培训,且设备也相对便宜。
条形码 - 编码规则

条形码

唯一性:同种规格同种产品对应同一个产品代码,同种产品不同规格应对应不同的产品代码。根据产品的不同性质,如:重量、包装、规格、气味、颜色、形状等等,赋予不同的商品代码。

永久性:产品代码一经分配,就不再更改,并且是终身的。当此种产品不再生产时,其对应的产品代码只能搁置起来,不得重复起用再分配给其它的商品。

无含义:为了保证代码有足够的容量以适应产品频繁的更新换代的需要,最好采用无含义的顺序码。
条形码 - 码制区别

条形码
条形吗条形吗

UPC:(统一产品代码)

只能表示数字有A、B、C、D、E四个版本 版本 A - 12 位数字 版本 E - 7 位数字 最后一位为校验位 大小是宽1.5 高1 ,而且背景要与清晰 主要使用于美国和加拿大地区,用于工业、医药、仓库等部门。当UPC 作为十二位进行解码时,定义如下: 第一位 = 数字标识 (已经由UCC(统一代码委员会)所建立). 第2-6位 = 生产厂家的标识号(包括第一位) 第7-11 = 唯一的厂家产品代码 第12位 = 校验位(used for error detection)

Code 3 of 9 :

能表示字母、数字和其它一些符号共43个字符:A -Z,0 - 9,-.$/+%,pace 条形码的长度是可变化的,通常用“*”号作为起始、终止符校验码不用代码密度介于3 - 9.4个字符/每英寸,空白区是窄条的10倍,用于工业、图书、以及票证自动化管理上。

Code 128::

表示高密度数据, 字符串可变长,符号内含校验码,有三种不同版本: A, B, and C 可用128个字符分别在 A, B, or C 三个字符串集合中,用于工业、仓库、零售批发。

Interleaved 2-of-5 (I2 of 5):

只能表示数字0 -9 可变长度,连续性条形码,所有条与空都表示代码,第一个数字由条开始,第二个数字由空组成 空白区比窄条宽10倍,应用于商品批发、仓库、机场、生产/包装识别、工业中,条形码的识读率高,可适用于固定扫描器可靠扫描,在所有一维条形码中的密度最高。

Codabar(库德巴条形码):

可表示数字0 - 9,字符$、+、 -、还有只能用作起始/终止符的a, b, c d四个字符,可变长度,没有校验位,应用于物料管理、图书馆、血站和当前的机场包裹发送中,空白区比窄条宽10,非连续性条形码,每个字符表示为4条3空。

PDF417 (二维码):

多行组成的条形码,不需要连接一个数据库,本身可存储大量数据,应用于:医院、驾驶证、物料管理、货物运输,当条形码受一定破坏时,错误纠正能使条形码能正确解码PDF417, 是Symbol科技公司于1990研制产品。它是一个多行、连续性、可变长、包含大量数据的符号标识。每个条形码有3 - 90行,每一行有一个起始部分、数据部分、终止部分。它的字符集包括所有128个字符,最大数据含量是1850个字符。
条形码 - 一维条形码

条形码

一维条形码只是在一个方向(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。

一维条形码的应用可以提高信息录入的速度,减少差错率,但是一维条形码也存在一些不足之处:

* 数据容量较小: 30个字符左右

* 只能包含字母和数字

* 条形码尺寸相对较大(空间利用率较低)

* 条形码遭到损坏后便不能阅读
条形码 - 二维条形码

条形码

在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条形码, 称为二维条形码(2-dimensional bar code)。

与一维条形码一样,二维条形码也有许多不同的编码方法,或称码制。就这些码制的编码原理而言,通常可分为以下三种类型:

1. 线性堆叠式二维码

是在一维条形码编码原理的基础上,将多个一维码在纵向堆叠而产生的。典型的码制如:Code 16K、Code 49、PDF417等。

2. 矩阵式二维码

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。典型的码制如: Aztec、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。

3. 邮政码

通过不同长度的条进行编码,主要用于邮件编码,如:Postnet、BPO 4-State。

在许多种类的二维条形码中,常用的码制有:Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K 等,其中:

* Data Matrix 主要用于电子行业小零件的标识,如Intel的奔腾处理器的背面就印制了这种码。

* Maxi Code 是由美国联合包裹服务(UPS)公司研制的,用于包裹的分拣和跟踪。

* Aztec 是由美国韦林(Welch Allyn)公司推出的,最多可容纳3832个数字或3067个字母字符或1914个字节的数据。

二维条形码的优势

与一维条形码相比二维条形码有着明显的优势,归纳起来主要有以下几个方面:

一)数据容量更大

二)超越了字母数字的限制

三)条形码相对尺寸小

四)具有抗损毁能力
条形码 - PDF417码

条形码

以PDF417码为例,介绍二维条形码的特性和特点。

一)PDF417简介

PDF417码是由留美华人王寅敬(音)博士发明的。PDF是取英文Portable Data File三个单词的首字母的缩写,意为“便携数据文件”。因为组成条形码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成,如果将组成条形码的最窄条或空称为一个模块,则上述的4个条和4个空的总模块数一定为17,所以称417码或PDF417码。

二)PDF417的特点

1. 信息容量大

PDF417码除可以表示字母、数字、ASCII字符外,还能表达二进制数。为了使得编码更加紧凑,提高信息密度,PDF417在编码时有三种格式:

* 扩展的字母数字压缩格式 可容纳1850 个字符;

* 二进制 / ASCII格式 可容纳1108 个字节;

* 数字压缩格式 可容纳2710 个数字。

2. 错误纠正能力

一维条形码通常具有校验功能以防止错读,一旦条形码发生污损将被拒读。而二维条形码不仅能防止错误,而且能纠正错误,即使条形码部分损坏,也能将正确的信息还原出来。

3. 印制要求不高

普通打印设备均可打印,传真件也能阅读。

4. 可用多种阅读设备阅读

PDF417码可用带光栅的激光阅读器,线性及面扫描的图像式阅读器阅读。

5. 尺寸可调以适应不同的打印空间

6. 码制公开已形成国际标准,中国也已制定了417码的国标。

三)PDF417的纠错功能

二维条形码的纠错功能是通过将部分信息重复表示(冗余)来实现的。比如在PDF417码中,某一行除了包含本行的信息外,还有一些反映其它位置上的字符(错误纠正码)的信息。这样,即使当条形码的某部分遭到损坏,也可以通过存在于其它位置的错误纠正码将其信息还原出来。

PDF417的纠错能力依错误纠正码字数的不同分为0~8共9级,见图4,级别越高,纠正码字数越多,纠正能力越强,条形码也越大。当纠正等级为8时,即使条形码污损50%也能被正确读出。

四)PDF417的几种变形

PDF417还有几种变形的码制形式:

* PDF417截短码

在相对“干净”的环境中,条形码损坏的可能性很小,则可将右边的行指示符省略并减少终止符。

* PDF417微码

进一步缩减的PDF码。

* 宏PDF417码

当文件内容太长,无法用一个PDF417码表示时,可用包含多个(1~99999个)条形码分块的宏PDF417码来表示。
条形码 - 技术意义

条形码

商品条形码是指由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标识,用以表示一定的商品信息的符号。其中条为深色、空为纳色,用于条形码识读设备的扫描识读。其对应字符由一组阿拉伯数字组成,供人们直接识读或通过键盘向计算机输人数据使用。这一组条空和相应的字符所表示的信息是相同的。

条形码技术是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的,它是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型技术。

使用条形码扫描是今后市场流通的大趋势。为了使商品能够在全世界自由、广泛地流通,企业无论是设计制作,申请注册还是使用商品条形码,都必须遵循商品条形码管理的有关规定。

世界上常用的码制有ENA条形码、UPC条形码、二五条形码、交叉二五条形码、库德巴条形码、三九条形码和128条形码等,而商品上最常使用的就是EAN商品条形码。

EAN商品条形码亦称通用商品条形码,由国际物品编码协会制定,通用于世界各地,是目前国际上使用最广泛的一种商品条形码。中国目前在国内推行使用的也是这种商品条形码。EAN商品条形码分为EAN-13(标准版)和EAN-8(缩短版)两种。

EAN-13通用商品条形码一般由前缀部分、制造厂商代码、商品代码和校验码组成。商品条形码中的前缀码是用来标识国家或地区的代码,赋码权在国际物品编码协会,如00-09代表美国、加拿大。45-49代表日本。690-692代表中国大陆,471代表中国台湾地区,489代表香港特区。制造厂商代码的赋权在各个国家或地区的物品编码组织,中国由国家物品编码中心赋予制造厂商代码。商品代码是用来标识商品的代码,赋码权由产品生产企业自己行使,生产企业按照规定条件自己决定在自己的何种商品上使用哪些阿拉伯数字为商品条形码。商品条形码最后用1位校验码来校验商品条形码中左起第l-12数字代码的正确性。

商品条形码的编码遵循唯一性原则,以保证商品条形码在全世界范围内不重复,即一个商品项目只能有一个代码,或者说一个代码只能标识一种商品项目。不同规格、不同包装、不同品种、不同价格、不同颜色的商品只能使用不同的商品代码。

商品条形码的标准尺寸是37.29mmx26.26mm,放大倍率是0.8-2.0。当印刷面积允许时,应选择1.0倍率以上的条形码,以满足识读要求。放大倍数越小的条形码,印刷精度要求越高,当印刷精度不能满足要求时,易造成条形码识读困难。

由于条形码的识读是通过条形码的条和空的颜色对比度来实现的,一般情况下,只要能够满足对比度(PCS值)的要求的颜色即可使用。通常采用浅色作空的颜色,如白色、橙色、黄色等,采用深色作条的颜色,如黑色、暗绿色、深棕色等。最好的颜色搭配是黑条白空。根据条形码检测的实践经验,红色、金色、浅黄色不宜作条的颜色,透明、金色不能作空的颜色。

EAN-8商品条形码是指用于标识的数字代码为8位的商品条形码,由7位数字表示的商品项目代码和1位数字表示的校验符组成。

商品条形码的诞生极大地方便了商品流通,现代社会已离不开商品条形码。据统计,中国已有50万种产品使用了国际通用的商品条形码。中国加人世贸组织后,企业在国际舞台上必将赢得更多的活动空间。要与国际惯例接轨,适应国际经贸的需要,企业更不能慢待商品条形码。 

参考资料
[1].  服务器租用   http://www.abcde.cn/idc
[2].  美国服务器   http://www.abcde.cn/idc/idc-9
[3].  服务器托管   http://www.abcde.cn/idct
[4].  香港服务器租用   http://www.abcde.cn/idc/idc-8

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