条码卡

条码卡

简介

AIDC技术中最古老最成熟的技术就是条码技术,它也是AIDC技术中应用最广泛和最成功的技术。我们从超级市场上买回来的果品、蜂蜜等,果品箱、蜂蜜罐上肯定会有编码,不管是超级市场自己编的条码,还是商品制造者商标上的条码。实际上,条码的种类是很多的,已知的条码种类现在就有250种之多。条码技术的主要优点如下:
      1)简单。条码符号制作容易,扫描操作简单易行;
      2)信息采集速度快。普通计算机的键盘录入速度是每分钟200字符,而利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的20倍;
      3)采集信息量大。利用条码扫描,一次可以采集十几位字符的信息,而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密度,使录入的信息量成倍地增加;
      4)设备结构简单,成本低。
      在实际应用中,条码一般可以分成一维条码、二维条码两种。下面对一维条码简单介绍:
一维条码
       这种条码是由一个接一个的“条”和“空”排列组成的,条码信息靠条和空的不同宽度和位置来传递,信息量的大小是由条码的宽度和印刷的精度来决定的,条码越宽,包容的条和空越多,信息量越大;条码印刷的精度越高,单位长度内可以容纳的条和空越多,传递的信息量也就越大。这种条码技术只能在一个方向上通过“条”与“空”的排列组合来存储信息,所以叫它“一维条码”。
      1、一维条码技术的基础术语
      1) 条(BAR):条码中反射率较低的部分,一般印刷的颜色较深。
      2) 空(SPACE):条码中反射率较高的部分,一般印刷的颜色较浅。
      3) 空白区(CLEAR AREA):条码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域。
      4) 起始符(START CHARACTER):位于条码起始位置的若干条与空。
      5) 终止符(STOP CHARACTER):位于条码终止位置的若干条与空。
      6) 中间分隔符(CENTRAL SEPERATING CHARACTER):位于条码中间位置的若干条与空。
      7) 条码数据符(BAR CODE DATD CHARACTER):表示特定信息的条码符号。
      8) 校验符(CHECK CHARACTER):表示校验码的条码若干条与空。
      9) 供人识别字符(HUMAN READABLE CHARACTER):位于条码符的下方,与相应的条码相对应的、用于供人识别的字符。

      2、一维条码的结构
      任何一个完整的一维条码通常都是由两侧的空白区、起始符、数据字符、校验符(可选)、终止符和供人识别字符组成的。

      一维条码符号中的数据字符和校验符是代表编码信息的字符,扫描识读后需要传输处理,左右两侧的空白区、起始符、终止符等都是不代表编码信息的辅助符号,仅供条码扫描识读时使用,不需要参与信息代码传输。
      3、一维条码的编码方法

      条码的编码方法是指条码中条空的编码规则以及二进制的逻辑表示的设置。众所周知,计算机设备只能识读二进制数据(数据只有“0”和“1”两种逻辑表示),条码符号作为一种为计算机信息处理而提供的光电扫描信息图形符号,也应满足计算机二进制的要求。条码的编码方法就是要通过设计条码中条与空的排列组合来表示不同的二进制数据。一般来说,条码的编码方法有两种:模块组合法和宽度调节法。
      模块组合法是指条码符号中,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”,而一个标准宽度的空模块表示二进制的“0”。商品条码模块的标准宽度是0.33mm,它的一个字符由两个条和两个空构成,每一个条或空由1~4个标准宽度模块组成。
      宽度调节法是指条码中,条与空的宽窄设置不同,用宽单元表示二进制的“1”,而用窄单元表示二进制的“0”,宽窄单元之比一般控制在2~3。

      4、条码的种类:
      条码按照不同的分类方法,不同的编码规则可以分成许多种,现在已知的世界上正在使用的条码就有250种之多。下面简要介绍世界上使用比较广泛的几种条码。
      1)EAN条码
      EAN码是国际物品编码协会(INTERNATIONAL ARTICLE NUMBERING ASSOCIATION)在全球推广应用的商品条码,是定长的纯数字型条码,它表示的字符集为数字0~9。在实际应用中,EAN码有两种版本,标准版和缩短版。标准版是由13位数字组成,称为EAN-13码或长码;缩短版EAN码是由8位数字组成,称为EAN-8码或者短码。
      * EAN-13码
      EAN-13码是按照“模块组合法”进行编码的。它的符号结构由八部分组成。
      符号结构
      左侧空白区
      起始符
      左侧数据符
      中间分隔符
      右侧数据符
      校验符
      终止符
      右侧空白区
      模块数
      EAN-13码由13位数字组成。根据EAN规范,这13位数字分别赋予了不同的含义。
      厂商识别代码由7~9位数字组成,用于对厂商的唯一标识。厂商代码是各国的EAN编码组织在EAN分配的成员前缀码(X13,X12,X11)的基础上分配给厂商的代码。前缀码是标识EAN所属成员的代码,由EAN统一管理和分配,以确保前缀码在国际范围内的唯一性。商品项目代码由5~3位数字组成,用以标识商品的代码。商品项目代码由厂商自行编码。在编制商品项目代码时,厂商必须遵守商品编码的基本原则:对同一商品项目的商品必须编制相同的商品项目代码;对不同的商品项目必须编制不同的商品项目代码;保证商品项目与其标识代码一一对应,即一个商品项目只有一个代码,一个代码只标识一个商品项目。校验码用以校验代码的正误,是由一位数字组成。校验码是根据条码字符的数值按一定的数学算法计算得出的,计算的步骤如下:
      (1)从序号2开始,将所有偶数位的数字代码求和,得出S1;
      (2)S1*3=S2;
      (3)从序号3开始,将所有奇数位的数字求和,得出S3;
      (4)S3+S2=S4;
      (5)C=10-S4,得到校验码C的值。并且当S4的个位数为0时,C=0。

      X13X12X11 X10X9X8X7 X6X5X4X3X2X1
      中国(不包括台湾、香港、澳门)于1991年加入了国际物品编码协会,EAN分配给中国大陆地区的前缀码是690~692。以690,691为前缀码的代码结构如下图所示:
      以690,691为前缀码的EAN-13码只能分别对10000个制造厂商进行编码(因为制造厂商代码只有4位,制造厂商代码只能从0000~9999这一万组数字中进行分配)。每一个制造厂商可以对自己生产的10万种商品进行编码(因为产品代码为5位,可以从00000~99999这10万组数字中进行分配。

      在这种结构的代码中,厂商识别代码由7位调整为8位,相应地制造厂商识别代码的容量就由1万家扩大到10万家;商品项目的识别代码由5位调整为4位,每个厂商就只能对自己生产的1万种商品进行编码。
      EAN-8码
      EAN-8码是EAN-13码的压缩版,由8位数字组成,用于包装面积较小的商品上。与EAN-13码相比,EAN-8码没有制造厂商代码,仅有前缀码、商品项目代码和校验码。
      在中国,凡需使用EAN-8码的商品生产厂家,需将本企业欲使用EAN-8码的商品目录极其外包装(或设计稿)报至中国物品编码中心或其分之机构,由中国物品编码中心统一赋码。
      2)、UPC条码
      UPC码是美国统一代码委员会UCC制定的商品条码,它是世界上最早出现并投入应用的商品条码,在北美地区得以广泛应用。UPC码在技术上与EAN码完全一致,它的编码方法也是模块组合法,也是定长、纯数字型条码。UPC码有5种版本,常用的商品条码版本为UPC-A码和UPC-E码。UPC-A码是标准的UPC通用商品条码版本,UPC-E码为UPC-A的压缩版。
      * UPC-A码
      UPC-A码供人识读的数字代码只有12位,它的代码结构由厂商识别代码(6位)(包括系统字符1位)、商品项目代码(5位)、和校验码(1位)共三部分组成。
      UPC-A码的代码结构中没有前缀码,它的系统字符为一位数字,用以标识商品类别。带有规则包装的商品,其系统字符一般为“0,6或7”。
      * UPC-E码
      UPC-E码是UPC-A码的缩短版,是UPC-A码系统字符为0时,通过一定规则销0压缩而得到的。
      3)、二五条码
      二五条码是根据宽度调节法进行编码,并且只有条表示信息的非连续型条码。每一个条码字符由规则的5个条组成,其中有两个宽单元,三个是窄单元,故称为“二五条码”。它的字符集为数字字符0~9。
      4)、交叉二五条码
      二五条码是最简单的条码,但二五条码不能有效的利用空间,人们在二五条码的启迪下,将条表示信息,扩展到用空也表示信息,就产生了交叉二五条码

      4、条形码扫描阅读原理;
      条形码的阅读与识别涉及光学、电子学、数据处理等多学科技术,就阅读条码信息而言,一般都要经过以下几个环节。首先,要求建立一个光学系统,该光学系统能够产生一个光点,该光点能够在自动或手工控制下在条形码信息上沿某一轨迹作直线运动,同时,要求该光点直径与待扫描条码中最窄条符的宽度基本相同。第二点,要求一个接收系统能够采集到光点运动时打在条码条符上反射回来的反射光,光点打在着色条符上的反射光弱,而光点打在白色条符及左右空白区的反射光强,通过对接收到反射光的强弱及延续时间的测定,就可以分辨出扫描到的是着色条符还是白色条符以及条符的宽窄。第三点,要求一个电子电路将接收到的光信号不失真地转换成电脉冲。最后,要求建立某种算法,并利用这一算法对已经获取的电脉冲信号进行译解,从而得到所需信息。

      5、常用条形码扫描器工作方式及性能分析:
      1)、光笔条形码扫描器
      光笔条码扫描器是一种轻便的条形码读入装置。在光笔内部有扫描光束发生器及反射光接收器。目前,市场上出售的这类扫描器有很多种,它们主要在发光的波长、光学系统结构、电子电路结构、分辨率、操作方式等方面存在不同。光笔类条形码扫描器不论采用何种工作方式,从使用上都存在一个共同点,即阅读条形码信息时,要求扫描器与待识读的条码接触或离开一个极短的距离(一般仅0.2~1mm左右)。
      2)、手持式枪型条形码扫描器
      手持式枪型条形码扫描器内一般都装有控制扫描光束的自动扫描装置。阅读条形码时不需与条码符号接触,因此,对条形码标签没有损伤。扫描头与条形码标签的距离短的在0~20MM范围内,而长的可达到500MM左右。
      枪型条形码扫描器具有扫描光点匀速扫描的优点,因此,阅读效果比关笔扫描器要好。扫描速度快,每秒可对同一标签的内容扫描几十次至上百次。
      3)、台式条形码自动扫描器
      台式条形码自动扫描器适合于不便使用手持式扫描方式阅读条形码信息的场合。如果工作环境不允许操作者一只手处理标附有条形码信息的物体,而另一只手操纵手持条形码扫描器进行操作,就可以选用台式条形码扫描器自动扫描。这种扫描器也可以安装在生产流水线传送带旁的某一固定位置,等待标附有条形码标签的待测物体以平稳、缓慢的速度进入扫描范围,对自动化生产流水线进行控制。
      4)、激光自动扫描器
      激光自动扫描器的最大优点是扫描光照强,可以远距离扫描且扫描景深长。而且激光扫描器的扫描速度高,有的产品扫描速度可以达到1200次/秒,这种扫描器可以在百分之一秒时间内对某一条形码标签扫描阅读多次,而且可以作到每一次扫描不重复上依次扫描的轨迹。扫描器内部光学系统可以单束光转变成十字光或米字光,从而保证被测条形码从各个不同角度进入扫描范围时都可以被识读。
         5)、卡式条形码阅读器
      卡式条形码阅读器可以用于医院病案管理、身份验证、考勤和生产管理等领域。这种阅读器内部的机械结构能保证标有条形代码的卡式证件或文件在插入滑槽后自动沿轨道做直线运动,在卡片前进过程中,扫描光点将条形码信息读入。卡式条形码阅读器一般都具有与计算机传送数据的能力,同时具有声光提示以证明识别正确与否。
      6)、便携式条形码阅读器
      便携式条形码阅读器一般配接光笔式或轻便的枪型条形码扫描器,有的也配接激光扫描器。便携式条形码阅读器本身就是一台专用计算机,有的甚至就是一台通用微型计算机。这种阅读器本身具有对条形码信号的译解能力。条形码译解后,可直接存入机器内存或机内磁带存储器的磁带中。阅读器具有与计算机主机通信的能力。通常,它本身带有显示屏、键盘、条形码识别结果声响指示及用户编程功能。使用时,这种阅读器可以与计算机主机分别安装在两个地点,通过线路连成网络,也可以脱机使用,利用电池供电。这种设备特别适用于流动性数据采集环境。收集到的数据可以定时送到主机内存储。有些场合,标有条形码信息或代号的载体体积大,比较笨重,不适合搬运到同一数据采集中心处理,这种情况下,使用便携式条码阅读处理器十分方便。

      6、条形码阅读设备选择
      选择条形码阅读设备前,要了解扫描设备的几个主要技术参数,然后根据应用的要求,对照这些参数选取适用的设备。
      1)、分辨率
      对于条形吗扫描系统而言,分辨率为正确检测读入的最窄条符的宽度,英文是MINIMAL BAR WIDTH(缩写为MBW)。选择设备时,并不是设备的分辫率越高越好,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,则条符上的污点、脱墨等对系统的影响将更为严重。
      2)、扫描景深
      扫描景深指的是在确保可靠阅读的前提下,扫描头允许离开条形码表面的最远距离与扫描器可以接近条形码表面的最近点距离之差,也就是条形码扫描器的有效工作范围。有的条形码扫描设备在技术指标中未给出扫描景深指标,而是给出扫描距离,即扫描头允许离开条形码表面的最短距离。
      3)、扫描宽度(SCAN WIDTH)
      扫描宽度指标指的是在给定扫描距离上扫描光束可以阅读的条形码信息物理长度值。
      4)、扫描速度(SCAN SPEED)
      扫描速度是指单位时间内扫描光束在扫描轨迹上的扫描频率。
      5)、一次识别率
      一次识别率表示的是首次扫描读入的标签数与扫描标签总数的比值。举例来说,如果每读入一只条形码标签的信息需要扫描两次,则一次识别率为50%。从实际应用角度考虑,当然希望每次扫描都能通过,但遗憾的是,由于受多种因素的影响,要求一次识别率达到100%是不可能的。
      应该说明的是:一次识别率这一测试指标只适用于手持式光笔扫描识别方式。如果采用激光扫描方式,光束对条形码标签的扫描频率高达每秒钟数百次,通过扫描获取的信号是重复的。
      6)、误码率
      误码率是反映一个机器可识别标签系统错误识别情况的极其重要的测试指标。误码率等于错误识别次数与识别总次数的比值。对于一个条形码系统来说,误码率是比一次识别率低更为严重的问题。
二维条码
       一、二维条码技术的起源

      人们日常见到的印刷在商品包装上的条码,是普通条码,这种普通的一维条码自本世纪70年代初期问世以来,很快得到了普及并广泛应用到工业、商业、国防、交通运输、金融、医疗卫生、邮电及办公室自动化等领域。

      但是由于一维条码的信息容量很小,如商品上的条码仅能容纳13位的阿拉伯数字,更多的描述商品的信息只能依赖数据库的支持,离开了预先建立的数据库,这种条码就变成了无源之水,无本之木,因而条码的应用范围受到了一定的限制。基于这个原因,人们迫切希望发明一种新的条码,除具有普通条码的优点外,同时具有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强、易于制作、成本低等优点。正是为了满足人们的这种需求,美国Symbol公司经过几年的努力,于1991年正式推出名为PDF417的二维条码,简称为PDF417条码,即“便携式数据文件”。

      二、PDF417条码技术的特点

      PDF417条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件,是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。PDF417条码具有如下特点:

      1.信息容量大
      根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳250到1100个字符。在国际标准的证卡有效面积上(相当于信用卡面积的2/3,约为76mm*25mm),PDF417条码可以容纳1848个字母字符或2729个数字字符,约500个汉字信息。这种二维条码比普通条码信息容量高几十倍。

      2.编码范围广
      PDF417条码可以将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等凡可数字化的信息进行编码。

      3.保密、防伪性能好
      PDF417条码具有多重防伪特性,它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪,因此具有极强的保密防伪性能。

      4.译码可靠性高
      普通条码的译码错误率约为百万分之二左右,而PDF417条码的误码率不超过千万分之一,译码可靠性极高。

      5.修正错误能力强
      PDF417条码采用了世界上最先进的数学纠错理论,如果破损面积不超过50%,条码由于沾污、破损等所丢失的信息,可以照常破译出丢失的信息。

      6.容易制作且成本很低
      利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏/热转印、制卡机等打印技术,即可在纸张、卡片、PVC、甚至金属表面上印出PDF417二维条码。由此所增加的费用仅是油墨的成本,因此人们又称PDF417是“零成本”技术。

      7.条码符号的形状可变
      同样的信息量,PDF417条码的形状可以根据载体面积及美工设计等进行自我调整。

      三、PDF417与IC卡及磁卡技术的比较

      在证卡技术的应用上,PDF417条码卡及IC卡、磁卡技术比较如下:

      1.磁卡
      优点:
      可读可写,成本略高于PDF417二维条码卡;
      缺点:
      1)信息容量小,常依赖于外界的数据库;
      2)保密防伪性差;
      3)可靠性低,易受电磁场干扰而损毁信息;
      4)寿命短(1年)。

      2.IC卡
      优点:
      信息容量大,可读可写;
      缺点:
      1)成本高,IC卡的成本通常是PDF417条码卡的3-5倍;
      2)寿命短(2-3年),易于折毁;
      3)可靠性差,易受外界强磁场干扰而损毁信息;
      4)保密防伪性相对较差,信息可改写既是IC卡的优点,同时亦成为IC卡的缺点,为伪造信息留下契机。

      3.PDF417二维条码卡
      优点:
      1)信息容量大、保密防伪性强、可靠性高;
      2)成本低,按照材料的不同选用载体,一张PDF417条码卡,价格最多几元钱人民币,甚至几角几分即可实现;
      3)寿命长,PDF417二维条码卡的寿命可达8、9年(PVC卡)。
      缺点:
      信息不可改写。这点恰恰增强了二维条码卡的防伪能力。

      通过上述分析,可以看出,二维条码卡几乎包容了磁卡和IC卡的所有优点。唯一的缺点是不可改写,而如果为了增强证卡的保密防伪性,对于证照等不需经常改写的应用场合,信息不可改写恰恰增强了证卡的保密防伪性能。

      四、PDF417条码的标准化现状

      自Symbol公司1991年将PDF417作为公开的系统标准技术后,PDF417条码为越来越多的标准化机构所推崇。如:
      * AIM - 1994年被选定为国际自动识别制造商协会(AIM)标准。
      * ANSI MH10.8 - 1996年美国标准化委员会(ANSI)已将PDF417条码做为美国的运输包装的纸面EDI的标准。
      * CEN - 97年欧洲标准化委员会(CEN)通过了PDF417的欧洲标准。
      * 国际标准化组织(ISO)与国际电工委员会(IEC)的第一联合委员会第三十一分委员会正在起草PDF417二维条码标准。
      * 中国 - PDF417二维条码已列为95期间的国家重点科技攻关项目。97年12月PDF417条码国家标准《四一七条码》已经正式颁布。
      * AIAG/ODETTE - 1995年北美和欧洲汽车工业组织已将PDF417选定为各种生产及管理/纸面EDI的标准。
      * AAMVA - 1995年美国机动车管理局将PDF417选定为所有驾驶员及机动车管理的二维条码应用标准。美国一些州、加拿大部分省份已经在车辆年检、行车证年审及驾驶证年审等方面,将PDF417选为机读标准。
      * TCIF - 美国工业论坛已将PDF417列为重要电讯产品的标识标准。
      * EDIFICE - 欧洲负责EDI及条码在电子工业方面应用的工业组织已将PDF417定为管理/纸面EDI应用标准,并列入运输标识条码标签应用指南。
      * 巴林 - 已将PDF417定为身份证的机读标准,最近还将有一些国家陆续在身份证上选用PDF417二维条码。
      * 美国国防部DOD - 在其新的军人身份证上采用PDF417条码作为机读标准,将照片及紧急医疗信息编入条码,大约16,000,000多张军人卡已在700多个世界各地的美军基地投入使用。另外,美国国防部还将PDF417条码作为后勤管理和纸面EDI应用标准。

      五、二维条码PDF417在国际上的应用

      二维条码PDF417做为一种新的信息存储和传递技术,从诞生之始就受到了国际社会的广泛关注。经过几年的努力,现已广泛地应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。
      美国亚利桑那州等十多个州的驾驶证、美国军人证、军人医疗证等几年前就已采用了PDF417技术。将证件上的个人信息及照片编在二维条码中,不但可以实现身份证件的自动识读,而且可以有效地防止伪冒证件事件的发生。菲律宾、埃及、巴林等许多国家也已在身份证或驾驶证上采用二维条码,据不完全统计,准备在身份证或驾驶证上采用二维条码PDF417的国家已达40多个,我国对香港地区恢复行使主权后,香港居民新发放的特区护照上采用的就是二维条码PDF417技术。
      除了证件上,在工业生产、国防、金融、医药卫生、商业、交通运输等领域,二维条码同样得到了广泛的应用。

      六、二维条码在我国的应用前景

      由于二维条码具有成本低,信息可随载体移动,不依赖于数据库和计算机网络、保密防伪性能强等优点,结合我国人口多、底子薄、计算机网络投资资金难度较大,对证件的防伪措施要求较高等特点,可以预见,PDF417条码在我国极有推广价值。

      1.证件管理
      由于二维条码可以把照片或指纹编在二维条码中,有效地解决了证件的可机读及防伪等问题,因此可广泛地应用在护照、身份证、驾驶证、暂住证、行车证、军人证、健康证、保险卡等任何需要唯一识别个人身份的证件上。

      2.执照年检
      行车证、驾驶证的年审,各种工商营业执照、税务登记证、卫生检疫证、企事业代码证、统计登记证等各种政府部门登记证件的年检,可以通过采用二维条码,解决年检登记的计算机录入问题,既节约了政府工作人员的时间,同时,为企事业单位提供了良好的服务。采用这种先进的技术,有利于改善政府的服务和公众形象。

      3.报表管理
      海关报关单、税务报表、保险登记表等任何需重复录入或禁止伪造、删改的表格,都可以将表中填写的信息编在PDF417条码中,以解决表格的自动录入和防止篡改表中内容。

      4.机电产品的生产和组配线
      如汽车总装线、电子产品总装线,皆可采用二维条码并通过二维条码实现数据的自动交换。

      5.银行票据管理

      6.行包、货物的运输和邮递
      总之,二维条码在我国有着广阔的应用前景,PDF417条码技术在我国的推广应用必将为我国信息产业的发展和现代化的经济建设带来可观的社会效益和经济效益。
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