第一章 条码技术概述.docx
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第一章条码技术概述
第一章条码技术的概述
计算机、信息及通讯技术的发展，信息的处理能力、储存能力、传输通讯能力日益强大。
全面、有效的信息采集和输入几乎成为所有信息系统的关键。
条码自动识别技术就是在这样的环境下应运而生。
它是以计算机、光电技术和通信技术的发展为基础的一项综合性科学技术，是信息采集、输入的重要方法和手段。
条码技术是在计算机技术与网络技术不断发展的基础上逐步发展起来的一门集编码、制作、检测、识别、数据采集与处理以及传输于一体的高科技信息技术。
条码技术的核心作用是用机器代替人工键入实现自动识别及数据采集，从而在计算机管理系统中的各个节点实现计算机自动化管理。
即利用光电扫描设备识读条码符号，从而快速准确地采集数据并输入计算机进行处理，达到自动化管理的目的。
如果将“扫描条码符号—数据传输—数据处理”这一过程作为整个链中的一个单环，那么在统一规范和共同协议前提下，依托网络技术可将许多单环链接起来，则链中的所有用户可在整个链中实现数据交换和数据共享。
虽然使用其他自动识别技术也能达到信息共享的目的，但由于条码技术的信息采集速度快、准确率高，尤其是其成本特别低的优势，所以条码技术的发展越来越快，条码技术的应用越来越广泛和深入。
1.条码的概念及其特点
条码（又称条形码）是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。
这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。
通常对于每一种物品，它的编码是唯一的。
起始于20世纪40年代的条码技术，条码系统是由条码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统，是诸多自动识别技术（磁条识别技术、光学字符识别技术、图象识别技术、射频识别技术、生物特征识别技术等）的一种。
1.1条码的基本概念
码制：
条码的码制是指条码符号的类型，每种类型的条码符号都是由符合特定编码规则的条和空组合而成。
每种码制都具有固定的编码容量和所规定的条码字符集。
条码字符中字符总数不能大于该种码制的编码容量。
常用的一维码的码制包括：
EAN码、39码、交插25码、UPC码、128码、93码，及Codabar（库德巴码）等。
定长条码与非定长条码：
定长条码是指仅能表示固定字符个数的条码。
非定长条码是指能表示可变字符个数的条码。
例如：
EAN/UPC码是定长条码，它们的标准版仅能表示12个字符，39码为非定长条码。
定长条码由于限制了表示字符的个数，即密码的无视率相对较低，因为就一个完整的条码符号而言，任何信息的丢失总会导致密码的失败。
非定长条码具有灵活、方便等优点，但受扫描器及印刷面积的控制，它不能表示任意多个字符，并且在扫描阅读过程中可能产生因信息丢失而引起错误密码，这些缺点在某些码制（如交插25码）中出现的概率相对较大，这个缺点可通过识读器或计算机系统的校验程度而克服。
条bar;darkbar;blackbar条码中反射率较低的部分。
空space;lightbar条码中反射率较高的部分。
单元：
element构成条码字符的条或空。
起始符：
位于条码起始位置的若干条与空。
终止符：
位于条码终止位置的若干条与空。
空白区：
条码起始符、终止符两端外侧与空的反射率相同的限定区域。
条码字符集：
条码字符集是指某种码制所表示的全部字符的集合。
有些码制仅能表示10个数字字符：
0到9，如EAN／UPC码，25条码；有些码制除了能表示10个数字字符外，还可以表示几个特殊字符，如库德巴条码。
39条码可表示数字字符：
0～9，26个英文字母：
A～Z以及一些特殊符号。
条码密度：
barcodedensity单位长度条码所表示的条码字符的个数。
连续性与非连续性：
条码符号的连续性是指每个条码字符之间不存在间隔，相反，非连续性是指每个条码字符之间存在间隔。
从某种意义上讲，由于连续性条码不存在条码字符间隔，即密度相对较高，而非连续性条码的密度相对较低。
但非连续性条码字符间隔引起误差较大，一般规范不给出具体指标限制。
而对连续性条码除了控制尺寸误差外，还需控制相邻条与条，空与空的相同边缘间的尺寸误差及每一条码字符的尺寸误差。
1.2条码的特点
条码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。
条码技术具有以下几个方面的优点：
可靠准确。
有资料可查键盘输入平均每300个字符一个错误，而条码输入平均每15000个字符一个错误。
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。
数据输入速度快。
键盘输入，一个每分钟打90个字的打字员1.6秒可输入12个字符或字符串，而使用条码，做同样的工作只需0.3秒，速度提高了5倍。
并且能实现“即时数据输入”。
灵活、实用。
条码符号作为一种识别手段可以单独使用，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。
同时，在没有自动识别设备时，也可实现手工键盘输入。
自由度大。
识别装置与条码标签相对位置的自由度要比OCR大得多。
条码通常只在一维方向上表达信息，而同一条码上所表示的信息完全相同并且连续，这样即使是标签有部分缺欠，仍可以从正常部分输入正确的信息。
设备简单。
条码符号识别设备的结构简单，操作容易，无需专门训练。
易于制作。
可印刷，称作为“可印刷的计算机语言”。
条码标签易于制作，对印刷技术设备和材料无特殊要求。
经济便宜：
最后也是最重要的特点就是，条码自动识别系统所涉及到的识别符号成本以及设备成本都非常低。
特别是条码符号，即使是一次性使用，也不会带来多少附加成本，尤其是在大批量印刷的情况下。
这一特点使得条码技术在某些应用领域有着无可比拟的优势。
再者，条码符号识读设备的结构简单，成本低廉，操作容易，适用于众多的领域和工作场合。
2.条码技术的起源及国内外条码技术的发展状况
条码最早出现于20世纪40年代,但得到实际应用和迅速发展还是在70年代。
欧美、日本等国家已普便使用条码技术,而且正在世界各地迅速推广普及,其应用领域还在不断扩大。
早在40年代后期，美国乔·伍德兰德（JoeWoodLand）和贝尼·西尔佛（BenySilver）两位工程师就开始研究用代码表示食品项目以及相应的自动识别设备，并于1949年获得了美国专利。
这种代码图案如图1-1所示。
该图案很像微型射箭靶,称作“公牛眼”代码。
靶的同心环由圆条和空白绘成。
在原理上，“公牛眼”代码与后来的条码符号很接近，遗憾的是当时的商品经济还不十分发达，而且工艺上也没有达到印制这种代码的水平。
然而，20年后乔·伍德兰德作为IBM公司的工程师成为北美地区的统一代码——UPC码的奠基人。
吉拉德·费伊塞尔（GiradFeissel）等人于1959年申请了一项专利，将数字0～9中的每个数字用七段平行条表示。
但是这种代码机器难以阅读，人读起来也不方便。
不过，这一构想促进了条码码制的产生与发展。
不久，E·F·布林克尔（E·F·Brinker）申请将条码标识在有轨电车上的专利。
60年代后期，西尔韦尼亚（Sylvania）发明了一种被北美铁路系统所采纳的条码系统。
这两项发明可以说是条码技术最早期的应用。
1970年美国超级市场AdHoc委员会制定了通用商品代码——UPC码（UniversalProductCode）,此后许多团体也提出了各种条码符号方案。
UPC码首先在杂货零售业中试用，这为以后该码制的广泛采用奠定了基础。
次年，布莱西公司研制出“布莱西码”及相应的自动识别系统，用于库存验算。
这是条码技术第一次在仓库管理系统中应用。
1972年，莫那奇·马金（MonarchMarking）等人研制出库德巴码（Codabar），至此美国的条码技术进入了新的发展阶段。
美国统一编码委员会（UniformCodeCouncilInc简称UCC）于1973年建立了UPC条码系统，并全面实现了该条码编码以及其所标识的商品编码的标准化。
同年，食品杂货业把UPC码作为该行业的通用标准码制，为条码技术在商业流通销售领域里的广泛应用，起到了积极的推动作用。
1974年,Intermec公司的戴维·阿利尔（Davideallair）博士推出39码,很快被美国国防部所采纳，作为军用条码码制。
39码是第一个字母、数字式的条码，后来广泛应用于工业领域。
1976年美国和加拿大在超级市场上成功地使用了UPC系统,这给人们以很大的鼓舞，尤其是欧洲人对此产生了很大的兴趣。
次年，欧洲共同体在UPC-12码的基础上，开发出与UPC码兼容的欧洲物品编码系统（EuropeanArticleNumberingSystem），简称EAN码，并签署了欧洲物品编码协议备忘录，正式成立了欧洲物品编码协会（EuropeanArticleNumberingAssociation）,简称EAN。
直到1981年，由于EAN组织已发展成为一个国际性组织，被称为"国际物品编码协会（InternationalArticleNumberingAssociation），一般来讲应简称IAN，但由于历史和习惯，该组织至今仍延用EAN作为其组织的简称。
日本从1974年开始着手建立POS系统（PointofSaleSystem），研究有关条码标准以及信息输入方式和印制技术等，并在EAN基础上，于1978年制定出日本物品编码JAN码。
同年，日本加入国际物品编码协会，开始厂家登记注册，并全面转入条码技术及其系列产品的开发工作。
因此，10年之后日本已成为EAN组织的最大用户。
80年代，人们开发出了密度更高的一些一维条码，如EAN128码和93码（这两种码的符号密度均比39码高将近30％）。
同时，一些行业纷纷选择条码符号，建立行业标准和本行业内的条码应用系统。
在这以后，二维条码开始出现。
戴维·阿利尔研制出49码，特德·威廉斯（TedWilliams）于1988年推出16K码,Symbol公司推出PDF417。
二维条码的出现使得条码的作用从只能充当便于机器识读的物品代码扩展到能携带一定量信息的数据包，这就使得系统能够通过条码对信息包实现自动识别和数据采集。
在某些场合下，二维条码由于其方便、价廉、快捷的特点，在信息识别和数据采集方面有着无可比拟的优势。
纵观近这几十年来条码技术的应用历史，可以分为三个阶段：
2.1条码技术应用的第一阶段是商品零售的自动结算，即目前各超市普遍使用的条码扫描自动结算系统（称扫描条码的商业POS系统）。
从上世纪70年代初开始，逐步创立并推广了UCC（统一代码委员会）和EANInternational（国际物品编码协会）的两种零售商品的条码标识系统，即UCC系统的UPC-A、UPC-E和EAN系统的EAN-13、EAN-8等4种商品条码符号。
目前在超市销售的商品上绝大部分使用的是EAN-13商品条码。
截止2002年底，我国已有8万多家企业注册使用商品条码，并在近80万种商品上印上了商品条码符号。
2.2条码技术应用的第二阶段是单位（企业）的内部管理。
在这一阶段，条码技术的应用几乎涉及到了计算机管理的各个领域，如武器装备和军需物资的后勤管理；产品生产线管理；自动检测线检测数据管理；图书及文件资料管理；机动车辆管理；产品的跟踪管理；大型会议会务管理等等。
长途汽车客票、邮政上的特快专递及挂号邮件上的条码是最常见的几种。
这一阶段的初期，主要使用了一维条码中的code39、I2of5、code128等3种条码。
随着管理所需要的信息量的不断增加，针对上述条码（称一维条码）的信息容量低、符号损坏后无法正确识读，而且必需依赖数据库的缺陷，开发并推广使用了信息容量大、纠错能力强、保密性好、无须依赖数据库的二维条码，如四一七条码（PDF417）、快速响应矩阵码（QR码）、数据矩阵码（DataMatrix码）等。
由于二维条码能描述包括图像在内的各种信息，在各种管理系统中特别是各种证件上使用尤其适宜。
为此国际标准化组织（ISO）也已发布了上述各种条码符号的国际标准，我国也已发布了等效采用或与国际标准技术内容一致的各种条码符号的国家标准。
据悉，目前正在研发信息容量更大的三维条码。
2.3条码技术应用的第三阶段是当前方兴未艾的供应链管理和电子商务，即与贸易伙伴合作，应用于整个供应链的物流配送、连锁经营和电子商务。
条码技术作为一种重要的自动识别技术在我省经济和社会发展的多个领域已经得到许多应用。
当前，除了省内规模较大的超市均已采用条码技术外，早在1985年南京大学就在开架图书的借还手续中采用了条码技术，并推广到了所有的高校图书馆。
此外，禄口国际机场的登机牌、中央门长途汽车客票均采用条码技术检票。
武警的车牌、春兰集团生产的空调安装回单、无锡市物品编码所等采用了二维条码技术防伪。
附：
条码技术发展过程中的主要事件。
1949年美国的N.J.Woodland申请了环形条码专利。
1960年提出铁路货车上用的条码识别标记方案。
1963年在1963年10月号《控制工程》杂志上发表了描述各种条码技术的文章。
1967年美国辛辛那提的一家超市首先使用条码扫描器。
1969年比利时邮政业采用用荧光条码表示信函投递点的邮政编码。
1970年美国成立UCC；美国邮政局采用长短形条码表示信函的邮政编码。
1971年欧洲的一些图书馆采用Plessey码。
1972年美国提出库德巴码、交叉25码和UPC码。
1974年美国提出39码。
1977年欧洲采用EAN码。
1980年美国军事部门采纳39码作为其物品编码。
1981年国际物品编码协会成立；实现自动识别的条码译码技术；128码被推荐使用。
1982年手持式激光条码扫描器实用化；美国军用标准military标准1189被采纳；93码开始使用。
1983年美国制定了ANSI标准MH10.8M，包括交叉25码、39码和Codebar码。
1984年美国制定医疗保健业用的条码标准。
1987年美国的DavidAllairs博士提出49码。
1988年可见激光二极管研制成功；美国的TedWillians提出适合激光系统识读的新颖码制16K码。
1986年我国邮政确定采用条码信函分捡体制。
1988年底我国成立“中国物品编码中心”。
1991.4“中国物品编码中心”代表中国加入“国际物品编码协会”。
3.条码与自动识别技术
自动识别技术是将数据自动采集和识读、自动输入计算机的重要手段和方法，是一门涵盖条码识别技术、射频识别技术、生物特征识别技术、光学字符识别技术以及磁识别技术等，集合计算机软件硬件、光学、通信、电子电路、电磁、计算、网络技术、机电一体化、电子工程等行业知识为一体的高技术学科。
自动识别技术的重要组成部分包括条码识别技术、射频识别技术、和生物特征识别技术，在国内由国家科技部、国家信息产业部、国家质量监督检验检疫总局、中国物品编码中心、中国物流与采购联合会、中国自动识别技术协会、全国物流信息管理标准化技术委员会等机构负责管理和业务协调。
自动识别技术作为信息技术的一个重要分支已成为推动国民经济信息化发展的重要基础和手段之一，自动识别产业的发展对我国国民经济发展和信息化建设发挥了重要作用。
党的十六大报告明确指出：
“以信息化带动工业化，优先发展信息产业，在经济和社会领域广泛应用信息技术”。
在国家“十一五”规划中也将把发展条码识别技术明确写入其中。
3.1射频识别技术
无线射频身份识别系统之英文名称为RadioFrequencyIdentificationSystem，简称RFID，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
可见，RFID是一种非接触式的自动识别技术，自20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟。
2004年全球最大的零售商沃尔玛的一项决议，把RFID（无线射频识别）这项技术推到了聚光灯下。
沃尔玛要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术，2006年1月前在单件商品中使用这项技术。
通过电子标签技术，沃尔玛预计每年可以节省83．5亿美元。
其实，RFID并不是新技术，早在二战时它就被美军用于战争中识别自家和盟军的飞机，但自2003年这项技术又开始被众人所追捧。
研究机构ForresterResearch称RFID是2004年四大IT趋势之一，"其构建的'物联网'将为世界带来革命性的变化"。
IBM、微软等IT巨头纷纷重金投入此项技术和解决方案的开发，试图从中分一杯羹。
RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。
作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
目前RFID技术主要用于宠物与野生动物跟踪、公路和停车收费等有限的领域。
但事实上，RFID还有望在高速公路自动收费及交通管理、门禁保安、RFID卡收费、生产线自动化、仓储管理、汽车防盗、防伪、电子物品监视系统、火车和货运集装箱的识别、物流管理、生产线追踪等领域大展身手，用于物流、制造与服务等行业可以大幅提高企业的管理和运作效率，并降低流通成本。
。
3.2生物识别技术
生物识别（BiometricIdentificationTechnology）：
是利用人体生物特征进行身份认证。
它是基于
（1）人的生物特征是不相同的
（2）可以测量或可自动识别和验证的这两点。
人的生物特征包括生理特性或行为方式。
生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征有签字、声音、按键力度等。
目前人体特征识别技术市场上占有率最高的是指纹机和手形机，这两种识别方式也是目前技术发展中最成熟的。
指纹机和手形机的市场占有率为34%和26%。
人类利用生物特征识别的历史可追溯到古代埃及人通过测量人体各部位的尺寸来进行身份鉴别，现代生物识别技术始于70年代中期，由于早期的识别设备比较昂贵，因而仅限于安全级别要求较高的原子能实验、生产基地等。
现在由于微处理器及各种电子元器件成本不断下降，精度逐渐提高，生物识别系统逐渐应用于商业上的授权控制如门禁、企业考勤管理系统安全认证等领域。
生物识别技术是目前最为方便与安全的识别技术，它不需要记住复杂的密码，也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。
生物识别技术认定的是人本身，没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。
由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。
此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。
3.3光学字符识别技术
光学字符识别（OpticalCharacterRecognition，OCR），是属于图型识别的一门学问，是针对印刷体字符，采用光学的方式将文档资料转换成为原始资料黑白点阵的图像文件，然后通过识别软件将图像中的文字转换成文本格式，以便文字处理软件进一步编辑加工的系统技术。
1929年，德国的科学家Tausheck首先提出了OCR的概念，并且申请了专利。
几年后，美国科学家Handel也提出了利用技术对文字进行识别的想法。
但这种梦想直到计算机的诞生才变成了现实。
OCR的意思就演变成为利用光学技术对文字和字符进行扫描识别，转化成计算机内码。
在60～70年代，世界各国相继开始了OCR的研究，而研究的初期，多以文字的识别方法研究为主，且识别的文字仅为0至9的数字。
以同样拥有方块文字的日本为例，1960年左右开始研究OCR的基本识别理论，初期以数字为对象，直至1965至1970年之间开始有一些简单的产品，如印刷文字的邮政编码识别系统，识别邮件上的邮政编码，帮助邮局作区域分信的作业；也因此至今邮政编码一直是各国所倡导的地址书写方式。
当前，OCR已经逐步进入了人们日常学习、生活、工作等各个应用领域。
我们知道银行的客户存单一般都是进行图像存档，以前的存档方法是通过微拍的方式，非常耗时、耗力。
现在通过OCR技术，就可以在通过扫描仪对存单进行扫描，通过OCR技术对存单的关键字段进行识别，然后进行索引、存入光盘，极大地方便了查找。
保险公司的保单，超市的进货单，增值税发票、甚至人大代表的选票也都可以用OCR进行识别，而且识别率相当高。
4.条码技术主要研究对像
条码技术主要研究的是如何将需要向计算机输入的信息用条码这种特殊的符号加以表示，以及如何将条码表示的信息转变为计算机可自动识读的数据。
因此，条码技术的研究对象主要包括编码规则、符号表示技术、识读技术、印刷技术和应用系统设计等五大部分。
4.1编码规则
任何一种条码，都是按照预先规定的编码规则和有关标准，由条和空组合而成。
为管理对象编制的由数字、字母、数字字母组成的代码序列称为编码，编码规则主要研究编码原则、代码定义等。
编码规则是条码技术的基本内容，也是制定码制标准和对条码符号进行识别的主要依据。
4.2符号表示技术
条码是由一组按特定规则排列的条和空及相应数字字符组成的符号。
条码是一种图形化的信息代码，不同的码制，条码符号的构成规则也不相同。
目前较常用的一维条码码制有EAN商品条码、UPC商品条码、25条码、交插25条码、库巴德玛、39条码、UCC/EAN-128条码等。
符号表示技术的主要研究内容是研究各种码制的条码符号设计、符号表示以及符号制作。
4.3识读技术
条码自动识别技术可分为硬件技术和软件技术两部分。
自动识读硬件技术主要解决将条码符号所代表的数据转换为计算机可读数据，以及与计算机之间的数据通信。
硬件支持系统可以分解为光电转换技术、译码技术、通信技术以及计算机技术。
软件技术主要解决数据处理、数据分析、译码等问题，数据通信是通过软硬件技术的结合来实现的。
自动识读技术主要由条码扫描和译码两部分组成。
扫描时利用光束扫读条码符号，并将光电信号转换为电信号，这部分功能由扫描器完成。
译码是将扫描器获得的电信号按一定的规则翻译成相应的数据代码，然后输入计算机。
当扫描器扫读条码符号时，光敏元件将扫描到的光信号转变为模拟电信号，模拟电信号经过放大，滤波、整形等信号处理，转变为数字信号，译码器按一定的译码逻辑对数字脉冲进行译码处理后，便可得到条码符号相应的数字代码。
4.4印刷技术
条码印刷技术是条码技术的主要组成部分，因为条码的印刷质量直接影响识别效果和整个系统的性能。
条码印刷技术研究的主要内容是：
制片技术、印刷技术和研制各类专用打码机、印刷系统以及如何按照条码标准和印制批量的大小，正确选用相应的技术和设备等。
4.5条码应用系统设计技术
条码应用系统有条码、识读设备、电子计算机及通信系统组成。
应用范围不同，条码的应用系统配置也不相同。
应用系统的应用效果主要取决于系统的设计，系统设计主要考虑下面积的因素：
（1）条码设计。
包括确定条码信息单元，选择码制和符号版面设计。
（2）符号印刷。
在条码应用系统中，条码印刷质量对系统能否顺利运行关系重大。
（3）识读设备选择。
条码识读设备种类很多，如在线式的光笔，CCD识读器、激光拴、台式扫描器等。
在设计条码应用系统时，必须考虑识读设备的使用环境和操作状态，以做出正确的选择。
5.国内外条码技术发展趋势
条码技术是20世纪中叶发展并广泛应用的集光、机、电和计算机技术为一体的高新技术，是将数据进行自动采集并输入计算机的重要方法和手段。
它解决了计算机应用中数据采集的“瓶颈”，实现了信息的快速、准确获取与传输，是信息管理系统和管理自动化的基础。
条码技术有机地联系了各行各业的信息
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