条形码技术

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《工程测量实用技术手册》第381页（6571字）

条形码自动识别技术与其他自动识别输入技术相比，具有速度快、准确度高、可靠性强和成本低等优点，已广泛应用于商品流通、工业生产自动化、办公自动化等许多领域。目前，世界性的物品统一编码活动已经在各国迅速开展起来。随着这项活动的深入发展和广泛普及，条形码自动识别技术已成为全球物品管理和贸易往来的共同语言，并进而渗透到测绘等许多技术领域。电子水准仪的出现就是条形码技术在测绘仪器中成功应用的一个范例。

1．条形码基本概念

条形码是一种信息代码，用特殊的图形来表示数字、字母信息和某些符号，如图18－1所示。

图18－1 条形码

条形码是由一组宽度不同、反射率不同的条和空，按规定的编码规则组合起来，用以表示一组数据的符号。

(1)条形码符号

由静区和一组条形码字符组合起来，用以表示一个完整数据的符号。通常，将人眼可识别的字符标注在条形码符号的下面。

(2)条形码元素

用以表示条形码的条和空，简称为元素。

(3)条形码字符

用以表示一个数字、字母及特殊符号的一组条形码元素。

(4)条

在条形码符号中，反射率较低的元素。

(5)空

在条形码符号中，反射率较高的元素。

(6)位空

在条形码符号中，位于两个相邻的条形码字符之间且不代表任何信息的空。

(7)条高

在条的二维尺寸中较长的尺寸。

(8)条宽

在条的二维尺寸中较短的尺寸。

(9)条形码符号长度

在条形码符号中，排除两侧静区的那部分长度。

(10)单位元素宽度

在条形码符号中，窄元素的标称宽度称为单位元素宽度，用X表示。

(11)两种元素宽条形码

在条形码字符中，如果元素的宽度只有两种，即宽元素和窄元素，则称此种码制为两种元素宽条形码。

(12)多种元素宽条形码

在条形码字符中，如果元素的宽度有三种或三种以上，则称此种码制为多种元素宽条形码。

(13)条形码逻辑值

对于两种元素宽条形码，宽元素的逻辑值为1，窄元素的逻辑值为0；对于多种元素宽条形码，若单位元素宽度上是条，则逻辑值为1，若单位元素宽度上是空，则逻辑值为0。

(14)连续型、离散型条形码

在条形码符号中，如果两个相邻的条形码字符之间存在位空，则称此种码制为离散型条形码，否则称为连续型条形码。

(15)长度固定与长度可变条形码

在条形码符号中，如果符号所包含的条形码字符的个数是固定的，则称此种码制是长度固定条形码；否则称为长度可变条形码。

(16)自校验条形码

如果一个印刷错误不会引起一个字符被译成此码制中的另一个字符，则称此种码制为自校验条形码。

(17)条形码符号密度

是指单位长度中所能表示的条形码字符的个数。

(18)条形码字符集

条形码字符集是指在一种条形码码制中所给定的数据字符的范围。在各种条形码码制中，字符集主要有两种，一种是数字式字符集，它包含数字0～9及一些特殊字符；另一种是字母、数字式字符集，它包含数字0～9、字母A～Z及一些特殊字符。

(19)疵点

条中出现的与空的反射率相近的点。

(20)对比度

条形码符号空的反射率R_L和条的反射率R_D之差与空的反射率R_L的比值，用符号PCS表示，即：

PCS=(R_L－R_D)／R_L

2．条形码符号的结构

一个完整的条形码符号是由两个静区、起始字符、数据字符、校验字符(可选)和终止字符组成。图18－2示出了一个条形码符号的完整结构。

图18－2 条形码符号的完整结构

(1)静区

没有任何印刷符或条形码信息，它通常是白的，位于条形码符号的两侧。静区的作用是提示阅读器即扫描器准备扫描条形码符号。

(2)起始字符

条形码符号的第一位字符是起始字符，它的特殊条空结构用于识别一个条形码符号的开始。阅读器首先确认此字符的存在，然后处理由扫描器获得的一系列脉冲。

(3)数据字符

由条形码字符组成，用于代表一定的原始数据信息。

(4)终止字符

条形码符号的最后一位字符是终止字符，它的特殊条空结构用于识别一个条形码符号的结束。阅读器识别终止字符，便可知道条形码符号已扫描完毕。若条形码符号有效，阅读器就向计算机传送数据信息，并向操作者提供“有效读入”的反馈。终止字符的使用，避免了不完整信息的输入。当采用校验字符时，终止字符还指示阅读器对数据字符实施校验计算。

起始字符、终止字符的条、空结构通常是不对称的二进制序列。这一非对称性，允许扫描器进行双向扫描。当条形码符号被反向扫描时，阅读器会在进行校验计算和传送信息前把条形码各字符重新排列成正确的顺序。

(5)校验字符

在条形码码制中定义了校验字符。有些码制的校验字符是确定的，有些码制的校验字符则是可选的。校验字符是通过对数据字符进行一种算术运算而确定的。当符号中的各字符被解码时，译码器将对其进行同一种算术运算，并将结果与校验字符比较。若两者一致时，说明读入的信息有效，图18－3示出了一个条形码符号的分区。

图18－3 一个条形码符号的分区

3．条形码编码

目前，国际上流行的条形码有几十种，下面介绍几种常用的编码方式。

(1)EAN和UPC码

该码制被广泛用于超级市场标识商品，是较常用的一种条形码。UPC是北美分配行业使用的一种条形码制，最早在美国用于标识零售杂货商品。EAN是欧洲多数国家在分配行业共同遵守的标准，UPC是EAN的一个子集，EAN由UPC发展而来。

EAN&UPC条形码块由前缀、中缀、后缀码将其分成左右两部分：左部是生产厂商代码，用于标识国家，例如，00～09：UPC系统，30～37：法国，40～43：德国，80～83：意大利等；右部是货物代码。

EAN&UPC码字符集是0～9这十个数字，每个数字由7个单位黑白条纹组成，且左、右部编码“互补”，即：黑条纹用白条纹表示，反之也是。条纹的宽度有4种，皆由单位条纹组合而成。它是一种定长码制，且总含有一位校验码，例如，UPC-E码由定长的六位数字组成之中含有一个隐含的0；UPC-E1码除含有一隐含的1外，其他与UPC-E相同，EAN－8码由8位数字组成，前7位是编码，第8位是校验位；EAN－13码由13位数字组成，前12位是编码，第13位是校验位。

(2)交叉25码的编码

交叉25码(Interleaved 2 of 5 Code)是一种长度可变的连续型自校验数字式码制。它的字符集为数字1～9。这种码采用两种元素宽度，每个条和空是宽元素或是窄元素。交叉25码实际上是以两个字符为单位将数据编码，其中一个字符以条编码，另一个字符则以空编码。以条编码的字符中两个是宽条、三个是窄条；以空编码的字符中两个是宽空、三个是窄空。这种码符号的编码字符个数为偶数，所有奇数位置上的数据以条编码，偶数位置上的数据以空编码。如果为奇数个数据编码，则在数据前补一位0，以使数据为偶数个数位。

交叉25码的自校验特性及校验字符的使用虽然提高了交叉25码的数据可靠性，但对交叉25码局部扫描(扫描路径没有包括两个静区)时往往易产生误读。因此，交叉25码常用于识别长度固定的数据，此时译码器可编程只接收正确长度的数据信息，短的数据可在开头附加0以达到固定长度的要求。另外，交叉25码常采用托架条的形式，以防止局部扫描产生的误读。

(3)39码的编码

39码(Code 3 of 9)于1974年由Intermec公司推出。它是第一个字母数字式码制。39码是长度可变的离散型自校验字母数字式码制。它的字符集是：数字0～9、26个大写字母A～Z及7个特殊字符－、?、Space、、／、+和%，共43个字符。39码的每个字符由9个元素组成，其中5个是条，4个是空。5个条中有2个宽条3个窄条，4个空中有1个宽空，3个窄空，即9个元素中有3个宽元素、6个窄元素。39码是两种元素宽的代码。39码符号均以★号开始和结尾，即★号是39码的起始、终止字符。39码是离散码，符号中两个相邻字符之间用一个位空分隔开，此位空不包含任何信息。

在39码字符集中，只有43个数据字符，但若使用39码的全ASC Ⅱ码特性，则可将全ASC Ⅱ码的128个字符编码。如果阅读器处于39码的全ASC Ⅱ码状态，那么符号、／、+、%便充当26个字母的前置代码。这里注意，符号／M和／N分别代表－和·两个符号，而符号／P到／y代表数字0～9。

39码具有自校验功能。通常，这种编码不采用校验字符。校验字符只是在一些数据可靠性要求很高的情况下才使用。39码具有串联特性，即可将长的39码符号分成两或多个易于阅读的短符号进行输入，几个短的数据就可以被串联成一个长的数据。

(4)128码的编码

128码(Code 128)出现于1981年，是一种长度可变的连续型字母数字式码制。它采用4种元素宽度，每个字符有3个条和3个空，共11个单位元素宽度，所以又称为(11，3)码。

128码有106个不同条形码字符，每个条形码字符可以有3个不同的含义。含义的不同依赖于所使用的字符集。128码有3种含义不同的字符集，分别为A、B、C。它使用这3个交替的字符集可将128个ASC Ⅱ码编码。

字符集中的Code A、Code B、Code C字符在符号中使用，可以改变当前符号所使用的字符集，这个改变可以一直保持到符号的结束或遇到另一个变换字符时为止。Shift字符可以改变当前符号所使用的字符集，但是，这个改变只能从字符集A到字符集B，或从字符集B到字符集A。字符集C包括00～99的两位数，当印刷数字式数据时，使用字符集C编码可以将两位数字用一个字符编码，从而使其密度加倍增大。

128码符号包括两侧静区、起始字符、终止字符、数据字符、校验字符和一个两个单位元素宽的结束条。它提供了三个起始字符，选择其中一个用在符号的开始，以表示符号开始所使用的字符集是A、B或是C。在128码的字符集中，还包含有变换码，用在数据字符中可以中途改变符号所使用的字符集。符号中这种起变换作用的字符，通常不印刷成可读的信息。

(5)93码的编码

93码(Code 93)是长度可变的连续型字母数字式码制。它的字符集是数字0～9，26个大写字母A～Z，7个特殊字符－、Space、、%、／和+以及4个控制字符、%、／和+。

93码的每个字符有3个条和3个空，共9个单位元素宽度，故又称为(9，3)码。93码采用4种元素宽度，每个元素可以是1、2、3或4倍单位元素宽度。

一个93码符号包含两侧静区、起始字符、数据字符、第一个校验字符“C”、第二个校验字符“K”、终止字符和一个一位宽的结束条。在93码中，除终止字符后附加一个结束条外，它的起始字符和终止字符是一样的。93码用字符“”代表起始、终止字符。

与39码一样，93码也具有串联特性。它能将所有以一个空字符开头且连续被阅读的93码符号串联起来，使几个短的数据串联成一个长的数据。

4．条形码的应用

条形码自动识别技术与其他自动识别技术相比，具有许多独特的优点，在国内外市场具有广阔的发展前景，能形成规模生产，将带来可观的经济效益和社会效益。条形码技术在我国作为主要的自动识别技术，广泛应用于工业自动化控制和各类管理信息系统中，并将渗透到许多技术领域和高新技术的产品中。