信息识别和采集技术

221 条码技术

1条码技术的起源及国外发展现状

随着计算机、信息及通信技术的发展，信息的处理能力、储存能力、传输通讯能力日益增强。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的。它是在计算机技术、光电技术和通信技术的基础上发展起来的一门综合性科学技术，是信息采集、输入的重要方法和手段。

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近20年。欧美、日本等国家已普遍使用条码技术，而且正在世界各地迅速推广普及，其应用领域正在不断扩大。20世纪40年代后期，美国的乔·伍德兰德 （Joe Wood Land）和贝尼·西尔佛 （Beny Silver）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。“公牛眼”代码与后来的条码符号在原理上很接近，但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条码的奠基人。吉拉德·费伊塞尔 （Girad Feissel）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）将条码标识应用在有轨电车上。20世纪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Ad Hoc委员会制定了通用商品代码——UPC码 （Uni-versal Product Code），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 （Monarch Marking）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。

美国统一代码委员会 （Uniform Code Council Inc，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 （Davide allair）博士推出39码，很快被美国国防部采纳，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条码的基础上，开发出与UPC码兼容的欧洲物品编码系统 （European Article Num-bering System，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 （European Article Numbering Association，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”（International Article Numbering Association），一般来讲应简称IAN，但由于历史和习惯，该组织至今仍沿用EAN作为其简称。

20世纪80年代，人们开发出密度更高的一维条码，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 （Ted Williams）于1988年推出16K码，Symbol公司推出PDF417码。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信息量的数据包，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。

2条码概述

当今的物流信息自动化管理系统要求高速、准确地对物流信息进行采集。要及时捕捉作为信息源的每一商品出库、入库、上架、分拣、运输等过程中的各种信息，就迫切要求建立一种自动识别及数据自动录入的手段。条码自动识别技术由于具有输入简便、迅速、准确、成本低、可靠性高等显著优点，被充分应用于物品装卸、分类、拣货、库存等各物流环节，使得物流作业程序简单而且准确。

图21 一维条码

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 （如图21）。“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分。这些条和空组成的数据表达一定的信息，能够用特定的设备识读，并能够转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。

一个完整的条形码符号由两侧静区、起始字符、数据字符、校验字符和终止字符组成，其排列方式如下：

起始字符：条形码符号的第一个字符，标志一个条形码符号的开始，阅读器确认此字符存在后开始处理扫描脉冲。

数据字符：位于起始字符后面的字符，标志一个条形码的值，其结构异于起始字符，可允许进行双向扫描。

校验字符：校验字符代表一种算术运算结果，阅读器在对条形码进行解码时，对读入的字符进行规定的运算，如运算结果与校验字符相同，则判定此次阅读有效，否则不予读入。

终止符：条形码符号的最后一位字符，标志着条形码符号的结束，阅读器确认此字符后停止处理。

条码技术是光电技术、通信技术、计算机技术和印刷技术相结合的产物，是实现快速、准确而可靠地采集数据的有效手段。条码技术的特点是实现物流行业自动化管理的有力武器，有助于进货、销售、仓储管理一体化，是实现物流EDI、节约资源的基础，是及时沟通产、供、销的纽带和桥梁，是提高市场竞争力的工具。

与其他自动识别技术相比，条码技术具有如下的优点：

（1）输入速度快：与键盘输入相比，条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。

（2）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，而采用条码技术误码率低于百万分之一。

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

（4）灵活实用：条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连接起来实现自动化管理。

另外，条码标签易于制作，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。常见的条码设备如图22～图24所示。

3条码码制

条码码制是指条码符号的类型，满足物流条码体系基本应用要求的物流条码有三种，即通用商品条码、交叉二五条码、贸易单元128条码。

（1）通用商品条码又称EAN－13码，它是按照 “模块组合法”进行编码的。它的符号结构由八部分组成：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。

图22 工业打印机

图23 桌面打印机

图24 便携式手持条码打印机

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3～5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EAN码中一个模块的宽度为033mm，如图25所示。

图25 通用商品条码

（2）交叉二五条码是一种连续、无固定长度、具有自校验功能的双向条码。交叉二五条码可用于定量储运的单元包装上，也可以用于变量储运单元的包装上，因此在物流管理中被广泛采用。我国于1998年3月开始实施 《GB／T16829—1997：交叉二五条码》国家标准。如图26所示。

图26 交叉二五条码

（3）贸易单元128条码 （UCC／EAN－128）于1981年推出，是一种长度可变、连续性的字母数字条码 （如图27所示）。与其他一维条码比较起来，128码是较为复杂的条码系统，其所能支援的字符也相对地比其他一维条码多，又有不同的编码方式可供交互运用，因此应用弹性较大。内容大致分为起始码、资料码、终止码、检查码等四部分，其中检查码是可有可无的。它自动输入信息，节省了信息传递及输入的成本，保证信息传输的正确性和及时性，使生产、配送、零售等各环节都能掌握商品动态，允许双向的扫描处理。

图27 贸易单元128条码

应用领域：制造业的生产流程控制、批发物流业或运输业的仓储管理、车辆调配、货物追踪、医院血液样本的管理、政府对管制药品的控制追踪等。

目前我国所推行的128码是EAN－128码，EAN－128码是根据UCC／EAN－128码的定义标准将资料转变成条码符号，并采用128码逻辑，具有完整性、紧密性、连接性及高可靠度的特性。辨识范围涵盖生产过程中一些补充性质及易变动资讯，如生产日期、批号、计量等。可应用于货运栈版标签、携带式资料库、连续性资料段、流通配送标签等。

4二维条码

随着条码应用领域的不断扩展，传统的一维条码渐渐表现出它的局限性。首先，使用一维条码，必须通过连接数据库的方式提取信息才能明确条码所表达的信息含义，因此在没有数据库或者不便联网的地方，一维条码的使用就受到了限制。其次，一维条码表达的只能为字母和数字，不能表达汉字和图像，在一些需要应用汉字的场合不能很好地满足要求。最后，在某些场合下，大信息容量的一维条码通常受到标签尺寸的限制，也给产品的包装和印刷带来了不便。

二维条码的诞生解决了一维条码不能解决的问题，它能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，不仅能在很小的面积内表达大量的信息，而且能够表达汉字和存储图像。

二维条码简单地说就是将一维条码存储信息的方式在二维空间上扩展，从而存储更多的信息，即从一维条码对物品的 “标识”转为二维条码对物品的 “描述”。

二维条码可以分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码。堆叠式二维条码形态是由多行短截的一维条码堆叠而成，如图28所示；矩阵式二维条码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用点的出现表示二进制 “1”，空的出现表示二进制 “0”，由点的排列组合确定代码表示的含义，如图29所示。

图28 二维堆叠式条码

图29 矩阵式二维条码

1）二维条码特点

（1）高密度编码：信息容量大，可容纳多达1850个大写字母，或2710个数字，或1108个字节，或500多个汉字，比普通条码信息容量高几十倍。

（2）编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。

（3）容错能力强：具有纠错功能，这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50％仍可恢复信息。

（4）译码可靠性高：普通条码译码错误率为百万分之二，二维条码误码率不超过千万分之一。

（5）可引入加密措施：保密性、防伪性好。

（6）成本低，易制作，持久耐用。

（7）条码符号形状、尺寸大小比例可变。

（8）二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读。

2）手机二维条码应用

手机扫描二维码技术简单地说是通过手机拍照功能对二维码进行扫描，快速获取到二维条码中存储的信息，进行上网、发送短信、拨号、资料交换、自动文字输入等，手机二维码目前已经被各大手机厂商开发使用。

手机二维码是二维码的一种，不但可以印刷在报纸、杂志、广告、图书、包装以及个人名片上，用户还可以通过手机扫描二维码，或输入二维码下面的号码实现快速手机上网功能，并随时随地下载图文、了解企业产品信息等。

条码作为一种信息载体，已普遍应用于生产、生活中。作为现代的物流企业，充分利用条码技术进行管理，势在必行。再配合先进的计算机技术及自动识别技术，定会提高物流企业的管理层次，使物流企业的行政架构得以精简，减少工作强度及人力投入。清晰的货品进、销、存和流向等资料，对稳定物流企业的货品来源至关重要，而产品资料的实时性收集，更会加快物流企业运作频率，使物流企业的各项数据报告更为精确。

5条码识读设备分类

条码识别设备由条码扫描和译码两部分组成。现在绝大部分的条码识读器都将扫描器和译码器集成为一体。人们根据不同的用途和需要设计了各种类型的扫描器。下面按条码识读器的扫描方式、操作方式、识读码制能力和扫描方向对各类条码识读器进行分类。

（1）从扫描方式上分类

条码识读设备从扫描方式上可分为接触式和非接触式两种条码扫描器。

接触式识读设备包括光笔与卡槽式条码扫描器。

非接触式识读设备包括CCD扫描器与激光扫描器。

（2）从操作方式上分类

条码识读设备从操作方式上可分为手持式和固定式两种条码扫描器。

手持式条码扫描器应用于许多领域，特别适用于条码尺寸多样、识读场合复杂、条码形状不规整的应用场合。在这类扫描器中有光笔、激光枪、手持式全向扫描器、手持式CCD扫描器和手持式图像扫描器。

固定式扫描器扫描识读不用人手把持，适用于省力、人手劳动强度大 （如超市的扫描结算台）或无人操作的自动识别应用场合。固定式扫描器有卡槽式扫描器、固定式单线、单方向多线式 （栅栏式）扫描器、固定式全向扫描器和固定式CCD扫描器。

（3）按识读码制的能力分类

条码扫描设备从原理上可分为光笔、CCD、激光和拍摄四类条码扫描器。光笔与卡槽式条码扫描器只能识读一维条码。激光条码扫描器只能识读行排式二维码 （如PDF417码）和一维码。图像式条码识读器可以识读常用的一维条码，还能识读行排式和矩阵式的二维条码。

（4）从扫描方向上分类

条码扫描设备从扫描方向上可分为单向和全向条码扫描器。其中全向条码扫描器又分为平台式和悬挂式。悬挂式全向扫描器是从平台式全向扫描器中发展而来，这种扫描器也适用于商业POS系统以及文件识读系统。识读时可以手持，也可以放在桌子上或挂在墙上，使用时更加灵活方便。

6条码识读设备的应用

商品零售领域使用的条码多为一维条码。大多数的条码识读设备均可以识读此类条码。条码在零售领域的主要应用环节包括收货、入库、点仓、出库、查价、销售和盘点。这些环节都要应用到相应的识读设备。

收货、入库、出库：这些环节员工手持无线手提终端，通过无线网与主机连接的无线手提终端上已有此次要收的货品名称、数量和货号等资料，通过扫描货物自带的条码，确认货号，再输入此货物的数量，无线手提终端上便可马上显示此货物是否符合订单的要求。

点仓：点仓是仓库部门最重要也是最必要的一道工序。仓库部员工手持无线手提终端 （通过无线网与主机连接的无线手提终端上已经有各货品的货号、摆放位置和具体数量等资料）扫描货品的条码，确认货号，确认数量。所有的数据都会通过无线网实时地传送到主机。

查价：查价是零售中的一项繁琐的任务。因为货品经常会有特价或调整的时候，容易发生混乱，所以工作人员手提无线手提终端，腰挂小型条码打印机，按照无线手提终端上的主机数据检查货品的变动情况，对应变价而还没变价的货品，马上通过无线手提终端连接小型条码打印机打印更改后的全新条码标签，贴于货架或货品上。

销售：销售是超市的命脉，主要是通过POS系统对产品条码的识别而体现等价交换。

盘点：盘点是超市收集数据的重要手段，也是零售领域中必不可少的工作。工作人员通过无线手提终端得到主机上的指令，按指定的路线和顺序清点货品。然后不断把清点资料传输回主机，盘点工作不影响销售工作的正常进行。

7条码识读设备的选择

零售领域识读设备的选择，最重要的是注意扫描速度和分辨率，而景深并不是关键因素。因为当景深加大时，分辨率会大大降低。适用的激光扫描器应当是高扫描速度、固定景深范围内有很高的分辨率。激光扫描器的价格较高，同时因为内部有马达或振镜等活动部件，耐用性能会打折扣。

与激光阅读器相比，CCD阅读器有很多优点。它的价格比激光阅读器便宜，同时因为内部没有可移动部件，又比激光式扫描器更加结实耐用，同样有阅读条码的密度广泛，容易使用的优点。比较新型的CCD的阅读景深已经能够很好地满足商业流通业的使用要求。当然，识读设备的选择还应符合企业应用的其他要求，比如码制、通信接口及识读环境等。

8应用条码技术的意义

（1）促进外贸出口。商品上印有条码标志，就等于获得进入国外扫描超级商店的入场券。

（2）实现商业的现代化管理。

（3）快速、准确地进行物流控制。

（4）为电子数据交换在全球的实现和发展提供保障。

（5）在物流及其他领域得到广泛应用。

222 射频技术

1射频技术的概念

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

2射频技术的工作原理

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息 （Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号 （Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。主动射频标签与被动射频标签的区别如表21所示。

表21 主动射频标签与被动射频标签比较

一套完整的RFID系统，是由阅读器 （Reader）与电子标签 （TAG）（如图210）也就是所谓的应答器 （Transponder）及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是Reader发射特定频率的无线电波给Transponder，用以驱动Transpon-der电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

图210 射频标签

3射频标签的优缺点

（1）优点：具有寿命长、安全性高、不会受环境限制等优点。标签寿命最高可以达10年以上，且还拥有条码所不具备的防水、防磁、耐高温等性能；传统条码在遇到雪、雾、冰等恶劣工作环境下，其光学识别技术将会失效，而射频标签依然可以正常地工作。

（2）缺点：因为居高不下的成本使得射频识别技术还不能完全被市场广泛应用，标签成本本就较高，若再加上发射器、读取机、编码器与天线等设备，成本更高；由于某些验证机制的不完备，可能造成侵犯个人隐私权的疑虑。

4射频技术与传统条码识别技术相比的优势

①快速扫描；②体积小型化、形状多样化；③抗污染能力和耐久性强；④可重复使用；⑤穿透性和无屏障阅读；⑥数据的记忆容量大；⑦安全性等优势。

5射频识别技术的应用

主要表现在以下方面：

射频识别技术可应用的领域十分广泛，主要决定因素是经济效益。具体应用包括：钞票及产品防伪技术；身份证、通行证 （包括门票）；电子收费系统，如香港的八达通与台湾的悠游卡；家畜或野生动物识别；病人识别及电子病例；物流管理；射频识别晶片植入。

（1）军事：弹药、枪支、物资、人员、卡车等识别与追踪。

（2）物流：物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储应用、港口应用、快递。

（3）零售：商品的销售数据实时统计、补货、防盗。

（4）制造业：生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产。

（5）服装业：自动化生产、仓储管理、品牌管理、单品管理、渠道管理。

（6）医疗：医疗器械管理、病人身份识别、婴儿防盗。

（7）身份识别：电子护照、身份证、学生证等各种电子证件。

（8）防伪：贵重物品 （烟、酒、药品）的防伪、票证的防伪等。

（9）资产管理：各类资产 （贵重的或数量大相似性高的或危险品等）。

（10）交通：高速不停车、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等。

（11）食品：水果、蔬菜、生鲜等食品保鲜度管理。

（12）动物识别：驯养动物、畜牧牲口、宠物等识别管理。

（13）图书馆：书店、图书馆、出版社等应用。

（14）汽车：制造、防盗、定位、车钥匙。

（15）航空：制造、旅客机票、行李包裹追踪。