二维条形码及二维条形码视频识别的应用

    目前门禁识别的主要方式是IC卡识别，特别是具备RFID功能的卡识别。尽管RFID技术有相当多的优势，但当提到RFID的时候，人们首先会想到它高昂的成本。在中国，消费者对RFID芯片成本的心理价位在0.5元以下， RFID卡对于一次性使用的门票、收费停车场票证来说价格还是太高了。条码技术是一种价格低廉的识别技术，但一维的条形码信息量太小，满足不了较复杂的识别应用。二维条形码及二维条码视频识别技术的出现，给我们提供了新的技术路线。

    二维条形码的由来

    条码技术最早产生在20世纪二十年代，诞生于Westinghouse的实验室里。一位叫John Kermode的发明家想到对邮政单据实现自动分检，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Kermode发明了最早的条码标识。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。
 
    此后不久，Kermode的合作者Douglas Young，在Kermode码的基础上作了些改进。 Kermode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。1949年Norm Woodland和Bernard Silver发明了全方位条码符号并投入实际应用。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。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和其应用的大爆炸，人们称之为“条码工业”。

    条码在80年代进入中国，在国内的应用根深蒂固，有着广大的使用人群，经历了漫长的技术提升时代，条码技术已渐渐日益完善。条码技术主要应用于:物流信息管理、供应链管理和部分行业信息的快速处理。

    二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的，国外对二维条码技术的研究始于20世纪80年代末。在二维条码符号表示技术研究方面已研制出多种码制，常见的有PDF417，QR Code，Code 49，Code 16K，Code One等。

    二维条形码（2-dimensional bar code）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。二维条形码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。二维条码可以分为堆叠式/行排式二维条码和矩阵式二维条码。

6种二维条形码实例

    这些二维条码的密度都比传统的一维条码有了较大的提高，如PDF417的信息密度是一维条码Code 39的20多倍。在二维条码标准化研究方面，国际自动识别制造商协会（AIM）、美国标准化协会（ANSI）已完成了PDF417，QR Code，Code 49，Code 16K，Code One等码制的符号标准。新成立的国际标准化组织——国际电工委员会第1联合委员会的第31分委员会，即条码自动识别技术委员会（ISO/IEC/JTC1/SC31），已制定了QR Code的国际标准（ISO/IEC 18004：2000《自动识别与数据采集技术——条码符号技术规范——QR码》，起草了PDF417，Code 16K，Data Matrix，Maxi Code等二维条码的ISO/IEC标准草案。

    我国对二维条码技术的研究开始于1993年。中国物品编码中心对几种常用的二维条码PDF417，QR Code，Data Matrix，Maxi Code，Code 49，Code 16K，Code One的技术规范进行了翻译和跟踪研究。随着我国市场经济的不断完善和信息技术的迅速发展，国内对二维条码这一新技术的需求与日俱增。中国物品编码中心在原国家质量技术监督局和国家有关部门的大力支持下，对二维要码技术的研究不断深入。在消化国外相关技术资料的基础上，制定了两个二维条码的国家标准：GB/T 17172-1997《四一七条码》，GB/T 18284-2000《快速响应矩阵码》。

    二维条码具备以下特点：

    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约高几十倍。

    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：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，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。

    二维条形码识读设备

　　二维条形码的阅读设备依阅读原理的不同可分为：

　　（1） 线性CCD和线性图像式阅读器（Linear Imager）

　　可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码（如PDF417），在阅读二维码时需要沿条形码的垂直方向扫过整个条形码，我们称为“扫动式阅读”。这类产品比较便宜。

　　（2）带光栅的激光阅读器

　　可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码。阅读二维码时将光线对准条形码，由光栅元件完成垂直扫描，不需要手工扫动。

　　（3） 图像式阅读器（Image Reader）

    采用面阵CCD摄像方式将条形码图像摄取后进行分析和解码，可阅读一维条形码和所有类型的二维条形码。

    这种图像式阅读方式推动了手机二维条码技术的应用。简单的说就是在手机内事先储存有判读二维条码软件，通过手机拍照功能对二维条码进行扫描，快速获取到条码中存储的信息，还可以进行上网、发送短信、拨号、资料交换、自动文字输入等。
另外，二维条形码的识读设备依工作方式的不同还可以分为：手持式、固定式和平版扫描式。

    二维条形码的应用领域

    二维码技术最早在美国诞生。但在移动领域应用最多的是日韩等国。目前在日韩不但许多产品已经开始使用二维码，电子门票、电子名片等也大量使用二维码技术。二维码应用于防伪后，知名产品纷纷效仿，商品不但有了身份惟一、信息丰富的标签，而且大大促进了智能手机终端的普及。

    近几年日本和韩国开始使用二维码的电子票，占据了电子门票85%的份额，由于使用非常方便，有力地推动了移动电子商务的应用。西班牙、意大利等欧洲国家也开始在销售足球赛门票时广泛使用电子票。在此之前，球赛前经常有假票出现，不容易识别，购买球票时总是要排很长的队，门票信息也难实时统计，现在这些问题都解决了。走在东京街头，地铁车站墙上的海报、餐厅的菜单、便利商店架上的食品包装上，都可以看到上面印着一个黑色的神秘图案；翻开日文杂志或是报纸，拇指指甲大小般的神秘图案，也随着广告不断映入眼帘。其实这就是日、韩等手机先进国家正流行的二维条形码应用，看到有兴趣的商品或资讯，只要用手机对准条形码，就能直接连接至相关网站进行资讯浏览、档案下载，甚至是直接购买商品。

    一）二维条码门禁应用

    联想到日本和韩国大量使用二维码的电子票，对于一次性使用的门票、收费停车场票证等门禁系统应用来说，二维条形码不失为一种质优价廉的应用方案，我们还可以在一些基于RFID功能的卡识别门禁系统中增加二维条形码识别功能，以降低运行成本。

    二）食品与药品安全应用

    在三鹿奶粉事件和一些假药事件出现之后，食品与药品安全成为广大群众关注的焦点问题，而手机二维条码技术在这方面提供了一个很好的解决方案。需要控制的食品和药品外包装必须印有二维条码，里面的信息包括商品名称、生产厂家和有效日期等要素，手机事先可以免费下载判读二维条码软件，通过手机拍照功能对二维条码进行扫描，快速获取到条码中存储的信息，这对于加强食品与药品安全的群众性监督和提高老百姓的知情权都有很好的作用。

    三）身份识别卡的应用

    美国国防部已经在军人身份卡上印制 PDF417 码。 持卡人的姓名，军衔，照片和其他个人信息被编成一个PDF417码印在卡上。卡被用来做重要场所的进出管理及医院就诊管理。该项应用的优点在于数据采集的实时性，低实施成本，卡片损坏（比如枪击）也能阅读，以及防伪性。

    我国香港特别行政区的居民身份证也采用了PDF417码。其它的应用，如营业执照、驾驶执照、护照、我国城市的流动人口暂住证、医疗保险卡等也都是很好的应用方向。

    四）运输行业的应用

    一个典型的运输业务过程通常经历：供应商-->货运代理，货运代理-->货运公司，货运公司-->客户等几个过程，在每个过程中都牵涉到发货单据的处理。发货单据含有大量的信息，包括：发货人信息、收货人信息、货物清单、运输方式等等。单据处理的前提是数据的录入，人工键盘录入的方式存在着效率低、差错率高的问题，已不能适应现代运输业的要求。

    二维条形码在这方面提供了一个很好的解决方案，将单据的内容编成一个二维条形码，打印在发货单据上，在运输业务的各个环节使用二维条形码阅读器扫描条形码，信息便录入到计算机管理系统中，既快速又准确。

    在美国，虽然 EDI 应用革新了业务流程的核心部分，但不巧的是它却忽略了流程中的关键角色--货运公司。许多 EDI 报文对于货运商来说总是迟到 ，以至于因不能及时确认准确的装运单信息而影响了货物运输和客户单据的生成。

    美国货运协会 (ATA) 因此提出了纸上 EDI 系统。 发送方将EDI信息编成一张PDF417条形码标签提交给货运商，通过扫描条形码，信息立即传入货运商的计算机系统。这一切都发生在恰当的时间和恰当的地点，使得整个运输过程的效率大大提高。

    五）文件和表格应用

    日本Seimei 保险公司的每个经纪人在会见客户时都带着笔记本电脑。每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来。当他们回到办公室后需要将保单数据手工输入到公司的主机中。

    为了提高数据录入的准确性和速度，他们在制作保单的同时将保单内容编成一个PDF417条形码，打印在单据上，这样他们就可以使用二维条形码阅读器扫描条形码将数据录入主机。
其它类似的应用还有：海关报关单、税务申报单、政府部门的各类申请表等等。

    六）资产跟踪
   
    美国钢管公司在各地拥有不同种类的管道需要维护。为了跟踪每根管子，他们将管子的编号，位置编号，制造厂商，长度，等级，尺寸，厚度以及其他信息编成一个PDF417条形码，制成标签后贴在管子上。当管子移走或安装时，操作员扫描条形码标签，数据库信息得到及时更新。工厂可以采用二维条形码跟踪生产设备；医院和诊所也可以采用二维条形码标签跟踪设备、计算机及手术器械。