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二維碼基礎各種條碼篇

閱讀:3680        發布時間:2020-11-24

二維碼基礎各種條碼篇

一、QR碼的構成

    QR(Quick Response)碼是由DENSO WAVE株式會社于1994年發明的矩陣式二維碼。1997年注冊為AIM International標準,隨后于1998年、1999年、2000年分別注冊為JEIDA標準、JIS標準、ISO/IEC標準。QR碼®是DENSO WAVE株式會社的注冊商標。

1.QR碼的規格

    構成QR碼的小黑白正方形稱為單元。QR碼用單元組合表示,由尋像圖形、定位圖形、校準圖形、格式信息、糾錯信息碼(Reed-Solomon碼)等構成。

QR 碼的概略規格

符號大小

版本1 :21 單元×21 單元(小)
版本2 :25 單元×25 單元

版本40 :177 單元×177 單元(大)
※ 以4 個單元為單位

大數據容量

僅數字

7,089 字符

英文數字(US-ASCII)

4,296 字符

二進制(8 位)

2,953 字節

漢字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

2.尋像圖形(分割符號)

    用于檢測QR碼位置的圖形。QR碼分配于3個區域,微型QR碼分配于一個區域。黑單元和白單元如下圖所示呈1:1:3:1 :1的比例,實現360度高速讀取。

3.校準圖形

    校準因失真引起的各單元的位置偏移。

4.靜態區域

    二維碼符號周圍的空白部分。QR碼需要4個單元,微型QR碼需要2個單元。

5.定位圖形

    白單元和黑單元交互配置。用于確定符號中的模塊坐標。

6.格式信息

    包含符號中使用的糾錯級別和屏蔽處理圖形的信息。左上1個,左下和右上各1個、共2個,當一側無法讀取時備用。

7.糾錯符號(Reed-Solomon碼)

    當QR碼的一部分因臟污、浸染、損壞而缺損時用來恢復數據的符號,采用數據Solomon方式生成。

    糾錯能力分為4級,用戶可自行選擇。提高級別,糾錯能力響應提高,但信息量也會增加,符號尺寸會變大。

 

糾錯能力

糾錯級別

符號的缺損面積

L

7%

M

15%

Q

25%

H

30%

8.數據代碼和糾錯碼的配置

    數據代碼和糾錯碼的配置如下圖所示。

    在生成QR碼時進行屏蔽,以避免出現與尋像圖形相同形狀的標志。

 

二、QR碼的種類、大小、數據容量

    QR碼可分為含校準圖形的類型1、不含校準圖形的類型2、含1個分割符號的微型QR碼3種,它們的特點和數據容量各不相同。以下分別介紹各種QR碼。

1.類型1

    這類QR碼是類型2和微型QR碼的原型。

    版本1 ~ 14為AIMI標準。

符號大小

版本1 :21 單元×21 單元(小)
版本2 :25 單元×25 單元

版本14 :73 單元×73 單元(大)
※ 版本每升1 級,橫豎將添加4 個單元。

大數據容量

僅數字

1,167 字符

英文數字(US-ASCII)

707 字符

二進制(8 位)

468 字節

漢字、假名(ShiftJIS)

299 字符

2.類型2

    在類型1的基礎上增加用于位置校準功能的校準圖形,是一種適用更大容量數據的QR碼。符號大小包括版本1到40,版本40的情況下,如果只含有數字,則條碼中多可包含7089字符。

符號大小

版本1 :21 單元×21 單元(小)
版本2 :25 單元×25 單元

版本14 :73 單元×73 單元(大)
※ 版本每升1 級,橫豎將添加4 個單元。

大數據容量

僅數字

7,089 字符

英文數字(US-ASCII)

4,296 字符

二進制(8 位)

2,953 字節

漢字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

 

3.微型QR

    微型QR碼大的特點是只有1個分割符號。QR碼中,3個角上均有分割符號,因此需要一定的大小,而微型QR碼中只含有1個分割符號,因此可印刷到更小的空間上。像這樣可以小尺寸印刷的微型QR碼主要用在電路板等FA用途上。此外,它包括版本M1 ~ M4 4種,小的單元構成為11×11。

符號大小

版本1 :21 單元×21 單元(小)
版本2 :25 單元×25 單元

版本14 :73 單元×73 單元(大)
※ 版本每升1 級,橫豎將添加4 個單元。

大數據容量

僅數字

7,089 字符

英文數字(US-ASCII)

4,296 字符

二進制(8 位)

2,953 字節

漢字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

4.大小的算法

    QR碼的大小可按以下步驟確定。

    1)版本的確定

    確定數據容量、字符種類、糾錯級別,選擇候補。

    2)單元的確定

    根據打印機的分辨率、掃描儀的性能確定印刷單元的大小。

    3)大小的確定

    用1、2中確定的版本單元數乘以單元尺寸,即可根據以下公式求出QR碼的大小及應確保的空間。

    假設單元大小為x[mm],版本為y,則QR 碼大小的一邊以下列算式表示。

    x(21+4y)[mm]

    應確保的空間的一邊以下列算式表示。(含靜態區域)

    x(29+4y)[mm]

    例如,單元大小為0.25[mm],版本為10 時,QR 碼大小的一邊為0.25[mm]×(21+4×10) = 15.25[mm]

    應確保的空間的一邊為0.25[mm]×(29+4×10) = 17.25[mm]。

5.各版本的大輸入字符數 

1)類型2

2)微型QR

 

三、DataMatrix的構成

    DataMatrix是美國IDMatrix公司于1987年發明的二維碼。

    1996年注冊為AIM International標準,2000年注冊為ISO/IEC標準。

    DataMatrix包括ECC000、ECC050、ECC080、ECC100、ECC140五個初的老版本,以及在1995年將糾錯方式改為Reed-Solomon、增加失真校準功能的新版本ECC200。

DataMatrix 的概略規格

符號大小

ECC000 ~ ECC140
9 單元×9 單元(小)

49 單元×49 單元(大)
ECC200
10 單元×10 單元(小)

144 單元×144 單元(大)

大數據容量

僅數字

3,116 字符

英文數字(US-ASCII)

2,335 字符

1.ECC000、ECC050、ECC080、ECC100、ECC140

    單元尺寸為9×9到49×49的符號,單元數一定是奇數。

    糾錯中采用卷積方式,當數據容量較大時,即使很少的失真也會使讀取精度大幅降低,因此基本上不使用。

2.ECC200

    針對上述DataMatrix初版本中失真的問題,這個版本提高了糾錯功能,單元尺寸為10×10到144×144,單元數一定是偶數。

    糾錯中采用Reed-Solomon方式,即使條碼的一部分損壞也能進行恢復,不易受失真影響,還可保持較小的條碼大小。

    使用DataMatrix時,ECC200也已經是化的標準,因此可標準使用。

 

四、DataMatrix(ECC200)的構成

1.校準圖形和定位圖形

    DataMatrix構成中包括L形的校準圖形和虛線形的定位圖形,其中包含實際的數據。利用L形校準圖形,可判斷條碼的方向,而定位圖形可方便地識別其中的數據單元。 因此,利用校準圖形和定位圖形,通過圖像處理進行位置檢測,可360°q方位讀取。

    此外,數據單元超過24×24單元時,如下所示,可通過分割符號,為使1塊中的單元保持在24×24以內,這樣可大大避免失真的影響。

2.靜態區域

    二維碼符號周圍的空白部分。

    至少應確保1單元以上。

3.糾錯符號(Reed-Solomon碼)

    DataMatrix中附加有Reed-Solomon碼作為糾錯符號,可在部分數據損壞的情況下恢復數據。

4.數據和糾錯符號的配置

    數據和糾錯符號按以下順序配置。

    例如,制作OMRON這個數據的DataMatrix時,先將用Reed-Solomon法計算的糾錯符號與數據連接,然后生成DataMatrix。

 

五、DataMatrix的大小和數據容量

    符號大小(單元數)和信息量(ECC200時)的關系如下所示。

    右側示例的條碼時,符號大小為12×12。

*1.關于大信息量

    即使同樣是二維碼,根據其符號大小,大可保存的信息量有所變化。換言之,如果所需信息量變大,符號大小也需要相應變大。此外,條碼所含的信息中使用哪種字符種類也會影響大信息量,QR碼和DataMatrix中的順序是“僅數據”>“數據+英文”>“漢字”,符號大小相同時,大字符數會逐漸增加。此外,還會根據字符種類的排列方式和組合順序而變化。

 

六、GS1 DataMatrix

    GS1 DataMatrix是GS1(Global Standard 1) 的標準化二維符號, 主要是為了將ECC200用于流通。GS1 DataMatrix的特點是在很小的面積上可以記載很多的信息,近年來,除了工業用途之外也廣受關注。目前已決定在醫療、醫用行業標準采用GS1DataMatrix,用于醫藥品(歐洲)、手術刀和剪刀等手術用具(日本)。此外,GS1DataMatrix的構成與GS1-128相同。

GS1 DataMatrix的數據構成

    GS1 DataMatrix的編碼數據(DataMatrix中記載的所有信息)由起始字符、應用識別符、數據、分割字符構成,可在單個編碼數據中輸入多個數據。

1.起始字符

    GS1 DataMatrix中,編碼數據的開頭配置為FNC1(Function 1符號)。

2.應用識別符(AI)

    應用識別符與數據成套,定義該數據為何種信息。由2~4位數字構成,數字、英文數字等數據屬性和位數由GS定義。

3.分割字符

    GS1 DataMatrix中可使用生產年月日等固定長度的數據和序列號等可變長度的數據。使用可變長度的數據時,在數據末尾需要插入FNC1作為分割字符。但是,如果編碼數據末尾含可變長度的數據,則不需要插入分割字符。

GS1 DataMatrix示例

4.條碼示例

5.構成數據

6.編碼數據構成

7.供人識讀的表述

    (01)03453120000011(17)080508(10)ABCD1234(410)9501101020917

 

七、其他條碼

MAXI條碼

1.種類、形狀

2.特點

    適用于高速分割的數據構成

3.標準

    ISO/IEC16023

4.糾錯率/(錯誤)恢復率

    一次消息25%

    二次消息

    標準級別SEC(15%)

    擴展級別EEC(21%)

5.種類、形狀

6.特點

    可用大容量數據用的激光掃描儀讀取

7.標準

    ISO/IEC15438

8.糾錯率/(錯誤)恢復率

    有7個修正級別

 

八、使用行業

電子部件、汽車行業(溯源管理)

1.提高質量

    為了將品種和檢查結果結合起來管理,在發生不良時迅速追蹤,常使用可在小空間上印刷的二維碼。

    即使是高密度的電路板和小型部件,使用二維碼,即可直接打標后進行序列管理。

電子部件、汽車行業(各部件的生產信息管理)

2.提高生產性

    在托盤上的芯片等“每個部件”的生產信息管理中運用二維碼。在較短的節拍時間內實現每個部件的信息管理。

醫療、藥品行業(各部件的生產信息管理)

    在藥品的識別管理中運用二維碼。

    為了將用藥失誤防范于未然,正在推進用二維碼管理每個藥品的行動。

 

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