二維碼基礎各種條碼篇
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) | |
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) | |
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) | |
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) | |
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 | |
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。