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二維碼基礎各種條碼篇

閱讀：3646 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
大數據容量	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。