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动物标识条形码的识读
2008-09-09 阅读: 作者: 编辑:

    条码阅读设备是能够对条码符号进行阅读并译码的设备的总称,由条码扫描器、条码解码单元、信息处理单元、通讯单元与扩展功能单元组成。其中条码扫描器是指能够对条码符号进行阅读或/和译码的功能单元的总称,主要由图像传感器和条码解码模块组成,还可包含有定位指示光源和照明光源。每个条码阅读设备都内含一个完整的条码识读系统,通过该系统,得以完成对图形化编码符号中含有的编码信息转换成计算机可识别的数字信息。
    1 条码识读原理
    图2-7所示的是一个一维条码光电识读器的原理图。识读器由阅读系统、信号整形和译码三部分组成。

 

 图2-7 光电识读器识别原理
Fig2-7 The principium of the light and electricity identification equipment

    阅读系统由光学系统和光电转换器件组成,它完成对条码符号的光学阅读,通过光电探测器,将条码条与空图案的光信号转换成为电信号;信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成,它的功能在于将条码的光电阅读信号处理成标准点位的矩形波信号,其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应;译码部分由计算机的软硬件组成,它的功能是对条码矩形波信号进行译码,并将结果输出到条码应用系统中的数据采集终端。
    当用户触动电源开关或相应设备使扫描器通电后,激光二极管发出的激光束、穿过扩束透镜被扩束,射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时,根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动,那么可在条码上看到一条红色的激光线,这是视觉暂留现象所致。条码的表面较粗糙,照在条码上的激光点发生反射,条和空的反射强度是不同的,漫反射的光射到反射镜上,再由反射镜反射向集光器,通过集光器集光,由滤光镜滤掉杂散自然光射入光敏二极管,产生光电感应信号,再经放大,整形译码,变成有用信息,传输到主机中。
    扫描时,扫描器根据反射光强弱的不同来区分条与空,根据反射光持续时间的不同来区分宽条符和窄条符。反射光经聚焦后送到光电转换器,产生与反射光强度成正比的微弱电流。经过放大器放大后得到模拟电压波形,再由整形器整形转换成矩形波,及时转换为二进制脉冲信号,可通过译码器解释,如图2-8所示。

图2-8 反射光扫描原理
Fig2-8 Reflective optical scanning drawings

    2 分类及设备选择
    条码阅读设备的分类方法有很多种,在不同的应用领域和应用场合,面向不同的用户群,依据不同的应用要求都有不同的分类方法。按照条码阅读设备采用的技术原理分类,有光笔式阅读设备、线阵式CCD阅读设备、面阵式CCD/CMOS阅读设备和激光式阅读设备等。
    2.1. 光笔式阅读设备
光笔是最先出现的一种手持接触式条码阅读设备,它也是最为经济的一种条码阅读设备。使用光笔进行条码阅读时,操作者需将光笔接触到条码表面,通过光笔的镜头发出一个很小的光点,当这个光点从左到右划过条码时,在“空”部分,光线被反射,“条”的部分,光线将被吸收,因此在光笔内部产生一个变化的电压,这个电压通过放大、整形后用于译码。
    光笔式阅读设备的优点是:与条码接触阅读,能够明确哪一个是被阅读的条码;阅读条码的长度可以不受限制;与其它的阅读设备相比成本较低;内部没有活动部件,比较坚固;体积小,重量轻。光笔式阅读设备的缺点是:使用光笔会受到各种限制,比如在有一些场合不适合接触阅读条码;另外只有在比较平坦的表面上阅读指定密度的、打印质量较好的条码时,光笔才能发挥它的作用;而且操作人员需要经过一定的训练才能使用,如阅读速度、阅读角度、以及使用的压力不当都会影响它的阅读性能;最后,因为它必须接触阅读,当条码在因保存不当而产生损坏,或者上面有一层保护膜时,光笔都不能使用。
    2.2. CCD阅读设备
    CCD阅读设备使用一个或多个LED,发出的光线能够覆盖整个条码,条码的图像被传到一排光探测器上,被每个单独的光电二极管采样,由邻近的探测器的探测结果为“黑”或“白”区分每一个条或空,从而确定条码的字符,换言之,CCD阅读设备不是注意的阅读每一个“条”或“空”,而是条码的整个部分,并转换成可以译码的电信号。
    CCD式阅读设备的优点是:与其它阅读设备相比,CCD阅读设备的价格较便宜,同样阅读条码的密度广泛,容易使用。它的重量比激光阅读设备轻,而且不像光笔一样只能接触阅读。CCD式阅读设备的缺点是:CCD阅读设备的局限在于它的阅读景深和阅读宽度,在需要阅读印在弧型表面的条码(如饮料罐)时候会有困难;在一些需要远距离阅读的场合,如仓库领域,也不是很适合;CCD的防摔性能较差,因此产生的故障率较高;在所要阅读的条码比较宽时,CCD也不是很好的选择,信息很长或密度很低的一维条码很容易超出窗口的阅读范围,导致条码不可读;而且某些采取多个LED的条码阅读设备中,任意一个的LED故障都会导致不能阅读。
    2.3. CIS条码阅读设备
    CIS为接触式影像传感器(Contact Image Sensor,CIS)的简称,其感光元件是线阵CMOS元件,加上光源、自聚焦透镜组成CIS模组,在阅读设备的主CPU时序控制下将条码的“条”或“空”的信息转换为“0”和“1”的数字信号,实现图像信息的光电转换。
    CIS条码阅读设备的优点是:硬件成本低。由于CIS自带光源、可1:1成像、不受环境光影响、图像质量好无透视几何变形等特点,可大大节省阅读设备的图像处理硬件资源,解码速度快,条码阅读率高,可实现刷卡、插卡、馈纸等方式阅读高密度、大尺寸的一维、二维条码。CIS阅读设备的缺点是:阅读设备的景深小,仅适合于接触式的条码阅读。
    2.4. 面阵式CCD/CMOS式阅读设备
    采用CCD/CMOS和发光二级管光源的阅读设备,称为CCD/CMOS阅读设备。它是将发光二级管所发出的光照射到被阅读的条码上,通过光的反射,达到读取数据的目的。CCD/CMOS阅读设备操作方便,易于使用,只要在有效景深范围内,光源照射到条码符号即可自动完成扫描,对于表面不平的物品、软质的物品均能方便地进行阅读,无任何运动部件,因此性能可靠,使用寿命长。
    与其它条码扫描设备比较,具有耗电省、体积小等优点,但其阅读条码符号的长度受阅读设备的元件尺寸限制,扫描景深长度不如激光阅读设备。目前,已有厂家针对CCD/CMOS的不足,开发出长距离CCD/CMOS,扫描距离可达20cm。阅读速度快,扫描距景深长,误码率低,种类繁多,适应不同的需求。
    2.5. 激光扫描式阅读设备
    激光扫描设备的基本工作原理为:激光扫描设备通过一个激光二极管发出一束激光,照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上,反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面,光线经过条或空的反射后返回阅读设备,由一个镜子进行采集、聚焦,通过光电转换器转换成电信号,该信号将通过阅读设备或终端上的译码软件完成译码。
    激光式阅读设备的优点是:激光式阅读设备可以很杰出的用于非接触阅读,通常情况下,在阅读距离超过30cm时激光阅读设备是惟一的选择;激光阅读条码密度范围广,并可以阅读表面不规则的条码或透过玻璃或透明胶纸阅读,因为是非接触阅读,因此不会损坏条码标签;因为有较先进的阅读及译码系统,首读识别成功率高、识别速度相对光笔及CCD更快,而且对印刷质量不好或模糊的条码识别效果好;误码率极低;激光阅读设备的防震防摔性能好,某些设备可达到1.5米水泥地防摔。激光扫描式阅读设备的缺点是:它的价格相对较高。
    2.6. 主要技术参数
    选择条形码扫描器前,要了解扫描设备的几个主要技术参数,然后根据应用的要求,对照这些参数选取适用的设备。
    分辨率
    对于条形码扫描系统而言,分辨率为正确检测读入的最窄条符的宽度,英文是Minimal Bar Width(缩写为MBW)。选择设备时,并不是设备的分辨率越高越好,而是应根据具体应用中使用的条形码密度来选取具有相应分辨率的扫描器。使用中,如果所选设备的分辨率过高,则条符上的污点、脱墨等对系统的影响将更为严重。
    扫描景深
    扫描景深指的是在确保可靠阅读的前提下,扫描头允许离开条形码表面的最远距离与扫描器可以接近条形码表面的最近点距离之差,也就是条形码扫描器的有效工作范围。有的条形码扫描设备在技术指标中未给出扫描景深指标,而是给出扫描距离,即扫描头允许离开条形码表面的最短距离。
    扫描宽度
    扫描宽度指的是在给定扫描距离上扫描光束可以阅读的条形码信息物理长度值。
    扫描速度
    扫描速度是指单位时间内扫描光束在扫描轨迹上的扫描频率。
    一次识别率
    一次识别率表示的是首次扫描读入的标签数与扫描标签总数的比值。举例来说,如果每读入一只条形码标签的信息需要扫描两次,则一次识别率为50%。从实际应用角度考虑,当然希望每次扫描都能通过,但遗憾的是,由于受多种因素的影响,要求一次识别率达到100%是不可能的。
    应该说明的是:一次识别率这一测试指标只适用于手持式光笔扫描识别方式。如果采用激光扫描方式,光束对条形码标签的扫描频率高达每秒钟数百次,通过扫描获取的信号是重复的。
    误码率
    误码率是反映一个机器可识别标签系统错误识别情况的极其重要的测试指标。误码率等于错误识别次数与识别总次数的比值。对于一个条形码系统来说,误码率是比一次识别率低更为严重的问题。
    2.7. 选择的基本因素
    1)适用范围
    条形码技术应用在不同的场合,应选择不同的条形码阅读器。例如开发条形码仓储管理系统,往往需要在仓库内经常清点化验室,相应要求条形码阅读器能方便携带,并能把清点的信息暂存下来,而不局限在计算机前使用,选用便携式条形码阅读器较为合适。在生产线上使用条形码采集器时,一般需要在生产线的某些固定位置安装条形码阅读器,而且生产的零部件与条形码阅读器比较合适,如激光枪式、CCD扫描器等。在会议管理系统和企业考勤系统中,可选用卡式或槽式条形码阅读器,需要签到登记的人员将印有条形码的证件插入阅读器槽内,阅读器便自动扫描并给出阅读成功信号,从而实现实时自动签到。当然,对于一些专用场合,还可以开发专用条形码阅读器装置以满足需要。
    2)译码范围
    译码范围是选择条形码阅读器的又一个重要指标。目前,各家生产的条形码阅读器其译码范围有很大差别,有些阅读器可识别几种码制,有些阅读器可识别十几种码制。开发某一条形码应用系统选择对应的码制,同时,在为该系统配置条形码阅读器时,要求阅读器具有正确的译此码制符号的功能。在物流中,往往采用UPC/EAN码,因此,开发商场管理系统时,选择阅读器时,应能阅读UPC/EAN码。在邮电系统内,中国目前使用的是矩阵25码,选择阅读器时,就保证阅读该码制的符号。
    3)接口能力
    条形码技术的应用领域很多,计算机的种类也很多,开发应用系统时,一般是先确定硬件系统环境,而后选择适合该环境的条形码阅读器。这就要求所选阅读器的接口方式符合该环境的整体要求,通用条形码阅读器的接口方式有以下两种:①串行通信。当使用中小型计算机系统,或者数据采集地与计算机之间的距离较远时,一般采用这种通信方式。如企业考勤管理系统,计算机一般不放在出入口处,而放在办公室内,以便及时掌握考勤情况。②键盘仿真是通过计算机的键盘口将阅读器采集到的条形码信息输送给计算机的一种接口方式,也是一种常用的方式。目前,IBM/PC及其兼容机常用的有XKAT等键盘方式。计算机终端的键盘口也有多种形式。因此,如果选择键盘仿真,应注意系统中计算机的类型,同时注意所选阅读器是否能与计算机匹配。
    4)对首读率等参数的要求
    首读率是条形码阅读器的一个综合性指标,它与条形码符号印刷质量、择码器的设计和光电扫描器的性能均有一定的关系。在某些应用领域可采用手持式条形码阅读器由人来控制条形码符号的重复扫描,这时对首读率的要求不太严格,它只是工作效率量度。而在工业生产、仓库等应用中,要求有更高的首读率。条形码符合载体在自动生产线或传送带上移动,并且只有一次搜集数据的机会,如果首读率不达到百分之百,将会发生丢失数据的现象,造成严重的后果。因此,在这些应用领域中要选择高首读率的条形码阅读器,如CCD扫描器等。
    5)分辨率
    为正确检测读入的最窄条符的宽度选择设备时,应用中使用的条形码密度来选取具有相应分辨率的阅读设备。使用中,如果所选设备的分辨率过高,则条符上的污点、脱墨等对系统的影响将更为严重。
    扫描属性
    扫描属性又可细分扫描景深、扫描宽度、扫描速度、一次识别率和误码率等。扫描景深指的是在确保可靠阅读的前提下,扫描头充许离开条形码表面的最远距离与扫描器可以接近条形码表面的最近点距离之差,也就是条形码扫描器的有效工作范围。有的条形码扫描设备在技术指标中未给出扫描景深指标,而是给出扫描距离,即扫描头允许离开条形码表面的最短距离。扫描宽度是指在给定扫描距离上扫描光束可以阅读的条形码信息物理长度值。扫描速度是指在扫描轨迹上的扫描光频率。一次识别率表示的是首次扫描读入的标签数与扫描标签总数的比值。一次识别率,这一测试指标,只适用于手持式光笔扫描识别方式。如果采用获取的信号是重复的,误码率等于错误识别总次数的比值。
    条形码符号长度
    条形码符号长度是选择阅读器时应考虑的一个因素。有些光电扫描器由于制造技术的影响,规定了最大扫描尺寸,如CCD扫描器、移动光束扫描器均有此限制。有些应用系统中,条形码符号的长度是随机变化的,如图书的索引号、商品包装上条形码符号长度等。在变长度的应用领域中,选择阅读器时应注意条形码符号长度的影响。
    阅读器的价格
    阅读器由于功能不同,价格也不一致,因此在选择阅读器时,要注意产品的性能价格比,应以满足应用系统要求且价格较低作为选择原则。
    特殊功能
    需从几个入口处进入,将几台阅读器连接在一台计算机上,使各入口处阅读器采集到信息送给同一台计算机,因而要求阅读器具有联网功能,以保证计算机准确接受信息并及时处理。当应用系统对条形码阅读器有特殊要求时,应进行特殊选择。

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