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二維條碼的基本概念

二維條碼術語定義

1.堆疊式二維條碼(2D Stacked Code)
堆疊式二維條碼是一種多層符號(Multi-Row Symbology)，通常是將一維條碼的高度截短再層疊起來表示資料。
2.矩陣式二維條碼(2D Matrix Code)
矩陣式二條碼是一種由中心點到與中心點固定距離的多邊形單元所組成的圖形，用來表示資料及其它與符號相關功能。
3.資料字元(Data Character)
用於表示特定資料的ASCII字元集的一個字母、數字或特殊符號等字元。
4. 符號字元(Symbol Character)
依條碼符號規則定義來表示資料的線條、空白組合形式。資料字元與符號字元間不一定是一對一的關係。一般情況下，每個符號字元分配一個唯一的值。
5.代碼集(Code Set)
代碼集是指將資枓字元轉化為符號字元值的方法。
6.字碼(Codeword)
字碼是指符號字元的值，為原始資料轉換為符號字元過程的一個中間值，一種條碼的字碼數決定了該類條碼所有符號字元的數量。
7.字元自我檢查(Character Self-Checking)
字元自我檢查是指在一個符號字元中出現單一的印刷錯誤時，掃瞄器不會將該符號字元解碼成其它符號字元的特性。
8.錯誤糾正字元(Error Correction Character)
用於錯誤偵測和錯誤糾正的符號字元，這些字元是由其它符號字元計算而得，二維條碼一般有多個錯誤糾正字元用於錯誤偵測以及錯誤糾正。有些線性掃瞄器有一個錯誤糾正字元用於偵測錯誤。
9.E錯誤糾正(Erasure Correction)
E錯誤是指在已知位置上因圖像對比度不夠，或有大污點等原因造成該位置符號字元無法辨識，因此又稱為拒讀錯誤。通過錯誤糾正字元對E錯誤的恢復稱為E錯誤糾正。對於每個E錯誤的糾正僅需一個錯誤糾正字元。
10.T錯誤糾正(Error Correction)
T錯誤是指因某種原因將一個符號字元識讀為其它符號字元的錯誤，因此又稱為替代錯誤。T錯誤的位置以及該位置的正確值都是未知的，因此對每個T錯誤的糾正需要兩個錯誤糾正字元，一個用於找出位置，另一個用於糾正錯誤。
11.錯誤偵測(Error Detection)
一般是保留一些錯誤糾正字元用於錯誤偵測，這些字元被稱為偵測字元，用以偵測出符號中不超出錯誤糾正容量的錯誤數量，從而保證符號不被讀錯。此外，也可利用軟體透過偵測無效錯誤糾正的計算結果提供錯誤偵測功能。若僅為E錯誤糾正則不提供錯誤偵測功能。

條碼掃瞄器的分類

一般對條碼掃瞄器的分類如圖所示，共可分為四類：(1) 手持雷射條碼掃瞄器(Hand-Held Laser Bar Code Reader)，(2) 固定式雷射條碼掃瞄器(Fixed Laser Bar Code Reader)，(3) CCD條碼掃瞄器(Charge Coupled Device Bar Code Reader)，(4) 光筆條碼掃瞄器(WAND或稱Light Pen)。若依掃瞄方式分類，則有「單點式」、「線型」與「面型」等三種。

條碼掃瞄器的分類

條碼掃瞄器可分為二個獨立之部份：輸入元件(Input Device)及解碼器(Decoder)。二者可一體成型，也可以電線連接，或利用紅外線以無線方式輸送資料。

輸入元件主要包括光電轉換系統與類比數位轉換器兩大部份，光電系統主要用來掃瞄條碼，掃瞄動作可藉著操作者手的移動或條碼的移動來完成。當光源照射到條碼，反射光經光路設計落在感測元件上時，感測元件隨著不同內射光之強度轉換成不同的類比訊號，經類比數位(A/D)轉換器器處理成數位碼輸出。

數位碼輸出到解碼器中，將數位碼解譯成條碼訊號，即完成了條碼掃瞄的工作。條碼掃瞄器的讀取系統結構如圖所示：

圖條碼掃瞄器的讀取系統結構

1.光筆條碼掃瞄器
其取像方式為單點式，藉由人手之移動來完成掃瞄條碼之動作，掃瞄速度可達每秒3”到30”。光筆的讀取方式為接觸式讀取，光筆尖端條碼距離最多只能容許0.05”，可視為讀取距離，屬於條碼掃瞄器之低階產品。目前的光筆只能讀取一維條碼。較需注意的是光徑需符合最小條碼間距，以能完整讀取條碼之資料，光源採波長660nm LED為主。

2.CCD條碼掃瞄器
線型CCD主要用於一維條碼，而面型CCD主要應用於資料量豐富的二維條碼。其感測元件為光耦合器(Charge-Coupled Device)，一般簡稱為CCD。CCD的取像方式是屬於線型接觸式，由於其感測元件長度涵蓋條碼長度範圍，所以讀取時並不需要左右移動，CCD的解析度約為2048dpi，掃瞄速度較光筆快。

CCD的讀取距離較雷射式的短，傳統CCD讀取距離約可容許10~25mm，並非一定要完全接觸。目前則在增加讀取距離上努力，已經有2”~5”之加強型CCD開發出來，未來則希望讀取距離能加強至10”。在讀取寬度上，以60mm與80mm為主，光源則以波長660nm紅光發光二級體(LED)陣列為主。

3.雷射掃瞄器
藉由雷射光束的掃瞄來讀取條碼的資料，因此其讀取距離較長，約可達10”。由於它和筆式讀碼機一樣，可自由移動到物體處掃瞄，因此條碼的長度在容許的範圍下並不會受到限制，而且掃瞄時可懸空劃過，不必像筆式讀碼機要接觸到條碼的表面。雷射掃瞄器特別適用於大量掃瞄以及印刷品質較差的條碼。

二維條碼掃瞄器主要由美國三大廠Symbo Tech、PSC、Welch Allyn積極推廣中，已成為掃瞄器一重要發展趨勢。

二維條碼的識別

二維條碼的識別有兩種方法：(1) 透過線型掃瞄器逐層掃瞄進行解碼，(2) 透過照相和圖像處理對二維條碼進行解碼。對於堆疊式二維條碼，可以採用上述兩種方法識讀，但對絕大多數的矩陣式二維條碼則必須用照相方法識讀，例如使用面型CCD掃瞄器。

用線型掃瞄器如線型CCD、雷射槍對二維條碼進行辨識時，如何防止垂直方向的資料漏讀是主要的技術關鍵，因為在識別二維條碼符號時，掃瞄線往往不會與水平方向平行。解決這個問題的方法之一是必須保證條碼的每一層至少有一條掃瞄線完全穿過，否則解碼程序不識讀。這種方法簡化了處理過程，但卻降低了資料密度，因為每層必須要有足夠的高度來確保掃瞄線完全穿過，如圖所示。我們所提到的二維條碼中，如Code 49, Code 16K的識別即是如此。

二維條碼的識別(每層至少一條掃瞄線通過)

不同於其它堆疊式二維條碼，PDF417建立了一種能「縫合」局部掃瞄的機制，只要確保有一條掃瞄線完全落在任一層中即可，因此層與層間不需要分隔線，而是以不同的符號字元欉(Cluster)來區分相鄰層，因此PDF417的資料密度較高，是Code 49及Code 16K的兩倍多，但其識讀設備也比較複雜。