前言
如今，二維(2D)碼的應(yīng)用正日益普及，這是因?yàn)槎S(2D)碼能夠編碼大量數(shù)據(jù)用于跟蹤與追蹤目的。然而，二維碼的成功讀取需要依靠完好無(wú)損的定位圖案和時(shí)鐘圖案。如果這些基本元素受損或者變得模糊，讀碼器將無(wú)法識(shí)別產(chǎn)品或包裝上的標(biāo)識(shí)符號(hào)。
目前，康耐視憑借PowerGrid?技術(shù)已成功克服了這一局限。這項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的二維碼讀取算法將紋理數(shù)據(jù)與幾何數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，能夠在各種工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最高的DataMatrix碼讀取率，包括汽車、電子產(chǎn)品、醫(yī)藥供應(yīng)鏈和物流業(yè)應(yīng)用。康耐視PowerGrid?技術(shù)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、印刷電路板(PCB)和50板裝藥品泡罩包裝上的DataMatrix碼的過(guò)程，看上去似乎跟世界另一端非洲大草原上母獅狩獵斑馬的過(guò)程有些相似。如果斑馬沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏在草叢中步步靠近的母獅，就會(huì)不可幸免的淪為口中獵物。所以，讀取過(guò)程中，對(duì)于代碼中隱藏的一些圖案紋理和小細(xì)節(jié)也應(yīng)該非常值得注意。
當(dāng)代碼存在受損、靜音區(qū)干擾、重要元素缺失、對(duì)比度不足等情況時(shí)，基于視覺的讀碼器如果無(wú)法讀取DataMatrix碼。很有可能會(huì)影響自動(dòng)化制造和物流業(yè)務(wù)的效率和生產(chǎn)。此外，如果發(fā)生“誤讀”也可能會(huì)導(dǎo)致合格產(chǎn)品被剔除制造流程、退貨，及其他影響企業(yè)利潤(rùn)和客戶關(guān)系的責(zé)任。在我們討論基于形狀和紋理的算法如何能夠互為補(bǔ)充，從而提高讀取率之前，我們必須首先介紹二維碼的組成部分、優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。
代碼的發(fā)展歷程
代碼是一種機(jī)器可讀的數(shù)據(jù)表示形式，通常印刷在產(chǎn)品或包裝上，或者永久性標(biāo)記在產(chǎn)品或物品表面。代碼一般都可以讀取，通常用于識(shí)別目的，或者用于在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)跟蹤與追蹤產(chǎn)品。
目前，代碼已發(fā)展出數(shù)十種形式，包括由一組平行線條組成的一維(1D)條碼，如GS1、EAN、Code 128碼等;由點(diǎn)和方格構(gòu)成矩陣的二維(2D)碼，如DataMatrix碼、Aztec碼、QR碼等。相比一維條碼，更為先進(jìn)的二維碼可以讓用戶存儲(chǔ)和檢索更大量的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)橐痪S條碼只能在水平方向上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而二維碼則可以在垂直和水平兩個(gè)方向上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
▲ 不同類型的一維條碼和二維碼
由于DataMatrix碼具有存儲(chǔ)容量顯著增加和內(nèi)置誤差糾正功能等優(yōu)勢(shì)，再加上其他考慮因素，DataMatrix碼如今已經(jīng)成為了制造業(yè)約定俗成的標(biāo)準(zhǔn)。談到存儲(chǔ)容量，如下圖所示，大小為24×24的DataMatrix碼可以容納52個(gè)字母數(shù)字字符，大小為48×48的更大型DataMatrix碼可以容納259個(gè)字母數(shù)字字符，而最大型的DataMatrix碼則可以容納2,335個(gè)字母數(shù)字字符!
▲ DataMatrix碼越大，所容納的信息則越多
一維條碼最初設(shè)計(jì)由激光掃描儀來(lái)讀取，讀取原理如下：激光器發(fā)射出一束激光，然后，光束被引導(dǎo)到一個(gè)旋轉(zhuǎn)棱鏡，由該棱鏡將光束投射到整個(gè)條碼上，接著，一個(gè)傳感器將會(huì)采集反射率，并根據(jù)黑色條與白色條之間的反射率差異讀取條碼。雖然這種方法傳統(tǒng)上速度很快，而且成本低，但隨著時(shí)間的推移，機(jī)械元件可能會(huì)損壞，而且，操作員必須將激光掃描儀以適當(dāng)?shù)慕嵌葘?duì)準(zhǔn)條碼，有時(shí)可能還需要使用額外的夾具，才能實(shí)現(xiàn)理想的讀取率。
▲ 基于激光的掃描儀
不同于一維條碼僅包含誤差檢測(cè)功能，所有二維碼都提升了數(shù)據(jù)完整性，進(jìn)一步減少了無(wú)法讀取的數(shù)量。存儲(chǔ)容量與可靠性互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)是二維碼成為制造應(yīng)用首選代碼類型的原因所在。二維碼需要使用基于視覺的讀碼器來(lái)讀取。讀取原理如下：首先，數(shù)碼相機(jī)采集二維碼的圖像，然后，安裝了特殊圖像處理軟件的微處理器將定位并解碼圖像中的二維碼，最后將所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)。基于視覺的讀碼器無(wú)活動(dòng)元件，這使它們對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言更加堅(jiān)固耐用。
▲ 基于視覺的讀碼器
二維碼的具體符號(hào)結(jié)構(gòu)
相比一維條碼擁有用于識(shí)別條碼起始和終止位置的靜音區(qū)和保護(hù)圖案，DataMatrix碼由以下四個(gè)不同的部分組成：靜音區(qū)或空白區(qū);用于定位的圖，稱為定位圖案或“L”圖案;時(shí)鐘圖案;及數(shù)據(jù)區(qū)。(如需了解更多相關(guān)信息，請(qǐng)?jiān)L問。)靜音區(qū)圍繞在整個(gè)代碼周圍，用于識(shí)別代碼的起始和終止位置，以保證讀碼器不會(huì)采集任何與代碼無(wú)關(guān)的信息。DataMatrix碼的定位圖案是一個(gè)L形狀的圖案，位于代碼兩側(cè)的外邊緣周圍，該圖案用于保證解碼過(guò)程中方向的正確性。定位圖案的對(duì)面是時(shí)鐘圖案，時(shí)鐘圖案由一系列交替出現(xiàn)的黑色模塊和白色模塊組成，用于定義單個(gè)單元格的大小和代碼的大小(行數(shù)和列數(shù))。靜音區(qū)、定位圖案和時(shí)鐘圖案組合起來(lái)，在數(shù)據(jù)區(qū)周圍形成了一個(gè)正方形，這樣，基于視覺的讀碼器采用基于形狀的算法就能夠定位數(shù)據(jù)區(qū)。
▲ 基于視覺的讀碼器
當(dāng)二維碼是圖像中的唯一物品時(shí)，我們可以輕松將其識(shí)別。然而，當(dāng)二維碼位于其他大小和形狀相似的圖形或圖標(biāo)旁邊時(shí)，我們則比較難以將其隔離開來(lái)。在這種情況下，基于紋理的分析方法將有助于基于視覺的讀碼器迅速識(shí)別并讀取二維碼，不會(huì)受到圖像中任何雜亂因素的干擾。
二維碼的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于誤差糾正功能。許多二維碼都采用Reed-Solomon誤差糾正技術(shù)，這與DVD播放器采用的技術(shù)相同，有了這種技術(shù)，即使光盤表面出現(xiàn)了劃痕，DVD播放器也能夠讀取數(shù)據(jù)。不同于一維條碼僅可檢測(cè)到數(shù)據(jù)缺失或錯(cuò)誤，如果檢測(cè)到二維碼里面足夠數(shù)量的模塊，二維碼還能夠糾正缺失或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。
