LabVIEW條形碼識(shí)別（實(shí)戰(zhàn)篇—5）

條形碼（Barcode）是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符。常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱條）和白條（簡(jiǎn)稱空）排成的平行線圖案。條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)國(guó)、制造廠家、商品名稱等許多信息，因而在商品流通、圖書管理、郵政管理、****系統(tǒng)等許多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

條形碼可分一維和二維兩大類。一維碼將寬度不等的多個(gè)黑條和空白按照一定的編碼規(guī)則排列，用來表示一組信息。常見的一維碼是由反射率相差很大的黑條和白條排成的平行線圖案，如下所示：

一維碼識(shí)別效果視頻如下所示：

二維碼識(shí)別效果視頻如下所示：

條碼具有成本低、靈活易用、使用效率高和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。條碼制作僅僅需要印刷，識(shí)別設(shè)備的構(gòu)造也很簡(jiǎn)單，與其他自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)相比，成本相當(dāng)?shù)土?。條碼符號(hào)可以手工鍵盤輸入，條碼識(shí)別設(shè)備操作簡(jiǎn)易，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，或者和其他控制設(shè)備聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。條碼的讀取準(zhǔn)確率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工方式，平均每15 000個(gè)字符才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤。此外，條碼的讀取速度很快相當(dāng)于每秒40個(gè)字符。

1、一維碼識(shí)別

一維碼將多個(gè)寬度不同的豎直黑色條紋（Bar）和空白（Space）按一定的規(guī)則排列來表示信息，下圖顯示了一維碼的結(jié)構(gòu)示意圖：

其中，條碼的空白區(qū)在左、右兩端，一般來說它必須是窄條寬度的10倍以上，如果邊緣寬度不夠，條碼讀取器就無法對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描。起止符是用于表示數(shù)據(jù)開始和結(jié)束的字符，它根據(jù)條碼類型不同而不同。有些采用A、B和D，有些則采用*。數(shù)據(jù)部分包括信息字符的條碼圖案，信息字符可以是數(shù)字、字母或其他特殊字符。校驗(yàn)位用于和讀取值中計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以校驗(yàn)讀取值是否有錯(cuò)，一般直接附在數(shù)據(jù)信息后。一維碼可由兩種或多種寬度的條紋和空白構(gòu)成，編碼時(shí)條紋和空白區(qū)域可以被離散或連續(xù)使用。

Nl Vision為一維碼的讀取提供了專門的函數(shù)IMAQ Read Barcode 2，它封裝了對(duì)條碼的復(fù)雜解碼過程。該函數(shù)位于LabVIEW的視覺與運(yùn)動(dòng)→Machine Vision→Instrument Readers函數(shù)選板中，如下圖所示：

函數(shù)說明及使用可參見幫助手冊(cè)：

函數(shù)IMAQ Read Barcode 2可支持下表列出的各種類型的條碼。

由于交錯(cuò)式Code25碼、Code39碼和Code93碼并無校驗(yàn)位，因此在讀取這幾類條碼時(shí)，可以關(guān)閉該函數(shù)的校驗(yàn)參數(shù)。此外，Pharmacode較為簡(jiǎn)單，其他條碼極容易被誤讀為此類條碼，因此在使用IMAQ Read Barcode 2函數(shù)讀取其他類型的條碼時(shí)，一般要禁用它對(duì)Pharmacode的支持功能。

條碼圖像的分辨率、亮度漂移、條紋的灰度一致性和噪聲是影響IMAQ Read Barcode2讀取結(jié)果的幾個(gè)主要因素。條碼圖像的分辨率由條紋和空白區(qū)域的最小寬度來決定，一般來說它們的寬度不得少于3個(gè)像素才能被正確讀取。圖像的亮度漂移太大時(shí)也會(huì)影響讀取結(jié)果的正確性。

通過一個(gè)一維碼讀取實(shí)例，了解一維碼的應(yīng)用方法，程序設(shè)計(jì)思路如下所示：

• While循環(huán)中的代碼會(huì)逐一讀取保存在Barcode文件夾中的各個(gè)圖像，然后使用IMAQ Read Barcode 2從圖像中搜索各類條碼的位置，并對(duì)它們進(jìn)行解碼；

• 讀取過程結(jié)束后，F(xiàn)or循環(huán)中的代碼會(huì)對(duì)條碼的結(jié)果進(jìn)行解析，并將條碼的邊界矩形、條碼信息和類型以疊加圖層或數(shù)組的方式顯示到界面上。

程序?qū)崿F(xiàn)如下所示：

程序運(yùn)行效果如下所示：

2、二維碼識(shí)別

二維碼是對(duì)堆疊式條碼和矩陣式條碼的統(tǒng)稱。堆疊式條碼通過堆疊多個(gè)一維條碼構(gòu)成，矩陣式條碼則在一個(gè)矩形空間內(nèi)通過黑白圖案的不同分布對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，如下圖所示：

一維碼僅使用一個(gè)方向上的條紋寬度代表數(shù)據(jù)，通常最多包含30個(gè)字符。二維碼在水平和垂直方向上都包含數(shù)據(jù)，最多可包含3000個(gè)字符。當(dāng)數(shù)據(jù)量相同時(shí)，二維碼的尺寸要比一維碼小很多，因此它可印刷在空間有限的電子產(chǎn)品和其他小部件上。此外，矩陣式二維碼還引入了位置定位和容錯(cuò)機(jī)制，不僅可使用方框、L形框或?qū)ｉT的定位圖案可靠地探測(cè)條碼位置，還能在條碼有損的情況下（如有污漬）正確還原信息。

下圖顯示了QR碼的典型結(jié)構(gòu)示意圖，可以看出QR碼是一種典型的矩陣式二維碼主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

• 空白區(qū)域(Quiet Zone)；

• 3個(gè)定位標(biāo)識(shí)(Finder Pattern) ；

• 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志(Alignment Pattern)；

• 定時(shí)標(biāo)識(shí)(Timing Pattern) ；

• 黑色和白色數(shù)據(jù)單元（Data Cell）和糾錯(cuò)碼（Error Check and Correction Cell）；

• 用于解碼的格式信息（Formatting Information）等。

QR碼是矩陣式二維碼的一種，其尺寸可包含21×21到177×177個(gè)數(shù)據(jù)單元。由于其右下角有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志，其他3個(gè)角上有定位標(biāo)志，因此可以從QR碼的任一方向?qū)ζ溥M(jìn)行快速讀取。QR碼內(nèi)置了錯(cuò)誤檢查和糾正（ECC）機(jī)制，它可以通過標(biāo)準(zhǔn)Reed-Solomon方案對(duì)污點(diǎn)、脫墨和數(shù)據(jù)丟失等條碼損壞按照4種不同糾錯(cuò)級(jí)別（L、M、Q、H）進(jìn)行恢復(fù)如下圖所示。數(shù)據(jù)的恢復(fù)率隨著所選的糾錯(cuò)級(jí)別不同各異（L級(jí)為7%、M級(jí)為15%、Q級(jí)為25%、H級(jí)為30%）。

通過一個(gè)QR碼讀取的實(shí)例，了解二維碼的應(yīng)用方法，程序設(shè)計(jì)思路如下所示：

• 程序代碼結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在將包含QR碼的圖像讀入內(nèi)存后，就直接調(diào)用位于LabVIEW的視覺與運(yùn)動(dòng)→Machine Vision→Instrument Readers函數(shù)選板中的IMAQ Read QR Code函數(shù)，從圖像中搜索單個(gè)或多個(gè)QR碼并對(duì)其進(jìn)行解碼。

• 程序還通過記錄讀取前后的時(shí)間值來計(jì)算QR碼搜索和讀取過程的耗時(shí)。

  最后在圖像中用無損圖層標(biāo)出QR碼所在位置，并顯示圖像。

程序?qū)崿F(xiàn)如下所示：

程序運(yùn)行效果如下所示：