条码识别

定义

条码识别指利用专用设备读取条码符号，并把它所承载的编码信息转换为计算机能够处理的数据。条码本身由宽度不同的深色条、浅色空以及对应字符按规则排列而成，深色部分对光的反射率低，浅色部分对光的反射率高，二者的组合表示特定信息。^[3]

构成条码的最小单位称为模块，即符号中最窄的条或空；一个条或空的宽度可以是模块宽度的整数倍。识别设备只要测出各条、空的相对宽度关系，就能按码制规则把图形还原为编码数据。因此，条码识别本质上是对一维或二维图样的测量与解码过程。^[3]

原理

条码识别通常分为扫描采集、光电转换、信号整形和译码输出四个步骤。以激光扫描式设备为例，光源发出的光束经扫描元件投射到条码表面，由反射光强的差异形成随时间变化的模拟电信号，再经放大与整形转换为数字脉冲，最后由译码电路或软件解析为字符数据。^[4][5]

深条与浅条在反射率上的差别是识别的物理基础。常见设备把反射光会聚到光电探测器上，输出幅度随条、空宽度变化的波形；由于原始信号幅度很小，需要先放大，再与阈值比较完成二值化。二值化后的脉宽序列对应条与空的宽度，译码算法据其定位起始符、终止符和字符边界，并按照所用码制进行查表还原。^[1][6]

图像式识读设备不由扫描光束逐点采样，而是用面阵或线阵传感器拍摄条码图像，再经过滤波、二值化、边缘检测和几何校正等步骤提取条码区域。二维条码的识读还需要确定符号的定位图形，在倾斜、旋转或局部污损的情况下完成透视校正，之后按矩阵排列读取码字并执行纠错。^[7]

一维条码的识读过程可以简化表示为：

flowchart LR

A[光源照射条码] --> B[反射光成像]

B --> C[光电转换]

C --> D[放大与二值化]

D --> E[测量条空宽度]

E --> F[按码制译码]

F --> G[输出字符数据]

条、空宽度与模块宽度的关系可记为 $w_i = k_i \cdot m$，其中 $m$ 为模块宽度，$k_i$ 为整数倍数，译码即由 $w_i$ 序列推断各字符所对应的编码值。^[3]

发展历程

条码符号的构想可追溯到 20 世纪 40 年代，当时美国费城德雷塞尔理工学院的伍德兰与西尔弗为超市商品管理设计了这种编码方式，并于 1952 年取得专利。由于当时扫描与计算设备能力有限，这一设想在很长时间内没有得到实际应用。^[8]

20 世纪 70 年代初，美国杂货行业为降低人工成本、实现商品信息自动录入，成立了由行业高管组成的委员会来选定统一码制。1973 年 4 月，委员会确定采用 IBM 公司劳雷尔设计的黑白竖条方案，即后来的通用产品代码（UPC）。^[8]

1974 年 6 月 26 日，俄亥俄州特洛伊市一家 Marsh 超市安装了首套收银扫描系统，收银员扫描的第一件商品是一包箭牌口香糖。该设备由 Spectra Physics 提供激光扫描器、NCR 提供电子收银机，这一事件通常被视为条码识别进入商业应用的起点。^[2][9]

由于一维条码容量有限，20 世纪 90 年代出现了在横向与纵向同时记录信息的二维条码。日本电装公司旗下 Denso Wave 的工程师原昌宏于 1992 年开始研发，1994 年推出 QR 码，利用三个定位图形实现快速定位，并引入纠错功能以适应制造现场的油污和磨损环境。^[7][10]

中国在二维码码制方面也开展了自主研发。中国物品编码中心牵头研制的汉信码于 2007 年发布国家标准 GB/T 21049，2022 年修订为 GB/T 21049-2022，规定符号结构、编码与符号表示、译码过程与参考译码算法等内容，适用于自动识别与数据采集。^[11][12]

应用

零售收银是条码识别最早也最普及的用途。收银台扫描商品条码后，系统据此在数据库中查询商品名称与价格，完成结算与销售记录，从而减少人工键入和差错。^[2]

在物流、仓储与生产管理中，条码用于标识货物、零件与单据，通过扫描完成出入库登记、库存盘点和生产过程跟踪。条码识别也被用于图书管理、邮政分拣与交通票务等需要快速录入标识信息的场合。^[3]

二维条码由于容量大、可纠错，被用于承载网址、票据数据与追溯信息。相关行业规范建议零售商品二维码选用汉信码、快速响应矩阵码和数据矩阵码等具有国家标准的码制，并要求销售点识读设备同时具备处理一维条码与二维码的能力。^[13]

局限

条码识别依赖符号的可读性。条或空被磨损、印刷对比度不足、标签褶皱或表面反光时，采集到的信号会发生畸变，可能导致宽度测量偏差甚至无法译码。因此条码印刷质量与符号等级需要通过专门检测加以控制。^[3]

一维条码的信息容量较小，早期条码一般只能容纳约 20 个英文字母，且只能在单一方向上表达信息。当生产现场需要在小面积标签上记录更多内容时，一维条码难以满足要求，这也是二维条码出现的主要动因。^[7]

此外，条码只是信息的载体，识别结果本身不含语义；设备读出的是一串编码，必须与后台数据库或码制规则配合才能得到商品名称、价格等信息。条码被复制、篡改或标注位置不当，也会影响识别结果的可靠性与追溯的有效性。^[14]

参见

• 通用产品代码 —— 零售商品上最常用的一维条码码制，是条码识别最早的规模化应用对象。

• 二维码 —— 在横向和纵向同时记录信息的条码类型，扩展了条码识别的信息容量与纠错能力。

• 汉信码 —— 中国自主研发并纳入国家标准的二维条码码制，规定了符号结构与译码算法。

• 光电转换 —— 条码识读中把反射光强变化转变为电信号的基本环节。

• 纠错码 —— 用于在符号局部污损或缺失时恢复数据的编码方法，是二维条码可靠识读的基础。