LabVIEW條形碼識別（實(shí)戰篇—5）

條形碼（Barcode）是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。常見(jiàn)的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱(chēng)條）和白條（簡(jiǎn)稱(chēng)空）排成的平行線(xiàn)圖案。條形碼可以標出物品的生產(chǎn)國、制造廠(chǎng)家、商品名稱(chēng)等許多信息，因而在商品流通、圖書(shū)管理、郵政管理、****系統等許多領(lǐng)域都得到廣泛的應用。

條形碼可分一維和二維兩大類(lèi)。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則排列，用來(lái)表示一組信息。常見(jiàn)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(xiàn)圖案，如下所示：

一維碼識別效果視頻如下所示：

二維碼識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等優(yōu)點(diǎn)。條碼制作僅僅需要印刷，識別設備的構造也很簡(jiǎn)單，與其他自動(dòng)化識別技術(shù)相比，成本相當低廉。條碼符號可以手工鍵盤(pán)輸入，條碼識別設備操作簡(jiǎn)易，也可以和有關(guān)設備組成識別系統實(shí)現自動(dòng)化識別，或者和其他控制設備聯(lián)系起來(lái)實(shí)現整個(gè)系統的自動(dòng)化管理。條碼的讀取準確率遠遠超過(guò)人工方式，平均每15 000個(gè)字符才會(huì )出現一個(gè)錯誤。此外，條碼的讀取速度很快相當于每秒40個(gè)字符。

1、一維碼識別

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

其中，條碼的空白區在左、右兩端，一般來(lái)說(shuō)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(wú)法對其數據進(jìn)行掃描。起止符是用于表示數據開(kāi)始和結束的字符，它根據條碼類(lèi)型不同而不同。有些采用A、B和D，有些則采用*。數據部分包括信息字符的條碼圖案，信息字符可以是數字、字母或其他特殊字符。校驗位用于和讀取值中計算得到的數據進(jìn)行比較，以校驗讀取值是否有錯，一般直接附在數據信息后。一維碼可由兩種或多種寬度的條紋和空白構成，編碼時(shí)條紋和空白區域可以被離散或連續使用。

Nl Vision為一維碼的讀取提供了專(zhuān)門(mén)的函數IMAQ Read Barcode 2，它封裝了對條碼的復雜解碼過(guò)程。該函數位于LabVIEW的視覺(jué)與運動(dòng)→Machine Vision→Instrument Readers函數選板中，如下圖所示：

函數說(shuō)明及使用可參見(jiàn)幫助手冊：

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

由于交錯式Code25碼、Code39碼和Code93碼并無(wú)校驗位，因此在讀取這幾類(lèi)條碼時(shí)，可以關(guān)閉該函數的校驗參數。此外，Pharmacode較為簡(jiǎn)單，其他條碼極容易被誤讀為此類(lèi)條碼，因此在使用IMAQ Read Barcode 2函數讀取其他類(lèi)型的條碼時(shí)，一般要禁用它對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讀取結果的幾個(gè)主要因素。條碼圖像的分辨率由條紋和空白區域的最小寬度來(lái)決定，一般來(lái)說(shuō)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 )影響讀取結果的正確性。

通過(guò)一個(gè)一維碼讀取實(shí)例，了解一維碼的應用方法，程序設計思路如下所示：

• 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(lèi)條碼的位置，并對它們進(jìn)行解碼；

• 讀取過(guò)程結束后，For循環(huán)中的代碼會(huì )對條碼的結果進(jìn)行解析，并將條碼的邊界矩形、條碼信息和類(lèi)型以疊加圖層或數組的方式顯示到界面上。

程序實(shí)現如下所示：

程序運行效果如下所示：

2、二維碼識別

二維碼是對堆疊式條碼和矩陣式條碼的統稱(chēng)。堆疊式條碼通過(guò)堆疊多個(gè)一維條碼構成，矩陣式條碼則在一個(gè)矩形空間內通過(guò)黑白圖案的不同分布對數據進(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據，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據，最多可包含3000個(gè)字符。當數據量相同時(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機制，不僅可使用方框、L形框或專(zhuān)門(mén)的定位圖案可靠地探測條碼位置，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碼的典型結構示意圖，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)部分構成：

• 空白區域(Quiet Zone)；

• 3個(gè)定位標識(Finder Pattern) ；

• 對準標志(Alignment Pattern)；

• 定時(shí)標識(Timing Pattern) ；

• 黑色和白色數據單元（Data Cell）和糾錯碼（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)數據單元。由于其右下角有對準標志，其他3個(gè)角上有定位標志，因此可以從QR碼的任一方向對其進(jìn)行快速讀取。QR碼內置了錯誤檢查和糾正（ECC）機制，它可以通過(guò)標準Reed-Solomon方案對污點(diǎn)、脫墨和數據丟失等條碼損壞按照4種不同糾錯級別（L、M、Q、H）進(jìn)行恢復如下圖所示。數據的恢復率隨著(zhù)所選的糾錯級別不同各異（L級為7%、M級為15%、Q級為25%、H級為30%）。

通過(guò)一個(gè)QR碼讀取的實(shí)例，了解二維碼的應用方法，程序設計思路如下所示：

• 程序代碼結構比較簡(jiǎn)單，在將包含QR碼的圖像讀入內存后，就直接調用位于LabVIEW的視覺(jué)與運動(dòng)→Machine Vision→Instrument Readers函數選板中的IMAQ Read QR Code函數，從圖像中搜索單個(gè)或多個(gè)QR碼并對其進(jìn)行解碼。

• 程序還通過(guò)記錄讀取前后的時(shí)間值來(lái)計算QR碼搜索和讀取過(guò)程的耗時(shí)。

  最后在圖像中用無(wú)損圖層標出QR碼所在位置，并顯示圖像。

程序實(shí)現如下所示：

程序運行效果如下所示：