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二维码基础各种条码篇

一、QR码的构成

    QR(Quick Response)码是由DENSO WAVE株式会社于1994年发明的矩阵式二维码。1997年注册为AIM International标准,随后于1998年、1999年、2000年分别注册为JEIDA标准、JIS标准、ISO/IEC标准。QR码®是DENSO WAVE株式会社的注册商标。

1.QR码的规格

    构成QR码的最小黑白正方形称为单元。QR码用单元组合表示,由寻像图形、定位图形、校准图形、格式信息、纠错信息码(Reed-Solomon码)等构成。

QR 码的概略规格

符号大小

版本1 :21 单元×21 单元(最小)
版本2 :25 单元×25 单元

版本40 :177 单元×177 单元(最大)
※ 以4 个单元为单位

最大数据容量

仅数字

7,089 字符

英文数字(US-ASCII)

4,296 字符

二进制(8 位)

2,953 字节

汉字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

2.寻像图形(分割符号)

    用于检测QR码位置的图形。QR码分配于3个区域,微型QR码分配于一个区域。黑单元和白单元如下图所示呈1:1:3:1 :1的比例,实现360度高速读取。

3.校准图形

    校准因失真引起的各单元的位置偏移。

4.静态区域

    二维码符号周围的空白部分。QR码需要4个单元,微型QR码需要2个单元。

5.定位图形

    白单元和黑单元交互配置。用于确定符号中的模块坐标。

6.格式信息

    包含符号中使用的纠错级别和屏蔽处理图形的信息。左上1个,左下和右上各1个、共2个,当一侧无法读取时备用。

7.纠错符号(Reed-Solomon码)

    当QR码的一部分因脏污、浸染、损坏而缺损时用来恢复数据的符号,采用数据Solomon方式生成。

    纠错能力分为4级,用户可自行选择。提高级别,纠错能力响应提高,但信息量也会增加,符号尺寸会变大。

 

纠错能力

纠错级别

符号的缺损面积

L

7%

M

15%

Q

25%

H

30%

8.数据代码和纠错码的配置

    数据代码和纠错码的配置如下图所示。

    在生成QR码时进行屏蔽,以避免出现与寻像图形相同形状的标志。

 

二、QR码的种类、大小、数据容量

    QR码可分为含校准图形的类型1、不含校准图形的类型2、含1个分割符号的微型QR码3种,它们的特点和数据容量各不相同。以下分别介绍各种QR码。

1.类型1

    这类QR码是类型2和微型QR码的原型。

    版本1 ~ 14为AIMI标准。

符号大小

版本1 :21 单元×21 单元(最小)
版本2 :25 单元×25 单元

版本14 :73 单元×73 单元(最大)
※ 版本每升1 级,横竖将添加4 个单元。

最大数据容量

仅数字

1,167 字符

英文数字(US-ASCII)

707 字符

二进制(8 位)

468 字节

汉字、假名(ShiftJIS)

299 字符

2.类型2

    在类型1的基础上增加用于位置校准功能的校准图形,是一种适用更大容量数据的QR码。符号大小包括版本1到40,版本40的情况下,如果只含有数字,则条码中最多可包含7089字符。

符号大小

版本1 :21 单元×21 单元(最小)
版本2 :25 单元×25 单元

版本14 :73 单元×73 单元(最大)
※ 版本每升1 级,横竖将添加4 个单元。

最大数据容量

仅数字

7,089 字符

英文数字(US-ASCII)

4,296 字符

二进制(8 位)

2,953 字节

汉字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

 

3.微型QR

    微型QR码最大的特点是只有1个分割符号。QR码中,3个角上均有分割符号,因此需要一定的大小,而微型QR码中只含有1个分割符号,因此可印刷到更小的空间上。像这样可以小尺寸印刷的微型QR码主要用在电路板等FA用途上。此外,它包括版本M1 ~ M4 4种,最小的单元构成为11×11。

符号大小

版本1 :21 单元×21 单元(最小)
版本2 :25 单元×25 单元

版本14 :73 单元×73 单元(最大)
※ 版本每升1 级,横竖将添加4 个单元。

最大数据容量

仅数字

7,089 字符

英文数字(US-ASCII)

4,296 字符

二进制(8 位)

2,953 字节

汉字、假名(ShiftJIS)

1,817 字符

4.大小的算法

    QR码的大小可按以下步骤确定。

    1)版本的确定

    确定数据容量、字符种类、纠错级别,选择候补。

    2)单元的确定

    根据打印机的分辨率、扫描仪的性能确定印刷单元的大小。

    3)大小的确定

    用1、2中确定的版本单元数乘以单元尺寸,即可根据以下公式求出QR码的大小及应确保的空间。

    假设单元大小为x[mm],版本为y,则QR 码大小的一边以下列算式表示。

    x(21+4y)[mm]

    应确保的空间的一边以下列算式表示。(含静态区域)

    x(29+4y)[mm]

    例如,单元大小为0.25[mm],版本为10 时,QR 码大小的一边为0.25[mm]×(21+4×10) = 15.25[mm]

    应确保的空间的一边为0.25[mm]×(29+4×10) = 17.25[mm]。

5.各版本的最大输入字符数 

1)类型2

2)微型QR

 

三、DataMatrix的构成

    DataMatrix是美国IDMatrix公司于1987年发明的二维码。

    1996年注册为AIM International标准,2000年注册为ISO/IEC标准。

    DataMatrix包括ECC000、ECC050、ECC080、ECC100、ECC140五个最初的老版本,以及在1995年将纠错方式改为Reed-Solomon、增加失真校准功能的新版本ECC200。

DataMatrix 的概略规格

符号大小

ECC000 ~ ECC140
9 单元×9 单元(最小)

49 单元×49 单元(最大)
ECC200
10 单元×10 单元(最小)

144 单元×144 单元(最大)

最大数据容量

仅数字

3,116 字符

英文数字(US-ASCII)

2,335 字符

1.ECC000、ECC050、ECC080、ECC100、ECC140

    单元尺寸为9×9到49×49的符号,单元数一定是奇数。

    纠错中采用卷积方式,当数据容量较大时,即使很少的失真也会使读取精度大幅降低,因此基本上不使用。

2.ECC200

    针对上述DataMatrix最初版本中失真的问题,这个版本提高了纠错功能,单元尺寸为10×10到144×144,单元数一定是偶数。

    纠错中采用Reed-Solomon方式,即使条码的一部分损坏也能进行恢复,不易受失真影响,还可保持较小的条码大小。

    使用DataMatrix时,ECC200也已经是国际化的标准,因此可标准使用。

 

四、DataMatrix(ECC200)的构成

1.校准图形和定位图形

    DataMatrix构成中包括L形的校准图形和虚线形的定位图形,其中包含实际的数据。利用L形校准图形,可判断条码的方向,而定位图形可方便地识别其中的数据单元。 因此,利用校准图形和定位图形,通过图像处理进行位置检测,可360°全方位读取。

    此外,数据单元超过24×24单元时,如下所示,可通过分割符号,为使1块中的单元保持在24×24以内,这样可大大避免失真的影响。

2.静态区域

    二维码符号周围的空白部分。

    至少应确保1单元以上。

3.纠错符号(Reed-Solomon码)

    DataMatrix中附加有Reed-Solomon码作为纠错符号,可在部分数据损坏的情况下恢复数据。

4.数据和纠错符号的配置

    数据和纠错符号按以下顺序配置。

    例如,制作OMRON这个数据的DataMatrix时,先将用Reed-Solomon法计算的纠错符号与数据连接,然后生成DataMatrix。

 

五、DataMatrix的大小和数据容量

    符号大小(单元数)和信息量(ECC200时)的关系如下所示。

    右侧示例的条码时,符号大小为12×12。

*1.关于最大信息量

    即使同样是二维码,根据其符号大小,最大可保存的信息量有所变化。换言之,如果所需信息量变大,符号大小也需要相应变大。此外,条码所含的信息中使用哪种字符种类也会影响最大信息量,QR码和DataMatrix中的顺序是“仅数据”>“数据+英文”>“汉字”,符号大小相同时,最大字符数会逐渐增加。此外,还会根据字符种类的排列方式和组合顺序而变化。

 

六、GS1 DataMatrix

    GS1 DataMatrix是GS1(Global Standard 1) 的标准化二维符号, 主要是为了将ECC200用于流通。GS1 DataMatrix的特点是在很小的面积上可以记载很多的信息,近年来,除了工业用途之外也广受关注。目前已决定在医疗、医用行业标准采用GS1DataMatrix,用于医药品(欧洲)、手术刀和剪刀等手术用具(日本)。此外,GS1DataMatrix的构成与GS1-128相同。

GS1 DataMatrix的数据构成

    GS1 DataMatrix的编码数据(DataMatrix中记载的所有信息)由起始字符、应用识别符、数据、分割字符构成,可在单个编码数据中输入多个数据。

1.起始字符

    GS1 DataMatrix中,编码数据的开头配置为FNC1(Function 1符号)。

2.应用识别符(AI)

    应用识别符与数据成套,定义该数据为何种信息。由2~4位数字构成,数字、英文数字等数据属性和位数由GS定义。

3.分割字符

    GS1 DataMatrix中可使用生产年月日等固定长度的数据和序列号等可变长度的数据。使用可变长度的数据时,在数据末尾需要插入FNC1作为分割字符。但是,如果编码数据末尾含可变长度的数据,则不需要插入分割字符。

GS1 DataMatrix示例

4.条码示例

5.构成数据

6.编码数据构成

7.供人识读的表述

    (01)03453120000011(17)080508(10)ABCD1234(410)9501101020917

 

七、其他条码

MAXI条码

1.种类、形状

2.特点

    适用于高速分割的数据构成

3.国际标准

    ISO/IEC16023

4.纠错率/(错误)恢复率

    一次消息25%

    二次消息

    标准级别SEC(15%)

    扩展级别EEC(21%)

5.种类、形状

6.特点

    可用大容量数据用的激光扫描仪读取

7.国际标准

    ISO/IEC15438

8.纠错率/(错误)恢复率

    有7个修正级别

 

八、使用行业

电子部件、汽车行业(溯源管理)

1.提高质量

    为了将品种和检查结果结合起来管理,在发生不良时迅速追踪,常使用可在小空间上印刷的二维码。

    即使是高密度的电路板和小型部件,使用二维码,即可直接打标后进行序列管理。

电子部件、汽车行业(各部件的生产信息管理)

2.提高生产性

    在托盘上的芯片等“每个部件”的生产信息管理中运用二维码。在较短的节拍时间内实现每个部件的信息管理。

医疗、药品行业(各部件的生产信息管理)

    在药品的识别管理中运用二维码。

    为了将用药失误防范于未然,正在推进用二维码管理每个药品的行动。

 

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