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  • Datamatrix

    Datamatrix是二维码的一个成员,与1989年由美国国际资料公司发明,广泛用于商品的防伪、统筹标识。

    编辑摘要

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    基本信息/Datamatrix 编辑

    Datamatrix原名Datacode,由美国国际资料公司(International Data Matrix, 简称ID Matrix)于1989年发明。

    Datamatrix是一种矩阵式二维条码,其发展的构想是希望在较小的条码标签上存入更多的资料量。Datamatrix的最小尺寸是目前所有条码中最小的,尤其特别适用于小零件的标识,以及直接印刷在实体上。

    Datamatrix又可分为ECC000-140与ECC200两种类型,ECC000-140具有多种不同等级的错误纠正功能,而ECC200则透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算出错误纠正码,其尺寸可以依需求印成不同大小,但采用的错误纠正码应与尺寸配合,由于其演算法较为容易,且尺寸较有弹性,故一般以ECC200较为普遍,本节也仅介绍ECC200规格的Datamatrix码,以下所说的Datamatrix事实上都是指ECC200而言。

    特点/Datamatrix 编辑

    DataMatrix码密度高,尺寸小,信息量大,给这种识别提供了可能,国内对DM码研究也较少。DataMatrix码是一种矩阵式二维条码,其最大特点就是密度高,其最小尺寸是目前所有条码中最小的码。DM码可在仅仅25mm?的面积上编码30个数字。DM采用了复杂的纠错码技术,使得该编码具有超强的抗污染能力。Datamatrix因提供极小又高密度的标签,且仍可存放合理的资料内容,故特别适用于小零件标识,商品防伪,电路标识等。由于其优秀的纠错能力,DM码己成为韩国手机二维条码的主流技术。相对QR而言,DM码由于信息容量差异不多,应用简单,被业内称为“简易码”,对终端要求不高,30万像素的手机就可识别,它更多的是基于WAP的增值。二维码给手机上网带来了新的入口,通过扫描各类条码,用户很快就能进入WAP网站,进行快速浏览。  

    设计/Datamatrix 编辑


      现在条码的标准和压缩算法虽已公开,但是应用于普通摄像头的编码与识别算法却很少。本课题提出基于DataMatrix的编码与识别算法,在设备上主要采用成本低廉的摄像头或者普通家用设备摄像头或者手机摄像头等,实现完整的自动识别和译码算法,对比价格昂贵的条码识读器具有极大的成本优势。同时,对于那些干扰和变形严重的条码图像仍有较高的识别成功率,非常具有实用和推广价值。
      首先在DataMatrix变体中加入了新的铁道线和L边界,同时针对该二维条码图像进行相对应的预处理技术。通过图像预处理,解决实际环境下拍摄的DataMatrix码受到各种环境因素的影响,这些影响可以使得该条码成像画面出现亮度不均、画面有污渍、高斯噪声等,影响了条码图画面的质量问题。而通过预处理,可以有效的对图像进行增强,并将图像转化为二值图像,有利于后续的解码工作。
      其次,根据 DataMatrix 二维条码的特点,使用对铁道线边界中点坐标的提取,这个中点的提取是整个条码识别中最关键的部分,中点坐标提取得好,则识别效果好,反之则识别效果差。然后,通过几何校正,利用控制点(Ground Control Point, GCP)进行的几何校正,它是用一种数学模型来挖描述图像的几何畸变过程,并利用畸变的遥感图像与标准地图之间的一些对应点(即控制点)求得这个几何畸变模型,然后利用此模型进行几何畸变的校正,这种校正不考虑畸变的具体原因,而只考虑如何利用畸变模型来校正图像。几何纠正的过程一般包含两方面的内容:几何位置的变换;变换后各像元亮度值的确定。该模型能够达到0.2%的回归误差精度,在针对象素点坐标操作的时候,产生像素差的可能性极低。另外,这种方法避免了对边界线的检测与条码图像旋转等,可较大提高图像识别速度。

    外观/Datamatrix 编辑

    如图所示,DataMatrix的外观是一个由许多小方格所组成的正方形或长方形符号,其资讯的储存是以浅色与深色方格的排列组合,以二位元码(Binary-code)方式来编码,故电脑可直接读取其资料内容,而不需要如传统一维条码的符号对映表(Character Look-up Table)。深色代表 “1”,浅色代表 “0”,再利用成串(String)的浅色与深色方格来描述特殊的字元资讯,这些字串再列成一个完成的矩阵式码,形成Datamatrix码,再以不同的印表机印在不同材质表面上。DataMatrix只需要20%的对比率就可以被读取 [1],因此很适合应用在条码容易受损的场所,例如印在暴露于高热、化学清洁剂、机械剥蚀等特殊环境的零件上。

    Datamatrix的尺寸可任意调整,最大可到14平方英寸,最小可到0.0002平方英寸,这个尺寸也是目前一维与二维条码中最小的,因此特别适合印在电路板的零组件上。另一方面,大多数的条码的大小与编入的资料量有绝对的关系,但是Datamatrix的尺寸与其编入的资料量却是相互独立的,因此它的尺寸比较有弹性。

    此外,Datamatrix最大储存量为2,000bytes,自动纠正错误的能力较低,只适用特别的CCD扫瞄器来解读。

    结构/Datamatrix 编辑

    (一) 特性

    Datamatrix码具有以下特性:

    可编码字元集包括全部的ASCII字元及扩充ASCII字元,共256个字元。

    条码大小(不包括空白区):10×10 ~ 144×144

    资料容量:235个文数字资料,1556个8位元资料,3116个数字资料。

    错误纠正:透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算获得错误纠正码。不同尺寸宜采用不同数量的错误纠正码。

    (二 )基本结构

    每个Datamatrix符号由规则排列的方形模组构成的资料区组成,资料区的四周由定位图形(Finder Pattern)所包围,定位图形的四周则由空白区包围,资料区再以排位图形(Alignment Patterns)加以分隔。

    定位图形

    定位图形是资料区域的一个周界,为一个模组宽度。其中两条邻边为暗实线,主要用于限定物理尺寸;定位和符号失真。另两条邻边由交替的深色和浅色模组组成,主要用于限定符号的单元结构,但也能帮助确定物理尺寸及失真。

    符号尺寸/Datamatrix 编辑

    ECC000-140符号有奇数行与奇数列。符号外观为一方形矩阵,尺寸从9×9至49×49,不包括空白区。这些符号可透过右上角深色方格识别出来。

    ECC200符号有偶数行与偶数列。有些符号是正方形,尺寸从10×10至144×144,不包括空白区。有些是长方形,尺寸从8×18至16×48,不包括空白区。所有的ECC200符号都可以透过右上角浅色方格识别出来。

    表示方法/Datamatrix 编辑

    Datamatrix按以下步骤来表示资料:

    1.资料编码

    先分析要表示的资料,选取合适的编码方案,按所选定的方案将资料流转为字码流,并加入必要的填字,如果使用者未规定矩阵寸,则应选取能满足要存放资料的最小尺寸。Datamatrix共有6种编码方案,即6种字码集,见下表:

    编码方案 字元集

    ASCII  十进位数字

    ASCII值0~127

    扩展ASCII值128~255

    C40 基本大写文数字型

    Text 基本小写文数字型

    X12 ANSI X12 EDI数据集

    EDIFACT 32~94

    Base256 0~255

    2.错误检测和纠正字码(ECC)的产生

    对少于255个字码的Datamatrix码,错误纠正字码可由资料字码计算得出。对于多于255个字码的符号,应将资料字码分成多个模组,然后再产生每一个模组的错误纠正字码。错误纠正字码能够纠正两种类误字码,包括E错误(已知位置上的错误字码),以及T错误(未知位置上的错误字码)。换句话说,E错误是不能被扫瞄或不能被解码的符号字元,T错误则是被错误解码的符号字元。

    用途/Datamatrix 编辑

    二维条码具有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜等特性,这些特性特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。
      表单应用
      公文表单、商业表单、进出口报单、舱单等资料之传送交换,减少人工重覆输入表单资料,避免人为错误,降低人力成本
      保密应用
      商业情报、经济情报、政治情报、军事情报、私人情报等机密资料之加密及传递。
      追踪应用
      公文自动追踪、生产线零件自动追踪、客户服务自动追踪、邮购运送自动追踪、维修记录自动追踪、危险物品自动追踪、後勤补给自动追踪、医疗体检自动追踪、生态研究(动物、鸟类...)自动追踪等。
      证照应用
      护照、身份证、挂号证、驾照、会员证、识别证、连锁店会员证等证照之资料登记及自动输入,发挥「随到随读」、「立即取用」的资讯管理效果。
      盘点应用
      物流中心、仓储中心、联勤中心之货品及固定资产之自动盘点,发挥「立即盘点、立即决策」的效果。
      备援应用
      文件表单的资料若不愿或不能以磁碟、光碟等电子媒体储存备援时,可利用二维条码来储存备援,携带方便,不怕折叠,保存时间长,又可影印传真,做更多备份。
      网络资源下载 可以应用到网上的资源下载,比如电子书,游戏,应用软件等等

    防伪作用:多用于产品的包装,由于二维码的进制构造,对于产品的追溯性有很大帮助  

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    参考资料
    [1]^引用日期:2018-01-17

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