条形码

简介

条形码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用1。

条形码自动识别系统由条形码标签、条形码生成设备、条形码识读器和计算机组成2。

条形码技术（bar code technology，BCT）是在计算机的应用实践中产生和发展起来的一种自动识别技术。它是为实现对信息的自动扫描而设计的，它是实现快速、准确而可靠地采集数据的有效手段。条形码技术的应用解决了数据录入和数据采集的瓶颈问题，为物流管理提供了有利的技术支持。条形码是由一组规则的条空及对应字符组成的符号，用于表示一定的信息。条形码技术的核心内容是通过利用光电扫描设备识读这些条形码符号来实现机器的自动识别，并快速、准确地把数据录入计算机进行数据处理，从而达到自动管理的目的。条形码技术的研究对象主要包括标准符号技术、自动识别技术、编码规则、印刷技术和应用系统设计5个部分3。

发展历史

1948年，伯纳德·塞尔沃还是费城煤气科技学院的一名研究生。一次，他无意中听到当地一家连锁超市的总裁恳请院长发明一种可以在收银台处自动记录商品销售的方法。院长认为这是异想天开。但塞尔沃和他的朋友兼研究生同学约瑟夫·伍德兰德决心尝试一番，并且相信这会让他们发大财4。

首先，塞尔沃想到可以通过使用紫外线照射使墨绘图形发光的办法来实现。问题是颜料太贵、不稳定且易涂污。接下来，他试着创造一套用来标识的盲点系统。但在将盲点系统标注进货物时困难重重，且经常损害货物4。

经过几个月的努力，塞尔沃决定用莫尔斯电码，这是一套由塞缪尔，莫尔斯发明的由点和线组成的符号系统。不久，塞尔沃想到可以将莫尔斯电码中的点线设置成粗细不一的条纹。这个想法后来成了各种条码的最基本构想4。

伍德兰德设计可以读取和记录条形码的机器。他想借鉴好莱坞李，德福雷斯特发明的早期用于电影中的声音追踪的系统。德福雷斯在胶片的边缘上画上明暗相间的图案，放映时，放映机射出一条光线，透过这些图案照在一个特制的接收器上，这个接收器可以将光束转化为电流，这种电流可以转换为声音。这是个很不错的想法。但事实证明，这对伍德兰德的实验并不实用。照射的光线太弱，照穿条形码后的光线不能作用于接收器，不能产生跟穿过半透明胶片的光线一样的效果4。

1951年，两人决定进行一次条形码阅读器操作实验，地点选在了位于纽约宾汉姆顿的伍德兰德的家里。他们设计了一个桌子大小的机器，用黑布包裹起来阻挡外面的光线进入，在里面装了一个500瓦的大灯泡。因为只有光线足够强，才能使从条形码发出的光线被电影声音接收器感知到。但由于500瓦灯泡产生的热量集中后太热，头两张标有条形码用来识读的纸给烧着了4。

尽管噪音轰鸣，机体笨重，但有了一个风扇帮助降温的情况下，整个系统还是开始奏效了。现在终于能够制造出条形码并对其进行识读了。但这些条形码并不能提供什么有用信息。就当时的科技发展水平还不能解决这个问题4。

20世纪60年代的两项研发改变了这种状况。首先，激光问世。千分之一瓦的激光束轻而易举地就能产生与伍德兰德500瓦巨型灯泡等量的聚集光。其次，计算机科技发展到了一定水平。计算机已经可以十分容易地读取、存取和处理条形码上的信息了4。

1972年，超市开始采用统一条形编码。英文词头缩写为UPC，每件商品和每个厂商拥有自己的一个编码。截至1974年，大多数制造商已经在商品上印上了条形码，尽管当时扫描器和识读器还未问世4。

塞尔沃和伍德兰德用新开发的激光束设计了扫描器。1974年6月26日，第一个条形码扫描器被安装在俄亥俄州特洛伊的马什超市里。整个扫描系统由4台扫描器组成，4个收银台上各安装一个，然后连接到商店办公室的一台简易计数计算机上。第一件被扫描的商品是10包箭牌的多汁水果味口香糖。这包口香糖今天仍被陈列在史密森学院的美国历史博物馆里4。

条形码阅读器：

美国条形码和扫描器首先被用于超市，然后又扩展到批发商和销售商那里。汽车生产商紧随其后，把条形码打在了流水生产线上的一个个汽车零部件上4。

今天，扫描器已被用于各种零售商店的收银台上。航空行李托运也在用了条形码追踪行李后，行李丢失率降低了95%4。

因为发明了条形码，老布什总统授予了伍德兰德1992年的美国国家科技奖。虽然如此，伍德兰德和塞尔沃仍没能从他们的发明中赚到多少钱，尽管条形码的发明成就了十几亿美元的贸易。单是在超市业这一个行业，因为使用了条形码，每年就能节省1亿多美元4。

运作原理

识别原理

条码符号是由反射率不同的“条”、“空”按照一定的编码规则组合起来的一种信息符号。由于条码符号中“条”、“空”对光线具有不同的反射率，从而使条码扫描器接受到强弱不同的反射光信号，相应地产生电位高低不同的电脉冲。而条码符号中“条”、“空”的宽度则决定电位高低不同的电脉冲信号的长短。扫描器接收到的光信号需要经光电转换成电信号并通过放大电路进行放大。由于扫描光点具有一定的尺寸、条码印刷时的边缘模糊性以及一些其他原因，经过电路放大的条码电信号是一种平滑的起伏信号，这种信号被称为“模拟电信号”。“模拟电信号”需经整形变成通常的“数字信号”。根据码制所对应的编码规则，译码器便可将“数字信号”识读译成数字、字符信息5。

条形码扫描器利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理6。

对于一维条形码扫描器，如激光型、影像型扫描器，扫描器都通过从某个角度将光束发射到标签上并接收其反射回来的光线读取条形码信息，因此，在读取条形码信息时，光线要与条形码呈一个倾斜角度，这样，整个光束就会产生漫反射，可以将模拟波形转换成数字波形。如果光线与条形码垂直照射，则会导致一部分模拟波形过高而不能正常地转换成数字波形，从而无法读取信息6。

对于二维条形码扫描器，如拍照型扫描器，扫描器的读取采用全向和拍照方式，因此，读取时要求光线与条形码垂直，定位十字和定位框与所扫描条形码吻合6。

条形码扫描器一般由光源、光学透镜、扫描模组、模拟数字转换电路，以及塑料或金属外壳等构成。每种条形码扫描器都会对环境光源有一定的要求，如果环境光源超出最大容错要求，条形码扫描器将不能正常读取。条形码印刷在金属、镀银层等表面时，光束会被高亮度的表面反射，若金属反射的光线进入到条形码扫描器的光接收元件，将影响扫描器读取的稳定性，因此，需要对金属表面覆盖或涂抹黑色涂料6。

码制分类

世界上常用的码制有EAN条形码、UPC条形码、25条形码、交叉25条形码、库德巴条形码、Code 39条形码和Code 128条形码等7。

UPC条形码（统一产品代码）：只能表示数字，有A、B、C、D、E五个版本，版本A-12位数字，版本E-7位数字，最后一位为校验位，大小是宽1.5in（英寸）（lin - 2.54cm），高1in，而且背景要清晰，主要在美国和加拿大使用，用于工业、医药、仓储等部门7。

EAN条形码：是国际通用的符号体系，是一种长度固定、无含意的条形码，所表达的信息全部为数字，主要应用于商品标识7。

Code 39条形码和Code 128条形码：为目前国内企业内部的自定义码制，可以根据需要确定条形码的长度和信息，它编码的信息可以是数字，也可以包含字母，主要应用于工业生产线领域、图书管理等，如表示产品序列号、图书、文档编号等7。

Code 93码：是一种类似于Code 39码的条形码，它的密度较高，同样适用于工业制造领域7。

交叉25条形码（也叫穿插25码）：只能表示数字0－9，长度可变，条形码呈连续性，所有条与空都表示代码，第一个数字由条开始，第二个数字由空组成，应用于商品批发、仓库、机场、生产（包装）识别、商业中，条形码的识读率高，可用于固定扫描器的可靠扫描，在所有一维条形码中的密度最高7。

库德巴条形码( Codabar)：也称“血库用码”，可表示数字0－9，字符$、+、－，还有只能用作起始和终止符的a、b、c、d四个字符，空白区比窄条宽10倍，非连续性条形码，每个字符表示为4条3空，条形码长度可变，没有校验位，主要应用于血站的献血员管理和血库管理，也可作物料管理、图书馆、机场包裹发送中7。

PDF417二维条形码（简称417条形码）：典型的二维条形码码制，不需要连接一个数据库，本身就可以存储大量数据。417条形码主要应用于医院、驾驶证、物料管理、货物运输；特点是当条形码受到一定破坏时，错误纠正能使条形码正确解码；PDF417条形码是Symbol科技公司于1990年研制的二维条形码产品。它是一个多行、连续性、可变长、包含大量数据的符号标识。每个条形码有3－90行，每一行有一个起始部分、数据部分、终止部分，它的字符集包括所有128个字符，最大数据含量是1850个字符7。

条形码的应用

条形码技术已在许多领域中得到了广泛的应用，比较典型的应用有以下五个领域：

第一，零售业。零售业是条形码应用最为成熟的领域。EAN商品条形码为零售业应用条形码进行销售奠定了基础。目前大多数在超市中出售的商品都使用了EAN条形码，在销售时，用扫描器扫描EAN条形码，POS系统从数据库中查找到相应的名称、价格等信息，并对客户所购买的商品进行统计，这大大加快收银的速度和准确性，同时各种销售数据还可作为商场和供虚商进货、供货的参考数据。由于销售信息能够及时准确地被统计出来，所以商家在经营过程中可以准确地掌握各种商品的流通信息，可以大大地减少了库存，最大限度地利用资金，从而提高商家的效益和竞争能力8。

第二，图书馆。条形码也被广泛用于图书馆中的图书流通环节中，图书和借书证上都贴上了条形码，借书时只要扫描一下借书证上的条形码，再扫一下借出的图书上的条形码，相关的信息就被自动记录人数据库中，而还书时只要一扫图书上的条形码，系统就会根据原先记录的信息进行核对，如足期就将该书还入库中。与传统的方式相比，这大大地提高了工作效率8。

第三，仓储管理与物流跟踪。对于大鼙物品流动的场合，用传统的手工记录方式记录物品的流动状况．既费时费力，准确度又低，在一些特殊场合，手工记录是不现实的。况且这些手工记录的数据在统计、查询过程中的应用效率相当低。应用条形码技术，可以实现快速、准确地记录每一件物品，采集到的各种数据可实时地由计算机系统进行处理，使得各种统计数据能够准确、及时地反映物品的状态8。

第四，质量跟踪管理。ISO9000质量保证体系强调质睦管理的可追溯性，也就是说，对于出现质量问题的产品，应当可以追溯出它的生产时间、操作者等信息。在过去，这些信息很难记录下来，即使有一些工厂（如一些家用电器生产厂）采用加工单的形式进行记录，但随着时间的积累，加工单也越来越多，有的工厂甚至要用几间房子来存放这些单据。从这么多的单据中查找一张单据的难度可想而知！如采用条形码技术，在生产过程的主要环节中，对生产者及产品的数据通过扫描条形码进行记录，并利用计算机系统进行处理和存储。如产品质量出现问题，可利用电脑系统很快地查到该产品生产时的数据，为工厂查找事故原因、改进工作质量提供依据8。

第五，数据自动录入（二维条形码）。大量格式化的单据的录入问题是一件很繁琐的事，浪费大量的人力不说，正确率也难以保障。用二维条形码技术，可以把上千个字母或汉字放入名片大小的一个二维条形码中，并可用专用的扫描器在几秒钟内正确地输入这些内容。目前电脑和打印机作为一种必备的办公用品，已相当普及，可以开发一些软件，将格式化报表的内容同时打印在一个二维条形码中。在需要输入这些报表内容的地方扫描二维条形码，报表的内容就自动录入完成了。同时，还可以对数据进行加密，确保报表数据的真实性8。

条形码技术在我国的邮电系统、图书情报、生产过程控制、医疗卫生、交通运输等领域都得到较为广泛的应用，特别是商业信息化程度的不断提高，条形码技术也逐步普及，并反过来推动了商业pos系统的发展8。

发展前景

随着零售业和消费市场的飞速扩大和发展，也促进了中国条码标签业务的增长。因为越来越多的地方需要用到标签和条码。其实早在上个世纪70年代，条码已经在全球零售业得到了小范围的应用，而现如今，条码和自动识别系统和数据采集技术依然在全球范围发挥着至关重要的作用9。

实际上，在全球范围内，每天需要运用到条码扫描的次数已经超过上亿次，其应用范围也涉及到各个领域和行业，其中包括物流、仓储，图书馆，银行，POS收银系统，医疗卫生、零售商品、服装、食品服务以及高科技电子产品等等，而目 前仍然会在每天都在一些新增加的项目上持续的用到条码应用领域。随着市场的不断发展，我们有足够的信心相信，条码必定会推动我们去体验更优质的生活并能节省我们宝贵的时间9。

比如在物流业，物流中的货物分类，库位的分配，库位的查询，进出库信息，进出库盘点，产品查询等，如果是用人力去做这些事，不仅浪费时间、人力物力财力等，还常常伴随着非常大的出错率，给大多数商家乃至整个物流业的自身发展都带来了颇多的困扰，所以可以说，没有条码的物流过程将会是多么的杂乱无章，其后果往往不堪设想。而条码技术对物流业的优势也是显而易见的，既能精确管理，又功能实用。对于大部分的现代化仓库管理的需求都能满足。操作方便简单，维护亦不需费心，仓库的管理员经过简单的培训都能快速上岗进行操作。而且还能大大减少居高不下的人为出错率。把种类繁琐的工作瞬间化烦为易，查询货物的时候特别方便，不需再耗费很多的人力去翻查种类繁多的出进货单据，只需在电脑上轻轻一扫，所需的货物型号、经销商、进出货日期，经办人等具体详细资料都即可显示出来，并且可以打印出来。而且这部分数据还可以备份，不会因为死机或者电脑中病毒而担心数据的丢失。不失为人性化管理系统9。

常用的条形码识读设备

常用的条形码识读设备主要有CCD扫描器、激光扫描器和光笔扫描器三种。

1．CCD扫描器

CCD扫描器主要采用固定光束（通常是发光二极管的泛光源）照明整个条形码，将条形码符号反射到光敏元件阵列上，经光电转换，辨识出条形码符号。新型的CCD扫描器不仅可以识别一维条形码和行排式二维条形码，还可以识别矩阵式二维条形码10。

2．激光扫描器

激光扫描器是以激光为光源的扫描器。由于扫描光照强，可以远距离扫描且扫描精度较高，被广泛应用。激光扫描器可以分为手持式扫描器和卧式扫描器10。

3．光笔扫描器

光笔是最先出现的一种手持接触式条形码识读器，也是最为经济的一种条形码识读器。使用时，操作者需将光笔接触到条形码表面，当光笔发出的光点从左到右划过条形码时，在“空”部分光线被反射，“条”的部分光线将被吸收。经过光电转换，电信号通过放大、整形后用于译码器。光笔扫描器的优点是成本低、耗电低、耐用，适合数据采集，可读较长的条形码符号；其缺点是光笔对条形码有一定的破坏性10。

条形码技术的优点

条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。条形码技术具有以下几个方面的优点。

（1）信息采集速度快。与键盘输入相比，条形码输入的速度是键盘输入的5倍，并且能实现即时数据输入11。

（2）可靠性高。键盘输入数据出错率为三百分之一，利用光学字符识别技术出错率为万分之一，而采用条形码技术误码率低于百万分之一11。

（3）采集信息量大。利用传统的一维条形码一次可采集几十位字符的信息，二维条形码更可以携带数千个字符的信息，并有一定的自动纠错能力11。

（4）灵活、实用。条形码标识既可以作为一种识别手段单独使用，也可以和有关识别设备组成一个系统实现自动化识别，还可以和其他控制设备连接起来实现自动化管理。另外，条形码标签易于制作，对设备和材料没有特殊要求，识别设备操作容易，不需要特殊培训，且设备也相对便宜11。

（5）自由度大。识别装置与条形码标签相对位置的自由度要比OCR（光学字符识别）大得多。条形码通常只在一维方向上表达信息，而同一条形码上所表示的信息完全相同并且连续，这样即使标签有部分欠缺，仍可以从正常部分输入正确的信息11。

（6）设备简单。条形码符号识别设备的结构简单，操作容易，不需专门训练11。

（7）易于制作。可印刷，称为“可印刷的计算机语言”。条形码标签易于制作，对印刷技术设备和材料无特殊要求11。

条形码组成

条形码也称条形码符号，是由一组规则排列的条、空及字符组成的平行线条图形，用以表示一定信息的代码。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）组成的12。

1．静区

静区是指条形码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域，是没有任何符号的白色区域，仅用来提示条形码阅读器开始扫描12。

2．起始符

起始符是指条形码符号的第一位字符，标志一个条形码符号的开始，阅读器确认此字符存在后开始处理扫描脉冲12。

3．数据符

数据符是指位于起始符后的字符，用来记录一个条形码的数据值，其结构异于起始符，允许双向扫描12。

4．校验符

校验符的作用是检验读取到的数据是否正确，不同的编码规则下可能有不同的校验规则。

5．终止符

终止符是指条形码符号的最后一个字符，标志着一个条形码的结束，阅读器在确认该字符后停止工作12。

条形码设计与印刷

条形码设计与印刷质量的好坏直接关系到条形码应用的成败，如果设计不符合规范，有可能导致整个印刷品的报废，甚至影响商品的销售。下面是条形码在设计制作和印刷时的一些规范和要求13。

1．条形码标准尺寸的选择

商品条形码的编码遵循唯一性原则，以保证商品条形码在全世界范围内不重复，即一个商品项目只能有一个代码，或者说一个代码只能标识一种商品项目。不同规格、不同包装、不同品种、不同价格、不同颜色的商品只能使用不同的商品代码。商品条形码的标准尺寸是37.29mm×26.26mm，遇有特殊情况时，可作适当的缩放，其缩放倍率规定为：0.8、0.85、0.90、0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.50、1.60、1.70、1.80、1.90、2.00。当印刷面积允许时，应选择1.0倍率以上的条形码，以满足识读要求。尺寸越小的条形码，印刷精度要求越高，当印刷精度不能满足要求时，易造成条形码识读困难。另外，可采用减缩条形码高度的办法缩小条形码，其高度的截取必须慎重，通用商品条形码高度尺寸的减少，最多不得超过原标准高度的三分之一，否则会影响条形码扫描器的扫描效果13。

2．条形码的色彩设计

条形码扫描器是根据条形码的条纹和空白之间的色彩明度反差的不同来识别条形码符号的。因此，条形码的条色与底色之间应该保持足够的反差系数，其系数在条形码技术中以PCS值来表示，该值的测定由专门的技术进行，设计人员只要掌握一般规律即可。条形码的颜色搭配是指条形码的条和空分别采用伺种颜色组成一个完整条形码的问题。条形码识读设备大都采用红光作扫描光源，因此不是任意的颜色搭配都适用于条形码的扫描识读设备，一般遵循“条用深色，空用浅色”的原则。注意避免用红色作条色，条形码最安全的对比色为黑条与白空13。

当商品包装颜色与条形码颜色的选择发生冲突时，为了保证识读，应将条形码的区域处理成空白底，专印条形码；遇有透明包装纸时，条形码的空白区域内应加印白色底色或浅色底色，以增强反差系数。13。

3．条形码的位置安排

条形码的位置安排一般遵循如下原则：

①位置相对统一，便于扫描；

②条形码的印刷位置必须设计在各种扫描器都能读取得到的地方；

③根据不同包装形式选择商品条形码的摆放位置。一般来说，条形码印刷的位置应设计在物品的下部或包装物的自然底部。如果是瓶类罐类容器，应放在瓶贴的右下角或罐体的下部；包装盒、方型物或用包装纸包裹有自然平底面的，应设置在底部13；

④图书上的条形码通常情况下应安排在靠订口一边，其印制优选位置为封底（或护封与之对应位置）的右下角。

⑤条形码须与包装边缘、重叠处、皱褶处5mm或弯角地方至少距离5mm，以避免条形码受到磨损、遮盖或随包装变形，导致扫描识读时出现问题13。

条形码应避免选择的位置：

①会使条形码符号变形或受到其他损害的地方；

②有穿孔、冲切口、开口、装订钉、接缝、折叠、折边、交叠、隆起、褶皱等其他图文和纹理粗糙的地方；