二维码基础各种条码篇
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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） |
|
| 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 |
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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） |
|
| 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） |
|
| 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） |
|
| 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 |
|
| 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。
