前言
如今，二維(2D)碼的應用正日益普及，這是因為二維(2D)碼能夠編碼大量數據用于跟蹤與追蹤目的。然而，二維碼的成功讀取需要依靠完好無損的定位圖案和時鐘圖案。如果這些基本元素受損或者變得模糊，讀碼器將無法識別產品或包裝上的標識符號。
目前，康耐視憑借PowerGrid?技術已成功克服了這一局限。這項正在申請專利的二維碼讀取算法將紋理數據與幾何數據結合起來，能夠在各種工業(yè)應用中實現最高的DataMatrix碼讀取率，包括汽車、電子產品、醫(yī)藥供應鏈和物流業(yè)應用。康耐視PowerGrid?技術讀取發(fā)動機缸蓋、印刷電路板(PCB)和50板裝藥品泡罩包裝上的DataMatrix碼的過程，看上去似乎跟世界另一端非洲大草原上母獅狩獵斑馬的過程有些相似。如果斑馬沒有及時發(fā)現隱藏在草叢中步步靠近的母獅，就會不可幸免的淪為口中獵物。所以，讀取過程中，對于代碼中隱藏的一些圖案紋理和小細節(jié)也應該非常值得注意。
當代碼存在受損、靜音區(qū)干擾、重要元素缺失、對比度不足等情況時，基于視覺的讀碼器如果無法讀取DataMatrix碼。很有可能會影響自動化制造和物流業(yè)務的效率和生產。此外，如果發(fā)生“誤讀”也可能會導致合格產品被剔除制造流程、退貨，及其他影響企業(yè)利潤和客戶關系的責任。在我們討論基于形狀和紋理的算法如何能夠互為補充，從而提高讀取率之前，我們必須首先介紹二維碼的組成部分、優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。
代碼的發(fā)展歷程
代碼是一種機器可讀的數據表示形式，通常印刷在產品或包裝上，或者永久性標記在產品或物品表面。代碼一般都可以讀取，通常用于識別目的，或者用于在產品的整個生命周期內跟蹤與追蹤產品。
目前，代碼已發(fā)展出數十種形式，包括由一組平行線條組成的一維(1D)條碼，如GS1、EAN、Code 128碼等;由點和方格構成矩陣的二維(2D)碼，如DataMatrix碼、Aztec碼、QR碼等。相比一維條碼，更為先進的二維碼可以讓用戶存儲和檢索更大量的數據。這是因為一維條碼只能在水平方向上存儲數據，而二維碼則可以在垂直和水平兩個方向上存儲數據。
▲ 不同類型的一維條碼和二維碼
由于DataMatrix碼具有存儲容量顯著增加和內置誤差糾正功能等優(yōu)勢，再加上其他考慮因素，DataMatrix碼如今已經成為了制造業(yè)約定俗成的標準。談到存儲容量，如下圖所示，大小為24×24的DataMatrix碼可以容納52個字母數字字符，大小為48×48的更大型DataMatrix碼可以容納259個字母數字字符，而最大型的DataMatrix碼則可以容納2,335個字母數字字符!
▲ DataMatrix碼越大，所容納的信息則越多
一維條碼最初設計由激光掃描儀來讀取，讀取原理如下：激光器發(fā)射出一束激光，然后，光束被引導到一個旋轉棱鏡，由該棱鏡將光束投射到整個條碼上，接著，一個傳感器將會采集反射率，并根據黑色條與白色條之間的反射率差異讀取條碼。雖然這種方法傳統(tǒng)上速度很快，而且成本低，但隨著時間的推移，機械元件可能會損壞，而且，操作員必須將激光掃描儀以適當的角度對準條碼，有時可能還需要使用額外的夾具，才能實現理想的讀取率。
▲ 基于激光的掃描儀
不同于一維條碼僅包含誤差檢測功能，所有二維碼都提升了數據完整性，進一步減少了無法讀取的數量。存儲容量與可靠性互補優(yōu)勢是二維碼成為制造應用首選代碼類型的原因所在。二維碼需要使用基于視覺的讀碼器來讀取。讀取原理如下：首先，數碼相機采集二維碼的圖像，然后，安裝了特殊圖像處理軟件的微處理器將定位并解碼圖像中的二維碼，最后將所產生的數據傳輸到整個網絡?；谝曈X的讀碼器無活動元件，這使它們對于工業(yè)應用而言更加堅固耐用。
▲ 基于視覺的讀碼器
二維碼的具體符號結構
相比一維條碼擁有用于識別條碼起始和終止位置的靜音區(qū)和保護圖案，DataMatrix碼由以下四個不同的部分組成：靜音區(qū)或空白區(qū);用于定位的圖，稱為定位圖案或“L”圖案;時鐘圖案;及數據區(qū)。(如需了解更多相關信息，請訪問。)靜音區(qū)圍繞在整個代碼周圍，用于識別代碼的起始和終止位置，以保證讀碼器不會采集任何與代碼無關的信息。DataMatrix碼的定位圖案是一個L形狀的圖案，位于代碼兩側的外邊緣周圍，該圖案用于保證解碼過程中方向的正確性。定位圖案的對面是時鐘圖案，時鐘圖案由一系列交替出現的黑色模塊和白色模塊組成，用于定義單個單元格的大小和代碼的大小(行數和列數)。靜音區(qū)、定位圖案和時鐘圖案組合起來，在數據區(qū)周圍形成了一個正方形，這樣，基于視覺的讀碼器采用基于形狀的算法就能夠定位數據區(qū)。
▲ 基于視覺的讀碼器
當二維碼是圖像中的唯一物品時，我們可以輕松將其識別。然而，當二維碼位于其他大小和形狀相似的圖形或圖標旁邊時，我們則比較難以將其隔離開來。在這種情況下，基于紋理的分析方法將有助于基于視覺的讀碼器迅速識別并讀取二維碼，不會受到圖像中任何雜亂因素的干擾。
二維碼的另一個優(yōu)勢在于誤差糾正功能。許多二維碼都采用Reed-Solomon誤差糾正技術，這與DVD播放器采用的技術相同，有了這種技術，即使光盤表面出現了劃痕，DVD播放器也能夠讀取數據。不同于一維條碼僅可檢測到數據缺失或錯誤，如果檢測到二維碼里面足夠數量的模塊，二維碼還能夠糾正缺失或錯誤數據。
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