实验七条形码的测量与识别.doc

北京理工大学珠海学院实验报告
ZHUHAI CAMPAUS OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
班级09测一 学号090107011036 姓名 苏万里 指导教师 成绩
实验题目 实验七条形码的测量与识别 实验时间
一、实验目的
商场与超市收银台处很容易看到收银员利用条码扫描仪器直接对商品上的条形码进行扫描获得商品的名称、型号与单价，然后收银机将打出所扫商品的单价或总价。本实验的主要目的是认识条码扫描仪的基本原理，学习线阵 CCD在收银机、商品流通与库管等方面的应用。
二、实验准备内容
首先对条形码图形应有较为深刻的认识，然后在对条形码信息的数据采集问题进行研究。当然，本实验不去研究如何编排条形码的信息，而是如何用线阵 CCD数据采集系统采集条形码的信息和怎样将条形码所载荷的信息检测出来。
三、实验所需仪器设备
（1） LCCDAD-Ⅱ型线阵 CCD应用开发实验仪一台；
（2） 装有 VC++软件及相关实验软件的 PC 计算机或 GDS-Ⅱ型光电综合实验平台一台；
四、实验步骤
1、实验预备
（1） 首先将实验仪的USB数据端口与计算机或GDS-Ⅱ型光电综合实验平台的USB端口用专用 USB 数据线缆连接好并合上实验仪的主电源开关。
（2） 打开计算机电源，完成系统启动后进入下一步操作。
（3） 确认已经正确安装实验软件。否则，请安装实验软件。
（4） 准备工作完成后关掉实验仪的电源，等待改变实验结构。
2、 条码扫描仪的基本原理
(1) 通用商品条形码的基本结构
目前世界上常用的码制有 ENA 条形码、UPC条形码、二五条形码、交叉二五条形码、库德巴条形码、三九条形码和 128条形码等，而商品上最常使用的就是 EAN商品条形码。如图 7-1 所示为我国商品流通中的典型条形码条码，一般由 13 位数字组成，用来标明商品的国别、产地、制造厂商代码、商品代码和校验码等信息如图 7-2所示，例如 00-09 代表美国、加拿大，45－49 代表日本，690-692代表中国大陆，471代表我国台湾地区，489代表香港特区。EAN商品条形码分为 EAN－13（标准版）和EAN－8（缩短版）两种。由 13 位数字码或 8 位数字码以及于之相对应的条码组成。数字为识别者直接用人眼读出，而条码为机器视觉准备。

条码下方的数字和上方的条码是对应的，计算机识别数字是困难的而识别黑白条或 0和 1 是容易的。为此，通过黑白条的宽度和位置便可以将表示的数字信号输送给计算机。这些黑白条称为数据符，对应最后几位数字的黑白条称为校验符。利用黑白条能够识别出商品的各种信息。如图 7-1 所示的标准版的条码具体结构为：从左向右看去，空白后由 2个细长黑条开始（起始符）、左侧数据符、中间分隔符（2 个细长黑条）、右侧数据符、校验符、终止符（2 个细长黑条）和右侧空白区等部分构成。前缀码的首位（数字）上方没有条码，其他数字上方均有条码。条中黑的单元称为条（有粗细之分），白的单元称为空，也粗有细。条表

示 1~1111；空表示 0~0000。条空的粗细由不同数目的模块组成。粗细分为四档，以起始码条的宽度为一个单位，细条代表“1”，四个单位宽度为“1111”，同样，空的宽度代表“0”的个数。 左边的两个细长条、中间两个细长条的和右边的两个细长条（起始符、分隔符与终止符）均具有数字意义，起始符与终止符均为 101，占3 个模块，而分隔符代表 01010 占5 个模块。数据符与校验符均由 7 个模块组成，其“二进制”数如表 7-1表示。 表 7-1 数据符与校验符的“二进制”数表示 数 左侧数据符 右侧数据符与校验符 字 A组（黑条模块和为奇数） B组（黑条模块和为偶数） C组（黑条模块和为偶数）

我国的前置码是 6，由国际物品编码协会规定左侧的数据组合应为 ABBBAA。右侧数据符与校验符都用 C组的二进制代表数字。 标准版的前置码不用条码表示，不包括在左侧数据符内。而缩短版的前置码要用条码表示，包括在左侧数据符内，并且左侧数据符均为 A组表示，右侧数据符及校验符用 C组。
(2) 数字与条码的对应关系
根据我国前置码 6，中间分隔符左侧的数据符组合应为 ABBBAA，中间分隔符右侧数据符及校验符应为 C组。 例如：A组数字为 3，B组数字为 2，便可以用图 7-3 所示的条码表示。

将如图 7-1 所示的条码用模块表示则对应的标示应为如表 7-2所示。

(2) 条码扫描的原理
贴于商品上的信息条形码为被测物，它被 LED或 LD光源照亮，被照亮的信息条形码经成像物镜成像于线阵 CCD的像敏单元阵列上形成如图 7-4（a）所示的一维时序信号，经二值化处理电路后输出如图 7-2（b）所示的条形方波脉冲信号，尽管它的横轴是时间轴，但是，也是像元序号轴或空间位置轴。它包含有条的位置、宽度等信息，可以将事先编制

好的信息读出来。通过所读的信息找到相应商品的信息码，知道商品的类型、编号、产地等，再通过预先编制的软件或数据库将各类商品的质量、数量、存放地、单价、物流量与利润等多种信息编制出来，完成多种实用功能。这便是条码扫描仪的基本原理。
3、实验装置的搭建
将 LCCDAD-Ⅱ型线阵 CCD应用开发实验仪上的配件（仿条形码的信息图形条）安装到如图 7-5所示的位置上，用反射照明方式照亮信息条，信息条的明、暗图形通过成像物镜成于彩色线阵 CCD的光敏阵列上。构成条码扫描仪的基本结构。
4、开机实验
先将贴好被扫条形码的样片插入到如图 7-5 所示的位置上，再实验上打开实验仪的电源开关，执行条码扫描实验软件，弹出如图 7-6所示的实验软件主界面，在主界面的提示下进行条形码的测量与识别实验。

1、条码扫描
在如图 7-6 所示的条码扫描实验软件主界面上点击“扫描”菜单，显示屏上将显示含有条码

信息的波形曲线，观察曲线是否有进入饱和区的信号或幅度太低无法读出的现象，若有前述问题，先通过调整光学系统、积分时间或驱动频率的方法使输出幅度恰好满足要求。 再执行“观测条码”菜单，显示器上将显示出如图 7-7 所示的条码信息再现于显示器屏幕上；屏幕的上半部分为线阵 CCD采集的条形码的波形曲线，它既是时间函数又是条码信息的空间分布，经软件处理后得到与图 7-1所示的信息条码图形相似的条码，测量采集的条码宽度，并以最左侧的一组黑白条的宽度为条与空的基准宽度，然后根据编码规则便可以将商品的信息代码识别出来，显示在软件界面条码值对话框中。

2、读出条码信息内容
先将如图 7-1所示图案的条形码安装到扫描支撑架上，其包含的信息如图下方数字符所示，在如图 7-6 所示的条码扫描实验软件主界面上点击“连续”菜单，界面下方“条码值”对话框内将条码的数值显示出来；观察计算机软件读出的数值是否与条码下方标明的数值相符；若有错误，分析错误原因。
3、 找寻影响条码识别的主要因素
做完上述试验后可以进行找寻影响条码识别主要因素的实验，先调整成像物镜的调焦环，使像面离开理想像面，CCD输出信号的波形变坏，观察条码识别情况，逐渐加剧直到影响识别位置； 调焦环复正常后，再调整光圈，重复上述采集实验观察识别情况，获得光学参数的变化对识别的影响情况。 恢复正常识别后再进行 CCD参数调整对识别的影响实验，调整驱动器的参数，观察识别情况。
4、 扫描与识别其他条码实验
如图 7-8 所示，为国内图书的标准条形码中的一种，为国家级“十一五”规划教材“光电传感器应用技术”的条形码。将“光电传感器应用技术”教材的条形码安装到如图 7-5所示的安装位置上进行扫描，观察采样出的条码图像是否与图 7-8 相似，再利用如表 7-2 所示的判读规则分析它的条码，读出它所表示的数字或代码，与观察图 7-8所示条码下方的数字是否一致。

一致说明判读正确，否则错误。分析错误发生的原因，然后对光学系统进行调整，先调整调焦环，每调整一次都要进行读条码实验，然后再进行光圈的调整，同样也每调一次进行测量判读一次，经 5 次获得正确读码和 2 次获得错误读码后才能算完成此项实验。
5、关机结束
（1）先退出实验程序，再关闭实验仪的电源；
（2）关闭计算机系统；
（3）关掉总电源；
（4）整理好所有的实验器材与工具。
五、实验总结
（1）写出条码测量实验的总结报告。
（2）试找出影响条码识别的主要因素，说明 CCD的工作状态是否影响对条码的采集与识别？为什么条码扫描与识别系统中用的 CCD也不能工作在饱和区？
（3）通过实验你能察觉到光学成像物镜对条码较宽的条纹输出的幅度要比较窄条纹的输出幅度高吗？这是什么原因？（要从成像物镜的光学函数方面考虑）
（4）焦距的调焦程度对条码扫描与识别的影响如何？
（5） 商场的条码扫描器对商品进行扫描时会发出“笛”声，然后便能将商品的单价与总价输入到收款机内，试问发出“笛”前售货员转动条码扫描器的过程是什么过程？发出“笛”声又是什么信号？
（6） 能够自行设计条码编制规则吗？你能按自行设计的条码编制规则编制你所需要的条码吗？试说明自行设计条码编制规则与用自行的编制条码进行信息读写工作的利与弊。