2016年7月6日 星期三

【研究】條碼讀取器的類型

這篇來談談目前所知的條碼讀取器的讀取方式

我們都看過條碼,也看過便利商店、物流士、倉庫管理員等手上都有使用裝置在刷讀條碼,但大部分的人都不見得了解它的讀取原理。

所以我們就簡單以我手上有的設備來介紹幾種常見的條碼讀取方式:

1.筆式(pen):
它是我最早接觸的條碼讀取器,每次都看到操作人員拿著它在條碼上『磨來磨去』挺有趣的。它其實是由LED和光電二級管、透鏡組合而成。
由筆管內LED發射光源到前端(筆尖)的透鏡打到紙面上,然後由紙張的反射(黑色吸光、白色反光)再由透鏡返回內部光電二級管來接收訊號。其實這個原裡你都可以在光學滑鼠上面看到,因為它也是利用這個原裡來偵測移動的。

優點:目前已經想不到了(快被淘汰了,可能某些場合還用得著吧)。
             雖然有改良非接觸型和便攜型,但也快消失了。
缺點:A、在條碼上移動速度必須保持一致,否則會讀不到。
            B、透鏡是直接接觸紙張,所以長時間會磨損,當磨損太嚴重就會無法讀取。
            C、條碼常常會被以磨損的鏡片磨破。
            D、條碼密度不能太高。
            E、無法掃瞄『非反射式』條碼(螢幕)。

2、CCD式:



算是筆式的進化版吧,由『單點式』光電二級管,進化成『條狀』CCD接收器,它的好處是不用來回移動『磨來磨去』,直接對準條碼,將光源照滿條碼寬度就可以讀取。


這也是目前便利商店常見到的設備之一。由於讀取時幾乎會把條碼罩在讀取口下方,所以也有人暱稱『條碼光罩』。

光線樣式:


優點:A、成本比較低。
            B、故障率比較低。
            C、部分機種可以掃描『非反射性』條碼(螢幕)。
缺點:A、受到固定式透鏡影響,近距離離才能讀取,屬於短距離型讀取器。
            B、太密、太小的條碼沒辦法讀,這個受到CCD本身的解析度影響。
            C、受到A的影響、也因此太長的條碼沒辦法讀。

3、雷射型(Laser):

 CCD型的進化,利用雷射光『來回掃描』,因為『來回』速度噹快速,以至於看起來像是一條線一般,原理是雷射光打出後透過一個半面鏡面反射角度來折射雷射光。
原則上,雷射光只有一個『點』,要將這個點來回掃描,型成『線』,所以需要點物理技巧,就我以前看過的結構有:物理式音叉式鏡面(這個音叉名詞可能有爭議,這是我從廠商工程師得知的,它的原理是透過環境音波自然震動,所以有此得名)、電子式音叉(取代傳統式物理音叉)鏡面、旋轉鏡面等等技術。




光線樣式:





優點:A、解析度高、掃描的條碼密度比較高,即使很小的條碼也可以讀取。
            B、可以設計成長距離掃瞄,一般距離掃瞄條碼約 5~15 公分左右。
缺點:A、成本比CCD高。
            B、傳統音叉式鏡片容易因為裝置摔落撞擊而故障(只限音叉式)。
            C、雷射細密,若條碼線條磨損就不容易讀取。
            D、無法掃瞄『非反射式』條碼(螢幕)。

4、一維影像式(1D camera):

針對線性雷射因為受到截取面積較小,此掃瞄線上的條碼因為磨損造成不完整,導至磨損條碼不易讀取的問題而改良的,加上近年來相機鏡頭與相機CCD的技術大幅耀進,利用2維相機來加大截取面積來讀取條碼,加上影像補正技術。使得磨損的條碼變得容易讀取。

由前方來看,可以發現中間有一段並不發光,那個第封就是鏡頭Camera的位置,至於為什麼還需要兩側『紅光』,依照廠商提供的資訊,一是可以方便使用者知道『正在掃瞄哪裡』,二是替鏡頭『補光』。


其實它是利用相機照相原理,所以也有著顯著的缺點存在。
例如:一是焦距,條碼遠近會影響其相機的自動焦距範圍,太遠或太近都會『失焦』導至無法讀取。二是白平衡,它雖然可以掃描螢幕上的條碼,但是螢幕光線太強就會導致曝光過讀無法讀取,或是光暈導致條碼不清楚等問題。

優點:A、有著雷射式的優點。
            B、磨損條碼掃瞄成功率比較高
            C、可掃『非反射式』條碼(如螢幕畫面中的條碼)。
缺點:A、反應速度比起雷射式稍慢。
            B、掃瞄距離受到自動變焦範圍影響比較顯著。
            C、電力消耗比較高(雖然沒差很多啦)


5、二維影像式(2D camera):
應近年來QR碼的盛行,條碼也不再局限於一維的條碼,雖然早期也有二維的PDF417碼,但也不是普羅生活中用得到的,由於QR碼出現在生活應用中,諸多製造商也開始盛行這種承載較多資訊的條碼系統,因而致使開發2D Camera的條碼掃瞄器開始變得盛行。
跟前面提到1D Camera 很大的不同是:相機解析度與演算法,1D的演算法著重於線性影像的復原與解讀,所以你不能拿1D的條碼描器去掃QR碼,那是讀不出來的!

由於QR碼出現在許多非工業的環境中,因此2D Camera Barcode Reader就不再被限制在特殊的機器中了,可能小到銅板的模組、手機、到特殊型的Camera都有許多廠商參與設計製造。

而2D Camera簡單的說就是『相機鏡頭』

透過攝相鏡頭照到的條碼影像,交由後方的處理器去負責解碼,將條碼讀取出來。
一般手機的解碼都是由軟體負責處理,所以解析速度會受到軟體運算速度影響,加上相機不是專用在條碼上,所以掃瞄條碼算是可以接受而已。



專業型(一般都是工業等級)二維相機,是經過最佳化的相機,與一般手機相機不同之處在於相機的影像成像一般都是以灰階為主,因灰階可以減少多顏色的色像干擾,加上韌體(或硬體化)解碼器、去背運算、自動控焦等多種功能,使得條碼讀取速度快上一般傳統手機像機好幾倍,現在的技術已經可以使用在高速製造工廠上了。




優點:手機型相機即可做到 Barcode Reader Every Where,價格比較低廉。
            模組型相機可以依照需求裝置在需要的小空間裡。
            工業型相機可以依照業別特殊設計與裝配,讀取速度快。
缺點:非工業等級的,讀取速度慢。
            工業等級的,價格驚人。

以上就照我個人的經驗分享到這裡,給各位參考參考囉。

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