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条码不可读最常见的几个原因
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通过条码自动操作的关键功能是项目识别和数据采集，以确保在实验室中的样品利用正确的组件应用于智能手机准确记录患者数据。当不明显或损坏的条码导致"不读"或故障，数据丢失可能对产品的完整性和企业声誉带来灾难性的影响-更不用说潜在的法律含义和严重危 害消费者权益。了解无法读码的根本原因，应用适当的技术来解决问题，都将此轻松搞定，同时它也意味着在自动化上成功与失败的差 异。本文介绍了无法读码的最常见的原因及可能的解决方案，包括： - 低对比度 - 静区干扰 - 不当的读取位置 - 打印或标记不一致 - 条码损伤或变形 条码的可读性是由读码器读取条码中数据的难易程度所决定的。条码的可读性会被技术和环境等因素所影响。虽然条码可能用人眼观察不出其缺陷,但条码中微小的差异,背景,甚至与条码和读码器之间的位置不对都会导致条码无法读取。看似高质量的条码,&&&有一个普遍的误解就是其无法读取的原因是由于条码编码错误或不可读的字符使得读码器根本无法解决，给想要最大限度提高自动化效率的客户带来了困扰。然而，不可读码的根源通常是一些常见的问题，简单的调整条码或者使用解码技术可以很容易的解决。
图1：对人的眼睛，这一数据矩阵条码可能是完美无瑕。然而，这个符号不符合某些行业的条码质量要求，可能无法通过一般的读码器读取。
了解解码失败的主要原因，在诊断读码问题上可以为客户节省宝 贵的时间和精力。还可以使企业通过采用最优的工具以及条件来 维护他们的流程和盈利，防止数据丢失和在未来可能的流程失败。最常见不可读条码的原因是低对比度,静区干扰,不当阅读位置, 打印或标记不一致,或损坏变形。 低对比度 为了从条码中的元素中提取数据（一维或二维码），码读器必须能够区分元素符号中的明暗关系。这两个元素类型对适当的解码 是很有必要的，使读码器获得条码元素的编码模型，及表示编 码数据的符号。根据不同类型的条码（油墨印刷或直接喷墨或 DPM），不同的材质，明暗关系可以交替地表现为表面上的标记（条码本身），或背景（基体材料）应用的标记。如果没有足够的对比度，读码器将无法读取这两个元素构成的条码，无法区分来自背景的条码，其结果就是条码可能无法读取。
图2：黑条码印刷在深色背景上（例如在纸板上的一维码），或者在光或反光材料打印亮度高的条码（例如在金属上的Data Matrix 码），由于明 暗元素之间的低对比度导致条码无法读取。
& 低对比度的另一个例子是缺乏一致性的黑白条码元素。这可被影响因素有打标或印刷的一致性，使得黑白元素均匀地分布在条码 中,在有噪点的背景或衬底,或照明条件不好的情况下，引起反射或 阴影。这些一致性问题会导致读码器无法正确区分条码。即使在 这种情况下条码仍然可以解码,低对比度或亮度不均匀性条码的元 素也会显著延长读码器的解码时间和限制读码距离。
图3：同一批次的Data Matrix 码直接标记在金属上，其可读性随背景噪点或者衬底的变化而变化。
解决方案 确保清晰、统一条码元素是防止由于对比度低而导致条码不可读 的首要条件。在这种情况下，印刷或标记方法是造成条码元素不一致的原因，调整打印机或打标设备确保油墨均匀地打出该条 码，或标记的设备打印模块用力均匀
图4：油墨分布在这个试管条码标签导致了一些白色斑点在条码元素上,这 可能会导致可读性问题。
通常条码应用中对条码对比有最显著影响元素的是衬底。想要处 理不均匀,嘈杂的背景,或高度反光的衬底,或由于阴影或标记深度 而比较困难区别衬底和标记，其关键组件是照明。为条码阅读而 设计的光源可以为各种形状,可为产品量身定做以便获得最均匀和 对比度最高的图像条码标记。虽然漫射照明可有助于照亮在光滑 平面打印出来的条码, 暗场照明可应用在低角度光线聚集在衬底的 某一区域，,增强压花或雕刻条码的可读性。
图5：在一个光滑的标签上运用适当的照明所得到的效果。
图6：适当的照明在蚀刻金属的效果。
另外一些关于对比度低需要考虑的因素就是读码应用中所使用的 条码类型以及读码器类型。线性（一维）如UPC& /& EAN条码和堆 叠符号PDF417等必须跨越整个符号来捕获和区分所有的关键要素 （在整个长度这种情况下）进行解码。如果条码的任一柱状条由于对比度而模糊,结果可能是整个条码都读取不出。由于线性条码通常比较长,因此必须比较大范围内都获得高对比度,而不像Data Matrix码和QR码等二维码那样紧凑。
图7：激光读码器的扫描线必须穿过在所有的条码单元以保证线性条码的可读性。
激光读码器（专门用于读取一维码）激光线照射至黑白单元相间 的条码上，通过折射光线将其返回到扫描仪，然后使用扫描仪的 光电探测器将光信号转换成一个波形编码串。线性条码通常需要 比2D更高的对比度-通常为80%或更高的明与暗的对比元素获得 均匀的波型。当有一个条码明暗之间的对比度太小将会导致不能 读码。相比之下，用相机捕捉到一维或二维码图像，仅需要20% 对比度。由于这些原因，使用二维码代替一维条码，随后，使用智能相机可以减少由于对比度低的条码不可读取的可能性。
图8：线性(1D)条码扫描仪解析反射的激光波模式以表示条码明暗的元素 符号。这些波模式说明了高和低对比度条码之间的区别。
& 静区干扰 静区是条码或二维符号周围需要保持空白的区域，不能有字符，标刻或者其他遮挡物，因此静区也称为非打印区。所有的读码器 对于静区大小都有最小允许范围。这样的空间可给从周围分离出 标记留出足够的空间，可以让读码器"看到"全部条码。一维 码，静区位于条码的左右两端。通常来说，一维码的静区应是最 窄条宽度的10倍。在二维码中，静区是整个标志周围的空间。2D 符合的静区要求是由AIM协会所规定的，它规定二维码边缘至少留出一个元素（或单元）的宽度。为了得到较大的二维码最好的读取结果，通常建议静区是符号的高度或宽度的10%，相对来说 静区可以设置得较小。
图9：一维码静区必须是在条码两端至少是最窄条码的10倍的宽度的空间, 二维码则是在码的四周留出1个元素的宽度空间。
如果静区内有了文本或其他标记，读码器可能无法解码此条码。或者，静区干扰可能会产生不准确的解码数据字符串，因为读码器解读将非符号元素作为整体条码的一部分。 解决方案 静区干扰可能是条码不可读最容易发现和解决的因素。这是因为静区干扰往往由于缺乏在条码标记或符号印刷时留白空间的规划。解决基本的静区干扰的问题只需调整打印或标记方法-或衬 底-来满足最小静区空间的要求。静区拥有尽可能多的空间可以 有效的降低解码误差机率。没有最大值静区宽度规格，如果没有 任何特殊要求，因此没有理由去限制这个空间。
图10：应提供尽可能多的空间给条码静区,避免在静区打印或者添加其他元素。
当背景噪音或意想不到的标志和碎片进入静区,不能读码可能是由于在打印或刻印时出现的错误。应该小心以确保印刷和标记设备 是按预期工作,以避免意外打码而导致静区干扰。额外的照明技术 也可以有效帮助过滤静区中包含的噪声背景或引起的反射又或由 于不均匀衬底造成的阴影。 当打印或标记条码的区域有限，,比如紧凑的PCB板或微小的电子组件或医疗设备,静区空间可能很难得到。如果静区大小必须受到 限制,客户可以选择使用读码器先进的解码算法,其可以适应静区 中小的干扰。一些高性能条码解码算法能够读取即使静区小于1D 或2D条码的规定。
图11：高性能成像读码器采用特殊的算法读取有限静区的条码，如在紧凑的PCB板上的Data Matrix。
& 阅读位置不当 在某些情况下,可读条码可能会得到不可读的结果,不是因为它的打印或标记质量问题,而是由于相对于条码而言的物理读码器位置 不当。根据不同技术，读码器可能有独特的读码需求，例如特定 的焦距、角度、或方向(在倾斜或旋转条码的情况下)。大多数的 读码器的内部光学焦距是有限的。读码器的景深(最近和最大读取 范围)决定了读码器与条码最近或最远的位置,以确保读码器可以可靠的解码。
图12：红色区域即是特定读码器相距条码而言的可读取距离和范围。
读码器扫描或者拍照的角度也可以影响它的读取性能。将读码器于条码垂直安装可能会导致镜面反射--激光的直接返回(基于激 光条码扫描器)或集成LED照明(智能相机)从条码或基质--有效地"致盲"读码器。当这一切发生的时候,读码器可能无法捕获具有足够对比度的整个条码, 即使条码是完美的导致不能读取。
图13 ： 读码器通常应该安装需要一定角度，以避免直接光反射回读码器。
无法正确读码的另一个原因可能是读码器安装的特定旋转方向不在读码器的技术范畴之内。例如激光条码扫描仪，必须以这样一 种方式安装：激光扫描器激光线垂直于条码。如果这个方向偏 离，扫描线无法穿过所有的元素（条）的条码，条码将无法被正 确读取。 解决方案 读码器的技术规格是至关重要的。在安装读码器时应考虑到设备 安装位置的范围以确保在有限范围内获取最佳位置。如果应用要 求具有挑战性，应采用更适合于条码距离更广，角度更宽，和方向性要求不特别强的读码器。例如，读码器内置自动对焦功能能 保证其景深可变的距离条码可读，无需手动调焦。更强的是液体 镜头自动对焦读码器，其镜片-包含实际的液体,& 可用电信号来增 加或者减少曲率-能够调整焦距到几乎无限远，拥有从条码中读取距离最大的灵活性。
图14：靠液体产生适当的静电压力反应用于液体透镜的透镜曲率的读码器。
不同的阅读角度和特定的安装应用要求，智能相机对于激光扫描器而言更有优势。使用内置的摄像头捕捉画面中的条码，而不是 依靠反射激光束，所以他们的阅读能力并不像需通过镜面反射， 也不需要将读码器垂直安装于条码上。智能相机还可以在任何方 向读码，因此不需要将读码器安装在特定位置以获取最佳效果。 事实上，对于手工上料，或是零件被送入设备之后方向不固定，智能相机是确保条码在方向未知的情况下进行解码的最佳选择。
图15：智能相机可以在任何方向阅读条码。
对一些空间和安装物理位置约束的应用，在设备内安装读码器的 空间选择可以会受到严重限制。直角反射镜可以在此类情况中帮 忙使读码器"看到"条码，甚至当他们不直接位于读码器视野内。使用直角镜子，操作者可以将激光扫描仪对着条码和背景， 或将条码图像返射回智能相机，这样读码器能够很好的读取条码 甚至是具有挑战性的位置。许多读码器含有特殊的镜像图像解码 算法，可能需要解读条码"翻转"。
图16：当使用直角反射镜时，使用读码器来阅读常规和镜像图像是至关重要的。
& 打印或标记不一致 印刷或标记方法的变化,例如劣质墨水打印的条码或在打印时表面不均匀的压力直接标记,这些都可以是潜在不可读性问题的因素。当印刷和标记设备不像预期的那样产生和应用条码,问题出现了，例如可能导致低对比度和静区干扰。还有其他因条码质量差或不一致,而导致读码器无法读取满足其配置要求的特定的形状,旋转 读,均匀性:
&&&&&&& 轴向不均匀性--偏移主要轴线的厉害程度。在这个例子中,y轴明显大于X轴。这种不一致的X-&&Y-轴一般表明条码打印机打印或直接零部件标记时承载物出现了非预期的移动。
&&&&&&& 对比度--条码的明暗元素之间的区别,或条码、其 静区或其他周围的元素之间的区别。在本例中,在打 印过程中由于压力过小而导致暗元素(蚀刻标志)和 亮元素(衬底)离得过近，破坏了其可读性。
&&&&&&& 网格不均匀性--理论上理想的"完美的条码"与 条码的条或其单元之间的偏移量。印刷或标记错误 导致不均匀网格(通常由于在条码生成时发生了不可 预料的移动)将生成的条码倾斜或扭曲,这可造成条码 的无法用标准设备读取。
&&&&&&& 调制--明暗元素一致性的条码。在这些例子中,暗元素没有一个一致的表现。这个问题,像低对比度,往 往是由于墨水打印的条码分布不一致或不均匀磨损 的直接标志所致。
&&&&&&& 打印增强--与预期理想中的"完美"符号大小有 偏差(更大或更小)。当符号印刷时,油墨可能会"渗 出"与底接触,导致印刷过度。如果没有足够的墨水 或压力通过印刷或标记设备,结果可能只看到底色。
&&&&&&&& 静区--周围地区的条码必须保持无文字，标志，或其他障碍物。在这个例子中，条码已打印在指定 区域外，使得静区与其他元素重叠。这可能是由于 印刷设备打印时的错位或被移动所致。 静区-周 围地区的条码必须保持无文字，标志，或其他障碍 物。在这个例子中，条码已打印在指定区域外，使 得静区与其他元素重叠。这可能是由于印刷设备打 印时的错位或被移动所致。
&&&&&&& 反射--从符号的光的反射亮或暗的元素，允许读 码器从背景（基体材料）区分出条码元素和从 "暗"元素中区分出"亮"元素。低反射，通过这个例子我们可以看到可能会增加读码器无法区分这 一符号元素到底为"暗"还是"亮"元素，导致读码器尝试解码时无法读码。低反射可能是由打印分布不均、不统一或者设备打印压力的原因造成。
解决方案 定期检查和维护印刷和打印设备确保其高质量，打印一致性条码等避免不可读情况是至关重要。当基于油墨打印条码时，如连续喷墨 （CIJ），热喷墨（TIJ），微压电打印（DOD），或高分辨率情况下的编码，应注意正确的喷头距离，清洁和畅通的打印头和喷嘴， 并确保正确的速度和设备设置。如果条码是用于激光扫码的，正确的焦距和连续供电于设备保证了高对比度的印刷。热转印（TTO） 和热敏纸（DTO）方法用蜡或树脂色带（或其他热介质）应用于条 码的衬底，对避免带皱纹、验证带正确插入设备、使用高质量的色 带或其他热材料和使用高品质的打印头和滚筒轴均匀打印条码都是非常重要的。
图17：喷墨打印设备直接在纸板包装上打印线性条码。在产品运动和运动速度会变化时打印条码会大地影响这些条码的质量。
生产高质量标记的关键是通过直接研磨时对产品表面使用一致的研磨压力。直接零部件打印是通过一系列的方法完成的,如机电蚀刻, 激光蚀刻、化学腐蚀等以及点喷丸。至关重要的是材质的质量必须 过关。用于研磨(激光,化学、或金属针尖)的材料和设备电力供应功 率需要稳定以确保打印或标刻条码的一致性。
图18：点刻DPM系统使用金属针在金属表面打印条码。重要的是要确保压力一致性,以避免不均匀或低对比度。
另外--有时与其花时间和精力去维护高质量印刷和标记设备，客户会选择通过选择功能更强大的读码器来解决此类问题。读码器与 复杂的工程解码算法能够阅读码宽各种各样的质量问题,如形状、 倾斜和均匀性偏离理论上"完美"的特点条码。当然,即使有高性 能的读码器,设备也需要定期维修。 条码损坏或变形 当印刷和标记不一致造成解码的困难时，不可读码的风险还是会有 即便是优质的条码。条码质量可能会因为操作或暴露于外等各种环 境因素而降低。恶劣的条件可能对条码或衬底造成足够的伤害或变 形，导致最优质的条码都可能无法读取。损伤的范围可以是轻微的 划痕，斑点，污点，或甚至碎片导致撕裂或完全缺失条码。 变形--很多环境因素能导致条码扭曲的形状，对比，元素的均 匀性，和衬底的完整。例如，生产环境中的温度变化可能导致生 成条码的油墨凝固，造成大面积的油墨或衬底扭曲，导致无法读 码解码。
图19：环境条件破坏了这个线性条码，条码已经有污渍部分,使其无法 被读码。
固定模版损坏--损坏条码元素模板可以显著影响可读性。例如 Data&&&& Matrix，损伤固定模板是指在符号中遗失的"定位模板"（码最外层的行和列），其中包括"L"（符号中固定的左侧和 底部元素）和"时钟模板"（符号"L"对面的边缘元素）。这些图案可以使读码器对条码定位、行列的数量以方便解码。划 痕，污渍，碎片，或其他材料导致条码模板的损坏可以使条码不可读。
图20：数据矩阵符号的关键要素包括L模板，时钟模板，以及数据存储区。符号的可读性是依赖于读码器捕捉的图像是否够清晰。
其他损害--条码所暴露在的环境条件是无限变化和组合的，所以在这方面条码可能导致损害。任何一种伤害，阻碍条码元素无法显示在读码器视野内-意外材料的磨损，痕迹，表面的污渍，或多余的材料（碎片甚至安装夹具）-可能会导致无法读取结果。下面的图片只是几个条码损坏的例子。
图21：遮盖物、划痕、标刻损害条码的例子。
解决方案 一旦条码投入生产线中，条码一致性质量就很难维护。贴有条码 的产品即使在不同工厂之间传输或者卖给客户后，通过其他新的 读码器读取后继续用来作为追踪或者标记项目，在这里面能预防 或解决条码损坏和变形的手段是非常有限的。开始生产条码的时 候就可以做一些准备工作来抵御未来的伤害,比如选择一个耐恶劣 环境条件的衬底来印刷或标记条码,这样它们可以承受任何预期的 环境因素,免受生产环境带来自的潜在的伤害。
图22：在尘土飞扬的食品包装工厂中读码，必须采取额外的保护措施， 确保条码和读码器能承受得住恶劣环境的干扰。
某些条码类型提供特殊编码数据的选项，以协助在解码过程中读取即使受损的条码。Data Matrix提供多种级别的错误检查和纠 正(ECC也代表"纠错条码"),& ECC-200标准,基于Reed-Solomon 纠错的原则。Reed-Solomon纠错允许多达50%的数据矩阵被损 坏还可读。纠错编码是作为条码元素在数据存储区域,通过多种方 式显示条码数据以提高数据的可恢复性。几乎所有的应用都接受 了ECC-200&&& Reed-Solomon错误校正做为标准,因为它是用于Data Matrix最好的纠错方法。
图23：Reed-Solomon纠错的方法使即使高达50%的数据解码矩阵是模糊的。在这里,&&& ECC-200条码在部分数据区域无法区分的情况下也能可靠地解码。
& 尽管应该采取尽可能多的措施以预防条码损坏而导致不可读取解码,但人们通常都会聚焦在读码器的功能性上而不是条码本身。对 于最具挑战性的应用而言,条码损坏或变形是不可预测的,所以通 常从一开始就应安装高性能读码器。读码器设计时拥有功能最强 大的解码算法，先进的条码定位功能，梯度变化或反射率变化分析，用网格定位符号去制作出一个理想的可靠解码的条码处理过程。读码器还可以提供重组技术--读码器使用一种算法来拼凑 连续来自扫描线的数据进行还原重建。在条码部分被遮挡或符号 旋转的情况下,该算法能把不完整的条码段结合成一个单一的、完 整的扫描线,然后可以被读码器解码。
图24：从多个损坏或扭曲的条码段利用重建算法创建可读的扫描线 。
先进的条码质量保证 当创建和阅读高质量的条码,时，最好的防御是最好的进攻。应用 程序条码的质量是至关重要的,或者在行业条码质量标准必须符合 由国际联合协会或客户特殊的标准(比如&& AIM,ANSI,GS1,ISO等标 准组织),安装了条码验证设备可以在条码出现错误之前检测到条 码问题以防止无法读取现象的发生。条码验证系统包括检测、机 器视觉相机,检测软件，此软件并不仅仅用于检验上述的所有常见 无法读取的原因,而且可为每个条码进行等级评判。尤其重要的是 识别条码不可读的原因可能包含的多个问题--比如印刷过度和 固定模板损坏。验证可以确保条码不仅将使读码器可读,而且它可 以用来监视和预测随着时间的推移条码的变化,即使这些变化人 类眼睛无法发现。当条码低于某个阈值时，验证设备可以编程去 提醒客户，这样就可以明确知道打印机，标记设备开始需要调整以防止失败。条码验证设备是公司防御无法读码的最重要的武器, 但它可比高性能读码器更昂贵，安装更加困难。当主要关心的只 是读码(而不是确保条码质量100%符合要求)，先进的读码器可能 是最好的选择。
图25：机器视觉软件使用ISO&&&& 15416校验标准来验证条码质量的和监测条码质量的波动。
总结 虽然不可读的条码可以对公司的造成极大的破坏,但建立一个针对质量差条码和不可读取结果的改善措施是相当简单的。造成不可 读取条码的结果通常表现为有限几个原因,包括低对比度、静区干 扰,阅读位置不当、打印或标记不一致,和损坏或变形。一旦不可 读条码的原因确定了,它可以通过简单的预防措施解决。在许多情况下,条码印刷和标记方法可以从开始生产就优化,，以确保高质 量的条码。但当无法保证生产出等级A的条码时，可靠的读码器 就变成优先选择,高性能解码能力强的激光扫描仪和读码器能确保每次良好的读取，可以保护公司最宝贵的时间和数据。
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基于激光雷达的道路与障碍检测研究扫描件.pdf 82页
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--------------------------Page1------------------------------国防科学技术大学硕士学位论文基于激光雷达的道路与障碍检测研究姓名：万忠涛申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：戴斌2010-11--------------------------Page2------------------------------国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要陆地自主车（AutonomousLandVehicle，简称ALV）作为智能机器人中的一种，在国防军事、民用交通及科研领域都有重大的研究价值和广阔的应用前景。本文旨在从理论和实践上对激光雷达在ALV环境感知中的应用方法和技术进行研究。本文完成的主要工作包括：1、结合激光雷达的平面扫描模型和扩展卡尔曼滤波算法，改进了路面检测算法，实现对单帧激光雷达数据的分类，并成功检测路面。本文提出一种基于序列激光雷达数据的道路提取方法，通过统计道路参数信息解决了路面雷达数据丢失的问题。2、采用自适应阈值最近邻聚类算法和基于高度差信息的障碍判定准则，完成了激光雷达障碍检测工作。3、基于专家系统和集成学习的思想，本文提出一种专家集成的道路与障碍检测方法，设计了障碍检测专家、路面提取专家，集成给出了道路与障碍检测结果，初步实现了基于激光雷达的道路与障碍检测。4、采用分步标定方法实现了单线激光雷达的标定，改进了激光雷达与图像外部标定方法，采用模拟退火方法优化外部标定矩阵，在减小标定工作量的同时提高了标定精度。实车实验结果验证了上述方法能够较好的检测路面，实现对道路与障碍的检测。主题词：陆地自主车激光雷达外部标定模拟退火道路检测障碍检测专家集成第i页--------------------------Page3------------------------------国防科学技术大学研究生院硕士学位论文ABSTRACTAsonekindofintelligentrobots,autonomouslandvehicle(ALV)hasgreatresearchvalueandbroadapplicationprospectsinthenationaldefense,civiliantrafficandscientificresearchfields.Thisdissertationcarriedouttheresearchonlaserrangefinder(LADAR)methodsandtechnologiesappliedinALVenvironmentunderstandingtheoreticallyandpractically.Themaincontributionsandinnovationsareasfollowing:1)Withplane-scanningmodelofladarandextendedkalmanfilteralgorithm,aroad-surfacedetectionalgorithmwasimproved.Theclassificationoftheladardatawasrealizedandtheladardatafromtheroadwassuccessfullyextracted.Basedonsequenceladardata,amethodofextractingroadregionswasproposed,whichsolvedtheproblemofladardatalosing.2)Withadaptivethresholdnearestneighborclusteringalgorithmandobstacledetectioncriteriabasedontheheightinformation,theobstacledetectionwascompleted.3)Basedonexpertsystemandensemblelearning,amethodofexpert-integratedroadandobstaclesdetectionwasproposed,andobstaclesdetectionexpertandroad-surfaceextractionexpertwasdesigned.Theresultsofroadandobstaclesdetectionwerepresented,androadandobstaclesdetectionbasedonladarwasrealized.4)Withdetachable-stepladarcalibrationalgorithm,theladarcalibrationwasrealized.Theextrin
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