Види двомірних 2D штрих-кодів. Різниця між стековими та матричними 2D штрих-кодами

Історія винаходу 2D - штрих-кодів

Багато років штрих-коди використовуються як ідентифікатори різних предметів та товарів, для декодування яких потрібні спеціальні пристрої - сканери штрих коду. В статті про історію створення штрих-коду ми описали часову шкалу появи машиночитаємого коду. Ідея автоматичної ідентифікації по штрих-коду полягає в тому, що упаковка/етикетка товару містить унікальний номер, закодований у вигляді чорних та білих смуг, який служить ключем до бази даних, де міститься докладна інформація про товар. Так, по штрих-коду дещо можна зрозуміти, наприклад країну походження. Про це ви можете почитати в нашій статті з таблицею штрих-кодів країн. Наприклад, знаючи який штрих код України, а саме перші цифри 482 - ви можете зрозуміти, що товар був виготовлений в Україні.

Але обмеження лінійних штрих-кодів в тому, що вони є ключом до бази даних і інформація про товар/предмет в різних компаніях може відрізнятися. Зв'язок із сховищем даних для отримання докладної інформації забезпечує сканер штрих-коду. Але багато користувачів потребували кодування більшого обсягу інформації. Їм був потрібний штрихкод, що виконує роль «портативної бази даних», а не ключа до неї. Ідея створення портативної бази даних почала розвиватися давно.

Перший крок до змін - штрих-коди Code 39 та Code 128

Ранні штрих коди (як і більшість штрих-кодів, що використовуються досі для ідентифікації товарів) складались тільки з цифр. Першим кроком на шляху до двовимірних штрихкодів став Code 39. Код 39 був розроблений Девідом Аллаєм і Реєм Стівенсом з компанії Intermec у 1974 році. Його відмінністю було те, що в нього можна закодувато як цифри, так і букви, а також деякі символи.

Після цього код переглядався і вдосконалювався для зменшення площі, необхідної для розміщення закодованої інформації. У 1981 році компанією Computer Identics Corporation був створений більш компактний Code 128.

Перший 2D код та сканер від Intermec

В 1988 році Intermec Corp. створює перший 2D стековий штрих-код Code 49. Для швидкого зчитування таких штрих-кодів в Intermec винайшли нові двовимірні сканери штрих-кодів.

Типи двовимірних символік

Сьогодні для опису цього нового класу символік використовуються кілька назв: двомірний - Two-dimensional code) або 2D code. Розділити їх можна на два класи – стекові та матричні.

Stacked symbology

Назви "стекова символіка" (stacked symbology) або "багаторядний код" (multi-row code) більш точно відображають сутність серії лінійних (1D) штрих-кодів, поставлених один зверху одного. Дані кодуються у вигляді кількох рядків штрихів і пропусків змінної ширини. Деякі приклади популярних двовимірних типів штрих-кодів: PDF417, MicroPDF417, Codablock і GS1 DataBar.

Matrix code

Назва матричний код (Matrix code) застосовується для позначення двомірних кодів, заснованих на розташуванні чорних цяток (елементів) усередині матриці. Кожен чорний елемент має певний розмір та позиція елемента кодує дані.

Різниця між 1D та 2D штрих кодами

Звичайний лінійний 1D штрихкод має "вертикальну надмірність", що означає, що та сама інформація повторюється по вертикалі. Це справді одновимірний штрихкод. Висота штрихів може бути зменшена без втрати інформації. Однак, вертикальна надмірність дозволяє штрих-коду, що має дефекти друку (наприклад плями або просвіти), зберігати читання. 

Двовимірний код містить інформацію як по горизонталі, так і по вертикалі. Фактично, будь-який друкований текст є аналогом двомірного коду. Оскільки обидва напрями містять інформацію, втрачається можливість використання вертикальної надмірності. Для запобігання втраті читання та забезпечення швидкості зчитування повинна використовуватись інша технологія. Боротьба з помилками забезпечується досить просто - більшість двомірних кодів використовують спеціальні контрольні суми, що дозволяють гарантувати достовірність інформації, що вводиться.

Історія розвитку 2D штрих кодів

Спочатку двомірні коди розроблялися для використання там, де недостатнього місця для розміщення звичайного штрихкоду. Першим застосуванням таких символів стали фасування лікарських засобів у охороні здоров'я. Ці фасування малі за розмірами та мають мало місця для розміщення штрих-коду. Електронна промисловість також проявила інтерес до кодів високої щільності та двомірних кодів у зв'язку із зменшенням розмірів елементів та виробів. Пізніше можливість кодування портативної бази даних зробила двомірні символіки привабливими додатків, у яких мінімізація розміру коду перестав бути основним вимогою. Наприклад, кодування імені, адреси, назви компанії, посилання на меню ресторану або адресу веб-сайту компанії.

Сьогодні розроблено понад 20 різних символік двовимірних штрих-кодів. Найбільш популярні коди PDF417, QR code, Datamatrix, Aztec.

PDF417

Стекова символіка PDF417 була введена в 1991 фірмою Symbol Technologies (зараз вона влилась в компанію Zebra Technologies). https://en.wikipedia.org/wiki/PDF417 PDF походить від скорочення Portable Data File (Портативний Файл Даних), штрихкодовий символ складається з 17 модулів, кожен з яких містить 4 штрихи та пробіли (звідси номер 417). Структура коду підтримує кодування максимальної кількості від 1000 до 2000 символів в одному коді при інформаційній щільності від 100 до 340 символів. Кожен код містить стартову та стопову групи штрихів, що збільшують висоту штрих-коду. Код PDF417 прочитується за допомогою спеціального лазерного або CCD-сканера. Для друку коду слід використовувати принтери з гарною роздільною здатністю (термотрансферні або термопринтери етикеток). Micro PDF417 походить від коду PDF417. Код має обмежений набір розмірів символів та фіксований рівень корекції помилок для кожного розміру символу.

Aztec Code

Aztec Code введений Енді Лонгейсром (Andy Longacre) у 1995 році. Aztec Code розроблений для легкого друку та легкого розшифрування. Штрихкод є квадратною матрицею з концентричними квадратами в центрі, які служать для визначення позиції коду щодо сканера і мірною лінійкою по краю коду. Найменший штрих-код Aztec має площу 15x15 модулів, найбільший - 151x151. Мінімальний код Aztec кодує 13 цифр або 12 букв, а максимальний – 3832 цифри, або 3067 букв, або 1914 байт даних. Крім даних, можна закодувати два службові символи. Символіка не потребує вільної зони навколо штрих-коду. Small Aztec Code є спеціальною портативною версією Aztec Code для кодування коротких повідомлень (до 95 символів).

Data Matrix

Код від фірми ID Matrix, що з’явився у 1987 році є двомірним кодом, розробленим для розміщення великого обсягу інформації на обмеженій площі поверхні. Штрих-код Data Matrix може зберігати від одного до 500 символів. Код може масштабуватися від 1-mil щільності до 14-дюймової площі. Це означає, що код Data Matrix має теоретичну максимальну густину 500 мільйонів символів на дюйм! На практиці щільність, звичайно, обмежується роздільною здатністю друкувальних пристроїв (принтерів етикеток) та можливостями зчитувальних пристроїв - сканерів штрих-кодів та терміналів збору даних. Код має кілька інших цікавих рис. Оскільки інформація кодується абсолютною позицією елемента всередині коду, код не такий чутливий до дефектів друку, як традиційний штрих-код. Схема кодування має високий рівень надмірності, дані розосереджені всередині символу штрихкоду. Це дозволяє зберігати читання коду під час його часткового пошкодження або втрати частини коду. Кожен код має вимірювальні лінійки, які виглядають суцільною лінією по одному краю символу і рівномірно розташовані квадратні точки однакового розміру по іншому краю. Ці лінійки використовуються визначення орієнтації і щільності коду. Існують два основні набори символів. Вони використовують згорнуте кодування для корекції помилок, Найбільш популярними для Datamatrix є маркування невеликих предметів, таких як електронні елементи та друковані плати електронних приладів. Ці програми використовують здатність Datamatrix розмістити приблизно 50 символів у коді розміром 3 мм і той факт, що код може бути прочитаний при 20% контрастності друку.

QR-код

QR-код (Quick response code) — це матричний двовимірний код для високошвидкісного читання, розроблений компанією DENSO WAVE у 1994 році. Він був зареєстрований у стандарті ITS AIMI у 1997 році. Micro QR-код був стандартизований у 2004 році Найменший елемент (чорний або білий квадрат) QR-коду називається «модулем». QR-код складається з комбінації чорних і білих модулів, шаблонів визначення положення, часових шаблонів, інформацію про формат, яка містить номери рівня виправлення помилок і маски, область даних і код виправлення помилок.

Положення QR-коду визначається за допомогою шаблонів визначення положення, які дозволяють високошвидкісне зчитування. Шаблони визначення положення розташовані в трьох кутах QR-кодів. (Micro QR має один такий.)

Використання 2D штрих кодів 

Наразі штрих-код PDF417 дуже широко використовується для кодування інформації на алкогольних та тютюнових виробах.  QR-код можна зчитувати смартфонами та іншими пристроями з камерою. QR-коди зазвичай використовуються для обміну посиланнями на веб-сайти, особливо з меню, контактною інформацією або здійснення платежів. Відсканувавши QR-код, клієнти можуть перейти прямо на цільову сторінку або зареєструватися в місці, не звертаючись до співробітника або звертаючись за підтримкою.

Сканування QR-кодів зросло на 57% у всьому світі, у 50 країнах із найвищими показниками сканування. Проникнення смартфонів сприяє сплеску сканування QR-кодів у всьому світі. За даними Statista, у 2022 році близько 89 мільйонів користувачів мобільних пристроїв у США використовували QR-коди, що на 26% більше, ніж у 2020 році.

Джерела:

https://en.wikipedia.org/wiki/Code_39

https://www.stonybrook.edu/commcms/libspecial/collections/manuscripts/aidc/aidchistory_allais.pdf

https://www.encyclopedia.com/books/politics-and-business-magazines/intermec-technologies-corporation

https://www.amazon.com/Barcode-Paul-V-McEnroe-ebook/dp/B0CCY9L8ZH

https://www.referenceforbusiness.com/history/He-Ja/Intermec-Technologies-Corporation.html#b

https://www.denso-wave.com/en/technology/vol1.html

https://www.findlight.net/blog/technology-behind-barcode-scanners/

https://tritonstore.com.au/what-is-code-49-barcode/

https://www.uniqode.com/blog/qr-code-insights/qr-code-trends-report/#:~:text=QR%20Code%20scans%20surged%20by,a%2026%25%20increase%20from%202020