что зашито в штрих коде
Как устроен штрихкод?
Со штрихкодами современный человек сталкивается каждый день, даже не задумываясь об этом. Когда мы покупаем в супермаркете продукты, их коды считываются именно с помощью штрихкода. Также посылки, товары на складах, и прочее и прочее. Однако, мало кто знает, как же реально это работает.
Как устроен баркод, и что закодировано на этой картинке?
Попробуем разобраться, заодно напишем декодер таких кодов.
Введение
Использование штрихкодов имеет давнюю историю. Первые попытки автоматизации начинались еще в 50х, патент на устройство считывания кодов был получен в 1952г. Инженер, занимавшийся сортировкой вагонов на железной дороге, захотел упростить процесс. Идея была очевидной — кодировать номер с помощью полос и считывать их с помощью фотоэлементов. В 1962г коды стали официально использоваться для идентификации вагонов на американской железной дороге (система KarTrak), в 1968 прожектор заменили лазерным лучом, что позволило повысить точность и уменьшить размер считывателя. В 1973г появился формат «универсального кода продукта» (Universal Product Code), и в 1974 с использованием сканера кодов был продан первый продукт (жевательная резинка Wrigley’s — это же США;) в супермаркете. В 1984 треть магазинов использовали штриходы, в России же они начали использоваться примерно с 90х годов.
Разных кодов под разные задачи сейчас используется довольно много, к примеру, последовательность «12345678» может быть представлена такими способами (и это еще не все):
Приступим к побитовому разбору. Далее, все ниженаписанное будет относиться к виду «Code-128» — просто потому, что его формат довольно простой и понятный. Желающие поэкспериментировать с другими видами, могут открыть онлайн-генератор и посмотреть самостоятельно.
На первый взгляд штрихкод кажется просто беспорядочной последовательностью линий, на самом деле, его структура четко фиксирована:
1 — Пустое место, нужное для четкого определения начала кода
2 — Стартовый символ. Для Code-128 возможны 3 варианта (называемых А, В и С): 11010000100, 11010010000 или 11010011100, им соответствуют разные кодовые таблицы (подробнее в Википедии).
3 — Собственно код, содержащий нужные нам данные
4 — Контрольная сумма
5 — Стоп символ. Для Code-128 это 1100011101011.
6(1) — Пустое место.
Теперь о том, как кодируются биты. Тут все очень просто — если взять ширину самой тонкой линии за «1», то линия двойной ширины даст код «11», тройная «111», и так далее. Пустое место будет «0» или «00» или «000» по тому же самому принципу. Желающие могут сравнить стартовый код на картинке, чтобы убедиться что правило выполняется.
Теперь можно начинать программировать.
Получаем битовую последовательность
В принципе, это самая сложная часть, и разумеется, алгоритмически ее можно реализовать по-разному. Не уверен, что приведенный ниже алгоритм оптимальный, но для учебного примера его вполне достаточно.
Для начала загрузим изображение, растянем его по ширине, возьмем из середины изображения горизонтальную линию, преобразуем ее в ч/б и загрузим в виде массива.
На штрихкоде черному соответствует «1», а в RGB наоборот, 0, так что массив нужно инвертировать. Заодно вычислим среднее значение.
Запускаем программу, чтобы убедиться, что баркод загружен корректно:
Теперь нужно определить ширину одного «бита». Для этого мы выделим начало стартовой последовательности «1101», записывая моменты перехода графика через среднюю линию.
Мы записываем только переходы через середину, так что код «1101» будет записан как «101», но нам этого достаточно чтобы узнать его ширину в пикселах.
Теперь собственно декодирование. Находим очередной переход через середину, и определяем число бит, попавших в интервал. Поскольку совпадение не абсолютное (код может быть слегка изогнут или растянут), используем округление.
Не уверен что это оптимальный вариант, возможно, есть способ лучше, желающие могут написать в комментариях.
Если все было сделано правильно, то мы получаем на выходе примерно такую последовательность:
11010010000110001010001000110100010001101110100011011101000111011011
01100110011000101000101000110001000101100011000101110110011011001111
00010101100011101011
Декодирование
Здесь никаких сложностей в принципе, нет. Символы в Code-128 кодируются 11-битным кодом, который имеет 3 разновидности (А, В и С) и может хранить либо разные кодировки символов, либо цифры от 00 до 99.
В нашем случае, начало последовательности 11010010000, что соответствует «Code B». Было жутко влом вбивать вручную все коды из Википедии, поэтому таблица была просто скопирована из браузера и ее парсинг был тоже сделан на Python (hint: на продакшене так делать не надо).
Теперь осталось самое простое. Разбиваем нашу битовую последовательность на 11-символьные блоки:
Наконец, формируем строку и выводим ее на экран:
Ответ на то, что закодировано в таблице, приводить не буду, пусть это будет домашним заданием для читателей (использование готовых программ для смартфонов будет считаться читерством:).
В коде также не реализована проверка CRC, желающие могут сделать это самостоятельно.
Разумеется, алгоритм неидеален, и был написан за полчаса. Для более профессиональных целей есть готовые библиотеки, например pyzbar. Код с использованием такой библиотеки займет всего 4 строчки:
(предварительно нужно установить библиотеку, введя команду «pip install pyzbar»)
Дополнение: о подсчете CRC написал в комментариях пользователь vinograd19:
Интересна история контрольной цифры. Она возникла эволюционно.
Контрольная цифра нужна для того, чтобы избежать неправильного декодирования. Если штрихкод был 1234, а его распознали как 7234, то нужна валидация, которая предупредит замену 1 на 7. Валидация может быть неточная, чтобы хотя бы в 90% невалидные номера определялись заранее.
1-й подход: Давайте просто возьмем сумму. Чтобы в остатке от деления на 10 был 0. Ну то есть первые 12 символов несут информационную нагрузку, а последняя цифры подбирается так, чтобы сумма цифр делилась на 10. Декодируем последовательность, если сумма не делится на десять — значит декодировали с багом и нужно сделать это еще раз. Например, код 1234 — валидный. 1+2+3+4 = 10. Код 1216 — тоже валидный, а вот 1218 — нет.
Это позволяет избежать проблем с автоматикой. Однако в момент создания штрихкодов был фоллбек в виде набивания номер на клавишах. И там есть плохой кейс: если поменять порядок следования двух цифр, то контрольная сумма не меняется, и это плохо. То есть если штрихкод 1234 был вбит как 2134, контрольная сумма сойдется, а вот номер мы вбили неправильный. Оказывается, неправильный порядок цифр — это распространенный кейс, если стучать по клавишам быстро.
2-й подход. Хорошо, давайте сумму сделаем чуть сложнее. Чтобы цифры на четных местах учитывались дважды. Тогда при изменении порядка, сумма точно не сойдется к нужной. Например код 2364 валидный (2 + 3+3 + 6 + 4+4 = 20), а код 3264 — невалидный (3+ 2+2 + 6 + 4+4 = 19). Но тут оказался еще один плохой пример вбития. Некоторые клавиатуры такие, что десять цифр располагаются в два ряда. первый ряд 12345 и под ним второй второй ряд 67890. Если вместо клавишы «1» нажать правее клавишу «2», то контрольная сумма предупредит неправильный ввод. А вот если вместо клавишу «1» нажать ниже клавишу «6» — то может не предупредить. Ведь 6=1+5, и в случае когда эта цифра стоит на четном месте при вычислении контрольной суммы, мы имеем 2*6 = 2*1 + 2*5. То есть контрольная сумму увеличилась ровно на 10, поэтому ее последняя цифра не изменилась. Например контрольные суммы кодв 2134 и 2634 одинаковые. Та же ошибка будет, если мы вместо 2 нажмем 7, вместо 3 нажмем 8 и тд.
3-й подход. Ок, давайте что ли возьмем опять сумму, только цифры, стоящие на четных местах будем учитывать… трижды. То есть код 1234565 — валидный, потому как 1 + 2*3 + 3 + 4*3 + 5 + 6*3 +5 = 50.
Описанный способ стал стандартом вычисления контрольной суммы EAN13 за небольшими правками: число цифр стало фиксированным и равно 13, где 13-ая — это та самая контрольная цифра. Цифры на нечетных местах считаются трижды, на четных — один раз.
Заключение
Как можно видеть, даже такая простая вещь как штрихкод, имеет в себе немало интересного. Кстати, еще один лайфхак для тех, кто дочитал до сюда — текст под штрихкодом (если он есть) полностью дублирует его содержание. Это сделано для того, чтобы в случае нечитабельности кода, оператор мог ввести его вручную. Так что узнать содержимое штрихкода обычно просто — достаточно посмотреть на текст под ним.
Как подсказали в комментариях, наиболее популярным в торговле является код EAN-13, битовое кодирование там такое же, а структуру символов желающие могут посмотреть самостоятельно.
Если у читателей не пропал интерес, отдельно можно рассмотреть QR-коды.
Что зашито в штрих коде
Все мы хорошо знаем, что сканер при этом считывает данные штрихового кода, нанесенные на ярлык или этикетку на одежде, обуви, продуктах питания и других товарах, продаваемых в розничной торговле. Однако не многие задумывались — как такой объем информации можно разместить на столь малой печатной площади, которую занимает штрих-код на этикетке.
Но оказывается, штрих-код вовсе и не содержит в себе данные о товаре — это всего лишь графическое изображение международного уникального номера товара, пригодное для автоматизированного или визуального считывания, а все сведения о товаре заложены в память сервера торгового предприятия, откуда они просто вызываются при считывании штрихового кода!
Помимо штрих-кодов с уникальными номерами товара, можно встретить штрих-коды с индивидуальной информацией предприятия изготовителя и штрих-коды, предназначенные для автоматизации складской обработки продукции, упакованной в различные виды тары (коробки, ящики, мешки и т.д.), а также специальные штриховые коды, используемые для самых разных операций по контролю и учёту.
История изобретения.
Сильвер поделился этим вопросом со своими друзьями — Норманом Джозефом Вудландом и Джордином Джохэнсоном. Втроём они разработали систему маркировки продукции, основанную на использовании ультрафиолетовых чернил. Однако она оказалась не очень удачной, так как чернила были достаточно дороги и кроме того быстро выцветали на этикетке.
Озарение пришло к Сильверу, как это нередко бывает с изобретателями долго и упорно размышляющими о проблеме, в самом неожиданном месте — на пляже. Он сформировал свой первый штриховой код начертив на песке несколько символов азбуки Морзе: «Я только расширил точки и тире вниз и сделал из них узкие и широкие линии». Для считывания штрих-кода Сильвер приспособил технологию оптического саундтрека (звуковой дорожки), используемую для записи звука к кинофильмам.
В 1949 году Сильвер и Вудланд подали заявку в Патентное ведомство США на признание системы идентификации товаров с использованием штрих-кодов изобретением, а в 1951 году попытались привлечь к реализации своей идеи компанию IBM. Эксперты IBM, хотя и признали перспективность данной технологии, но сочли, что её воплощение в жизнь будет чрезмерно технически сложным и отвергли её, сославшись на то, что на данный момент компания не располагает достаточными временными ресурсами для проведения всех необходимых работ. В 1952 году изобретатели получили Патент и продали его компании Филко (в дальнейшем известную как Гелиос Электрик Компани), которая в том же году перепродала его компании RCA.
Первой покупкой с использованием штрих-кода, нанесённого на этикетку, стала упаковка жевательной резинки Wrigley. Она была совершена в супермаркете «Марш» города Трой в штате Огайо 26 июня 1974 года в 8 часов 01 минуту утра. В настоящее время эта упаковка «жвачки» вместе с чеком хранятся в музее американской истории Смитсоновского института.
Виды штриховых кодов.
Изобретение Сильвера и Вудланда стало основой для разработки целой серии систем, использующих так называемые линейные (или «полосковые) штрих-коды. Такие коды считываются сканером при его горизонтальном перемещении над изображением штрих-кода.
Наиболее распространенным стандартом штрихового кодирования продукции и товаров является в настоящее время система EAN (European Article Number — Европейский Номер Товара), разработанная на основе американской системы UPC (Universal Product Code — Универсальный Код Товаров).
Номера продукции по классификации EAN присваиваются региональными (национальными) представительствами международной организации, ведающей вопросами стандартизации учёта и штрихового кодирования логистических единиц — GS1.
Существует три разновидности кода EAN:
Штриховые коды EAN-8 используются для нанесения на изделия малых габаритов, на которых стандартные коды EAN-13 просто не умещаются физически, а также при проведении логистических и сортировочных операций с использованием быстродвижущихся конвейеров — сокращенный размер кода на этикетке снижает вероятность его ошибочного считывания.
Формат EAN-128 предназначен для передачи информации о товаре не потребителям, а другим промышленными предприятиями. Число 128 в названии кода означает не его длину, как в кодах EAN-8 и EAN-13, а то, что в нем используется словарь Code-128 и группы кодов, а сама длина не регламентирована. Код может содержать разнообразную информацию, например, код товара, сроки годности, размеры, объём, код партии производителя и т.д.
В данной статье мы подробно рассмотрим код EAN-13, так как именно он массово используется для маркировки продукции легкой промышленности.
Штриховой код EAN-13.
Код EAN-13 состоит из 13 комбинаций штрихов различной ширины, размещенных на различном расстоянии друг от друга. Каждая комбинация шифрует одну из арабских цифр от ноля до девяти.
Арабские цифры распечатываются ниже их штрихового изображения для того, чтобы дать возможность визуального считывания кода в случае его физического повреждения, сдавшего невозможным считывание с использованием сканера.
Штрих-код ограничен двумя краевыми знаками — удлиненными тонкими штрихами, а также разделён удлинёнными штрихами на две части — левую и правую. Разделение штрих-кода на части предназначено для дополнительной проверки корректности считывания кода специальным алгоритмом, в который мы не будем углубляться.
Следует отметить, что код страны, указанный в штрих-коде EAN-13, совсем не обязательно совпадает с кодом страны происхождения. Дело в том, что получение штрих-кода дело добровольное и производитель может получить его в любом национальном подразделении GS1. Например, самоклеящаяся этикетка напитка Кока-Кола, производимого в Москве, несёт на себе код Бельгии (54), так как европейское подразделение компании The Coca-Cola Company зарегистрировало штрих-код в Брюсселе.
В таблице приведены префиксы некоторых стран, входящих в систему EAN.
| Код | Страна | Код | Страна |
| 00-09 | США и Канада | 64 | Финляндия |
| 30-37 | Франция | 690 | КНР |
| 380 | Болгария | 70 | Норвегия |
| 383 | Словения | 729 | Израиль |
| 385 | Хорватия | 73 | Швеция |
| 400-440 | Германия | 750 | Мексика |
| 460-469 | Россия | 759 | Венесуэла |
| 471 | Тайвань | 76 | Швейцария |
| 474 | Эстония | 770 | Колумбия |
| 475 | Латвия | 773 | Уругвай |
| 477 | Литва | 775 | Перу |
| 482 | Украина | 779 | Апгентина |
| 484 | Молдова | 780 | Чили |
| 489 | Гонконг | 786 | Эвадор |
| 45 и 49 | Япония | 789 | Бразилия |
| 50 | Великобритания | 80-83 | Италия |
| 520 | Греция | 84 | Испания |
| 529 | Кипр | 850 | Куба |
| 535 | Мальта | 858 | Словакия |
| 539 | Ирландия | 859 | Чехия |
| 54 | Бельгия и Люксембург | 860 | Югославия |
| 560 | Португалия | 869 | Турция |
| 569 | Исландия | 87 | Нидерланды |
| 57 | Дания | 880 | Южная Корея |
| 590 | Польша | 885 | Таиланд |
| 599 | Венгрия | 888 | Сингапур |
| 600-601 | ЮАР | 890 | Индия |
| 611 | Марокко | 893 | Вьетнам |
| 613 | Алжир | 90-91 | Австрия |
| 619 | Тунис | 93 | Австралия |
| 94 | Новая Зеландия | 955 | Малайзия |
Обратите внимание, что коды, начинающиеся с цифры «2» не входят в систему EAN, а предназначены для внутреннего использования отдельными предприятиями. Так, магазин или склад может использовать их для внутреннего пользования при маркировке товаров, не имеющих кода EAN-13. Разумеется, такие коды могут быть не уникальными.
Национальные представительства GS1 имеют право корректировать количество цифр, отводимое на номер предприятие и номер продукции. Главное, чтобы общее количество цифр было равно двенадцати, а полученный штрих-код был уникальным в глобальном масштабе.
Контрольное число (13-я цифра в коде) служит для проверки корректности считывания кода сканером.
После сканирования этикетки компьютер вычисляет контрольное цисло и сравнивает его с последней цифрой штрихового кода. Если результаты совпадают, то считывание признаётся успешным.
Штриховой код ITF-14.
Для автоматизации складского учета товаров, помещенных в индивидуальную или групповую транспортную упаковку применяется штриховой код ITF-14 (от английского Interleaved Two of Five). По штрих–коду ITF-14 компьютерная система учета определяет не только вид товара, помешенный в упаковку, но и его количество, которое однозначно соответствует виду упаковки. Другими словами, группа кодов ITF-14 является надмножеством кодов EAN-13 и отличается от них добавлением первой дополнительной цифры, обозначающий вид транспортной упаковки (например, 1 — коробка, 2 — ящик и т.д.).
Как и в коде EAN-13, последняя цифра в коде ITF-14 является контрольной, но определяется она не по всем предыдущим цифрам, а только по 12 из них, следующим за первой.
Обычно код ITF-14 наносится на упаковку в виде наклейки, но в виду того, что он значительно крупнее кода EAN-13, возможно его нанесение непосредственно на поверхность упаковки с использованием трафарета. На упаковки размером до 40х30х20 см и весом до 5 кг, штриховой код ITF-14 наносится только на одну сторону упаковки, а при размерах и весе, превышающих вышеуказанные — на три стороны (боковые и верхнюю плоскости).
Технические требования к нанесению штрих-кодов.
Рекомендуемые (номинальные) размеры штрихового кода EAN-13:
Рекомендуемые (номинальные) размеры штрихового кода ITF-14.
Не допускается увеличение размеров ITF-14 более, чем 100% и уменьшение не более, чем на 75%.
Соблюдение вышеописанных требований к размером штриховых кодов обязательно, если Вы хотите самостоятельно изготовить макет этикетки.
Сочетания цветов при нанесении штрих-кода.
Процесс считывания штрихового кода основан реагировании сканером на чередование тёмных и светлых полей, поэтому контрастность перехода от полоски кода к фону должна быть достаточной для уверенного распознавания этого перехода. Наилучшим сочетанием цветов для 100-процентного распознавания штрих-кода с использованием красного луча сканера являются чёрный цвет штрихов и белый цвет фона.
Однако дизайнерские решения этикетки или упаковки продукции могут войти в конфликт с требованием чёрно-белого исполнения штрих-кода.
В этом случае можно воспользоваться рекомендуемыми сочетаниями, приведенными в таблице, а также запретить дизайнеру использование некоторых цветовых комбинаций.
| Синий на белом | Коричневый на белом | Чёрный на белом | Зелёный на белом |
| Синий на жёлтом | Коричневый на жёлтом | Чёрный на жёлтом | Зелёный на жёлтом |
| Синий на оранжевом | Коричневый на оранжевом | Чёрный на оранжевом | Зелёный на оранжевом |
| Синий на красном | Коричневый на красном | Чёрный на красном | Зелёный на красном |
| Чёрный на зелёном | Чёрный на синем | Чёрный на зелёном | Черный на коричневом |
| Красный на зелёном | Красный на синем | Чёрный на золотом | Оранжевый на золотом |
| Красный на золотом | Красный на светло-коричневом | Синий на зелёном | Жёлтый на белом |
| Красный на белом | Светло-коричневый на белом | Золотой на белом | Оранжевый на белом |
Вверх ↑
Как получить штриховой код EAN?
Для того, чтобы получить коды EAN на свою продукцию, предприятию-производителю необходимо вступить в Национальную организацию товарной нумерации — Ассоциацию автоматической идентификации GS1 RUS (ГС1 РУС).
© Типография «Два клёна», 2016.
При перепечатке ссылка на сайт типографии «Два клёна» обязательна.