二维机读ID质量的要素

现在，几乎所有产品都需要有唯一的ID（身份证明）用以跟踪，这一用途的标签通常是由自动的在线系统印出的。Code 39码和Code 128码作为标识产品ID的条形码已经使用很多年了，然而，当今技术的发展和质量管理的需求不可避免的对产品ID提出了更高的要求，有以下三方面的因素需要考虑。

1 由于产品越来越多，而且每个产品需要被跟踪的信息也越来越多，需要编码的数据量有了显著的增长。
2 线路板的尺寸已经越来越小了，元器件的密度相应提高，因此编码可用的空间缩小了。
3 为使产品更有竞争力，和所有部件一样，ID标签的成本也必须降低。

前两个因素使得提供高信息密度的ID标签变得十分必要。

二维编码的开发从20世纪80年代末就开始了，它能满足上述所有需求。但由于没有任何约束，到20世纪90年代已形成了30多种不同的二维编码体系。之后，工程组织认识到，从打印机、读取工具到软件，所有编码必不可少的技术设备的生产者和使用者都无法处理这些各不相同的编码。

为使其既明确又可靠，标准化委员会着手为二维编码体系建立标准。20世纪90年代后期，国际标准化组织中的三个工作组负责落实这一工作。

数据矩阵——条码到圆点的转换

通过这些努力，数据矩阵标准ECC200诞生了。这无疑是当今最前沿的编码，也是小型部件上机读标签的首选。很多不同的组织都已经声明推荐使用数据矩阵，包括汽车工业行动组织（AIAG）、电子工业协会（ EIA）、NASA和SEMI等。

对数据矩阵编码广泛的支持源于它明显的优势。首先，它能够在更小的空间提供高数据密度。而且它的大小可变，事实上，它可被复制成包含更多或更少信息的各种尺寸，适合于不同用途。另外，这种编码适合几乎所有印刷方式，包括胶版和热转印，甚至可以直接用喷墨打印或光刻。

经验证，数据矩阵编码在低对比度和任意角度旋转的条件下无须特殊设备就可读取。它可用来对字母和数字编码，实现电子数据转换。由于内建了自动查错/纠错功能，它的读取可靠性很高。再加上对空间的需求极小，数据矩阵编码高度的灵活性引起了很多电子产品生产商的兴趣。

编码结构

当使用喷墨打印机直接印刷和光刻时，有一些条件需要考虑。这些条件取决于编码的结构，决定了实际应用的成败。

数据矩阵编码由三部分组成——定位图案（finder pattern）、交替图案（alternating pattern）和数据区——每一部分都有具体的功能，如图1所示。

图1 数据矩阵编码的三部分：定位图案（黑色）、交替图案（红色）和数据区（灰色）

定位图案定义了编码的空间位置和尺寸，也有助于识别其可能产生的扭曲。交替图案定义了行和列，显示了矩阵中数据的密度，并有助于调节弯曲。数据区包含了数据，还提供了纠错功能。

定位图案和交替图案首先由其功能决定，如果这两部分出了问题，编码就无法读取了。L形定位图案由两条相连的、轮廓清晰的直线段组成。交替图案由离散的单元组成。

确保编码可读

为增强数据矩阵编码的可读性，当印刷或光刻时保证达到最低的质量要求是非常重要的。图2所示的喷墨打印的标签用来描述在实际中会出现的偏差，整个图案是由墨点而非标准的正方形组成。三个可能发生的主要的问题包括定位图案的不连续、交替图案的弯曲和数据单元的偏差。

当组成矩阵边缘的半圆没有在一条直线上，定位图案就会产生不连续。当有个别墨点出现，特别是组成交替图案的一部分墨点也缺失时，交替图案就有可能出现弯曲。当个别数据明显偏离网格的中心，就将调动编码的纠错能力进行校准。

图2 数据矩阵编码产生的常见偏差

改善了的解码算法能确保产生上述这些错误的数据矩阵编码可读。当印刷等原因导致编码不清晰时，冗余纠错能确保编码可读且可靠。

然而，我们还是应该使用精良的印刷技术，尽量保证编码的可读性，而不是依赖于纠错能力。这也是认真定义保证编码可读的最低质量要求的原因。

图3 描述了印刷中需要考虑的关键因素。如图3（a）所示，如果一个单元所占的面积太小，以至于无法被传感器检测到，就会被表示成“0”而不是“1”。反之，如果它的面积太大，周围应该是“0”的单元有可能被误认为“1”。以上这两种情况都会发生真实值被替换的错误。

图3 与印刷质量相关的重要因素

编码点偏离其理想的中心点也会引起一些问题，如图3（b）所示。考虑编码点落在两个中心点正中间的极限情况，这时就无法认定该点在矩阵中的确切位置。因此，编码点的最大偏移量不能超过25%。

图3（c）所示的正方形编码单元是理想的情况。如果用圆点代替正方形，则所占的面积稍小。假设圆点的直径与正方形的边长相同，则其面积比正方形小20%，大多数算法都是允许的。

实现数据矩阵编码的手段

实现数据矩阵编码有两种手段——贴标签和直接标记。伴随着传统的编码系统，标签作为编码的载体使用了很长时间。但是新的编码技术使得我们有必要重新做出选择。

在几个重要的方面，数据矩阵编码与传统的编码方式有区别。数据矩阵编码包含很多独立的编码点，只需简单的区分；与编码点之间的联系没有它们代表的意义那么重要。数据矩阵编码空间关系的自由度使得直接标记（如喷墨打印或光刻）成为更容易接受的方法。

当然，贴标签和直接标记各有利弊，表1给出它们的比较。