作者：Jens Wallmann

工厂自动化和货物跟踪系统设计人员需要能够读取热敏打印、激光雕刻或金属点阵等代码标签类型的光学条形码阅读器。解码传送带上快速移动且变化的代码标签需要读取器具有低延迟、高分辨率图像处理能力，能够准确解码损坏或脏的条形码。尽管照明条件不利、标签方向不可预测以及标签几何形状不均匀，但阅读器必须在恶劣的环境中可靠地运行。

为了满足这些需求，同时满足成本和时间限制，工业工厂设计人员可以使用现成的条形码阅读器，这些阅读器可以轻松配置以适应各种目标应用。

本文简要讨论了条码标准和阅读器要求，然后介绍了欧姆龙自动化和安全公司合适的基于图像的条码阅读器，这些阅读器可在现场轻松配置，并受到各种彩色光和滤光器模块的支持。本文讨论了支持的代码标准、布线以及如何配置读者的软件。

条形码标准的类型

条形码有多种类型，每种都有独特的功能和要求。图 1 显示了线性 (1D) 条形码、堆叠线性、矩阵 (2D) 和点码符号的示例，以及在具有不同对比度和分辨率质量的不同材料上直接零件打标 (DPM) 的照片。

图 1：读码器需要支持各种代码，包括线性 (1D) 条形码、堆叠线性条形码、二维矩阵符号和点码符号(顶部)。 DPM 具有各种对比度和分辨率特性(底部)。 (图片来源：欧姆龙)

图 2 右侧的 2D 矩阵说明了 QR 码的结构：四个方形参考标记定义代码标签的读取方向，而两个斑马条纹表示读取时钟。超过一半的单元包含用户数据字;其余的作为纠错冗余。

图 2：QR 码向数据字添加纠错以及参考和时钟标记(左)。可调节的纠错级别可以重建 7% 到 30% 的丢失符号区域(右)。 (图片来源：欧姆龙)

如果使用 Reed-Solomon 算法生成 QR 码符号，则纠错可以重建 7% 到 30% 的丢失符号区域，具体取决于所选级别(图 2，右)。根据 ISO/IEC 24778，Aztec 码是一种适用于空间受限应用的 2D 点阵码，可以在任何方向上读取，并指定 5% 至 95% 的可调节误差校正。

集成图像处理的基于图像的条码读取器

Omron 的紧凑型 MicroHAWK V430-F系列条码阅读器就是一个很好的例子，它展示了阅读器的先进性和功能。这些阅读器可以在充满挑战的工厂环境中可靠地读取各种表面上的各种矩阵条形码。它们使用强大的纠错算法以高达每秒 60 帧 (fps) 的速度解码损坏和不完整的符号。先进的光学器件将单色或彩色图像传感器与高达 5 兆像素 (MP) 的分辨率以及各种固定或自动对焦选项相结合。

V430 -F000L12M-SRX单色条码读取器的分辨率为 1280 x 960 像素 (1.2 MP)(图 3)。它集成了一个景深为 1160 毫米 (mm) 的自动对焦镜头、八个红色聚光 LED 和一个 800 兆赫 (MHz) 图像处理器，全部集成在一个尺寸为 44.5(宽)x 25.5(高)x 56.9(深)毫米的封装中。

图 3：所示为带有集成照明的 V430-F000L12M-SRX 读码器(左)，并通过 LED 环和扩散器模块进行扩展(右)。 (图片来源：欧姆龙)

V430-F 阅读器具有 IP67 防护等级，可以在工业生产区域轻松进行现场安装和配置。板载图像处理可捕获一维、二维和点阵码，并在对比度较差的条件下检测 DPM。其错误和图像处理算法可以解码损坏、肮脏、模糊或扭曲的代码标签，并将其输出为纯 ASCII 文本。

V430-F 系列的一些重要特性包括：

代码标准支持：

ISO/IEC 15415：DataMatrix(ECC200、GS1)、QR 码、Micro QR

ISO/IEC TR 29158：DataMatrix(ECC200、GS1)

ISO/IEC 15416：代码 128/GS1-12、UPC/EAN (JAN)、ITF、代码 39、代码 93、Codabar

ISO/IEC 16022：数据矩阵(ECC200、GS1)

三种分辨率选项：

752 x 480 (0.3 MP) 或 1280 x 960 (1.2 MP) 单色，以及 2592 x 1944 (5.0 MP) 彩色

50 至 300 毫米自动对焦、75 至 1200 毫米自动对焦和定焦

焦距：广角、中焦或窄/长

读取周期为 32 毫秒 (ms)，帧速率高达 60 fps

电源电压为 5 至 30 伏，可选以太网供电 (PoE)(模式 B)，电流消耗为 180 毫安 (mA) @ 24 伏

三个由光耦合器隔离的输入/输出 (I/O) 控制端口

通过 RS-232、TCP/IP、以太网/IP 或 Profinet 进行通信

最多可连接八个读卡器的菊花链

WebLink 图形用户界面 (GUI)，用于基于浏览器的配置和监控

V430 -F000W12M-SRP版本使用广角镜头，并在其图像处理固件中提供Plus模式，而不是X模式纠错。 Plus 模式适用于标签等高对比度代码，而 X-Mode 先进的符号定位、分析和重建算法使其适用于所有标签，包括低打印级代码和 DPM。 F430 系列设备具有双重功能，这意味着它们可以同时作为条形码读取器和视觉检测系统运行。

附加模块提高对比度

F430 系列提供多种选项来满足应用需求。例如，易于安装的附加模块，例如带有 8 个或 24 个红色、白色、蓝色或红外 LED 的环形灯 ( V430-AL )，扩展了条码读取器的对比度范围。此外，颜色和偏振滤光片以及扩散器 ( V430-AF ) 还可减少来自光滑表面的杂散光和眩光(图 4)。

图 4：漫射器和偏振滤光片可减少反射和杂散光，从而提高对比度并减少读取错误。 (图片来源：欧姆龙)

连接条形码阅读器

V430-F 条码阅读器有两个 M12 插座和多个连接选项(图 5)。通信插座允许主机 PC 通过以太网/IP、TCP/IP 或 Profinet 读取解码数据，配置和监控条码读取器，并可选择通过 PoE(模式 B)供电。第二个插头连接到用于过程控制的可编程逻辑控制器 (PLC)，并包括触发输入、RS-232 接口和三个 I/O 切换信号。它还用于为 V430-F 供电。条码阅读器的解码数据读取、配置和监控也可以通过 V430-F 的 RS-232 终端完成。

图 5：V430-F 条码阅读器连接选项包括以太网、I/O 控制线、RS-232 和电源线。 (图片来源：欧姆龙)

Omron 为 V430 系列 ( V430-W ) 提供配置的以太网、I/O 和 RS-232 电缆。当 V430-F 与外围组件(例如光电传感器、辅助 LED 灯和电源)一起安装时，98-000103-02 接口提供了一个有用的四路分配点。

WebLink 用户界面

与条形码阅读器集成的 WebLink 服务器为用户提供了一个 GUI，通过在浏览器中输入 http://192.168.188.2 即可调用该 GUI。设计人员可以从这里控制、监控、配置和读取 V430-F。

图 6：可以通过 WebLink 用户界面控制、读取和配置 V430-F。 (图片来源：欧姆龙)

<开始>选项卡包含所有连接的阅读器的特定于型号的信息，并且是创建配置文件的起点。 <设置>选项卡在左侧显示重要的配置设置，而中间区域显示相机图像并提供图像处理工具来定义条形码捕获区域。右侧的输出窗口连续显示解码后的条形码数据字，也可以通过 WebLink 终端进行跟踪或通过 RS-232 接口读出。

配置参数

为了显着加速解码，设计人员可以精确界定检测区域，定义预期的代码类型并优化设置图像处理算法。他们还可以修改解码数据字的输出格式并插入、交换或提取字符。

通过终端命令行使用 K 命令或直接更改 WebLink 菜单项<高级设置>中的值，设计人员可以配置以下功能区域的参数：相机设置、通信、读取周期、符号体系、I/O、符号质量、匹配字符串、诊断、图像存储和配置数据库。

一旦在相机观察区域中制作了感兴趣窗口 (WOI) 部分，所有相关的代码标签区域(称为感兴趣区域 (ROI))就会在内部定义。最多可以在配置数据库中以代码方式配置最多 10 个这样的 ROI。在<运行>模式下，V430-F 可以在这些参数组之间切换。

各种特殊算法可以改善较差的符号质量，并通过<高级解码参数>菜单项进行配置：

2D 损坏模式可以解码网格对齐扭曲或单元配准不良的符号。左上角的图 7 显示了其工作原理。该功能可通过串行命令 启用(0/1 = 禁用/启用)。

尝试形态学操纵应用形态学膨胀或腐蚀并尝试解码。图 7 的右上角显示了它如何增强信号强度并降低噪声。该算法通过串行命令启用。

图 7：损坏模式、形态学和放大/缩小等图像处理算法甚至可以解码较差的图像质量。 (图片来源：欧姆龙)

Curved 2D专为数据矩阵和 QR 码符号而设计。

如果红线和绿线之间的长度比(如图 8 所示)大于 20:1，则将激活 Curved 2D 算法。该功能通过串行命令启用。

图 8：Curved 2D 图像处理算法自动检测弯曲代码标签并在解码前对其进行纠正。 (图片来源：欧姆龙)

符号质量将根据 ISO/IEC 15416 输出从 A 到 F 等级的详细评估。可以使用串行命令。串行命令 以文本报告响应，该报告总结了 ISO/IEC15416 的分级(表 1)。

表 1：串行命令 使用总结 ISO/IEC15416 分级的文本报告进行响应。 (表来源：欧姆龙)

结论

紧凑型基于图像的 V430-F 系列读码器能够在充满挑战的工厂环境中高速、可靠地解码不同表面上的各种代码标准。如图所示，强大的集成图像处理功能可以通过浏览器轻松配置，使设计人员无需专业的图像处理经验即可启动并运行条形码阅读器。