CN101512561A - 条形码认证 - Google Patents

Abstract

一种用于将次级信息嵌入包括初级信息的条形码中的方法，所述方法包括：改变所述码的条或像素中的所选条或像素的外围、和/或将所述条或像素的至少一些的外围改变不同量、和/或改变所述条或像素的至少一些的外围形状。

Description

条形码认证

技术领域

本发明涉及条形码认证/安全的改进。具体地，本发明涉及可以在防伪造措施中用于对条形码进行认证的次级信息的添加。

背景技术

品牌所有者在产品追踪系统中通常使用机器可读标签。已知标签包括条形码、射频标识(RFID)标签等。要追踪的产品每个都配有具有通过扫描或之后读取标签便可检索的唯一标识信息的标签。尽管这些追踪设置是有用的，但是许多仍然容易受到伪造。已经做出一些尝试来克服这些问题。不幸地，然而，许多已知的防伪造解决方案需要引入新的材料和另外的阅读器技术。这证明是广泛采用该项技术的极大的障碍。

WO2004/097714描述了包括嵌入的安全特征的条形码。在WO2004/097714中描述的系统利用其它已知的防伪造系统对解决其中一些问题是有用的。

CN1558595A描述了使用数字签名和数字水印用于产生和验证线性条形码的方法。在这种方法中，将码中的每个条的宽度调制相同量。然后将该宽度调制用作用于认证条形码的方式。尽管这些技术可以是有用的，但是仍存在对用于改进条形码整体性的简单机制的需要。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种方法，包括通过改变码的条或像素中的所选条或像素的外围、和/或通过将条或像素的至少一些的外围改变不同量、和/或通过改变条或像素的外围形状，来将次级信息嵌入包括初级信息的条形码中。

优选地，对外围的任何改变是眼睛难以识别的，从而该或每个条看起来是常规形状。至少一个条的外围的改变包括使至少一个条的外围处或附近变形。

针对1D线性条形码，优选地，包括次级信息的条具有从没有次级信息的条的单位宽度X改变了少于X/10的宽度。

可以使用变形功能将次级信息嵌入条的外围中。变形功能可以应用在整个条形码上。可选地，该功能可以应用在部分的码上。

条的形状可以根据常规码的形状而改变。例如，包括次级信息的条可以具有梯形的形状或至少一个弯曲边。可选地或附加地，可以将至少一个条或像素的至少一个角磨圆，以对次级信息进行编码。

附加地或可选地，可以改变条的高度和/或宽度，从而嵌入次级信息。针对线性条形码，条的高度可以改变小于或等于原始高度的5％或X/3的量，其中X是条宽度。

条形码可以是线性条形码或堆叠条形码或二维条形码。

在条形码是2D的情况下，以不同颜色的像素形成边界的类似像素被组合成为块，且块中的像素外围改变相同量，因而嵌入次级信息。例如部分延伸过行的黑像素组可以被改变相同量。通过将块中所有像素改变相同量，像素大小中的变化不太明显。

可以将不同块中的条改变相同或不同量。至少一个块可以水平延伸。至少一个块可以垂直延伸。

根据本发明的另一个方面，提供一种印刷的条形码，包括一个或多个条，其中次级信息嵌在条中的所选条(但非全部)的外围处。

印刷的条形码包括多个条，这些条中的至少一些在它们的外围处被调制不同的量，或以不同的方式调制。

根据本发明的另一个方面，提供一种印刷的条形码，包括相对于至少一个其它条外围变形以嵌入次级信息的一个或多个条。优选地，次级信息可以用于认证条形码。

优选地，条的外围形状包括次级信息。条中的一个或多个可以是梯形的或弯曲的。可以倾斜条中的一个或多个。附加地或可选地，可以将次级信息嵌入条的高度中。条形码可以是线性条形码或堆叠条形码或二维条形码。

根据本发明的另一个方面，提供一种方法，包括将安全/认证信息包含在否则用于纠错的码中。条形码可以是线性条形码或堆叠条形码或二维条形码。

根据本发明的另一个方面，提供一种方法，用于认证与一个或多个字母数字字符共存的条形码，所述方法包括调制字母数字字符以对次级信息进行编码。该调制可以包括改变一个或多个字符的对齐。条形码可以是线性条形码或堆叠条形码或二维条形码。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于实现条形码认证的方法，包括调制条中的一个或多个的反射率，从而将次级信息嵌入码中。通过反射率，意味着灰度级或值。优选地，将反射率调制5％或更少。

根据本发明的另一个方面，提供一种印刷的条形码，包括具有调制的反射率的一个或多个条，所述调制表示次级信息。

附图说明

结合附图，仅通过示例来描述本发明的各个方面，其中

图1是线性条形码的示例；

图2示出了线性条形码放大的视图，其中梯形条形状用于嵌入次级信息；

图3示出了另一线性条形码放大的视图，其中梯形条形状用于嵌入次级信息；

图4示出了另一线性条形码放大的视图，其中每个条是弯曲的，从而嵌入次级信息；

图5示出了在条的高度中包括次级信息的另一线性条形码的放大的视图，其中所选条的高度不高于不包括次级信息的条；

图6示出了在条的高度中包括次级信息的另一线性条形码的放大的视图，其中所选条的高度高于不包括次级信息的条；

图7是堆叠线性条形码的示例；

图8是邮电业中使用的堆叠线性条形码的示例；

图9至12示出各种两维条形码的示例；

图13和14示出两维条形码的示例，其中使用具有相邻面的像素块的宽度中的改变来嵌入信息；

图15示出了二维条形码的示例，其中使用对像素角的改变来嵌入信息；

图16示出两个条形码，其中次级信息嵌入条的反射率的改变中，以及

图17示出了码中的条，其中改变了反射率。

具体实施方式

图1示出了常规的线性条形码。这具有多个条和改变的宽度(是单位宽度X的整数倍)的间隔，可以使用条形码扫描设备进行解码，从而显示初级数据。每个条是矩形的，且具有预定的、统一的高度。条之下是字母数字字符。根据本发明的一个方面，通过改变条的至少一个的整体形状，将附加或第二级(second order)信息嵌入图1的条形码中，所述条被改变不同量，或以不同的方式改变。所用的任何外围变形不足以影响标准条形码阅读器读取初级数据的能力，但足以传递次级信息。针对线性条形码，变形优选地少于X/10，其中X是在缺失次级信息时将使用的条的宽度的单位。在任何情况下，任何修改应该是初级条形码信息保持由条的宽度限定，但次级信息嵌入整体形状中。

各种倾斜和弯曲可以引入或应用于图1的条形码，从而对次级信息进行编码。例如，可以应用变形功能，从而模仿放置在弯曲表面上的条形码的效果。可选地，如图2和3所示，可以将每个条形码变形以具有梯形的形状。如果沿扫描方向每个条的变形导致了在缺失次级信息的情况下使用宽度的+/-0.1X内的宽度的线，则标准条形码扫描器应该能够读取数据而不需要任何修改的情况下。这是有利的，因为嵌入第二级数据不会干扰常规读取设备的操作。当然，如果必须读取第二级数据，则必须对高分辨率阅读器进行编程以读取另外的几何信息。

图4示出了用于改变条的外围以包括附加信息的另一选择。在这种情况下，弯曲每个条，其中通过条的宽度限定初级条形码信息，但是将次级信息嵌入弯曲的形状中。可选地或附加地，可以如图5所示调制条的高度，其中条中的一些具有比标准条的长度Y更短的长度。相同地，如图6所示，条中的一些可以比其它标准长度条更长。这里，通过条的宽度定义初级条形码信息，但是将次级信息嵌入高度变化中。当然，可以使用这些，即比常规条长的一些条以及比常规条短的一些条的组合。针对图5或图6中的任一，高度应该优选地根据标准高度Y改变不多于标准高度Y的5％或X/3，即线的单位宽度的大约三分之一。

尽管图2至6示出了各种条形码放大的视图，其中可以清楚地看到针对条边缘的变形或变化，可以理解，在实践中可以调整这些变化的大小，从而不干扰对初级信息的解码，且不会对未受协助的眼睛可见。

堆叠线性条形码是图1的更常规的线性条形码的变体。在图7和图8中示出了这些码的示例，其中图7示出了PDF417堆叠线性条形码，图8示出了皇家邮政使用的堆叠线性邮政条形码。如前所述，可以通过改变条的外围形状将次级信息嵌入这些码中。各种可能存在于此，同时仍然允许使用常规阅读器来读取码。例如，可以调制行的高度和/或条的宽度。

作为使用条的外围形状的可选或除了使用条的外围形状之外，可以使用与条形码相关联的字母数字字符，以传递次级信息。例如，这个可以通过调制字符的垂直或水平位置或通过逐个字符地改变字体灰度、大小或字体来完成。

另一选择包括使用“模式字符”。模式字符的正常功能是给扫描器指示例如读取字母和数字数据之间、或读取数据的不同密度之间的模式变化。码128是流行的线性条形码符号体系。它具有三个编码模式“模式A”、“模式B”和“模式C”，且提供特定字符以允许切换条形码中间的模式(例如从“模式A”到“模式B”)。模式意在实现良好的数据密度(例如“模式C”针对数字数据提供良好的数据密度)。然而，可以引入模式切换作为对附加信息进行编码的方式。例如，“模式A”和“模式B”都对字母数字数字进行编码。可以通过插入从“模式A”到“模式B”或“模式B”到“模式A”的四个切换来引入4比特码。这不会影响通过标准条形码阅读器读取的数据，但是条形码软件的修改可以允许将模式切换也解译为附加数据。

除了以上所述，可以修改和利用在线性和堆叠条形码中使用的常规纠错来携带附加信息。例如，可以将故意的错误比特引入条形码，以便传送次级信息，例如可以修改32比特错误码以包括故意错误的16比特。在合理的条件下，这不应该影响标准条形码阅读器读取条形码的能力，但是会允许所修改的软件确定故意引入的错误，并使用这些错误来对任何次级信息进行解码。

图9至12示出了二维条形码的示例。这些条形码看上去区别很大，但是它们具有一些共同特征：包括固定且不承载数据的对齐(alignment)特征、以及纠错特征。此外，数据承载元素以规则阵列排列，例如用于Aztec、数据矩阵以及QR码的方形阵列，以及用于Maxicode的六角矩阵。用于实现第二级效果的选择包括调制对齐像素。例如，可以从印刷的码中省略对齐像素中的一个或两个。

这不会影响读取条形码，但修改软件可以通过确定缺失哪个对齐像素来提取数据。此外，如以上针对线性条形码的讨论和图9(b)所示，可以将像素或单元中的一个或多个的外围形状变形或改变。

在常规2D条形码中的所有像素是相同的高度和相同的宽度。这产生像素网格，其中每个垂直列中所有像素具有垂直对齐的边缘，且每个行中的所有像素具有水平对齐的边缘。图13和14示出了用于在2D条形码中对次级信息进行编码的另一选择。在这种情况下，改变了像素或单元的一个或多个或多组的外围。在优选的示例中，选择水平和/或垂直对齐的类似、相邻像素的组或块，例如，一行黑色像素与一行白色像素相邻或一列白色像素与一列黑色像素相邻，其中，行和/或列或像素部分地或全部地延伸跨过2D网格，从而可以对齐行或列内的子组。可以通过选择性地移动像素组之间的边界来对次级数据进行编码，从而例如行中的所有黑色像素使其高度降低相同量，且所有相邻白色像素使其高度相应地增加。同样地，列中的所有黑色像素可以使其宽度减少相同量，且所有相邻白色像素使其宽度相应地增加。改变相邻、类似像素相同量的优势在于，使用未受协助的眼睛更难看到通过嵌入次级信息所造成的条形码整体布局的变化。

为了解释像素组中信息的编码，图13(a)示出了具有像素a、b、c和d的2D条形码，像素d具有对像素a、b、c左侧的相邻垂直面，所述垂直面形成限定亮和暗像素之间转换的边缘i。如图13(b)所示，为了对附加信息进行编码，将像素a、b、c和d的左边缘的每个一起移动，从而保持边缘i对齐。相反，可以分别独立地移动像素e和f的垂直面ii和iii，因为它们不相邻。如果限定了边界的所有像素边缘移动了相同量，则该块调制技术可以应用于利用不同颜色的像素限定了水平或垂直边界的类似像素的每个组或块。将块中的所有边缘移动相同量降低了眼睛检测到条形码中变化的可能性。

图14示出如何将块调制应用于2D条形码。图14(a)示出了基本的、未改变的条形码，而图14(b)、14(c)和(d)分别示出改变了10％、20％和30％的边缘。保持像素面对齐导致了比使用导致相邻面未对齐的方法对次级信息进行编码更难以检测的效果。然而，可以在图像中进行编码的次级信息的比特数量大约是通过调制单独像素可获得的比特数量的一半。通过独立地改变像素高度和宽度对数据进行编码使可以存储的第二级数据的量最大化。在可选实施例中，只可以改变像素的高度或宽度或像素的块。当比其它情况(例如，所用印刷过程的伪像)更清楚地限定或更少地染污垂直或水平像素面时，该方法是有利的。

根据像素的设置，组之间边界的数量会在条形码之间改变。改变条形码内包含的纠错比特的数量，从而比特的总数(消息比特的数量加上纠错比特的数量)等于边缘的数量。

如分别示出了角改变了0％，10％，20％和30％的图15(a)至(d)所示，用于改变条形码外围的选择的另一个示例是修改条形码的条或像素的形状。例如，这可以涉及将像素或条的角磨圆(round off)。例如，针对2D条形码，可以将位于与三个白色像素交接处的黑色像素的角磨圆。可以检测到这种磨圆以给出二元次级数据流。

除上述方法外或作为上述方法的选择，用于将次级信息包括在条形码中的另一选择是改变黑色条的反射率。理想地，这应该在标准条形码阅读器所使用的波长带中完成，从而不需要阅读器硬件的修改。在这种情况下，读取次级数据只需要对标准条形码阅读器的软件进行修改。针对该编码技术，反射率的调制优选小于或等于5％。这是因为低于5％的调制如果可以由眼睛检测到是十分困难的。相反，对于高于10％的调制，可以在视觉上检测到反射率的变化。这在图16中进行了说明，该图示出了具有不同反射率范围的黑色条。从中可以看出，5％的条几乎不能与邻近的、未调制的黑色条区别看来，但是10％和15％的条更易于被检测。因此，为了转换次级信息，理想地，反射率调制应该少于5％。此外，可以设置反射率的变化以模仿自然发生的那些反射率的变化。

用于改变黑色条的反射率的各种选择是可能的。例如，可以针对线性条形码中的每个条和空格使用不同的反射率。同样地，针对2D条形码，可以针对像素或单元中的一个或多个使用不同的反射率。在任何一种情况下，可以统一地将反射率应用在每个条或斑点上，或者每个单独条内的反射率可以改变。例如针对线性条，反射率可以随该或每个条的高度而改变。这可以通过明显转换或通过逐步地改变反射率来完成。

图17(a)示出了具有被明显反射率转换分开的两个独立部分的条的示例，其中上部分比下部分具有更低的反射率。图17(b)示出了反射率逐渐地沿其长度变化的条。从图17中可以看出，当存在明显边界时(如图17(a)所示)，眼睛可以辨别一定比例的反射率变化。然而，如图17(b)所示，阴影的渐变更难被眼睛检测到。一般地，优选图17(b)的反射率的逐渐变化。

为了打印以反射率的变化进行编码的次级信息，需要可以打印具有良好精度的灰度的打印机。为了读取该编码信息，还需要能够检测高精度的相对灰度的激光扫描仪和2D成像仪。为了利用线性条形码取得“A”级(即最高定义质量)，各种质量要求限制可以使用的反射率的调制。然而，在实践中，如果“白色”区域具有>85％的反射率，且“黑色”区域具有<15％的反射率，则可以满足所有的要求。

在实践中，发现所使用的打印机对调制密度具有影响。使用彩色激光打印机打印条形码比使用单色激光打印机打印条形码时会发生更低的密度调制(即使在每种情况下打印相同的文件)。这意味着用于产生条形码的文件必须考虑要使用的打印方法的“传递函数”(transfer function)。可选地，用于解调条形码的软件必须这样做。

在实践中，为了成功地对次级信息进行解码，有必要校正照明图像的变化，上述变化会造成干扰次级信息调制的变化。为了这样做，图像被分割成许多子图像。例如，网格可以分隔成10乘10网格的子图像。一旦完成，则计算每个子图像内最大和最小的像素值。然后假定最大值与子图像中心的白色相对应。类似地，假定最小值与子图像中心的黑色相对应。假设满足某个预定标准，因为不是所有的子图像将必然地包含黑色。然后执行线性内插以针对整个图像上的白色和黑色计算所期望的值，且每个像素相应地缩放。一旦完成，则可以对反射率进行解码/解调，从而展现次级信息。

在扫描系统中必须考虑的另一个因素是成像透镜的性能。这可以通过它的调制传递函数(MTF)来表示，所述函数描述了光学系统如何很好地将变化的空间频率进行成像。如果系统用于对并行的行和空格的网格进行成像，那么随着行和空格宽度减少，黑色行和白色空格之间的图像调制、或对比将开始减少。这意味着在条形码中窄线看起来具有比宽线低的密度。滚降(roll-off)开始处的空间频率取决于透镜系统中的焦点、f/数量(孔径大小)和像差。使用更高分辨率成像器和更好的镜头会增加截止(cut-off)空间频率，并降低窄条线中的密度损失。可选地，必须处理所获取的数据以将其校正。

本领域技术人员将理解在不偏离本发明的情况下所公开的设置的变化是可能的。例如，不论如何将次级数据引入条形码，可以使用各种方法以确定该数据的安全。例如，可以利用密钥对次级数据进行加密。相同地，可以在条形码实例之间改变次级数据，从而不能简单地复制该次级数据。另一个选择是对次级数据进行编码接近检测极限，并使用大量的纠错。其优势是会需要高质量的打印机来复制次级信息，从而减少欺诈复制的可能性。

可选地或附加地，可以将次级数据在一批条形码上分配，从而仅能通过整批的统计分析来检测次级数据。关于次级信息的特性，这可以包括用于认证条形码本身的安全信息和/或可以只是与例如加了码的商品有关的其它信息。以这种方式，可以增加条形码的数据能力。相应地，仅通过示例并不用于限制的目的做出对特定实施例的以上描述。本领域技术人员将清楚可以在不会对所描述的操作进行很大改变的情况下做出小的修改。

Claims (24)

1.一种用于将次级信息嵌入包括初级信息的条形码中的方法，所述方法包括：改变码的条或像素中的所选条或像素的外围、和/或将所述条或像素中的至少一些的外围改变不同的量、和/或改变所述条或像素中的至少一些的外围形状。

2.如权利要求1所述的方法，包括：通过应用变形功能来改变外围。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括：通过将至少一个条或像素的至少一个角磨圆来改变外围形状，以对次级信息进行编码。

4.如前述任一权利要求所述的方法，包括：改变外围形状，从而所述或每个条或像素具有梯形的形状或至少一个弯曲侧。

5.如前述任一权利要求所述的方法，包括：调制条或像素高度和/或宽度，以对次级信息进行编码。

6.如前述任一权利要求所述的方法，其中关于所述或每个条或像素的外围的次级信息是人眼不可识别的。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述条形码是线性的，且将条高度改变小于或等于原始高度的5％的量、或X/3的量，其中X是条宽度的单位。

8.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述条形码是1D线性条形码，以及包括次级信息的每个条具有从没有次级信息的条的单位宽度X改变了少于X/10的宽度。

9.如权利要求1至7中任一所述的方法，其中所述条形码是2D，且利用不同颜色的像素形成边界的至少一些相邻的、类似的像素被组合成为块，并将块中的像素的外围改变相同的量。

10.如权利要求9所述的方法，其中将不同块中的像素改变相同或不同的量。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中至少一个块水平地延伸。

12.如权利要求9至11中任一所述的方法，其中至少一个块垂直地延伸。

13.一种印刷条形码，包括一个或多个条，其中次级信息嵌在所述条中的所选但非全部条的外围处。

14.一种印刷条形码，包括多个条，这些条中至少一些条是在外围处以不同的量或不同的方式被调制的。

15.一种印刷2D条形码，包括利用不同颜色的像素形成边界的至少一些相邻的、类似的、并被组合为块的像素，其中，块中定义了边界的像素的外围改变了相同的量，以包括次级信息。

16.一种用于实现条形码认证的方法，包括：调制所述条的一个或多个的反射率，从而将次级信息嵌入码中。

17.如权利要求16所述的方法，其中以5％或更少的量调制反射率。

18.如权利要求16或17所述的方法，其中调制是反射率的步进改变。

19.如权利要求16或17所述的方法，其中调制是反射率的渐进改变。

20.一种印刷条形码，包括具有经调制的反射率的一个或多个条，所述调制表示次级信息。

21.一种用于认证条形码的方法，所述方法包括：将认证信息包括在与所述条形码相关联、但却用于纠错的码中。

22.一种用于认证与一个或多个字母数字字符共存的条形码的方法，所述方法包括：调制字母数字字符以对次级认证信息进行编码。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述调制包括改变字符中的一个或多个的对齐。

24.如前述任一权利要求所述的方法或印刷条形码，其中所述条形码从以下至少一个中选出：线性条形码、堆叠条形码和二维条形码。

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