Bilmek istediğin her şeye ulaş

Barkod okuyucular nasıl çalışır?

Barkod tarayıcılarının temel işlevi barkoddaki verilerin bir bilgisayar sistemine aktarılmasıdır. Sembolün çubuk ve boşluklardan oluşan kısımları önce bir elektronik sinyaline dönüştürülmeli, sonra da verinin bir bilgisayar sisteminde değerlendirilebileceği bir şekilde ASCII karakterleri haline getirilmelidir.

Barkod okuma sistemleri üç ana elemandan oluşur;
  1. Barkod görüntüsü ile optik etkileşimi sağlayan tarayıcıda giriş mödülü,
  2. Çubuk ve boşluklardan oluşan simgeleri ASCII verilerine çevirecek şekilde yorumlayan kod çözümleyici,
  3. Kod çözümü ardından bilgileri ana bir bilgisayar sistemine ileten haberleşme birimleri.
Barkodun okunması için, hareketli demet bir tarayıcı barkod sembolüne ışık gönderir ve ışığı ileri geri titreştirerek her geçişte çubuklardan ve boşluktan yansıyan ışığı ölçer.

Koyu renkli çubuklar boşluklara göre daha fazla ışık emdiğinden, sembolden yansıyan ışık çeşitli seviyelerden oluşmaktadır. Yansıyan ışığın analiz edilmesiyle, okuma cihazı çubukların ve boşlukların durumunu kodun türünü ve kodlanmış veriyi belirleyebilir.

Farklı özelliklere dayanarak tarayıcılar aşağıdaki ana kriterler doğrultusunda sınıflandırılabilirler;
  • Işık kaynağı ( LED, helyum-neon gazından veya laser diyodundan üretilen laser )
  • Kullanım şekli ( El tipi ya da sabitlenebilir tipler )
  • Barkod sembolü sunuşu ( temaslı veya temassız )
  • Kod çözümleme yeteneğinin entegrasyonu ( tarayıcılar ya da tümleşik tarayıcılara )
Işık kaynağı, tarayıcının özel bir dalga boyundaki ışığı üretip, barkotun üzerine ileten bölümüdür. Çubukların ve boşlukların farklı yansıma özelliklerinden dolayı tarayıcı çeşitli seviyelerde yansımış ışığı yakalar. Bu farklılıklar, ışık algılayıcısı tarafından değerlendirilip barkotun elektronik olarak analog veya sayısal simgesini oluştururlar.

Işık kaynağı kategorileri kendi aralarında da alt gruplara ayrılırlar. LED’li ışık kaynakları gözle görülür beyaz ışık veya görülmeyen kızıl ötesi ışık olabilir. LED’li ışık kaynakları bir çok temaslı şeritte olduğu gibi tek tek, ya da LED dizini tüm barkodu tarayabilecek şekilde CCD okuyucularıyla birlikte barkod üzerinde hareket ettirilmesini gerektirmeyen dizinler halinde kullanılabilir.
Laser ışığın dağılma özelliğinin olmamasından dolayı, laserli barkod okuyucularının kod çözümleme alanının derinliği daha fazladır. Kızıl ötesi laser ışının bir çok siyah-beyaz barkod ortamına uygun olmasının yanısıra gözle görülür laser ışınının renkle ilgili kısıtlamaları oldukça azdır, gözle görülebilir.

Laser diyod teknolojisindeki yeni gelişmeler bir çok hedefte helyum-neon teknolojisine rakip olabilecek performans seviyesine ulaşmıştır.

Tüm laserli tarama cihazlarının kullanımı Amerikan hükümetinin talebi doğrultusunda Gıda ve İlaç Kurumu’nun bir grubu olan Cihazlar ve Radyolojik Sağlık Merkezi tarafından düzenlenmiştir. Bu kurum laser cihazlarının işletim sırasındaki güç çıkışına göre sınıflandırmaktadır. Temel laserli barkod tarayıcıları küçük seviyelerde enerji kullandığından, taranan mallara ya da insan gözüne yönelik gerçek anlamda bir risk oluşturmaktadır.
Barkod

Bunların ışığında tarayıcıların önemli bir özelliği de çözünürlüktür. Çözünürlüğün seçimi, ( barkodun taraması gereken en dar çubuğunun genişliği olan ) X boyutuna dayalı olmalıdır.

Çözünürlük, X boyutuna göre çok küçük olduğunda lekeler ve boşluklar sinyali bozabilmektedir. Eğer çözünürlük çok geniş olursa, çubukların ve boşlukların genişlikleri bozularak, yine sinyale zarar verebilecek şekilde olduğundan daha dar görülebilir. (Yukarıdaki şekil)

Barkod, tarayıcılarının kullanım biçimleri de uygulamara göre çeşitlilik getirmektedir. Monte edilebilir bir tarayıcı sabit olduğundan, böyle bir durumda, barkod tarama alanına getirilmelidir. Montaj hattı uygulamaları için bu ideal bir düzenlemedir. Sabitlenebilir tarayıcılar için ilginç bir uygulama da sinema salonlarının film üzerindeki barkod tarafından kontrol edilmesidir. Film üzerindeki barkod; salonun ışık, perde ve benzeri işlemlerini kontrol edebilmektedir.

Genelde sabitlenebilir tarayıcıların elde tutulması gerekmediğinden kullanıcının iki eli de diğer işlerini yapabilecek şekilde serbesttir.
El tipi tarayıcılar rahatlıkla hareket ettirilerek barkoda doğrudan yöneltilebilirler. Bu da, şekilsiz kavrama zorluğu olan nesneler için bir avantajdır. Bir elin serbest olmamasına rağmen tarayıcıyı hareket ettirebilme yeteneği bir çok uygulama için büyük avantajdır. Eğer tarayıcı hafifse ve ergonomik olarak iyi bir tasarıma sahipse, bu avantaj daha büyük bir doğruluk kazanır.

Barkod tarayıcıya sunulması açısından değerlendirilirse, temaslı tarayıcılar barkodu okuyabilmek için doğrudan fiziksel temas gerektirirler.

Şerit veya ışıklı kalem olarak da adlandırılan bu cihazlar, temassız cihazlara göre daha ucuz olup daha kolay bir şekilde değiştirilebilirler. Ancak, fiziksel temasın tekrarlanması bazı barkod etiketlerini yıpratabilmektedir; bununla birlikte cihazda kirlenme, çizilme ve hatta kırılmaya neden olabilmektedir.
Böyle durumlarda zarar gören uç değiştirilebilir. Temaslı tarayıcıları kısıtlayan bir diğer faktör ise, düz bir yüzey üzerinden uygun hızla geçmenin gerekliliğidir. Bu nedenle de, ilk okuma hızı yeterli olmadığında, tarama girişiminin tekrarlanması gerekebilir. Kalemlere göre daha pahalı olmalarına rağmen, temassız tarayıcılar farklı yoğunluklardaki barkodları ulaşılması güç, eğimli ve düzensiz yüzeylerden okuyabilmektedirler. Bu tarayıcıların genelde etkin tarama alanı yaklaşık 60 cm olup, özel uzun menzilli versiyonlarda 1,5 m’ye kadar çıkabilir. Verilerin toplanmasında tarama tek başına incelendiğinde, eksik bir işlemdir. Gerçek kod çözümleme, formatlama ve tarama verilerinin alıcı sistemle uyumlu iletişimi, işlemi tamamlayan diğer fonksiyonlardır.

Kod çözümleyicinin ana işlevi, önceden de belirtildiği gibi, tarayıcı modülünün ürettiği elektrik sinyallerini anlamlı bilgisayar verilerine dönüştürmektir. Kod çözümleme işlemi şu aşamalardan meydana gelir:
  1. Sembolün çubuk ve boşluk genişliklerini belirlemek,
  2. Hangi sembol tarandığını saptamak,
  3. Sembol tipinin kurallarına bağlı kalarak çubuk ve boşluk genişliklerini bu tip için geçerli karakterlere dönüştürmek ve gerekliyse hatalı karakterleri çıkarmak,
  4. İncelenen simgeleri kodlanmış veriye dönüştürmek,
  5. Verileri bir sıra içerisinde derleyerek karakter kontrolü işlemlerini yapmak,
  6. Güvenlikle ilgili kontrolları gerçekleştirmek,
  7. Hata durumunda sembolü taranmış olarak dışlamak ya da diğer durumda kabul etmek. Başarılı ya da hatalı kod çözümlerinde sesli ya da görsel bir uyarı sinyali de uygulanabilir.
Tüm bu işlemler bir saniyeden az bir süre içerisinde verileri ana bilgisayarla haberleşebilecek hale getirmektedir. Kod çözümlemenin ana unsuru tarayıcıdan gelen sinyali uygun bir teknikle sayısallaştırarak ilgili sembol tipine uygun mesajlar haline dönüştürmektir.

Tarayıcı, barkod’dan yansıyan ışığı toplayarak bunu analog bir sinyale dönüştürür. Tarama demetinin her bir elemanının geçinceye kadar aldığı sürenin ölçümüyle oluşan sinyal, çubukların ve boşlukların genişliğiyle doğrudan orantılıdır. Bunun ardından, sayısallaştırıcı devre bu sinyali taranan barkod’daki çubukların ve boşlukların genişliklerini temsil eden sayısal sinyaldeki 0 ve 1 değerleri taranan sembolün çubuklarına ve boşluklarına, darbe genişlikleri ise elemanların genişliklerine karşılık gelmektedir:

Barkod

Sayısallaştırmanın doğruluğu, eşiğin doğru seçimine bağlıdır. Analog bir darbenin çubuk ya da boşluk olduğunu net olarak belirleyen bir kesme değeri bulunmalıdır. Eşik değeri ise, sinyalin hangi bölümlerinin çubuk ya da boşluk olarak saptanacağını belirler. Kullanılan eşik değerinin etkin olması için sinyalin yeterli Modülasyon Derinliğine sahip olması gereklidir.
Çubukların ve boşlukların algılanması için kullanılan yöntemler de hatalara neden olabilir. Kontrastın belirsizliği ve uygun ışıklandırma sorunlarından dolayı yansıyan ışığın mutlak seviyesi yerine yansıyan ışığın yoğunluğundaki değişimler incelenmelidir. Hatta birçok barkod sisteminin kullandığı ayrıt algılama ya da yüksek uyumlu eşik belirleme teknikleri, doğrudan taranan barkodun ürettiği dalga formunun eğimini dikkate almaktadır. İdeal sinyalin dikdörtgen darbeler kümesinden oluşması gerektiği halde gerçek sinyal, sarım bozulmasından dolayı eğrili bir forma sahiptir.

Bu terim, sinyalin demet noktasının sonlu boyutuna göre ortalamasına ve elektronik devredeki gecikmelere bağlıdır. Bu tip eğriler, eğimi değiştirerek gürültü olmaması halinde dahi, belirgin hatalara neden olurlar. Aşağıdaki şekilde barkodların gerçek tarama sonucunun osiloskoptaki görüntüsü verilmiştir:

Barkod

Üstteki görüntünün girişi düşük kaliteli, nokta vuruşlu bir yazıcıyla, alttakinin girişi ise yüksek kaliteli ve yüksek yoğunluklu bir yazıcıyla elde edilmiştir. Bu durumda darbe büyüklüğü darbenin genişliğinin bir belirtimidir. Bu görüntüler insan gözüyle algılanabilecek siyah ve beyaz çubukların dönüşümünden çok uzak bir hassasiyettedir.
Görüntünün olmadığı bir durumda bozulmanın etkileri ise bilgisayar simülasyonunun kullanıldığı aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Barkod

Buradaki eğriler sensörün dalga formu çıkışının bozulmuş halini, dikdörtgen dalgalar ise, bir barkod taramasının ideal dalga formunu belli etmektedir. Çift çizgi olarak görünen işaretler ise uyumlu bir eşik yöntemiyle elde edilen belirgin darbe konumlarına ve genişliğine işaret etmektedir.

Burada genele bağlı kalınarak yüksek seviyenin çubuğa ve düşük seviyenin boşluğa karşılık geldiği göz önüne alınmıştır. Şekilde ikinci, dördüncü ve beşinci darbelerin gerçek genişlikleri aynı görünmekte fakat ikinci darbenin dalga formu diğer ikisine göre fark taşımaktadır. Sarım bozulması nedeniyle ikinci darbe diğer ikisinden daha geniş görülmektedir. Şekilde gösterilen örneğe ait rakamsal değerler, aşağıdaki tabloda genliğe ait birim göz önüne alınmadan verilmiştir.

Barkod

Dikkat edilirse 0.2’lik bir giriş genişliği bir durumda 0.3’e diğer iki durumda da 0.3’e diğer iki durumda da 0.2’ye eşleştirilmiştir. Çok dar darbelerin yüksek bozulmalarından dolayı barkodlarda kullanılan minumum modül genişliği bozulmayı telafi edecek minumum algılanabilir darbe genişliğini aşmamalıdır.

Bu durum, yeni ve daha karmaşık kod çözme tekniklerinin kullanımıyla düzeltilebilir. Örneğin; bir çubuğun ya da boşluğun genişliği sadece komşularıyla değil, diğer kod kelimelerinin genişlikleriyle de karşılaştırılabilir. Bu tip kod çözümü, şimdi kullanılandan daha fazla bilgisayar gücü gerektirmekte fakat daha yüksek yoğunluklu barkodları ele alabilmektedir.
Tüm bu anlatımlara ek olarak, birçok gürültü kaynağı da mevcuttur. Fakat gürültü kaynaklarının etkileri önemli önemli boyutlarda ayrıtlarda yoğunlaşmadığından dolayı ayrıtlardaki hassasiyetin etkileri bulunmaktadır. Sorunların çoğu ayrıtlarda ortaya çıktığından bizi ilgilendiren, sinyale dayalı bozulmalar ve gürültüdür. Buda, gürültünün genelde sinyalden bağımsız olduğu, elektronik haberleşmesinde kullanılan birçok analitik tekniği kullanışsız hale getirir. Örnek olarak aşağıdaki şekilde

Barkod

mesaj formun üst sırası ele alınırsa; buradaki beyaz kareler 0 (sıfır), siyah kareler ise 1 (bir) değerini belirlemektedir. Elektronik haberleşmede 0 (sıfır) negatif gerilim darbesiyle, 1 pozitif gerilim darbesiyle eşleşebilir. Gürültünün doğal yapısı yüzünden aynı kutuptaki darbeler boyunca ortadaki ya da kenardaki darbeler hatalı okunabilir. Yukarıdaki şekilde 2. ve 3. sıralardaki bozulmalar buna bir örnektir. Normalde düşünüldüğünde, sadece aynı tipteki darbeler serisinin yalnızca kenarlarında bozulmalar beklenebilir. Bu tür bozulmalar, semboller arası girişimin artmasından dolayı kısmen optik veya manyetik kaydetme gibi diğer teknolojilerde daha yüksek oranlarda mevcuttur.

Barkod okumanın ana öğeleri göz önüne alındığında, tarama ve kod çözümünün ardından haberleşmede önemli bir faktördür. Haberleşme modülü, verileri ana bir bilgisayar sistemine veya diğer mikroişlemci kontrollü cihazlara iletir. Genelde RS-232 ve RS-422 gibi bilinen haberleşme standartları desteklenmektedir. Desteklenen haberleşme protokollerinin çeşitliliği, sistem tasarımcılarının tarayıcı çıkışlarını diğer cihazların girişine doğru eşleştirmeleri sağlanmaktadır.

Tarama ve algılama teknikleri ile ilgili genel terimlere bakılırsa ilk okuma oranı (First Read Rate), tarayıcı performansı için önemli kriterlerden birisidir. İlk okuma oranı, tetiğin ilk çekilmesinden sonraki doğru çözümlenen kodların yüzdesidir. Bu yüzde arttıkça tarayıcının perfonmansı da artar. Hareketli demet tarayıcılarda saniyede 1’den fazla okuma olduğundan sabit demetli tarayıcılara göre daha yüksek ilk okuma oranına sahiptir.

Tarayıcının çalışabildiği mesafe ise, Çalışma kapasitesi (Work Range) olarak adlandırılır. Çalışma kapasitesi ne kadar uzun olursa tarayıcı barkoddan o kadar uzaklıkta hala barkodu başarıyla okuyabilir. Etkin çalışma kapasitesi barkod yoğunluğuylada değişmektedir. Kod yoğunlaştıkça çalışma kapasitesi de kısalır. Aşağıdaki şekilde çalışma uzaklığının sembölün yoğunluğuna göre değişimini göstermektedir.
Barkod
Çalışma Kapasitesiyle ilgili olan diğer önemli bir kavram da Görüş Alanı (FOV-Field of View)'dır.
FOV, tarama demeti yolunun okunacak barkod boyunca genişliği olarak tanımlanmıştır. Belli bir noktaya kadar tarayıcının barkoddan uzaklaştırılmasıyla FOV geliştirilebilir. Kısmi bir barkod yoğunluğu için tarayıcının çalışma kapasitesinin üst limitlerinde çalışmasıyla tarama demeti etkin yoğunluğunu kaybetmeden barkodun genişliği boyunca yayılabilir. Tabii ki, bir noktadan sonra tarayıcı yeterli odağın korunamayacağı bir dış limite ulaşır. Belirli bir kod yoğunluğu için görüş alanı okunabilecek maksimum barkod yoğunluğunu belirler. Tarayıcı tasarımının belirgin bir özelliği de istenmeyen ışığın filitre edilebilmesi yeteneğidir. Işık kaynağının şiddeti tarayıcıyı kâr edecek kadar az, ya da yansıyan ışığın tarayıcıyı kamaştıracak kadar çok olmaması gereklidir. Her iki durumda tarayıcının çubuklar ve boşlukları ayırdetmesini engelleyip barkod okuma sisteminin tüm amacını yok edebilir.

Tarayıcının doğruluğunu ve tarayıcı içerisindeki SNR’yi (Sinyal gürültü oranı) etkileyen önemli bir kavram da Optimal Nokta Boyutudur (Optimal Spot Size). Optimal nokta boyutu, barkod üzerinde gezen yoğunlaştırılmış ışığın boyutudur. Optimal nokta, barkoddaki en dar elemanla aynı boyutta olmalıdır. Önceden de açıklandığı gibi, geniş bir nokta aynı anda iki dar elemanı kaplayarak, tarayıcıyı elemanın başlangıç ve bitişini ayırdetmekte etkisiz hale getirebilir.

Optimal nokta boyutuyla ilgili olarak değerlendirilmesi gereken bir konu da Belin Büyüklüğü ve Konumudur ( Waist Size and Location ). Buradaki bel alan derinliğinin merkezidir, yani en yüksek kaliteli taramanın yer aldığı noktadır. Nasıl bir tenis raketinin ortasındaki küçük bir alanda vuruşun optimal güç ve kontrolu sağlanabilirse, tarama bele yaklaştıkça tarama doğruluğu da artar.

Tarama belden uzaklaştıkça nokta gitgide büyür ve belli bir sembol yoğunluğu için yeterli tarama kalitesi sağlanamaz.

Kod çözümüne ilişkin terminolojiler içerisinde yer alan Otomatik Ayırma (Automatic Discrimination), kod çözümleyicinin değişik sembolleri otomatik olarak birbirinden ayırd edebilme yeteneğidir. Kod çözümleyiciler otomatik ayırma stratejisyle kod çözümü yapabilen birçok farklı sembollere ilişkin algoritmalara sahiptir. Fakat sistem içerisinde taranması arzulanmayan sembollerin bu algoritmadan çıkarılması önlenmektedir. Örneğin; amaç kargo paketleri üzerindeki, sembollerin taranması ise, böyle bir satış ortamında EAN sembollerinin taranması önem taşımamaktadır.

Görüldüğü gibi, barkod okuma işlemi tarama, kod çözümü, sayısallaştırma ve iletim aşamalarıyla son bulur. Kullanılan teknolojilerin de gelişmesiyle birlikte barkodun olası uygulamaları veri toplama ve takip çalışmalarının tüm ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Yüksek hızı ve verimliliği sayesinde barkod teknikleri işbilgi akışı fonksiyonları içerisinde gittikçe artan bir öneme ulaşmaktadır.
  • Paylaş