Datamatrix

DataMatrix Code als Teil von Stampit

Mit dem zweidimensionalen Data Matrix Code (2D-Code) kann im Vergleich zu eindimensionalen Barcodes (1D-Code) die Informationsdichte pro Fläche deutlich erhöht werden. Entwickelt wurde der Data Matrix Code in den späten 80er Jahren in den USA durch die Acuity Corp. Heute ist dieser Code einer der bekanntesten Typen der 2D-Codes und wird für dauerhafte Direktbeschriftungen mittels Laser in der Produktion (Leiterplatten, Platinen), mit Nadelprägung im Automobilbau, bei Analysegeräten und Instrumenten (Chemie, Medizin) aber auch zunehmend als gedrucktes Codebild im Dokumentenhandling (Tickets, DV-Freimachung beim Postversand) verwendet.

Eigenschaften

Der Data Matrix Code existiert in verschiedenen Code-Schemata oder „Symbologien“ („ECC n“, n = 0 bis 200; ECC = Error Checking and Correction Algorithm). Das am sichersten lesbare Codeschema ist das Schema ECC 200. Die Größe des quadratischen - bei bestimmten Seitenverhältnissen auch rechteckigen - Codebildes wird dabei aus einer großen Auswahlmenge bestimmt, die Symbol-Elemente sind quadratisch oder rund. Dieser Data-Matrix-Code ist bei der Internationalen Organisation für Normung (ISO) genormt in ISO/IEC 16022:2000 und ISO/IEC 24720:2006, sowie in weiteren Normen für Anwendungen beschrieben, wie beispielsweise in DIN-Normen und DIN-EN-Normen. Diese Normen sind industrieweit verbindlich und sichern das Lesen des Codes unabhängig vom Hersteller des Kodierers oder des Lesegeräts.

Beim Data Matrix Code sind die Informationen sehr kompakt in einer quadratischen oder rechteckigen Fläche als Muster von Punkten kodiert. Beim Lesen eines Data Matrix Codes werden nicht mehr zwei verschiedene Balkenbreiten in der Folge eindeutig bestimmt, wie beim eindimensionalen Barcode (1D-Code), sondern die Anordnung der gleich großen Punkte innerhalb der Berandung (Suchmuster) und im Raster der Matrix. Die Punkte sind schwarze oder weiße Kästchen, die aneinander anschließen, oder runde Punkte mit Lücken dazwischen. Diese einheitliche Symbolgröße und der feste Symbolabstand allein schon machen das Lesen des Bildes und das Dekodieren der Information deutlich sicherer und den Code in der Ausdehnung erheblich kompakter.

Da der Data Matrix Code außerdem ein Verfahren der Fehlerkorrektur bietet, verdrängt er den Barcode, der meist nur eine Fehlererkennung unterstützt, in vielen Anwendungen. Der Data Matrix Code enthält redundante Daten, so dass beispielsweise durch die verwendete Reed-Solomon-Fehlerkorrektur (ECC 200) bis zu 25 % Fehler in den einzelnen Elementen automatisch korrigiert werden können (wenn beispielsweise Teile des Codes überdeckt oder zerstört wurden).

Aufbau des Codebildes

Der Data Matrix Code besteht aus vier oder fünf Hauptkomponenten:

1. Die zwei Paare fester durchgehender oder unterbrochener Kanten als Begrenzungslinien („Suchmuster“)

   Die festen Begrenzungslinien dienen zur Abgrenzung. Sie werden für die Aufrichtung und Entzerrung des Data Matrix Codes verwendet, so dass jeder Lesewinkel möglich ist. Bei größeren Codes kommen auch sogenannte Ausrichtungsbalken (Ausrichtungsmuster) zum Einsatz.

2. Die den geschlossenen Kanten gegenüberliegende Ecke

   Diese Ecke erlaubt das schnelle Erkennen der Codeschemata. Beim Codeschema ECC 200 mit einer geraden Anzahl Zeilen und Spalten ist das Element in der oberen rechten Ecke stets weiß. Bei den anderen genormten Codeschemata mit einer ungeraden Zeilen- und Spaltenzahl ist das Element in der oberen rechten Ecke stets schwarz.

3. Der Datenbereich

   Dieser Datenbereich enthält die eigentliche binäre Information in kodierter Form. Je nach Größe der Matrix definiert sich damit auch die Anzahl der möglichen Informationen.

4. Die „Ruhezone“

   Diese leere Zone (quiet zone) umgibt den Data Matrix Code. Sie enthält keinerlei Informationen oder Muster. Die Breite der Ruhezone beträgt mindestens eine Spalte bzw. eine Zeile und wird zur Abgrenzung von anderen optischen Bildelementen der Umgebung benötigt.

5. Die „Hilfslinien“

   Diese paarweise Kombination durchgehender und unterbrochener Linien in beiden Richtungen waagerecht und senkrecht (alignment Pattern) erleichtern die Bildauswertung. Sie unterteilen große Datenfelder in gleich große Teile. Jedes Teilfeld kann wie ein einzelner Data Matrix Code ausgewertet werden.

Mit dem Data Matrix Code 144x144 ECC 200 (zuzüglich Suchmuster und Ausrichtungsmuster) lassen sich bis zu 1558 Bytes mit 8 Bit/Byte), mithin 3116 Ziffern (3,5 Bit)oder 2335 ASCII-Zeichen und Sonderzeichen (erweiterter Zeichensatz (7 Bit)) kodieren.

Lesegeräte

Im Unterschied zum 1D-Code wird beim 2D-Code vorteilhaft stets eine digitale Kamera verwendet. Das Codebild muss lediglich im Kamerafenster liegen, die Orientierung gegenüber dem Bildfeld ist gleichgültig. Dadurch kann der Data Matrix Code ohne Bewegung von Gerät oder Optik automatisch abgebildet werden. Das Lesen der Codes erfolgt üblicherweise bei ruhendem Objekt oder bei gleichförmiger Bewegung, wobei ein einzelnes Bild erfasst und ausgewertet wird. Höhere Geschwindigkeiten während der Aufnahme werden durch die Nutzung von Zeilenkameras ermöglicht.

Die Kamera erfasst die Information zweidimensional und eine Software wertet das Bild aus. Daher müssen 2D-Barcodes mit einer Lichtquelle flächig beleuchtet werden. Das vom 2D-Code reflektierte Licht wird dann in einer „Bildebene“, zum Beispiel einem CMOS-Sensor, scharf abgebildet.

Viele Mobiltelefone mit Kamera sind mit einem Code-Scanner ausgestattet. Damit kann zum Beispiel eine Telefonnummer oder Webseite einfach eingelesen werden.

Zeilenscanner sind ungebräuchlich und nicht so sicher in der Abbildung des Codebildes.

Druckanforderungen

Der Data Matrix Code stellt genau spezifizierte Anforderungen an Farbkontrast und Druckqualität und ist somit insbesondere für Direktbeschrifter mit geschlossenen Codes (Laser nach ISO/IEC 16022) oder offenen Codes (Nadelpräger nach DIN V 66401) geeignet. Sie unterstützen nach ISO/IEC 24720 eine robuste Kennzeichnung lesbar über die Lebensdauer der gekennzeichneten Produkte.

Ähnliche Codes sind der QR Code nach ISO/IEC 18004, der MaxiCode nach ISO/IEC 16023, der Aztec Code, der Mesa Code und andere, teilweise proprietäre Codes.

Weblinks

• Strichcodes Verstehen und übersetzen
• Ausführliche Erklärung und freier Font (englisch)
• Generator for Data-Matrix-Barcodes
• Universeller Barcode Reader für Windows
• Einfaches Kommandozeilen-Werkzeug zur Erzeugung von Datamatrix-Code unter Linux.