JP2001250079A - ２次元コード読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明のばらつき等によって輝度ムラのある２
次元コード画像を正確に高速に読み取る２次元コード読
み取り装置を提供する。 【解決手段】 セルの２値化を行う際に、まず各セルの
中心点の画素の濃度値を抽出し、抽出された濃度値のみ
から局所的なしきい値をもとめ、濃度値と局所的なしき
い値を比較することにより２値化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元コードを読
み取る２次元コード読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来２次元コードを読み取る手段として
は、特開平７−２３４９１５号公報に示されているよう
にセンサとしてＣＣＤエリアセンサを使い、（１）ＣＣ
Ｄエリアセンサから出力されるアナログの画像情報を２
値化する、（２）２値化された画像データの中から２次
元コードを切り出す、（３）切り出された２次元コード
のセルデータを抽出する、という順序で処理が行われて
いた。

【０００３】この内（１）の処理としては次の３つの方
法が行われていた。

【０００４】第１の２値化方法はＣＣＤエリアセンサか
ら送られてきた画像信号を一定のしきい値と比較して２
値化を行う。図２６（ｂ）は固定しきい値による２値化
の回路の例である。ＣＣＤエリアセンサから出力された
アナログ信号電圧は入力Vinにはいり、電圧Eoと比較さ
れ高ければ１、低ければ０の信号が出力される。図２６
（ａ）中で波形Vinのが電圧Eoの値よりも高いところは
０（白）、低いところは１（黒）となる。

【０００５】第２の２値化方法は画像信号を少し前の画
像信号から求められる浮動しきい値と比較して２値化を
行う。図２６（ｃ）は浮動しきい値による２値化回路の
例である。この２値化回路は入力信号Vinを低周波ろ波
（積分）して得られるEvをしきい値としている。このし
きい値Evは図２６（ａ）ではEvとなり、VinがEvより高
い場合は０（白）、低い場合は１（黒）が出力される。

【０００６】第３の２値化方法はＣＣＤエリアセンサか
ら出力される画像信号をＡ／Ｄ変換して、１画面分の画
像信号を画像メモリに記憶し、この濃度分布の情報を用
いて２値化する方法である。図２３はこの２値化方法の
例である。まず画像メモリに記憶された画像に対して輝
度ムラ等の影響をのぞくシェーディング（輝度ムラ）補
正を画面全体に行う（ステップ５１）。このシェーディ
ング補正には例えばhomomorphic filter（準同型フィル
タ）によって画像から低周波成分を取り除く方法があ
る。つぎに画像の濃度値のヒストグラムを作り、２モー
ド法によりしきい値を求める（ステップ５２）。

【０００７】また２値化が行われたあと（２）の処理と
して２次元コードの切り出しを行う。２次元コードの切
り出しは２次元コードの位置の検出を行うことである
が、この位置検出には例えば特公平１−３５３８５号公
報に見られるようなチェーンコーディングを用いた方法
がよく用いられている。

【０００８】このチェーンコーディングは、図形の輪郭
線を求める方法で、図２４（ａ）に示すように、黒画素
２４１と白画素２４２の境界を追跡し（２４３）、図形
の輪郭線を求め、切り出しを行う。

【０００９】また特に２次元コード２０のように外側の
少なくとも２辺が直線となっている２次元コードの切り
出し方法としては特開平７−２３４９１５号公報のよう
にハフ変換を用いる方法が提案されている。

【００１０】ハフ変換は、画像中に直線上に並ぶ点を大
局的に抽出する方法で、効果的な直線検出手段として知
られている。特開平７−２３４９１５号公報ではこのハ
フ変換を用いて２組の直線を検出し、２次元コードの切
り出しを行っている。

【００１１】図２５（ａ）（ｂ）でハフ変換を用いた直
線検出を説明する。画像メモリ上を縦方向に一定の間隔
を開けて走査して、エッジ点を見つける。そして求めら
れたエッジ点の座標に対応するサイン曲線をθ（角度）
−ρ（距離）平面に引く。例えばエッジ点２５１、２５
２、２５３、２５４はθ−ρ平面上に２５６、２５７、
２５８、２５９の曲線に変換される。ここでエッジ点２
５１、２５２、２５３のように一直線上に並んでいる場
合は図２５（ｂ）の点２６０のようにサイン曲線は３本
交わる。実際にはθ−ρ平面上は量子化されており、サ
イン曲線の通る（θ、ρ）の点に１ずつ投票されてい
く。よって点２６０は３票投じられている。点２６０の
ように多くの点が投じられている点を見つけることによ
って直線２５５を検出できる。

【００１２】上記のように２次元コードの切り出しが行
われた後、（３）の処理では切り出された２次元コード
の各セルの中心点の位置を求め、各セルの中心点の２値
データが抽出される。この時、（１）の処理で２値化が
すでに行われているので、セルの中心点の画素の濃度値
を読み出すだけでセルの２値データを抽出することがで
きる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来例であげた２値化
方法の課題としては以下のことがあげられる。

【００１４】第１の固定しきい値による２値化方法で
は、２値化を正確に行うことが可能なのは画像のコント
ラストが良く、輝度ムラ等がない場合で、コントラスト
が悪い場合や照明光の当たり具合により輝度ムラがある
場合は正しく２値化できない。また細い線や小さい点
は、センサの受光素子にまたがると図２６（ａ）の２２
１のように十分な出力が得られない場合があるため、無
視されることが多い。

【００１５】第２の２値化方法は浮動しきい値による２
値化をおこなっているため、第１の２値化方法の課題で
ある輝度ムラの問題、または細い線等の欠落の問題も解
決される。しかしこの方法でも輝度ムラによりEo以下の
黒信号が長く続くような波形の場合正しく２値化できな
い。つまり黒が画像信号に沿う向きに連続して続き、か
つ輝度ムラがあるような領域の２値化は正しくできな
い。

【００１６】第３の２値化方法は第１、第２の２値化方
法の課題は解決しているが、いったん画像情報を画像メ
モリにすべて記憶させ、その画像情報すべてに対してシ
ェーディング補正と２値化処理を行うために処理時間が
非常にかかるという問題点がある。

【００１７】また従来の２次元コードの切り出しの課題
としては以下のことがあげられる。

【００１８】前述したチェーンコーディングによる切り
出し処理では、図２４（ｂ）のような傷２４４の付いた
図形が読み込まれると、図中の矢印２４５で示すように
傷の部分を輪郭として追跡してしまい、本来の輪郭と違
った輪郭を認識してしまい、正しく切り出しができない
という問題点がある。

【００１９】また前述したハフ変換を用いた切り出しで
は、チェーンコーディングによる切り出し処理と異な
り、前述したように大局的な直線検出を行っているた
め、傷等の影響は受けずに直線検出を行うことができ
る。しかし、ハフ変換による直線検出を行うためには、
多くのエッジ点をサイン曲線に変換するため、計算量が
多くなり処理時間がかかるという問題点がある。

【００２０】そこで本発明は、切り出しのための直線分
で構成された特徴的なパターンを持つ２次元コードを高
速にかつ正確に切り出すことができ、かつセルの２値化
を高速かつ正確に行うことができる２次元コードリーダ
を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の第１の２次元コード読み取り装置は、２次元
コードから反射した光を受光し画像信号に変換する変換
手段と、前記画像信号を画像メモリとして記憶する記憶
手段と、前記画像メモリから２次元コードの切り出しを
行うコード切り出し手段と、前記コード切り出し手段に
よって切り出された前記２次元コードの各セルの所定画
素の値を２値化するセル２値化手段とを備えたものであ
る。

【００２２】また、本発明の第２の２次元コード読み取
り装置は、セル２値化手段は、２次元コードの各セルの
所定画素の画像信号に基づき前記画素の濃度値を求める
セル濃度値抽出手段と、前記セル濃度値抽出手段で求め
られた濃度値から局所的なしきい値を求める局所しきい
値決定手段と、前記セル濃度値抽出手段で求められた濃
度値と前記局所しきい値決定手段で求められたしきい値
とを比較しセルの２値データを求めるセル２値決定手段
とを備えたものである。

【００２３】また、本発明の第３の２次元コード読み取
り装置は、コード切り出し手段は、縦方向及び横方向に
画像メモリの走査を行い走査線上にある２次元コードの
エッジを検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手
段で求められたエッジの傾きを求めるエッジ傾き検出手
段と、前記エッジ傾き検出手段で求められた傾きに従っ
てエッジを追跡して直線を検出する直線検出手段を備え
たものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】上記構成により本発明の第１の２
次元コード読み取り装置は、２次元コードの切り出しを
行った後に、前記コード切り出し手段によって切り出さ
れた前記２次元コードの各セルの所定画素の値を２値化
するので、２値化する画素数が大幅に削減できることか
ら、２値化処理にかかる時間が非常に短縮できるもので
ある。

【００２５】また、本発明の第２の２次元コード読み取
り装置は、前記セル濃度値抽出手段で求められた濃度値
と前記局所しきい値決定手段で求められたしきい値とを
比較しセルの２値データを求めるセル２値決定手段とを
備えることにより、輝度ムラの影響を受けないセルの２
値化を行うことができる。また、セルの所定画像のみア
クセスするために２値化処理にかかる時間が短縮できる
ものである。

【００２６】また、本発明の第３の２次元コード読み取
り装置は、コード切り出し手段は、縦方向及び横方向に
画像メモリの走査を行い走査線上にある２次元コードの
エッジを検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手
段で求められたエッジの傾きを求めるエッジ傾き検出手
段と、前記エッジ傾き検出手段で求められた傾きに従っ
てエッジを追跡して直線を検出する直線検出手段を備え
ることにより、走査線を少なくすることができる、すな
わち、画像メモリへのアクセスを少なくできるので、高
速に２次元コードの切り出しを行うことができる。

【００２７】以下に本発明の実施の形態におけるタッチ
式２次元コードリーダの構成を図６を用いて説明する。

【００２８】このタッチ式２次元コードリーダではセン
サとしてエリアセンサ９を、アナログデジタル変換手段
としてＡ／Ｄコンバータ１１を、演算手段として主回路
１０を用いる。

【００２９】ケース１の先端部に読み取り窓２が形成さ
れている。ケースのヘッド部３内には、例えば複数の発
光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源４が配設されてお
り、この光源４から照明光は反射ミラー５に反射して読
み取り窓２からケース１の外へ出力され、ラベル６上に
印字されている２次元コード７にて乱反射される。そし
て乱反射された光線は再び読み取り窓２を介してケース
１の中へ入射し、レンズ８を介してエリアセンサ９に投
影される。

【００３０】エリアセンサ９は主回路１０から取り込み
要求信号を受け取った時、レンズ８を介して投影された
２次元情報をアナログ画像信号に変換して出力する。エ
リアセンサ９から出力された画像信号はＡ／Ｄコンバー
タ１１によって２５６階調のデジタル画像情報に変換さ
れて画像メモリ１２に記憶される。主回路は画像メモリ
に記憶した画像情報をプログラムに基づいて処理し、２
次元コードにコード化されている情報のデコードを行
い、データをホストコンピュータ１３等に送信するよう
になっている。

【００３１】主回路の処理の流れを図７を用いて説明す
る。

【００３２】取り込み処理（ステップ１）で主回路１０
はエリアセンサ９に取り込み要求信号を出し、取り込み
要求信号を受け取ったエリアセンサ９は投影されている
画像情報を画像信号として出力する。出力された画像信
号はＡ／Ｄコンバータ１１を介して画像メモリ１２に記
憶される。画像情報すべてエリアセンサ９から出力され
たのち、エリアセンサ９から主回路に取り込み完了信号
が出力される。

【００３３】取り込み完了信号を主回路が検出したら、
切り出し処理（ステップ２）を行う。切り出し処理は主
回路１１より画像メモリ１２の一部を読み出し、２次元
コードの位置、向き及び２次元コードを構成しているセ
ルの数を求める。

【００３４】切り出し処理が成功すれば、セル２値化処
理（ステップ３）を行う。セル２値化処理では切り出し
処理で求められた２次元コードの位置、向き及び２次元
コードを構成しているセルの数から各セルの位置を求め
て、そのセルの２値データを画像メモリをアクセスして
求める。

【００３５】セル２値化処理で各セルの２値データが求
められれば、次にデータ変換処理（ステップ４）で２値
データから決められた規則にもとづいて、アスキーコー
ド列に変換する。この時２値データのエラーが許容エラ
ーを超えており、アスキーコード列への変換が失敗すれ
ば切り出し処理（ステップ２）に戻り、他の２次元コー
ドを検出する。画像メモリ内に２次元コードが検出でき
なくなったら、取り込み処理（ステップ１）へ戻る。

【００３６】データ変換処理（ステップ４）が成功すれ
ばアスキーコード列を送信（ステップ５）して取り込み
処理に戻る。

【００３７】次に本実施の形態の２次元コードリーダで
読み取らせる２次元コードについて説明する。

【００３８】図８にある２次元コード２０（いわゆる、
データマトリックス）はＬ字パターン２１、タイミング
セル２２及びデータ領域２３より構成されている。Ｌ字
パターン２１は２次元バーコード２０の外側２辺に位置
するＬ字型のパターンである。タイミングセル２２は２
次元コードのＬ字パターンの他の２辺に位置する。Ｌ字
パターンはすべて黒セルによって成り立っており、タイ
ミングセルは黒セルと白セルが交互に並んで成り立って
いる。データ領域２３はＬ字パターン２１とタイミング
セル２２に囲まれて、セルが格子状に並んで構成されて
いる。このデータ領域の白セルと黒セルが２次元コード
２０にコード化されたデータを表している。

【００３９】図９にある２次元コード２４（ＣＯＤＥ
１）はセンターパターン２５、垂直参照パターン２６及
びデータ領域２７から構成されている。

【００４０】センターパターン２５は２次元コード２４
の中央に位置し、２次元コード２４の水平方向に長い長
方形の領域をしめ、水平方向に平行な複数のバー及びス
ペースが交互に並んでいる。この水平方向の複数本バー
の内の一部のバーの両端には垂直方向に短いバーが接し
ている。バー及びスペースの幅はほぼ等間隔であるが、
印刷の条件等によりバーとスペースの幅が若干異なる場
合もある。センターパターン２５のバーの本数や垂直方
向の短いバーの長さによってこの２次元コード２の縦横
のセルの数が決定される。また垂直参照パターン２６は
２次元コード２４の決められた位置に垂直方向に複数あ
り、その１つは１組のバーとスペースによって成り立っ
ている。データ領域２７はセンターパターン２５の上下
に位置し、データ領域２７の黒セルと白セルが２次元コ
ード２４にコード化されたデータを表している。

【００４１】（実施の形態１）図１０は本発明の第１の
実施の形態における２次元コードリーダの切り出し手段
を説明する流れ図である。以下本発明の第１の実施の形
態における２次元コードリーダの切り出し手段を説明す
る際に、図８の２次元コード２０を使う。

【００４２】まずはじめに２次元画像領域を縦方向、横
方向に走査してエッジ点を検出する。（ステップ３１）
走査を行う走査線は一定の間隔だけ開けることにより画
像メモリのアクセスを少なくし、処理時間を短くする。

【００４３】以下にエッジ点の検出方法を図１１により
説明する。走査は例えば５１２×５１２の画像で３２ピ
クセルの幅で縦方向に１５本の走査、横方向に１５本の
走査を行う。一本の走査では走査線上の画素の濃度値を
順次読み取り、主回路内のメモリに記憶する。この記憶
された濃度値からエッジ点を求める。

【００４４】エッジ点の検出方法を以下に説明する。

【００４５】図１１（ａ）の走査線ア上の画素の濃度値
を順次配列ａ［ｉ］に記憶する。濃度値は０から２５５
までの２５６階調の値を取り、値が小さいほど暗く、値
が大きいほど明るい。図１１（ｂ）は濃度ａ［ｉ］を表
したものである。

【００４６】ｉの値は配列ａ［ｉ］の要素の番号を表し
ており、走査線の開始の画素イがｉ＝０に対応してい
る。濃度値ａ［ｉ］から、差分値ｄ［ｉ］は

【００４７】

【式１】

【００４８】で求める。本実施の形態では２画素間隔で
の差分値を求めたが、この間隔は１画素であってもよい
し３画素以上であってもよい。

【００４９】このように求められた差分値ｄ［ｉ］は図
１１（ｃ）のようになる。差分値ｄ［ｉ］が極大となる
ｉ、及び極小となるｉを求めることにより走査線上のエ
ッジ点が求まる。

【００５０】図１１（ｃ）で差分値ｄ［ｉ］が極大とな
る点ス、ソは図１１（ａ）のエッジ点エ、カに対応し、
図１１（ｃ）で差分値ｄ［ｉ］が極小となる点シ、セは
図１１（ａ）のエッジ点ウ、オに対応する。差分値が極
大となる点では濃度値は立ち上がりとなり、走査の方向
に向かって黒セル又はバーから白セル又はスペースに変
わるエッジ点であり、図１１（ａ）中では黒丸●で表
す。また差分値が極小となる点では濃度値は立ち下がり
となり、走査の方向に向かって白セル又はスペースから
黒セル又はバーに変わるエッジ点であり、図１１（ａ）
中では白丸○で表す。

【００５１】以上のように走査線上の濃度値から差分値
ｄ［ｉ］の極大値と極小値を求めることにより、２種類
のエッジ点の座標を求める。

【００５２】次に、ステップ３１で求められた各エッジ
点が局所的な傾きを持っているか否かを判定し、持って
いればその傾きを求める（ステップ３２）。

【００５３】あるエッジ点ａが局所的な傾きを持ってい
るか否かの判断は同種類のエッジをエッジ点ａの近傍に
２点検出し、各点ごとにエッジ点ａからの方向を求め、
方向が同方向もしくは反対方向であるかどうかを調べ
る。このエッジ点の局所的な傾きの検出方法は図１２を
用いて説明する。

【００５４】ステップ３１で立ち上がりのエッジ点カが
検出されている。エッジ点カの左、右に走査線タに平行
な短い走査線チ、ツを引き、その走査線チ、ツ上に立ち
上がりのエッジ点テ、トを検出する。走査線チ、ツはエ
ッジ点カの傾きが走査線タに対して４５゜〜１３５゜の
角度の時、エッジ点テ、トが検出できるよう、走査線チ
の開始点を点ラ、終点を点リとし、走査線ツの開始点を
点ル、終点をレと決める。このようにしてエッジ点テ、
トが検出できれば、次はエッジ点カを始点としてエッジ
点テ、トを終点とするベクトルｃ、ｄを求め、その２本
のベクトルｃ，ｄの方向成分が等しいかどうかを調べ
る。ほぼ等しければエッジ点カは局所的な傾きを持って
いると判断する。そして、２つのベクトルの方向成分の
平均値をエッジ点カの傾きとする。

【００５５】図１３ではエッジ点の傾きが検出できない
例を示す。エッジ点ナの近傍に走査線ニ、ヌを引く。走
査線ヌ上には同種類のエッジ点ネを検出することができ
た。しかし走査線ニ上にはエッジ点を検出できなかっ
た。この場合エッジの傾きの検出は失敗する。また、も
し２本の走査線上に同種類のエッジ点を２点検出できた
場合でも、ベクトルの方向が同じでなければエッジ点の
傾きとして検出しない。エッジ点の傾きが検出できるエ
ッジ点のみを検出することによって、誤った直線分を検
出することを少なくし、処理時間を短くすることができ
る。

【００５６】なお図１４のようにエッジ点（カ）の近傍
に同種類のエッジを近傍に３点以上検出して、エッジ点
の方向ベクトルを求めて、方向ベクトルの傾きのばらつ
きが一定値以下であればエッジ点の傾きとして、これら
の平均値を求めてエッジ点の傾きの検出を行ってもよ
い。

【００５７】ステップ３２では以上のエッジ点傾き検出
をすべてのエッジ点に対して行う。

【００５８】次にステップ３２でエッジ点の傾きが求め
られた各エッジ点からエッジ点の傾きの方向に一定間隔
毎に同種類のエッジ点を検出していく（ステップ３
３）。

【００５９】図１５でエッジ点カはエッジ点の傾きが検
出されている。求められた傾きの方向へエッジ点ハ、
ヒ、フとエッジ点を検出する。もし点へのような汚れな
どでエッジが汚れておりエッジ点へが検出できない場
合、エッジ点フから同方向に２倍の間隔でエッジ点を探
索し、エッジ点ホを求める。もしさらにエッジ点ホが見
つからない場合、３倍の間隔でエッジ点を探索する。一
定間隔以上エッジ点か見つからなければ処理を終える。
この処理はエッジ点カから逆方向へも行い、エッジ点
ミ、ムと検出する。検出されたエッジ線は直線分に対応
づける。

【００６０】以上の処理をステップ３２で検出されたす
べてのエッジ点に対して行う。

【００６１】次に２次元コード２０の４隅の座標を求め
る（ステップ３４）。ステップ３３で求められた複数の
直線分から図２２の２６１、２６２のような直角に交わ
る１組の組み合わせを求める。その直線を２辺とする長
方形の対辺となる端線２６３、２６４を引き、この２本
の各端線と垂直に交わる短い走査線２６５を引き、エッ
ジ２６６を求める。この時２次元コード２０の２辺は白
セルと黒セルが交互に並ぶタイミングセルであるのでエ
ッジが検出できる走査線と検出できない走査線に分かれ
る。検出されたエッジ点を端線２６５、２６６に対応づ
ける。直線分２６１、２６２、２６３、２６４に対応づ
けられたエッジ点をサンプル点として最小２乗近似法に
より４本の直線２６７、２６８、２６９、２７０を求め
る。この４本の直線の４つの交点が２次元コード２０の
４隅の点となる。

【００６２】２次元シンボルの縦横のセル数を求める
（ステップ３５）。セル数はタイミングセルの数を数え
ることにより求めることができる。タイミングセルの数
を数えるためには、タイミングセルの上を走査して、そ
のエッジの数を数えればわかる。２辺のタイミングセル
の数を数えることにより、縦方向及び横方向のセルの数
を数えることができる。

【００６３】このように、２次元コード２０の切り出し
パターンである２辺の直線を、まず画像メモリを広い間
隔で縦横に走査しエッジを求め、次にエッジの傾きを求
めてその方向に従って直線を追跡し、最後に最小２乗近
似法を用いて検出することにより、従来法のようなハフ
変換による直線抽出にくらべて、処理時間が短く高速に
２次元コード２０の切り出しができる。また２次元コー
ド２０の切り出しパターンである２本の直線上に汚れが
ある場合でも、直線上の汚れのない部分のエッジからエ
ッジの傾きを求め、このエッジの傾きにもとづいてエッ
ジを追跡し、汚れのある部分は飛び越えて追跡を続け直
線を検出することにより、２次元コードの切り出しが正
確にできる。またエッジは従来法のように２値化された
画像ではなく、多値の画像情報から直接求められている
ので輝度ムラ等があっても正確にエッジを抽出ができ
る。

【００６４】実施の形態１では２次元コード２０のよう
にＬ字パターンを持つ２次元コードの切り出しを例に説
明したが、同様に４辺がすべてバー（黒セル）であるよ
うな２次元コードの検出もできる。この場合４辺のバー
はステップ３３ですべて抽出されており、この情報から
容易に四隅の座標が検出できるからである。

【００６５】（実施の形態２）図１６は本発明の第２の
実施の形態における２次元コードリーダの切り出し手段
を説明する図である。以下本発明の第２の実施の形態に
おける２次元コードリーダの切り出し手段を説明するた
めに、図９の２次元コード２４を使う。

【００６６】まず２次元画像領域を縦方向、横方向に走
査してエッジを検出する（ステップ４１）。走査を行う
走査線は一定の間隔だけあけることにより画像メモリの
アクセスを少なくし、処理時間を短くする。

【００６７】次にステップ４１で求められたエッジの座
標情報とエッジの種類（○又は●）の情報を元にして、
センターパターンを横切った部位であるかどうかを判定
する（ステップ４２）。２次元コード２４はセンターパ
ターンを走査線が横切っている場合、図１７のように一
定周期で２種類のエッジが交互に現れる。この時、２次
元コードの印刷条件によりバーとスペースが同じ太さで
ない場合がある。そこで、本実施の形態では同じ種類の
エッジの間隔が等しくなっているかで、センターパター
ンを横切る走査線上のエッジの並びであることを判断
し、その各エッジの座標及びそのエッジの種類を記憶す
る。

【００６８】図１７のエッジ点列の場合、点４２と点４
４の距離をｄ１、点４３と点４５の距離をｄ２、点４４
と点４６の距離をｄ３とするとｄ１、ｄ２、ｄ３がほぼ
等しい距離であればセンターパターンを横切った部位で
あると認識する。

【００６９】次にステップ４２で求められたエッジ点列
４１と対応づけられるエッジ同士を結ぶベクトルの傾き
が等しくなるエッジ点列４８を近傍に検出し、センター
パターンの傾きを求める（ステップ４３）。ステップ４
２で求められたエッジ点列の近傍に走査線４０と平行な
短い走査線４７を引き、ステップ４１と同様の方法でエ
ッジを求めていく。この求められたエッジ点とステップ
４２で求められたエッジ点列のエッジ点を１対１で対応
づけていく。エッジの対応づけはもっとも位置が近く同
種類のエッジに対して行う。対応づけられたエッジを結
んだ線のベクトルをエッジの傾きベクトル（ｔ、ｕｉ）
とする。ｉはエッジの番号とする。図１８ではエッジは
５点あるので５本の傾きベクトルが求められる。これら
ｕｉの平均値からセンターパターンの方向が求められ
る。なお本実施の形態ではｕｉの平均値によりセンター
パターンの方向を求めているが、ｕｉのヒストグラムを
求め、頻度が最も多い値をセンターパターンの方向とし
てもよい。またこの時ｕｉのばらつきが大きい場合は検
出失敗とし、再度、ステップ４２から処理を行ってもよ
い。

【００７０】傾きベクトルを求めるための走査線の開始
点（ａ，ｂ１）と終了点（ａ，ｂ２）は次のように求め
られる。まずステップ４２で求められた複数のエッジの
座標からバー間隔の平均値ｔｂとスペースの間隔の平均
値ｔｓを求める。ｔｂとｔｓの内小さい方を走査線４０
と走査線４７の間の間隔ｔとする。ステップ４２で求め
られたエッジの中で最も上部の座標を（ｍ，ｎ１）、最
も下部の座標を（ｍ，ｎ２）とする。このとき（ａ，ｂ
１）（ａ，ｂ２）は

【００７１】

【式２】

【００７２】で求められる。

【００７３】ｔの値が大きい方がエッジの方向は精度よ
く求めることができる。しかしながらあまりｔの値が大
きすぎると走査線１上のエッジと走査線２上のエッジの
対応づけができなくなる。ｔ＜（ｔｂ＋ｔｓ）／２であ
ればよい。上記の方法でｔを決定すると、回転角が４５
度となったとしても、エッジの対応づけはできる。

【００７４】次にステップ４２で求められた複数のエッ
ジの座標からステップ４３で求められたエッジの傾きベ
クトル（ｔ，ｕ）に従って、同種類のエッジを追跡し、
センターパターンの水平方向のバーとスペースの境界線
上のエッジを求めていく（ステップ４４）。以下に具体
的な処理について説明する。

【００７５】図１９はステップ４４のエッジ追跡を表す
ものである。５０はステップ２で求められたエッジ点列
である。このエッジ点列から走査線をｔ２だけ水平方向
に移動させて、走査線上のエッジを検出していく。エッ
ジの検出はステップ１で説明した方法と同様の方法を使
えばよい。走査線上にエッジを検出した後、求められた
エッジとエッジ点列５０のエッジをエッジの傾き（ｔ
１，ｕ）をもとにして対応させる。この後、さらに走査
線をｔ２だけ右方向に移動させて、走査線上のエッジを
検出し、１つ前の走査線上のエッジと対応させていく。
対応づけができるエッジが２つ以上の場合は追跡を行
い、２つ以上ない場合は右方向の追跡を終える。エッジ
点列５０の左方向に対しても同様の処理を行う。

【００７６】このようにエッジ追跡を行うことにより、
図２０のようにセンターパターン上に汚れ５１がある場
合でも、正しくエッジ点を追跡できる。

【００７７】対応づけられたエッジ点はセンターパター
ンの水平方向のバーとスペースの境界線上の点となって
いる。

【００７８】求められた境界線上のエッジ点をサンプル
点として最小２乗近似法を用いて、線分を精度良く求め
る。

【００７９】ステップ４５では、ステップ４４で求めら
れたセンターパターンの水平方向のバーとスペースの境
界線の端線の延長方向にエッジを検出しセンターパター
ンの位置、回転角を求める。またセンターパターンの境
界線の本数の情報から２次元コード２４の縦方向及び横
方向のセルの数を求めることができる。

【００８０】このように、まず画像メモリを広い間隔で
縦横に走査してエッジを求め、次に同種類のエッジが等
間隔に並ぶエッジ点列を検出し、さらに検出されたエッ
ジ点列の近傍にエッジを検出することによりセンターパ
ターンの傾きを求め、このセンターパターンの傾きをも
とにしてエッジを追跡して行き、最後に最小２乗近似法
を用いて複数の直線を検出することによりセンターパタ
ーンの切り出しを行うことにより、従来法のようなハフ
変換による直線抽出に比べて、処理時間が短く高速に２
次元コード２４の切り出しができる。

【００８１】また２次元コード２４のセンターパターン
に汚れがある場合でも、汚れのない部位でセンターパタ
ーンの傾きを求めて、直線検出をするため２次元コード
２４の切り出しを正確に行うことができる。またエッジ
は従来法のように２値化された画像ではなく、多値の画
像情報から直接求められているので輝度ムラ等があって
も正確にエッジを抽出できる。

【００８２】なお実施の形態２ではステップ４２でエッ
ジの対応づけを行い、傾きを求めていたが、例えば図１
８の走査線４０上のエッジ点列を基本パターンとし、走
査線４７上に基本パターンに最もマッチングの度合いが
大きいパターンを検出することによってセンターパター
ンの傾きを求め、この傾きにしたがって基本パターンに
マッチングの度合いが高いエッジ点列を順次検出してい
く方法でもよい。この方法はパターンマッチングを用い
た方法であるので汚れや傷に強く高精度な切り出しを行
うことができる。

【００８３】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態の２次元バーコードリーダにおける切り出し処理の実
施の形態について、２次元コード２４を例にして、図
７、図１６及び図２１を用いて説明する。

【００８４】まず、一回目の取り込み処理（ステップ
１）を行い、その後切り出し処理（ステップ２）の中で
図２１の走査線６０によってエッジ検出処理（ステップ
４１）及び特徴エッジパターン検出処理（ステップ４
２）を行う。しかしながら、この例のシンボルでは、汚
れ６２があり同種類のエッジの間隔が一定となる部位を
検出することができないので、再度取り込み処理を行
い、その後切り出し処理を行う。切り出し処理の中で走
査線の位置をかえて６１の走査線によって再度エッジ検
出処理を行う。この時走査線の位置が変わったため、特
徴エッジパターン検出処理で同種類のエッジの間隔が一
定となる部位６３を検出でき、センターパターン６４を
検出することができる。このように走査線の位置を移動
させることによって、走査線間隔を大きくしたままで、
汚れコードや小さいコードを確実に読み取ることができ
る。

【００８５】このように上記方法を用いることにより、
傷のあるコードや小さいコードは数回のデコード処理に
より確実に読み取ることができる。

【００８６】（実施の形態４）本発明の第４の実施の形
態の２次元コードリーダについて説明する。

【００８７】本実施の形態では切り出し手段によって２
次元コードの４隅の座標、又は２次元コード２４の場合
ではセンターパターンの４隅の座標及び２次元コードの
縦方向、横方向のセル数が求められ、これらの情報をも
とに、セル２値化手段によってセルの２値データが求め
られる。

【００８８】従来法では切り出し手段によって２次元コ
ードの切り出しを行う前に全画素に対して２値化が行わ
れており、切り出し手段によって得られた情報をもとに
各セルの中心点の画素を決定し、その画素に当たる画像
メモリのアドレスをアクセスすることによってセル２値
データを求めていた。

【００８９】しかし、本実施の形態の２次元コードリー
ダでは高速でかつ輝度ムラに影響しない切り出し手段を
実現するために、多値の画像情報から２次元コード切り
出しを行っている。そのために各セルの中心点の画素に
当たる画像メモリのアドレスをアクセスしても、画素の
多値の濃度値が得られるだけである。そこで何らかの方
法で得られた各セルの中心画素の濃度値の２値化を行う
必要がある。

【００９０】各セルの中心点の画素の濃度値を２値化す
るためには、例えば切り出された領域内の全画素の濃度
値の最大値と最小値の平均値をしきい値として、各セル
の中心画素を２値化する方法が考えられる。

【００９１】しかし、この方法では領域内の全画素をア
クセスするために、処理に時間がかかる。また照明の当
たり具合の影響で輝度ムラ等が発生した場合、正しく２
値化できない。

【００９２】そこで本実施の形態の２次元コードリーダ
のセル２値化手段では、２値化のしきい値をセルの中心
点の画素の濃度値のみから求めることによって処理時間
を短くする。また２次元コードの領域を小領域に分割
し、その各領域についての局所的なしきい値を求め、セ
ルの２値データを求めることによって輝度ムラの影響を
受けにくくする。

【００９３】セル２値化の処理の流れを図１によって説
明する。

【００９４】切り出し処理によって得られた情報は図２
のように四隅の点１４、１５、１６、１７の位置と２次
元コードの縦横のセル数である。この情報から各セル１
８の中心画素１９の位置を求めて、その位置の画素の濃
度値を順次記憶する（ステップ１１）。

【００９５】次に切り出された２次元コードを図３のよ
うに縦横数セル（ここでは２×２）ずつから成る小領域
に分割して、小領域ごとの濃度値の最大値maxと最小値m
inを求める（ステップ１２）。これはステップ１１で求
められた各セルの中心画素の濃度値から求める。

【００９６】そして、ステップ１２で求められた最大値
maxと最小値minをもとにして、小領域のしきい値ｔｈ及
び振幅ｄを求める。（ステップ１３）。

【００９７】各小領域のしきい値ｔｈはその小領域のセ
ルの中心点の画素の濃度値の最大値maxと最小値minから
求める。また振幅ｄはmaxとminの差から求める。

【００９８】隣接する小領域の振幅ｄの値を比較して、
振幅ｄの値が周りに比べて小さい小領域を検出する。次
に検出された小領域のしきい値ｔｈの値を隣接する複数
の小領域のしきい値ｔｈの平均値から求める。

【００９９】ここで小領域の振幅ｄを隣接の小領域の振
幅ｄと比較するのは小領域のセルすべてが黒セルまたは
白セルであるかどうかを判断するためのものである。小
領域のセルがすべて黒または白セルであると小領域で求
められたしきい値では正しく２値化を行うことができな
い。よって、このような小領域のしきい値は隣接する小
領域の中で白セル、黒セルの両方のセルを含む小領域の
しきい値を用いて求められることにより正確な２値化を
行うことができる。

【０１００】最後に、各セルの中心点の画素の濃度値を
そのセルを含む小領域のしきい値ｔｈによって２値化す
る（ステップ１３）。

【０１０１】実施の形態４の具体例を図４を用いて説明
する。ここでは小領域は２×１セルとする。また注目小
領域に隣接する小領域を左右２つの領域とする。

【０１０２】図４（ａ）の４０は２次元コードのセルの
中心画素を通る走査線上の画素の濃度値を表したもので
ある。この波形はベースが右下がりのシェーディングが
発生しており、固定のしきい値で正しく２値化できな
い。

【０１０３】本実施の形態の方法ではまずステップ１１
でセルの中心画素の濃度値４１を求める。次にステップ
１２で各小領域の最大値maxと最小値minを求める。そし
てステップ１３でステップ１２より求められた値から最
大値maxと最小値minの差ｄ４５及び最大値maxと最小値m
inの平均値ｔｈ４４を求める。ステップ１４でもし隣接
する２つの小領域のｄの最大値より注目小領域のｄが２
分の１以下であれば、この小領域は黒セルのみ、又は白
セルのみであると判断し、４６、４７のようにその小領
域をラベルづけし、ラベルづけされた小領域のｔｈの値
を４６のようにその小領域の両隣の小領域のｔｈの内挿
によって求める。もし４７のように２つの小領域が連続
してラベルづけされている場合は両隣の小領域のｔｈの
内挿によってｔｈを補間する。その結果、図中４３で示
す値となる。なお、この値は図４（ａ）では４２で示す
値となる。

【０１０４】なお、ここでは小領域は２×１セルの領域
としたが、小領域を構成するセル数はいくらでもよい。
また１セルに対応する画素数によって小領域を構成する
セル数を変えてもよい。また各小領域は重複してもよ
い。また上記の説明では最大値maxと最小値minの差ｄの
比較には右と左の小領域で行ったが、上下左右の４方向
で行ってもよい。

【０１０５】このように各セルの中心点の画素の濃度値
を求め、その中心点の画素の濃度値のみから局所的なし
きい値を求め、各セルの中心点の画素の濃度値と局所的
なしきい値を比較し２値化を行うことによって、処理時
間が短く、かつ輝度ムラに影響されないセルの２値化処
理を行うことができる。

【０１０６】（実施の形態５）本発明の第５の実施の形
態では切り出された２次元コードの領域に輝度ムラがな
い場合または白黒のコントラストが強い場合には一定の
しきい値によって２値化を行い、輝度ムラがあり、かつ
白黒のコントラストが弱い場合は第１の手段と同様の方
法で２値化を行うセル２値化を行う。

【０１０７】図５は本発明の第５の実施の形態のセル２
値化処理の流れ図である。ステップ１１の後、濃度値の
ヒストグラム（濃度分布）を求める（ステップ２１）。
ステップ１１ではセルの中心点の画素の濃度値のみを求
めているため、もし輝度ムラがなければ濃度分布は完全
に２つの山に分かれるはずである。またもし輝度ムラが
ある場合でも白黒のコントラストが強ければ２つの山に
分かれるはずである。もしこのような分布をしている場
合は固定のしきい値で２値化できる。

【０１０８】そこで輝度分布が完全に２つの山に分かれ
ている場合は２つの山の間の濃度値をしきい値とし（ス
テップ２３）、求められたしきい値により濃度値を２値
化する。

【０１０９】輝度分布が２つの山に分かれていない場合
は、ステップ１２に進み、第１の手段と同様の方法で２
値化を行う。

【０１１０】このように輝度分布より２値化の方法を変
えることにより、切り出された２次元コードの領域に輝
度ムラが無い、または白黒のコントラストが強い場合は
より高速に２値化を行うことができ、また輝度ムラがあ
る場合は第１の手段と同様の方法により２値化を行うこ
とによって輝度ムラによらず、高速なセル２値化が実現
できる。

【０１１１】以上説明してきたそれぞれの実施の形態に
よれば、切り出し手段によって求められた２次元コード
の位置、回転角及びセルの数から求められるセルの中心
点の画素の濃度値のみから局所的なしきい値を求め、２
値化を行っているために、セル２値化手段の処理時間を
短くし、かつ輝度ムラの影響を受けずに２値化を行うこ
とができる。

【０１１２】また、セルの中心点の画素の濃度値を求め
た後、濃度値のヒストグラムを作り、その分布により輝
度ムラがないと判断されれば、その濃度値より１つのし
きい値を求めすべてのセルの２値化を行うため、さらに
セル２値化手段の処理時間を短くすることができる。ま
た、輝度ムラがあると判断されれば局所的なしきい値を
求め、２値化を行うことにより輝度ムラの影響を受けず
にセル２値化を行うことができる。

【０１１３】また、縦横の走査線の間隔を広く開けるこ
とができるため画像メモリのアクセス数が少なくなり、
かつ切り出し処理の前に画像を２値化する必要がないた
め、高速に２次元コードの切り出しを行うことができ
る。また、走査線上の画素の濃度値の変化によって切り
出しを行うために、輝度ムラの影響を受けずに２次元コ
ードの切り出しを行うことができる。

【０１１４】また、走査線上のエッジが汚れ等でなくな
っている場合でも走査線を移動させることにより確実に
切り出しを行うことができる。

【０１１５】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の
第１の２次元コード読み取り装置は、２次元コードの切
り出しを行った後に、前記コード切り出し手段によって
切り出された前記２次元コードの各セルの所定画素の値
を２値化するので、２値化する画素数が大幅に削減でき
ることから、２値化処理にかかる時間が非常に短縮でき
るものである。

【０１１６】また、本発明の第２の２次元コード読み取
り装置は、前記セル濃度値抽出手段で求められた濃度値
と前記局所しきい値決定手段で求められたしきい値とを
比較しセルの２値データを求めるセル２値決定手段とを
備えることにより、輝度ムラの影響を受けないセルの２
値化を行うことができる。また、セルの所定画像のみア
クセスするために２値化処理にかかる時間が短縮できる
ものである。

【０１１７】また、本発明の第３の２次元コード読み取
り装置は、コード切り出し手段は、縦方向及び横方向に
画像メモリの走査を行い走査線上にある２次元コードの
エッジを検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手
段で求められたエッジの傾きを求めるエッジ傾き検出手
段と、前記エッジ傾き検出手段で求められた傾きに従っ
てエッジを追跡して直線を検出する直線検出手段を備え
ることにより、走査線を少なくすることができる、すな
わち、画像メモリへのアクセスを少なくできるので、高
速に２次元コードの切り出しを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第４の実施の形態におけるセル２値化
手段の流れ図

【図２】同セルの中心の画素の説明図

【図３】同２×２の小領域の説明図

【図４】（ａ）は同しきい値の求め方の第１の説明図 （ｂ）は同しきい値の求め方の第２の説明図

【図５】本発明の第５の実施の形態のセル２値化処理の
流れ図

【図６】本発明の実施の形態におけるタッチ式２次元コ
ードリーダの構成図

【図７】同２次元コードリーダの処理の流れ図

【図８】２次元コードラベル（データマトリックス）を
示す図

【図９】２次元コードラベル（コード１）を示す図

【図１０】本発明の第１の実施の形態における２次元コ
ードリーダの切り出し手段を説明する流れ図

【図１１】（ａ）は同エッジ点の検出の走査線を示す図 （ｂ）は同走査線上の濃度値を説明する図 （ｃ）は同差分値を示す図

【図１２】同エッジ点の傾き検出手段について説明する
第１の図

【図１３】同エッジ点の傾き検出ができない例を示す図

【図１４】同エッジ点の傾き検出手段について説明する
第２の図

【図１５】同直線検出について説明する図

【図１６】本発明の第２の実施の形態における２次元コ
ードリーダの切り出し手段を説明する流れ図

【図１７】同特徴エッジパターン検出について説明する
図

【図１８】同センターパターンの傾き検出について説明
する図

【図１９】同エッジ追跡の説明図

【図２０】同センターパターンの汚れについて説明する
図

【図２１】本発明の第３の実施の形態における走査の説
明図

【図２２】本発明の第１の実施の形態の２次元コード２
０の４隅の点を求め方の説明図

【図２３】従来のソフトによる２値化方法の流れ図

【図２４】（ａ）は従来のチェーンコーディングの説明
図 （ｂ）は従来のチェーンコーディングが正常に読み込み
できないことを示す説明図

【図２５】（ａ）は従来のハフ変換の第１の説明図 （ｂ）は従来のハフ変換の第２の説明図

【図２６】（ａ）は従来の２値化のしきい値の説明図 （ｂ）は固定しきい値による２値化の回路を示す図 （ｃ）は浮動しきい値による２値化回路を示す図

【符号の説明】

１ ケース ２ 読み取り窓 ３ ヘッド部 ４ 光源 ５ 反射ミラー ６ ラベル ７ ２次元コード ８ レンズ ９ エリアセンサ １０ 主回路 １１ Ａ／Ｄコンバータ １２ 画像メモリ １３ ホストコンピュータ

フロントページの続き (72)発明者 井上 勝史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小林 圭一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元コードから反射した光を受光し画
   像信号に変換する変換手段と、前記画像信号を画像メモ
   リとして記憶する記憶手段と、前記画像メモリの画像信
   号から２次元コードの切り出しを行うコード切り出し手
   段と、前記コード切り出し手段によって切り出された前
   記２次元コードの各セルの所定画素の値を２値化するセ
   ル２値化手段とを備えた２次元コード読み取り装置。
2. 【請求項２】 セル２値化手段は、２次元コードの各セ
   ルの所定画素の画像信号に基づき前記画素の濃度値を求
   めるセル濃度値抽出手段と、前記セル濃度値抽出手段で
   求められた濃度値から局所的なしきい値を求める局所し
   きい値決定手段と、前記セル濃度値抽出手段で求められ
   た濃度値と前記局所しきい値決定手段で求められたしき
   い値とを比較しセルの２値データを求めるセル２値決定
   手段とを備えた請求項１記載の２次元コード読み取り装
   置。
3. 【請求項３】 コード切り出し手段は、縦方向及び横方
   向に画像メモリの走査を行い走査線上にある２次元コー
   ドのエッジを検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検
   出手段で求められたエッジの傾きを求めるエッジ傾き検
   出手段と、前記エッジ傾き検出手段で求められた傾きに
   従ってエッジを追跡して直線を検出する直線検出手段を
   備えた請求項１記載の２次元コード読み取り装置。