JP2004362053A - 二次元コード読取装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次元コード画像が緩やかな歪みを有する場合においても二次元コードを高速かつ精確に読み取ることができる二次元コード読取装置を提供する。
【解決手段】この二次元コード読取装置は、画像入力装置１によりＱＲコード画像を取り込む。画像入力制御装置２により入力処理されたＱＲコード画像データはメモリ５に格納される。ＣＰＵ６は、記憶装置４に格納されたＱＲコード読取のためのプログラムを用いてＱＲコード画像について作成した包絡線より基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、作成した補助線にそれぞれセル数に応じた分割点を設け、この分割点に基づいてＱＲコード認識のための格子点を求め、二次元コード画像のセル配列を検出する。
【選択図】 図１
【解決手段】この二次元コード読取装置は、画像入力装置１によりＱＲコード画像を取り込む。画像入力制御装置２により入力処理されたＱＲコード画像データはメモリ５に格納される。ＣＰＵ６は、記憶装置４に格納されたＱＲコード読取のためのプログラムを用いてＱＲコード画像について作成した包絡線より基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、作成した補助線にそれぞれセル数に応じた分割点を設け、この分割点に基づいてＱＲコード認識のための格子点を求め、二次元コード画像のセル配列を検出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の画像入力装置で入力した２次元コード画像より２次元コードを読み取る二次元コード読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、二次元コード画像をＣＣＤカメラ等で検出し、その検出画像に基づいて二次元コードを読み取る二次元コード読取装置が知られている。これは、例えばＱＲコードの場合、ＱＲコード画像をＣＣＤカメラで撮像し、ＱＲコードの位置検出パターンおよびタイミングパターンに着目してセル１つ１つの配置を推定することにより、ＱＲコードを読み取るというものである。また、特許文献１には、二次元コード画像の歪みの度合いを、画像を走査するための検査線の傾きにより補正する方法が開示されている。
【特許文献１】
特許第２７４２５５５号公報
【０００３】
しかしながら特許文献１の技術は、傾斜角を算出する工程を有するため二次元コードの解読に長時間を要するという問題がある。そこで、特許文献２には、別の２次元コード読取方法が開示されている。
【特許文献２】
特開２０００−２２２５１７号公報
【０００４】
この技術は、二次元コードパターンを撮影する場合、コードパターンが、実際上、幾分か回転して撮影されるため、その周囲外形が台形状に近くなることに注目し、撮影した台形状の各辺に検査線を引く場合、隣接する辺の長さにより、全体の歪みを推定して、対象辺の分割間隔を決めるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＱＲコード等の二次元コードは、いつも平面上に配置されているとは限らない。例えば、二次元コードは曲面を有する物品表面に配置される場合があり、また二次元コードを配置した紙等の材質がコード撮影時に曲がっている場合もある。このような所に配置された二次元コードをカメラ等で撮影した場合、撮影された二次元コード画像は緩やかな歪みを有することになる。しかしながら、この種の歪みを有する二次元コード画像から二次元コードを高速かつ精確に読み取ることは、上述の従来技術では困難であった。
【０００６】
従って本発明の目的は、二次元コード画像が緩やかな歪みを有する場合においても二次元コードを高速かつ精確に読み取ることができる二次元コード読取装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、二次元コード画像を２値化して読み取る二次元コード読取装置において、二次元コード画像を入力し、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する二次元コード読取装置により、達成される。
【０００８】
ここで、前記格子点は、前記縦横方向の各補助線上の隣接する２つの分割点からそれぞれ補助線に平行に引いた２つの線分の交点として求めることができる。また、前記検査点または検査領域は、隣接する４つの格子点に囲まれた領域の中心点付近（中心点を含む）に置かれることが望ましい。
また、本発明の二次元コード読取装置は、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線の各頂点の内角を検査して二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点を用いて二次元コード画像のセル配列を検出するものである。
【０００９】
さらに、本発明の二次元コード読取プログラムは、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する機能を実現させるためのものである。ここで、前記基準となる頂点は、前記作成した包絡線の各頂点の内角を検査することにより抽出され得る。
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上述した二次元コード読取プログラムを記録したものである。
【００１０】
このように構成することにより、例えば曲面に貼付された二次元コードの読み取り精度を向上でき、かつその読み取り速度を向上することができる。また、本発明は、例えば二次元コード撮影用のカメラレンズの球面収差等に起因する歪みに対しても同様に対応可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、二次元コードとしてＱＲコードを挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＰＤＦ４１７、データマトリックス、マキシコード等にも適用することができる。
【００１２】
図１は、本発明に係る二次元コード読取装置の一構成例を示すブロック図である。本例の二次元コード読取装置は、例えばＱＲコードを画像入力するＣＣＤカメラやイメージスキャナ等の画像入力装置１と、入力された画像データを処理する画像入力制御装置２と、各種データを表示する表示装置３と、ＱＲコード読取のためのプログラム等を格納するＨＤＤやＲＯＭ等の記憶装置４と、データの読み書きを行うＲＡＭ等のメモリ５と、各部の処理を制御する中央演算処理装置ＣＰＵ６とを備える。この種の二次元コード読取装置は、据え置き型端末装置に組み込むことができるほか、携帯電話やハンディタイプの端末装置に組み込むことも可能である。
【００１３】
本例の二次元コード読取装置による読取り方法については後で詳述するが、概略次のようにしてＱＲコードを読み取る。まず、画像入力装置１によりＱＲコードを撮影または走査してＱＲコード画像を取り込む。画像入力制御装置２は、このＱＲコード画像を入力処理する。入力処理されたＱＲコード画像データはメモリ５に格納される。ＣＰＵ６は、記憶装置４に格納されたＱＲコード読取のためのソフトウェア（プログラム）を用いてＱＲコード画像について作成した包絡線（後述）の各頂点の内角を検査して基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいてＱＲコード画像の辺のセル数を推定する。そして、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け、前記分割点に基づいてＱＲコード認識のための格子点を求める。そして、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けてＱＲコード画像のセル配列を検出する。これにより、例えば曲面に貼付された緩やかな歪みのあるＱＲコードであっても高速かつ精確に読み取ることができる。以下、詳細に説明する。
【００１４】
図２は、ＱＲコードのパターン例を示す図である。ＱＲコード画像は正方形であり、白黒パターンの最小単位である基本セル１００の集合から構成されている。図示のように、ＱＲコードは、３つの位置検出パターン１０１、１０２、１０３を備える。これらの位置検出パターンを基準に、データ区画１０４が形成されている。各位置検出パターンは、一般に外側が７セル×７セルの正四角形の枠とされ、内側が３セル×３セルの黒で塗つぶされた正四角形とされている。画像入力装置１は、このようなＱＲコードをカメラ等で撮影または走査し、ＱＲコード画像（イメージ）を入力する。
【００１５】
図３は、ＱＲコードをカメラ等で撮影した二次元コード画像の例を示すものである。本例では、撮影した画像は、傾きかつ緩やかに歪んでいる。その歪には、図示のように、カメラ等のレンズと被写体との傾きによって出る線形な歪み３１と、ＱＲコードが印刷又は貼付された被写体の歪みから出る曲面的な歪み３２が含まれている。このような歪みは、多少の差はあれ、二次元コードパターン全体に影響していると推定される。
【００１６】
図４は、撮影したＱＲコード画像を取り囲む周囲線（包絡線）の一例を示す図である。ＱＲコードを撮影したＱＲコード画像には、最初、包絡線は含まれていない。包絡線４１は、撮影したＱＲコード画像から作成する。包絡線を描画するアルゴリズムとしては例えば包装アルゴリズムなどがあるが、本例では、まず撮影したＱＲコード画像を２値化処理し、ノイズ取りをした後、この２値化処理した画像の外周に存在する複数のセルを接続して、包絡線を作成する。具体的には、最も外周に存在する黒セルを見つけて、順次隣接する黒セル間を接続する。包絡線４１は多角形を形成する。
【００１７】
図５は、包絡線で囲まれたＱＲコード画像においてＱＲコードの位置検出パターンを求める方法の一例を示す図である。探索方法としては、位置検出パターンの形状のパターンマッチングによる方法や、黒セルに着目して位置検出パターンの正方形の枠および内側の黒セルを見つける方法などがある。本例では、包絡線で囲まれた多角形の内角を調査していく方法を示す。図示のように、撮影したＱＲコード画像の位置検出パターン１０１〜１０３に相当する頂点Ａ、Ｂ、Ｃの内角はほぼ９０度の値を示すものと推測される。一方、ＱＲコードに生じた歪みにより撮影したＱＲコード画像に凹凸が発生した部分、例えば図の頂点Ｅの内角は１８０度に近い値を示すものと推測される。本例はこの点に着目したもので、図の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤがＱＲコードの頂点に相当する部分であることが見出される。
【００１８】
このような内角の調査により、逐次パターンマッチングにより全画素と画像比較をする必要が無くなり、短時間でＱＲコードの頂点を見出すことができ、性能向上を図ることができる。また、この方法は、パターンマッチング手法を用いていないため、ＱＲコードの特徴を意識する必要が無く、ＱＲコード以外の二次元コードに関しても同様に適用可能である。また、内角の調査のための、９０度前後あるいは１８０度前後という内角の範囲は、あらかじめ設定により定めてもよく、さらに他の頂点との相対値で９０度に近いものから順次決めていく方法でもよい。
【００１９】
図６は、包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｙ軸方向（縦方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。本例では、説明の便宜上、ｙ軸方向に４分割するような補助線の引き方に簡略化して説明する。
【００２０】
まず、線分ＡＣと線分ＢＤをそれぞれ４つに内分するような３点を求める。内分の結果、線分ＡＣの内分点として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、線分ＢＤの内分点として、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が得られる。次に、各内分点間を接続する線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３を引く。これで、線分ＡＢ、線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３、線分ＣＤなる補助線が得られる。
【００２１】
次に、上記各線分と包絡線４１との交点のｙ座標を求める。その結果、各交点のｙ座標は、それぞれ図のｙ１１、ｙ１２、ｙ１３、ｙ１４、ｙ１５、ｙ５１、ｙ５２、ｙ５３、ｙ５４、ｙ５５となる。続いて、上記で求めた交点間を４つに内分する点を求める。これにより、ｙ１１−ｙ５１間（線分ＡＢ）、ｙ１２−ｙ５２間、ｙ１３−ｙ５３間、ｙ１４−ｙ５４間、ｙ１５−ｙ５５間（線分ＣＤ）を内分する点（ｙ２１、・・・、ｙ４１、ｙ２２、・・・、ｙ４２、ｙ２３、・・・、ｙ４３、ｙ２４、・・・、ｙ４４）が求められる。この内分点がそれぞれ各補助線の分割点となる。例として、ｙ３３のｙ座標の式は、ｙ１３、ｙ５３の比例配分により次式より求めることができる。
ｙ３３＝ｙ１３＋２（（ｙ５３−ｙ１３）／４）
【００２２】
本例では、線分ＡＣと線分ＢＤを４つに内分するような３点を求める方法を用いたが、実際は、セル数で内分することになり、さらに精度を向上するためには、ＡＣ間およびＢＤ間の包絡線の全長をセル数で内分する方法を用いてもよい。また、内分は等分でもよいが、等分ではなく外形の歪みに応じた重み付けにより行うことが好ましい。上記手法では、各補助線の分割点は、三角関数を用いることなく、比例計算により求めることができるため、その計算の負担は軽く高速処理が可能となる。
【００２３】
図７は、包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｘ軸方向（横方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。本例では、説明の便宜上、ｘ軸方向に４分割するような補助線の引き方に簡略化して説明する。
【００２４】
まず、線分ＡＢと線分ＣＤをそれぞれ４つに内分するような３点を求める。内分の結果、線分ＡＢの内分点として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、線分ＣＤの内分点として、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が得られる。次に、各内分点間を接続する線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３を引く。これで、線分ＡＣ、線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３、線分ＢＤなる補助線が得られる。
【００２５】
次に、上記各線分と包絡線４１との交点のｘ座標を求める。その結果、各交点のｘ座標は、それぞれ図のｘ１１、ｘ２１、ｘ３１、ｘ４１、ｘ５１、ｘ１５、ｘ２５、ｘ３５、ｘ４５、ｘ５５となる。続いて、上記で求めた交点間を４つに内分する点を求める。これにより、ｘ１１−ｘ１５間（線分ＡＣ）、ｘ２１−ｘ２５間、ｘ３１−ｘ３５間、ｘ４１−ｘ４５間、ｘ５１−ｘ５５間（線分ＢＤ）を内分する点（ｘ１２、・・・、ｘ１４、ｘ２２、・・・、ｘ２４、ｘ３２、・・・、ｘ３４、ｘ４２、・・・、ｘ４４）が求められる。この内分点がそれぞれ各補助線の分割点となる。例として、ｘ３３のｘ座標の式は、ｘ３１、ｘ３５の比例配分により次式より求めることができる。
ｘ３３＝ｘ３１＋２（（ｘ３５−ｘ３１）／４）
【００２６】
本例では、線分ＡＢと線分ＣＤを４つに内分するような３点を求める方法を用いたが、さらに精度を向上するためには、ＡＢ間およびＣＤ間の包絡線の全長をセル数で内分する方法を用いてもよい。また、内分は等分でもよいが、等分ではなく外形の歪みに応じた重み付けにより行うことが好ましい。上記手法では、各補助線の分割点は、三角関数を用いることなく、比例計算により求めることができるため、その計算の負担は軽く高速処理が可能となる。
【００２７】
図８は、図６および図７で求めた補助線の分割点よりＱＲコード認識のための格子点を求める方法の一例を示す図である。図示のように、ＱＲコード画像の格子点Ｐは、周囲外形の歪みに応じて変位して分布していることが分かる。図において、ｘ軸方向の補助線の分割点ｘｉｊ及びｙ軸方向の補助線の分割点ｙｉｊに基づいて格子点Ｐが求められる。格子点Ｐの求め方は後述する。互いに隣接する４つの格子点Ｐｉｊ，Ｐｊｉ＋１，Ｐｉ＋１ｊ，Ｐｉ＋１ｊ＋１、例えば図のＰ２２，Ｐ２３，Ｐ３２，Ｐ３３で囲まれた四辺形領域を１つのセルと見なす。本発明では、このようにして認識した各セルの領域内にそれぞれ検査点または検査領域Ｍを設けることによりＱＲコードのセル配列を検出する。検査点または検査領域Ｍは各セルの領域の中心点付近（中心点を含む）に置くのが望ましい。ここで、中心点として、各セルの四辺形の対角線の交点や、四辺形の４頂点の重心を求めるなど、これらに類する方法が取られる。また、さらに、四辺形内部の部分領域の白黒画素数の比で決めるということも可能である。
【００２８】
図９は、ＱＲコード認識のための格子点の求め方の一例を詳細に示す図である。図において、ｘ方向の補助線（Ｐｉ１Ｐｉｎ）の分割点ｘｉｊ及びｙ方向の補助線（Ｐ１ｊＰｍｊ）の分割点ｙｉｊより格子点Ｐｉｊを求める。分割点ｘｉｊよりｙ方向の補助線（Ｐ１ｊＰｍｊ）に平行な線分Ｇを、分割点ｙｉｊよりｘ方向の補助線（Ｐｉ１Ｐｉｎ）に平行な線分Ｈを新たに想定する。この２つの線分ＧとＨの交点（ｘ’ｉｊ，ｙ’ｉｊ）が求める格子点Ｐｉｊである。
【００２９】
図１０は、ＱＲコード画像の入力からＱＲコードのセル配列を求めるまでの流れ図を示す。まず、Ｓ１１０において、ＱＲコードをカメラ等で撮影し、得られたＱＲコード画像（図中のＤ１１０）について２値化処理を行う。これにより、画像の濃淡、むら、ノイズなどを除去し、ＱＲコード画像を白黒２値にて表現することができる。Ｓ１２０では、２値化された画像に対して、上述したような方法でＱＲコード画像の周辺外形を囲む包絡線作成処理を行う（Ｄ１２０）。Ｓ１３０では、作成された包絡線より、上述したような方法でＱＲコードの４頂点を抽出する処理を行う。
【００３０】
Ｓ１４０では、頂点のうち、例えば、位置検出パターン１０１と位置検出パターン１０２を検出し、位置検出パターンの寸法（セル数）を推定する。これに基づいて、Ｓ１５０にて、ＱＲコードの一辺のセル数を推定する。これにより、位置検出パターンが７×７セルで構成されていることから、ＱＲコード全体のセル数を知ることができる。次に、Ｓ１６０において、ＱＲコードを認識するため、ｘ軸方向およびｙ軸方向の補助線の数（内分数）を決める。
【００３１】
Ｓ１７０では、図６〜図８で示した手順で、ＱＲコードを認識するための格子点のｘ座標、ｙ座標を求める（Ｄ１７０）。Ｓ１８０では、ＱＲコード画像（Ｄ１１０）に上記格子点を重ね合わせる。互いに隣接する４つの格子点が成す四辺形一つ一つに区切られた部分がＱＲコード画像（Ｄ１１０）を構成するセル一つ一つと対応する。上記四辺形一つ一つの中心点に相当するＱＲコード画像（Ｄ１１０）の白黒２値を抽出して、二次元コードのセル配列（Ｄ１８０）を得る。本例では、格子点が成す四辺形の中心点に着目したが、必ずしも中心点である必要はなく、四辺形に囲まれた白黒値の多少によってセルの白黒を判定するなど、種々の方法があることは言うまでも無い。
【００３２】
以上のような工程を二次元コード読取プログラムとして実行させることができる。この二次元コード読取プログラムは、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線の各頂点の内角を検査して基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する機能を実現させるためのものである。このような二次元コード読取プログラムは、例えば図１の記憶装置４に格納することができるが、それに限定されることはなく、例えばコンピュータ読み取り可能なＦＤやＣＤＲＯＭ等の記録媒体に記録することができ、さらに、ネットワークを介してダウンロード可能とすることもできる。
【００３３】
以上は、ＱＲコードベースで実施例を説明したが、ＰＤＦ４１７に関しては両端のスタートパターンとストップパターンに注目すれば、ＱＲコードと同様に本発明を適用することができる。さらに、同様の手法を用いれば、データマトリックスの如く、イメージを利用した一般のシンボリックなコードに適用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、二次元コード画像が緩やかな歪みを有する場合においても二次元コードを高速かつ精確に読み取ることができる二次元コード読取装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次元コード読取装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】ＱＲコードのパターン例を示す図である。
【図３】ＱＲコードをカメラ等で撮影した二次元コード画像の例を示すものである。
【図４】撮影したＱＲコード画像を取り囲む周囲線（包絡線）の一例を示す図である。
【図５】包絡線で囲まれたＱＲコード画像においてＱＲコードの位置検出パターンを求める方法の一例を示す図である。
【図６】包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｙ軸方向（縦方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。
【図７】包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｘ軸方向（横方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。
【図８】図６および図７で求めた補助線の分割点よりＱＲコード認識のための格子点を求める方法の一例を示す図である。
【図９】ＱＲコード認識のための格子点の求め方の一例を詳細に示す図である。
【図１０】ＱＲコード画像の入力からＱＲコードのセル配列を求めるまでの流れ図である。
【符号の説明】
１ 画像入力装置
２ 画像入力制御装置
３ 表示装置
４ 記憶装置
５ メモリ
６ ＣＰＵ
３１ 線形な歪み
３２ 曲面的な歪み
４１ 包絡線
１００ 基本セル
１０１〜１０３ 位置検出パターン
１０４ データ区画
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の画像入力装置で入力した２次元コード画像より２次元コードを読み取る二次元コード読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、二次元コード画像をＣＣＤカメラ等で検出し、その検出画像に基づいて二次元コードを読み取る二次元コード読取装置が知られている。これは、例えばＱＲコードの場合、ＱＲコード画像をＣＣＤカメラで撮像し、ＱＲコードの位置検出パターンおよびタイミングパターンに着目してセル１つ１つの配置を推定することにより、ＱＲコードを読み取るというものである。また、特許文献１には、二次元コード画像の歪みの度合いを、画像を走査するための検査線の傾きにより補正する方法が開示されている。
【特許文献１】
特許第２７４２５５５号公報
【０００３】
しかしながら特許文献１の技術は、傾斜角を算出する工程を有するため二次元コードの解読に長時間を要するという問題がある。そこで、特許文献２には、別の２次元コード読取方法が開示されている。
【特許文献２】
特開２０００−２２２５１７号公報
【０００４】
この技術は、二次元コードパターンを撮影する場合、コードパターンが、実際上、幾分か回転して撮影されるため、その周囲外形が台形状に近くなることに注目し、撮影した台形状の各辺に検査線を引く場合、隣接する辺の長さにより、全体の歪みを推定して、対象辺の分割間隔を決めるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＱＲコード等の二次元コードは、いつも平面上に配置されているとは限らない。例えば、二次元コードは曲面を有する物品表面に配置される場合があり、また二次元コードを配置した紙等の材質がコード撮影時に曲がっている場合もある。このような所に配置された二次元コードをカメラ等で撮影した場合、撮影された二次元コード画像は緩やかな歪みを有することになる。しかしながら、この種の歪みを有する二次元コード画像から二次元コードを高速かつ精確に読み取ることは、上述の従来技術では困難であった。
【０００６】
従って本発明の目的は、二次元コード画像が緩やかな歪みを有する場合においても二次元コードを高速かつ精確に読み取ることができる二次元コード読取装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、二次元コード画像を２値化して読み取る二次元コード読取装置において、二次元コード画像を入力し、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する二次元コード読取装置により、達成される。
【０００８】
ここで、前記格子点は、前記縦横方向の各補助線上の隣接する２つの分割点からそれぞれ補助線に平行に引いた２つの線分の交点として求めることができる。また、前記検査点または検査領域は、隣接する４つの格子点に囲まれた領域の中心点付近（中心点を含む）に置かれることが望ましい。
また、本発明の二次元コード読取装置は、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線の各頂点の内角を検査して二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点を用いて二次元コード画像のセル配列を検出するものである。
【０００９】
さらに、本発明の二次元コード読取プログラムは、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する機能を実現させるためのものである。ここで、前記基準となる頂点は、前記作成した包絡線の各頂点の内角を検査することにより抽出され得る。
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上述した二次元コード読取プログラムを記録したものである。
【００１０】
このように構成することにより、例えば曲面に貼付された二次元コードの読み取り精度を向上でき、かつその読み取り速度を向上することができる。また、本発明は、例えば二次元コード撮影用のカメラレンズの球面収差等に起因する歪みに対しても同様に対応可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、二次元コードとしてＱＲコードを挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＰＤＦ４１７、データマトリックス、マキシコード等にも適用することができる。
【００１２】
図１は、本発明に係る二次元コード読取装置の一構成例を示すブロック図である。本例の二次元コード読取装置は、例えばＱＲコードを画像入力するＣＣＤカメラやイメージスキャナ等の画像入力装置１と、入力された画像データを処理する画像入力制御装置２と、各種データを表示する表示装置３と、ＱＲコード読取のためのプログラム等を格納するＨＤＤやＲＯＭ等の記憶装置４と、データの読み書きを行うＲＡＭ等のメモリ５と、各部の処理を制御する中央演算処理装置ＣＰＵ６とを備える。この種の二次元コード読取装置は、据え置き型端末装置に組み込むことができるほか、携帯電話やハンディタイプの端末装置に組み込むことも可能である。
【００１３】
本例の二次元コード読取装置による読取り方法については後で詳述するが、概略次のようにしてＱＲコードを読み取る。まず、画像入力装置１によりＱＲコードを撮影または走査してＱＲコード画像を取り込む。画像入力制御装置２は、このＱＲコード画像を入力処理する。入力処理されたＱＲコード画像データはメモリ５に格納される。ＣＰＵ６は、記憶装置４に格納されたＱＲコード読取のためのソフトウェア（プログラム）を用いてＱＲコード画像について作成した包絡線（後述）の各頂点の内角を検査して基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいてＱＲコード画像の辺のセル数を推定する。そして、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け、前記分割点に基づいてＱＲコード認識のための格子点を求める。そして、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けてＱＲコード画像のセル配列を検出する。これにより、例えば曲面に貼付された緩やかな歪みのあるＱＲコードであっても高速かつ精確に読み取ることができる。以下、詳細に説明する。
【００１４】
図２は、ＱＲコードのパターン例を示す図である。ＱＲコード画像は正方形であり、白黒パターンの最小単位である基本セル１００の集合から構成されている。図示のように、ＱＲコードは、３つの位置検出パターン１０１、１０２、１０３を備える。これらの位置検出パターンを基準に、データ区画１０４が形成されている。各位置検出パターンは、一般に外側が７セル×７セルの正四角形の枠とされ、内側が３セル×３セルの黒で塗つぶされた正四角形とされている。画像入力装置１は、このようなＱＲコードをカメラ等で撮影または走査し、ＱＲコード画像（イメージ）を入力する。
【００１５】
図３は、ＱＲコードをカメラ等で撮影した二次元コード画像の例を示すものである。本例では、撮影した画像は、傾きかつ緩やかに歪んでいる。その歪には、図示のように、カメラ等のレンズと被写体との傾きによって出る線形な歪み３１と、ＱＲコードが印刷又は貼付された被写体の歪みから出る曲面的な歪み３２が含まれている。このような歪みは、多少の差はあれ、二次元コードパターン全体に影響していると推定される。
【００１６】
図４は、撮影したＱＲコード画像を取り囲む周囲線（包絡線）の一例を示す図である。ＱＲコードを撮影したＱＲコード画像には、最初、包絡線は含まれていない。包絡線４１は、撮影したＱＲコード画像から作成する。包絡線を描画するアルゴリズムとしては例えば包装アルゴリズムなどがあるが、本例では、まず撮影したＱＲコード画像を２値化処理し、ノイズ取りをした後、この２値化処理した画像の外周に存在する複数のセルを接続して、包絡線を作成する。具体的には、最も外周に存在する黒セルを見つけて、順次隣接する黒セル間を接続する。包絡線４１は多角形を形成する。
【００１７】
図５は、包絡線で囲まれたＱＲコード画像においてＱＲコードの位置検出パターンを求める方法の一例を示す図である。探索方法としては、位置検出パターンの形状のパターンマッチングによる方法や、黒セルに着目して位置検出パターンの正方形の枠および内側の黒セルを見つける方法などがある。本例では、包絡線で囲まれた多角形の内角を調査していく方法を示す。図示のように、撮影したＱＲコード画像の位置検出パターン１０１〜１０３に相当する頂点Ａ、Ｂ、Ｃの内角はほぼ９０度の値を示すものと推測される。一方、ＱＲコードに生じた歪みにより撮影したＱＲコード画像に凹凸が発生した部分、例えば図の頂点Ｅの内角は１８０度に近い値を示すものと推測される。本例はこの点に着目したもので、図の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤがＱＲコードの頂点に相当する部分であることが見出される。
【００１８】
このような内角の調査により、逐次パターンマッチングにより全画素と画像比較をする必要が無くなり、短時間でＱＲコードの頂点を見出すことができ、性能向上を図ることができる。また、この方法は、パターンマッチング手法を用いていないため、ＱＲコードの特徴を意識する必要が無く、ＱＲコード以外の二次元コードに関しても同様に適用可能である。また、内角の調査のための、９０度前後あるいは１８０度前後という内角の範囲は、あらかじめ設定により定めてもよく、さらに他の頂点との相対値で９０度に近いものから順次決めていく方法でもよい。
【００１９】
図６は、包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｙ軸方向（縦方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。本例では、説明の便宜上、ｙ軸方向に４分割するような補助線の引き方に簡略化して説明する。
【００２０】
まず、線分ＡＣと線分ＢＤをそれぞれ４つに内分するような３点を求める。内分の結果、線分ＡＣの内分点として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、線分ＢＤの内分点として、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が得られる。次に、各内分点間を接続する線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３を引く。これで、線分ＡＢ、線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３、線分ＣＤなる補助線が得られる。
【００２１】
次に、上記各線分と包絡線４１との交点のｙ座標を求める。その結果、各交点のｙ座標は、それぞれ図のｙ１１、ｙ１２、ｙ１３、ｙ１４、ｙ１５、ｙ５１、ｙ５２、ｙ５３、ｙ５４、ｙ５５となる。続いて、上記で求めた交点間を４つに内分する点を求める。これにより、ｙ１１−ｙ５１間（線分ＡＢ）、ｙ１２−ｙ５２間、ｙ１３−ｙ５３間、ｙ１４−ｙ５４間、ｙ１５−ｙ５５間（線分ＣＤ）を内分する点（ｙ２１、・・・、ｙ４１、ｙ２２、・・・、ｙ４２、ｙ２３、・・・、ｙ４３、ｙ２４、・・・、ｙ４４）が求められる。この内分点がそれぞれ各補助線の分割点となる。例として、ｙ３３のｙ座標の式は、ｙ１３、ｙ５３の比例配分により次式より求めることができる。
ｙ３３＝ｙ１３＋２（（ｙ５３−ｙ１３）／４）
【００２２】
本例では、線分ＡＣと線分ＢＤを４つに内分するような３点を求める方法を用いたが、実際は、セル数で内分することになり、さらに精度を向上するためには、ＡＣ間およびＢＤ間の包絡線の全長をセル数で内分する方法を用いてもよい。また、内分は等分でもよいが、等分ではなく外形の歪みに応じた重み付けにより行うことが好ましい。上記手法では、各補助線の分割点は、三角関数を用いることなく、比例計算により求めることができるため、その計算の負担は軽く高速処理が可能となる。
【００２３】
図７は、包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｘ軸方向（横方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。本例では、説明の便宜上、ｘ軸方向に４分割するような補助線の引き方に簡略化して説明する。
【００２４】
まず、線分ＡＢと線分ＣＤをそれぞれ４つに内分するような３点を求める。内分の結果、線分ＡＢの内分点として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、線分ＣＤの内分点として、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が得られる。次に、各内分点間を接続する線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３を引く。これで、線分ＡＣ、線分Ａ１Ｂ１、線分Ａ２Ｂ２、線分Ａ３Ｂ３、線分ＢＤなる補助線が得られる。
【００２５】
次に、上記各線分と包絡線４１との交点のｘ座標を求める。その結果、各交点のｘ座標は、それぞれ図のｘ１１、ｘ２１、ｘ３１、ｘ４１、ｘ５１、ｘ１５、ｘ２５、ｘ３５、ｘ４５、ｘ５５となる。続いて、上記で求めた交点間を４つに内分する点を求める。これにより、ｘ１１−ｘ１５間（線分ＡＣ）、ｘ２１−ｘ２５間、ｘ３１−ｘ３５間、ｘ４１−ｘ４５間、ｘ５１−ｘ５５間（線分ＢＤ）を内分する点（ｘ１２、・・・、ｘ１４、ｘ２２、・・・、ｘ２４、ｘ３２、・・・、ｘ３４、ｘ４２、・・・、ｘ４４）が求められる。この内分点がそれぞれ各補助線の分割点となる。例として、ｘ３３のｘ座標の式は、ｘ３１、ｘ３５の比例配分により次式より求めることができる。
ｘ３３＝ｘ３１＋２（（ｘ３５−ｘ３１）／４）
【００２６】
本例では、線分ＡＢと線分ＣＤを４つに内分するような３点を求める方法を用いたが、さらに精度を向上するためには、ＡＢ間およびＣＤ間の包絡線の全長をセル数で内分する方法を用いてもよい。また、内分は等分でもよいが、等分ではなく外形の歪みに応じた重み付けにより行うことが好ましい。上記手法では、各補助線の分割点は、三角関数を用いることなく、比例計算により求めることができるため、その計算の負担は軽く高速処理が可能となる。
【００２７】
図８は、図６および図７で求めた補助線の分割点よりＱＲコード認識のための格子点を求める方法の一例を示す図である。図示のように、ＱＲコード画像の格子点Ｐは、周囲外形の歪みに応じて変位して分布していることが分かる。図において、ｘ軸方向の補助線の分割点ｘｉｊ及びｙ軸方向の補助線の分割点ｙｉｊに基づいて格子点Ｐが求められる。格子点Ｐの求め方は後述する。互いに隣接する４つの格子点Ｐｉｊ，Ｐｊｉ＋１，Ｐｉ＋１ｊ，Ｐｉ＋１ｊ＋１、例えば図のＰ２２，Ｐ２３，Ｐ３２，Ｐ３３で囲まれた四辺形領域を１つのセルと見なす。本発明では、このようにして認識した各セルの領域内にそれぞれ検査点または検査領域Ｍを設けることによりＱＲコードのセル配列を検出する。検査点または検査領域Ｍは各セルの領域の中心点付近（中心点を含む）に置くのが望ましい。ここで、中心点として、各セルの四辺形の対角線の交点や、四辺形の４頂点の重心を求めるなど、これらに類する方法が取られる。また、さらに、四辺形内部の部分領域の白黒画素数の比で決めるということも可能である。
【００２８】
図９は、ＱＲコード認識のための格子点の求め方の一例を詳細に示す図である。図において、ｘ方向の補助線（Ｐｉ１Ｐｉｎ）の分割点ｘｉｊ及びｙ方向の補助線（Ｐ１ｊＰｍｊ）の分割点ｙｉｊより格子点Ｐｉｊを求める。分割点ｘｉｊよりｙ方向の補助線（Ｐ１ｊＰｍｊ）に平行な線分Ｇを、分割点ｙｉｊよりｘ方向の補助線（Ｐｉ１Ｐｉｎ）に平行な線分Ｈを新たに想定する。この２つの線分ＧとＨの交点（ｘ’ｉｊ，ｙ’ｉｊ）が求める格子点Ｐｉｊである。
【００２９】
図１０は、ＱＲコード画像の入力からＱＲコードのセル配列を求めるまでの流れ図を示す。まず、Ｓ１１０において、ＱＲコードをカメラ等で撮影し、得られたＱＲコード画像（図中のＤ１１０）について２値化処理を行う。これにより、画像の濃淡、むら、ノイズなどを除去し、ＱＲコード画像を白黒２値にて表現することができる。Ｓ１２０では、２値化された画像に対して、上述したような方法でＱＲコード画像の周辺外形を囲む包絡線作成処理を行う（Ｄ１２０）。Ｓ１３０では、作成された包絡線より、上述したような方法でＱＲコードの４頂点を抽出する処理を行う。
【００３０】
Ｓ１４０では、頂点のうち、例えば、位置検出パターン１０１と位置検出パターン１０２を検出し、位置検出パターンの寸法（セル数）を推定する。これに基づいて、Ｓ１５０にて、ＱＲコードの一辺のセル数を推定する。これにより、位置検出パターンが７×７セルで構成されていることから、ＱＲコード全体のセル数を知ることができる。次に、Ｓ１６０において、ＱＲコードを認識するため、ｘ軸方向およびｙ軸方向の補助線の数（内分数）を決める。
【００３１】
Ｓ１７０では、図６〜図８で示した手順で、ＱＲコードを認識するための格子点のｘ座標、ｙ座標を求める（Ｄ１７０）。Ｓ１８０では、ＱＲコード画像（Ｄ１１０）に上記格子点を重ね合わせる。互いに隣接する４つの格子点が成す四辺形一つ一つに区切られた部分がＱＲコード画像（Ｄ１１０）を構成するセル一つ一つと対応する。上記四辺形一つ一つの中心点に相当するＱＲコード画像（Ｄ１１０）の白黒２値を抽出して、二次元コードのセル配列（Ｄ１８０）を得る。本例では、格子点が成す四辺形の中心点に着目したが、必ずしも中心点である必要はなく、四辺形に囲まれた白黒値の多少によってセルの白黒を判定するなど、種々の方法があることは言うまでも無い。
【００３２】
以上のような工程を二次元コード読取プログラムとして実行させることができる。この二次元コード読取プログラムは、入力した二次元コード画像を２値化処理し、例えば、２値化処理した画像の外周に存在するセルを接続するなどにより、包絡線を作成し、作成した包絡線の各頂点の内角を検査して基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する機能を実現させるためのものである。このような二次元コード読取プログラムは、例えば図１の記憶装置４に格納することができるが、それに限定されることはなく、例えばコンピュータ読み取り可能なＦＤやＣＤＲＯＭ等の記録媒体に記録することができ、さらに、ネットワークを介してダウンロード可能とすることもできる。
【００３３】
以上は、ＱＲコードベースで実施例を説明したが、ＰＤＦ４１７に関しては両端のスタートパターンとストップパターンに注目すれば、ＱＲコードと同様に本発明を適用することができる。さらに、同様の手法を用いれば、データマトリックスの如く、イメージを利用した一般のシンボリックなコードに適用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、二次元コード画像が緩やかな歪みを有する場合においても二次元コードを高速かつ精確に読み取ることができる二次元コード読取装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次元コード読取装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】ＱＲコードのパターン例を示す図である。
【図３】ＱＲコードをカメラ等で撮影した二次元コード画像の例を示すものである。
【図４】撮影したＱＲコード画像を取り囲む周囲線（包絡線）の一例を示す図である。
【図５】包絡線で囲まれたＱＲコード画像においてＱＲコードの位置検出パターンを求める方法の一例を示す図である。
【図６】包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｙ軸方向（縦方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。
【図７】包絡線と４つの頂点が確定したＱＲコード画像に対してｘ軸方向（横方向）に補助線を作成する方法の一例を示す図である。
【図８】図６および図７で求めた補助線の分割点よりＱＲコード認識のための格子点を求める方法の一例を示す図である。
【図９】ＱＲコード認識のための格子点の求め方の一例を詳細に示す図である。
【図１０】ＱＲコード画像の入力からＱＲコードのセル配列を求めるまでの流れ図である。
【符号の説明】
１ 画像入力装置
２ 画像入力制御装置
３ 表示装置
４ 記憶装置
５ メモリ
６ ＣＰＵ
３１ 線形な歪み
３２ 曲面的な歪み
４１ 包絡線
１００ 基本セル
１０１〜１０３ 位置検出パターン
１０４ データ区画
Claims (7)
- 二次元コード画像を２値化して読み取る二次元コード読取装置において、二次元コード画像を入力し、入力した二次元コード画像を２値化処理し２値化処理した画像の包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出することを特徴とする二次元コード読取装置。
- 前記格子点が、前記縦横方向の各補助線上の隣接する２つの分割点からそれぞれ補助線に平行に引いた２つの線分の交点として求められることを特徴とする請求項１記載の二次元コード読取装置。
- 前記検査点または検査領域が、隣接する４つの格子点に囲まれた領域の中心点付近に置かれることを特徴とする請求項１または２記載の二次元コード読取装置。
- 二次元コード画像を２値化して読み取る二次元コード読取装置において、入力した二次元コード画像を２値化処理し、２値化処理した画像の包絡線を作成し、作成した包絡線の各頂点の内角を検査して二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点を用いて二次元コード画像のセル配列を検出することを特徴とする二次元コード読取装置。
- 入力した二次元コード画像を２値化処理し、２値化処理した画像の包絡線を作成し、作成した包絡線から二次元コード画像の基準となる頂点を抽出し、抽出した頂点に基づいて二次元コード画像の辺のセル数を推定し、推定したセル数に基づいて前記包絡線で囲まれた画像の縦横方向にそれぞれ補助線を作成し、前記縦横方向に作成した補助線にそれぞれ前記セル数に応じた分割点を設け前記分割点に基づいて二次元コード認識のための格子点を求め、隣接する４つの格子点に囲まれた領域内にそれぞれ検査点または検査領域を設けて二次元コード画像のセル配列を検出する機能を実現させるための二次元コード読取プログラム。
- 前記基準となる頂点が、前記作成した包絡線の各頂点の内角を検査することにより抽出されることを特徴とする請求項５記載の二次元コード読取プログラム。
- 請求項５または６記載の二次元コード読取プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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