JP2007213359A - 二次元コード検出システムおよび二次元コード検出プログラム - Google Patents

二次元コード検出システムおよび二次元コード検出プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】複数の二次元コードについて復号を行うにあたり、正確かつ迅速に位置検出パターンの組み合わせを検出すること。
【解決手段】本発明は、複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段(ステップS11)と、読取手段によって読み取った複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段(ステップS13)と、認識手段によって認識した複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出する算出手段(ステップS14)と、選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける最小単位がほぼ等しいか否かを判断し、ほぼ等しい場合にはそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行う位置特定手段(ステップS15〜S18)とを備える二次元コード検出システムである。
【選択図】図2

Description

本発明は、二次元コードの読み取りおよび復号に関する技術であり、特に、同時に複数の二次元コードを読み取って、各々を的確に認識することができる二次元コード検出システムおよび二次元コード検出プログラムに関する。
近年、バーコードは広く世の中で活用されている。その中でも表現できる情報量の多さから二次元コードの利用が広まっている(特許文献1、2参照)。例えば、紙の書類の記載内容を二次元コードに変換し、その紙文書の余白に二次元コードを追加しておくことで、その紙文書をスキャンしたときに、そのバーコードを認識して復号すれば、OCRなどを用いることなく、その文書の記載内容を電子データとして取得することが可能である。
ここで、二次元コードは、一次元コード(バーコード)よりも表現できる情報量が大きいが、それでもその情報量には限界がある。大量の情報量をバーコードで表現する場合には、その情報を複数のバーコードに分割して表現するやり方がある(JIS-X-0510、p22、5.3.2.7、連結モードを参照。)。
二次元コードの代表例であるQRコードには3個の位置要素パターンがある。画像中からQRコードを検出するには、まず画像全体をスキャンして位置要素パターンを検出し、その位置要素パターンの中心座標を全て算出する(JIS-X-0510、p65〜p66を参照。)。例えばQRコードが一つであれば、位置要素パターンの中心座標は3個、QRコードが4個あれば、位置要素パターンの中心座標は3×4=12個算出される。
この位置要素パターンは図15のように、左上に位置検出パターン(#0)、右上に位置検出パターン(#1)、左下に位置検出パターン(#2)が配置される。そして、これらの位置要素パターン#0、#1、#2は#0を頂点とする直角二等辺三角形を構成し、二次元コードの上下位置および回転を検出する。
特開平6−12515号公報 特許第2938338号明細書
しかしながら、複数のQRコードが存在する場合、QRコードを検出する条件として位置検出パターンから直角二等辺三角形を検出すると、不要な位置に直角二等辺三角形が見つかってしまう(図16参照)。つまり、誤認識される直角二等辺三角形が出てきてしまう。
この際、不要な直角二等辺三角形が見つかったとしても、全体の三角形の組み合わせから、不要な三角形を排除することは可能である。例えば、不要な三角形を含む全体構成では、余る点が存在してしまうということを利用すれば、排除は可能である。ただし、この処理では最適な組み合わせになるまで、演算を延々と繰り返すことになる。その結果、演算量が増えてしまうため、処理速度が遅くなる。
また、不要な直角二等辺三角形をQRコードであると判定してしまうので、QRコードの誤認識が発生してしまうという問題も生じる。
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段と、読取手段によって読み取った複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段と、認識手段によって認識した複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出する算出手段と、選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける最小単位がほぼ等しいか否かを判断し、ほぼ等しい場合にはそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行う位置特定手段とを備える二次元コード検出システムである。
このような本発明では、複数の位置検出パターンの中から選択した少なくとも2つにおいて各々の最小単位がほぼ等しい場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定するため、不要な位置検出パターンの組み合わせを的確に排除して、高速に位置検出を行うことができるようになる。
また、本発明は、複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段と、読取手段によって読み取った複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段と、認識手段によって認識した複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の距離を算出する算出手段と、選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける距離が予め定められた値を超えているか否かを判断し、超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行う位置特定手段とを備える二次元コード検出システムである。
このような本発明では、複数の位置検出パターンの中から選択した少なくとも2つにおいて、それらの距離が予め定められた値を超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定するため、不要な位置検出パターンの組み合わせを的確に排除して、高速に位置検出を行うことができるようになる。
例えば、二次元コードがQRコードであり、複数のQRコードを検出する場合、3個の位置検出パターンの組み合わせを評価することになるが、その時にQRコードを構成する最小単位(モジュールサイズ)が同等である位置検出パターンだけを評価する。また、モジュールサイズから最大のQRコード(例えば、型番40)の大きさを算出し、その時の位置検出パターンの距離を算出し、その距離の範囲内にある位置検出パターンだけを評価する。
また、上記二次元コード検出システムにおいて実行される各処理をプログラム処理で実現することによって、二次元コードを検出する機能を備えた各種電子機器へ適用できるようになる。
したがって、本発明によれば、複数の位置検出パターンを検出するための組み合わせ個数が大幅に減るため、位置検出にかかる処理時間の短縮化を達成することが可能となる。また、これによって二次元コードの誤検出が減少し、複数の二次元コードがあっても的確な復号を高速で行うことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る二次元コード検出システムおよび二次元コード検出プログラムは、二次元コード(本実施形態ではQRコード)が配置されている紙原稿をフラットベッドスキャナーで読み取る際に、一つのラスター画像データから二次元コードの各々を認識するアルゴリズムに関するものである。
(システム全体の説明)
図1は、本実施形態に係る二次元コード検出方法を実行するシステムの構成図である。画像入力装置1はスキャナのような紙原稿を読み取り、ラスター画像データを生成する。画像入力装置1としては、デジタルカメラのような装置でもよい。メモリ2は画像入力装置1で取得されたラスター画像データを保持する。CPU3はプログラムを読み込み二次元コードの検出処理および復号処理をソフトウエアで実行する。本発明に係る二次元コード検出方法は、CPU3で実行可能なプログラムとして実現される。
本システムは、復号されたデータに基づいて、様々な処理を行う。例えば、復号されたデータがデータベースに蓄積された文書を識別するID番号(以下文書ID)だった場合には、文書IDを検索キーとしてデータベース6に問い合わせを行い、その結果得られる文書データ本体を取得し、プリンタのような画像出力装置5を用いて文書データ本体をプリントする。あるいは得られた文書データ本体を、外部インタフェース4を経由してネットワーク経由で他のコンピュータに転送することもできる。
以下、各実施形態について説明するが、検出対象となる二次元コードとしてはQRコードを例として説明する。
(システム全体の処理手順)
図2は、本実施形態に係るシステム全体の処理手順を説明するフローチャートである。先ず、画像入力装置からラスター画像データを取得し(ステップS11)、その画像データを二値化する(ステップS12)。二値化方式はしきい値を用いた単純二値化でも良いし、その他の二値化方式でもよい。
次に、二値化されたラスター画像データから二次元コード(ここではQRコード)の位置検出パターンの中心座標を検出する(ステップS13)。検出方法はここでは既存の方法(JIS規格書に記載の方法)を用いる。
検出された位置検出パターンは、そのパターンの中心座標が求まっている。それらの位置検出パターンを少なくとも2つ(本実施形態では3つ)使うことで一つのバーコードを示す。この段階ではどの3個の組み合わせがバーコードを示すかはわからない。
位置検出パターン組み合わせ検出処理(ステップS14)で、上記のバーコードを示す3個の位置検出パターンの組み合わせを判定する。組み合わせ判定方法の詳細は後述する。ここで求まった3個の位置検出パターンの組み合わせに基づいて、バーコード領域を特定する。3個の位置検出パターン位置関係からそのバーコードの回転角度が分かるので、バーコード領域の回転角度を補正し、バーコードが正立した状態にする(ステップS15)。次に、正立したバーコード領域をトリミングして(ステップS16)、復号手段に送る。復号方法は既存の方法(JIS規格書に記載の方法)を用いる(ステップS17)。
組み合わせ検出の結果、バーコード領域が複数見つかった場合には、すべてのバーコード領域に対して回転補正(ステップS15)、トリミング(ステップS16)、復号の処理(ステップS18)を行う。全ての組み合わせが終了した場合には処理を完了する(ステップS18)。
(第1実施形態)
第1実施形態は、図2のステップS14で示す「位置検出パターンの組み合わせ検出」における手順に特徴がある。以下、位置検出パターン組み合わせ検出について詳しく説明する。図3は、第1実施形態に係る位置検出パターン組み合わせ検出のフローチャートである。JIS規格書に記載された方法で位置検出パターンの中心座標が全て求まったあとにこの処理が行われる。
一つのQRコードには3つの位置検出パターンがあるので、N個のQRコードが有る場合には、3N個の位置検出パターンの中心座標があることになる。この中心座標のリストを保持する(ステップS21)。
次に、この中心座標から3つの座標を組み合わせて選択する。組み合わせの方法は3N個から3個を総当たりになるように組み合わせる。組み合わせ数は、3Nから3を取り出す組み合わせ(=コンビネーション)の計算で求まる。例えばQRコードが2個ならば、位置検出パターンの中心座標は2N=6個になり、6個から3個と選択する組み合わせ数は20となる。QRコードが10個ならば、組み合わせは4060となる(数1参照)。
Figure 2007213359
(モジュールサイズ推定)
次に、選択された3個の位置検出パターンの中心点の座標をそれぞれX,Y,Zとする。そして、各座標が属する位置検出パターンからモジュールサイズをそれぞれ計算する。ここで、モジュールサイズとはQRコードのシンボルを構成する単位正方形のセルのサイズ(最小単位)である。QRコードの位置検出パターンもこのモジュールで構成されているので、位置検出パターンの外枠の幅がモジュールサイズとなる。
図4は、位置検出パターンの中心座標からモジュールサイズを計算する方法を説明する模式図である。すなわち、先ず、位置検出パターンの中心座標をp0とする。位置検出パターンの中心部分は黒画素である。中心p0から水平方向に画素値を見ていき、黒画素が連続し白画素に切り替わる点をp1とする。p1から更に画素値を見ていき、白画素が連続し黒画素に変わる点をp2、更に黒画素が連続し白画素に変わる点をp3とする。今度は中心p0から先ほどと反対方向に画素値を見ていき、同様に画素値の変化点をp4,p5,p6を算出する。点p6とp5の距離をdx1、点p5とp4の距離をdx2、点p4とp1の距離をdx3、点p1とp2の距離をdx4、点p2とp3の距離をdx5とする。
同様に、中心点p0から垂直に画素値を見ていき、画素値の変化点を求め、その点間の距離dy1,dy2,dy3,dy4,dy5をそれぞれ求め、図5のように距離値が求まる。これらの距離値から下記の計算式でモジュールサイズが計算できる。
推定モジュールサイズ=((dx1+dx2+dx3/3+dx4+dx5)+(dy1+dy2+dy3/3+dy4+dy5))/10
上記の方法で3個の位置検出パターンの中心点のX,Y,ZのモジュールサイズMx、My、Mzを計算する(ステップS22〜S24)。
次に、この3つのモジュールサイズMx、My、Mzを比較する(ステップS25)。つまり、一つのQRコードを構成する3つの位置検出パターンから算出されたモジュールサイズは等しくなる。この3つのモジュールサイズが異なる場合には、一つのQRコードを構成しないので、この3つの組み合わせは評価しない。一方、3つのモジュールサイズがほぼ等しい場合には、これは一つのQRコードを構成する可能性があるので次の処理に進む。ここで、画像をスキャンした時の変動要素などがあるので、モジュールサイズの評価にはある程度マージンを持たせても良い。
(直角二等辺三角形の評価)
次に、モジュールサイズがほぼ等しい3つの位置検出パターンの中心座標X,Y,Zが直角二等辺三角形を構成するか否かを評価する。図6、図7は、3点が直角二等辺三角形となるか否かを判定するフローチャートである。
先ず、図6に示すように、中心座標X,Y,Zの3点を取得し(ステップS31)、点Xが直角となる二等辺三角形か否かを判断する(ステップS32)。この判断が真(True)であれば直角二等辺三角形であると判断する。また、この判断が偽(False)であれば、点Yが直角となる二等辺三角形であるか否かを判断する(ステップS33)。この判断が真(True)であれば直角二等辺三角形であると判断する。また、この判断が偽(False)であれば、点Zが直角となる二等辺三角形であるか否かを判断する(ステップS33)。この判断が真(True)であれば直角二等辺三角形であると判断する。また、この判断が偽(False)であれば、直角二等辺三角形ではないと判断する。
各点について、その点が直角となる二等辺三角形であるか否を判断する処理は図7に示すフローチャートになる。すなわち、先ず、頂点となる点X、その他の点Y,Zを取得する(ステップS41)。次いで、距離XY、距離XZを計算するとともに(ステップS42)、直線XY、直線XZで構成される角度θを計算する(ステップS43)。
そして、距離XY=距離XZであるか(ステップS44)、角度θ=90度であるか(ステップS45)を判断し、いずれかが真(True)であれば直角二等辺三角形であると判断し、いずれかが偽(False)であれば直角二等辺三角形ではないと判断する。
この3点が直角二等辺三角形となる場合には(ステップS26)、この3点はQRコードを構成する3つの位置検出パターンの中心座標として保持する(ステップS27)。この位置検出パターンの座標に基づいて回転補正を行い、QRコードを復号し所望の情報を取得する。
(効果)
本実施形態によれば、図8にあるような、モジュールサイズが異なるQRコードが一つの画像中に有る場合、モジュールサイズが等しい位置検出パターンだけを評価するので、従来よりも評価回数が大幅に削減されるので、短い処理時間でQRコードを検出することが可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、位置検出パターンが傾いている場合のモジュールサイズの計算方法に関するものである。なお、これ以外は第1実施形態と同様である。
(傾いた位置検出パターンからモジュール推定)
図9、図10に示すように、位置検出パターンが傾いている可能性がある場合、モジュールサイズの計算は下記のように行う。すなわち、図9、図10に示すように、位置検出パターンの中心点p0から水平方向に画素値を見ていき、黒画素から白画素に切り替わる点をp1とする。この中心p1とp1とを通る水平線を直線abとする。
この時、図11に示すように、p1の位置に画素二つ分のウィンドウWを設定し、ウィンドウWの左が黒画素、右が白画素となるように、点p1から上方にウィンドウを移動させていき、ウィンドウの軌跡を記録する。また同様に、点p1から下方にウィンドウを移動させていき、同様にウィンドウの軌跡を記録する。このようにして得られた軌跡を直線cdとする。図9、図10において、点p1を通る垂直線efと直線cdとが構成する角度をθとする。直線cdは得られているので、角度θを計算する。図9、図10のように位置検出パターンの傾き角度もθとなる。
図9に示すように、中心点p0を通り、傾き角度θを持つ直線a’b’を設定し、この直線a’b’に沿って画素値を見ていき、画素値の白黒切り替わり点p1’,p2,p3,p4,p5,p6を求める。これらの点座標に基づいて距離値dx1,dx2,dx3,dx4,dx5をそれぞれ求めることができる。同様にして直線e’f’に沿って画素値を参照して白黒切り替わり点を求めて、その点間の距離dy1,dy2,dy3,dy4,dy5をそれぞれ求める。その後の処理は第1実施形態と同様の計算式で、モジュールサイズを計算する。
このように、QRコードが傾いた状態で配置されていても正確に位置検出パターンからモジュールサイズを計算でき、同じQRコード内の位置検出パターンの組み合わせを的確に検出することが可能となる。
(第3実施形態)
第3実施形態は、第1実施形態、第2実施形態の方法でモジュールサイズを計算し、そのモジュールサイズから取りうるQRコードの最大サイズを計算し、その範囲内にある位置検出パターンだけを評価することで、評価回数を減らし、処理速度を改善する方法である。
(モジュールサイズから最大QRサイズを特定)
図12は、第3実施形態を説明するフローチャートである。すなわち、第1実施形態と同様に、位置検出パターンの中心座標のリストを取得し(ステップS51)、選択された3個の位置検出パターンの中心点の座標をそれぞれX,Y,Zとする。そして、中心点Xを持つ位置検出パターンのモジュールサイズMxを計算する(ステップS52)。
ここで、QRコードは型番1から型番40までとJISで規定されている。最も大きいのは型番40である。図13は、型番40のQRコードの例である。型番40のQRコードは177モジュールで構成されている。この時の位置検出パターン間の距離は、位置検出パターンがQRコードの端に配置され、位置検出パターンが7モジュールで構成されていることから、位置検出パターンの中心間の距離は170モジュールとなる。
中心点Xを持つ位置検出パターンのモジュールサイズMxが求まっているので、このモジュールサイズのQRコードの位置検出パターン間の距離をDとすると、D=170Mxとなる。したがって、中心点Xからの距離がD以内にある位置検出パターンの中心点は、中心点Xと一つのQRコードを構成する可能性があり、距離Dよりも遠い位置にある位置検出パターンの中心点は一つのQRコードとはなり得ない(図14参照)。
つまり、選択された3個の位置検出パターンの中心点間の距離XY、およびXZとを距離Dと比較して(ステップS54〜S55)、距離Dよりも小さい場合には、点XYZは一つのQRコードを構成する可能性があるので、この3点が直角二等辺三角形を構成するか否かの評価を行う(ステップS56)。その後の処理は第1実施形態と同様に、3点が直角二等辺三角形を構成する場合には3点XYZを格納する(ステップS57)。
このように、上記各実施形態によれば、複数のQRコードを読み取る場合でも個々のQRコードに対応した位置検出パターンを的確かつ迅速に検出することができ、複数のQRコードがあっても短時間で正確に復号処理を行うことが可能となる。
上記説明した実施形態では、二次元コードとしてQRコードを例としたが、また、本発明の二次元コード検出方法および二次元コード検出プログラムは、携帯電話や携帯端末などカメラを備えた小型機器のほか、複写機等の画像形成装置でも適用でき、また二次元コード検出プログラムは所定の記憶媒体に格納して配布したり、ネットワークを介して配信することも可能である。
本実施形態に係る二次元コード検出方法を実行するシステムの構成図である。 本実施形態に係るシステム全体の処理手順を説明するフローチャートである。 第1実施形態に係る位置検出パターン組み合わせ検出のフローチャートである。 位置検出パターンの中心座標からモジュールサイズを計算する方法を説明する模式図である。 XYの距離値を説明する模式図である。 3点が直角二等辺三角形となるか否かを判定するフローチャート(その1)である。 3点が直角二等辺三角形となるか否かを判定するフローチャート(その2)である。 第1実施形態の効果を説明する模式図である。 傾いた位置検出パターンについて示す模式図である。 傾きの算出について説明する模式図(その1)である。 傾きの算出について説明する模式図(その2)である。 第3実施形態を説明するフローチャートである。 型番40のQRコードの例を示す模式図である。 距離によるQRコードの構成可能性を説明する模式図である。 位置検出パターンを説明する模式図である。 位置検出パターンによる直角二等辺三角形の構成例を示す模式図である。
符号の説明
1…画像入力装置、2…メモリ、3…CPU、4…外部インタフェース、5…画像出力装置、6…データベース

Claims (8)

  1. 複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段と、
    前記読取手段によって読み取った前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段と、
    前記認識手段によって認識した前記複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出する算出手段と、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける前記最小単位がほぼ等しいか否かを判断し、ほぼ等しい場合にはそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行う位置特定手段と
    を備えることを特徴とする二次元コード検出システム。
  2. 前記算出手段は最小単位を算出する算出手段は、前記二次元コードの画像を一方向に走査して、検出したON画素の連続画素数とOFF画素の連続画素数との比率によって前記最小単位を求める
    ことを特徴とする請求項1記載の二次元コード検出システム。
  3. 前記算出手段は最小単位を算出する算出手段は、前記二次元コードの画像を一方向に複数本走査して、各走査におけるON画素もしくはOFF画素の配置から前記二次元コードの回転ずれを計算し、この回転ずれを補正した後に前記最小単位の算出を行う
    ことを特徴とする請求項1記載の二次元コード検出システム。
  4. 複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段と、
    前記読取手段によって読み取った前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段と、
    前記認識手段によって認識した前記複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の距離を算出する算出手段と、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける距離が予め定められた値を超えているか否かを判断し、超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行う位置特定手段と
    を備えることを特徴とする二次元コード検出システム。
  5. 複数の二次元コードの画像を読み取る読取手段と、
    前記読取手段によって読み取った前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識する認識手段と、
    前記認識手段によって認識した前記複数の二次元コードの位置検出パターンから少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出する算出手段と、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける距離が前記二次元コードの取りうる最大値を超えているか否かを判断し、超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する位置特定手段と
    を備えることを特徴とする二次元コード検出システム。
  6. 複数の二次元コードの画像を読み取るステップと、
    前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識するステップと、
    前記複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出するステップと、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける前記最小単位がほぼ等しいか否かを判断し、ほぼ等しい場合にはそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行うステップと
    をコンピュータによって実行することを特徴とする二次元コード検出プログラム。
  7. 複数の二次元コードの画像を読み取るステップと、
    前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識するステップと、
    前記複数の二次元コードの位置検出パターンの中から少なくとも2つを選択し、各々の距離を算出するステップと、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける距離が予め定められた値を超えているか否かを判断し、超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定する計算を行うステップと
    をコンピュータによって実行することを特徴とする二次元コード検出プログラム。
  8. 複数の二次元コードの画像を読み取るステップと、
    前記複数の二次元コードの画像から各二次元コードの位置検出パターンを認識するステップと、
    前記複数の二次元コードの位置検出パターンから少なくとも2つを選択し、各々の最小単位を算出するステップと、
    選択された少なくとも2つの位置検出パターンにおける距離が前記二次元コードの取りうる最大値を超えているか否かを判断し、超えていない場合のみそれらの位置検出パターンを用いて二次元コードの位置を特定するステップと
    をコンピュータによって実行することを特徴とする二次元コード検出プログラム。
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