JP2008090733A

JP2008090733A - 光学情報読取装置

Info

Publication number: JP2008090733A
Application number: JP2006273071A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ota; 裕太田
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: JP4853214B2

Abstract

【課題】迅速にダイレクトマーキングを読み取ることができる光学情報読取装置を提供する。
【解決手段】通常の二次元コードを読み取る際には、焦点位置のずらされた第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂの画像中で、焦点距離の合っている側の画像を選択してデコードする。これにより、通常の二次元コードを、光学情報読取装置と二次元コードとの距離を合わせることなく、速やかに読み取ることができる。一方、ダイレクトマーキングを読み取る際には、焦点距離の合っていない側の画像を選択してデコードする。これにより、ダイレクトマーキングを、平均化フィルタ処理を行うことなく、速やかに読み取ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、商品等に印刷又は貼り付けられているバーコード、ＱＲコード（登録商標）等の光学情報を読み取る光学情報読取装置に関するものである。

紙などの基材にバーコードやＱＲコードなどの光学情報を印刷したものを物品や書類に取り付け、これを光学的に読み取り、物品の識別などを行う光学情報読取装置が知られている。係る光学情報読取装置は、ケース内部のＬＥＤ等の光照射手段から読取口が向けられている光学情報を照明し、この照明により光学情報から反射される光を、読取口からケース内部に導き、ＣＣＤ等を用いて画像を読み取り、その明暗の分布から光学情報が表している情報を解読していた。ここで、特許文献１には、２台の受光センサを備えることで、サイズの異なる２種類のコードを効率よく同時に読み取ることができるシンボル読み取り装置が開示されている。
特開平１１−３１２２１３号公報

しかしながら、ダイレクトマーキングなどの光学情報の場合は、金属等に直接刻印するため、凹凸のあるコードが多数存在し、特に、ドットマーキングでは、照明の方法によっては図５（Ａ）に示すように、セルの中央が白く抜ける現象が発生し、読み取りを阻害する原因となっている。

中央が白抜けしたセルからなる二次元コードを読み取る有効な手段としては、平均化フィルタを用いて画像処理を施し、画像を意図的にぼかすことによって、凹凸及びノイズの影響を低減させることができる。しかしながら、平均化フィルタは、画像のサイズが大きく、平均化する範囲が広い場合には、莫大な処理時間が必要となる。

特許文献１では、２台の受光センサを備えることで、サイズの異なる２種類のコードを効率よく同時に読み取ることができことを可能にしているが、ドットマーキングに対応し得るものでは無かった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、迅速にダイレクトマーキングを読み取ることができる光学情報読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、情報コードを撮像する複数台の受光センサ２３Ａ、２３Ｂと、
前記受光センサで撮像された画像から情報コードをデコードするデコード装置４０と、を備える光学情報読取装置であって、
前記複数の受光センサ２３Ａ、２３Ｂを、読み取り可能な距離が連続するように焦点位置をずらすように設定し、
各々の受光センサの画像を焦点距離が合っているか否かを判断する合焦点位置判別手段（Ｓ１００）と、
焦点距離が合っている受光センサの画像と、焦点距離が合っていない受光センサの画像の何れを選択するかを設定する設定手段１２と、を有し、
前記設定手段に、焦点距離が合っている受光センサの画像を選択するように設定されている際には（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、複数の受光センサの画像の内の焦点距離が合っている受光センサの画像を選択してデコードを行い（Ｓ２０）、焦点距離が合っていない受光センサの画像を選択するように設定されている際には（Ｓ１８：Ｎｏ）、複数の受光センサの画像の内の焦点距離が合っていない受光センサの画像を選択してデコードを行う（Ｓ２２）ことを技術的特徴とする。

請求項１では、通常の二次元コードを読み取る際には、焦点距離の合っている受光センサの画像を選択するように設定することで、焦点位置のずらされた複数台の受光センサの画像中で、焦点距離が合っているか否かを判断して、焦点距離の合っている画像を選択してデコードする。これにより、通常の二次元コードを、光学情報読取装置と二次元コードとの距離を合わせることなく、速やかに読み取ることができる。

一方、ダイレクトマーキングを読み取る際には、焦点距離の合っていない受光センサの画像を選択するように設定することで、焦点位置のずらされた複数台の受光センサの画像中で、焦点距離が合っているか否かを判断して、焦点距離の合っていない画像を選択してデコードする。これにより、ダイレクトマーキングを、平均化フィルタ処理を行うことなく、速やかに読み取ることができる。

請求項２では、各受光センサの画像の高周波成分を求め、高周波成分の高い画像を焦点距離が合っていると判別するため、いずれの受光センサの画像において焦点距離が合っているかを適切に判別できる。

請求項３では、各受光センサの画像の隣接画素の差分の二乗和から高周波成分を求め、高周波成分の高い画像を焦点距離が合っていると判別するため、いずれの受光センサの画像において焦点距離が合っているかを適切に判別できる。

[第１実施形態]
以下、本発明の光学情報読取装置をダイレクトマーキングＱＲコード及び印刷されたＱＲコード用の光学情報読取装置に適用した第１実施形態について図を参照して説明する。まず、第１実施形態に係る光学情報読取装置１０の構成概要を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、光学情報読取装置のハウジング等の構成概要を示す部分縦断面図であり、図２は、図１に示す光学情報読取装置中の光学系のＡ矢視図であり、図３は、光学情報読取装置の回路部の構成概要を示すブロック図である。

図１に示すように、ＱＲコードＱを読み取る光学情報読取装置１０は、主に、縦長のほぼ矩形箱状なすハウジング１１を備える。ハウジング１１は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂からなる成形部品で、その一端側に読取口１１ａを備えている。この読取口１１ａは、図２中に示す２個の第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂに入射する入射光を導入可能な開口部である。図１に示すようにハウジング１１の他端側には、二次電池４９が収容されている。ハウジング１１の表面側には液晶表示器４６を取付可能な開口部も形成されており、光学情報読取装置１０の使用者が液晶表示器４６に表示する表示内容を視覚的に把握可能に構成してある。ハウジング１１の内部には、後述する回路部２０が収容されている。なお、図１には、回路部２０を構成するプリント配線板１５，１６が図示されている。

図３に示すように、回路部２０は、主に、一対の赤色発光ダイオード２１及び集光レンズ５２、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂ、結像レンズ２７Ａ、２７Ｂ等の光学系と、メモリ３５、制御回路４０、操作スイッチ１２、１４、液晶表示器４６等のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）系と、から構成されており、前述したプリント配線板１５，１６に実装あるいはハウジング１１内に内装されている。

マイコン系の構成概要を説明する。マイコン系は、増幅回路３１Ａ、３１Ｂ、Ａ／Ｄ変換回路３３Ａ、３３Ｂ、メモリ３５、アドレス発生回路３６Ａ、３６Ｂ、同期信号発生回路３８Ａ、３８Ｂ、制御回路４０、操作スイッチ１２、１４、ＬＥＤ４３、ブザー４４、液晶表示器４６、通信インタフェース４８等から構成されている。このマイコン系は、その名の通り、マイコン（情報処理装置）として機能し得る制御回路４０およびメモリ３５と中心に構成されるもので、前述した光学系によって撮像されたコード像等の画像信号をハードウェア的およびソフトウェア的に信号処理し得るものである。また制御回路４０は、当該光学情報読取装置１０の全体システムに関する制御も行っている。

光学系の第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂは、同一形式の二次元受光センサから成る。第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂから出力される画像信号（アナログ信号）は、それぞれ増幅回路３１Ａ、３１Ｂに入力されて増幅される。増幅回路３１Ａ、増幅回路３１Ｂから出力された画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路３３Ａ、３３Ｂに入力されアナログ信号からディジタル信号に変換される。そして、ディジタル化された画像信号、つまり画像データ（画像情報）は、メモリ３５に入力されて蓄積される。なお、同期信号発生回路３８Ａ、３８Ｂは、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂおよびアドレス発生回路３６Ａ、３６Ｂに対する同期信号を発生可能に構成されており、またアドレス発生回路３６Ａ、３６Ｂは、この同期信号発生回路３８Ａ、３８Ｂから供給される同期信号に基づいて、メモリ３５に格納される画像データの格納アドレスを発生可能に構成されている。

制御回路４０は、光学情報読取装置１０全体を制御可能なマイコンで、ＣＰＵ、システムバス、入出力インタフェース等からなるもので、メモリ３５とともに情報処理装置を構成し得るもので情報処理機能を有する。この制御回路４０には、内蔵された入出力インタフェースを介して種々の入出力装置（周辺装置）と接続可能に構成されており、第１実施形態の場合、電源スイッチ４１、操作スイッチ１２、１４、ＬＥＤ４３、ブザー４４、液晶表示器４６、通信インタフェース４８等が接続されている。ここで、操作スイッチ１２により、通常の印刷されたＱＲコードを読む場合と、ダイレクトマーキングのＱＲコードと読む場合とを切り換えられるように構成されている。

光学系を構成する赤色発光ダイオード２１は、照明光Ｌｆを照射可能な光照射器として機能するもので、拡散レンズと凸レンズとを組み合わせた集光レンズ５２により集光させる。第１実施形態では、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂを挟んだ両側に赤色発光ダイオード２１が設けられており、ハウジング１１の読取口１１ａを介して読取対象物Ｒに向けて照明光Ｌｆを照射可能に構成されている。なお、この読取対象物Ｒには、情報コードとしてのＱＲコードＱが貼付されている。

第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂは、読取対象物ＲやＱＲコードＱに照射されて反射した反射光Ｌｒを結像レンズ２７Ａ、２７Ｂを介して受光可能に構成されるもので、例えば、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の固体撮像素子から成る二次元イメージセンサにより構成されている。

結像レンズ２７Ａ、２７Ｂは、外部から読取口１１ａを介して入射する入射光を集光して第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂの受光面２３ａに像を結像可能な結像光学系として機能するもので、例えば、鏡筒とこの鏡筒内に収容される複数の集光レンズとにより構成されている。

図４に示すように、結像レンズ２７Ａによって、第１受光センサ２３Ａは、相対的に近い距離のＱＲコードＱａを中心とする距離ｄ１の範囲で焦点が合うように構成されている。他方、結像レンズ２７Ｂによって、第２受光センサ２３Ｂは、相対的に遠い距離のＱＲコードＱｂを中心とする距離ｄ２の範囲で焦点が合うように構成されている。ここで、距離ｄ１と距離ｄ２とは一部（中間距離）で重なるように設定されているため、連続した焦点距離で光学情報読取装置１０は光学情報を読み取り得るように構成されている。

ここで、印刷されたＱＲコードは、上記操作スイッチ１２の設定で焦点距離が合っている第１受光センサ２３Ａ又は第２受光センサ２３Ｂで撮像した画像を用いるように構成されている。第１受光センサ２３Ａで、焦点距離が合っている（即ち、距離ｄ１の範囲）にある際の撮像画像をＱＲコードＱａＡとして示し、焦点距離よりも遠い際の撮像画像をＱＲコードＱｂＡとして示す。焦点距離が合わないＱＲコードＱｂＡはぼやけている。一方、第２受光センサ２３Ｂで、焦点距離が合っている（即ち、距離ｄ２の範囲）にある際の撮像画像をＱＲコードＱｂＢとして示し、焦点距離よりも近い際の撮像画像をＱＲコードＱａＢとして示す。焦点距離が合わないＱＲコードＱａＢはぼやけている。後述するように、光学情報読取装置１０は、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂのいずれの焦点距離が合っているかを判断し、焦点距離が合っている画像を用いてデコード処理を行う。

反対にダイレクトマーキングから成るＱＲコードは、上記操作スイッチ１２の設定で焦点距離が合っていない第１受光センサ２３Ａ又は第２受光センサ２３Ｂで撮像した画像を用いるように構成されている。第１受光センサ２３Ａで、焦点距離が合っている（即ち、距離ｄ１の範囲）にある際の撮像画像をＱＲコードＤａＡとして示し、焦点距離よりも遠い際の撮像画像をＱＲコードＤｂＡとして示す。一方、第２受光センサ２３Ｂで、焦点距離が合っている（即ち、距離ｄ２の範囲）にある際の撮像画像をＱＲコードＤｂＢとしてい示し、焦点距離よりも近い際の撮像画像をＱＲコードＤａＢとして示す。

ここで、第１受光センサ２３Ａで撮像した焦点距離が合っている際のダイレクトマーキングＱＲコードの撮像画像（ＱＲコードＤａＡ）を拡大して図５（Ａ）に示す。焦点距離が合っていない際の撮像画像（ＱＲコードＤａＢ）を拡大して図５（Ｂ）に示す。焦点距離が合っているＱＲコードＤａＡでは、セルＣの中央部が白抜けしており、この画像を用いてデコードを行うためには、平均化フィルタ処理で中央部を黒くする処理が必要となる。一方、焦点距離が合わずぼやけているＱＲコードＤｂＢを用いれば、平均化フィルタ処理を行わず、そのままデコードすることが可能である。このため、後述するように、光学情報読取装置１０は、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂのいずれの焦点距離が外れているかを判断し、焦点距離が外れている画像を用いてデコード処理を行う。

引き続き、焦点距離が合っているか否かを判断する判断原理について、図６を参照して説明する。
図６（Ａ）は焦点距離が合っていない画像信号を示す波形図であり、図６（Ｂ）は焦点距離が合っている画像信号を示す波形図である。図６（Ａ）に示すように焦点距離が合っていない場合には、波形が鈍り高調波成分を余り含まないようになっている。反対に、図６（Ｂ）に示すように焦点距離が合っている場合には、波形が鋭くなり高調波成分を含むようになる。このため、第１実施形態では、高調波成分が高いか否かにより焦点距離が合っているかを判断する。

次に、高調波成分の算出原理について図７を参照して説明する。
第１実施形態では、次式を用い受光センサの画像の隣接画素の差分の二乗和から高周波成分を求める。

ここで^2 は、二乗を表している。

第１実施形態では、ノイズの影響を軽減するため、任意の複数画素の平均値（ここで、Ｙ１〜Ｙnは、縦一列の画素の出力（２５６階調化したデジタル値）の平均値（又は合計値）を用いて算出する。この計算を、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂの出力のそれぞれに対して行い、結果Ｘの値が大きい方が焦点距離が合っていると判定する。

引き続き、第１実施形態の光学情報読取装置での読み取り処理について、当該処理を示す図８〜図１０のフローチャートを参照して説明する。
まず、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂを同時に露光し（Ｓ１２）、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂの画像を同時に取り込む（Ｓ１４）。そして、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂのいずれの焦点距離が合っているかを判別する（合焦点位置判別：Ｓ１００）。

この合焦点位置判別処理について、当該処理のサブルーチンを示す図９を参照して説明する。
先ず、第１受光センサ２３Ａ（センサＡ）側の画像の高調波成分を算出する（Ｓ１０２）。この算出処理を図１０のサブルーチンを参照して説明する。図７を参照して上述したように、画像内の任意の画素を基準画素とする（Ｓ２０２）。ここでは、図７（Ａ）に示す任意数の画素からなる縦１列（Ｙ１）を基準画素とする。次に、基準画素Ｙ１とこれと隣接する右隣の画素Ｙ２との差分を算出する（Ｙ１−Ｙ２：Ｓ２０４）。差分を２乗して総和値として加算する（＋（Ｙ１−Ｙ２）^2 ：Ｓ２０６）。基準の画素を右に１画素シフトし、基準画素をＹ２とする（Ｓ２０８）。次に、任意に指定した範囲の処理が完了したかを判断するが（Ｓ２１０）、ここでは、処理が済んでいないので（Ｓ２１０：Ｎｏ）、Ｓ２０４に戻り（＋（Ｙ２−Ｙ３）^2 を算出する。そして、任意に指定した範囲の処理が完了、即ち、図７（Ｅ）に示す画素まで処理が済むと（Ｓ２１０）、総和値を第１受光センサ２３Ａの高調波成分とする（Ｓ２１２）。

同様な処理で、第２受光センサ２３Ｂ（センサＢ）側の画像の高調波成分を算出する（図９中のＳ１０４）。そして、Ｓ１０２で求めた第１受光センサ２３Ａ側の高調波成分がＳ１０４で求めた第２受光センサ２３Ｂ側の高調波成分よりも大きいかを判断する（Ｓ１０６）。そして、第１受光センサ２３Ａ側の高調波成分が第２受光センサ２３Ｂ側の高調波成分よりも大きい場合には（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、第１受光センサ２３Ａ側の画像を焦点距離の合っている画像とし、第２受光センサ２３Ｂ側の画像を焦点距離の合っていない画像として当該サブルーチンの処理を終了する（Ｓ１０８）。反対に、第１受光センサ２３Ａ側の高調波成分が第２受光センサ２３Ｂ側の高調波成分よりも小さい場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、第１受光センサ２３Ａ側の画像を焦点距離の合っていない画像とし、第２受光センサ２３Ｂ側の画像を焦点距離の合っている画像として当該サブルーチンの処理を終了する（Ｓ１１０）。

図８中の説明に戻る。上述したＳ１００の合焦点位置判別処理に引き続き、パラメータを解析する（Ｓ１６）。ここでは、操作スイッチ１２により、通常の印刷されたＱＲコードを読むように設定されているか、ダイレクトマーキングのＱＲコードを読むように設定されているかを判断する（Ｓ１８）。ここで、通常の印刷されたＱＲコードを読むように設定されている場合には（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂのいずれの焦点距離が合っているかの上記Ｓ１００での判断結果に基づき、焦点距離が合っている側の画像を用いてデコード処理を行う（Ｓ２０）。他方、ダイレクトマーキングのＱＲコードを読むように設定されている場合には（Ｓ１８：Ｎｏ）、第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂのいずれの焦点距離が合っているかの判断結果に基づき、焦点距離が合っていない側の画像を用いてデコード処理を行う（Ｓ２２）。

第１実施形態の光学情報読取装置では、通常の二次元コードを読み取る際には、焦点位置のずらされた第１受光センサ２３Ａ、第２受光センサ２３Ｂの画像中で、焦点距離の合っている側の画像を選択してデコードする。これにより、通常の二次元コードを、光学情報読取装置と二次元コードとの距離を合わせることなく、速やかに読み取ることができる。一方、ダイレクトマーキングを読み取る際には、焦点距離の合っていない側の画像を選択してデコードする。これにより、ダイレクトマーキングを、平均化フィルタ処理を行うことなく、速やかに読み取ることができる。

上述した実施形態では、２台の受光センサを用いる例を挙げたが、３台以上の受光センサを用いることも勿論可能である。

本発明の第１実施形態に係る光学情報読取装置の断面図である。図１に示す光学情報読取装置中の光学系のＡ矢視図である。図１に示す光学情報読取装置の回路構成を示すブロック図である。第１受光センサ、第２受光センサの焦点距離の違いを示す説明図である。図５（Ａ）は焦点距離が合っている際のダイレクトマーキングの撮像画像を拡大して示し、図５（Ｂ）は焦点距離が合っていない際のダイレクトマーキングの撮像画像を拡大して示す説明図である。図６（Ａ）は焦点距離が合っていない画像信号を示す波形図であり、図６（Ｂ）は焦点距離が合っている画像信号を示す波形図である。画像信号の高調波成分を算出する原理を示す説明図である。第１実施形態の光学情報読取装置による読み取り処理を示すフローチャートである。図８中の合焦点位置判別処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図９中の高調波成分算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０光学情報読取装置
１２操作スイッチ
２３Ａ第１受光センサ
２３Ｂ第２受光センサ
２７Ａ、２７Ｂ結像レンズ
４０制御回路

Claims

情報コードを撮像する複数台の受光センサと、
前記受光センサで撮像された画像から情報コードをデコードするデコード装置と、を備える光学情報読取装置であって、
前記複数の受光センサを、読み取り可能な距離が連続するように焦点位置をずらすように設定し、
各々の受光センサの画像を焦点距離が合っているか否かを判断する合焦点位置判別手段と、
焦点距離が合っている受光センサの画像と、焦点距離が合っていない受光センサの画像の何れを選択するかを設定する設定手段と、を有し、
前記設定手段に、焦点距離が合っている受光センサの画像を選択するように設定されている際には、複数の受光センサの画像の内の焦点距離が合っている受光センサの画像を選択してデコードを行い、焦点距離が合っていない受光センサの画像を選択するように設定されている際には、複数の受光センサの画像の内の焦点距離が合っていない受光センサの画像を選択してデコードを行うことを特徴とする光学情報読取装置。
前記合焦点位置判別手段は、各受光センサの画像の高周波成分を求め、高周波成分の高い画像を焦点距離が合っていると判別することを特徴とする請求項１の光学情報読取装置。
前記合焦点位置判別手段は、隣接画素の差分の二乗和から前記高周波成分を求めることを特徴とする請求項２の光学情報読取装置。