JP2008511073A - イメージング読取器における移動検出 - Google Patents

Abstract

印を電気光学的に読み取る読取り器であって、ウィンドウを有するハウジングと、アドレス可能なイメージセンサのアレイおよびアドレス可能なイメージセンサのサブアレイを有する固体のイメージャとを備える読取り器が提供される。ＣＭＯＳイメージングセンサアレイのサブアレイ（５２，５４，５６，５８）は、速いスワイプ速度における読取器性能を改良するために、ターゲットシンボルが完全にイメージング読取器の視野（４４）内にあるときを検出するようにアドレスされる。

Description

本発明は、一般に、イメージキャプチャによって印、特に二次元印、を読み取るための電気光学読取器に関し、より詳細には、印が読取器の視野内に全体的に位置されていることを保証し、それによって、特に、速い相対的な移動が印と読取器との間にて実行される場合の読取性能を改良するために、印の読み取りの前に印と読取器との間の相対的な移動を検出するための電気光学読取器に関する。

水平のスロットスキャナとしても知られている、フラットベッドレーザ読取器は、長年に亘ってスーパーマーケット、ウェアハウスクラブ、百貨店、および他の種類のリテーラ内の取引点（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ）ワークステーションにおいて、特にＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｏｄｅ（ＵＰＣ)タイプの一次元バーコードシンボルを電気光学的に読み取るために使用されていた。特許文献１、特許文献２、および特許文献３によって例示されるように、単一の水平のウィンドウは、ワークステーションの水平のカウンタートップと同じ高さに設定され、そのカウンタートップに組み込まれる。購入される製品は、識別シンボルを有し、典型的には、複数のスキャンラインが一般的な上方向においてウィンドウを介して投影される水平のウィンドウを横切ってスライドされるか、またはスワイプ（ｓｗｉｐｅ）される。スキャンラインの少なくとも１つが製品に関連するシンボルの上を掃引するとき、シンボルは処理され、読み取られる。

複数のスキャンラインは、軸の周りのモータによる回転のためのシャフト上に取り付けられた鏡の付いたコンポーネントにおけるレーザビームを放射するためのレーザを含むスキャンパターン生成器によって生成される。複数の定常ミラーは、軸の周りに配置される。鏡の付いたコンポーネントが回転すると、レーザビームは、スキャンラインのスキャンパターンのように水平のウィンドウを介して鏡の付いたコンポーネントからの反射に対して定常ミラーにうまく反射される。

水平のスロットスキャナの代わりに、またはそれに加えて、垂直のスロットスキャナのウィンドウが一般的に垂直でワークステーションにおけるオペレータと直面するように、典型的にカウンタートップ上に設置された携帯読取器である垂直のスロットスキャナを提供することが知られている。一般的に垂直のウィンドウは、水平のウィンドウに対して垂直に向き付けられるか、またはわずかに後方に傾けられる。ワークステーション内のスキャンパターン生成器は、オペレータに向かって垂直のウィンドウを介して一般的に外向きで複数のスキャンラインを投射する。垂直のウィンドウのための生成器は、水平のウィンドウのための生成器と同じになり得るか、または異なり得る。オペレータは、「スワイプ」モードにおいて右から左へ、または左から右へのいずれかにおいてウィンドウを通り過ぎる製品をスライドまたはスワイプする。代替的に、オペレータは、単に、「プレゼンテーション」モードにおいて、いずれかのウィンドウの中心に対して製品上のシンボルを提示する。選択は、オペレータプレファレンスまたはワークステーションのレイアウトに依存する。

各製品は、シンボルがオペレータから向きが反れていて、いずれかのウィンドウに直接向いていて、オペレータによって配向される必要がある。従って、オペレータは、スキャニングの間にシンボルがどこにあるかを正確に見ることができない。典型的な「ブラインド照準（ｂｌｉｎｄ−ａｉｍｉｎｇ）」使用においては、シンボルがうまく読み取られる前に数回単一のシンボルを繰り返しスワイプまたは提示し、それによって取引処理を減速させ、生産性を減少させることは、オペレータにとって珍しいことではない。

シンボルのブラインド照準は、シンボルの位置および配向が可変であるため、より困難になっている。シンボルは、製品上にて低くまたは高く、あるいは右から左へと位置されるか、またはその間のどこかに位置され得る。シンボルは、一次元ＵＰＣシンボルの長い並列バーが垂直である「ピケットフェンス（ｐｉｃｋｅｔ ｆｅｎｃｅ）」配向で、または、シンボルバーが水平である「ラダー（ｌａｄｄｅｒ）配向で、または、その間の任意の配向角度で配向され得る。

これらの取引点ワークステーションと同様に有利であるのは、バーの行および一方向に沿って間隔付けられたスペースを有する各一次元シンボルに関連した製品を含む取引を処理することにおいてであり、そのようなワークステーションは、単一のシンボルにおいて複数の行のバーおよびスペースのパターンを垂直にスタックする考え方を導入したＣｏｄｅ４９などの二次元シンボルを処理することができない。Ｃｏｄｅ４９の構造は、特許文献４に記載されている。所定の大きさの表面に表され格納され得るデータ量を増加させるための別の二次元コード構造は、ＰＤＦ４１７として知られており、特許文献５において記載されている。そのような二次元シンボルは一般に、走査線のラスタ（ｒａｓｔｅｒ）として、レーザビームを照射するように動作可能である電気光学読取器によって読み取られ、各線は個々の行に亘って一方向に伸び、全ての線は、一般に、垂直方向に、二次元シンボルの高さに沿って間隔を空けられている。

一次元シンボルおよび二次元シンボルの両方はまた、固体のイメージャを用いることによって読み取られ得る。例えば、デバイスの視野内のイメージ要素またはピクセルに対応するセルまたは光センサの一次元または二次元アレイを有するイメージセンサデバイスが用いられ得る。そのようなイメージセンサデバイスは、一次元または二次元の電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）素子、および視野のピクセル情報の一次元または二次元アレイに対応する電子信号を生成するための関連する回路を含み得る。

それゆえ、例えば、特許文献６に開示されているような、シンボルのモノクロのイメージをキャプチャする固体デバイスを用いることが知られている。また、例えば、特許文献７に開示されているような、ターゲットのフルカラーイメージをキャプチャする複数の埋め込まれた（ｂｕｒｉｅｄ）チャネルを有する固体デバイスを用いることが知られている。ＶＧＡモニターにおいて通常見出される、６４０×４８０の解像度を有する二次元ＣＣＤを提供することが一般的であるが、他の解像度もまた可能である。

しかしながら、公知の取引点ワークステーションは、二次元シンボルを読み取ることが可能であるラスタースキャンを生成せず、また、それらのワークステーションは、二次元ターゲットのイメージ、特に電気光学的に読み取られることが必要とされる二次元シンボルをキャプチャするための固体のイメージャを利用しない。ターゲットイメージを獲得するために、例えば、消費者のデジタルカメラに統合されたような固体のイメージャは、ターゲットに対して定常的な位置において保持されなければならない。固体のイメージャが、ターゲットのシンボルに対して定常的な位置において保持されている場合にのみ、そのシンボルのイメージは、確実にキャプチャおよびデコードされ得、シンボルにおいてエンコードされるデータは、処理のためにホストに送信される。オペレータがウィンドウを通り過ぎる様々なスワイプ速度にて、時には一度きり、時には数回、シンボルをスワイプする場合、そのオペレータが、ウィンドウの方へ、およびウィンドウから離れる動きのさらなる構成要素を用いてシンボルを提示する場合、ならびに、シンボルがウィンドウを通り過ぎて、様々な速度にて、移動するコンベイヤ上に運ばれる一部の場合、ならびに、ウィンドウを有するハンドヘルド型読取器が、シンボルと相対的に、様々な速度において移動される、さらなる他の場合におけるなどの、取引点ワークステーションとの関連において、シンボルのイメージは、シンボルとイメージャとの間における相対的な動きのために不鮮明になり、その結果、イメージは、確実におよび首尾良くデコードおよび読み取られ得ない。

数字を用いた例示のために、通常、利用可能であるイメージャは、毎秒３０フレームの映像またはフレームレートにて動作する。したがって、イメージャからイメージを読み取るための時間は約３３ミリ秒である。１秒毎に５０インチのスワイプ速度において、シンボルは、３０ミリ秒に約１．５インチ移動する。読取器の作動範囲の近端における視野は、約２インチ以下の幅であり得る。それゆえ、１秒毎に５０インチ以上のスワイプ速度において、シンボルは、３３ミリ秒以下の期間内に、視野に入り、そして出ることができ、それによって、シンボルを首尾良く読み取ることを不可能にする。実質的には、シンボルは、素早く視野を動き回り得るので、従来のイメージャは、シンボルの一つの完全なイメージを得るための十分な時間でさえ有しない。
米国特許第５，０５９，７７９号明細書 米国特許第５，１２４，５３９号明細書 米国特許第５，２００，５９９号明細書 米国特許第４，７９４，２３９号明細書 米国特許第５，３０４，７８６号明細書 米国特許第５，７０３，３４９号明細書 米国特許第４，６１３，８９５号明細書

従って、イメージキャプチャによって動作する電気光学読取器の技術水準を進歩させることが本発明の一般的な目的である。

一般的に利用可能なイメージャによって読み取られ得る速度より速いスワイプ速度にて移動するシンボルの二次元ターゲットイメージを確実にキャプチャすることが本発明の他の目的である。

読取器性能を強化するためにワークステーションまたはハンドヘルド読取器において速く移動するターゲットのイメージをキャプチャすることが本発明の更なる他の目的である。

上記目的および本明細書中で明らかにされる他の目的を保ちつつ、本発明の一特徴は、短的に述べると、印、特に二次元シンボル、を電気光学的に読み取るための読取器にある。読取器は、ウィンドウを有する定常の取引点ワークステーション、またはウィンドウを有するハンドヘルド読取器として具体化され得る。読み取りの間、相対的な移動は、シンボルとウィンドウとの間で行われる。例えば、ワークステーションの場合、シンボルはウィンドウを通り過ぎてスワイプされ、ハンドヘルド読取器の場合、読取器自体がシンボルに対して移動される。好ましい実施形態においては、ワークステーションは、スーパーマーケットのようなリテール施設内に設置される。

本発明に従うと、二次元の固体イメージャは、読取器内に取り付けられ、読み取り中に視野に亘って二次元ターゲットからウィンドウを介して光をキャプチャするために動作するアドレス可能イメージセンサのアレイを含む。好ましくは、アレイはＣＭＯＳアレイである。アドレス可能イメージセンサの選択された１つは、視野内の関心領域（ＲＯＩ）におけるターゲットからウィンドウのセクションを介して光をキャプチャするように動作するサブアレイを形成する。ＲＯＩは、ターゲットを検出し、ターゲットが完全に視野内にあるときを判断するために使用される。ＲＯＩは、アレイ全体と比べより少ないセンサを含み、従って、ＲＯＩは、アクティブアレイがイメージ全体をキャプチャするために必要とする期間と比較してより短い期間にて読み取られ得る。従って、速いスワイプ速度、例えば、１秒当たり５０インチより速い速度において、ＲＯＩは、相対的な移動を検出し、全ターゲットイメージのキャプチャの時間を計るために使用される。アレイは、全ターゲットイメージをうまくデコードできる。なぜなら、フリーランニングしているＲＯＩが、ターゲットが完全に視野内にあることを確認した後のみに、アレイはそのようなイメージキャプチャに対してアドレスされる。イメージャの非ＲＯＩエリアはフリーランニングではなく、必要な場合のみにトリガされる。

ＲＯＩは、視野内に配置される単一の領域または複数の領域であり得る。シーケンサは、一度に領域のうちの１つのみによって移動検出を可能にするために領域を連続的にアドレスすることに対して利用される。

イメージャは、例えば、おおよそ５００マイクロ秒においてのように、非常に短い期間にてターゲットのイメージが取得されることを可能にする高速ストローブ照明器に関連付けられる。それによって、ターゲットイメージは、イメージャとターゲットとの間に相対的な移動があってもぼやけない。ストロボ照明は、特にウィンドウの近くにて環境照明より明るく、本明細書中で説明される自動識別を補助する。

図１における参照番号１０は一般に、取引を処理するためのワークステーション、特に、それぞれターゲットシンボルを有する缶１２または箱１４などの製品が購入のために処理される、小売店などのチェックアウトカウンターを識別する。カウンターは、製品が、カウンタートップ１６上に実装された箱型垂直スロット読取器２０の垂直のウィンドウ１８を通り過ぎて、スワイプ速度にてスライドされる、カウンタートップ１６を含む。清算所の店員またはオペレータ２２は、カウンタートップの片側に位置しており、読取器２０はもう一方の側に位置している。キャッシュ／クレジットレジスタ２４はオペレータが容易に届く範囲内に位置される。

図２における参照番号３０は一般に、読取器２０の構成とは異なる構成を有する別の読取器を識別する。読取器３０は一般に、垂直のウィンドウ２６、カウンタートップ上において読取器３０を支持するために基部３２によって支持された銃型のハウジング２８を有する。読取器３０は、次いで、製品が垂直の窓２６を通り過ぎて、スライドされるか読み取られる定常のワークステーションとして用いられ得るか、あるいは、カウンタートップから取り上げられ、オペレータの手の中に保持され、トリガ３４が、シンボルの読み取りを開始するために手動にて押し下げられる、ハンドヘルド読取器として用いられ得る。

これまで記載されたように、読取器２０、３０は従来のものである。本発明に従うと、イメージャ４０および焦点レンズ４１は、図３の読取器２０などのようないずれかの読取器内の囲い４３内に実装されている。イメージャ４０は、固体のデバイスであり、好適にはＣＭＯＳイメージャであり、視野にわたって二次元のシンボルからウィンドウ１８を介して光をキャプチャするために動作可能なアドレス可能なイメージセンサのアレイを有し、至近距離（ｃｌｏｓｅ−ｉｎ）の作動距離（ＷＤ１）と遠距離（ｆａｒ−ｏｕｔ）（ＷＤ２）との間の距離の作動範囲に配置される。好適な実施形態において、ＷＤ１は、センサから約２インチであり、一般に、ウィンドウ１８と同じ位置を占めており、ＷＤ２は、ウィンドウ１８から約８インチである。照明器４２はまた、読取器に実装され、好適には、複数の光源を含む。上記光源は、ターゲットを一様に照射するために、イメージャ４０の周りに環になって配置される複数の光源（例えば、光発光ダイオード（ＬＥＤ）など）を含み、さらに以下で記載される。

図３において示されるように、エリア・イメージャ４０および照明器４２は、これらの構成要素の動作を制御するために動作するマイクロプロセッサ３６に動作可能なように接続されている。好適には、マイクロプロセッサは、印から散乱された光をデコードし、キャプチャされたターゲットイメージを処理するために用いられるものと同じである。

動作中、マイクロプロセッサ３６は、コマンド信号を照明器４２に送り、５００マイクロ秒以下の短時間、ＬＥＤをパルス発振させ、エリア・イメージャ４０を励起して、該期間中に、ターゲットのみから光を集める。通常のＣＭＯＳアレイは、全体のターゲットイメージを読み取るために約３３ミリ秒を必要とし、１秒間に約３０個のフレームの映像レートにて動作する。ＣＭＯＳアレイは、およそ１００万個のアドレス可能なイメージセンサを有し得る。

イメージとターゲットとの間における相対的な移動の存在下で、特に１秒間に５０インチ以上の速いスワイプ速度で、ターゲットは、ターゲットの全体のイメージがキャプチャされ得る前に、視野に入ったり、視野から抜け出したりする。それゆえ、本発明は、アドレス可能なイメージセンサのサブアレイの選択、および、完全なアレイ（ｆｕｌｌ ａｒｒａｙ）による全体のイメージのキャプチャに先立って、サブアレイをアドレスすることを目的とする。サブアレイは、アレイ全体よりも少ないセンサを含み、より短期間にて読み出され得る。サブアレイは、視野内の関心領域（ＲＯＩ）におけるターゲットから、ウィンドウのセクションを介して光をキャプチャする。ＲＯＩは短期間にて動作するゆえに、ＲＯＩは、ターゲットが完全に視野内にあるときを判断するために用いられ得る。自由継続モードにおいて動作するアレイの代わりに、アレイは、ターゲットが完全に視野内にあるときのみ、動作するようにトリガされ得る。

例えば、図４に示されるように、完全なターゲットイメージの視野は、長方形領域４４によって識別される。アレイの中央の領域におけるアレイ４０のセンサのサブアレイは、アドレスされ、本実施形態においては視野内の中央長方形領域４６であるＲＯＩにおいてのみ光をキャプチャするように選択される。より少ないセンサを含むＲＯＩ４６は、より速いフレームレートにてターゲットの存在を検出し、次に、完全なアレイは完全なターゲットイメージを読み取るためにトリガされる。

図５において、ＲＯＩは、直角に交わり、十字線のパターンに似た２つの狭い長方形領域４８、５０として構成される。図６において、ＲＯＩは、同様にフレームするために視野の外側周辺マージンにおいて、４つの狭い長方形領域５２、５４、５６、および５８として構成される。図７において、別の４つの狭い長方形領域６０、６２、６４、および６６は、視野の中央の領域において長方形のフレームにおいて配置される。

図５〜図７にあるように、複数の領域が存在する場合、図３に示されるように、シーケンサ３８は、上記領域に連続的にアクセスするように動作可能である。例えば、シーケンサ３８（マイクロプロセッサ３６と組み合わされ得る）は、図６において、最初に、上領域５２、次に、底領域５４、次に左領域５６、次に右領域５８をアドレスする。この方法において、読取器は、ターゲットがどの方向からその視野に近づいているか、およびいつターゲットが完全に視野内にあるか、ならびにターゲットが視野に存在するときを知る。

本発明に従うと、ターゲット検出のための効果的なフレームレートが増加される。１秒当たり５０インチ以上のスワイプ速度に対しては、領域は、１秒当たりおよそ１００回のレートで分析される。１２ＭＨｚのセンサクロックレートで実行するアレイが与えられたとすると、ＲＯＩは多くて約１２０，０００個のセンサを含む。センサの数またはフレームレートは、アレイがより速いセンサクロックレートにて実行する場合、増加され得る。

照明器４２によって投射されたストロボ照明は、好適には、自動識別のタスクを利するために、作動範囲にわたって非常に強く設定される。通常の場合、イメージャの視野内には様々な対象物が存在する。照明器４２は通常、イメージャに統合されているゆえ、対象上において利用可能である領域毎の照明の量は、対象までの距離の二乗に反比例する。
イメージャの各センサは、この距離の二乗と正比例する対象上の領域にマッピングされるので、対象のイメージャまでの距離は、戻ってくる光の収集に対する要因とはならない。そのために、イメージャからさらに離れて位置されている場合に、より小さく見える同じ領域の効果をキャンセルする。

前景の対象（スキャンされる印を有するものである傾向がある)は、背景におけるそれよりもはるかに明るく見える。言い換えれば、それらのコントラストはより高い。
イメージャに対する露光パラメータは、作動範囲内の対象が、獲得されたイメージにおいて適切な明るさを有して見え、その一方で、背景における対象がほぼ完全に暗く見えるように設定される。これは、ストロボの照明がより高い場合（例えば、周囲光と比較してより１０倍以上も大きい）においてのみ可能である。イメージャからの様々な距離において周囲光はむしろ均一であるため、周囲光は識別を提供しない。

新規であって特許状によって保護されることが所望される請求の範囲は、添付された請求の範囲において説明される。

図１は、本発明の従った、二次元ターゲットからの光をキャプチャするために動作する取引点ワークステーションの斜視図である。 図２は、本発明に従った、二次元ターゲットから光をキャプチャするために、ハンドヘルドモードまたはワークステーションモードのいずれかにおいて動作可能である電気光学読取器の斜視図である。 図３は、図１のワークステーションの様々な構成要素のブロック回路図である。 図４は、本発明に従って用いられるイメージャの視野内における異なる構成または関心領域である。 図５は、本発明に従って用いられるイメージャの視野内における異なる構成または関心領域である。 図６は、本発明に従って用いられるイメージャの視野内における異なる構成または関心領域である。 図７は、本発明に従って用いられるイメージャの視野内における異なる構成または関心領域である。

Claims (20)

1. 印を電気光学的に読み取る読取器であって、
   ａ）ウィンドウを有するハウジングであって、読取り中に、該ウィンドウと該印との間の相対的な移動が行なわれる、ハウジングと、
   ｂ）該読み取り中に視野に亘って、該印から該ウィンドウを介して光をキャプチャするためのアドレス可能イメージセンサのアレイを含む、該ハウジングにおける固体のイメージャであって、該アレイは、該アレイによる該読み取りの前に該相対的な移動を検出するために、該視野内の関心領域（ＲＯＩ）における該印から該ウィンドウのセクションを介して光をキャプチャするための該アドレス可能イメージセンサのサブアレイを有する、固体のイメージャと
   を備える、読取器。
2. 前記ＲＯＩが、前記視野内にて中心的に位置される長方形領域である、請求項１に記載の読取器。
3. 前記ＲＯＩが、前記視野内に位置される複数の長方形領域である、請求項１に記載の読取器。
4. 前記長方形領域が、前記視野をフレームするように該視野の外側周辺マージンにて配置される、請求項３に記載の読取器。
5. 前記長方形領域が、前記視野の中心エリアをフレームするように配置される、請求項３に記載の読取器。
6. 前記長方形領域が互いに交差する、請求項３に記載の読取器。
7. 一度に１つの前記長方形領域のみによって前記相対的な移動の検出を可能にするために、該長方形領域を連続的にアドレスするためのシーケンサをさらに備える、請求項３に記載の読取器。
8. 前記ハウジングが、ハンドヘルド動作のためのハンドルを有する、請求項１に記載の読取器。
9. 前記ハウジングが、ワークステーション動作に対してサポート表面上の前記ハウジングをサポートするための基部を有する、請求項１に記載の読取器。
10. 照明の強度が周辺光と比べて少なくとも１０倍大きい、前記読み取り中に前記印を照明するための照明器をさらに備える、請求項１に記載の読取器。
11. 印を電気光学的に読み取る方法であって、
    ａ）該印の読み取り中に該印と電気光学読取器のウィンドウとの間の相対的な移動を行うステップと、
    ｂ）アドレス可能イメージセンサのアレイをアドレスすることによって、該読み取り中に視野に亘って、該印から該ウィンドウを介して光をキャプチャするステップと、
    ｃ）該アレイによる該読み取りの前に該相対的な移動を検出するために、該アドレス可能イメージセンサのうちの選択された１つをアドレスすることによって該視野内の関心領域（ＲＯＩ）における該印から該ウィンドウのセクションを介して光をキャプチャするステップと
    包含する、方法。
12. 前記ＲＯＩを前記視野内にて中心的に位置される長方形領域として構成することをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ＲＯＩを前記視野内に位置される複数の長方形領域として構成することをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記長方形領域が前記視野をフレームするように該視野の外側周辺マージンにて配置することをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記視野の中心エリアをフレームするように前記長方形領域を配置することをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記長方形領域が互いに交差するように配置することをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
17. 一度に１つの前記長方形領域のみによって前記相対的な移動の検出を可能にするために、該長方形領域を連続的にアドレスすることをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
18. ハンドヘルド読取器上に前記ウィンドウを取り付けることをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
19. 定常ワークステーション上に前記ウィンドウを取り付けることをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
20. 照明の強度が周辺光と比べて少なくとも１０倍大きくて、前記読み取り中に前記印を照明することをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。

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