JP2011503712A - Signal processing for light detection - Google Patents
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Abstract
デジタルデータで符号化された光線からその遷移によって得られる信号が生じるタイプの光学的コードセンサにおいて、データを引き出すための処理の前に可変帯域幅フィルタが配置される。光学的コードの距離が検知され、フィルタの帯域幅がバーコードの距離と関連して増加される。そのフィルタの入力信号はシフトレジスタに入力され、そのシフトレジスタの各ステージにおける出力が、係数セット全てを用いて特定の波形、好ましくはガウス波形になるように計算された所定の係数で乗算される。そのシフトレジスタの各係数によって乗算された出力は、一緒に加算されて、処理装置に入力するフィルタ処理された出力信号を生成する。
【選択図】 図2In optical code sensors of the type that produce a signal resulting from their transitions from rays encoded with digital data, a variable bandwidth filter is placed before processing to extract the data. The optical code distance is detected and the filter bandwidth is increased in relation to the bar code distance. The input signal of the filter is input to a shift register, and the output at each stage of the shift register is multiplied by a predetermined coefficient calculated to be a specific waveform, preferably a Gaussian waveform, using all the coefficient sets. . The outputs multiplied by each coefficient of the shift register are added together to produce a filtered output signal that is input to the processing unit.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は信号処理に関し、特に、データで符号化された光線が処理後に引き出される信号の信号対雑音比(S/N)を改善するために、その光線を処理するための方法及びフィルタに関する。 The present invention relates to signal processing, and more particularly to a method and filter for processing a ray encoded with data to improve the signal to noise ratio (S / N) of the signal that is extracted after processing.
伝送媒体として光を利用するデータ通信は幅広い支持を受けている。光を符号化したデータが以前から使用されている1つの利用例として、例えばバーコード走査装置(スキャナ)のような光学的コード走査装置がある。 Data communication using light as a transmission medium has received wide support. One application in which light-encoded data has been used for some time is an optical code scanning device such as a barcode scanning device (scanner).
今日、バーコード走査装置は、離れたバーコードを照明するために通常はレーザ光を用いる。図1は、従来のバーコード走査装置の作用を説明するためのブロック図である。バーコードから反射されたレーザ光Lは、バーコードの暗部と明部によって変調され、その変調された光に対応する電流を生成するフォトダイオードPDに検知される。その電流信号はプリアンプ10に入力して電圧信号に変換される。その電圧信号は微分回路12に供給され、プリアンプの出力中の各トランジション(遷移)に対応するパルスが生成される。そして、自動利得制御(AGC)回路14は、受信信号の変動に関わらず信号の振幅を略一定に保つ。次に、その利得制御された信号はローパスフィルタ(LPF)16に入力して、外来の高周波変動が除去され、その後アナログデジタル変換器(ADC)18に入力する。その結果得られたデジタル信号は、その信号からバーコードを復号する処理装置20に入力する。
Today, barcode scanners typically use laser light to illuminate remote barcodes. FIG. 1 is a block diagram for explaining the operation of a conventional barcode scanning apparatus. The laser beam L reflected from the barcode is modulated by the dark portion and the bright portion of the barcode, and is detected by the photodiode PD that generates a current corresponding to the modulated light. The current signal is input to the
このバーコードの復号において、フィルタに供給される信号の周波数スペクトルが走査装置からバーコードまでの距離に応じて変化するため、フィルタの有効性を制限するという問題が生じる。処理装置がバーコードを正確に認識できない場合には、従来は処理装置の認識を改善するために、フィルタの帯域幅を段階的に調整する一種の探索処理を実施してきた。しかし、これは、不可能ではないにしても、時間がかかる煩雑な処理であり、バーコードの効率的かつ正確な読み取りを困難にしていた。 In this barcode decoding, the frequency spectrum of the signal supplied to the filter changes according to the distance from the scanning device to the barcode, which causes a problem of limiting the effectiveness of the filter. In the case where the processing device cannot accurately recognize the barcode, conventionally, a kind of search processing for adjusting the bandwidth of the filter stepwise has been performed in order to improve the recognition of the processing device. However, this is a time-consuming and complicated process if not impossible, making it difficult to read barcodes efficiently and accurately.
この発明の1つの特徴は、上述したタイプの光学的コードセンサにおいて、ローパスフィルタを帯域幅可変フィルタに置き換えることである。光学的コードの距離が検知され、フィルタの帯域幅がバーコードの距離に応じて増加される。フィルタの入力信号はシフトレジスタに供給され、そのレジスタの各ステージの出力は、係数セット全てを用いて特定の波形、好ましくはガウス波形になるように計算された所定の係数によって乗算されるとよい。係数により乗算されたシフトレジスタの各ステージの出力は、処理装置に供給するフィルタ処理された出力信号を生成するために、一緒に加算される。 One feature of the present invention is to replace the low pass filter with a variable bandwidth filter in an optical code sensor of the type described above. The optical code distance is sensed and the filter bandwidth is increased as a function of the bar code distance. The input signal of the filter is fed to a shift register and the output of each stage of that register may be multiplied by a predetermined coefficient calculated to be a specific waveform, preferably a Gaussian waveform, using all the coefficient sets. . The outputs of each stage of the shift register multiplied by the coefficients are added together to produce a filtered output signal that feeds the processing unit.
帯域幅調節を行うために、レジスタのクロック比を調節するとよい。特に、検知されたバーコードまでの距離が、シフトレジスタ用のクロックを生成する電圧制御発振器(VCO)の周波数を制御するために使用される。 In order to adjust the bandwidth, the clock ratio of the register may be adjusted. In particular, the sensed distance to the barcode is used to control the frequency of the voltage controlled oscillator (VCO) that generates the clock for the shift register.
この発明の前述した簡単な説明と、さらなる目的や特徴および利点は、添付図面を参照してこの発明の好適な実施例を詳細に説明することにより、より完全に理解されるであろう。 The foregoing brief description of the invention, as well as further objects, features, and advantages thereof will be more fully understood by a detailed description of the preferred embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.
まず図面の詳細を説明する、図2はこの発明によるバーコード走査装置の実施例の作用を説明するためのブロック図である。バーコードから反射されたレーザ光Lは、バーコードの暗部と明部によって変調され、その変調された光に対応する電流を生成するフォトダイオードPDに検知される。その電流信号はプリアンプに入力して電圧信号に変換される。その電圧信号は微分回路12に供給され、プリアンプの出力中の各トランジション(遷移)に対応するパルスが生成される。そして、自動利得制御(AGC)回路14は、受信信号の変動に関わらず信号振幅を略一定に保つ。その後、利得制御された信号はアナログデジタル変換器(ADC)18に入力する。その結果得られたデジタル信号は、デジタルフィルタ30及びデジタイザ22を通して、その信号からバーコードを復号する処理装置20に入力する。
FIG. 2 is a block diagram for explaining the operation of the embodiment of the barcode scanning apparatus according to the present invention. The laser beam L reflected from the barcode is modulated by the dark portion and the bright portion of the barcode, and is detected by the photodiode PD that generates a current corresponding to the modulated light. The current signal is input to the preamplifier and converted into a voltage signal. The voltage signal is supplied to the
デジタルフィルタ30は、おおまかに言えば帯域幅を制御可能な可変フィルタである。距離検知器24はバーコードまでの距離を検知し、デジタルフィルタ30の帯域幅は、その距離と直接関連して制御される。
Generally speaking, the
デジタルフィルタ30によって受信されるパルスは、略ガウス波形を有する。通信理論に精通した当業者であれば、最良のS/N応答は整合したフィルタで得ることが理解できるであろう。すなわち、周波数スペクトルと入力信号の時間領域特性とを一致させることである。そのため、好ましい実施例において、フィルタ30はガウス時間領域応答を有するように設計された。
The pulse received by the
図3は、異なる標準偏差(帯域幅)をもつフィルタのガウス波形を示す図である。1つの波形上にK0、K1,K2,K3の点がマークされている。これらは、後述するガウス曲線又は正規曲線を描くために用いられる係数値を示す。 FIG. 3 is a diagram showing Gaussian waveforms of filters having different standard deviations (bandwidths). Points K 0 , K 1 , K 2 , and K 3 are marked on one waveform. These indicate coefficient values used for drawing a Gaussian curve or a normal curve described later.
図4は、フィルタ30の好ましい実施例を示す模式的なブロック図である。ADC18からの信号がシフトレジスタ32の入力として供給され、その各ステージ(段)から出力が取り出され、乗算器34において各係数K0、K1,K2,K3の1つがそれぞれ乗じられる。そのように乗算されたシフトレジスタの出力は、その後処理装置20に供給する出力信号を生成するために加算器36において全て加算される。この工程は、ADC18からの入力信号をデジタルフィルタ30の特性で効率的に畳込み積分する(convolve)ことにより、連続的にリアルタイムで行われる。当業者であれば、これは入力信号特性と周波数領域におけるフィルタ特性とを掛け合わせることと等価であることが分かるであろう。すなわち、これはフィルタ特性を伝達関数として扱い、入力信号に対するフィルタ作用によって出力信号を得ることと基本的に同じである。
FIG. 4 is a schematic block diagram showing a preferred embodiment of the
電圧制御発振器(VCO)40は、シフトレジスタ32に対してクロック信号を供給する。電圧制御発振器は距離検知器50によって駆動される。距離検知器50は、バーコードの距離に応じて増加する電圧信号を生成し、それによって、VCO40の出力周波数を高くする。これは、同じ特性波形を保持している間ずっと、フィルタ30の帯域幅を効果的に増加させる。
The voltage controlled oscillator (VCO) 40 supplies a clock signal to the shift register 32. The voltage controlled oscillator is driven by the
図5は、デジタルフィルタ30の作用をさらに理解するのに役立つ波形を示す。波形Aはフィルタへの入力波形を示す。波形Bはフィルタ30のガウス特性を示し、波形C及びDはVCO40によって異なる周波数が与えられたときの波形AとBとの間の畳込み波形を示す。この場合、周波数は波形Cより波形Dの方が増加されており、その結果S/Nが改している。当然のことながら波形C及びDは、プリアンプ10から受け取る信号の微分形式に対応している。検知されたバーコードに対応する信号は、これらの波形を積分することによって得られる。
FIG. 5 shows waveforms that help to further understand the operation of the
この発明の好適な実施例を説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定されるこの発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の追加、変更および置き換えが可能なことが分かるであろう。 While the preferred embodiment of the invention has been described, those skilled in the art can make various additions, modifications and substitutions without departing from the scope and spirit of the invention as defined by the appended claims. You will understand.
Claims (20)
前記デジタルデータを引き出すために前記信号を処理する前に、前記光線の光源から読取られるターゲットまでの距離と直接関連して帯域幅が制御されるフィルタに、前記デジタルデータを入力させることを特徴とする信号対雑音比改善方法。 A method for improving the signal to noise ratio in a signal resulting from its transition from a ray encoded with digital data, comprising:
Before processing the signal to derive the digital data, the digital data is input to a filter whose bandwidth is controlled in direct relation to the distance from the light source to the target to be read. To improve the signal-to-noise ratio.
前記フィルタがローパスフィルタであり、その帯域幅がカットオフ周波数によって定められることを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 1,
A method for improving a signal-to-noise ratio, wherein the filter is a low-pass filter, and its bandwidth is determined by a cutoff frequency.
前記フィルタが、前記信号のパルス波形に対して整合した波形を有することを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 1,
The method for improving a signal-to-noise ratio, wherein the filter has a waveform matched to a pulse waveform of the signal.
前記光線がレーザ光であることを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 1,
A signal to noise ratio improving method, wherein the light beam is a laser beam.
前記光線が光学的コードから反射されレーザ光であることを特徴とする信号対雑音改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 1,
A method for improving signal to noise, wherein the light beam is reflected from an optical code and is laser light.
前記フィルタはデジタルフィルタであり、その帯域幅は可変発振器の周波数によって制御され、さらに前記光線の光源の距離を検知し、その検知した距離と直接関連して前記発振器の前記周波数を調節することを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 1,
The filter is a digital filter, the bandwidth of which is controlled by the frequency of the variable oscillator, further detecting the distance of the light source of the light beam, and adjusting the frequency of the oscillator in direct relation to the detected distance. A method for improving a signal-to-noise ratio.
前記フィルタが、前記信号のパルス波形に対して整合した波形を有することを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal-to-noise ratio improving method according to claim 6,
The method for improving a signal-to-noise ratio, wherein the filter has a waveform matched to a pulse waveform of the signal.
前記フィルタは、前記信号を受け取り前記可変発振器によってシフトされるシフトレジスタを有し、該シフトレジスタが、前記データを引き出すための処理に必要な前記フィルタの出力を生成するために、各出力が所定の重み付けをもって加算される複数のステージを有することを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal-to-noise ratio improving method according to claim 6,
The filter has a shift register that receives the signal and is shifted by the variable oscillator, and each output has a predetermined output so that the shift register generates an output of the filter necessary for processing to extract the data. A method for improving a signal-to-noise ratio, comprising a plurality of stages added with a weight of
前記距離を検知し、それによって前記発振器の周波数を制御をする距離検知器を用いることを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal-to-noise ratio improving method according to claim 6,
A method for improving the signal-to-noise ratio, characterized by using a distance detector for detecting the distance and thereby controlling the frequency of the oscillator.
前記発振器は、前記距離検知器の電圧出力に応答する電圧制御発振器であることを特徴とする信号対雑音比改善方法。 The signal to noise ratio improving method according to claim 9,
The method of claim 1, wherein the oscillator is a voltage controlled oscillator that responds to the voltage output of the distance detector.
制御信号の値と直接関連して前記帯域幅を制御する制御入力を有するフィルタ部と、
前記光線の光源の距離を決定し、該距離と直接関連する前記制御入力に印加される信号を生成するための距離検知部とを備えたことを特徴とするフィルタ。 A filter for improving the signal-to-noise ratio in a signal resulting from its transition from a ray encoded with digital data, disposed before the signal is input to a processing device to extract the digital data;
A filter unit having a control input for controlling the bandwidth in direct relation to the value of the control signal;
A filter comprising: a distance detection unit for determining a distance of a light source of the light beam and generating a signal applied to the control input directly related to the distance.
前記フィルタ部がローパスフィルタであり、その帯域幅がカットオフ周波数によって定められることを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 11.
The filter, wherein the filter unit is a low-pass filter, and a bandwidth thereof is determined by a cutoff frequency.
前記フィルタ部が、前記信号のパルス波形に対して整合した波形を有することを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 11.
The filter, wherein the filter unit has a waveform matched to a pulse waveform of the signal.
前記光線がレーザ光であることを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 11.
The filter, wherein the light beam is a laser beam.
前記光線が光学的コードから反射されたレーザ光であることを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 11.
A filter, wherein the light beam is laser light reflected from an optical code.
前記フィルタ部は帯域幅制御入力を有し、かつ前記周波数と直接関連して前記帯域幅を調節するために入力する信号の周波数に応答するデジタルフィルタであり、前記制御入力に接続した可変発振器と、前記光線の光源の距離を検知し、その距離と直接関連して前記発振器の周波数を調節する距離検知器とを備えたことを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 11.
The filter unit is a digital filter having a bandwidth control input and responsive to a frequency of an input signal to adjust the bandwidth in direct relation to the frequency, and a variable oscillator connected to the control input; And a distance detector for detecting the distance of the light source of the light beam and adjusting the frequency of the oscillator in direct relation to the distance.
前記フィルタ部分が、前記信号のパルス波形に対して整合した波形を有することを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 16,
The filter, wherein the filter portion has a waveform matched to a pulse waveform of the signal.
前記フィルタ部は、前記信号を受け取って前記可変発振器によってシフトされるシフトレジスタを有し、さらにレジスタの各出力ステージに対して所定の重み付けを与える加重器と、前記データを引き出す処理に必要な前記フィルタの出力を生成するために重み付けした各出力を結合する加算器とを備えたことを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 16,
The filter unit includes a shift register that receives the signal and is shifted by the variable oscillator, and further includes a weighter that gives a predetermined weight to each output stage of the register, and the processing necessary for extracting the data. A filter comprising: an adder that combines the weighted outputs to produce the output of the filter.
前記発振器は、前記距離検知器に応答する電圧制御発振器であることを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 18.
The filter, wherein the oscillator is a voltage controlled oscillator that is responsive to the distance detector.
前記所定の重み付けは前記信号の前記パルス波形に関連することを特徴とするフィルタ。 The filter of claim 18.
The filter, wherein the predetermined weight is related to the pulse waveform of the signal.
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